浅谈VCM转化工段的设备布置及管道设计

摘要本文就VCM转化框架设备布置和管道设计中应该注意的一些地方进行了概括总结。

关键词氯乙烯 转化器设备布置管道布置

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一.概述

VCM转化工序是电石法PVC树脂生产工艺中的关键环节。本文将结合昊华宇航老系统烧碱和聚氯乙烯搬迁改造项目设计，从整个工艺流程、设备布置和管道布置方面，对VCM转化工段的整个设计过程，应遵循的基本原则及需要注意的一些问题进行说明总结。

二.流程简介及循环热水温度对合成反应的影响

2.1VCM转化的流程简介

乙炔工段送来的精制乙炔气(纯度≥98.5%)经乙炔阻火器后，与氯化氢工段送来的氯化氢(纯度≥93%,不含游离氯)在混合器以一定比例(1:1.05)混合后进入一级石墨冷却器，用-35℃冷冻盐水冷却至(2±4)℃,再经二级石墨冷却器用-35℃冷冻盐水冷却至(-14±2)℃左右，在这两级石墨设备内除去大部分冷凝液滴后依次进入一级酸雾过滤器、二级酸雾过滤器，由氟硅油玻璃棉过滤捕集除去少量粒径很小的酸雾，排出40%的盐酸送氯化氢脱吸或作为副产品包装销售。得到含水分≤0.06%的混合气进入石墨预热器预热至70~80℃温度送入串联的两段装有氯化高汞触媒的转化器，可分别由数台并联操作，反应生成粗氯乙烯，第一段转化器出口气体中尚有20%~30%的乙炔未转化，再进入第二段转化器继续反应，使其出口处的乙炔含量控制在3%以下。第二段转化器装填的是活性高的新型催化剂，第一段转化器装填是活性较低的由第二段更换下来的旧催化剂。合成反应热通过转化器列管间的循环热水移走。粗氯乙烯经过装有活性碳填料的脱汞器吸附除去大部分汞后，进入粗氯乙烯冷却器冷却至＜30℃，进入一级水洗组合塔，用二级水洗填料塔的稀酸及解吸后的稀酸吸收混合气中的大部分氯化氢气体，制得氯化氢含量为28%~30%的盐酸送氯化氢脱吸或做为副产品包装销售；经过吸收后的粗氯乙烯气体进入二级填料水洗塔二次清洗，水洗后含有极微量的氯化氢酸雾、二氧化碳及惰性气体，进入碱洗塔用8%~20%的NaOH溶液洗涤，净化后的气体送入压缩工序。生产间的波动由氯乙烯气柜来实现缓冲。

2.2循环热水温度对合成反应的影响

在此工艺中循环热水温度对合成反应有着十分重要的影响。在100~180℃温度下反应生成氯乙烯反应方程式如下：C2H2+HCLC2H3Cl+124.8kj/mol。从合成反应的热力学平衡常数和动力学常数可以看出，提高反应温度有利于加快合成反应速度，获得较高的转化率。但温度过高易使触媒吸附的氯化汞升华而随气流带走，降低触媒使用寿命。另外，在较高的温度下，触媒在乙炔气流中，高沸物含量明显上升，不仅增加消耗而且影响安全生产。经验证明，最适宜的合成反应温度应控制在130~160℃。因此恒定的循环热水温度对合成反应非常重要。因此此工段工艺采用热水自然循环系统有效的移走VCM合成反应放出的大量的热量，其原理是热水进入到转化器内吸收反应热后，由于部分汽化，形成带压的汽水混合物，进入到汽水分离管减压释放，并带走大量的热，使热水降温到一定程度后返回转化器内循环使用。系统的补水和溢流统一设置，其中补水通过液位联锁自动控制。该自然循环系统不但提高了单台转化器的生产能力，也解决了转化器超温的问题，稳定了生产，同时也减少了由于高温引起的催化剂的升华而造成的催化剂损失，而且减少热水泵的数量和纯水的补充量，从而降低了电耗和纯水的消耗，实现了多台转化器统一控制以及补水的自动化控制，节约了投资，简化了操作。

三.设备布置

VCM转化的设备布置遵循化工工程设备布置的一般原则，各主要设备均顺流程布置。VCM转化工段设备布置分为四部分，第一部分是混合气脱水部分，第二部分是氯乙烯合成部分，第三部分是粗氯乙烯净化部分。

3.1混合气脱水部分设备布置

混合气脱水部分是利用氯化氢吸湿性质，预先吸收乙炔气中的绝大部分水，生成40%左右的盐酸，降低混合气中的水分；利用冷冻方法混合脱水，是利用盐酸冰点低，盐酸上水蒸气分压低的原理，将混合气体冷冻脱酸，以降低混合气体中水蒸气分压来降低气相中水含量，达到进一步降低混合气中的水分至所必需的工艺指标。装置包括换热器、氯化氢酸雾过滤器、氯化氢除雾器、乙炔阻火器、混合器、一、二级酸雾过滤器、盐酸贮罐等设备，此部分布置要点在于氯化氢酸雾过滤器、氯化氢除雾器、混合器、一、二级酸雾过滤器、换热器等设备的放酸口一定要高于盐酸贮罐进酸口高度，具体要求在于设备放酸管线上的视镜中心标高至少与盐酸贮罐进酸口标高一致。另外需要考虑氯化氢气及乙炔气总管上的限流孔板前后直管段要求确定设备布置。

3.2氯乙烯合成部分设备布置

氯乙烯合成部分工艺上关键是催化剂的选择、摩尔比、反应热的及时移出和反应温度的控制。装置只有转化器，根据产量吨数的不同，转化器的数量不同，布置在满足工艺要求同时，保证工人安装、操作、维修方便。此部分布置要点在于其上层管廊高度确定，管廊高度应根据工艺流程中转化器热水出口到气液分离总管最小距离要求确定，管廊高度最低应为9.5米(楼面标高为5.5米)。另外由于转化器运行荷载较大，建议转化器支耳坐在主梁上比较安全，而且将来设备检修吊装也比较方便。由于转化器热水出口有两个，工艺要求流量分配要均匀，因此两个出口夹角要180°，并且两个出口管道到总管距离要相等，在设备布置时要充分考虑配管、设备安装及检修空间，建议两台3米直径的转化器设备中心距最少要有5.5米。

3.3粗氯乙烯净化部分设备布置

粗氯乙烯净化部分目的是将转化后经除汞、冷却的粗氯乙烯气体中的杂质除掉，为聚合提供高纯度的单体。装置包括脱汞器、换热器、泡沫脱酸塔、水洗塔、碱洗塔等设备，此部分布置要点在于确定楼层层高时，要注意塔类设备的人孔标高以及塔类设备法兰及其总体高度，杜绝其与楼板梁发生冲突。

四．管道布置

VCM转化工段大管径管道比较大，应合理的布置这部分管道，使整体配管合理、美观、经济。管道布置根据设备布置图的模块可分解为：第一部分混合脱水的配管；第二部分为转化器和上层管廊的配管；第三部分为粗氯乙烯净化的配。下面我们逐个说明其中的要点。

4.1 混合脱水部分管道布置

混合脱水部分配管主要是混合器(V-2106)的配管，这部分主要是注意混合器的氯化氢气和乙炔气进入方向保持一致性，不可使两种原料气在进入混合器时，气体对顶进入；另外要注意两大原料气总管上限流孔板前后直管段要求，同时要考虑管道和设备操作维修通道，整体的布局美观，另外此部分配管中要特别注意氯化氢、混合气管道如果存在低点，而低点位置不是在设备时，一定要将冷凝酸液导流接至盐酸管线上。再有混合气预热后温度大概在70~80℃，此时配管上要特别注意混合气总管低点一定要在石墨预热器，因为乙炔气体中往往还有硫、磷等杂质，预热后温度已达到其燃点温度，这样放净就会自燃，造成火灾危险。

4.2转化器管道布置

转化器配管是VCM转化工段配管核心内容，为考虑对安装操作维修带来便利，每套(前后各一台)转化器的配管需要有一致性，合理的配置这部分管线使其从整体角度来看整齐美观，此部分配管中要特别注意转化器热水出口管道与汽水分离总管线相接时应该在总管线靠近顶部切线方向接入，并且要注意前后转化器热水出口管道与总管线相接位置最好要错开，这样做的目的在于避免气体对顶，影响转化器操作温度。另外此部分涉及到热力管道，配管时要考虑管道应力，及时与管机专业配合，适当增加补偿器以缓解管道热应力，保护设备及管道。此部分配管大管径管道较多，并且比较长，建议配管时适当增加拆卸段(增加法兰)，方便安装、检修及吹扫。

4.3 净化管道布置

粗氯乙烯净化的配管主要注意的是合成气冷却器至泡沫脱酸塔的配管，避免形成U型液袋，阻碍气体流动。另外净化部分配管中有部分是设备管道的放空管线，这部分管道要引至附近最高楼层后放空，并且放空高点要离楼板3.5米以上。

五.结束语

以上是我个人通过工程设计得到的一点体会，希望能对以后VCM转化设备布置及管道布置设计有些帮助，也希望大家对此文进行更正和补充，使设计进一步优化。

参考文献

1.《聚氯乙烯工艺技术》 黄志明等