CN102020736B - 一种聚氯乙烯生产热量交换工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚氯乙烯生产热量交换工艺，所述的热量交换工艺包括经深冷器冷却后的乙炔和氯化氢混合气，经酸雾捕集器除酸后与碱洗塔出来的粗氯乙烯气进行一级热交换，热交换后的乙炔和氯化氢混合气再与乙炔站出来的乙炔气进行二级热交换。所述的热量交换工艺投入使用前，单纯使用机前冷却器进行冷却，粗氯乙烯温度为12～15℃，项目投入使用后石墨冷却器出口粗氯乙烯气体温度为9～9.5℃，机前冷却器稍开或不开0℃盐水进入单体压缩机的氯乙烯温度可达到6.5～8℃，降温及脱水效果十分明显。
Description
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯的生产工艺，具体的说，涉及一种聚氯乙烯生产热量交换工艺。
背景技术
我们国家是一个人口众多、资源紧缺的发展中国家，近几年经济的飞速发展也产生了资源过度消耗、环境污染严重等“副产品”。因此，大力发展循环经济，建立资源节约型和环境友好型社会是我国实现可持续发展战略的必然选择。“十一五”规划提出了节能降耗和污染减排的目标，并作为约束性的指标，这对于推动经济增长方式的改变，加强节能环保工作具有十分重要的意义。
国内聚氯乙烯的产量急剧增加，目前常用的生产工艺为将乙炔和冷凝处理过的氯化氢气体混合后冷却，然后经过酸雾捕集器，除去酸雾的干燥混合气加热合成聚氯乙烯。得到的粗氯乙烯气冷却除水，精制后得到聚氯乙烯产品。此产品生产耗能量极大，特别是在单体的合成、精馏工序，既需要耗大量的冷量进行冷却，也需要大量的热量进行加热。
然而合成冷却器出口混合气具有大量的冷量，这些冷量不能得到再利用而白白损失掉，各聚氯乙烯生产厂家极少涉及此方面的冷量利用研究。因此如何能够充分利用生产过程中的冷量和热量，以达到节能降耗的目的是需要解决的关键问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明目的在于提供一种聚氯乙烯生产热量交换工艺，所述的热量交换工艺可以节省大量的能量资源，实现了节能降耗。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案。
为了充分利用能源，实现节能降耗，作了多种情况下的详细计算，认为采用合成工段冷热交替利用工艺对冷量进行利用是可行的，并具有较大的经济效益。工艺设计人员对机前冷却工艺重新进行了设计，利用合成工段深冷后的氯化氢和乙炔混合气的冷量，给碱洗后的粗氯乙烯气冷却脱水，从而降低粗氯乙烯进机前冷却器的温度；换热后的冷量具有富余，此冷量继续为乙炔站来的乙炔气冷却脱水。其具体为：
一种聚氯乙烯生产热量交换工艺，所述的热量交换工艺包括经深冷器冷却后的乙炔和氯化氢混合气，经酸雾捕集器除酸后与碱洗塔出来的粗氯乙烯气进行一级热交换，热交换后的乙炔和氯化氢混合气再与乙炔站出来的乙炔气进行二级热交换。
经两次换热后的混合气进入预热器加热后送往转化器，合成粗氯乙烯；初步冷却后粗氯乙烯气体再经机前冷却器后送入单体压缩工段；冷却后的乙炔气体进入乙炔阻火器。
根据前面所述的热量交换工艺，所述的混合气一级热交换前温度为-15～-10℃，一级热交换后温度为2～10℃，所述的粗氯乙烯气一级热交换前温度为16～26℃，一级热交换后温度为4～14℃；所述的混合气二级热交换前温度为2～10℃，二级热交换后温度为18～28℃，所述的乙炔气二级热交换前温度为10～16℃，二级热交换后温度为7～13℃；优选为所述的混合气一级热交换前温度为-10℃，一级热交换后温度为7℃，所述的粗氯乙烯气一级热交换前温度为21℃，一级热交换后温度为9℃；所述的混合气二级热交换前温度为7℃，二级热交换后温度为23℃，所述的乙炔气二级热交换前温度为15℃，二级热交换后温度为10℃。
根据前面任意一项所述的热量交换工艺，所述热量交换为采用列管式石墨换热器。
根据前面所述的热量交换工艺，所述石墨换热器换热系数K为18～22kcal/(m2h℃)，优选为20kcal/(m2h℃)。
根据前面所述的热量交换工艺，所述的石墨换热器换热面积为360～400m2，流通面积0.3～0.4m2；优选为换热面积为380m2，流通面积0.36m2。
根据前面所述的热量交换工艺，所述的石墨换热器壳体直径为1.5～2m，列管外径为30～34mm，内径为20～24mm，列管间距为列管外径的1～1.5倍，列管为900～1000根；优选为壳体直径为1.7m，列管外径为32mm，内径为22mm，列管间距为列管外径的1.25倍，列管为950根。
列管长度可以参考现有技术中类似石墨交换器列管长，本发明优选的是3～5米，更优选为4米。
根据前面所述的热量交换工艺，所述的石墨换热器列管按照等边三角形排列，折流板为圆缺形，缺口上下排列，折流板间距为0.7～1.1m，优选为0.9m，壳体采用衬里PO防腐处理。
内衬设备聚烯烃(PO)经科学配方与特殊热融旋转成型工艺，在大型管道及设备内壁上点焊金属网加强，使PO材料与金属网交织热融为一体，冷却后牢固地聚结在设备内表面上，整体强度好，不会脱层，在负压条件下可长期使用。其性能可耐各种浓度的酸，碱，盐及某些有机溶剂的腐蚀，耐冲击，防静电，无毒等，使用温度-70℃～100℃，可取代不锈钢，衬铅，钛，搪瓷，橡胶等同类产品，其价格比较低廉，易于成型，广泛应用于大型设备及复杂异型制件上。
根据前面所述的热量交换工艺，一级热交换采用的石墨换热器壳程为混合气，管程为粗氯乙烯气，二级热交换采用的石墨换热器壳程为混合气，管程为乙炔气。
根据前面所述的热量交换工艺，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器内压力为33～37kPa，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器内压力为3～4kPa，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器内压力为38～42kPa；其中优选为混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器内压力为35kPa，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器内压力为3.5kPa，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器内压力为40kPa。
根据前面所述的热量交换工艺，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为8～12m/s，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器管道内流速为0.6～1.0m/s，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为8～12m/s；其中优选混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为10m/s，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器管道内流速为0.8m/s，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为10m/s。
按此型式计算换热器的管程及壳程阻力降，一级换热器管程为氯乙烯气体，阻力降为313Pa；壳程为混合气体，阻力降为2730Pa，能够满足工艺要求。
为管理方便二级换热器同样选用此种型号的换热器，二级换热器管程为乙炔气体，阻力降为230Pa；壳程为混合气体，阻力降为1980Pa，能够满足工艺要求。
本项目自正式投入生产后，运行正常，节能降温效果明显。进入一级石墨冷热交替换热器的混合气进出口温度为-10℃和7℃左右；粗氯乙烯气体进出口温度为21℃和9℃左右。机前冷却器的粗氯乙烯温度降至10℃左右，机前冷却器稍开冷冻盐水阀门就能确保氯乙烯温度低于7℃，达到压缩机的工艺指标要求。进入二级石墨冷热交替换热器的混合气进出口温度为7℃和23℃左右，乙炔气体进出口温度为15℃和10℃左右。并且本项目中使用的两级石墨换热器底部均可排出大量的冷凝水，冷凝水为间歇排放，每两小时排水一次。
设计时按混合气体深度冷却器出口温度为-15℃计算，但经过酸雾捕集器和出口管线后冷量损失较大(酸雾捕集器和出口管线现场尚未保温)，DCS显示为-10℃左右；因检修后水洗塔、碱洗塔换大，循环酸泵流量变大及循环酸冷却器换热面积变大等因素，进石墨冷热交替换热器的粗氯乙烯温度DCS显示为20～22℃，与设计数据有所出入，但能够满足生产工艺要求。
我们将两种冷却工艺的使用效果进行对比，在本项目投入使用前，单纯使用机前冷却器进行冷却，粗氯乙烯温度为12～15℃，项目投入使用后石墨冷却器出口粗氯乙烯气体温度为9～9.5℃，机前冷却器稍开或不开0℃盐水进入单体压缩机的氯乙烯温度可达到6.5～8℃，降温及脱水效果十分明显。
附图说明
图1为本发明工艺流程图
图2是本发明所选用的石墨换热器结构图。其中1为氯乙烯气体(乙炔气体)进气口、2为氯乙烯气体(乙炔气体)出气口、3为混合气体进气口、4为混合气体出气口、5为排空口、6为排液口。
注：氯乙烯气体为一级换热用的气体，括号内的乙炔气为二级换热用的气体。
图3为本发明所选用的石墨换热器的俯视图。
图4为本发明所选用的石墨换热器A-A的截面图。
具体实施方式
以下用实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，将有助于对本发明的技术方案的优点，效果有更进一步的了解，实施例不限定本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求来决定。
实施例1
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为20kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为380m2，流通面积为0.36m2。壳体D＝1.7米，列管外径32mm，内径22mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.25倍，总950根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝0.9m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-10℃，出口温度9℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度25℃，出口温度10℃，在换热器中压力3.5kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度7℃，出口温度23℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为35kpa，流速均为10m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度15℃，出口温度10℃，在二级换热器中压力40kpa，流速为10m/s。
实施例2
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为20kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为370m2，流通面积为0.34m2。壳体D＝1.9米，列管外径30mm，内径21mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.35倍，总900根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝0.9m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-10℃，出口温度9℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度25℃，出口温度10℃，在换热器中压力3.5kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度7℃，出口温度23℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为35kpa，流速均为10m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度15℃，出口温度10℃，在二级换热器中压力40kpa，流速为10m/s。
实施例3
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为21kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为360m2，流通面积为0.38m2。壳体D＝1.8米，列管外径34mm，内径23mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.40倍，总900根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝0.8m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-10℃，出口温度9℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度25℃，出口温度10℃，在换热器中压力3.5kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度7℃，出口温度23℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为35kpa，流速均为10m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度15℃，出口温度10℃，在二级换热器中压力40kpa，流速为10m/s。
实施例4
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为19kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为380m2，流通面积为0.36m2。壳体D＝1.5米，列管外径31mm，内径22mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1倍，总1000根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝0.7m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-10℃，出口温度9℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度25℃，出口温度10℃，在换热器中压力3.5kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度7℃，出口温度23℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为35kpa，流速均为10m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度15℃，出口温度10℃，在二级换热器中压力40kpa，流速为10m/s。
实施例5
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为18kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为390m2，流通面积为0.39m2。壳体D＝1.6米，列管外径33mm，内径22mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.2倍，总970根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝0.8m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-12℃，出口温度7℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度23℃，出口温度10℃，在换热器中压力4.0kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度5℃，出口温度20℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为36kpa，流速均为9m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度17℃，出口温度5℃，在二级换热器中压力42kpa，流速为10m/s。
实施例6
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为22kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为400m2，流通面积为0.40m2。壳体D＝2.0米，列管外径34mm，内径24mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.5倍，总900根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝1.1m，壳体采用衬PO防腐处理。
混合气体一级换热器进口温度-10℃，出口温度9℃；氯乙烯气体一级换热器进口温度21℃，出口温度9℃，在换热器中压力3.5kpa，流速0.8m/s；混合气体二级换热器进口温度7℃，出口温度23℃；混合气体在一、二级换热器中压力均为35kpa，流速均为10m/s；乙炔气体在二级换热器进口温度15℃，出口温度10℃，在二级换热器中压力40kpa，流速为10m/s。
实施例7
本工艺所用设备为两台列管式石墨换热器。一级换热器壳程为混合气，管程为氯乙烯气体；二级换热器壳程为混合气，管程为乙炔气体；石墨换热器的换热系数K为20kcal/(m2h℃)。所需要的一级、二级石墨换热器其换热面积均选用为375m2，流通面积为0.32m2。壳体D＝1.7米，列管外径32mm，内径23mm，按等边三角形排列，列管间距为列管外径1.25倍，总950根，管长4米，采用圆缺形折流板，缺口上下排列，折流板间距h＝1.0m，壳体采用衬PO防
Claims (16)
1.一种聚氯乙烯生产热量交换工艺，其特征在于，所述的热量交换工艺包括经深冷器冷却后的乙炔和氯化氢混合气，经酸雾捕集器除酸后与碱洗塔出来的粗氯乙烯气进行一级热交换，热交换后的乙炔和氯化氢混合气再与乙炔站出来的乙炔气进行二级热交换；
所述的混合气一级热交换前温度为-15～-10℃，一级热交换后温度为2～12℃，所述的粗氯乙烯气一级热交换前温度为16～26℃，一级热交换后温度为4～14℃；所述的混合气二级热交换前温度为2～12℃，二级热交换后温度为18～28℃，所述的乙炔气二级热交换前温度为10～20℃，二级热交换后温度为5～15℃。
2.根据权利要求1所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的混合气一级热交换前温度为-10℃，一级热交换后温度为7℃，所述的粗氯乙烯气一级热交换前温度为21℃，一级热交换后温度为9℃；所述的混合气二级热交换前温度为7℃，二级热交换后温度为23℃，所述的乙炔气二级热交换前温度为15℃，二级热交换后温度为10℃。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的热量交换工艺，其特征在于，所述热量交换为采用列管式石墨换热器。
4.根据权利要求3所述的热量交换工艺，其特征在于，所述石墨换热器换热系数K为18～22 kcal/（m2h℃）。
5.根据权利要求4所述的热量交换工艺，其特征在于，所述石墨换热器换热系数K为20 kcal/（m2h℃）。
6.根据权利要求4或5所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的石墨换热器换热面积为360～400 m2，流通面积0.3～0.4 m2。
7.根据权利要求6所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的石墨换热器换热面积为380 m2，流通面积0.36 m2。
8.根据权利要求4或5所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的石墨换热器壳体直径为1.5～2m，列管外径为30～34mm，内径为20～24mm，列管间距为列管外径的1～1.5倍，列管为900～1000根。
9.根据权利要求8所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的石墨换热器壳体直径为1.7m，列管外径为32mm，内径为22mm，列管间距为列管外径的1.25倍，列管为950根。
10.根据权利要求4或5所述的热量交换工艺，其特征在于，所述的石墨换热器列管按照等边三角形排列，折流板为圆缺形，缺口上下排列，折流板间距为0.7～1.1m，壳体采用衬里聚烯烃防腐处理。
11.根据权利要求10所述的热量交换工艺，其特征在于，所述折流板间距为0.9m。
12.根据权利要求3所述的热量交换工艺，其特征在于，一级热交换采用的石墨换热器壳程为混合气，管程为粗氯乙烯气，二级热交换采用的石墨换热器壳程为混合气，管程为乙炔气。
13.根据权利要求12所述的热量交换工艺，其特征在于，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器内压力为33～37 kPa，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器内压力为3～4 kPa，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器内压力为38～42 kPa。
14.根据权利要求13所述的热量交换工艺，其特征在于，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器内压力为35 kPa，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器内压力为3.5 kPa，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器内压力为40 kPa。
15.根据权利要求12所述的热量交换工艺，其特征在于，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为8～12 m/s，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器管道内流速为0.6～1.0 m/s，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为8～12 m/s。
16.根据权利要求15所述的热量交换工艺，其特征在于，混合气在一级热交换和二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为10 m/s，粗氯乙烯气在一级热交换采用的石墨换热器管道内流速为0.8 m/s，乙炔气在二级热交换采用的石墨换热器管道内流速为10 m/s。
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