CN103896726B - 一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置。所述方法具体包括以下步骤：将液态F22输送至管式换热器的壳程中气化，气化后的F22进入F22气化罐投料裂解；将冷却液输送至管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的同时，管程中的冷却液被冷却；裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷淋，对裂解气洗涤后回到塔釜，输送至管式换热器循环使用。

Description

一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置
技术领域
本发明涉及气体干燥领域，具体地说，涉及一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置。
背景技术
目前二氟一氯甲烷(F22)裂解制取四氟乙烯（C2F4）工业化生产技术主要有空管裂解和过热水蒸汽稀释裂解二种，而在这两种工业化生产技术中，过热水蒸气稀释裂解相对于空管裂解有着生产原料单耗低、能耗小、三废排放量少、生产成本显著降低等优点。因此，过热水蒸汽稀释裂解技术在我国已经普遍应用，生产装置的规模正逐渐扩大，随着市场竞争的日益加剧，四氟乙烯单体生产成本的控制直接左右着下游产品的市场竞争力。
由于通过过热水蒸汽稀释裂解制四氟乙烯过程中，二氟一氯甲烷(F22)裂解后的物料（简称裂解气）不可避免地带有大量的水分。实践证明，四氟乙烯生产过程中，进入精馏系统的裂解气水含量过高易造成精馏塔自聚和冰堵等相关问题，进而造成生产装置停车，单耗增高且存在较大安全隐患，不利于生产工艺的连续运行。因此，长期以来，对四氟乙烯生产系统物料水含量的控制均受到各四氟乙烯制造行业的重视。
目前，国内现行四氟乙烯生产工艺中，物料水含量的控制方法主要包含冷冻脱水干燥，冷的CaCl2盐水干燥，浓硫酸干燥，硅胶干燥等。而在国内普遍的四氟乙烯生产工艺中，一般采用两种或者三种联合干燥法，最终达到脱除水分的目的。如：冷冻脱水干燥和CaCl2盐水干燥为第一道脱水干燥工序，硅胶干燥为最后一道脱水干燥工序等。
然而，以上的控制方法中，冷冻脱水干燥和冷的CaCl2盐水干燥均需要持续不断地投入冷却介质进行制冷，表现出能耗大、生产成本高等。而浓硫酸干燥则由于随着物料的脱水干燥，浓硫酸的浓度逐渐降低，不得不定期进行浓硫酸更换，其更换出来的低浓度硫酸回收处理难度大，易造成环境污染，实践生产控制过程也存在较大安全隐患。另外，硅胶干燥方法则需定期对硅胶进行活化干燥，因而易造成生产系统中断，硅胶活化过程也需持续不断地消耗能源，同时，硅胶随着使用时间的延长，易出现粉碎进而堵塞设备及管道。因而，以上传统的四氟乙烯生产装置水含量控制方法存在能耗高、污染大、持续运作周期短等缺陷，已越来越不适合于现代化化工企业的生产控制要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，公开了一种的四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置。
本发明对四氟乙烯生产系统各类物料的能量进行了整理，对生产系统内各类物料的能量实现了有效的内部转换。首先，在二氟一氯甲烷(F22)与过热水蒸汽稀释裂解制四氟乙烯的裂解过程中，投入的F22为气相物料，因此，在F22供料前，需对储存的高纯度液态F22进行加热从而使F22吸收热量进行气化，一般采用热水或水蒸汽作为加热介质。
然而二氟一氯甲烷(F22)裂解后的物料水含量控制过程中无论是采用冷冻干燥或CaCl2盐水干燥，均为通过冷却物料从而使物料释放热量，再由于水的饱和蒸汽压的缘故达到脱水干燥的目的。
本发明从以上两方面出发，采用一种新的工艺，利用液态F22对二氟一氯甲烷(F22)裂解后的物料（简称裂解气）进行冷却脱水干燥，通过此工艺，液态F22吸收裂解气的热量得以气化，裂解气通过液态F22的气化吸热得以冷却降温，进而获得脱水干燥的效果。
本发明的技术方案如下：
一种清洁、节能的四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置，该方法包括采用原料液态F22的气化吸热对裂解气进行脱水干燥，包括以下步骤：
将液态F22输送至管式换热器的壳程中气化，气化后的F22进入F22气化罐投料裂解；
将冷却液输送至管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的同时，管程中的冷却液被冷却；
裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷淋，对裂解气洗涤后回到塔釜，输送至管式换热器循环使用。
具体地，包括1）原料储槽内的液态F22通过压力差输送至一种特制管式换热器的壳程中，液态F22在壳程中气化，气化后的F22进入F22气化罐直接投料裂解。根据投料负荷，若投料的F22量不足，再供应部分液态F22进入气化罐进行气化以补充投料量。
2）将冷却液输送至特制管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的同时，管程中的冷却液被冷却，冷却液冷却后的温度与液态F22的供料量连锁控制。
3）冷却后的冷却液在洗涤塔内直接与裂解气逆流接触，其中裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷淋，并对裂解气洗涤后回到塔釜。在此过程中裂解气得以冷却脱水，进而获得水含量较低的裂解气，而塔釜内冷却液排出裂解气中吸收的水分后，再次通过输送泵输送至特制管式换热器循环使用。
优选的，步骤1）中液态F22出料压力为0.5～1.0Mpa，F22气化罐的压力为：0.1～0.4Mpa；
优选的，步骤2）中冷却液可为H2O、CaCl2的水溶液、NaCl的水溶液等无机溶液；
优选的，步骤2）中一种特制管式换热器需根据实际生产负荷及裂解气含水量进行设计。
优选的，步骤2）中管式换热器管程内液体冷却后的温度为：-15～15℃，
优选的，步骤3）冷却液的喷淋流量为10000～40000m3/h。
根据生产装置的产能，其脱水干燥工艺可采用步骤3）的脱水装置配置多套装置并联运行或多套装置串联运行或多套装置串、并联混合运行。
优选的，采用步骤3）的脱水装置配置多套同时运行时，冷却液可为同一种冷却液，也可为不同种的冷却液在分别各装置内使用。其中步骤3）的多套脱水装置在串联运行方式中，采用不同种冷却液分别在各装置内使用的效果更佳，如第1套装置采用H2O作为冷却液，串联后的第2套装置采用CaCl2的水溶液作为冷却液等。
进一步地，该装置包含管式换热器、F22供料控制阀、洗涤塔、冷却液输送泵、冷却液管道、液态F22管道、气态F22管道、裂解气管道以及冷却液温度传感器。
该装置包含的工艺流程为：洗涤塔塔釜通过冷却液管道与冷却液输送泵相连接，冷却输送泵出口再通过冷却液管道与管式换热器下封头相连接，管式换热器上封头通过冷却液管道与洗涤塔顶部相连接，并在管式换热器上封头至洗涤塔顶部的管道上安装冷却液温度传感器。洗涤塔塔釜配置裂解气进气管道，洗涤塔塔顶配置裂解气出口管道。管式换热器壳程配置液态F22管道和气态F22管道，其中管式换热器壳程配置的液态F22管道与F22原料储槽相连接，并在液态F22管道上安装F22供料控制阀，管式换热器壳程配置的气态F22管道与F22气化罐相连接。（单套装置的结构与附图的1、2、4、9、10、11、12、13、15、16、17连接方式一致，2套串联装置的结构与附图一致）
本发明的四氟乙烯生产装置控制水含量的方法和工艺的关键是使用一种特制换热器，通过原料F22对冷却液进行降温，再由冷却液对F22裂解气进行脱水干燥，而冷却液可循环使用。其特点是此方法和工艺清洁、节能，对F22裂解气的脱水干燥效果稳定，持续运转周期长，工艺及装置简单、操作方便。
本发明突出的优点是突破了国内现行四氟乙烯生产工艺中传统的水含量控制方法存在能耗高、污染大、持续运作周期短等缺陷，并且一举解决了原料液态F22气化的能源投入。有效地实现了四氟乙烯生产装置中各类物料内部能量的相互转化，基本无能耗且冷却液回收利用率高，因此，在清洁、节能降耗和环境保护方面显示出巨大潜力。
附图说明
图1为本发明的工艺流程简图。
其中：1为F22气化罐，2为F22原料储槽，3为F22供料控制阀，4为管式换热器，5为输送泵，6为洗涤塔，7为F22裂解气管道，8为压缩机，9为液态F22管道，10为气态F22管道，TRIC为温度控制，11为特制管式换热器，12为F22裂解气管道，13为冷却液管道（冷却液为H2O），14为冷却液管道（冷却液为CaCl2的水溶液），15为气态F22管道，16为液态F22管道，17为气态F22投料管道。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本工艺已在四氟乙烯生产装置上实施，本工艺位于气柜与四氟乙烯压缩机之间，F22裂解气通过F22裂解气管道12在压差驱动下进入洗涤塔9，洗涤塔9顶部的冷却液管道13输送冷却液H2O从上逆流而下与F22裂解气充分接触，冷却液H2O流量控制为10000～40000m3/h，F22裂解气被冷却降温，由于水的饱和蒸汽压的缘故，F22裂解气被脱水干燥，由洗涤塔9顶部排出，然后再通过压缩机8增压后进入洗涤塔7，洗涤塔7采用洗涤塔9相同的工艺，由顶部的冷却液管道14输送冷却液CaCl2的水溶液从上逆流而下与F22裂解气充分接触，冷却液CaCl2的水溶液流量控制为10000～40000m3/h，F22裂解气被冷却降温并进而被脱水干燥，然后再由洗涤塔7顶部排出后序工艺进行精馏。
洗涤塔7和洗涤塔9塔釜的冷却液排出冷却水之后，其冷却液再分别通过输送泵6和输送泵10输送至特制管式换热器5和特制管式换热器11的列管中，管式换热器5出口冷却液温度控制为0～15℃，特制管式换热器11的列管出口冷却液温度控制为-15～15℃，冷却液被冷却后分别进入洗涤塔7和洗涤塔9对F22裂解气进行循环洗涤降温。
与此同时，原料储槽2内的液态F22通过将原料储槽压力控制为0.5～1.0Mpa后，在压差的驱动下通过液态F22管道16连续向特制管式换热器5和特制管式换热器11的壳程内供应液态F22，其供料控制阀3开度与管式换热器5出口冷却液温度进行连锁控制，其供料控制阀4开度与管式换热器11出口冷却液温度进行连锁控制，特制管式换热器5和特制管式换热器11的液态F22气化后通过气态F22管道15进入压力控制为0.1～0.4Mpa的F22气化罐1中，然后通过管道17进行投料裂解，同时原料储槽2供应少量液态F22进入F22气化罐1中进行气化，以补充F22投料量。
以上的实施案例采用了两套本发明的脱水装置串联运行的方式，其第1套装置采用H2O作为冷却液，串联后的第2套装置采用CaCl2的水溶液作为冷却液。通过本发明在此四氟乙烯生产装置的实施，有效地实现原料F22与F22裂解气内部能量的相互转换，与传统工艺相比，每年节约了原料F22气化过程中蒸汽投入约1500吨。同时，通过本工艺，F22裂解气脱水干燥过程中，可节约冷却介质的投入，其冷却介质制冷过程的电力投入为100KW/h，由此每年可节约电力投入约84万度。因而，本工艺相对传统工艺体现出低能耗、低成本、清洁、高效的巨大优势。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法，包括以下步骤：
1)将液态F22输送至管式换热器的壳程中气化，气化后的F22进入F22气化罐投料裂解；
2)将冷却液输送至管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的同时，管程中的冷却液被冷却；
3)裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷淋，对裂解气洗涤后回到塔釜，输送至管式换热器循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中液态F22出料压力为0.5～1.0Mpa，F22气化罐的压力为：0.1～0.4Mpa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中冷却液可为H2O、CaCl2的水溶液或NaCl的水溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中的管式换热器需根据实际生产负荷及裂解气含水量进行设计。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中管式换热器管程内液体冷却后的温度为-15～15℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)冷却液的喷淋流量为10000～40000m3/h。
7.一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的装置，该装置包括管式换热器、F22供料控制阀、洗涤塔、冷却液输送泵、冷却液管道、液态F22管道、气态F22管道、裂解气管道以及冷却液温度传感器；
管式换热器上封头通过冷却液管道与洗涤塔顶部相连接，并在管式换热器上封头至洗涤塔顶部的管道上安装冷却液温度传感器；洗涤塔塔釜配置裂解气进气管道，洗涤塔塔顶配置裂解气出口管道；管式换热器壳程配置液态F22管道和气态F22管道，其中管式换热器壳程配置的液态F22管道与F22原料储槽相连接，并在液态F22管道上安装F22供料控制阀，管式换热器壳程配置的气态F22管道与F22气化罐相连接。
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