CN104262077A - 并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，包括环形管道反应系统、产品汽化分离收集系统和外循环与进料系统，管式氯化反应器至少2支并联，底部汇集成1根管后再与母液循环回流管底部连通；外循环与进料系统是从汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循环管线，并再分为两路，一路二氯乙烷母液外循环管线先连接冷却器后依次与氯气进料管线、溶氯混合器连接，然后与各个管式反应器的氯气进料口连通；另一路二氯乙烷母液外循环管线依次与乙烯进料管线、乙烯混合器连接，然后与各个管式反应器的乙烯进料口连通。通过反应段并联设置，使反应时间分布均匀，可以最大程度的减少副产物的产生，提高产品纯度，节能效果良好。

Description

并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置

技术领域

本发明涉及一种利用纯乙烯或者炼化干气稀乙烯并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置。

技术背景

1,2-二氯乙烷(简称EDC)，是一种重要的化工原料，用途广泛，主要用于生产氯乙烯（VCM），进一步聚合生产聚氯乙烯（PVC）。同时可以作为有机溶剂以及生产乙撑胺等化学品的原料。

工业上生产1,2-二氯乙烷常用的方法是乙烯直接氯化法或氧氯化法，是在催化剂作用下用氯气直接氯化乙烯或用无水氯化氢氧氯化乙烯制得。工业化中氯气直接氯化乙烯生产1,2-二氯乙烷是在含有固体催化剂的1,2-二氯乙烷母液中完成的，典型工艺及反应设备主要有以下几种：中温氯化立式鼓泡塔反应器，该反应器设有气体分布器和拉西环填料，但是反应能力小，混合效果一般；高温氯化一体化的反应器和精馏塔，但是混合效果不理想；高温氯化立式鼓泡塔反应器，反应器中设置了氯气混合器，一定程度上提高了混合效果，但操作弹性小，反应热移除不及时。以上工业化反应设备相对应用成熟，生产稳定，但都存在一定缺陷，并且使用原料也仅限于纯乙烯，未考虑稀乙烯氯化对混合、散热要求更高的反应特性。 

炼化干气(以下简称干气)是石油炼制过程中产生的尾气，包括C₂H₄、C₂H₆、CH₄、H₂、C₃H₆、CO、CO₂、H₂O和H₂S等组分，其中乙烯（C₂H₄）的含量一般小于20%，故称稀乙烯，由于干气的成分比纯乙烯更复杂，所以利用干气直接氯化生产1,2-二氯乙烷对反应装置的要求更高。

中国专利CN102531827A公开了一种干气直接氯化制备二氯乙烷的方法，采用了管道反应器+鼓泡塔的反应器型式，利用管道反应器良好的混合效果，在一定程度上提高了反应效率，可用于干气的直接氯化；但是氯气溶解效果差，与乙烯接触不均，干气中乙烯转化率不高，反应效率低，而且设备庞大，操作弹性小。

中国专利CN1984858A公开了一种环管型反应器，由垂直布置的两个立柱管和上方的脱气容器组成，在一个立柱管包括串联交替布置的加料区段、反应区段和沸腾区段，交替加入乙烯和氯气反应，当原料采用纯乙烯时，使用该专利的反应装置可以达到较好的反应效果。但当使用干气为原料时，由于干气和氯气反应体系复杂，要求的停留时间较纯乙烯长并且对反应热移除要求高，不适合使用该反应装置。由于该反应装置的加料区段和反应区段为串联设置，不同区段的反应时间不一致，并且工艺要求乙烯尽可能参与反应以提高乙烯转化率，但是其下游加料点加料后剩余反应区段的长度不够，限制了下游加料点的加料量。如果要加长反应段，则只能增加反应器高度，势必会影响装置的效率和运行的经济性，同时增加了副反应发生的几率；干气和氯气反应体系要求尽快移除反应热以减少副反应，而串联布置的反应区段其下游沸腾段不足，反应效率低，副反应增加常导致产品纯度下降，不能满足此工艺要求。

综上所述，现有技术公开的反应装置，在反应散热、控制、操作弹性和运行的经济性上仍需进一步改进，以利于乙烯、特别是稀乙烯直接氯化生产1,2-二氯乙烷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于乙烯、尤其是干气稀乙烯和氯气并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置。

为解决上述技术问题，本发明包括环形管道反应系统、产品汽化分离收集系统和外循环与进料系统，环形管道反应系统包含管式氯化反应器和母液循环回流管，分别与汽化分离器相互连接形成一种环形结构，反应过程中母液在密度差的作用下在其中形成一种强烈的自循环；管式氯化反应器和母液循环回流管都是垂直布置的立柱管，顶部都与布置在上方的汽化分离器的汽化容器底部连通，其结构特点是管式氯化反应器至少2支并联，底部汇集成1根管后再与母液循环回流管底部连通；外循环与进料系统是从汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循环管线，并再分为两路，一路二氯乙烷母液外循环管线先连接冷却器后依次与氯气进料管线、溶氯混合器连接，然后与各个管式反应器的氯气进料口连通；另一路二氯乙烷母液外循环管线依次与乙烯进料管线、乙烯混合器连接，然后与各个管式反应器的乙烯进料口连通。

每支管式氯化反应器分别设置1-2个乙烯进料口和1-2个氯气进料口，在每支管式氯化反应器上氯气的进料口设置在乙烯的进料口之后，而且上述两个进料口之间的管段内设置有静态混合器内构件，乙烯和氯气的进料口增加时，静态混合器内构件一般同数量增加，并按照上述乙烯和氯气的布置顺序依次交叉排布。通过2支或2支以上管式氯化反应器分别实现了乙烯和氯气的多点进料，这样有助于乙烯和氯气的均匀混合，提高反应效率，减少副反应。每支管式氯化反应器内设置至少三段静态混合器内构件以强化传质，增强乙烯和氯气的混合效果，提高反应效率。每支管式氯化反应器底部分别设置循环控制器，可以是不同形式的工艺阀门、自控阀门或者管道泵及其他强制循环设备中的一种或几种的组合。通过该循环控制器可以根据生产需要控制循环母液的流速，进而达到控制反应程度的目的，同时也可以通过循环控制器的关闭或者开启改变管式氯化反应器的投用数量和程度从而改变整套装置的产能。

环形管道反应系统的母液循环回流管为一段立柱空管，空管管径大小与装置的产能相匹配，决定了母液的回流量和回流速率。

产品汽化分离收集系统包括汽化分离器、产品气冷凝器、气液分离器等装置。汽化分离器由汽化包和汽化容器组成，其中汽化容器的水平截面积需满足1,2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器内部上方、汽化包的内侧壁设置外沿向下倾斜的折流板，汽化包的气体出口上部设置除沫器，确保在尾气量较大的情况下达到理想的气液分离效果。汽化分离器上方汽化包设有1,2-二氯乙烷蒸汽出口，1,2-二氯乙烷蒸汽在产品气冷凝器中大部分冷凝为液体，经气液分离器后气体外排，部分1,2-二氯乙烷液体作为产品送入产品储罐，另一部分补充到外循环与加料系统。

汽化分离系统中安装有折流板，阻滞1,2-二氯乙烷汽化后的流速，分别设置在汽化容器内部上方和汽化包的内侧壁。汽化容器上部安装1块弓形折流板，折流板下端向流体流动方向或者汽化包的位置方向倾斜40~50°，切口为20%~35%，汽化包的竖管内侧安装相向安装两块折流板，切口为15%~30%，末端垂直向下倾斜30~45°，并与除沫器之间保持一定的分离空间。

汽化分离系统中的汽化包的气体出口上端安装有除沫器，一般选择惯性除沫器，选用高等级不锈钢材质或者不被1,2-二氯乙烷溶解的有机材质。安装时留出气液分离空间。

从汽化分离器汽化容器底部引出的二氯乙烷母液外循环管线，通过循环泵并分为两路，一路二氯乙烷母液外循环管线先连接冷却器后依次与氯气进料管线、溶氯混合器连接，最终通过溶氯二氯乙烷进料管线连通到各个管式氯化反应器的氯气进料口；另一路二氯乙烷母液外循环管线依次与乙烯进料管线、乙烯混合器连接，同样最终通过分散乙烯二氯乙烷进料管线连通到各个管式氯化反应器的乙烯进料口。在每支管式氯化反应器上氯气的进料口总是设置在乙烯的进料口之后，而且两个进料口之间的管段内设置有静态混合器内构件，乙烯和氯气的进料口增加时，一般同数量增加，并按照上述乙烯和氯气的布置顺序依次交叉排布。

采用本发明方案，由于其反应段由并联的管式氯化反应器组成，各反应段长度分布均匀，便于热量移除，同时由于实现了乙烯和氯气平行进料和均匀混合，可以进一步避免反应局部过热，提高了反应选择性从而达到提高产品纯度的目的。

上述直接氯化生产1,2-二氯乙烷装置中，氯气通过氯气进料管线进入二氯乙烷母液外循环管线，在溶氯混合器中充分溶解于二氯乙烷循环母液中，用于溶解氯气的二氯乙烷循环母液经过冷却器适当降温以提高对氯气的溶解能力，溶解有氯气的1,2-二氯乙烷经过多点进料系统分成至少两路分别通过各管式氯化反应器的氯气进料口进入反应器中。进料装置均设置控制阀门及计量仪表，进料口可采用喷嘴形式或其他形式。

上述直接氯化生产1,2-二氯乙烷装置中，乙烯进料方式除用于分散乙烯的二氯乙烷循环母液不需要冷却器降温外其他部分和氯气进料方式完全相同。由于乙烯在1,2-二氯乙烷中的溶解度很小，只能通过分散乙烯混合器以气沫形式分散在1,2-二氯乙烷中。

上述直接氯化生产1,2-二氯乙烷装置中，每支管道反应器的各多点进料系统可以分别进行单点控制。

和现有中国专利CN1984858A公开的环管型反应器相比，反应段由1支管式氯化反应器变为至少2支管式氯化反应器，相应进料点的排列方式由沿单支管式氯化反应器径向多点布置变为多支管式氯化反应器上平行多点布置。由于管式氯化反应器数量的增加，可以增强混合效果、提高转化率、有效防止过度氯化减少副反应，在反应段长度相同的情况下可以保证乙烯和氯气在反应段有足够的停留时间以增强直接氯化效果，在设置相同停留时间的情况下，可以减小反应段的长度进而降低整个反应器的高度。每支管式氯化反应器设置循环控制器，可以根据生产需要投入或者停用某段管式反应器，从而自由调节产量，提高装置操作弹性。本发明专利通过并联的管式氯化反应器可以在不增加反应段的长度和反应器的高度的情况下，实现较好的反应效果。

由于反应段并联设置、平行多点进料，使反应时间分布均匀，可以最大程度的减少副产物的产生，提高产品纯度，并且反应区前段未反应的乙烯继续输入后段反应区，更好的促进了乙烯分散。可以根据反应尾气中乙烯的含量调节氯气进料量控制乙烯和氯气的合适总配比，降低乙烯的损失。在装置设计负荷内，乙烯和氯气进料量分别固定的情况下，乙烯的损失随着氯气进料点的增多而降低，有效的提高了乙烯转化率，尤其适用于稀乙烯和氯气的反应。

该装置通过单独设置溶氯二氯乙烷冷却器可以减少循环二氯乙烷母液的冷却量，既可以保证氯气的充分溶解，又具有良好节能的效果。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明直接氯化生产1,2-二氯乙烷装置示意图。

实施例1

如图1所示，直接氯化生产1,2-二氯乙烷管式氯化反应装置，包括环形管道反应系统、产品汽化分离收集系统和外循环与进料系统，环形管道反应系统包括母液循环回流管3、循环控制器4、管式氯化反应器5；产品汽化分离收集系统包括汽化包1、汽化容器2、折流板19、除沫器20、产品气冷凝器21、气液分离器22；外循环与进料系统包括溶氯二氯乙烷管线6、溶氯二氯乙烷冷却器7、氯气进料管线8、溶氯混合器9、溶氯二氯乙烷多点进料系统10、溶氯二氯乙烷进料管线11、静态混合器内构件12、分散乙烯二氯乙烷管线14、乙烯进料管线15、分散乙烯混合器16、分散乙烯二氯乙烷多点进料系统17、分散乙烯二氯乙烷进料管线18、二氯乙烷母液外循环管线13、循环泵26；还包括必要的连接件，以及工艺需要的各种控制阀门、安全阀门、计量仪表、混合器内构件、排空管线和保护管线等。

具体连接安装方式如图1所示，从汽化容器2底部出来的二氯乙烷母液外循环管线13经过循环泵26增压后，分成溶氯二氯乙烷管线6和分散乙烯二氯乙烷管线14两路，溶氯二氯乙烷管线6与溶氯二氯乙烷冷却器7连接后和氯气进料管线8、溶氯混合器9相连，溶氯混合器9出口通过溶氯二氯乙烷多点进料系统10及溶氯二氯乙烷进料管线11分成至少两路进入各管式氯化反应器；分散乙烯二氯乙烷管线14和乙烯进料管线15连接后与分散乙烯混合器16连接，通过分散乙烯二氯乙烷多点进料系统17及分散乙烯二氯乙烷进料管线18分成至少两路进入各管式氯化反应器5；管式氯化反应器5上部出口与汽化容器2相连，汽化容器2上部的汽化包1与产品气冷凝器21、气液分离器22相连，气液分离器22上部与气体排出管线23相连，气液分离器22下部通过管线24与二氯乙烷母液外循环管线13相连用于回流部分二氯乙烷保持汽化容器母液液位，并通过管线25输出产品；管式氯化反应器5由3支并联，底部汇集成1根管后再与母液循环回流管3底部连通，管式氯化反应器5和母液循环回流管3都是垂直布置的立柱管，顶部都与布置在上方的汽化分离器的汽化容器2底部连通，在管式氯化反应器中溶液上升，环形管道反应系统的母液循环回流管3为一段立柱空管，空管管径大小与装置的产能相匹配，由母液的回流量和回流速率计算确定。二氯乙烷母液外循环管线13与溶氯二氯乙烷管线6、分散乙烯二氯乙烷管线14采用焊接方式连接，溶氯二氯乙烷进料管线11与管式氯化反应器进料口采用法兰连接，分散乙烯二氯乙烷进料管线18与管式氯化反应器进料口采用法兰连接。

产品汽化分离收集系统包括汽化分离器、产品气冷凝器21、气液分离器22，汽化分离器由汽化容器2和汽化包组成1，其中汽化容器2的截面积需满足1,2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器2内部上方、汽化包1的侧壁设置外沿向下倾斜的折流板19，汽化包1的气体出口上游设置除沫器20。折流板19选用弓形折流板，共三块，切口为20~45%，其中1块为弓形折流板，安装在汽化容器2顶壁靠近汽化包1一侧的位置，折流板下端向流体流动方向或者汽化包1的位置方向倾斜40~50°，切口为20%~35%，汽化包1的竖管内侧安装相向安装两块折流板，切口为15%~30%，末端垂直向下倾斜30~45°，并与除沫器20之间保持一定的分离空间。

除沫器20选择惯性除沫器，选用高等级不锈钢材质或者不被1,2-二氯乙烷溶解的有机材质。安装时与下端折流板之间留出气液分离空间，间距一般为汽化包内径的0.5~1倍。

3支并联的管式氯化反应器5是装置的主要反应段，每支管式氯化反应器5设置三段静态混合器内构件12，溶氯混合器9和分散乙烯混合器16中也设有静态混合器内构件，内构件采用SK、SV组合、分段设置。

乙烯在分散乙烯混合器16中形成微小气泡分散于二氯乙烷循环母液中，通过分散乙烯二氯乙烷多点进料系统17分三路管线18分别进入三支管式氯化反应器，形成三点进料模式，每个进料点均设置控制阀门及计量仪表。氯气在溶氯混合器9中溶解于二氯乙烷循环母液，通过溶氯二氯乙烷多点进料系统10分成三路管线11也分别进入三支管式氯化反应器，形成三点进料模式，每个进料点也均设置控制阀门及计量仪表。在每支管式氯化反应器氯气的进料点设置在乙烯的进料点之后，而且进料点之间的管段设置有静态混合器内构件12。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，主要区别在于反应段由两支管式氯化反应器组成，每支管式氯化反应器5中有六段静态混合器内构件。溶氯混合器9、分散乙烯混合器16、管式氯化反应器5的内构件采用波纹管规整填料。

乙烯在分散乙烯混合器16中分散于二氯乙烷循环母液中后，通过分散乙烯二氯乙烷多点进料系统17分成四点进入两支管式氯化反应器，每个进料点均设置控制阀门及计量仪表。

氯气在溶氯混合器9中溶解于二氯乙烷循环母液中后，通过溶氯二氯乙烷多点进料系统10分成四点进入两支管式氯化反应器，每个进料点均设置控制阀门及计量仪表，其中溶氯二氯乙烷最后一个进料点与汽化容器之间有二段静态混合器内构件。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，主要区别在于反应段由四支管式氯化反应器组成，管式氯化反应器5是由五段管式静态混合器使用螺纹连接。其中溶氯混合器9、分散乙烯混合器14使用SMV型静态混合器，管式氯化反应器5采用SK、SX型内构件组合使用。

乙烯在分散乙烯混合器16中分散于二氯乙烷循环母液中后，通过分散乙烯二氯乙烷多点进料系统17分成八点进入四支管式氯化反应器，每个进料点均设置控制阀门及计量仪表。

氯气在溶氯混合器9中溶解于二氯乙烷循环母液中后，通过溶氯二氯乙烷多点进料系统10分成八点进入四支管式氯化反应器，每个进料点均设置控制阀门及计量仪表，其中溶氯二氯乙烷最后一个进料点正常情况下不投用，与汽化容器2之间有一段管式静态混合器。

本发明的工作过程说明：

循环二氯乙烷母液通过二氯乙烷母液外循环管线首先分成两路，一路经溶氯二氯乙烷管线、溶氯二氯乙烷冷却器冷却后连入氯气进料管线，通过溶氯混合器后使氯气在循环二氯乙烷母液中充分溶解，再进入溶氯二氯乙烷多点进料系统后分成至少两点进入各管式氯化反应器；另一路经分散乙烯二氯乙烷管线后与乙烯进料管线相连，再通过分散乙烯混合器使乙烯在循环二氯乙烷中充分分散后再通过多点进料系统进入管式氯化反应器；

在管式氯化反应器中溶氯二氯乙烷分多点与分散乙烯二氯乙烷充分混合，氯气与乙烯反应生成1,2-二氯乙烷，同时放出大量热量使反应段和汽化段形成沸腾状，二氯乙烷及低沸物快速蒸发形成多种成分的混合气，其中未反应乙烯或氯气经汽化包、产品气冷凝器，在气液分离器中分离后从顶部通过气体排出管线回收，冷凝产生的液体1,2-二氯乙烷在气液分离器中分离后一部分与二氯乙烷母液外循环管线相连用于保持母液液位，另一部分作为产品外排；用于溶解氯气和分散乙烯的二氯乙烷循环母液从汽化容器中经二氯乙烷母液外循环管线流出，通过循环泵送到外循环与进料系统循环使用。

溶氯二氯乙烷多点进料系统和分散乙烯二氯乙烷多点进料系统都分别分成至少两点进入各管式氯化反应器，并在每个进料点均设置控制阀门及计量仪表，可有效避免局部过热，减少副反应的生产，大大提高了产品纯度和乙烯转化率，并利于操作弹性的调整。溶氯二氯乙烷进料点的数量和分散乙烯二氯乙烷进料点的数量一般相同，并保持一定的进料量比例。

Claims (6)

1.一种并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，包括环形管道反应系统、产品汽化分离收集系统和外循环与进料系统，环形管道反应系统包含管式氯化反应器和母液循环回流管，分别与汽化分离器相互连接形成一种环形的结构，管式氯化反应器和母液循环回流管都是垂直布置的立柱管，顶部都与布置在上方的汽化分离器的汽化容器底部连通，其特征在于，管式氯化反应器至少2支并联，底部汇集成1根管后再与母液循环回流管底部连通；外循环与进料系统是从汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循环管线，并再分为两路，一路二氯乙烷母液外循环管线先连接冷却器后依次与氯气进料管线、溶氯混合器连接，然后与各个管式反应器的氯气进料口连通；另一路二氯乙烷母液外循环管线依次与乙烯进料管线、乙烯混合器连接，然后与各个管式反应器的乙烯进料口连通。

2. 根据权利要求1所述的并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，其特征在于，每支管式氯化反应器分别设置1-2个乙烯进料口和1-2个氯气进料口，在每支管式氯化反应器上氯气的进料口设置在乙烯的进料口之后，而且上述两个进料口之间的管段内设置有静态混合器内构件，乙烯和氯气的进料口增加时，静态混合器内构件一般同数量增加，并按照上述乙烯和氯气的布置顺序依次交叉排布。

3. 根据权利要求1或2所述的并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，其特征在于，所述的每支管式氯化反应器内设置至少三段静态混合器内构件。

4.根据权利要求1或2所述的并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，其特征在于，所述的每支管式氯化反应器分别设置循环控制器，循环控制器是包括不同形式的工艺阀门、自控阀门或者管道泵及其他强制循环设备中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1或2所述的并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，所述的产品汽化分离收集系统包括汽化分离器、产品气冷凝器、气液分离器，其特征在于，汽化分离器由汽化容器和汽化包组成，其中汽化容器的截面积需满足1,2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器内部上方、汽化包的侧壁设置外沿向下倾斜的折流板，汽化包的气体出口上游设置除沫器。

6.根据权利要求1或2所述的并联环管型直接氯化生产1,2-二氯乙烷的装置，其特征在于，所述的环形管道反应系统的母液循环回流管为一段立柱空管，空管管径大小与装置的产能相匹配，由母液的回流量和回流速率计算确定。