CN105837395A - 一种低温乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制备vcm的利用方法 - Google Patents
一种低温乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制备vcm的利用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化的方法和装置，利用‑103℃乙烯冷凝氯化氢塔顶产品氯化氢，从而减轻氯化氢冷凝器的冷冻机组负荷，节省电力，同时液态乙烯在换热过程中汽化，不需要消耗蒸汽进行加热。在创造巨额经济效益的同时降低作业环境噪音，提高能量的综合利用率，实现节能降耗、低碳环保的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的装置，具体涉及一种低能耗的平衡氧氯化法制备氯乙烯的装置及工艺。
背景技术
低温乙烯储罐装置包括冷冻式低温储罐、卸船/装船设施、卸车/装车设施、乙烯再液化系统、乙烯汽化和过热系统、输出系统和其它为装置安全、稳定操作而配备的设备以及装置组成部分。当利用低温乙烯时需要将液态乙烯汽化后送往下游用户，一般需要从-103℃加热汽化到至少最低-26℃，这样会消耗大量的蒸汽，但同时也浪费了大量的冷能。从低温乙烯罐出来的液体乙烯温度很低，液体乙烯必须经过汽化和过热才能实现乙烯气相输出。如果直接用蒸汽加热会造成冷凝结冰，为实现此目的，设置了一套换热系统E-451/452/453。乙烯汽化器的设计为管程表面冷凝的甲醇蒸汽汽化管程内的液体乙烯。采用甲醇作为中间介质，先通过一个换热器将甲醇加热，加热的甲醇蒸汽进入乙烯换热器，与乙烯换热冷凝后再回流至蒸汽甲醇换热器，这样甲醇循环流动传递热量。
这种技术路线从工艺上来说具有可行性，但综合考虑方面看来，具有不合理性：
(1)整个工艺来看，既有冷能的存在，又有多余热能的存在，若分别利用蒸汽及冷却水进行换热，会造成大量能量资源的浪费，从工艺上看，是不合理的。
(2)若采用冷能和热能的相互转换利用的工艺，不但从工艺上合理，从理论上看，可节省成本，提高效益。
现有乙烯汽化工艺如附图1所示，储罐内的乙烯通过罐内泵4送至下游VCM装置，罐内泵可保证到达下游装置界区处乙烯的压力为1.2MPa，液体乙烯先在中部热交换器8管程被加热汽化，然后在热交换器9的管程被加热。只有部分乙烯通过热交换器9加热，将这部分温度较高的乙烯与其余温度降低的乙烯混合，使输出温度最低在-26℃左右。
乙烯储罐1中液态乙烯温度为-103℃，压力控制在100～160mbarg，用乙烯输送泵4送入汽化装置热交换器(8,9)，通过低压蒸汽与甲醇换热，再利用甲醇液化给低温乙烯加热，汽化后的乙烯气体送往直接氯化单元和氧氯化单元生产二氯乙烷。
该工艺消耗大量的蒸汽，同时液态乙烯的大量冷能未能有效利用，造成能量的重复浪费。
目前，低温乙烯储罐作为一个独立的装置，并没有将其所具有的冷能充分利用，这样就造成了大量能量的浪费，还需要额外输入大量蒸汽来加热乙烯。为了节约成本，提高效益，一种能够充分利用乙烯冷能新工艺的开发显得非常必要。为此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的方法，该方法充分利用了低温乙烯的冷能，极大节省电力、蒸汽，最大程度实现物料自身的冷热能流相互利用，实现节能降耗、低碳环保的目的。
本发明的另一目的是提供一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺装置。该装置很好的利用了低温乙烯的冷能，实现节能降耗、低碳环保的目的。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化的方法，包括：
将温度为-103℃的液态乙烯分别经两路流出；
第一乙烯流经过热交换器换热至温度-26℃～25℃，然后输送往氯化反应器或/和氧氯化反应器内；
第二乙烯流与氯化氢塔排出的氯化氢气体在第一热交换器内进行热交换，热交换后的乙烯流温度升高到-45℃～-40℃，然后在经过第二热交换器换热至-26℃～25℃并输送往氯化反应器或/和氧氯化反应器内，经过第一热交换器换热后的液态氯化氢再回到氯化氢塔内。
第一乙烯流经过的热交换器可以为两个以上的热交换器。
所述的第一乙烯流在热交换器的热交换方式采用本领域现有技术常规的方法。譬如，温度为-103℃的液态乙烯与甲醇蒸汽通过两个热交换器换热，乙烯升温至-26℃～25℃。
在本发明乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化方法，在现有的汽化乙烯方法的基础上，新增设了另一路乙烯汽化过程。具体为，增加一台乙烯汽化器即第一热交换器，经低温乙烯储罐流出的-103℃的液态乙烯分流一部分用来冷凝氯化氢塔塔顶产品氯化氢气体，从而减轻了液化氯化氢气体的冷冻机组的负荷，节省电力，同时液态乙烯在冷凝氯化氢过程中汽化，不需要消耗蒸汽加热。控制第一热交换的液位和压力保证在乙烯汽化的同时，氯化氢能够液化并达到相应的温度，不至于温度太低而结冰或温度高液化效果不明显。
第一交换器排出的液态氯化氢的温度为-35℃。
第一热交换器流出的乙烯，温度控制在-45℃～-40℃，相对压力为1211.1kPaG～1422.0kPaG。
进入第一热交换器的气态氯化氢的流量通过调节器来控制，依据氯化氢液化放出的热能将液态乙烯汽化。在本发明中，优选的，进入第一热交换器的气态氯化氢的温度在-35℃，流量控制在14210-14220kg/h。进入第一热交换器的液体乙烯的流量控制在10445-10455kg/h。
在第一热交换器进行热交换时，乙烯汽化温度控制在-45℃～-40℃，相对压力为1211.1kPaG～1422.0kPaG，必要时可调节降低汽化温度，使氯化氢顶部降温，以降低氯化氢回流量从而节省再沸器所需蒸汽。-35℃氯化氢气体液化成液态氯化氢的温度，可以根据操作需要，调节第一热交换器中乙烯的液位。如若要得到温度较低的液态氯化氢，可将乙烯液位升高，以增加热交换面积使氯化氢温度下降。
在第一热交换器内的液态乙烯汽化后，温度在-45℃～-40℃的乙烯在第二热交换器进行换热，升温至-26℃～25℃，输入氯化反应器或/和氧氯化反应器。
在第二换热器内，气态的乙烯也是与甲醇蒸汽换热升温，也可以在第二换热器内利用从裂解炉出来的高温气体加热此部分乙烯，节省了原来冷却水冷却此部分高温气体。
优选的，第一乙烯流、第二乙烯流经过各自的换热后升温至-26℃～25℃，然后第一、二乙烯流混合，待热交换加热到所需的温度后送往氯化反应器或/和氧氯化反应器。
一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺装置，包括液态乙烯储罐、氯氧化反应器和氯化反应器、氯化氢塔以及输送泵，
其特征在于，液态乙烯储罐通过第一管道与氯化反应器或氯氧化反应器连通，通过第二管道与第一热交换器连通；第一热交换器设在氯化氢塔的塔顶，第一热交换器的乙烯出口通过第三管道与氯氧化反应器连通，在第三管道上设有第二热交换器；第一热交换器的液态氯化氢出口通过第四管道与氯化氢塔连通。
本发明所述的乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的装置还包括，在第一管道上设有一个或两个热交换器。
所述的热交换器包括夹套式、蛇管式、套管式和管壳式换热器；其优选管壳式换热器。
管壳式换热器是目前最广泛的一种换热设备，与其他换热器相比，单位体积设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也好得多。由于设备结构紧凑、坚固，且能选用多种材料来制造，故实用性较强，尤其在大型装置和高温高压中得到普遍应用。
换热器中物料安排原则为，高温高压及对设备腐蚀性较强、对压力降有特定要求的物料走管程，粘度大、流量小、给热系数较小的物料走壳程。
根据工艺条件，本发明的换热器采用低温碳钢材质。第一热交换器以及乙烯汽化器采用U型管式。乙烯走壳程，氯化氢走管程。
第二热交换器，在此热交换器，乙烯与裂解炉出来的热物流换热，乙烯走管程，热物流走壳程。
液态乙烯储罐内设有输送泵。
优选的，在氯化氢塔的塔顶还设有一个第三热交换器，与第一热交换器处于并联设置。在装置刚开始运行时，气态氯化氢采用第三热交换器换热液化，第一热交换器不运行；当装置运行平稳后，第一热交换器投入使用将气态氯化氢冷凝液化，第三热交换器停止使用。
第三换热交换器是通过丙烯冷媒来与气态氯化氢热交换将其液化为液态氯化氢。
通常为了将氯化氢塔顶温度控制在-35℃，维持塔顶低温所需的冷能由冷冻机组提供。在本发明中，待运行平稳以后，可以停用该冷冻机组，改用利用乙烯的冷凝，与液态乙烯进行热交换的方式来为实现这一目的。
优选的，在第一热交换器的液态氯化氢流出的管道上设置泵。
在工作状态，低温氯化、高温氯化及氧氯化反应器所需的乙烯，由两路双线并行供应，一路为现有的乙烯汽化装置，另一路为通过与气体氯化氢在第一热交换器进行换热，优先第二路供应，当供应不足时才用现有乙烯汽化装置补充，以充分利用乙烯冷能而节省蒸汽用量及冷冻消耗。
与现有技术相比，本发明的突出的优势在于：
本发明工艺在设备方面仅增加了一台乙烯汽化器和一台乙烯过热器，简洁、实用。利用-103℃的乙烯冷凝氯化氢塔顶产品氯化氢气体，正常生产后停用维持氯化氢塔顶的冷冻机组，从而极大节省电力；另一方面，液态乙烯在换热过程中汽化，不再需要消耗蒸汽进行加热，极大节约了蒸汽，最大程度实现了物料自身的冷热能流相互利用。
极大降低了设备维护成本、减轻了职工的劳动强度，本发明显著降低了对冷冻机组的维护保修成本，减轻了职工的维修、保养设备劳动强度。
本发明在创造巨额经济效益的同时降低了作业环境噪音，实现节能降耗、低碳环保的目标，另低温乙烯可降低氯化氢塔顶温度，优化操作条件，确保氯化氢进入氧氯化单元的纯度，减少产生高沸物，降低废水中有机物的浓度，符合国家节能减排政策要求。
附图说明
图1：现有技术乙烯平衡氧氯法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺流程图
图2：本发明的乙烯平衡氧氯法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺流程图
1—液态乙烯储罐，2—氯氧化反应器/氯化反应器，3—氯化氢塔，4,5—输送泵，6—第一管道，7—第二管道，8，9—热交换器，10—第一热交换器，11—第三管道，12—第二热交换器，13—第三热交换器
具体实施方式
下面结合附图对本发明低温乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制备VCM的利用进一步详细叙述，并不限定本发明的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的部件、材料等的情况也可实现实施方案。
实施例1
参考附图2，一种乙烯平衡氧氯法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺装置，包括液态乙烯储罐1、氯氧化反应器/氯化反应器2、氯化氢塔3以及输送泵(4,5)。在乙烯储罐1内储存-103℃的液态乙烯备用，液态乙烯储罐1内设有泵4，便于将液态液体输出，液态乙烯分两路从液态乙烯储罐1流出。第一乙烯流通过第一管道6流入氯化反应器/氯氧化反应器2内，在管道6上设有两个热交换器(8、9)，热交换器的热媒可以选用本领域常用的物质，例如甲醇蒸汽等，使得温度-103℃的液态乙烯升温至汽化为-26℃～25℃的乙烯。
从液态乙烯储罐1流出的第二乙烯流通过第二管道7流向第一热交换器10，氯化氢塔3顶部流出的气态氯化氢也流向第一热交换器10，通过调节液态乙烯以及流量控制器在热交换器的液位，使得-103℃的液态乙烯与气态氯化氢进行热交换后，将氯化氢气体液化且流入氯化氢塔3顶部的温度为-35℃。如需要达到更低温度的液态氯化氢，可以升高乙烯液位，以增加换热面积是氯化氢温度下降。所得-35℃液态的氯化氢利用泵5将其输送到氯化氢塔顶。经第一热交换器10换热后的乙烯温度为-45～-40℃，温度为-45～-40℃乙烯流经过第三管道11流入氯化反应器/氯氧化反应器2内，在第三管道11上设有第二热交换器12，在第二热交换器的热媒为二氯乙烷，与-45～-40℃乙烯进行热交换至乙烯温度到26℃～25℃。
在氯化氢塔外的塔顶还设有一个第三热交换器13，与第一热交换器10处于并联设置。在装置刚开始运行时，气态氯化氢采用第三热交换器13换热液化，第一热交换器10不运行；当装置运行平稳后，第一热交换器10投入使用将气态氯化氢冷凝液化，第三热交换器13停止使用。在本发明中，待运行平稳以后，可以停用该冷冻机组，改用利用乙烯的冷凝，与液态乙烯进行热交换的方式来液化氯化氢气体。极大节省电力，显著降低了对冷冻机组的维护保修成本，减轻了职工的维修、保养设备劳动强度。
将第一、第二乙烯流最后加热到-26℃～25℃的乙烯混合，之后在加热到所需温度，再流入相应的反应器内进行反应。
实验例1
本实施例是对采用本发明实施例1的设备，通过对乙烯冷能的利用，其节能情况如下：其它工艺过程以及工艺参数参考现有技术的，不同之处在于，乙烯汽化过程不同。
根据40万吨/年VCM，氯乙烯为50000kg/h，产生氯化氢的量为28432kg/h，若设计50％的氯化氢冷凝利用低温乙烯的冷能来实现，计算如下：
氯化氢塔顶部的气态氯化氢在-35℃时液化需要冷能为：
Q1＝mr＝28432kg/h×50％×91.7kcal/kg＝1303607.2kcal/h
因此，乙烯汽化器需提供的冷能为：
Q2＝Q1＝1303607.2kcal/h
根据管网压力和氯化氢需要的冷凝温度，乙烯温度确定为-40℃及1422.0kPaG。
1kg乙烯从-103℃汽化为-40℃所释放出的冷能为：
Q3＝cmΔt+mr＝0.66×1kg×(103-40)+1kg×85.7kcal/kg＝127.28kcal/kg
乙烯汽化器需要-103℃液态乙烯数量为：
1303607.2kcal/h÷127.28kcal/kg÷98％(热量损失)＝10451kg/h
乙烯汽化器需要的-103℃液态乙烯数量为10451kg/h。
如果将冷凝的全部负荷转移到采用乙烯冷凝，则需用的液态乙烯量为：
2×10451kg/h＝20902kg/h
40万吨/年VCM需要的乙烯23000kg/h，可满足要求。
液态乙烯气化为-40℃的乙烯，需要进一步加热至-26℃，此部分可用急冷塔出料的热量换热。
按上述50％的氯化氢冷凝所用用低温乙烯的量，乙烯过热器所需的热量为：
Q＝cmΔt＝0.66×10451kg×14＝96567.24kcal/h
急冷塔后有急冷塔冷凝器，该冷凝器为循环水冷却器，可以用此部分热量加热乙烯，同时节省循环水用量，此部分热量为6641700kcal/h，可满足乙烯过热器所需。
若冷却气态氯化氢的丙烯制冷全部利用乙烯冷能代替，节能效益如下：(1)冷冻机(功率4702kw)停用，一年节省电费约2966.0216万元；乙烯汽化装置，一年节省蒸汽费用约554.993万元；氯化氢回流量减少，节省蒸汽费用约80万元。
合计一年能节约成本约为3601.01463万元。
Claims (10)
1.一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化的方法，包括：
将温度为-103℃的液态乙烯分别经两路流出；
第一乙烯流经过热交换器换热至温度-26℃～25℃，然后输送往氯化反应器或/和氧氯化反应器内；
第二乙烯流与氯化氢塔排出的氯化氢气体在第一热交换器内进行热交换，热交换后的乙烯流温度升高到-45℃～-40℃，然后再经过第二热交换器换热至-26℃～25℃并输送往氯化反应器或/和氧氯化反应器内，经过第一热交换器换热后的液态氯化氢再回到氯化氢塔内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一乙烯流经过的热交换器可以为两个以上的热交换器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，温度为-103℃的液态乙烯与甲醇蒸汽通过两个热交换器换热，乙烯升温至-26℃～25℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，经过第一换热器换热后的氯化氢液态的温度为-35℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，乙烯流出第一热交换器时的，温度控制在-45℃～-40℃，相对压力为1211.1kPaG～1422.0kPaG。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一热交换器内的液态乙烯汽化后，温度在-45℃～-40℃的乙烯在第二热交换器进行换热，升温至-26℃～25℃，输入氯化反应器或/和氧氯化反应器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，第一乙烯流、第二乙烯流经过各自的换热后升温至-26℃～25℃，然后第一、二乙烯流混合，待热交换加热到所需的温度后送往氯化反应器或/和氧氯化反应器。
8.一种乙烯平衡氧氯化法制备氯乙烯的乙烯汽化工艺装置，包括液态乙烯储罐(1)、氯氧化反应器/氯化反应器(2)、氯化氢塔(3)以及输送泵(4,5)，
其特征在于，液态乙烯储罐(1)通过第一管道(6)与氯化反应器/氯氧化反应器(2)连通，通过第二管道(7)与第一热交换器(10)连通；第一热交换器(10)设在氯化氢塔(3)外的塔顶，第一热交换器(10)的乙烯出口通过第三管道(11)与氯化反应器/氯氧化反应器(2)连通，在第三管道(11)上设有第二热交换器(12)；第一热交换器(10)的液态氯化氢出口通过第四管道(14)与氯化氢塔(3)连通。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括，在第一管道(6)上设有一个或两个热交换器。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在氯化氢塔(3)外的塔顶还设有一个第三热交换器(13)，与第一热交换器(10)处于并联设置。
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