CN110743470A - 气液相氯乙烯生产装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气液相氯乙烯生产装置及工艺，属于氯乙烯生产技术领域，包括反应塔、液体分布器、气体分布器、除沫器、液体催化剂循环机构、冷凝器；反应塔内部设有气液反应区、液体催化剂进口、液体催化剂出口，下部设有混合气体入口，顶部设有反应气体出口；液体分布器，设于反应塔内；气体分布器，设于反应塔内；除沫器，用于回收反应气体中的夹带的液体催化剂雾滴；液体催化剂循环机构，设于反应塔外；以及冷凝器，设于反应塔外，用于收集反应气体并进行降温。旨在解决现有技术中气固相反应往往伴随着严重的飞温现象和表面积碳，容易造成催化剂失活，且副反应多，产品杂质含量高，给后续产品的精制造成压力的技术问题。

Description

气液相氯乙烯生产装置及工艺

技术领域

本发明属于氯乙烯生产技术领域，更具体地说，是涉及一种气液相氯乙烯生产装置及工艺。

背景技术

氯乙烯也称乙烯基氯，是卤代烃的一种，是塑料工业的重要原料，主要用于生产聚氯乙烯树脂(即PVC，世界上产量最大的通用塑料)；也可与乙酸乙烯酯、丁二烯、丙烯腈、丙烯酸酯、偏氯乙烯等共聚，制造胶黏剂、涂料、食品包装材料、建筑材料等；利用其低沸点的特性可用作冷冻机；还可用作染料及香料的萃取剂。

目前氯乙烯单体的工业合成法主要有乙炔氢氯化法和乙烯氧氯化法，2017年中国PVC的生产能力达到了约2300万吨，约80％的PVC生产来自乙炔路线，占全球PVC产能的约40％。然而，乙炔法生产氯乙烯采用固定床反应器，乙炔和氯化氢在固体催化剂表面进行气固反应，并且乙炔氢氯化反应是一个强放热的反应，因此气固相反应往往伴随着严重的飞温现象和表面积碳，容易造成催化剂失活，且副反应多，产品杂质含量高，给后续产品的精制造成压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液相氯乙烯生产装置及工艺，旨在解决现有技术中气固相反应伴随着的严重“飞温”和表面积碳现象、催化剂易失活、副反应多等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种气液相氯乙烯生产装置，包括

反应塔，所述反应塔内部设有上下两处装有填料的气液反应区，所述反应塔上部设有液体催化剂进口，下部设有液体催化剂出口，用于液体催化剂在反应塔内循环进出，所述反应塔下部设有混合气体入口，所述反应塔顶部设有反应气体出口；

液体分布器，设于反应塔内，分别用于对进入两个所述气液反应区前的液体催化剂进行液体分布；

气体分布器，设于反应塔内，分别用于对进入两个气液反应区前的混合气体进行气体分布；

除沫器，设于反应塔顶部，用于回收反应气体中的夹带的液体催化剂雾滴；

液体催化剂循环机构，设于反应塔外，用于对液体催化剂进行冷却循环和更新；以及

冷凝器，设于反应塔外，用于收集反应气体并进行降温，且将反应气体中夹带的液体催化剂雾滴进行二次回收。

作为本申请另一实施例，所述液体催化剂循环机构包括：

催化剂存储罐，底部通过第一管路连接循环泵的进入端，顶部通过第二管路连通反应塔的液体催化剂出口，且第一管路和第二管路之间通过第三管路连通，所述第一管路、第二管路以及第三管路上均设有阀门；以及

换热器，一端连接循环泵出液端，另一端连通反应塔上部的液体催化剂进口。

作为本申请另一实施例，所述冷凝器底部设有液体出口，用于将降温后的液体催化剂排出，所述液体出口通过第四管路连通反应塔底部的存液部。

作为本申请另一实施例，所述反应塔的除沫器上部设有温度变送器和压力变送器，所述气液反应区设有温度变送器，下部气液反应区设有温控变送器，所述存液部上部设有温度变送器、压力变送器，用于混合气体温度和压力的测量，所述存液部设有液位变送器，所述催化剂存储罐设有液位变送器，所述温控变送器用于控制换热器与液体催化剂进口之间的管路上的调节阀调节液体催化剂的流量。

气液相氯乙烯生产工艺，包括以下步骤：

1)将催化剂存储罐内的液体催化剂通过循环泵加入到反应塔内，然后关闭催化剂存储罐的进口以及出口，借助于循环泵使得所述液体催化剂形成循环系统；

2)原料氯化氢A和乙炔B经混合后形成混合气体以一定流速进入到反应塔下部；

3)在反应塔内，混合气体经气体分布器分布后向上移动，液体催化剂经液体分布器分布后向下洒落，两者在反应塔内进行气液接触反应生成氯乙烯；

4)产生的氯乙烯气体经反应塔顶部除沫器及冷凝器进一步除去夹带的液体催化剂雾滴后得到氯乙烯粗品，经后续精制工序得到合格产品；

5)通过温度变送器监控气液反应区的温度，并通过温控变送器控制液体催化剂的回流量来控制下部气液反应区的温度；

6)当液体催化剂效率降低，则通过打开催化剂存储罐进口和出口，进行催化剂的更新。

作为本申请另一实施例，所述步骤1)中，打开第一管路和第三管路阀门，关闭第二管路阀门，启动循环泵，使液体催化剂从反应塔上部液体催化剂进口进入，落下并在底部形成存液部，所述存液部液面低于混合气体入口，完成后关闭第一管路阀门，完成液体催化剂循环系统建立。

作为本申请另一实施例，所述液体催化剂为咪唑类盐酸盐、氮甲基吡咯烷酮盐酸盐、氯化胆碱或季鏻盐中的一种；所述液体催化剂的活性组分为氯化铜、氯化亚铜、氯化锡和三氯化钌中的一种。

作为本申请另一实施例，所述混合气体中氯化氢和乙炔的摩尔比为(1.0-1.2):1。

作为本申请另一实施例，所述步骤5)中，通过设于换热器与液体催化剂进口之间管路上的调节阀控制液体催化剂的回流量来控制反应塔内下部气液反应区的温度为130-160℃。

作为本申请另一实施例，所述步骤6)中，在反应过程中，当催化剂的催化效率达不到工艺要求时，打开第二管路上的阀门，排出部分液体催化剂至催化剂罐内，关闭第二管路上的阀门，在催化剂罐内再生后，打开第一管路阀门，补充同等质量的液体催化剂至反应系统内。

本发明的气液相氯乙烯生产装置及工艺的有益效果：

(1)与固定床反应工艺相比，采用液体催化剂作为移热载体，移热速度快，避免了局部产生飞温的现象，避免催化剂表面积碳，提高催化剂的催化效率；

(2)气液接触，接触路径短，反应效率提高；

(3)外循环液液换热，换热器面积小，换热效率高，设备投资低；

(4)催化效率高，换热效率高，可实现设备小型化，产能高；

(5)塔式反应，可有效控制气液的接触面积，控制反应热产生速率，有效进行温控，生产安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的气液相氯乙烯生产装置的结构示意图；

图2为图1中反应塔的结构示意图。

图中：1、反应塔，2、冷凝器，3、调节阀，4、换热器，5、循环泵，6、催化剂存储罐，7、液位变送器，8、混合气体入口，9、气体分布器，10、填料，11、温度变送器，12、液体分布器，13、除沫器，14、压力变送器，15、反应气体出口，16、液体催化剂进口，17、温控变送器，18、液体催化剂出口，19、第一管路，20、第二管路,21、第三管路，22、第四管路，23、存液部。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供的一种气液相氯乙烯生产装置，包括

反应塔1，所述反应塔1内部设有上下两处装有填料10的气液反应区，所述反应塔1上部设有液体催化剂进口16，下部设有液体催化剂出口18，用于液体催化剂在反应塔1内循环进出，所述反应塔1下部设有混合气体入口8，所述反应塔1顶部设有反应气体出口15；

液体分布器12，设于反应塔1内，分别用于对进入两个所述气液反应区前的液体催化剂进行液体分布；

气体分布器9，设于反应塔1内，分别用于对进入两个气液反应区前的混合气体进行气体分布；

除沫器13，设于反应塔1顶部，用于回收反应气体中夹带的液体催化剂雾滴；

液体催化剂循环机构，设于反应塔1外，用于对液体催化剂进行冷却循环和更新；以及

冷凝器2，设于反应塔1外，用于收集反应气体并进行降温，且将反应气体中夹带的液体催化剂雾滴进行二次回收。

在本实施例中，反应塔1用于气液相接触，并进行反应，液体催化剂从液体催化剂进口进入，然后经过液体分布器12分布之后洒落，反应塔1下部设有混合气体入口8，用于混合气体进入，进入后经过气体分布器9分布后向上流动，从而与落下的液体催化剂进行充分的接触，并在液体催化剂作用下进行反应，大大提高了反应的效率，在反应塔1内设有两处填料区，也就是两处反应接触区，在液体和气体分别进入到两区之前均需要经过液体分布器12和气体分布器9，大大提高了接触面积，使得反应充分。

为了解决反应热移取问题，本发明采用的是不断冷却循环的液体催化剂的形式，经反应升温的液体催化剂经过液体催化剂循环机构冷却降温，使反应塔1内温度保持在一定温度范围内，保证反应效率，并且当催化剂效率降低的时候能够对催化剂进行更新，保证反应的连续稳定安全顺利进行。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产装置的一种具体实施方式，所述液体催化剂循环机构包括：

催化剂存储罐6，底部通过第一管路19连接循环泵5的进入端，顶部通过第二管路20连通反应塔1的液体催化剂出口18，且第一管路19和第二管路20之间通过第三管路21连通，所述第一管路19、第二管路20以及第三管路21上均设有阀门；以及

换热器4，一端连接循环泵5出液端，另一端连通反应塔1上部的液体催化剂进口16。

在本实施方式中，初始状态需要往反应釜内添加液体催化剂的时候，打开第一管路19和第三管路21阀门，关闭第二管路20阀门，启动循环泵5，使液体催化剂从反应塔1上部液体催化剂进口16进入，落下，并在底部形成存液部23，所述存液部23液面低于混合气体入口8，完成后关闭第一管路19阀门，完成液体催化剂循环系统建立。

其中换热器4用于将进入反应塔内的液体催化剂进行降温冷却，保证反应塔1内的温度，防止温度过高。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产装置的一种具体实施方式，所述冷凝器2底部设有液体出口，用于对将降温后的液体催化剂的排出，所述液体出口通过第四管路22连通反应塔1底部的存液部23。

本实施方式中，随反应气体，也就是生成的氯乙烯一起夹带的液体催化剂雾滴需要进行回收，首先被反应塔1顶部的除沫器13将其回收，并回流，其次未被除去的催化剂随反应气体进入到冷凝器2内，遇冷凝结成大液滴，通过管道回流至存液部23。也就是本实施方式能够有效地维持体系内液体催化剂的平衡。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产装置的一种具体实施方式，所述反应塔1的除沫器13上部设有温度变送器11和压力变送器14，所述上部气液反应区设有温度变送器11，其中下部气液反应区设有温控变送器17，所述存液部上部设有温度变送器、压力变送器，用于混合气体温度和压力的测量，所述催化剂存储罐6设有液位变送器7，所述下部气液反应区的温度通过液体催化剂循环机构管路上的催化剂调节阀调节液体催化剂的流量来控制。

温度变送器11用于显示反应塔1内各处的温度；

温控变送器17，位于填料10处，用于显示及控制反应塔1内大部分反应处的温度，其具体是通过控制液体催化剂的回流量实现的，温度高则控制调节阀3开大，加大回流量，则可使反应塔内温度维持在特定反应温度范围内。

压力变送器14，用于显示反应塔1内下部和上部的压力；

液位变送器7，用于显示反应塔1内的液体催化剂的液位。

下部气体分布器9，用于使混合气体分布均匀，位于反应塔1的下部，与混合气体入口8相连接，下部的温度变送器11和压力变送器14位于其下部，用于检测混合气体的压力和温度；

下部填料10，位于下部气体分布器9的上部，其中间位置设有温控变送器17，用于使气液逆流接触的更均匀，更彻底；

下部液体分布器12，具有收集和分布液体功能，位于下部填料10的上方，用于收集上部落下的液体催化剂并进行再分布；

上部气体分布器9，位于上部液体分布器12的上方，并与之有一定的间距，用于未反应的混合气体进行再次分布；

上部填料10，位于上部气体分布器9的上方，用于未反应的混合气体在此继续进行气液逆流接触并完全反应，此处设有温度变送器11。

上部液体分布器12，位于上部填料10的上部，与液体催化剂进口相连，使液体催化剂分布均匀。

温度变送器11、液位变送器7、压力变送器14均可将测得的信号值传递给控制器的显示装置，可直观读取，而温控变送器17不仅可以将信号传递给显示装置，而且能够通过信号传递给控制器，使其控制调节阀，来控制调节阀的开度。

气液相氯乙烯生产工艺，包括以下步骤：

1)将催化剂存储罐6内的液体催化剂通过循环泵5加入到反应塔1内，然后关闭催化剂存储罐6的进口以及出口，借助于循环泵5使得所述液体催化剂形成循环系统；

2)原料氯化氢A和乙炔B经混合后形成混合气体以一定流速进入到反应塔1下部；

3)在反应塔1内，混合气体经气体分布器9分布后向上移动，液体催化剂经液体分布器12分布后向下洒落，两者在反应塔1内进行气液接触反应生成氯乙烯；

4)产生的氯乙烯气体经反应塔1顶部除沫器13及冷凝器2进一步除去夹带的液体催化剂雾滴后得到氯乙烯粗品，经后续精制工序得到合格产品；

5)通过温度变送器11监控气液反应区的温度，通过控制液体催化剂的回流量来控制下部气液反应区的温度；

6)当液体催化剂催化效率降低，则通过打开催化剂存储罐6进口和出口，进行催化剂的更新。

在本实施方式中，混合气体在液体催化剂的作用下在下部填料10处经气液逆流接触完成大部分反应后，未反应的混合气体继续向上，经上部气体分布器9再分布后，在上部填料10处继续进行气液逆流接触至反应完全。

液体催化剂从上向下进入下部填料10时，需经上部液体分布器12以及下部的液体分布器12进行再分布，以使液体分布的更均匀。

液体催化剂降落至反应塔1底部时，反应热会使液体催化剂温度升高，经循环泵5输送，换热器4使其降温至100-110℃后，通过回流至反应塔1内的液体催化剂的流量来实现反应塔1内温度的控制；液体催化剂的回流量大于混合气体反应所需的液体催化剂的量。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产工艺的一种具体实施方式，所述步骤1)中，打开第一管路19和第三管路21阀门，关闭第二管路20阀门，启动循环泵5，使液体催化剂从反应塔1上部液体催化剂进口进入，落下，并在底部形成存液部23，所述存液部23液面低于混合气体入口8，完成后关闭第一管路19阀门，完成催化剂循环系统建立。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产工艺的一种具体实施方式，所述液体催化剂为咪唑类盐酸盐、氮甲基吡咯烷酮盐酸盐、氯化胆碱或季鏻盐中的一种；所述液体催化剂的活性组分为氯化铜、氯化亚铜、氯化锡和三氯化钌中的一种。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产工艺的一种具体实施方式，所述混合气体中氯化氢和乙炔的摩尔比为(1.0-1.2):1。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产工艺的一种具体实施方式，所述步骤5)中，通过设于换热器4与液体催化剂进口16之间管路上的调节阀3控制液体催化剂的回流量来控制反应塔1内中下部的温度为130-160℃。

作为本发明提供的气液相氯乙烯生产工艺的一种具体实施方式，所述步骤6)中，在反应过程中，当催化剂的催化效率达不到工艺要求时，打开第二管路20上的阀门，排出部分液体催化剂至催化剂存储罐6内，关闭第二管路20上的阀门，在催化剂存储罐内再生后，打开第一管路19的阀门，补充同等质量的液体催化剂至反应系统内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.气液相氯乙烯生产装置，其特征在于，包括

反应塔，所述反应塔内部设有上下两处装有填料的气液反应区，所述反应塔上部设有液体催化剂进口，下部设有液体催化剂出口，用于液体催化剂在反应塔内循环进出，所述反应塔下部设有混合气体入口，所述反应塔顶部设有反应气体出口；

液体分布器，设于反应塔内，分别用于对进入两个所述气液反应区前的液体催化剂进行液体分布；

气体分布器，设于反应塔内，分别用于对进入两个气液反应区前的混合气体进行气体分布；

除沫器，设于反应塔顶部，用于回收反应气体中的夹带的液体催化剂雾滴；

液体催化剂循环机构，设于反应塔外，用于对液体催化剂进行冷却循环和更新；以及

冷凝器，设于反应塔外，用于收集反应气体并进行降温，且将反应气体中夹带的液体催化剂雾滴进行二次回收。

2.如权利要求1所述的气液相氯乙烯生产装置，其特征在于，所述液体催化剂循环机构包括：

催化剂存储罐，底部通过第一管路连接循环泵的进入端，顶部通过第二管路连通反应塔的液体催化剂出口，且第一管路和第二管路之间通过第三管路连通，所述第一管路、第二管路以及第三管路上均设有阀门；以及

换热器，一端连接循环泵出液端，另一端连通反应塔上部的液体催化剂进口。

3.如权利要求1所述的气液相氯乙烯生产装置，其特征在于，所述冷凝器底部设有液体出口，用于将降温后的液体催化剂排出，所述液体出口通过第四管路连通反应塔底部的存液部。

4.如权利要求2所述的气液相氯乙烯生产装置，其特征在于，所述反应塔的除沫器上部设有温度变送器和压力变送器，上部气液反应区设有温度变送器，下部气液反应区设有温控变送器，所述存液部上部设有温度变送器、压力变送器，用于混合气体温度和压力的测量，所述存液部设有液位变送器，所述催化剂存储罐设有液位变送器，所述温控变送器用于控制换热器与液体催化剂进口之间的管路上的调节阀调节液体催化剂的流量。

5.气液相氯乙烯生产工艺，包括以下步骤：

1)将催化剂存储罐内的液体催化剂通过循环泵加入到反应塔内，然后关闭催化剂存储罐的进口以及出口，借助于循环泵使得所述液体催化剂形成循环系统；

2)原料氯化氢A和乙炔B经混合后形成混合气体以一定流速进入到反应塔下部；

3)在反应塔内，混合气体经气体分布器分布后向上移动，液体催化剂经液体分布器分布后向下洒落，两者在反应塔内进行气液接触反应生成氯乙烯；

4)产生的氯乙烯气体经反应塔顶部除沫器及冷凝器进一步除去夹带的液体催化剂雾滴后得到氯乙烯粗品，经后续精制工序得到合格产品；

5)通过温度变送器监控气液反应区的温度，并通过温控变送器控制液体催化剂的回流量来控制下部气液反应区的温度；

6)当液体催化剂效率降低，则通过打开催化剂存储罐进口和出口，进行催化剂的更新。

6.如权利要求5所述的气液相氯乙烯生产工艺，其特征在于，所述步骤1)中，打开第一管路和第三管路阀门，关闭第二管路阀门，启动循环泵，使液体催化剂从反应塔上部液体催化剂进口进入，落下并在底部形成存液部，所述存液部液面低于混合气体入口，完成后关闭第一管路阀门，完成液体催化剂循环系统建立。

7.如权利要求5所述的气液相氯乙烯生产工艺，其特征在于，所述液体催化剂为咪唑类盐酸盐、氮甲基吡咯烷酮盐酸盐、氯化胆碱或季鏻盐中的一种；所述液体催化剂的活性组分为氯化铜、氯化亚铜、氯化锡和三氯化钌中的一种。

8.如权利要求5所述的气液相氯乙烯生产工艺，其特征在于，所述混合气体中氯化氢和乙炔的摩尔比为(1.0-1.2):1。

9.如权利要求5所述的气液相氯乙烯生产工艺，其特征在于，所述步骤5)中，通过设于换热器与液体催化剂进口之间管路上的调节阀控制液体催化剂的回流量来控制反应塔内下部气液反应区的温度为130-160℃。

10.如权利要求5所述的气液相氯乙烯生产工艺，其特征在于，所述步骤6)中，在反应过程中，当催化剂的催化效率达不到工艺要求时，打开第二管路上的阀门，排出部分液体催化剂至催化剂罐内，关闭第二管路上的阀门，在催化剂罐内再生后，打开第一管路阀门，补充同等质量的液体催化剂至反应系统内。

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