CN1817831A - 单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化工产品的生产装置和生产方法，具体涉及的是制取二氯乙烷过程中乙烯氯化反应生成二氯乙烷的生产装置和生产方法。生产装置包括有：循环二氯乙烷和氯气入口管线、管式氯气速溶混合器、氯气溶解液出口管线、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线、管式乙烯氯化反应器、二氯乙烷出口管线等。并提出了乙烯氯化制取二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应的生产方法。可实现生产过程管道化，投资少、生产能力大；反应过程中，用循环二氯乙烷预溶氯气和乙烯，氯气与乙烯无气相接触，副产物少，产品纯度高。本发明可用于低温氯化、中温氯化和高温氯化；可用于采用液相出料的操作、气相出料的操作和气液混合物出料的操作。

Description

单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置及其方法

技术领域

本发明涉及化工产品的生产装置和生产方法，具体涉及的是乙烯氯化反应制取二氯乙烷的生产装置和生产方法。

技术背景

二氯乙烷是制取氯乙烯单体的重要原料。以乙烯和氯气在催化剂存在下直接接触生产二氯乙烷是世界上较为普遍的技术。

乙烯氯化反应器可分为塔式反应器、U型反应器、管式反应器。乙烯氯化工艺可分为在低于二氯乙烷沸点温度下操作的低温氯化和高于二氯乙烷沸点温度下操作的高温氯化。其区别在于低温氯化采用液相出料，高温氯化采用气相出料。也有采用气液混合物出料的，称为中温氯化。低温氯化法多采用塔式反应器，如图1。乙烯和氯气的氯化反应在预先充有循环氯化液的塔式反应器内进行。循环氯化液在进入反应器前经文氏喷嘴将原料氯气引入系统，溶有氯气的氯化液在反应器入口附近与原料乙烯一起进入塔式反应器进行氯化反应。高温氯化法所用的氯化反应器有多种。图2是用于高温氯化的U型氯化反应器，它是将反应器设计成一个U型管和一个分离器的组合体。原料乙烯和氯气通过喷散器加入到分离器的U型管部分。两种反应气体进入反应器后溶解在二氯乙烷液相内发生反应转变成二氯乙烷，此刻处于反应器的下部，由于液体的静压作用，不会出现沸腾，当位于U型管较上位置时，乙烯和氯气的反应已基本完成，液体继续上升时，由于静压减小而出现沸腾，所形成的气液混合物进入上部的气液分离器，气相作为出料，液相依靠虹吸作用在U型管反应器内循环。

目前，德国一家公司开发了以四氯化铁酸钠为催化剂的高温直接氯化技术，所用反应器为鼓泡塔式反应器，该反应器传质效果差，生产能力低，产品质量不易保证；日本一家公司开发了一种具有特殊气体分布器和填料层的鼓泡塔式氯化反应器，该技术的主要缺陷是操作弹性小，气体分布器易堵塞；国内曾公布了一种带有混合内构件的管道反应器直接进行乙烯氯化的技术，工艺流程如图3，反应器结构如图4，该技术的设计思路与反应器结构均较新颖，公布的数据为反应温度83～90℃，属中温氯化，缺点是反应物纯度不够高。

目前的乙烯直接氯化制取二氯乙烷的生产技术和生产装备均不够理想，因此，提供一种新型、高效二氯乙烷生产装备和生产方法是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资少、结构简单、产量范围宽，可使氯气与乙烯无气相接触，副产物少、产品纯度高、易于操作的二氯乙烷生产用管式乙烯氯化反应装置。

本发明的另一目的是提供一种新的乙烯氯化制取二氯乙烷的生产方法，以推进二氯乙烷及后续产品氯乙烯生产的技术进步。

采用的技术方案是：

二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应生产装置包括：循环二氯乙烷和氯气入口管线、管式氯气速溶混合器、氯气溶解液出口管线、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线、管式乙烯氯化反应器、二氯乙烷出口管线，乙烯混合液出口管线，乙烯分散混合管，乙烯和循环二氯乙烷入口管线。

其循环二氯乙烷和氯气入口管线与管式氯气速溶混合器入口相联，管式氯气速溶混合器出口与氯气溶解液出口管线相联，乙烯和循环二氯乙烷入口管线与乙烯分散混合管入口相联，乙烯分散混合管出口与乙烯混合液出口管线相联，氯气溶解液出口管线和乙烯混合液出口管线与氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线相联，氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线的另一端与管式乙烯氯化反应器入口相联，管式乙烯氯化反应器出口与二氯乙烷出口管线相联。

上述管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器可为直管、曲管或直管与曲管组合，可垂直布置、水平布置、倾斜布置，或垂直、水平、倾斜组合布布置；循环二氯乙烷和氯气入口管线、氯气溶解液出口管线、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线、二氯乙烷出口管线、丙烯与循环二氯乙烷入口管线、乙烯混合液出口管线可为直管线、曲管线或直管线组合，可垂直布置、水平布置、倾斜布置，或垂直、水平、倾斜组合布置。

上述管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器可为整体式或分段组合式；分段组合式的段间组合方式可为对接连接或通过连接管连接，连接管可为直管、曲管或直管与曲管组合；连接可采用焊接、法兰连接或螺纹连接；段与段间及段与连接管间的直径可相同或不同。

上述管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器内固设有可对在其内流动的物料产生混合作用的螺旋片混合构件和芯轴，芯轴可为实心轴或空心轴；管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器内同一横截面上可布置一组数量为n≥1的螺旋片混合构件，螺旋片可为左旋式或右旋式，螺旋片间的夹角为α＝0～180°；管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器内沿轴向可设置多组螺旋片，相邻两组螺旋片沿圆周方向错开β＝0～90°角度布置；相邻两组螺旋片沿轴线方向可首尾相联，也可保持一些距离布置。

上述管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器内的螺旋片可全部或部分用化工填料或其它混合构件代替；用化工填料或其它混合构件代替螺旋片时可不设置芯轴；管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器也可为空管；管式氯气速溶混合器、乙烯分散混合管、管式乙烯氯化反应器管壁外侧可设置加热或冷却系统，也可不设置加热或冷却系统。

循环二氯乙烷与氯气、循环二氯乙烷与丙烯、氯气溶解液与乙烯混合液或氯气溶解液与乙烯汇合处可设置喷射器。

二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置生产方法的技术要点是：①循环二氯乙烷和氯气进入管式氯气速溶混合器，在内设混合构件的作用下边流动、边混合、边溶解，形成氯气溶解液经氯气溶解液出口管线流出；②乙烯和循环二氯乙烷进入乙烯分散混合管，在内设混合构件的作用下边流动、边混合，形成乙烯混合液后由乙烯混合液出口管线流出；③氯气溶解液与乙烯混合液(或乙烯)经氯气溶解液和乙烯混合液(或乙烯)汇合管线进入管式乙烯氯化反应器：④氯气溶解液与乙烯混合液(或乙烯)在管式乙烯氯化反应器内设混合构件的作用下边流动、边混合、边反应，生成的二氯乙烷由二氯乙烷出口管线流出；⑤循环二氯乙烷与氯气进入管式氯气速溶混合器的推动力可由泵、位差或压强差提供；也可由流动的二氯乙烷经喷射器抽吸氯气后进入氯气速溶混合器；⑥循环二氯乙烷与乙烯进入乙烯分散混合管的推动力可由泵、位差或压强差提供：也可由流动的循环二氯乙烷经喷射器抽引丙烯后进入乙烯分散混合管：⑦循环二氯乙烷和氯气可分别进入管式氯气速溶混合器；⑧循环二氯乙烷和乙烯可分别进入乙烯分散混合管；⑨氯气溶解液和乙烯混合液(或乙烯)可分别进入管式乙烯氯化反应器：⑩可在氯气溶解液和乙烯混合液汇合处设喷射器，由一股物料抽吸另一股物料。

循环二氯乙烷与氯气可不经过循环二氯乙烷和氯气入口管线而直接进入管式氯气速溶混合器；乙烯与循环二氯乙烷可不经乙烯和循环二氯乙烷入口管线而直接进入乙烯分散混合管；乙烯可直接与氯气溶解液汇合进入管式乙烯氯化反应器；氯气溶解液与乙烯混合液(或乙烯)可不经过氯气溶解液和乙烯混合液汇合管而直接进入管式乙烯氯化反应器。

本发明具有如下优点与效果：

1.生产过程实现了管道化，设备投资少、生产能力大，操作弹性大；

2.乙烯氯化反应过程中，氯气与乙烯无气相接触，乙烯氯化反应器出口二氯乙烷纯度高，副产物少；

3.参与反应的物料在反应器内只有径向混合，无轴向返混；

4.参与反应的物料在反应器内的停留时间均匀，实现了平推流反应；

5.乙烯与氯气的进料摩尔比可接近理论值；

6.装置无运动构件，不易出现故障，可增加有效的生产时间；

7.该生产装置与生产方法可运用于低温氯化、中温氯化和高温氯化；可用于采用液相出料的操作、气相出料的操作和气液混合物出料的操作。

附图说明

图1是现有的塔式反应器乙烯氯化制二氯乙烷工艺流程图；

图2是现有的U型反应器乙烯氯化制二氯乙烷工艺流程图；

图3是现有的国内乙烯氯化生产工艺流程图；

图4是现有的国内带有混合内构件的管道乙烯氯化反应器；

图5是本发明带有管式氯气速溶混合器和乙烯分散混合管的二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置；

图6是本发明带有管式氯气速溶混合器的二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置；

图7是本发明单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置中，管式氯气速溶混合器、管式乙烯氯化反应器、乙烯分散混合管轴向剖面图；

图8是本发明单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置中，管式氯气速溶混合器、管式乙烯氯化反应器、乙烯速溶混合管横向剖面图；

图9是本发明左旋螺旋片示意图；

图10是本发明右旋螺旋片示意图。

具体实施方式

实施例一

二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应生产装置，如图5、6、7、8、9、10所示，包括循环二氯乙烷和氯气入口管线1、管式氯气速溶混合器2、氯气溶解液出口管线3、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线4、管式乙烯氯化反应器5、二氯乙烷出口管线6、乙烯混合液出口管线7、乙烯分散混合管8、乙烯和循环二氯乙烷入口管线9。上述管式氯气速溶混合器2、管式乙烯氯化反应器5、乙烯分散混合管8内设置空心芯轴和螺旋片，沿横截面设置每组三片螺旋片，螺旋片间的夹角α＝120°，轴向相邻的两组旋向不同的螺旋片首尾相接，沿圆周方向错开β＝60°角布置。如图8、9所示左旋的螺旋片10与右旋的螺旋片11首尾相接，以芯轴12为轴心呈径向分布状。

具体安装方式：循环二氯乙烷和氯气入口管线1与管式氯气速溶混合器2入口相联，管式氯气速溶混合器2出口与氯气溶解液出口管线3相联，丙烯和循环二氯乙烷入口管线9与乙烯分散混合管8入口相联，乙烯分散混合管8出口与乙烯混合液出口管线7相联，氯气溶解液出口管线3和乙烯混合液出口管线7与氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线4相联，氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线4与管式乙烯氯化反应器5的入口相联，管式乙烯氯化反应器5的出口与二氯乙烷出口管线6相联。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于管式氯气速溶混合器2、管式乙烯氯化反应器5、乙烯分散混合管8内设置的混合构件为化工填料鲍尔环。

实施例三

实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于管式氯气速溶混合器2、管式乙烯氯化反应器5、乙烯分散混合管内设置的混合构件为化工填料板波纹。

实施例四

实施例四与实施例一基本相同，不同之处在于氯气溶解液出口管线3和乙烯混合液出口管线7直接与管式乙烯氯化反应器5相联，无需氯气溶解液和乙烯混合液汇合管4。

实施例五

实施例五与实施例一基本相同，不同之处在于装置中无乙烯分散混合管8，丙烯和循环二氯乙烷入口管线9直接与乙烯混合出口管线7相联成乙烯入口管线。

实施例六

二氯乙烷生产用单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应生产方法，包括循环二氯乙烷与氯气经循环二氯乙烷和氯气入口管线1进入管式氯气速溶混合器2，形成氯气溶解液；乙烯与循环二氯乙烷经乙烯和循环二氯乙烷入口管线9进入乙烯分散混合管8形成乙烯混合液；由氯气溶解液出口管线3流出的氯气溶解液，和由乙烯混合液出口管线7流出的乙烯混合液，在氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线4汇合后进入管式乙烯氯化反应器5，反应生成的二氯乙烷由二氯乙烷出口管线6流出。

实施例七

实施例七与实施例六基本相同，不同之处在于操作中无循环二氯乙烷分散丙烯操作，丙烯可直接经管线7与氯气溶解液汇合后进入管式乙烯氯化反应器5。

实施例八

实施例八与实施例六基本相同，不同之处在于循环二氯乙烷与氯气不经过循环二氯乙烷和氯气入口管线1而分别直接进入管式氯气速溶混合器2；乙烯与循环二氯乙烷不经乙烯和循环二氯乙烷入口管线9而分别进入乙烯分散混合管8；氯气溶解液与乙烯混合液不经氯气溶解液和丙烯混合液汇合管4，而分别直接进入管式乙烯氯化反应器5。

本发明的装置与方法可用于低温氯化、中温氯化和高温氯化，用于液相出料、气液混合出料和气相出料。

Claims (10)

1.单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置，包括循环二氯乙烷和氯气入口管线、管式氯气速溶混合器、氯气溶解液出口管线、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线、管式乙烯氯化反应器、二氯乙烷出口管线；乙烯混合液出口管线、乙烯分散混合管、乙烯和循环二氯乙烷入口管线，其特征在于：循环二氯乙烷和氯气入口管线(1)与管式氯气速溶混合器(2)入口相联，管式氯气速溶混合器(2)出口与氯气溶解液出口管线(3)相联，乙烯和循环二氯乙烷入口管线(9)与乙烯分散混合管(8)入口相联，乙烯分散混合管(8)出口与乙烯混合液出口管线(7)相联，氯气溶解液出口管线(3)和乙烯混合液出口管线(7)与氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线(4)相联，氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线(4)的另一端与管式乙烯氯化反应器(5)入口相联，管式乙烯氯化反应器(5)出口与二氯乙烷出口管线(6)相联。

2.根据权利要求1所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置，其特征在于：管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)为直管、曲管或直管与曲管组合，作垂直布置、水平布置、倾斜布置，或垂直、水平、倾斜组合布置；循环二氯乙烷和氯气入口管线(1)、氯气溶解液出口管线(3)、氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线(4)、二氯乙烷出口管线(6)、乙烯混合液出口管线(7)、乙烯和循环二氯乙烷入口管线(9)为直管线或曲管线，也可为直管线和曲管线组合，作垂直布置、水平布置、倾斜布置，或垂直、水平、倾斜组合布置。

3.根据权利要求1所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置，其特征在于：管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)为整体式或分段组合式；分段组合式的段间组合方式为对接连接或通过联接管连接，连接采用焊接、法兰连接或螺纹连接：段与段间的直径可相同或不同。

4.根据权利要求1所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置，其特征在于：管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)内固设有对在其内流动的物料产生混合作用的螺旋片混合构件(10)、(11)和芯轴(12)；芯轴(12)为空心轴或实心轴；沿管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)内同一横截面上设置一组数量为n≥1的螺旋片混合构件(10)或(11)，螺旋片(10)或(11)间的夹角为α＝0～180°；沿管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)内轴线方向设置多组螺旋片(10)或(11)，相邻两组螺旋片(10)或(11)沿圆周方向错开β＝0～90°角布置；相邻两组螺旋片(10)或(11)沿轴线方向首尾相联，也可以有距离布置。

5.根据权利要求1所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应装置，其特征在于：管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)内的螺旋片(10)或(11)可全部或部分用化工填料或其它混合构件代替；用化工填料或混合构件代替螺旋片时可不设置芯轴(12)；管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管(8)可为空管；管式氯气速溶混合器(2)、管式乙烯氯化反应器(5)、乙烯分散混合管管壁外侧设置加热或冷却系统，也可不设置加热或冷却系统。

6.单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应方法，其特征在于：循环二氯乙烷与氯气经循环二氯乙烷和氯气入口管(1)进入管式氯气速溶混合器(2)后边流动、边混合、边溶解，形成的氯气溶解液经氯气溶解液出口管线(3)流出；乙烯与循环二氯乙烷经乙烯和循环二氯乙烷入口管线(9)进入乙烯分散混合管(8)后边流动、边混合，形成的乙烯混合液由乙烯混合液出口管线(7)流出；氯气溶解液与乙烯混合液经氯气溶解液和乙烯混合液汇合管线(4)进入管式乙烯氯化反应器边流动、边混合、边反应，生成的二氯乙烷由二氯乙烷出口管线(6)流出。

7.根据权利要求6所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应方法，其特征在于：乙烯可直接与氯气溶解液汇合经氯气溶解液和乙烯汇合管线(4)进入管式乙烯氯化反应器(5)。

8.根据权利要求6所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应方法，其特征在于：循环二氯乙烷与氯气汇合处、循环二氯乙烷与乙烯汇合处、氯气溶解液与乙烯混合物或乙烯汇合处可采用喷射器由一股物料抽吸另一股物料。

9.根据权利要求6所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应方法，其特征在于：循环二氯乙烷与氯气进入管式氯气速溶混合器(5)、循环二氯乙烷与乙烯进入乙烯分散混合管(8)、氯气溶解液与乙烯混合液或乙烯进入管式乙烯氯化反应器的推动力由泵、位差或压强差提供。

10.根据权利要求6所述的单管多旋静态混合管式乙烯氯化反应方法，其特征在于：循环二氯乙烷与氯气可不经过循环二氯乙烷和氯气入口管线(1)而直接进入管式氯气速溶混合器(2)；乙烯与循环二氯乙烷可不经乙烯和循环二氯乙烷入口管线(9)而直接进入乙烯分散混合管(8)；乙烯可直接与氯气溶解液汇合进入管式乙烯氯化反应器(5)；氯气溶解液与乙烯混合液或乙烯可不经过氯气溶解液和乙烯混合液汇合管(4)而直接进入管式乙烯氯化反应器(5)。

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