CN215288579U - 一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置，包括逆流反应塔、液态催化剂循环管路、循环泵、循环换热器以及冷凝器。逆流反应塔用于气液相逆流接触发生反应，其内部自下而上依次为存液区、气体分布区、反应区、液体分布区、保安区、除沫区。逆流反应塔耦合了反应与分离的功能，可将反应生成的氯乙烯气体与夹带的液态催化剂进行分离，同时未反应的原料气体可在保安区进一步反应，提高原料的转化率，反应放出的反应热可通过循环的液态催化剂进行移取，并副产蒸汽或热水。冷凝器用于对产品气体进行降温，同时回收夹带的液态催化剂，降低催化剂的单耗。本实用新型以液态催化剂作为移热载体，移热速度快，气液逆流接触，生产效率高。

Description

一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置

技术领域

本实用新型属于电石法氯乙烯生产技术领域，更具体地说，是涉及一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置。

背景技术

氯乙烯（VCM）又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体。氯乙烯单体（VCM）主要用来生产聚氯乙烯树脂，聚氯乙烯是世界上产量最大的通用塑料，在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。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。

氯乙烯单体VCM于1931年实现工业化。按原料的路线可分为电石乙炔法和乙烯乙烷法。我国氯乙烯生产装置电石乙炔法占60%，其产能占比81.5%。根据我国自然资源，电石乙炔法在较长时间仍将运行。电石法是利用电石（碳化钙），遇水生成乙炔，在固定床反应器内，以活性炭负载HgCl₂为催化剂，乙炔与氯化氢合成制出氯乙烯单体。该反应为强放热反应，采用传统的固定床反应器生产氯乙烯，会造成活性炭负载HgCl₂的催化剂表面局部过热，积碳堵塞孔道，降低催化剂与气体的接触面积，造成催化剂的快速失活，降低催化剂的催化效率，另外，还会使局部飞温，副反应增加，副产物种类及数量增多，造成后续产品精制困难，产品品质受到影响。汞催化剂的使用，还会造成环境的污染，因此开发一种基于无汞催化剂，并且优于现有固定床反应器的装置是该领域技术人员的研究方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置，旨在解决现有技术中气固相反应活性炭负载HgCl₂的催化剂表面积碳堵塞，催化剂易失活，局部飞温，产品精制过程复杂等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

塔式逆流气液相氯乙烯生产装置包括：

逆流反应塔，用于气液相逆流接触发生反应，其内部自下而上依次为存液区、气体分布区、反应区、液体分布区、保安区、除沫区；所述存液区对应的塔壁底部设有催化剂引出口，所述液体分布区内设置有液体分布器并在对应的塔壁上设有催化剂入口；所述气体分布区对应的塔壁上设有混合气体入口，在所述气体分布区和所述反应区之间装设有气体分布器；逆流反应塔顶部设有产品气体出口；所述保安区为气固接触反应区，装设有无汞固体催化剂，所述除沫区装设有除沫器；

液态催化剂循环管路，位于所述反应塔塔体外，一端接于催化剂引出口，另一端接于催化剂入口；

循环泵，安装于所述液态催化剂循环管路上，使所述液态催化剂沿所述液态催化剂循环管路自下而上流动；以及

循环换热器，安装于所述液态催化剂循环管路上，用于对所述液态催化剂进行加热或冷却。

在上述技术方案下，本实用新型可以这样实现：

本实用新型装置中，在所述催化剂循环管路上还连接有旁路管路，所述旁路管路上设置有控制阀门并连接有催化剂储罐；所述催化剂储罐用于储存待引入装置内的新鲜催化剂或自装置内引出的催化剂，且位于所述循环泵上游。

本实用新型装置中，所述催化剂储罐底部设有催化剂出口，上部设有催化剂回流口和新鲜催化剂加料口。

本实用新型装置中，在与所述催化剂引出口相接的循环管路上设置有控制阀，所述旁路管路的两接入点位于所述控制阀的两侧，所述旁路管路的另两端通过控制阀分别接于所述催化剂储罐的催化剂回流口和催化剂出口。

本实用新型装置中，在逆流反应塔、催化剂储罐、循环换热器、冷凝器的壁体上各自设有若干压力监测口、温度监测口；在所述逆流反应塔底部及所述催化剂储罐壁体上设有液位监测口。

本实用新型装置中，还包括有控制系统，在所述的逆流反应塔、催化剂储罐、循环换热器、冷凝器上设有压力、温度监测系统并各自安装于相应的压力检测口、温度检测口，在所述逆流反应塔、催化剂储罐上还设有安装于液位监测口的液位监测系统，在各连接管路上设有温度、流量监测控制系统及阀门开关的监测控制系统。

本实用新型的塔式逆流气液相氯乙烯生产装置的有益效果：

（1）本实用新型所设计的气液逆流反应塔与固定床反应器技术相比，采用液态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）本实用新型中，气液逆流接触，接触面积大，反应效率高；

（3）本实用新型中，在外置的循环换热器中，液态催化剂与冷水换热，换热效率高，换热器面积小，设备投资低；

（4）本实用新型中，液态催化剂与原料气体接触面积大，催化剂的催化效率高，换热效率高，可实现设备小型化，单套装置产能高；

（5）本实用新型采用塔式反应，可有效控制气液的接触面积，通过调节液态催化剂流量，有效进行温控，生产安全性高；

（6）本实用新型中，催化剂可以实现在线不停车添加、更换；

（7）本实用新型中，逆流反应塔耦合了反应和分离的功能，大部分原料气体的反应发生在液态催化剂存在的情况下，因此大部分的反应热是由液态催化剂带走，而剩余的少量未反应的原料气体的反应发生在固体催化剂区域，产生的反应热也相对较少，由此可确保反应装置温度的稳定，从而提高生产的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型提供的塔式逆流气液相氯乙烯生产装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的催化剂储罐的结构示意图。

图3为本实用新型提供的逆流反应塔的结构示意图。

图4为本实用新型提供的冷凝器的结构示意图。

图中各标号示意为：

A、氯化氢；B、乙炔；C、粗氯乙烯气体；D、液态催化剂。

1、催化剂储罐；101、催化剂出口；102、液位监测口；103、温度监测口；104、新鲜催化剂加料口；105、催化剂回流口；2、逆流反应塔；201、催化剂引出口；202、存液区；203、气体分布器；204、压力监测口；205、反应区；206、催化剂入口；207、除沫区；208、产品气体出口；209、保安区；210、液体分布器；211、混合气体入口；212、气体分布区；3、循环泵；4、循环换热器；5、冷凝器；501、产品气体入口；502、氯乙烯粗品出口；503、液态催化剂出口；V1、第一控制阀；V2、第二控制阀；V3、第三控制阀；V4、第四控制阀；V5、第五控制阀； V6、催化剂排放阀；V7、混合气体流量调节阀， V8、催化剂循环调节阀。

G1、混合气体加入管路；G2、粗氯乙烯气体管路；G3、液态催化剂收集管路；G4、新鲜催化剂加入管路。

为了使本实用新型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，对本实用新型的实施方式进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以说明本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的塔式逆流气液相氯乙烯生产装置包括：催化剂储罐1、逆流反应塔2、循环泵3、循环换热器4、冷凝器5；

如图1、图3所示；逆流反应塔2内部包括多个功能区；从下至上依次为存液区202、气体分布区212、反应区205、液体分布区、保安区209、除沫区207。

逆流反应塔2底部设有催化剂引出口201；存液区202对应的塔壁上设有液位监测口102；气体分布区212对应的塔壁上设有混合气体入口211，混合气体入口211外连接有混合气体加入管路G1，该管路上设有混合气体流量调节阀V7和流量监测器6。液体分布区对应的塔壁上设有催化剂入口206；逆流反应塔2顶部设有产品气体出口208；

根据工艺需要可在逆流反应塔2塔壁的不同位置设有压力监测口204、温度监测口103。

所述逆流反应塔2的外部还设有夹套；夹套上设置有冷热源进出口。

在气体分布区212和反应区205之间装设有气体分布器203；在液体分布区装设有液体分布器210；在保安区209装设有无汞固体催化剂；除沫区207装设有除沫器。

逆流反应塔2可以选用喷淋塔、填料塔、板式塔或者其它形式用于气液接触的塔。逆流反应塔2可以是单塔一级反应；也可以是多塔串联的多级反应，反应塔内部可以为一段或者多段反应。

当逆流反应塔2为喷淋塔时；反应区内无构件；当逆流反应塔2为填料塔时，反应区内装设有填料；当逆流反应塔2为板式塔时；反应区内装设有塔板。

除沫器可以采用丝网除沫器，也可以采用雾沫捕集器。

逆流反应塔2耦合了反应和分离的功能：在催化剂的作用下，大部分的原料气体在反应区205发生反应生成氯乙烯气体，少量未反应的原料气体在保安区209进行反应生成氯乙烯气体。在除沫区207内，反应产物氯乙烯气体中夹带的液态催化剂雾滴凝聚成大液滴后回落向下继续参与反应，实现气液分离。

在逆流反应塔2塔体外设置有循环换热器4，其设有催化剂出入口以及冷热源进出口，在装置正常运行时，用于对液态催化剂进行冷却降温，并可副产蒸汽或热水；达到节能目的。循环换热器4采用耐温、耐压、耐腐蚀的换热器；管程流动高温液态催化剂；壳程流动冷源。

如图1所示，设置循环泵3，在生产开始的初始阶段，用于将催化剂储罐1中的液态催化剂输送到逆流反应塔2内；在装置稳定运行阶段；用于为液态催化剂在反应系统内循环流动提供动力。

如图1、图4所示，生产装置还包括冷凝器5，其设有产品气体入口501、氯乙烯粗品出口502以及液态催化剂出口503。冷凝器5用于对产品气体进行降温，同时将产品气体与其夹带的微量液态催化剂进行分离。分离后的产品气体为粗氯乙烯气体送入后续精制系统，排出的液态催化剂进行收集回收。逆流反应塔2顶部的产品气体出口208通过管路与冷凝器5顶部的产品气体入口501相连接；所述冷凝器5下侧部的氯乙烯粗品出口502连接有粗氯乙烯气体管路G2；所述冷凝器5底部的液态催化剂出口503连接有液态催化剂收集管路G3；

如图1、图2所示，在与逆流反应塔2底部催化剂引出口201相接的管路上设置有第三控制阀V3，在第三控制阀V3两侧的管路上连接一旁路管路，该旁路管路上接有用于储存液态催化剂的催化剂储罐1。催化剂储罐1底部设有催化剂出口101，顶部设有催化剂回流口105。旁路管路的一端通过第二控制阀V2接于催化剂储罐1的催化剂回流口105，另一端通过第四控制阀V4接于催化剂储罐的催化剂出口101。催化剂储罐1位于循环泵3的上游。循环泵3的出口通过管路与循环换热器4的入口相连接；循环换热器4的出口通过设有催化剂循环调节阀V8和流量监测器6的管路与逆流反应塔的催化剂入口206相连接。

图1所示，逆流反应塔2的催化剂引出口201和催化剂入口206之间通过设有安装有第三控制阀V3的循环管路及循环泵3、循环换热器4形成循环。

为生产过程中安全考虑，还可如图1所示，可选安装有第一控制阀V1和第五控制阀V5。考虑催化剂储罐1内催化剂的排放引出，在第五控制阀V5和第四控制阀V4 之间的管路上设有安装催化剂排放阀V6的排放管，正常生产期间催化剂排放阀V6处于常闭状态。

催化剂储罐1上部设有新鲜催化剂加料口104并接有新鲜催化剂加入管路G4。催化剂储罐1上设有液位监测口102、温度监测口103，在外部设有夹套，或在内部设有盘管或其它加热设施，并通过与冷热源连接实现温度控制。生产开始时，一般通入蒸汽或热水对液态催化剂进行初始加热。

冷凝器5底部的液体排放口503也可通过管路与催化剂储罐1的新鲜催化剂加料口相连接。

本装置还设有控制系统，在催化剂储罐、逆流反应塔、循环换热器、冷凝器的压力监测口、温度监测口、液位监测口上根据工艺要求对应安装有压力、温度、液位监测系统的一种或多种；在相应管路上设有温度和流量监测系统及阀门开关的监测系统；由此，可通过全自动控制实现实时监测和调节装置中各参数在预设范围内。

本实用新型的工作过程为：

如图1、图2、图3、图4所示，新鲜催化剂经新鲜催化剂加入管路G4加入至催化剂储罐1中；通过夹套或其他加热方式使催化剂储罐1中的催化剂加热至预设温度；关闭第一控制阀V1、第二控制阀V2、第三控制阀V3的阀门；打开第四控制阀V4、第五控制阀V5、催化剂循环调节阀V8的阀门,启动循环泵，向逆流反应塔2内加入催化剂，至合适量后，关闭第四控制阀V4、第五控制阀V5的阀门，打开第一控制阀V1、第三控制阀V3的阀门，由循环泵提供动力，催化剂在反应系统内循环使用。

打开混合气体流量调节阀V7的阀门，通过混合气体加入管路G1向逆流反应塔2内加入氯化氢和乙炔的混合气体。

在逆流反应塔2内；混合气体经气体分布器203分布均匀后向上移动，液态催化剂经液体分布器210分布均匀后在自身重力作用下下落，在反应区205，混合气体和液态催化剂进行气液逆流接触，氯化氢和乙炔在液态催化剂的作用下进行放热反应生成氯乙烯气体；反应产生的反应热被下落的液态催化剂带走。液态催化剂下落至逆流反应塔2底部的存液区202，经逆流反应塔2外部的循环换热器4换热后降温至工艺要求范围内循环回至逆流反应塔2内；再经液体分布器均匀分布下落继续参与反应。

经循环换热器4换热后反应热转化为热水或蒸汽；反应生成的氯乙烯气体继续向上移动穿过液体分布器进入保安区209。在保安区209，混合气体中未反应的原料气体在固体催化剂的作用下继续反应生成氯乙烯气体。在除沫区207；氯乙烯气体中夹带的液态催化剂雾滴被凝聚成大液滴回落至逆流反应塔2底部。除去夹带液态催化剂雾滴的氯乙烯气体经逆流反应塔2顶部的产品气体出口208送至冷凝器5。在冷凝器5中，氯乙烯气体中夹带的微量的液态催化剂雾滴被除去。在冷凝器的下部得到氯乙烯粗品；经粗氯乙烯气体管路G2排出送入后续精制工序，最终得到氯乙烯产品；在冷凝器5的底部得到的少量的液态催化剂经液态催化剂收集管路G3排出并收集。

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

Claims (6)

1.一种塔式逆流气液相氯乙烯生产装置，其特征在于，包括：

逆流反应塔，用于气液相逆流接触发生反应，其内部自下而上依次为存液区、气体分布区、反应区、液体分布区、保安区、除沫区；所述存液区对应的塔壁底部设有催化剂引出口，所述液体分布区内设置有液体分布器并在对应的塔壁上设有催化剂入口；所述气体分布区对应的塔壁上设有混合气体入口，在所述气体分布区和所述反应区之间装设有气体分布器；逆流反应塔顶部设有产品气体出口；所述保安区为气固接触反应区，装设有无汞固体催化剂，所述除沫区装设有除沫器；

液态催化剂循环管路，位于所述反应塔塔体外，一端接于催化剂引出口，另一端接于催化剂入口；

循环泵，安装于所述液态催化剂循环管路上，使所述液态催化剂沿所述液态催化剂循环管路自下而上流动；以及

循环换热器，安装于所述液态催化剂循环管路上，用于对所述液态催化剂进行加热或冷却。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述催化剂循环管路上还连接有旁路管路，所述旁路管路上设置有控制阀门并连接有催化剂储罐；所述催化剂储罐用于储存待引入装置内的新鲜催化剂或自装置内引出的催化剂，且位于所述循环泵上游。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述催化剂储罐底部设有催化剂出口，上部设有催化剂回流口和新鲜催化剂加料口。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在与所述催化剂引出口相接的循环管路上设置有控制阀，所述旁路管路的两接入点位于所述控制阀的两侧，所述旁路管路的另两端通过控制阀分别接于所述催化剂储罐的催化剂回流口和催化剂出口。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在逆流反应塔、催化剂储罐、循环换热器、冷凝器的壁体上各自设有若干压力监测口、温度监测口；在所述逆流反应塔底部及所述催化剂储罐壁体上设有液位监测口。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括有控制系统，在所述的逆流反应塔、催化剂储罐、循环换热器、冷凝器上设有压力、温度监测系统并各自安装于相应的压力检测口、温度检测口，在所述逆流反应塔、催化剂储罐上还设有安装于液位监测口的液位监测系统，在各连接管路上设有温度、流量监测控制系统及阀门开关的监测控制系统。

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