氯乙烯生产工艺过程优化的方法

王利锋 焦昌梅(盐城师范学院，江苏 盐城 224007)

0 引言

氯乙烯是一种无色、易液化、易聚合的气体，被广泛的应用在合成领域，尤其是其所合成聚氯乙烯被广泛的应用于塑料制作，至今为止聚氯乙烯在塑料领域中有着举足轻重的地位。聚氯乙烯是由氯乙烯经过聚合所形成的物质，氯乙烯的生产工艺将会直接影响聚氯乙烯的产品质量。随着科学技术的不断发展，氯乙烯的生产技术不断更新换代，生产规模也越来越壮大，市场竞争日益激烈，为不断提升企业市场竞争力，企业需要不断的优化生产工艺、降低生产成本，提升产品质量。

1 氯乙烯生产技术及现状

1.1 氯乙烯生产技术

目前氯乙烯的工业生产方法有电石法、二氯乙烷/氯乙烯以及乙烯氧氯化法，其中乙烯氧氯化法的后端就是二氯乙烷/氯乙烯法，这就意味着氯乙烯的工业生产方法主要是乙烯氧氯化法和电石法。

乙烯氧氯化法是将乙烯和氧气进行反应，生产二氯乙烷后，二氯乙烷再裂解生产氯乙烯和氯化氢，氯化氢可以和乙烯、氧气再发生反应，生产二氯乙烷和水。

电石法是氯乙烯最早工业化生产的方法，该方法是首先利用电石和水反应生成乙炔，乙炔再与氯化氢反应，氯化汞作为催化剂，进而生产氯乙烯。

现今，我国氯乙烯生产企业兼具电石法、乙烯法以及二氯乙烷/氯乙烯法，并且呈现三足鼎立之势。我国地大物博，各地区资源分布和环境各有差异，而电石法的工艺技术相对成熟，并且原材料资源丰富，使的采用电石法生产氯乙烯的方式还会长期存在。另外，随着国际局势的日益紧张，原油和天然气的价格逐年增长，使得以乙烯为生产材料的生产方法其成本大幅增加，进而凸显出电石法的成本优势。此外，随着工业技术的不断提升，自动化技术以及大型电石炉的投入使用，大幅提升了电石的产量，使得电石市场价格平稳，且质量上乘。而以电石为原料的氯乙烯生产企业采用降本增效的方式，提升产品利润，进一步促进了电石法生产氯乙烯的发展。

1.2 电石法生产现状

目前我国大部分的电石法氯乙烯生产设备仍然采用手动控制和半自动控制设备，自动化水平较低，部分企业虽然采用了PLC控制系统，但是仍然需要人为的操作和干预。另外，电石法生产工艺过程十分复杂，反应过程具有非线性、时变性以及不确定性的特点，难以建立控制模型。并且，企业对于氯乙烯的研究的重点在于生产工艺的研究，没有与控制研究有效的结合，无法产生更大的经济效益。目前在实际生产过程中存在着许多问题，首先是，建立自动化生产控制系统，需要明确控制变量和控制目标，而电石法的反应特性是非线性、时变性的，增加了控制系统的设计难度；其次，乙炔生产工序中对于发生器温度和压力的控制是系统温度运行和生产的关键；再者氯化氢生产工序中氢气与氯气的配比，不仅会影响安全生产，也对氯乙烯的纯度有着重要影响。最后，氯乙烯精馏阶段，因其工艺参数受其它工艺过程的影响，变量之间的相互作用和相互关系，增加了控制系统的控制难度。

2 氯乙烯生产过程优化

2.1 工艺参数的优化

工艺参数的控制是决定产品质量的关键所在，科学合理的工艺不仅能够为企业减少成本还能够有效提升产品的质量和生产效率。氯乙烯的制备流程主要由转化、压缩以及精馏三个阶段构成，每个阶段的核心工艺参数都是不同的，企业在优化工艺参数时，往往是通过不断的窄化工艺参数来提升工艺控制精度，进而提升产品的质量。

目前，我国电石法生产氯乙烯需要将氯化氢和乙炔的配比控制在1.00:1.05～1.00:1.10范围内，来确保乙炔和氯化氢的反应速率以及氯乙烯的产品质量。另外，在调节乙炔和氯化氢的配比时，要充分结合转化器、脱汞器等设备出口的乙炔含量。尽量将反应器的温度控制在最佳的温度范围内，一般是130～150℃。此外，为确保触媒的使用寿命，应该在反应过程中，控制热水循环系统将转化器温度控制在180℃引内，使其处于最优的反应条件下，同时确保触媒的使用寿命。精馏阶段主要是对塔压的控制，可以将高沸塔的压差控制在15～30kPa范围内，确保两个塔的精馏效果，提升产品的质量。再对生产工艺参数优化和压缩时，要充分结合企业生产设备能力，在确保产品质量的前提下，优化工艺参数，加快反应速率，整体提升产品的生产效率和生产质量。

2.2 设计安装新设备，提高工艺运行质量

在氯乙烯的制备过程中，会将乙炔和氯化氢气体进行混合，之后虽然会有干燥处理，但是仍然避免混合气体中掺杂水分，若无法脱出水分，可能会造成一系列的副反应，影响产线正常的运行和产品质量。因此，对酸雾捕集器的出口水分含量的控制就显得尤为重要。另外，在实际生产过程中，设备会出现老化现象，一旦设备老化就会导致进出口压差增大，出口的水分含量就高，进而影响产品的生产。若配备备用设备，能够在不停车的情况下，更换滤芯，不仅能够保证生产的稳定运行，还能够确保产品的质量。另外，在整个生产线中，可以使用废碱液汽提塔来对氯乙烯进行回收，将废碱液变废为宝，不仅仅实现了氯乙烯的回收再利用，起到了降本增效的作用，还可以减少尾气的排放，为环保事业做出了重要贡献。

2.3 优化工艺控制过程，节能降耗

2.3.1 优化转化工段热水循环

转化器中的乙炔和氯化氢反应会产生大量的热，需要水循环装置将热量带走，防止热量堆积导致转化器损坏。在传统的生产产线中，会配备热水泵，通过强制循环的方式利用温差将热量带走，热水泵需要持续的工作才能够源源不断的将热量带走，这个过程会消耗大量的电能，经济性较差。对该工序进行优化升级，采用热水自循环系统替换强制循环系统，利用热水的重力以及热水受热后所形成的膨胀动能来实现热水自循环，热水温差小和流速低是该热水循环系统的优点，能够缓解转化器内部管道的冲击力。此外，该方式能够确保转换器内部反应温度的一致性，温度波动小，能够延迟设备的使用寿命。通过优化热水循环系统，在满足生产需要的基础上，降低能耗，降低制造成本，提升产品利润，能够有效提升市场竞争力。

2.3.2 尾气变压吸附工艺的优化

采用电石法生产氯乙烯，在生产过程中会产生大量的尾气，尾气中包含乙炔气，不仅会污染环境，还会造成资源浪费。针对该情况，可以采用变压吸附工艺对尾气进行处理，一方面，可以选择合适的吸附剂，提升尾气处理效率，降低工艺能耗，另一方面，采用变压的工艺能够为一些有压力的气源提供压力，省去了再次加压的能耗。另外，该工艺设备有计算机控制，自动化程度较高，能够迅速开车和停车，对于产品的纯度可以灵活调节，对于乙炔和乙烯的回收效率可以达到99.9%，尾气排放满足国家环保要求。

2.3.3 粗氯乙烯中氯化氢的利用

乙炔和氯化氢反应的理论比值为1:1，但是为了加快乙炔转换速率，又不明显增加氯化氢的消耗和副产物，往往采用1:1.05～1:1.10的配比，若乙炔过量会导致触媒中毒失效，而氯化氢如果超出范围则会对设备造成腐蚀损坏，增加后续工序的负担。可以将氯化氢流量作为主流量，乙炔流量作为副流量，设置闭环控制系统，并将氯化氢和一段的温度和压力进行补偿，确保自动控制系统的控制精度，为设备的稳定运行提高保障。另外，对于未反应的氯化氢气体在经过泡沫塔和水洗塔后会转变为汞废酸。脱析装置能够将汞废酸脱析出氯化氢来，再将其输送到合成系统中，实现废酸中氯化氢的回收再利用，节约生产成本。另外，脱析装置还可以将产生的稀盐酸二次利用，输送到泡沫塔中，作为吸收液循环利用。除此之外，盐酸脱析装置的使用能够大幅回收氯化氢，缓解设备的高负荷工作，提升企业的经济效益。

2.4 工业控制方式的优化

在工业生产者中，PID控制应用十分广泛，氯乙烯的生产设备中的自动调节阀也多事采用PID控制系统进行控制，通过对实际变量进行分析和处理，合理地设置PID值，从而对调节阀进行调节，实现对生产过程的控制。另外，在生产过程中，将异常事件的时间、发生问题的原因以及超限值等异常数据信息记录下来，

并且能够通过报警器发出警报，再故障未清除的情况下，生产线无法正常使用。待设备故障清除后，设备将会显示备用状态，可以使用，确保生产安全性。

此外，还可以结合工厂实际情况，进行合理改造，配置在线监测系统，通过对系统的监测，快速识别故障点，安排人员迅速处理故障，不仅能够保证生产设备的稳定运行，还能够借助在线监测系统进行预测事故，识别潜在风险，并采取有效措施进行处理，确保产线的稳定运行。

3 结语

总而言之，氯乙烯的生产工艺十分复杂，不仅包含化学知识和动力知识，还涉及自动控制领域。采用电石法生产氯乙烯，需要优化乙炔和氯化氢的配比，减少废气的排放。并且需要对氯乙烯的转换和精馏等工序配置自动化设备，优化工艺控制，做到节能减排，提升氯化氢的利用率，降低氯乙烯的生产成本，提高氯乙烯成品的质量。同时，氯化氢生产企业要正确识别出整个生产环节中的特殊特性，采取相应的措施确保该工序的正确性和稳定性。此外，企业要加强人才建设，确保人员素质水平和技能水平，以防人为误操作对企业造成严重的损失。