第４０卷第９期 ２０１１年９月 化工技术与开发 Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１ １ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 热水自循环系统在氯乙烯合成中的应用 蔡 阳 （南宁化工股份有限公司，广西南宁，５３００３１） 摘要：介绍了氯乙烯合成中热水自循环系统的原理、流程和应用，不仅节能降耗，而且增加产能。 关键词：热水自循环；氯乙烯；反应热 中图分类号．ＴＱ ３２５．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１・９９０５（２０１１）０９—００７３—０２ 聚氯乙烯（ＰＶＣ）是一种在工业和民用市场应 用非常广泛的树脂，在电石法聚氯乙烯生产中， 其单体——氯乙烯由氯化氢和乙炔在列管式固 定床反应器（转化器）中催化合成氯乙烯，反应式 如下： ＣｚＨ２＋ＨＣ１—｝Ｃ２Ｈ３Ｃ１＋１２４．７ｋＪ・ｍｏｌ 转化器管程内为触媒催化剂，走原料气；壳 程为热水。由于反应会放出大量热量，考虑到各 种因素，反应温度在１００～１８０￣Ｃ之间转化率最佳， 故需移走反应热。原有工艺是使用大功率水泵强 制热水循环带走反应热。近年来发展了转化器热 水自循环系统，通过把转化热水系统的大循环改 为单台转化器的小循环，不仅能满足反应的温度 需要．还可以节能降耗，无需增加转化器即可增 加产能。本公司应用该技术进行了合成工序的改 造，成效显著，特介绍如下。 １ 原有的热水强制循环系统 南宁化工股份有限公司有２条ＰＶＣ生产线， １＃生产线投产于１９８３年．原为５ｋｔ・ａ 生产线，经 过多次技改扩建为５０ｋｔ・ａ～，合成工序现为２８台 ｑｂ２４００￣４７１０转化器（６１３列管）。６台热水泵．单 台水泵Ｑ＝４００ｍ ・ｈ～。电机功率３７ｋＷ，正常情况 下开４备２：２＃生产线投产于２００５年．为６０ｋｔ・ａ 生产线．合成工序为３６台ｄＰ２４００￣５６００转化器 （８２７列管），３台热水泵，单台水泵Ｑ＝７２０ｍ ・ｈ～， 电机功率７５ｋＷ，正常情况下开２备１。 热水强制循环即是使用大功率的水泵把热 水槽里的去离子水输送到转化器夹套，转化器热 水进、出口全开，热水吸收反应热量后汇集到换 热器，经常温工业水冷却后回到热水槽进行循 收稿日期：２０１１－０４．２９ 环，工艺流程见图１。 化器 图１ 热水强制循环系统工艺流程图 ２ 热水自循环系统原理和工艺流程 ２．１热水自循环系统原理及热量衡算 利用热动力学原理，在转化器水路上增加气 液分离器．当转化器夹套内的热水吸收反应热 后，密度降低，温度升高，少量热水由于吸收了大 量的热量汽化成水蒸汽，形成汽水混合物一起升 上顶部气液分离器，部分蒸汽及高温热水在常压 的气液分离器内减压释放，带走了大部分热量， 同时进行汽液分离，降温后的热水借液柱高度差 及密度差重新回流至转化器夹套继续循环换热， 这样热水即可在转化器夹套中自行循环，无需借 用外力来促其循环。 由于热水蒸发会带走部分水量，按６０ｋｔ・ａ ＰＶＣ产量计算，则： １ｈ生产的ＰＶＣ量为：６００００／８０００＝７．５ｔ・ｈ一 聚合收率９３ ，消耗的氯乙烯单体为：７．５ｔ／ ｈ／９３ ＝８．０６ｔ・ｈ一＝１２９．０３ｋｍｏｌ・ｈ 总的反应热为：１２９．０３ｋｍｏｌ・ｈ—ｘ１２４．７ｋＪ・ｔｏｏｌ－ ＝ 第９期 蔡阳：热水自循环系统在氯乙烯合成中的应用 ７５ １．６１ｘ１０７ｌ（Ｊ・ｈ 查表得水的蒸发潜热ＡＨｖ＝４０７３５．３２３ｋＪ・ｏｔｏｌ～。 ３ 应用效果和经济效益 则蒸发的水量： ３．１效果 ｐ补：１．６１ｘ１０７ｘ１８ｘ１０－３／４０７３５．３２３＝７．１ ｌｍ３・ｈ 首先解决了转化器的超温汽化现象。以前使 由计算可知。只需开１台水泵即可满足生产 用强制循环时常能听到转化器发出砰砰的响声． 需要．同时也可以得知原有上水阀门过大，需另 那是由于转化器局部温度过高导致热水汽化，循 外增加支管为转化器持续补充热水保证循环量。 环热水通不进去，积气在夹套内发出的声音。不 ２．２热水自循环系统工艺流程 仅易造成触媒过快失效，生产负荷也无法提升。 转化热水自循环工艺流程图见图２。 改造为热水自循环后再未发生过这种现象。 其次是大大减少了热水泵使用台数，延长了 回气 水泵的使用寿命，相应也减少了维修频率。 最后是显著地提高了生产能力，ｌ＃生产线原 先最高乙炔流量为１６００ｍｓ・ｈ～。改造后提升到了 气 １９００ｍ３・Ｉｒ ：２＃线原先最高乙炔流量为２４００ｍ３￣ｈ ， 改造后提升到了３０００ｍ，・ｈ～，不用增加转化器就 把氯乙烯单体产能总量提高了约２万ｔ・ａ～。 转化器 ３．２经济效益 经过应用热水自循环后。１＃线由于扩建时热 气 水系统未合并，需开２台热水泵，２＃线开１台即 可。使用水泵数量减少了５０ ，按全年运行８０００ｈ 图２热水自循环系统工艺流程图 计算，动力电单价为０．５元・（ｋＷ・ｈ）一，则每年可 节约动力电费用为： 原始开车时，关闭气液分离器热水溢流管阀 １＃线：３７ｋＷｘ２ｘ８０００ｈｘＯ．５元／ｋＷ・ｈ＝２９．６万元 门２，打开回气管阀门１，全开转化器热水进、出 线：７５ｋＷｘｌｘ８ＯＯＯｈｘＯ．５元／ｋＷ・ｈ＝３０万元 口阀（原有阀门４、５），利用转化器和气液分离器 ４ 结语 的高度差进行热水升温，等热水槽温度达到８０～ ８５℃后通人物料气开车，生产正常后即可打开溢 相对于热水强制循环工艺，热水自循环工艺 流管阀门２．关闭阀门４、５，调节好补充水阀门３ 运行费用明显降低，而且尚未计算由于产能扩大 给转化器补充热水。转为热水自循环工艺。 而使成本下降带来的效益，虽然改造有一定的初 需要注意的是，为了减少管路气阻，热水溢 期投资，但节约的费用一年即可抵消，操作简单， 流管、回气管配管至热水槽时应保持一定的坡 安全环保，优势是很明显的。其劣势在于低负荷 度，而不是按一般的横平竖直原则来配管。 生产时用不起来，还是得使用强制循环，不是“全 此外．由于下一个工序——精馏工序也使用 天候”通用。 同一个热水槽的热水，自循环会使槽内热水温度 目前。国内大多数电石法聚氯乙烯生产企业 下降，达不到精馏的工艺要求，此时可以选２台 都改造投用了热水自循环工艺，以达到节能降耗 温度高的转化器切换到强制循环，以补充热水槽 的目的。新生产线若从设计阶段就采用热水自循 损失热量。或是不切换直接补加蒸汽以提高槽内 环工艺，则一次性投资比强制循环要降低很多， 热水温度。 值得推广使用。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｏｔ Ｗａｔｅｒ Ｓｅｌｆ－ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＣＡＩ Ｙａｎｇ （Ｎａｎｎｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎ－ｎｉｎｇ ５３００３１，Ｃｈｉｎａ）
