关于平衡氧氯化法生产VCM的工艺研究进展

关于平衡氧氯化法生产 VCM的工艺研究进展

马广翔

天津大沽化工股份有限公司 天津市滨海新区 300455

摘要：聚氯乙烯是合成通用树脂的重要原料，应用领域极其广泛，主要包括：化工领域、建筑领域等等，其需要量非常的大，并且还在不断增加。而合成聚氯乙烯的主要原料就是氯乙烯（VCM）单体，98%的VCM都会用于制作聚氯乙烯。虽然我国聚氯乙烯生产量非常大，但是由于需求量增长非常快，目前已出现供应紧张局面，所以必须对工艺进行改善，扩大生产量。

关键词：平衡氧氯化法；VCM；工艺进展

一、生产VCM的常用方法

常见的VCM生产方法有很多，主要包括：电石乙炔法、平衡氧氯化法、乙烯直接氯化/氯化氢氧化法、乙烷直接氧氯化法等等。对于电石乙炔法来说，其是生产VCM最早的一种方法，装置和工艺都非常简单，但耗电量非常大，而且严重污染环境。对于平衡氧氯化法来说，其原料非常广泛、价格很低、工艺简单，属于目前应用最多的一种方法，此方法反应过程包括三个部分，首先是乙烯直接氯化，其次是乙烯氧氯化，最后是二氯乙烷裂解，其装置结构包括：氯化单元、氧氯化单元、EDC裂解单元、EDC精制单元以及VCM精制单元。其中氯化单元是让乙烯与氯气反应成EDC；氧氯化单元是让乙烯、氧气和HCl反应成EDC；EDC精制单元是将粗EDC进行精制和提纯；EDC裂解单元是将精EDC进行裂解；VCM精制单元是为了得到纯的VCM产品。

二、催化剂的开发与应用

（一）乙烯氧氯化反应新型催化剂的开发

平衡氧氯化法生产VCM的关键就是乙烯氧氯化反应，其运用的催化剂性能会影响EDC的收率，所以必须开发高效的催化剂。于是人们就乙烯氧氯化的催化剂展开了深入探究，并研制出一种以γ-Al2O3为主要载体的多组分催化剂，多组分催化剂要比单组分催化剂强很多，不仅乙烯使用率大、活性强，而且增大反应温度活性变化很慢。后来又研制出由乙烯、HCl及氧气之间气相氧氯化的Al2O3负载催化剂，此催化剂的成分包括：Cu盐、碱土金属盐以及碱金属盐。还有人研制出了中空圆柱状和三通道中空圆柱状的固定床催化剂，其催化性能很强。如今我国研制出了新一代的氧氯BC-2-002A催化剂，此催化剂运用的是浸渍法，通过加入第二和第三组分作为助催化剂，有效提升了催化剂的各种属性，尤其是HCl的转化率，其属性显著大于单独应用的进口催化剂。

（二）裂解反应时催化剂的使用

在裂解反应时，向里加催化剂能够有效提升VCM的生产效率。对于裂解反应时催化剂的使用情况来说，要是1，2-二氯乙烷，则加入1%-10%的1,1-二氯乙烷会显著增强VCM的生产效率；要是温度在300-600℃、压力在1-4MPa的时候，则加入氯化添加剂三氯甲苯会显著增强VCM的生产效率；要是温度在450-550℃的时候，则加入0.3%-2.0%的三氯乙烯会良好防止EDC裂解副反应产生，从而避免副产物生成，同时还能增强裂解效率，降低反应温度。

三、平衡氧氯化法生产VCM的工艺改进

（一）直接氯化工艺的改进

原来的直接氯化工艺为氯气与乙烯混合以后放入直接氯化反应器中，其温度一般为85-95℃、压力为115kPa，乙烯会在液相里氯化为EDC，再由反应热将EDC汽化带走，不过EDC能耗非常大。因此，为解决EDC能耗过大的问题，人们对氯化工艺进行了改进，运用了沸腾反应器技术，在乙烯与氯气反应以前先让其溶于EDC，然后在回路反应器里展开放热，其温度保持在80-120℃，压力保持在100-250kPa，催化剂运用的是非腐性、无机铁盐络合物，这样EDC就不用蒸馏，纯度大于99.9%，能直接用为裂解VCM的原料。

（二）EDC精制工艺的改进

原来的EDC精制工艺中的EDC是含有水的，需要脱除水分，并且将直接氯化单元中的粗EDC和VCM精制单元中的粗EDC脱除轻组分，再脱除重组分，不仅工艺繁琐，而且非常耗能。因此，就对EDC精制工艺进行了改进，通过对EDC损耗和再沸器热负荷情况对比，能够发现双效变压耦合节能流程是关键的节能环节，得到节能型的精制工艺流程之后，会使EDC精制单元的蒸气单耗显著变少。对于脱重塔精馏时耗用较多的蒸气来说，可用两个塔联塔来代替脱重塔，从而得到双效变压精馏节能设备。

（三）裂解工艺的改进

裂解单元的作用是先让纯净的EDC预热以后进到裂解炉中，以回收烟道气里的热量，之后从汽化器进到裂解炉中让对流段和辐射段产生过热与裂解反应，从而形成VCM及HCl。裂解炉的热气体进到急冷塔中会降低副反应的产生，使裂解物料分离。如果把EDC精制单元中从精馏塔顶出来的EDC蒸汽压至一定程度时，就能直接达到裂解炉的温度和压力，就能节约80%的热量。于是就对裂解炉实施改进，以增大EDC的转化率，降低炉的热强度，增大炉管的使用时间。还有人运用水热媒技术对裂解炉的烟道气热量实施回收，这样有效增强了裂解炉的热效率。另外，还有人提出在无水蒸气状态下，用EDC制备VCM，把带有EDC的液流和热气体流或者二氧化硅、刚玉型氧化铝、硅铝酸盐等热粒子相混合、相接触，以提供热量让EDC脱去HCl，进而达到VCM及HCl的产生温度。

（四）VCM精制工艺的改进

VCM精制单元主要是把HCl从塔顶分离出去，其工艺流程为：从塔釜出来的VCM与EDC混合物会先进到VCM1塔中，以分离出VCM，随后进到VCM2塔中，以汽提出HCl轻组分，之后将塔顶的蒸汽冷凝，再和循环碱液相混合，以除去一些HCl，再放进VC倾析器中，最终分离出VCM，此过程较为复杂。于是人们对VCM精制工艺进行改进，此改进包含三个蒸馏阶段，第一个蒸馏阶段主要是蒸馏出HCl，第二个蒸馏阶段主要是蒸馏出VCM，同时液化，第三个阶段是把部分回流循环至第二蒸馏阶段，剩下的液化VCM会被送至排气区顶，VCM、HCl和水都会蒸发出来，去除水之后，再回流至第一蒸馏阶段，从排气区底取出纯净的VCM。

四、总结

通过上述内容可知，平衡氧氯化法属于目前工业生产VCM常用的方法。对平衡氧氯化法生产VCM的工艺以及催化剂实施改进能够得到良好的成效，所以应大力对其工艺进行改进，以实现节能降耗的作用。

参考文献

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