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新型转化器在PVC生产中的研究与应用

2014-11-22吕彦玲肖国营

中国氯碱 2014年10期
关键词:列管触媒氯乙烯

吕彦玲,肖国营

(唐山三友氯碱有限责任公司,河北 唐山 063305)

唐山三友氯碱有限责任公司采用列管式氯乙烯合成转化反应器,由混合器出来的混合气体进入转化器,使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯,此反应放出大量的热且不易传递出来,使列管中心部位温度最高。在操作过程中触媒局部过热,氯化汞容易升华。依据触媒中氯化汞升华曲线,当120 ℃以下时,氯化汞升华轻微;温度达到180 ℃以上时,氯化汞升华严重,造成触媒失活,副反应速度加快,使高废物增加,给后续精馏工序增加负荷。因此,如何降低转化器列管中心部位的温度,提高转化器的传质、传热效率是目前亟待解决的课题[1]。

1 常规转化器

1.1 结构特征及工作原理

常规转化器主要由筒体、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分组成。列管内装满以活性炭为载体的氯化汞催化剂。转化器的管程工作介质为氯化氢、氯乙烯、乙炔、氯化汞、活性炭,压力为0.07 MPa,温度为(170±10)℃;壳程工作介质为水,压力为0.32 MPa,温度为(99±2)℃[2]。在列管内,氯化氢和乙炔在氯化汞触媒催化作用下合成氯乙烯,该反应会放出大量的热,列管中心温度最高可达170 ℃。壳程采用去离子水循环带走反应热。

1.2 常规转化器的使用情况

该公司40万t/a PVC 工程转化器规格及产能见表1。

一期、二期工程的转化器使用的列管为Ø57 mm,其内径较大,转化过程中的反应热不能及时移除,导致列管中心温度高,触媒容易升华,缩短触媒的使用寿命,限制了转化器能力的发挥。

为进一步提高转化器的生产能力和转化效率,降低触媒温度,该公司三期、四期工程分别采用列管尺寸为Ø45 mm 和Ø51 mm 的转化器。运行结果表明,小列管转化器的传热效果较好,反应温度较平稳,但列管尺寸过小会造成触媒的填装困难,与管程介质大比表面积的接触也不容易实现[3]。

表1 转化器的规格及产能

2 新型转化器

2.1 结构特征

常规转化器升级改造成新型转化器结构,不改变原常规转化器的任何结构尺寸,在原转化器运行现场即可完成。与常规转化器相比,新型转化器的总体结构、外形尺寸、列管尺寸、列管数量、列管长度等都没有变化,主要特征就是在现有转化器的列管内设置高效节能核心构件—杆芯。

2.2 工作原理

常规转化器列管内气体呈柱状流动,管内径向温度梯度较大,新型转化器列管内气体呈环形流动,其列管内的流场和温场都发生了巨大的变化,改善了反应热的径向分布状况。改造后新型转化器列管中心温度有所降低,提高了气液的传热、传质效率,从而提高了转化器的生产能力。

2.3 使用情况

将二期前台10#、后台10# 转化器改造成新型转化器,气相出口管道增加孔板流量计,在二期前台11#、后台11# 常规转化器气相出口管道增加流量计。控制新型转化器和常规转化器温度及混合气通量,进行两者产能(即流量)对比。按照《转化器更换触媒操作法》 将前后台转化器分别更换为相同活性(统一新旧、统一性能)的触媒。并对转化器进行干燥、置换、气密等工作,至转化器备用。按正常转化器投用法,将转化器热水调整至无动力循环,打开转化器气相出口阀门,微开转化器进气阀门,前台转化器温度达到130~160 ℃,后台转化器温度达到130~140 ℃,同时观察该转化器回水温度不能超过106 ℃。正常运行过程中,不断调节进气流量,保证2个前(后)台转化器温度一致,并记录各自的瞬时流量,判断各自的通量大小和能力。运行结果见表2。

(1)运行数据表明,在使用过程中改造后的新型转化器较常规转化器的反应状态平稳,且单台产能(气体流量)比常规转化器有很大的提高;

表2 新型转化器与常规转化器运行数据比较

(2)从触媒使用寿命来看,新型转化器的触媒使用时间较长,后台11# 发生器触媒的使用时间为3 475 h,后台10#发生器触媒使用时间为4 715 h。

此外,新型转化器在运行过程中也存在着不足,由于列管内多安装一根芯杆,倒换触媒时不顺畅,增加了触媒装卸操作人员的工作量及装卸时间。

3 应用前景

新型转化器的创新点是在转化器的列管内装有同心芯杆,在不改变原转化器的任何尺寸的情况下,提高转化器的产能。实际运行表明,该新型转化器相对于常规转化器,传热效果好,列管内径向温度分布大大改善,不易产生高温热点,反应温度平稳;生产能力大,单台生产能力理论可提高50%,乙炔转化率稳定,列管中心温度低,在同等产能情况下触媒使用寿命延长。此转化器的改造,经济效益和社会效益显著,应用前景广阔。无论是老设备的更新改造还是新、扩建项目工程,采用该新型转化器都将带来巨大的效益。

[1]陈迎刚,赵 峰,霍中德.氯乙烯合成转化器影响因素的分析与改进.中国氯碱,2011(8):18-20.

[2]王书芳,白素荣.氯碱化工生产工艺.北京:化学工业出版社.1995:7-79.

[3]刘红松.大型转化器在PVC生产中的应用.聚氯乙烯,2009,37(9):31-32.

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