氯乙烯精馏系统操作影响因素

氯乙烯精馏系统操作影响因素

【摘要】氯乙烯是生产聚氯乙烯的主要原料，氯乙烯单体的质量好与坏直接影响聚氯乙烯树脂的质量。本文通过对氯乙烯精馏系统操作影响因素的分析，提出了提高氯乙烯质量的方法。

【关键词】氯乙烯精馏回流比惰性气体脱水

1 前言

聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，简称PVC）是我国第一、世界第二大通用型合成树脂材料。由于具有优异的难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、综合机械性、制品透明性、电绝缘性及比较容易加工等特点，目前，聚氯乙烯已经成为应用领域最为广泛的塑料品种之一，在工业、建筑、农业、包装、电力、日常生活、公用事业等领域均有广泛应用，与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和ABS统称为五大通用树脂。

氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，是生产聚氯乙烯的主要原料，氯乙烯单体的质量好与坏直接影响树脂的质量。

2 精馏系统操作影响因素

高质量的氯乙烯是生产高质量聚氯乙烯的基础。随着用户对产品质量的要求不断提高以及市场竞争的激烈化，近年对氯乙烯质量也提出来新的要求。由于氯乙烯中的有机及无机杂质对精馏过程、聚合反应和聚氯乙烯产品的热稳定性有不利的影响，必须尽可能地去除干净。目前，电石法氯乙烯精馏已可制得乙炔含量极低（普通气相色谱检不出）、高沸物小于10X10-6 的精氯乙烯，就有机杂质来说其质量已高于乙烯法的氯乙烯质量，但就总体来讲，由于氯乙烯中的含水高于乙烯法氯乙烯，因此，生产出来工聚氯乙烯质量还有一定的差距。目前在国内，电石法氯乙烯用传统的脱水方法要生产出含水≤200X10-6的精氯乙烯是很困难的，而进口的乙烯法氯乙烯的商业指标是含水≤100X10-6，国外糊用聚氯乙烯对氯乙烯的要求是含水≤40X10-6。要进一步提高电石法聚氯乙烯的质量，就要生产出和乙烯法相同的氯乙烯质量。要生产出高质量的氯乙烯，精馏工序的工艺技术和装备是关键。

2.1 回流比的选择

回流比是指精馏段内液体回流量与塔顶馏出液量之比，也是表征精馏塔效率的主要参数之一。在氯乙烯精馏过程中，由于大部分采用塔顶冷凝器的内回流形式，不能直接按最佳回流量和回流比来操作控制，但实际操作中，发现质量差而增加塔顶冷凝量时，实际上就是提高回流比和降低塔顶温度、增加理论板数的过程。但若使冷凝量和回流比增加太多，势必使塔釜温度下降而影响塔底混合物组成，因此又必须相应地增加塔釜加热蒸发量，使塔顶和塔底温度维持原有水平，

所不同的是向下流的液体和上升的蒸汽量增加了，能量消耗也相应增加。虽然氯乙烯精馏用的热量是利用转化反应余热，但所需冷量却是要成本的。因此在一般情况下，不宜采用过大的回流比。对于内回来式系统，也可以通过冷盐水的通入量和温差测定，获得总热量，再由气体冷凝热估算冷凝回流量。一般低沸塔的回流比实际是基本全回流，仅约有5%左右的含有大量乙炔的氯乙烯气体排出；高沸塔在0.2～0.6范围，当单体质量相同时，回流比小则说明塔的效率高。

2.2 惰性气体的影响

由于氯乙烯合成反应的原料氯化氢气体是由氢气和氯气合成制得的，纯度一般只有90%～96%范围，余下组分为氢气、乙炔等不凝气体。这些不凝气体含量虽低，却能在精馏系统的冷凝设备中产生不良的后果。它犹如空气存在水蒸气冷凝系统一样，使冷凝壁面上存在一层不凝气体气膜，导致给热系数α显著下降。

表1给出了两个工厂不同的粗氯乙烯纯度，A工厂为84%，B工厂为90%，在不同条件下测得的全凝器和尾气冷凝器的总传热系数K值。

可见，原料氯化氢内含有的惰性气体，对氯乙烯气体的冷凝过程产生很大的影响，所得总传热系数K值远低于惰性气体少的冷凝者，加大冷冻盐水量和降低冷冻盐水量都不能有效地提高总传热系数K值，只有加大换热面积才能相同的冷凝效果，但却加大了设备投资。因此，提高氯化氢气体纯度，包括电解系统的氯气和氢气纯度；控制氯化氢过剩量；控制泄漏入系统的氮气量，不仅对减少氯乙烯精馏尾气放空损失，而且对于提高精馏效率都具有重要的意义。

2.3 水分的影响

聚氯乙烯生产者已越来越认识到氯乙烯精馏过程中脱除水分的重要性，这是由于水分能够水解由氧与氯乙烯生成的低分子过氧化物，产生氯化氢（遇水变盐酸）、甲酸、甲醛等酸性物质（水分离器中放出来的水均呈弱酸性）：

（CH2-CHCl-O-O ）n +n H2O →n HCl+HCOOH+HCHO+…

从而使钢设备腐蚀，并生成Fe3+，后者存在于单体中，将使聚合后的树脂色泽变黄或成为黑点杂质，并降低聚氯乙烯的热稳定性。铁离子的存在又将促进系统中氧与氯乙烯生成过氧化物，后者既能重复上述水解过程，又能引发氯乙烯的聚合，生成聚合度较低的聚氯乙烯，造成塔盘部件的堵塞而被迫停车处理（塔盘上的自聚物也呈弱酸性）。因此，倘若说系统中不可能完全脱除氧的话，那么氯乙烯中的水分（应当指出，水从宏观来讲是不溶于氯乙烯的，但实际上是微溶于氯乙烯的，并且还带有呈乳状液的微水滴）就必须降低到尽可能低的水平（＜100），否则将使单体中含有可观的盐酸和铁离子（后两者的含量几乎与水分含量成比例关系），并造成自聚而堵塞精馏塔，影响聚合反应。

氯乙烯单体的脱水可以借以下几种方法进行：

机前预冷却器冷凝脱水；

全凝器后的水分离器借重度差分层脱水；

中间槽和尾气冷凝器后的水分离器借重度差分层脱水；

液态氯乙烯固碱脱水；

压缩前气态氯乙烯借吸附法脱水干燥；

聚结器高效脱水。

3 结束语

通过以上对氯乙烯精馏系统操作影响因素的分析，不难看出，要生产出高质量的氯乙烯，就要求我们选择更加高效的精馏塔设备，同时提高上游原料的纯度，控制惰性气体的含量，选择先进的脱水工艺，这样就可以提高电石法氯乙烯的质量，生产出高质量的聚氯乙烯树脂。

参考文献

[1] 严褔英，等主编.聚氯乙烯工艺学[M].化学工业出版社，1990

[2] 邴涓林，黄志明，主编.聚氯乙烯工艺技术[M]. 化学工业出版社，2007