氯乙烯合成工艺设计

前言

氯乙烯单体（VCM)几乎全部（98%以上）都用来生产聚氯乙烯（PVC）。余下的则用于生产聚氯乙烯氯化物和氯化溶剂。传统工艺的电石法精馏氯乙烯质量已不能满足PVC 树脂的生产要求，受其工艺流程及精馏塔塔型的限制，原氯乙烯精馏装置规模小，产品质量较差，尾气放空量大，造成氯乙烯、乙炔流失量大，导致生产成本较高，环境污染严重。

最初的氯乙烯生产全部以乙炔为原料。60年代后期，随着乙烯装置大型化及乙烯氧氯化技术的成熟，乙烯法在经济和环保等方面占有明显的优势，在世界范围内乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今为止，全世界氯乙烯装置93%以上采用乙烯法，在工业发达国家如日本，以全部淘汰了乙炔法，仅在我国及其它发展中国家仍占有相当比重。目前国内比较先进而又经济可行的成熟工艺技术是电石乙炔法

本设计用美国ChemStations公司开发的流程模拟软件ChemCAD软件对电石乙炔法制备VCM进行了工艺模拟设计与计算，计算主要包括物料衡算和热量衡算，用计算所得到的相关数据对此工艺中所涉及到的设备进行选型，主要包括塔的选型、换热器的选型、泵的选型等，然后用PDSOFT三维软件对车间设备进行布置，为工业生产提供参考。

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1 总论

1.1 概述

1.1.1 意义与作用

氯乙烯（简称VCM），是无色的、易液化的气体。易聚合，也能与丁二烯、乙烯、丙烯、丙烯睛、酷酸乙烯、丙烯酸醋和马来酸醋等共聚。主要用于制备PVC，也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等。氯乙烯单体几乎全部（98%以上）都用来生产聚氯乙烯。余下的则用于生产聚氯乙烯氯化物和氯化溶剂。通过对二氯乙烷（EDC）裂解后脱除HCL，以及干燥精制可获得制造PVC级的VCM。由于资源结构的特点，世界上只有我国的氯碱行业有电石法生产PVC，其他国家都是通过乙烯法生产PVC，即乙烯直接氯化、氧氯化生产EDC，进而裂解生产VCM制造PVC。其中96%VCM均用于生产PVC。

聚氯乙烯（简称PVC）是五大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂总消费量的29%左右，仅次于聚乙烯居第二位。由于PVC树脂具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阻燃性、质轻、强度高且易加工、成本又低，因而PVC制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电器及人们生活中的各个领域。PVC硬质制品可代替金属制成各种工业型材、门窗、管道、阀门、绝缘板及防腐材料等，还可作收音机、电话、蓄电池外壳及家俱、玩具等。PVC软质品可制成薄膜做雨披、台布、包装材料及农用薄膜，还可制成人造革、电线、电缆的绝缘层。另外，PVC树脂作为氯碱工业最大的有机耗氯产品，对氯碱工业的碱、氯平衡和发展起到重要的作用。PVC主要用于建筑业，制造管材、门窗和墙板等。作为第一大用户，建筑业约占聚氯乙烯消费总量的76%。其它方面的用量相对较少。包装薄膜和容器约占消费总量的6%，电气配件、电线电缆包皮约占消费总量的4%，涂料和粘合剂约占消费总量的4%，其他约占消费总量的10%。

1.1.2 氯乙烯生产的国内外现状及发展前景

（1）国外发展概况

氯乙烯（VCM）的合成始于1835年，由法国化学家Regnault用氢氧化钾的乙醇溶液将二氯乙烷脱氯化氢制得，并于1838年观察到了它的聚合体，这次的发现被认为是PVC 的开端。1902年，Biltz将1，2-二氯乙烷进行热分解也制得氯乙烯，但当时由于聚合物的科学和生产技术尚不成熟，他的发现没有导致工业生产的结束。Klatte于1912年通过乙炔与氯化氢的催化加成反应制得了氯乙烯，成为工业上氯乙烯合成的最初工艺，但在沿用将近30多年后，由于乙炔生产的高能耗而逐渐趋于淘汰。从1940年起，氯乙烯的生产原料，乙炔开始被乙烯部分取代，首先将乙烯直接氯化成1，2-二氯乙烷（EDC），再加以热裂解制得氯乙烯，裂解产生的氯化氢仍被用在乙炔-氯化氢法中。混合气体法制备氯乙烯采用石脑油作原料，将石脑油用燃烧气体裂解后，制成含乙炔和乙烯的混合气体，该混合气体先

后与氯化氢和氯气反应，制成易分离的氯乙烯和1，2-二氯乙烷经热裂解制成氯乙烯，日本吴羽化学公司将其工业化生产。将该法中的原料从石脑油换成石油，则成为原油裂解法，可得到高浓度的乙炔、乙烯的混合气体，而且可从副产物的芳香族的焦油、沥青的物质中制造热煤油或碳纤维等物质，具有综合的经济效益。1955-1958年，美国的化学公司研究的大规模乙烯氧氯化法制备1，2-二氯乙烷取得成功。至此以后，乙烷全部取代乙炔成为制备氯乙烯的原料。至目前为止，大多数工厂都采用乙烯直接氯化（DC）和乙烯氧氯化（OXY）制备1，2-二氯乙烷（EDC），再将EDC加以热裂解得到氯乙烯单体（VCM）的联合切平衡的DC-EDC-OXY-EDC-VCM法来制备氯乙烯。联合平衡法充分利用廉价的原料，基本上不生成副产物，目前西方世界90%以上的氯乙烯产量是用该法生产的。

近年来，世界VCM的生产稳步发展。2004年全世界VCM的总生产能力为3392.0万吨，2009年增加到4422.8万吨，生产主要集中在亚洲、北美和西欧3个地区，2009年这3个地区的生产能力合计达到3864.9万吨，约占世界总生产能力的87.38%。其中亚洲地区的生产能力为2296.9万吨，约占世界总生产能力的51.93%；西欧地区的生产能力为657.0万吨，约占总生产能力的14.55%；北美地区的生产能力为911.0万吨，约占总生产能力的20.60%；非洲地区的生产能力为46.0万吨，约占总生产能力的1.04%；中东欧地区的生产能力为256.1万吨，约占总生产能力的5.79%；中东地区的生产能力为129.8万吨，约占总生产能力的2.93%；中南美洲地区的生产能力为126.0万吨/年，约占总生产能力的2.85%。Formosa Plastics Group公司是目前世界上最大的VCM生产厂家，生产能力为309.7万吨/年，约占世界VCM总生产能力的7.00%；其次是Occidental Petroleum公司，生产能力为260.9万吨/年，约占总生产能力的5.90%；再次是Dow Chemical公司，生产能力为207.0万吨/年，约占总生产能力的4.68%。其中采用乙炔法工艺路线的生产能力为1074.6万吨/年，约占总生产能力的24.30%；采用二氯乙烷高温分解工艺的生产能力为2731.1万吨/年，约占总生产能力的61.75%；采用乙烯和二氯乙烷工艺路线的生产能力为617.1万吨/年，约占总生产能力的13.95%。预计2009-2014年，世界VCM的生产能力将以年均约2.1%的速度增长，到2014年总生产能力将超过4918.0万吨。

（2）国内发展概况

1954年，沈阳化工研究院开始聚氯乙烯的研究。1958年，锦西化工厂（现锦化化工集团公司）建成了第一套年产3000吨规模的生产装置，紧接着北京、天津、上海等地也相继又建成四套年产6000吨的装置。60年代各省市又陆续新建了一批，聚氯乙烯工业得到了较快速的发展，1987年聚氯乙烯生产能力已达到64.54万吨，1990年产量77.7万吨，2001年生产能力约为360万吨/年，2005年我国大约有聚氯乙烯生产厂79家，2009年增加到1307.7吨，约占世界总生产能力的29.57%。2004-2009年生产能力的年均增长率约为21.06%。随着韩华（宁波）、甘肃新川、陕西金泰、宁夏英力特等多套新建或扩建装置的建成投产，预计到2014年，我国VCM的总生产能力将达到约1508.7万吨。

九十年代中期以前，原料氯乙烯单体主要采用电石乙炔法制得。七十年代中期，随着

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