新型轉化器在PVC生產中的研究與應用

呂彥玲，肖國營

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限責任公司采用列管式氯乙烯合成轉化反應器，由混合器出來的混合氣體進入轉化器，使乙炔和氯化氫合成轉化為氯乙烯，此反應放出大量的熱且不易傳遞出來，使列管中心部位溫度最高。在操作過程中觸媒局部過熱，氯化汞容易升華。依據觸媒中氯化汞升華曲線，當120 ℃以下時，氯化汞升華輕微；溫度達到180 ℃以上時，氯化汞升華嚴重，造成觸媒失活，副反應速度加快，使高廢物增加，給后續精餾工序增加負荷。因此，如何降低轉化器列管中心部位的溫度，提高轉化器的傳質、傳熱效率是目前亟待解決的課題[1]。

1 常規轉化器

1.1 結構特征及工作原理

常規轉化器主要由筒體、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分組成。列管內裝滿以活性炭為載體的氯化汞催化劑。轉化器的管程工作介質為氯化氫、氯乙烯、乙炔、氯化汞、活性炭，壓力為0.07 MPa，溫度為（170±10）℃；殼程工作介質為水，壓力為0.32 MPa，溫度為（99±2）℃[2]。在列管內，氯化氫和乙炔在氯化汞觸媒催化作用下合成氯乙烯，該反應會放出大量的熱，列管中心溫度最高可達170 ℃。殼程采用去離子水循環帶走反應熱。

1.2 常規轉化器的使用情況

該公司40萬t/a PVC 工程轉化器規格及產能見表1。

一期、二期工程的轉化器使用的列管為?57 mm，其內徑較大，轉化過程中的反應熱不能及時移除，導致列管中心溫度高，觸媒容易升華，縮短觸媒的使用壽命，限制了轉化器能力的發揮。

為進一步提高轉化器的生產能力和轉化效率，降低觸媒溫度，該公司三期、四期工程分別采用列管尺寸為?45 mm 和?51 mm 的轉化器。運行結果表明，小列管轉化器的傳熱效果較好，反應溫度較平穩，但列管尺寸過小會造成觸媒的填裝困難，與管程介質大比表面積的接觸也不容易實現[3]。

表1 轉化器的規格及產能

2 新型轉化器

2.1 結構特征

常規轉化器升級改造成新型轉化器結構，不改變原常規轉化器的任何結構尺寸，在原轉化器運行現場即可完成。與常規轉化器相比，新型轉化器的總體結構、外形尺寸、列管尺寸、列管數量、列管長度等都沒有變化，主要特征就是在現有轉化器的列管內設置高效節能核心構件—桿芯。

2.2 工作原理

常規轉化器列管內氣體呈柱狀流動，管內徑向溫度梯度較大，新型轉化器列管內氣體呈環形流動，其列管內的流場和溫場都發生了巨大的變化，改善了反應熱的徑向分布狀況。改造后新型轉化器列管中心溫度有所降低，提高了氣液的傳熱、傳質效率，從而提高了轉化器的生產能力。

2.3 使用情況

將二期前臺10#、后臺10# 轉化器改造成新型轉化器，氣相出口管道增加孔板流量計，在二期前臺11#、后臺11# 常規轉化器氣相出口管道增加流量計?？刂菩滦娃D化器和常規轉化器溫度及混合氣通量，進行兩者產能（即流量）對比。按照《轉化器更換觸媒操作法》 將前后臺轉化器分別更換為相同活性（統一新舊、統一性能）的觸媒。并對轉化器進行干燥、置換、氣密等工作，至轉化器備用。按正常轉化器投用法，將轉化器熱水調整至無動力循環，打開轉化器氣相出口閥門，微開轉化器進氣閥門，前臺轉化器溫度達到130～160 ℃，后臺轉化器溫度達到130～140 ℃，同時觀察該轉化器回水溫度不能超過106 ℃。正常運行過程中，不斷調節進氣流量，保證2個前（后）臺轉化器溫度一致，并記錄各自的瞬時流量，判斷各自的通量大小和能力。運行結果見表2。

（1）運行數據表明，在使用過程中改造后的新型轉化器較常規轉化器的反應狀態平穩，且單臺產能（氣體流量）比常規轉化器有很大的提高；

表2 新型轉化器與常規轉化器運行數據比較

（2）從觸媒使用壽命來看，新型轉化器的觸媒使用時間較長，后臺11# 發生器觸媒的使用時間為3 475 h，后臺10#發生器觸媒使用時間為4 715 h。

此外，新型轉化器在運行過程中也存在著不足，由于列管內多安裝一根芯桿，倒換觸媒時不順暢，增加了觸媒裝卸操作人員的工作量及裝卸時間。

3 應用前景

新型轉化器的創新點是在轉化器的列管內裝有同心芯桿，在不改變原轉化器的任何尺寸的情況下，提高轉化器的產能。實際運行表明，該新型轉化器相對于常規轉化器，傳熱效果好，列管內徑向溫度分布大大改善，不易產生高溫熱點，反應溫度平穩；生產能力大，單臺生產能力理論可提高50%，乙炔轉化率穩定，列管中心溫度低，在同等產能情況下觸媒使用壽命延長。此轉化器的改造，經濟效益和社會效益顯著，應用前景廣闊。無論是老設備的更新改造還是新、擴建項目工程，采用該新型轉化器都將帶來巨大的效益。

［1］陳迎剛，趙 峰，霍中德.氯乙烯合成轉化器影響因素的分析與改進.中國氯堿，2011（8）：18-20.

［2］王書芳，白素榮.氯堿化工生產工藝.北京：化學工業出版社.1995：7-79.

［3］劉紅松.大型轉化器在PVC生產中的應用.聚氯乙烯，2009，37（9）：31-32.