氯乙烯尾凝2種工藝的差異分析

趙 峰，劉江飛

（內(nèi)蒙古烏海化工有限公司，內(nèi)蒙古 烏海016034）

在氯乙烯精餾過(guò)程中，為了達(dá)到對(duì)氯乙烯的液化、分離從而制得高純度氯乙烯單體的目的，必須將壓縮后的氯乙烯預(yù)以充分地的冷凝、液化。進(jìn)料尾凝器作為該環(huán)節(jié)一個(gè)重要的設(shè)備，在深度冷凝過(guò)程中起著十分重要的作用，通常生產(chǎn)中進(jìn)料尾凝器由2 臺(tái)或2 組并聯(lián)組成，并且切換使用，因其在使用一段時(shí)間后列管結(jié)冰而出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，從而使冷凝效果下降，這不僅對(duì)氯乙烯冷凝造成影響，還會(huì)對(duì)精餾系統(tǒng)的工藝控制尤其是壓力造成波動(dòng)。同時(shí)，為了便于切換、化冰，2 臺(tái)尾凝器之間設(shè)置的閥門(mén)較多，不僅切換比較麻煩，在實(shí)際生產(chǎn)甚至出現(xiàn)兩三天就得進(jìn)行一次切換，不僅工作量大，而且因化冰不好會(huì)造成惡性循環(huán)而影響整個(gè)裝置的負(fù)荷。從現(xiàn)有工藝形式看，實(shí)際生產(chǎn)中存在著尾氣與冷凝下液順向流動(dòng)與逆向流動(dòng)2 種工藝，這通常不被人們所重視，事實(shí)上，由于進(jìn)料尾凝器的特殊性，這2 種工藝對(duì)實(shí)際使用情況的影響存在著明顯的區(qū)別，在此通過(guò)比較分析這2 種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，從而有利于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對(duì)其改進(jìn)和優(yōu)化。

1 氣液逆流

1.1 進(jìn)料尾凝器氣液逆流分離工藝

進(jìn)料尾凝器氣液逆流工藝流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 進(jìn)料尾凝器氣液逆流分離流程示意圖

1.2 氣液逆流工藝流程

當(dāng)需要對(duì)1#尾氣冷凝器化冰時(shí)，物料的走向是來(lái)自進(jìn)料冷凝器的氯乙烯氣體先通過(guò)閥門(mén)1 進(jìn)入1#尾凝器，在其中氣相自下向上流動(dòng)，再經(jīng)閥門(mén)3、閥門(mén)4、閥門(mén)6 進(jìn)入2#尾凝器的下部，在2#尾凝器中冷凝下的液體氯乙烯自上而下依靠自身重力作用進(jìn)入分水器。最終不凝氣體通過(guò)閥門(mén)9 去尾氣回收。此工藝中1#尾凝器停止通入-35 ℃鹽水而依靠物料化冰（因物料的溫度大于0 ℃，故無(wú)論何時(shí)，1#尾凝器時(shí)刻處于化冰狀態(tài)）。當(dāng)需要對(duì)2#尾凝器化冰時(shí)，物料走向是來(lái)自全凝器的氣體先通過(guò)閥門(mén)2、閥門(mén)6 進(jìn)入2#尾凝器，再經(jīng)閥門(mén)5 進(jìn)入1#尾凝器的下部，在1#尾凝器中冷凝下的液體氯乙烯自上而下依靠自身重力作用進(jìn)入分水器，氣相通過(guò)閥門(mén)3、閥門(mén)8 去尾氣回收。同樣此工藝中2#尾凝器停止通入-35 ℃鹽水而依靠物料化冰。

1.3 氣液逆流工藝的冷凝效果情況

對(duì)氣液逆流工藝的尾凝器出口取樣分析結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

表1 氣液逆流工藝尾凝器出口取樣分析

從表1 可以看，該工藝下正常生產(chǎn)時(shí)尾凝器出口取樣氯乙烯含量最大值為8.22%，最小值為4.57%，平均值為6.32%，符合工藝控制指標(biāo)的要求。

1.4 氣液逆流工藝的尾凝器使用情況

從實(shí)際生產(chǎn)看，該工藝正常情況下處理后的氯乙烯含量為6.32%，經(jīng)過(guò)對(duì)連續(xù)6 個(gè)月的使用情況統(tǒng)計(jì)，尾凝器的平均切換周期為4 天左右，而且每次切換完之后從操作情況看前2 個(gè)班冷凝效果較好，其后逐漸變差，從而造成回收裝置的負(fù)荷相對(duì)增大。從回收吸附塔的運(yùn)行情況看，每次吸附、解吸周期曲線也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。

2 氣液順流

2.1 進(jìn)料尾凝器氣液順流分離工藝

進(jìn)料尾凝器氣液順流流程示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 進(jìn)料尾凝器氣液順流分離流程示意圖

2.2 氣液順流工藝流程

當(dāng)1#尾凝器需要化冰時(shí)，物料自進(jìn)料冷凝器通過(guò)閥門(mén)1、閥門(mén)2 自1#尾凝器的上部進(jìn)入，再經(jīng)閥門(mén)8、閥門(mén)9 從2#尾凝器的上部進(jìn)入，在此冷凝下來(lái)的液體氯乙烯去分水器，不凝氣體通過(guò)閥門(mén)5、閥門(mén)6 去尾氣回收。 其中1#冷凝器的-35 ℃水閥關(guān)閉，使其處于利用物料化冰狀態(tài)，而2#尾凝器處于冷凝狀態(tài)。當(dāng)對(duì)2#尾凝器需要化冰時(shí)，則物料自閥門(mén)4 進(jìn)入2#尾凝器，再經(jīng)閥門(mén)5、閥門(mén)3 進(jìn)入1#尾凝器，在此冷凝下來(lái)的的液體氯乙烯自閥門(mén)7 去分水器，不凝氣體通過(guò)閥門(mén)8、閥門(mén)10 去尾氣回收裝置。

2.3 氣液順流工藝的冷凝效果情況

對(duì)氣液順流工藝尾凝器出口取樣分析結(jié)果匯總見(jiàn)表2。

表2 氣液順流工藝尾凝器出口取樣分析

從表2 可以看，該工藝下正常生產(chǎn)時(shí)尾凝器出口取樣氯乙烯含量最大值為8.05%，最小值為5.15%，平均值為6.47%，整體結(jié)果比逆流略高一點(diǎn)。

2.4 氣液順流工藝尾凝器使用情況

從實(shí)際生產(chǎn)看，該工藝正常情況下處理后的氯乙烯含量為6.47%，經(jīng)過(guò)對(duì)連續(xù)6 個(gè)月的使用情況統(tǒng)計(jì)，尾凝器的平均切換周期為7.5 天，而且每次切換完之后從操作情況看前連續(xù)近1 個(gè)星期的冷凝效果均較好，最長(zhǎng)時(shí)可達(dá)到13 天左右。從尾氣回收吸附塔的運(yùn)行情況看，其運(yùn)行曲線與逆流方式基本相當(dāng)。

3 2 種不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 2 種工藝的冷凝效果分析

2 種工藝下氣相及液相在列管內(nèi)的狀態(tài)見(jiàn)圖3。

圖3 氣相及液相在列管內(nèi)的示意圖

從冷凝后的取樣分析來(lái)看，這2 種工藝中氣-液逆流分離方式平均樣為6.32%,氣-液順流分離方式平均值為6.47%，前者冷凝效果略?xún)?yōu)于后者，但都達(dá)到了工藝指標(biāo)的要求。因此從冷凝效果來(lái)說(shuō)，這2 種工藝區(qū)別不大，均可在實(shí)際生產(chǎn)中使用。

當(dāng)然控制尾凝器出口VC 還與其他因素有關(guān)，諸如保證壓縮機(jī)前冷卻器脫水效果，從而降低物料中的水含量；提高合成轉(zhuǎn)化的原料氣純度及控制好乙炔的轉(zhuǎn)化率；在調(diào)整負(fù)荷過(guò)程中壓縮崗位緩慢調(diào)整，避免因流量的大幅度波動(dòng)導(dǎo)致尾排裝置的負(fù)荷增大，同時(shí)，尾氣冷凝器應(yīng)定期切換化冰，保證運(yùn)行冷凝器的有效換熱效果[1]。

從冷凝過(guò)程分析，當(dāng)采用逆流方式冷卻分離時(shí)，氣相從下而上的過(guò)程中，因其中的氯乙烯不斷地被冷卻分離的結(jié)果，其氯乙烯含量呈下降的趨勢(shì)，因而出口氣體中的氯乙烯含量相對(duì)低些。

而當(dāng)采用順流方式冷卻分離時(shí)，因同方向的液體氯乙烯的作用，氣相自上而下氯乙烯的飽和分壓變化要小些，因而出口氣體中氯乙烯含量相對(duì)要高些。

3.2 2 種工藝的尾凝器使用情況分析

從實(shí)際使用情況看，氣-液逆流平均使用天數(shù)為4 天左右，而氣-液順流則可達(dá)到7.5 天左右，高于逆流方式的使用周期。

氣-液逆流之所以使用時(shí)間短，從圖3 可以看出，主要是冷凝下來(lái)的液體一方面在依靠自身重力下降的過(guò)程中，會(huì)受到上升的不凝氣體的阻力，加之自身含水受其表面張力的作用，其下降的阻力會(huì)相應(yīng)增大，因而下降速度較慢；另一方面由于尾凝器是深度冷凝，實(shí)際溫度在-10～-15 ℃，此時(shí)由于氣相水蒸氣的分壓較小，冷凝后液體中的含水量處于較高數(shù)值。因此，容易造成結(jié)冰而使其使用周期大幅縮短，同時(shí)當(dāng)對(duì)其化冰時(shí)，表面化掉的液珠下降速度同樣減慢，因而物料化冰的時(shí)間也更長(zhǎng)。而當(dāng)采取氣-液順流分離方式，冷凝液下降除自身重力作用外，還會(huì)受到不凝氣體的推力，因而下降速度較快，相應(yīng)地在其列管壁上結(jié)冰的速度會(huì)大幅度的降低，因而使用周期較長(zhǎng)，當(dāng)對(duì)其化冰時(shí)同樣表面液珠脫離速度快，因而化冰也快。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際檢測(cè)及現(xiàn)象分析可以看出：

（1）尾凝器氣-液逆流與氣液順流的方式冷凝后均可滿足工藝的要求；

（2）從實(shí)際使用周期及結(jié)冰機(jī)理，采用氣液順流要明顯優(yōu)于氣液逆流。其最大的優(yōu)點(diǎn)是不僅使用周期長(zhǎng)，而且相同條件下化冰時(shí)間短，因而切換后的設(shè)備化冰徹底。

尾凝器結(jié)冰、化冰一直困擾著從業(yè)人員，除此之外還有企業(yè)采取臥式尾凝器，因其易結(jié)冰，而且化冰更困難，實(shí)際生產(chǎn)中只有刻意提高尾凝器溫度（比臥式要高出10 ℃左右），依靠尾氣回收處理的辦法，其極不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)使裝置的能力大幅度下降。因此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇合適的工藝或改進(jìn)方案才是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

［1］陳海印，朱桂香，趙鵬濤。氯乙烯精餾尾氣冷凝工藝的改進(jìn)［J］。聚氯乙烯，2009（12）：12-13