一氯甲烷除雜系統工藝優化

何玉汝，張芳芳，張寧波

(河南清水源科技股份有限公司，河南 濟源 459000)

一氯甲烷俗稱氯甲烷，也叫甲基氯，是一種有機鹵化物。分子式CH3Cl ，相對分子質量 50.49，是一種無色、可燃、易液化氣體，有醚樣的微甜氣味，是制備甲基纖維素、有機硅、甲烷氯化物等的原料，隨著甲基纖維素、有機硅、甲烷氯化物行業的快速發展，一氯甲烷的需求量也飛速增加，特別是高純度一氯甲烷在有機硅、醫藥、電子、水處理的應用，使得其附加值更為可觀。目前一氯甲烷的生產方法主要有3種：1)氣-液相非催化法；2)氣一液相催化法；3)氣一固相催化法[1-2]；三種工藝各有特點，大多數生產企業都會依據公司產品的上下游關系選擇適合自己企業的工藝以滿足生產需求。本文是基于公司申請專利“一種低溫低壓氣液相合成一氯甲烷的工藝”的一氯甲烷除雜工藝優化，是一種氣-液相低溫、低壓非催化法制備一氯甲烷的工藝，即在溫度不大于85℃、壓力不高于0.1 MPa的條件下，用液體甲醇和氯化氫反應生成一氯甲烷和水。該法的優點是適合于大規模生產，甲醇經進多級串聯鼓泡反應后，總轉化率較高，甲醇單耗低，原料利用率高。但生產現場數據顯示，現有一氯甲烷除雜工藝還需進一步優化才能達到高純一氯甲烷市場需求，所以急需對現有工藝做進一步優化。

1 工藝優化流程圖

1.1 優化工藝思路

在一氯甲烷壓縮機增壓至0.8 MPa(表壓)后，設置單套精餾塔精制提純，回流形式為外置強制回流，從壓縮機出來的混合氣首先在初冷器中部分冷凝為液體，其中冷凝后溫度由110～120℃冷卻至70～80℃，冷凝液中含有甲醇和水，該液返回反應工序，未冷凝的氣相進入加壓精餾塔進行精制提純。精餾塔設置冷凝器，為保證操作起壓，將冷凝器一部分被冷凝液浸沒進行憋壓，提高塔內壓力，冷凝液通過循環泵進行回流和采出操作，塔頂可采出純度較高的一氯甲烷，塔底采出一氯甲烷-甲醇-水的混合物，該部分采出液同樣返回反應工序。同時本次優化設置自動化控制方案，從而可極大地降低員工操作強度。

1.2 優化工藝流程簡圖

圖1 一氯甲烷除雜優化工藝流程簡圖

Fig.1 Schematic diagram of optimized process flow for chloromethane impurity removal

2 數值模擬計算

依靠化工流程模擬軟件(ASPEN PLUS、PRO II、ChemCAD等[3-4])對整個工藝工程進行全流程模擬計算，得到最優工藝方案。

2.1 物性分析

圖2為一氯甲烷-甲醇體系在0.8 MPa(G)下的氣液相平衡相圖，從圖中可以看出，該體系在整個濃度范圍內不存在共沸現象，同時具有較大的相對揮發度，分離相對較為容易。

圖2 一氯甲烷-甲醇在高壓下的氣液平衡相圖

Fig.2 Gas-liquid equilibrium phase diagram of chloromethane - methanol at high pressure

2.2 模擬計算

本文對從壓縮機出來的一氯甲烷高壓精餾過程進行了數值模擬計算，模擬流程和結果如圖3所示，計算所采用的操作壓力為0.8 MPa(G)，初冷器冷凝液為甲醇-水-一氯甲烷的混合物，冷卻后的氣相進入精餾塔，塔頂可得到純度較高的一氯甲烷，塔底為一氯甲烷-甲醇-水混合物，塔底采出液與初冷器冷凝器均回到反應工序。

圖3 一氯甲烷高壓精餾塔數值模擬

Fig.3 Numerical simulation of high pressure distillation column of chloromethane

3 總結

現場按照優化除雜工藝技改，并投入使用后發現，模擬計算結果跟現階段試運行結果是比較吻合，其中精餾塔通過對進料溫度以及回流量調整之后一氯甲烷產品純度由現有的97.9%提高到99.1%。技改后除雜工序采用DCS系統控制，實現了一氯甲烷除雜過程全自控操作，大大降低了員工的操作強度，并提高了工藝的安全性和產品品質的穩定性。