氯乙烯生產過程優化控制研究

汪福兵（新疆中泰華泰重化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830019）

1.氯乙烯生產技術現狀

工業原料聚氯乙烯（PVC）的主要材料是氯乙烯，因此市場對氯乙烯的產量要求比較高。當前工業生產中氯乙烯的生產方法主要有電石法和乙烯氧氯化法這兩種制造工藝。

電石法是最早用于氯乙烯生產的方法，該方法利用電石和水反應生成乙炔，再將乙炔與氯化氫融合，并以氯化汞為催化劑形成氯乙烯[1]。由于電石法的材料來源比較廣泛，因此成為大多數生產加工企業所采用的制備方法。乙烯法是利用乙烯與氧反應生成二氯乙烷，二氯乙烷再裂解為氯化氫和氯乙烯。這兩種傳統的生產方法不僅反應過程復雜，而且由于材料反應不充分，容易造成資源浪費。

2.氯乙烯生產過程優化控制的關鍵

根據氯乙烯各生產系統之間的關系與影響程度，應當建立一體化的檢測控制系統，不能孤立任何一個工藝環節。氯乙烯生產過程優化控制的關鍵主要集中在乙炔站、氯化氫站、氯乙烯轉化、氯乙烯精餾站四個環節中。

如果乙炔站中的反應溫度過高，就會導致粗乙炔中的水分蒸發量過大，冷卻之后乙炔塔的后部負荷過大，阻塞塔板和管路，因此需要嚴格控制乙炔站發生器的溫度和壓力，維持溫度在80℃-90℃之間，且壓力不大于15KPa。在對氫氣和氯氣壓力進行控制時，要分別檢測進入緩沖氣罐中的氫氣、氯氣流量，保證氫氣壓力在0.05-0.10MPa之間，氯氣壓力在0.15-0.25MPa之間，氯氣和氫氣進入合成爐之前，要分別檢測兩者的流量，使氯氣、氫氣之間的流量關系控制在1.00-1.10：1.05之間[2]。氯乙烯轉化站中的乙炔、氯化氫之間的配比關系要控制在1.05-1.15:1.05之間，可以通過增加或減少石墨冷凝器中鹽水的含量和流速來維持混合脫水溫度，使混合脫水溫度保持在-15℃到-10℃之間。如果轉化器的溫度過高容易導致反應失效，溫度過低又會使兩者之間的反應不夠徹底，沒有完全反應掉的氯化氫會形成腐蝕反應設備的物質，物質反應在轉化過程中也會釋放出大量的熱量，因此需要根據反應器的溫度變化趨勢，隨時調節熱水槽的流速，滿足乙炔與氯化氫混合氣體有效轉化的溫度要求。氯乙烯精餾站作為最后轉化環節的主要設備，需要控制好低沸塔塔頂的溫度，減少進料量、進料狀態等外部因素對塔頂溫度的干擾作用，維持塔頂溫度在35-39℃之間。

3.氯乙烯生產工藝優化控制

3.1 反應器的溫度、壓力控制

在乙炔生成階段應當嚴格控制進入反應器的水量，使反應器內產生的熱量能夠借助水流帶出，從而降低反應器內的溫度，實現生成塔溫度和水流壓力的自動控制[3]。

3.2 振蕩器的電流與壓縮機控制

為了掌握乙炔振動器的電流、壓力及壓縮機出入口壓力之間的關系，需要通過建立數學關系模型的方法進一步了解兩者之間的變化規律。對生產過程中的電流、壓力數據進行實時監測，借助數學模型計算出各變量之間的變化關系，進而實現對振蕩器電流和壓縮機的控制要求。

3.3 控制氯氣和氫氣的配比關系

在氯化氫合成中，需要嚴格控制了氯氣和氫氣的配比關系，使氯氣和氫氣通過化學反應能夠恰好融合，保證生產出來的氯乙烯達到工業生產標準。在結合實際操作經驗基礎上，可以根據反應機原理，構建氫氣、氯氣之間的反應模型，確定最佳的配比關系，實時監測氯氣、氫氣流量和反應器的壓力，根據計算結果控制二者的流量，保證二者的充分反應，避免造成資源浪費。

3.4 乙炔和氯化氫配比的控制

通過實際操作經驗可以通過建模的方式掌握氯乙烯轉化階段中乙炔和氯化氫的配比關系，計算各監測點的乙炔和氯化氫含量數據，最終得出最佳配比關系。在監測過程中還要考慮壓力、溫度等環境參數的影響作用。

3.5 精餾階段的控制系統優化

在氯乙烯精餾階段需要組建專業的控制團隊，對精餾塔內的原料數據與環境參數進行研究探討，確定各原料之間精餾前后的含量配比關系，設計出多變量的氯乙烯精餾自動控制系統，對精餾塔內的各參數實現優化控制。

4.結語

導致氯乙烯生產工藝落后的因素有很多，包括產品研發力度不夠、國家缺少相關的資金扶持等，但是氯乙烯作為主要的工業原料，其市場需求量巨大，當前的生產過程不僅浪費了大量的資源，而且安全系數不高，因此需要盡快采取相關措施優化氯乙烯的生產過程，實現整個過程的自動化控制。為此，氯乙烯行業應當加快企業結構調整，將小規模的生產企業與大型生產企業融合，積極引進發達國家的先進技術，提高我國氯乙烯的生產水平，使我國的氯乙烯生產在滿足市場需求量的前提下，實現產品質量和生產效率的綜合發展。

[1]賈立,袁凱.間歇生產過程優化控制的分布式仿真平臺[J].系統仿真學報,2011,10:2254-2257.

[2]王旭,繆天宇,王慶凱.濃縮生產過程優化控制系統的研究與應用[J].有色金屬(選礦部分),2012,06:70-74.

[3]安豐穎.關于氯乙烯生產過程的控制及其優化分析[J].化學工程與裝備,2014,05:58-59+50.