[发明专利]一种乙炔法合成氯乙烯的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于化工工艺过程及设备技术领域，涉及一种由氯化氢与乙炔反应合成氯乙烯的装置及方法。

背景技术

氯乙烯是合成聚氯乙烯的单体，是一类非常重要的化工中间体。随着聚氯乙烯材料在包装材料等领域的广泛应用，氯乙烯及聚氯乙烯的产量迅速提高，中国的需求量约1000万吨/年左右。

目前工业化生产氯乙烯的方法有三种，即由乙炔、乙烯或乙烷分别与氯化氢反应合成氯乙烯。乙烯法合成技术成熟，单装置生产规模大，但乙烯的主要来源于炼油工业，近来乙烯的价格上涨，导致氯乙烯的生产成本高。乙烷的主要来源为天然气田，受地域限制性强，而乙炔可用煤为原料经电石法制得。中国的煤炭资源丰富，电石法合成乙炔成本低，所以乙炔法合成氯乙烯技术在中国占主导地位。

乙炔法合成氯乙烯的原理是将氯化氢和乙炔加热到100℃左右，通入反应器，在汞/活性碳催化剂的作用下，在100-180℃下生成氯乙烯。该过程的关键是要求乙炔要尽可能被转化，这样氯乙烯纯度高，后续的乙炔回收负荷减轻。在工业上常要求乙炔的转化率大于99％。在已有的轴向固定床技术中，使用尺寸大于3-5毫米的汞/活性碳型催化剂颗粒堆积，并将装填不同汞含量催化剂的固定床串联，可使乙炔转化率＞99％。

浙江大学采用流化床与轴式固定床复合的技术(氯乙烯合成反应技术的研究(一)，固定床和复合床试验.化学工程，1973，(Z1)：61-66，109)，流化床中乙炔转化率约74％，然后通过轴向固定床使乙炔转化率＞99％。清华大学对此技术进行了改进，使用单段流化床(专利：200610089622.1)就使乙炔转化率达96-97％；使用多段流化床(催化剂在流化床内部的不同段中可以混合，专利：200610113710.0)使乙炔转化率＞99％；同时改进了相关气体分布器与进料方式，使得流床内温度更加低而均匀，从而使催化剂寿命比固定床的催化剂寿命更长，氯乙烯产量更大及反应器占场面积大幅度减小。

然而乙炔与氯化氢的反应是一个减分子反应，当乙炔转化率超过90％，使用纯合成原料气(乙炔与氯化氢的总含量＞90％)时，流化床中的气速约降低45-50％。当单段流化床(200610089622.1)中操作负荷比较低时，这种状态将导致催化剂的流化状态不好，传热效果下降，将使催化剂床层温度在短时间内由正常的反应温度(100-180℃)迅速升高到400℃或更高。有可能产生催化剂瞬间烧坏(催化剂的活性组份-金属氯化物瞬间蒸发或分解)，反应物料自聚或积碳，反应器因火热变形而塌陷等重大的经济损失甚至安全事故。而对于多段流化床(200610113710.0)，即使第一段(靠近流化床底部的催化剂床层)能够稳定操作，也仍可能导致第二段至第四段的催化剂床层操作状态不佳，从而不能满足工艺转化的要求。

在第一段流化床下部引入一部分低温气体(如原料气或氯乙烯气体)能够解决第一段的不稳定操作问题，但不能解决多段流化床上部催化剂床层的不良操作状态。并且由于流化床底部对应的催化剂床层相对深，压降大，这种把所有气体都从反应器底部通入的方式，有可能导致气体分布器的压降大及气体输送机械的压头损失大，电耗高，还存在电机负载大而跳闸等不能连续工作的隐患。显然，这种操作状态无法通过改变流化床自身结构解决，且不利于反应器的初期开车(流量小且不稳定)操作。

发明内容

本发明的目的是针对单一乙炔与氯化氢进料时，多段流化床操作状态不稳定的不足，提供一种采用氯乙烯气体循环，并实现在多段流化床的第二段至第四段下部进行多位置进料的技术，可使流化床反应器稳定操作与易于放大，达到深度转化乙炔的目的；具有乙炔转化率高，生产强度高，操作弹性大，设备投资少，能耗低等优点。

本发明的技术方案如下：

一种氯化氢与乙炔反应合成氯乙烯的装置及方法，该反应装置包括：

(a).一个多段流化床(1)；

(b).一个尾气净化装置(2)；流化床(1)的气体出口(1d)与流化床尾气净化装置(2)的气体进口通过管道相连；

(c).一个冷却器(3)；

(d).一个气体增压装置(4)，其与流化床(1)或尾气净化装置(2)通过管线相连；

(e)多个气体喷嘴(2a或3a，4a)，与多段流化床(1)的筒壁及气体增压装置(4)的出口相连。