[发明专利]一种乙炔法氯乙烯合成反应工艺

说明书

本发明涉及一种氯乙烯合成反应工艺，具体涉及一种乙炔法氯乙烯合成反应工艺，包括：(1)混合原料气A进行绝热催化反应，得到混合气B；(2)混合气B进行等温催化反应，得到含氯乙烯的混合气C，混合气C进入后处理系统。本发明采用径向与两段式催化反应，取消了单独的原料气预热器，减少了设备数量，节约了设备投资，降低了反应压降，延长了催化剂寿命，同时提高了后续反应效率，使得转化率＞98.5％、选择性＞99％。

技术领域

本发明涉及一种氯乙烯合成反应工艺，具体涉及一种用于乙炔法氯乙烯合成的径向绝热等温反应工艺。

背景技术

氯乙烯单体是聚氯乙烯聚合反应的原料，在电石法生产聚氯乙烯的过程中，乙炔装置送来的乙炔气经阻火器和预冷器冷却到1-5℃左右，与氯化氢装置送来的氯化氢气体以1:1.05-1.1的分子配比混合，混合气经冷却脱水后再经过预热器加热至70-90℃，满足起活温度要求后再送入两级串联的氯乙烯合成转化器，每一级转化器可以由数台并联操作。第I级转化器出口气体中乙炔含量一般控制在20％-30％，第II级转化器出口气体中乙炔含量一般控制在1％-3％。生成的粗氯乙烯经过净化、压缩、精馏后送入后续工段生成聚氯乙烯。

乙炔和氯化氢非均相反应合成氯乙烯的方程式如下：

CHCH+HCl→CH₂CHCl+124.8kJ/mol

乙炔氢氯化反应是一种典型的强放热反应，每摩尔反应会释放出124.8kJ的能量。反应温度对氯乙烯合成反应有较大影响。温度升高有利于氯乙烯合成，但同时会造成催化剂活性组分流失，并增加二氯乙烯、二氯乙烷等副产物的生成。同时，不同催化剂要求不同的起活温度要求，例如低汞催化剂要求的起活温度为70-90℃，金系无汞催化剂要求的起活温度约为130℃。

工业上采用单独的换热器对乙炔和氯化氢进行预热，以保证催化剂要求的起活温度。而氯乙烯合成转化器一般采用固定列管式反应器，反应管直径在长度在3000mm左右，管内装填催化剂，反应气由上而下轴向经过催化剂床层。反应放出的热量通过壳程里的冷剂移出，冷剂一般采用水或者庚烷，冷剂与反应气逆流换热。

现有氯乙烯合成转化器中存在明显的热点和轴向温度分布，为了避免热点温度过高引起催化剂烧结、活性组分流失、寿命缩短，以及反应副产物增多，转化器内除热点外的床层温度保持在相对较低的范围内，尽管停留时间较长，但大部分空间内合成效率较低，不仅造成空间浪费，更加限制了单台转化器的反应效率和处理能力。

此外，乙炔分解爆炸临界压力仅为0.14MPa，因此氯乙烯合成必须保持在较小压力下操作，一旦压降明显升高不仅会导致系统能耗增加，还会增加乙炔压缩爆炸风险。因此，现有列管式反应器不仅对催化剂的大小和装填要求较高，列管长度也不宜过长。受到长径比的限制，转化器直径也不宜过大，使得现有列管式反应器的大型化较为困难。

专利文献CN201611129302.4公开了一种乙炔法合成氯乙烯的反应工艺，该乙炔法合成氯乙烯的反应器，通过对反应器进行结构上的改进，使得乙炔法合成氯乙烯的反应器散热效果和耐腐蚀性好，氯乙烯合成效率高且效果佳，其结构简单，安装便捷，能进一步地在固定床反应器内进行乙炔法合成氯乙烯的反应中发挥优势。但使用汞催化剂环境污染严重。若要使用无汞催化剂，为满足反应温度要求，整个反应器需要保持在较高温度下，容易导致催化剂失活。

专利文献201810112960.5公开了一种非汞催化剂乙炔法氯乙烯合成工艺，经过两次混合、预热与转化，反应得到粗氯乙烯。虽然转化器通入乙炔气浓度增大，有利用氯乙烯合成，促进乙炔转化率升高，延长了催化剂使用寿命，但反应过程中需要预热，反应器使用数量较多，反应工艺复杂，增加了反应成本。

基于以上现有技术中存在的问题，设计出一种既能满足氯乙烯合成反应温度，又能尽量避免催化剂失活，减少设备数量，同时有效利用系统能量的乙炔法氯乙烯合成反应工艺虽然很有必要，但仍然面临许多挑战。

发明内容