氯乙烯装置循环二氯乙烷氯化脱低沸物工艺开发与模拟

【摘要】： 在平衡氧氯化法氯乙烯生产工艺中,二氯乙烷(EDC)裂解产生了少量的苯和氯丁二烯等不饱和烃低沸物。苯是EDC裂解的抑制剂,极易在裂解炉内结焦,氯丁二烯容易自聚堵塞设备和管道,严重地影响了装置的稳定运行。由于苯与EDC的沸点相近,因此常规平衡氧氯化法氯乙烯生产工艺中存在的脱低沸物塔对苯的脱除效果不好。本文针对20万吨/年平衡氧氯化法氯乙烯生产工艺,进行循环EDC氯化脱低沸物工艺的研究,具有重大的现实意义和实用价值。 本文首先对苯氯化反应动力学方程进行了研究。确定苯氯化反应动力学方程的形式为幂函数型。在整理文献数据的基础上,针对文献中实验数据少的特点,对实验数据随时间变化的趋势进行了拟合,用拟合得到的函数对实验数据进行了扩展。利用扩展后的实验数据对反应动力学参数进行了回归,得到苯氯化宏观反应动力学方程为? rB =59.4665 exp(?24295.4/RT)CB0.4796CC1.l1945。借助某40万吨/年氯乙烯装置循环EDC氯化脱低沸物工艺中的苯氯化反应器对宏观反应动力学方程进行了验证:使用得到的动力学方程对该苯氯化反应器进行了模拟计算,得到了苯氯化反应器的结构参数并与该反应器的实际结构参数进行对比,结果表明计算值与实际值吻合度较高,得到的反应动力学方程可以用于循环EDC氯化脱低沸物工艺中苯氯化反应器的设计。 其次针对20万吨/年平衡氧氯化法氯乙烯生产工艺,开发了循环EDC氯化脱低沸物工艺,该工艺流程为:来自VCM精制工段的循环EDC物流分为两部分,一部分与氯气混合后,进入苯氯化反应器进行苯氯化反应,从苯氯化反应器出来的物流与另一部分与氯气混合后的循环EDC物流进入氯丁二烯氯化反应器进行氯丁二烯氯化反应,从氯丁二烯氯化反应器出来的循环EDC物流进入EDC精制工段将氯化后的苯和氯丁二烯脱除。针对该工艺的主要设备(苯氯化反应器、氯丁二烯氯化反应器和两个换热器)进行了模拟计算,确定了设备的结构参数,根据脱低沸物工艺确定了设备的操作参数,并对一些管路进行了计算。 最后使用化工流程模拟软件对20万吨/年氯乙烯装置增加循环EDC氯化脱低沸物工艺后可能受到影响的部分工段进行了流程模拟,得到了增加循环EDC氯化脱低沸物工艺后,这些工段的物料衡算数据和能量衡算数据,结果表明增加循环EDC氯化脱低沸物工艺以后,装置内苯和氯丁二烯的含量明显降低,VCM产品的质量没有受到影响,部分换热器的负荷有所上升。接下来对增加循环EDC氯化脱低沸物工艺后,塔和换热器设备的适用性进行了研究:使用化工之星(ECSS)模拟计算了增加循环EDC氯化脱低沸物工艺后塔的水力学性能负荷,使用换热器设计软件模拟计算了换热器的工艺数据并将工艺数据与工程经验值进行比较。结果表明增加循环EDC氯化脱低沸物工艺后塔和换热器设备都能够满足生产需要。 【关键词】：氯乙烯 低沸物 模拟 工艺开发
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ325.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-13
• 前言13-15
• 1 文献综述15-28
• 1.1 化工过程模拟15-16
• 1.2 苯氯化反应的研究进展16-24
• 1.2.1 苯氯化反应方程式16
• 1.2.2 苯氯化反应的特点16
• 1.2.3 苯氯化反应动力学的研究进展16-20
• 1.2.3.1 苯氯化反应的机理16-17
• 1.2.3.2 苯氯化反应动力学研究现状17-20
• 1.2.4 苯氯化反应催化剂研究现状20-24
• 1.2.4.1 液态催化剂20-21
• 1.2.4.2 固态催化剂21-24
• 1.3 氯丁二烯氯化反应的研究现状24
• 1.4 氯乙烯生产工艺24-26
• 1.4.1 电石乙炔法生产工艺24-25
• 1.4.2 平衡氧氯化法生产工艺25-26
• 1.5 氯乙烯工业的发展趋势26
• 1.6 本文研究的主要内容26-28
• 2 苯氯化反应动力学研究28-46
• 2.1 苯氯化反应动力学建模28-30
• 2.1.1 反应动力学方程形式28-30
• 2.1.1.1 幂函数型反应动力学方程28-29
• 2.1.1.2 双曲线型反应动力学方程29
• 2.1.1.3 两类反应动力学方程形式的评价29-30
• 2.1.2 苯氯化反应动力学方程形式的确定30
• 2.2 文献实验数据的处理30-34
• 2.2.1 氯苯比1:1 时物料浓度31-32
• 2.2.2 氯苯比1.5:1 时物料浓度32-34
• 2.3 苯氯化宏观反应动力学方程参数的确定34-40
• 2.3.1 实验数据扩展34-38
• 2.3.1.1 氯苯比1:1 时浓度函数的回归34-36
• 2.3.1.2 氯苯比1.5:1 时浓度函数的回归36-38
• 2.3.2 苯氯化宏观反应动力学方程参数的确定38-40
• 2.4 苯氯化宏观反应动力学方程的验证40-45
• 2.4.1 反应器模型的确定40-42
• 2.4.2 宏观反应动力学方程验证评价42-45
• 2.5 本章小结45-46
• 3 氯乙烯装置脱低沸物工艺开发46-63
• 3.1 基于平衡氧氯化法氯乙烯生产工艺的分析46-48
• 3.1.1 EDC 裂解工段低沸物的产生46
• 3.1.2 EDC 精制工段46-47
• 3.1.3 VCM 精制工段47
• 3.1.4 低沸物对其他工段的影响47-48
• 3.2 循环EDC 氯化脱低沸物工艺流程的确定48-49
• 3.3 主要设备设计49-61
• 3.3.1 苯氯化反应器设计50-52
• 3.3.1.1 拟进入苯氯化反应器循环EDC 物流数据50-51
• 3.3.1.2 反应器设计思路51
• 3.3.1.3 反应器设计结果51-52
• 3.3.2 氯丁二烯氯化反应器的设计52
• 3.3.3 反应器操作条件的确定52-53
• 3.3.4 换热器设计53-60
• 3.3.5 主要管路设计60-61
• 3.3.6 循环EDC 氯化脱低沸物工艺主要物流数据61
• 3.4 本章小结61-63
• 4 氯乙烯装置增加循环 EDC 氯化脱低沸物工艺后的适用性研究63-87
• 4.1 增加循环EDC 氯化脱低沸物工艺前后氯乙烯装置模拟63-68
• 4.1.1 物性方法的选择63
• 4.1.2 单元模块的选取63-65
• 4.1.2.1 反应器63-64
• 4.1.2.2 闪蒸罐64
• 4.1.2.3 精馏塔64-65
• 4.1.2.4 换热器65
• 4.1.3 增加循环EDC 氯化脱低沸物工艺前后模拟结果对比65-68
• 4.2 塔的适用性研究68-80
• 4.2.1 研究思路68
• 4.2.2 M-DA301 塔68-73
• 4.2.2.1 M-DA301 塔结构参数69
• 4.2.2.2 M-DA301 塔气液相负荷分布69-70
• 4.2.2.3 M-DA301 塔水力学计算结果70-73
• 4.2.3 M-DA302 塔核算结果73-75
• 4.2.4 M-DA303 塔核算结果75-76
• 4.2.5 M-DA304 塔核算结果76-77
• 4.2.6 M-DA501 塔核算结果77-79
• 4.2.7 M-DA502 塔核算结果79-80
• 4.2.8 M-DA503 塔核算结果80
• 4.3 换热器适用性研究80-86
• 4.3.1 研究思路80-81
• 4.3.2 换热器结构参数81
• 4.3.3 换热器核算分析81-86
• 4.3.4 换热器核算结果86
• 4.4 本章小结86-87
• 结论87-89
• 参考文献89-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果93-94

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