專利名稱：一種乙炔法合成氯乙烯的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工工藝過程及設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法。
背景技術(shù)：
氯乙烯是合成聚氯乙烯的單體，是一類非常重要的化工中間體。隨著聚氯乙烯材料在包裝材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，氯乙烯及聚氯乙烯的產(chǎn)量迅速提高，中國的需求量約 1000萬噸/年左右。目前工業(yè)化生產(chǎn)氯乙烯的方法有三種，即由乙炔、乙烯或乙烷分別與氯化氫反應(yīng)合成氯乙烯。乙烯法合成技術(shù)成熟，單裝置生產(chǎn)規(guī)模大，但乙烯的主要來源于煉油工業(yè)，近來乙烯的價格上漲，導(dǎo)致氯乙烯的生產(chǎn)成本高。乙烷的主要來源為天然氣田，受地域限制性強(qiáng)，而乙炔可用煤為原料經(jīng)電石法制得。中國的煤炭資源豐富，電石法合成乙炔成本低，所以乙炔法合成氯乙烯技術(shù)在中國占主導(dǎo)地位。乙炔法合成氯乙烯的原理是將氯化氫和乙炔加熱到100°C左右，通入反應(yīng)器，在汞 /活性碳催化劑的作用下，在100-180°C下生成氯乙烯。該過程的關(guān)鍵是要求乙炔要盡可能被轉(zhuǎn)化，這樣氯乙烯純度高，后續(xù)的乙炔回收負(fù)荷減輕。在工業(yè)上常要求乙炔的轉(zhuǎn)化率大于 99%。在已有的軸向固定床技術(shù)中，使用尺寸大于3-5毫米的汞/活性碳型催化劑顆粒堆積，并將裝填不同汞含量催化劑的固定床串聯(lián)，可使乙炔轉(zhuǎn)化率> 99%。浙江大學(xué)采用流化床與軸式固定床復(fù)合的技術(shù)(氯乙烯合成反應(yīng)技術(shù)的研究 (一)，固定床和復(fù)合床試驗.化學(xué)工程，1973，(Zl) :61-66，109)，流化床中乙炔轉(zhuǎn)化率約 74%，然后通過軸向固定床使乙炔轉(zhuǎn)化率>99%。清華大學(xué)對此技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使用單段流化床(專利200610089622. 1)就使乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)96-97% ；使用多段流化床(催化劑在流化床內(nèi)部的不同段中可以混合，專利200610113710.0)使乙炔轉(zhuǎn)化率> 99% ；同時改進(jìn)了相關(guān)氣體分布器與進(jìn)料方式，使得流床內(nèi)溫度更加低而均勻，從而使催化劑壽命比固定床的催化劑壽命更長，氯乙烯產(chǎn)量更大及反應(yīng)器占場面積大幅度減小。然而乙炔與氯化氫的反應(yīng)是一個減分子反應(yīng)，當(dāng)乙炔轉(zhuǎn)化率超過90%，使用純合成原料氣(乙炔與氯化氫的總含量>90%)時，流化床中的氣速約降低45-50%。當(dāng)單段流化床Q00610089622. 1)中操作負(fù)荷比較低時，這種狀態(tài)將導(dǎo)致催化劑的流化狀態(tài)不好，傳熱效果下降，將使催化劑床層溫度在短時間內(nèi)由正常的反應(yīng)溫度(100-18(TC )迅速升高到 400°C或更高。有可能產(chǎn)生催化劑瞬間燒壞(催化劑的活性組份-金屬氯化物瞬間蒸發(fā)或分解)，反應(yīng)物料自聚或積碳，反應(yīng)器因火熱變形而塌陷等重大的經(jīng)濟(jì)損失甚至安全事故。 而對于多段流化床(200610113710.0)，即使第一段(靠近流化床底部的催化劑床層)能夠穩(wěn)定操作，也仍可能導(dǎo)致第二段至第四段的催化劑床層操作狀態(tài)不佳，從而不能滿足工藝轉(zhuǎn)化的要求。在第一段流化床下部引入一部分低溫氣體(如原料氣或氯乙烯氣體)能夠解決第一段的不穩(wěn)定操作問題，但不能解決多段流化床上部催化劑床層的不良操作狀態(tài)。并且由于流化床底部對應(yīng)的催化劑床層相對深，壓降大，這種把所有氣體都從反應(yīng)器底部通入的方式，有可能導(dǎo)致氣體分布器的壓降大及氣體輸送機(jī)械的壓頭損失大，電耗高，還存在電機(jī)負(fù)載大而跳閘等不能連續(xù)工作的隱患。顯然，這種操作狀態(tài)無法通過改變流化床自身結(jié)構(gòu)解決，且不利于反應(yīng)器的初期開車(流量小且不穩(wěn)定)操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對單一乙炔與氯化氫進(jìn)料時，多段流化床操作狀態(tài)不穩(wěn)定的不足，提供一種采用氯乙烯氣體循環(huán)，并實現(xiàn)在多段流化床的第二段至第四段下部進(jìn)行多位置進(jìn)料的技術(shù)，可使流化床反應(yīng)器穩(wěn)定操作與易于放大，達(dá)到深度轉(zhuǎn)化乙炔的目的；具有乙炔轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)強(qiáng)度高，操作彈性大，設(shè)備投資少，能耗低等優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，該反應(yīng)裝置包括(a). 一個多段流化床(1)；(b). 一個尾氣凈化裝置O)；流化床(1)的氣體出口(Id)與流化床尾氣凈化裝置 (2)的氣體進(jìn)口通過管道相連；(C). 一個冷卻器(3)；(d). 一個氣體增壓裝置，其與流化床⑴或尾氣凈化裝置⑵通過管線相連；(e)多個氣體噴嘴( 或3a，4a)，與多段流化床(1)的筒壁及氣體增壓裝置(4) 的出口相連。將多段流化床(1)含氣體進(jìn)口(Ia)，氣體出口(Id)，催化劑進(jìn)口(Ic)，催化劑出口 (Ib)，氣體分布器(Ie)，換熱管(If)，催化劑顆粒回收系統(tǒng)(Ig)及第二至第四氣體分布板 ( ，3ede)，氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)等各部分結(jié)構(gòu)連接，形成完整的多段流化床(1)；將尾氣凈化裝置O)，氣體噴嘴( ，3ada)，冷卻器(3)，氣體增壓裝置(4)通過管線與多段流化床 (1)連接，形成一個完整的反應(yīng)系統(tǒng)。將催化劑從催化劑進(jìn)口(Ic)裝入多段流化床(1)；催化劑自然堆積在流化床中， 并浸沒在多段流化床(1)中的氣體分布器(Ie)與換熱管(If)。向換熱管(If)中通入熱水，將多段流化床(1)的第一段催化劑床層的溫度升100-120°C。然后從原料氣進(jìn)口(Ia) 經(jīng)氣體分布器(Ie)通入反應(yīng)原料氣；反應(yīng)完后，氣體與催化劑一起進(jìn)入催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig)，催化劑顆粒返回流化床(1)的底部，而氣體經(jīng)出口(Id)進(jìn)入尾氣凈化裝置(2)凈化，符合流化床尾氣增壓裝置(4)的操作條件后，通入氣體冷卻器( 進(jìn)行降溫。當(dāng)溫度達(dá)到氣體增壓裝置(4)允許進(jìn)氣溫度后，進(jìn)行增壓；在剛開車過程中，將少量氯乙烯經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)通入多段流化床(1)底部；當(dāng)多段流化床(1)的第一段催化劑床層操作穩(wěn)定且原料氣負(fù)荷已經(jīng)很大時，切斷從經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)的氣體，讓所有循環(huán)的氯乙烯氣體經(jīng)過氣體噴嘴Oa，3a，4a)通入多段流化床(1)中；調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體噴嘴Oa，3a，4a)的流量，控制第二至第四段中催化劑床層的溫度均不高于或不低于第一段催化劑床層平均溫度的20°C ；當(dāng)多段流化床(1)中的催化劑量不夠時，通過催化劑進(jìn)口(Ic)進(jìn)行補(bǔ)加；當(dāng)流化床(1)中的催化劑活性不能滿足要求時，通過催化劑進(jìn)口(Ib)卸出，并通過催化劑進(jìn)口 (Ic)填加新鮮催化劑。
上述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其多段流化床(1)具有氣體進(jìn)口(Ia)，氣體出口(Id)，氣體分布器(Ie)，第二至第四氣體分布板Oede與如)，催化劑進(jìn)口(lb)，催化劑出口(Ic)，與催化劑顆粒回收系統(tǒng)(Ig)等結(jié)構(gòu)；僅在多段流化床的第一段催化劑床層中設(shè)置換熱管(If)，不在第二至第四段催化劑床層中設(shè)置換熱管；上述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其尾氣凈化裝置(2) 允許透過的顆粒中大于1微米的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 5%，大于5微米的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) < 0. 005% ；用于捕集多段流化床(1)的氣體出口(Id)的氣體中的細(xì)小催化劑顆粒。上述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，多個氣體噴嘴( ，3a， 如)，與多段流化床⑴的筒壁及氣體增壓裝置⑶的出口相連，分別安裝在多段流化床⑴ 的第二至第四氣體分布板0^；^與如)的下方。用于將凈化，冷卻與增壓后的氯乙烯氣體通入多段流化床(1)中。上述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，(a)將市售的催化劑粉碎為0. 3-0. 8mm,堆積密度為500_900kg/m3的顆粒，裝入多段流化床(1)中，從流化床底部氣體進(jìn)口(Ia)通入原料氣體(含雜質(zhì)(如氮氣，氫氣，C02，水)不高于10%的氯化氫與乙炔，二者的比例為1-1.2 1)的氣體，控制乙炔空速為20-120m7m3Cat/h(簡稱1Γ1)。 反應(yīng)放熱，向換熱管(If)通冷卻水，控制多段流化床(1)的第一段催化劑床層的溫度為 130-150°C，壓力0. 08-0. 2MPa ；控制多段流化床的第一段的乙炔轉(zhuǎn)化率> 90% ；(b)換熱管反應(yīng)過程中氣體將催化劑中較小的顆粒(可為原生的，也可為在使用過程被自然磨碎的)攜帶至第二至第四段的分布板Oe，:3e，4e)上方，形成第二至第四段的催化劑床層；到達(dá)多段流化床(1)頂部的氣體與固體經(jīng)催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig)后，氣體經(jīng)出口(Id)出多段流化床(1)；顆粒返回多段流化床(1)的第一段催化劑床層中?？刂频竭_(dá)流化床氣體出口(Id)的乙炔轉(zhuǎn)化率> 99% ；(c)出多段流化床出口(Id)的氣體仍含少量顆粒，進(jìn)一步進(jìn)入尾氣凈化裝置(2)， 去除微小顆粒后，一部分氣體通往后續(xù)工序進(jìn)行氯乙烯精制，另一部分氣體經(jīng)過冷卻器(3) 冷卻到40°C后，經(jīng)氣體增壓裝置(4)升壓。(d)在剛開車過程中，將少量氯乙烯經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)通入多段流化床(1) 底部，增加過程的平穩(wěn)性及縮短開車時間。當(dāng)多段流化床(1)的第一段催化劑床層操作穩(wěn)定且原料氣負(fù)荷已經(jīng)很大時，切斷從經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)的氣體，讓所有循環(huán)的氯乙烯氣體經(jīng)過氣體噴嘴Oa，3a，4a)通入多段流化床(1)中。(e)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體噴嘴Qa，3a，4a)的氯乙烯的流量，使其總流量為原料氣進(jìn)料總量的30-100%，并控制第二至第四段中催化劑床層的溫度均不高于或不低于第一段催化劑床層平均溫度的20°C。(f)當(dāng)多段流化床⑴中的乙炔轉(zhuǎn)化率低于90%或出流化床⑴的氣體出口(Id) 的總乙炔轉(zhuǎn)化率低于99%后，通過流化床(1)的催化出口(Ib)移出及同時從催化進(jìn)口 (Ib)填加催化劑，實現(xiàn)部分或全部催化劑的更換。并且本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果(1)與只通乙炔與氯化氫反應(yīng)的多段流化床技術(shù)相比，大大增加了多段流化床的第二段至第四段催化劑床層的操作穩(wěn)定性，保證了乙炔的深度轉(zhuǎn)化與催化劑的長壽命。(2)與不加氯乙烯氣體的流化床技術(shù)相比，本發(fā)明將少量氯乙烯從氣體分布器(Ie)下方通入，增加了開車的容易程度，可以將合成原料氣(乙炔與氯化氫)的負(fù)荷由原來的30-50%降至10%，能夠縮短開車周期三分之一。(3)與將全部氯乙烯氣體從流化床底部加入的技術(shù)相比，本發(fā)明從流化床軸向較高的位置(第二段至第四段催化劑床層，對應(yīng)的壓降較小)通入大部分氯乙烯氣體，節(jié)省了氣體增壓裝置的壓頭，降低了電耗，延長了正常運行的周期。(4)與以前的多段流化床(每段催化劑床層中均設(shè)置換熱管)相比，本發(fā)明中的多段流化床在第二至第四段催化劑床層不設(shè)換熱管，而采用氣體換熱控制溫度。約節(jié)省設(shè)備重量與相應(yīng)制造成本約30%，并且減少了焊點泄漏，提高了流化床的安全性。(5)由于氯乙烯稀釋了合成原料氣，在控制平均反應(yīng)溫度的前提下，乙炔與氯化氫反應(yīng)生成二氯乙烷等的機(jī)率減小，可降低氯乙烯與二氯乙烷等副產(chǎn)物的分離成本5%。說明書附1為本發(fā)明提供的合成氯乙烯的多段流化床的系統(tǒng)示意圖其中，多段流化床⑴含原料氣進(jìn)口(la)，氣體出口(ld)，催化劑進(jìn)口 lc，催化劑出口(lb)，氣體分布器(le)，換熱管(lf)，催化劑顆粒回收系統(tǒng)(lg)，氯乙烯氣體進(jìn)口 (Ih)，第二段至第四段氣體分布板( ，3eJe)，氣體噴嘴( ，3a，如)，尾氣凈化裝置(2)， 冷卻器(3)，氣體增壓裝置
具體實施例方式下面結(jié)合附圖
詳細(xì)描述本發(fā)明。將多段流化床⑴含氣體進(jìn)口(Ia)，氣體出口(Id)，催化劑進(jìn)口(Ic)，催化劑出口 (Ib)，氣體分布器(Ie)，換熱管(If)，催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig)及第二至第四氣體分布板 ( ，3ede)，氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)等各部分結(jié)構(gòu)連接，形成完整的多段流化床(1)；將尾氣凈化裝置O)，氣體噴嘴( ，3ada)，冷卻器(3)，氣體增壓裝置(4)通過管線與多段流化床 (1)連接，形成一個完整的反應(yīng)系統(tǒng)。將催化劑從催化劑進(jìn)口(Ia)裝入多段流化床(1)；催化劑自然堆積在流化床中， 并浸沒在多段流化床⑴中的氣體分布器(Ie)與換熱管(If)。向換熱管(If)中通入> 120°C的飽和水，將多段流化床(1)的第一段催化劑床層的溫度升100-120°C。然后從原料氣進(jìn)口(Ia)經(jīng)氣體分布器(Ie)通入反應(yīng)原料氣，由于反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出熱量，在換熱管(If)中改通70-95°C的飽和水，控制多段流化床(1)的第一段催化劑床層的溫度在 130-150°C之內(nèi)。當(dāng)氣體經(jīng)過第一段至第四段的催化劑床層，生成大量氯乙烯。氣體與催化劑一起進(jìn)入催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig)，催化劑顆粒返回流化床⑴的底部，而氣體經(jīng)出口(Id)進(jìn)入尾氣凈化裝置( 凈化。出流化床尾氣凈化裝置O)的氣體含塵量極低以及含大顆粒的量極低，符合流化床尾氣增壓裝置的操作條件后，通入氣體冷卻器( 進(jìn)行降溫。當(dāng)溫度達(dá)到氣體增壓裝置(4)允許進(jìn)氣溫度后，進(jìn)行增壓。在剛開車過程中，將少量氯乙烯經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)通入多段流化床(1)底部，增加過程的平穩(wěn)性及縮短開車時間。當(dāng)多段流化床(1)的第一段催化劑床層操作穩(wěn)定且原料氣負(fù)荷已經(jīng)很大時，切斷從經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ib)的氣體，讓所有循環(huán)的氯乙烯氣體經(jīng)過氣體噴嘴Oa，3a，4a)通入多段流化床(1)中。調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體噴嘴Qa，3a，4a)的流量，控制第二至第四段中催化劑床層的溫度均不高于或不低于第一段催化劑床層平均溫度的 20 0C ο重復(fù)上述過程，多段流化床(1)出口(Id)處的氣體組成與流量逐漸穩(wěn)定，有足夠的氯乙烯用于穩(wěn)定循環(huán)時，其他氯乙烯直接進(jìn)入下一工段進(jìn)行精制，儲存或用于生產(chǎn)聚氯乙火布ο在適當(dāng)時期清理儲存在尾氣凈化裝置( 中的極細(xì)顆粒(可以送回催化劑生產(chǎn)廠家進(jìn)一步回收催化劑的活性組分或直接碾壓成型它用)。當(dāng)多段流化床(1)中的催化劑量不夠時，通過催化劑進(jìn)口(Ic)進(jìn)行補(bǔ)加.當(dāng)流化床(1)中的催化劑活性不能滿足要求時，通過催化劑進(jìn)口(Ib)卸出，并通過催化劑進(jìn)口 (Ic)填加新鮮催化劑。利用上述裝置及方法，本發(fā)明提供如下但不局限如下內(nèi)容的實施例。實施例1 在流化床(1)裝填中汞/活性碳型的催化劑(HgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，平均粒徑為 0. 3mm，密度為650kg/m3)，向換熱管(If)中通入溫度130°C的飽和水，使多段流化床(1)第一段催化劑床層中的溫度升至115°C。然后由氣體進(jìn)口(Ia)經(jīng)氣體分布器(Ie)逐漸通入原料氣(原料氣含氮氣1%，氫氣2%，C024%，其余為氯化氫與乙炔，氯化氫與乙炔的比例為1)，乙炔體積空速為201Γ1，壓力0. 12MPa。反應(yīng)放出熱量，將換熱管(If)改通90°C的飽和水，控制其流量，使多段流化床(1)第一段催化劑床層的溫度穩(wěn)定在140°C。氣體到達(dá)第二氣體分布板Oe)時的乙炔轉(zhuǎn)化率為94. 3%。利用通過尾氣凈化-冷卻-增壓-氣體噴嘴循環(huán)回來的氯乙烯(占原料氣總量的30% )控制第二段至第四段的催化劑床層中的溫度為110-160°C。出多段流化床(1)的氣體出口(Id)后的乙炔總轉(zhuǎn)化率為99.7%。尾氣經(jīng)過凈化裝置(2)后去除95%以上< 1微米的催化劑顆粒(> 5微米的顆粒的濃度降至0. 005% )，部分用于氯乙烯精制，部分氯乙烯在冷卻器C3)被冷卻至40°C，然后經(jīng)過氣體增壓裝置(4)及氣體噴嘴Qa，3a，4a)循環(huán)進(jìn)入多段流化床(1)。實施例2在流化床(1)裝填中汞/活性碳型的催化劑(HgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，平均粒徑為 0. 5mm，密度為750kg/m3)，向換熱管(If)中通入溫度大于140°C的飽和水，使多段流化床 (1)第一段催化劑床層中的溫度升至110°C。然后由氣體進(jìn)口 Ia經(jīng)氣體分布器Ie逐漸通入原料氣(氯化氫與乙炔的比例為1. 05)，乙炔體積空速為601Γ1，壓力0. IMPa0反應(yīng)放出熱量，將換熱管If中改通95°C的飽和水，控制其流量，使多段流化床(1)第一段催化劑床層的溫度穩(wěn)定在130°C。氣體到達(dá)第二氣體分布板Oe)時的乙炔轉(zhuǎn)化率為93%。利用通過尾氣凈化-冷卻-增壓-氣體噴嘴循環(huán)回來的氯乙烯(占原料氣總量的50控制第二段至第四段的催化劑床層中的溫度為110-130°C。出多段流化床⑴的氣體出口(Id)后的乙炔總轉(zhuǎn)化率為99.7%。尾氣經(jīng)過凈化裝置(2)后去除95%以上< 1微米的催化劑顆粒(> 5微米的顆粒的濃度降至0. 005% )，部分用于氯乙烯精制，部分氯乙烯在冷卻器C3)被冷卻至40°C，然后經(jīng)過氣體增壓裝置(4)及氣體噴嘴Qa，3a，4a)循環(huán)進(jìn)入多段流化床(1)。實施例3 在流化床(1)裝填中汞/活性碳型的催化劑(HgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，平均粒徑為 0. 8mm，密度為550kg/m3)，向換熱管If中通入溫度140°C的飽和水，使多段流化床(1)第一段催化劑床層中的溫度升至100°C。然后由氣體進(jìn)口 Ia經(jīng)氣體分布器Ie逐漸通入含原料氣(氯化氫與乙炔的比例為1. 2)，乙炔體積空速為1201Γ1，壓力0. 2MPa。反應(yīng)放出熱量，將換熱管If中改通70°C的飽和水，控制其流量，使多段流化床(1)第一段催化劑床層的溫度穩(wěn)定在150°C。氣體到達(dá)第二氣體分布板Oe)時的乙炔轉(zhuǎn)化率為96%。利用通過尾氣凈化-冷卻-增壓-氣體噴嘴循環(huán)回來的氯乙烯(占原料氣總量的100% )控制第二段至第四段的催化劑床層中的溫度為130-140°C。出多段流化床(1)的氣體出口(Id)后的乙炔總轉(zhuǎn)化率為99. 2%0尾氣經(jīng)過凈化裝置(2)后去除95%以上< 1微米的催化劑顆粒(> 5微米的顆粒的濃度降至0. 005% )，部分用于氯乙烯精制，部分氯乙烯在冷卻器C3)被冷卻至40°C，然后經(jīng)過氣體增壓裝置(4)及氣體噴嘴Qa，3a，4a)循環(huán)進(jìn)入多段流化床(1)。實施例4 在流化床(1)裝填中汞/活性碳型的催化劑(HgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，平均粒徑為 0. 5mm，密度為680kg/m3)，向換熱管If中通入溫度150°C的飽和水，使多段流化床(1)第一段催化劑床層中的溫度升至100°c。然后由氣體進(jìn)口 Ia經(jīng)氣體分布器Ie逐漸通入含原料氣(含氮氣5%，C024%，其余為氯化氫與乙炔，氯化氫與乙炔的比例為1.2)，乙炔體積空速為1201Γ1，壓力0. OSMPa0反應(yīng)放出熱量，將換熱管If中改通85°C的飽和水，控制其流量， 使多段流化床(1)第一段催化劑床層的溫度穩(wěn)定在150°C。氣體到達(dá)第二氣體分布板Oe) 時的乙炔轉(zhuǎn)化率為97%。利用通過尾氣凈化-冷卻-增壓-氣體噴嘴循環(huán)回來的氯乙烯 (占原料氣總量的100% )控制第二段至第四段的催化劑床層中的溫度為130-140°C。出多段流化床(1)的氣體出口(Id)后的乙炔總轉(zhuǎn)化率為99.8%。尾氣經(jīng)過凈化裝置(2)后去除95%以上< 1微米的催化劑顆粒(> 5微米的顆粒的濃度降至0. 005% )，部分用于氯乙烯精制，部分氯乙烯在冷卻器C3)被冷卻至40°C，然后經(jīng)過氣體增壓裝置(4)及氣體噴嘴Qa，3a，4a)循環(huán)進(jìn)入多段流化床(1)。實施例5 在流化床(1)裝填中汞/活性碳型的催化劑(HgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，平均粒徑為 0. 5mm，密度為680kg/m3)，向換熱管If中通入溫度135°C的飽和水，使多段流化床(1)第一段催化劑床層中的溫度升至100°c。然后由氣體進(jìn)口 Ia經(jīng)氣體分布器Ie逐漸通入含原料氣(含氮氣2 %，C024%，氫氣為2 %，水蒸汽為500ml/m3，其余為氯化氫與乙炔，氯化氫與乙炔的比例為1. 2)，乙炔體積空速為501Γ1，壓力0. 09MPao反應(yīng)放出熱量，將換熱管If中改通80°C的飽和水，控制其流量，使多段流化床(1)第一段催化劑床層的溫度穩(wěn)定在145°C。 氣體到達(dá)第二氣體分布板Oe)時的乙炔轉(zhuǎn)化率為97.2%。利用通過尾氣凈化-冷卻-增壓-氣體噴嘴循環(huán)回來的氯乙烯(占原料氣總量的30% )控制第二段至第四段的催化劑床層中的溫度為140-165°C。出多段流化床(1)的氣體出口(Id)后的乙炔總轉(zhuǎn)化率為 99. 9%。尾氣經(jīng)過凈化裝置⑵后去除95%以上< 1微米的催化劑顆粒(> 5微米的顆粒濃度降至0. 005%)，部分用于氯乙烯精制，部分氯乙烯在冷卻器C3)被冷卻至40°C，然后經(jīng)過氣體增壓裝置(4)及氣體噴嘴Qa，3a，4a)循環(huán)進(jìn)入多段流化床(1)。
權(quán)利要求
1.一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其特征在于該裝置包括(a).一個多段流化床(1)；(b).一個尾氣凈化裝置(2)；流化床⑴的氣體出口(Id)與流化床尾氣凈化裝置(2) 的氣體進(jìn)口通過管道相連；(c)一個冷卻器(3)；(d)一個氣體增壓裝置G)，其與流化床(1)或尾氣凈化裝置( 通過管線相連；(e)多個氣體噴嘴( 或3a，4a)，與多段流化床(1)的筒壁及氣體增壓裝置的出口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其結(jié)構(gòu)特征在于，多段流化床(1)具有氣體進(jìn)口(la)，氣體出口(ld)，氣體分布器(le)，第二至第四氣體分布板Oede與如)，催化劑進(jìn)口(Ib)，催化劑出口(Ic)，與催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig) 等結(jié)構(gòu)；
3.如權(quán)利要求1所述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其特征在于，尾氣凈化裝置(2)允許透過的顆粒中大于1微米的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，大于5微米的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)< 0. 005%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其特征在于多個氣體噴嘴( ，3a，如)，與多段流化床(1)的筒壁及氣體增壓裝置(3)的出口相連，分別安裝在多段流化床(1)的第二至第四氣體分布板Oede與4e)的下方。
5.如權(quán)利要求1-4所述的一種氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的裝置及方法，其特征在于(a)將市售的催化劑(一般為氯化汞/活性碳，HgCl2含量為8-12%)粉碎為 0.3-0.8讓，堆積密度為500-9001^/1113的顆粒，裝入多段流化床(1)中，從流化床底部氣體進(jìn)口(Ia)通入原料氣體(含雜質(zhì)(如氮氣，氫氣，CO2，水)不高于10%的氯化氫與乙炔，二者的比例為1-1. 2 1)的氣體，控制乙炔空速為20-120m7m3Cat/h(簡稱IT1)；反應(yīng)放熱， 向換熱管(If)通冷卻水，控制多段流化床(1)的第一段催化劑床層的溫度為130-150°C，壓力0. 08-0. 2MPa ；控制多段流化床的第一段的乙炔轉(zhuǎn)化率> 90% ；(b)換熱管反應(yīng)過程中氣體將催化劑中較小的顆粒(可為原生的，也可為在使用過程被自然磨碎的)攜帶至第二至第四段的分布板Oe，:3e，4e)上方，形成第二至第四段的催化劑床層；到達(dá)多段流化床(1)頂部的氣體與固體經(jīng)催化劑顆?；厥障到y(tǒng)(Ig)后，氣體經(jīng)出口(Id)出多段流化床(1)；顆粒返回多段流化床(1)的第一段催化劑床層中?？刂频竭_(dá)流化床氣體出口(Id)的乙炔轉(zhuǎn)化率> 99% ；(c)出多段流化床出口(Id)的氣體仍含少量顆粒，進(jìn)一步進(jìn)入尾氣凈化裝置O)，去除微小顆粒后，一部分氣體通往后續(xù)工序進(jìn)行氯乙烯精制，另一部分氣體經(jīng)過冷卻器(3)冷卻到40°C后，經(jīng)氣體增壓裝置(4)升壓。(d)在剛開車過程中，將少量氯乙烯經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)通入多段流化床(1)底部， 增加過程的平穩(wěn)性及縮短開車時間。當(dāng)多段流化床(1)的第一段催化劑床層操作穩(wěn)定且原料氣負(fù)荷已經(jīng)很大時，切斷從經(jīng)氯乙烯氣體進(jìn)口(Ih)的氣體，讓所有循環(huán)的氯乙烯氣體經(jīng)過氣體噴嘴Oa，3a，4a)通入多段流化床(1)中。(e)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體噴嘴Qa，3a，4a)的氯乙烯的流量，使其總流量為原料氣進(jìn)料總量的30-100%，并控制第二至第四段中催化劑床層的溫度均不高于或不低于第一段催化劑床層平均溫度的20°C。(f)當(dāng)多段流化床⑴中的乙炔轉(zhuǎn)化率低于90%或出流化床⑴的氣體出口(Id)的總乙炔轉(zhuǎn)化率低于99%后，通過流化床(1)的催化出口(Ib)移出及同時從催化進(jìn)口(Ib) 填加催化劑，實現(xiàn)部分或全部催化劑的更換。
全文摘要
一種乙炔法合成氯乙烯的裝置及方法，涉及一種由氯化氫與乙炔反應(yīng)合成氯乙烯的設(shè)備及工藝方法。本發(fā)明將多段流化床出口氣體(含大量氯乙烯)經(jīng)過凈化后，部分進(jìn)行冷卻與增壓，循環(huán)通入多段流化床的第二至第四段的氣體分布板下方，用以穩(wěn)定多段流化床的第二段至第四段的催化劑床層的操作狀態(tài)，并控制反應(yīng)溫度。采用該裝置合成氯乙烯，不用在多段流化床的第二至第四段催化劑床層設(shè)置換熱管，降低了設(shè)備成本；流化床操作可靠性顯著增大，可縮短開車周期，延長催化劑壽命；并且能夠節(jié)省氣體輸送機(jī)械的壓頭與降低分布器壓降；乙炔轉(zhuǎn)化率高，適應(yīng)非常寬的乙炔空速；以及特別適于大型化與連續(xù)操作等優(yōu)點。
文檔編號C07C17/08GK102441353SQ201010299818
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者嚴(yán)偉, 劉忠海, 吳彬, 周軍, 張新力, 李全勝, 李春華, 羅國華, 郭慶人, 騫偉中, 魏飛 申請人:新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司