本發(fā)明總體上涉及由二氯乙烷制造氯乙烯單體。具體而言，本發(fā)明涉及使用旋轉(zhuǎn)設(shè)備將二氯乙烷熱裂解成氯乙烯單體。

背景技術(shù)：

1、氯乙烯單體(vcm)或氯乙烯是最重要的大宗化學品之一。氯乙烯單體的主要用途是制造聚氯乙烯(pvc)，其中vcm被用作pvc聚合物的單體構(gòu)件。pvc目前是世界上第二豐富的聚合物，僅次于聚乙烯，全球pvc年產(chǎn)量大約為6000萬噸。大約96％的氯乙烯單體用于生產(chǎn)聚氯乙烯。

2、在二十世紀早期，vcm主要是由乙炔生產(chǎn)的，乙炔能夠與鹽酸發(fā)生催化反應從而生成vcm(參見式1)。

3、(1)c2h2+hcl→ch2＝chcl

4、由于乙炔生產(chǎn)的高能量需求和與乙炔處理相關(guān)的危險，在二十世紀中期開發(fā)了耗能較低的二氯乙烷途徑。此后，基于乙烯的路線成為主流。

5、基于乙烯的vcm生產(chǎn)是一個平衡的過程，這意味著從乙烯、氯和氧起始，所有中間制品和副產(chǎn)物都以一種確保物料平衡的方式被回收，只有vcm作為最終制品?；谝蚁┑耐緩酵ㄟ^乙烯的高溫氯化產(chǎn)生1,2-二氯乙烷(edc)(式2.1)，接著對edc進行熱分解以產(chǎn)生vcm和鹽酸(參見式2.2)。

6、(2.1)c2h4+cl2→clch2–ch2cl

7、(2.2)clch2–ch2cl→ch2＝chcl+hcl(δh＝71kj/mol)

8、edc的熱分解通過熱裂解進行，熱裂解可以在液相或氣相中進行。但是，基于液相的工藝在工業(yè)上并不重要，因為當用堿性溶液處理edc時，昂貴的氯會以鹽的形式損失掉。含水工藝物流的處理也與多個環(huán)境問題相關(guān)聯(lián)。因此，通過熱裂解或熱解進行的氣相路線是最適合vcm生產(chǎn)的工業(yè)路線。

9、edc到vcm的氣相熱裂解(熱解)由一系列復雜的氯催化的自由基和分子反應組成。雖然式2.2表示分子反應(總體反應)，但它未涵蓋在edc熱分解成含vcm的產(chǎn)物期間發(fā)生的所有化學過程。

10、在圖2a中示出了用于edc裂解的常規(guī)熱解爐200。氣相熱解是高度吸熱的；因此，它通常在布置在熱解爐的火室(輻射段)中的由鉻/鎳合金制成的管狀盤管中進行。根據(jù)設(shè)計，在火室中可以設(shè)置16至128個盤管。熱解爐通常襯有耐火材料。edc流通過輻射盤管，在其中發(fā)生反應，產(chǎn)生vcm、氯化氫(hcl)和副產(chǎn)物，例如乙炔。排出氣體的溫度迅速降低(產(chǎn)物氣體急冷)，以避免vcm的進一步分解，并最大限度地減少副產(chǎn)物以及焦炭和重焦油的形成。在大多數(shù)工藝中，裂解氣在急冷塔中被冷卻，冷凝和冷卻的edc在急冷塔中高速再循環(huán)。在某些情況下，急冷分兩級進行，首先在輸送管線熱交換器中進行間接冷卻，然后直接急冷。這使得熱量回收可用于其它工藝級。

11、這組吸熱的熱解反應所需的熱量由火室燃燒器中的燃料燃燒提供。爐可以配有單個或多個燃燒器。在大多數(shù)情況下，燃燒器以天然氣為燃料。由煙道氣帶走的熱量在通常位于火室上方并由一系列管束組成的爐的對流段中被回收。在對流段中回收的熱量例如可用于預熱(蒸發(fā))烴原料(大約200℃)和稀釋介質(zhì)。

12、用于二氯乙烷的熱裂解的常規(guī)熱解爐以50-60％edc轉(zhuǎn)化率運行，氣體停留時間為大約10-30秒，壓力為6-35atm(0.6-3.5mpa)，氣體溫度為480-550℃，在某些情況下為500-530℃。更高的溫度會提高edc轉(zhuǎn)化率，但導致選擇性下降。通常基于例如公用設(shè)施成本、生產(chǎn)率和停工期頻率之間的折衷來選擇運轉(zhuǎn)條件。

13、雖然有可能實現(xiàn)高達99％的vcm產(chǎn)物選擇性，但是在實踐中，edc轉(zhuǎn)化率仍然保持適中。這是因為在熱解過程中因很高的材料吞吐量而形成污垢和副產(chǎn)物，導致嚴重的低效。例如，焦炭的形成在熱解中是不可避免的，并且需要定期對整個工廠停機來去除焦炭。其它氣相副產(chǎn)物，例如氯丁二烯(c4h5cl)和丁二烯(c4h6)，也會給下游蒸餾塔造成困難。通過在edc進料中添加少量(大約1200ppm)氧氯化副產(chǎn)物四氯化碳(ccl4)，能夠稍稍提高轉(zhuǎn)化率。四氯化碳增加游離氯自由基的形成，該游離氯自由基可用于將轉(zhuǎn)化率提高至大約60％。但是，氯自由基也是形成不希望的焦炭的促進劑。

14、雖然目前有多種燃燒爐的設(shè)計，但是大多數(shù)氯乙烯生產(chǎn)商開發(fā)了他們的專有爐技術(shù)，以獲得最佳產(chǎn)量，并降低用于管道除焦的停機頻率。但是，管式熱解爐仍然是相當大且復雜的設(shè)施，具有高溫室氣體排放負擔。

15、在這方面，考慮到以高效和環(huán)境友好的方式解決與提高進料-產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率和減少溫室氣體排放相關(guān)的挑戰(zhàn)，仍然需要氯乙烯(單體)制造技術(shù)領(lǐng)域的革新。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決或至少減輕每個由相關(guān)技術(shù)的限制和缺點引起的問題。此目的是通過一種用于制造氯乙烯單體(vcm)的方法、相關(guān)生產(chǎn)裝置和用途的各種實施方式實現(xiàn)的。在一個方面中，根據(jù)獨立權(quán)利要求1中的限定，提供了一種用于制造氯乙烯單體(vcm)的方法。

2、在實施方式中，所述方法包括：對二氯乙烷(edc)進行熱裂解以產(chǎn)生含vcm的氣態(tài)產(chǎn)物，其中使用旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生將含edc的工藝流體流加熱至發(fā)生裂解反應的溫度所需的量的熱能，并將該熱能傳遞給所述含edc的工藝流體，所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備包括：轉(zhuǎn)子，其具有多個在安裝到轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子轂的圓周上布置成至少一排的轉(zhuǎn)子葉片；在轉(zhuǎn)子葉片的上游布置成一排或多排的多個固定導向?qū)~；以及布置在轉(zhuǎn)子葉片的下游的固定擴散器，其中所述轉(zhuǎn)子、所述固定導向?qū)~和所述擴散器被封閉在管道中，該管道在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的至少一個入口與至少一個出口之間形成，并且其中，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，借助于當在位于一個或多個入口與一個或多個出口之間的管道中傳播的流體介質(zhì)流分別相繼地通過固定導向?qū)~、轉(zhuǎn)子葉片和擴散器時發(fā)生的一系列能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生所述量的熱能。

3、在實施方式中，所述方法包括在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中對edc進行熱裂解，其中，借助于將發(fā)生裂解反應所需的量的熱能直接添加至含edc的工藝流體流，在通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備傳播的含edc的工藝流體中引發(fā)裂解反應。

4、在實施方式中，所述方法包括在適合于edc熱裂解目的的熱解爐中對edc進行熱裂解，該方法還包括：

5、-在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，借助于將所述量的熱能添加至通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備傳播的流體介質(zhì)來產(chǎn)生加熱的流體介質(zhì)，以及

6、-使用所述流體介質(zhì)作為載體，以將熱能傳遞給熱解爐，并將流經(jīng)所述熱解爐的含edc的工藝流體流加熱至發(fā)生裂解反應的溫度。

7、在實施方式中，用作熱能載體的所述加熱的流體介質(zhì)是空氣、氮氣、蒸汽、從熱解爐排出的煙道氣中的任何一種、以及它們的任何組合。所述熱解爐可以是任何適合用于含二氯乙烷的進料的熱裂解的裂解爐。

8、在實施方式中，所述方法包括將至少兩個旋轉(zhuǎn)設(shè)備連接成系統(tǒng)，其中第一設(shè)備被賦予預加熱器功能以(預)加熱含edc的工藝流體，布置在第一設(shè)備的下游的第二設(shè)備被賦予熱裂解爐功能。

9、在實施方式中，所述方法還包括將一定量的輸入能量傳導到至少一個旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，其中，通過調(diào)整傳導到所述至少一個旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的所述輸入能量的量來調(diào)節(jié)添加到通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備傳播的流體介質(zhì)流的熱能的量。在實施方式中，所述輸入能量是電能。在實施方式中，作為輸入能量傳導到所述至少一個旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的電能的量在大約5％至100％的范圍內(nèi)。

10、在實施方式中，作為輸入能量傳導到所述至少一個旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的電能的量能夠從可再生能源或不同能源來源的組合獲得，任選地能夠從可再生能源獲得。

11、在實施方式中，所述方法包括調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備傳播的流體介質(zhì)流的速度和/或壓力以產(chǎn)生這樣的條件，在該條件下，當所述流體介質(zhì)流以超音速離開所述至少一排轉(zhuǎn)子葉片并通過固定擴散器時，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)葉片將足以使流體介質(zhì)的溫度升高到預定值的量的動能添加至流體介質(zhì)流，在該固定擴散器中，流減速并將動能耗散為流體介質(zhì)的內(nèi)能，由此將所述量的熱能添加至流體介質(zhì)流。

12、在實施方式中，在所述方法中，借助于在所述流體介質(zhì)流以受控方式分別通過所述多排固定導向?qū)~、所述一排轉(zhuǎn)子葉片和固定擴散器相繼傳播期間產(chǎn)生的沖擊波系統(tǒng)，產(chǎn)生添加至通過設(shè)備傳播的流體介質(zhì)流的所述量的熱能。

13、在一個方面中，根據(jù)獨立權(quán)利要求13中的限定，提供了一種用于制造聚氯乙烯(pvc)的方法。該方法包括通過聚合利用根據(jù)前述方面的方法獲得的vcm制品來制造pvc。

14、在一個方面中，根據(jù)獨立權(quán)利要求14中的限定，提供了一種用于通過熱裂解由二氯乙烷(edc)制造氯乙烯單體(vcm)的vcm生產(chǎn)裝置。

15、在一個方面中，根據(jù)獨立權(quán)利要求23的限定，提供了所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備在通過熱裂解由二氯乙烷(edc)生產(chǎn)氯乙烯單體(vcm)中的用途。

16、根據(jù)本發(fā)明的每個特定實施例，由于多種原因，本發(fā)明具有實用性。

17、總體來說，本發(fā)明旨在通過將下文所述的旋轉(zhuǎn)設(shè)備整合到常規(guī)edc裂解工藝中來改進所述工藝?？梢愿倪M與現(xiàn)有edc裂解技術(shù)相關(guān)的以下問題：

18、-通過抑制副產(chǎn)物的形成來提高主反應(vcm生產(chǎn))的選擇性。

19、-實現(xiàn)明顯超過常規(guī)edc爐的單程產(chǎn)量。

20、-可以大大減小用于edc裂解的設(shè)備的尺寸。

21、-通過抑制焦炭形成來減少焦炭和其它污垢的形成，并延長edc裂解反應器的運行時間。

22、-edc裂解過程的能效(生產(chǎn)每質(zhì)量單位vcm所用的能量)顯著提高。

23、-通過edc裂解/vcm生產(chǎn)的電氣化，減少了生產(chǎn)每質(zhì)量單位vcm的溫室氣體排放，例如二氧化碳排放。

24、總體來說，在當前公開的方法中使用的旋轉(zhuǎn)設(shè)備允許將熱量直接或間接地輸入到含edc的工藝流體中，其中輸入到該工藝中的熱的量足以引發(fā)二氯乙烷的裂解反應并將該裂解反應保持在預定程度，以生產(chǎn)氯乙烯(單體)。

25、直接加熱涉及通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備傳播含edc的工藝流體。通過這種方式，工藝流體的加熱實現(xiàn)得極快，因為消除了通過反應器壁從外部加熱器傳遞熱量的需要。沒有這種外部加熱導致較低的反應器表面溫度，而這又導致在裂解過程中低得多的焦炭產(chǎn)量。因此，裂解爐能夠在除焦停機之間運行更長的時間。此外，直接加熱允許將工藝流體的溫度提高到常規(guī)edc裂解的溫度(500-550℃)以上。這提高edc裂解反應的速率，由此縮短反應物在工藝空間中的停留時間。作為結(jié)果，edc裂解爐的尺寸能夠大大減小?；蛘撸軌蛱岣邩藴?非縮減)尺寸的設(shè)備中的單程轉(zhuǎn)化率。

26、間接加熱涉及在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中加熱除含edc的進料以外的流體，并進一步使用所述流體作為傳熱介質(zhì)將熱能輸入到edc熱解爐中。這種方法允許將任何現(xiàn)有的edc裂解爐改造成低排放、高能效的爐。在常規(guī)爐中用旋轉(zhuǎn)設(shè)備代替火焰加熱器不需要對基礎(chǔ)設(shè)施進行很大改動，因此成本效益很高。

27、間接加熱方法還與改進的裂解溫度控制相關(guān)聯(lián)。在火焰加熱器中，火焰的溫度非常高，取決于燃料和(空氣)預熱，在1800-2200℃范圍內(nèi)。這些極高溫度將相應地加熱爐盤管，并導致加速焦化。通過應用旋轉(zhuǎn)設(shè)備技術(shù)，可以將edc裂解爐的溫度保持在較低的水平，并且輸入熱量能夠更均勻地分布在整個爐中。這會導致結(jié)焦趨勢的降低，并由此提高轉(zhuǎn)化率使其遠高于大約60％的典型單程轉(zhuǎn)化率值。

28、本發(fā)明還允許減少在常規(guī)edc裂解中產(chǎn)生的溫室氣體(co、co2、nox、sox)和顆粒排放。這可以通過電驅(qū)動旋轉(zhuǎn)設(shè)備和將所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備整合到封閉或半封閉加熱回路中的常規(guī)edc裂解裝置中來實現(xiàn)；因此，通過減少煙道氣熱損失來提高工藝的能效。在常規(guī)的加熱器中，煙道氣只能被部分地回收利用。

29、表述“若干個”在此指從一(1)開始的任何正整數(shù)，例如一、二或三。表述“多個”在此指從二(2)開始的任何正整數(shù)，例如二、三或四。術(shù)語“第一”和“第二”在此僅用于將一個元件與另一個元件區(qū)分開來，而不表示任何特定的順序或重要性，除非另有明確說明。

30、在本公開中，術(shù)語“熱裂解”和“熱解”可以互換使用。

31、在本公開中，術(shù)語“氣化”用于表示物質(zhì)通過任何可能的方式被轉(zhuǎn)化為氣體形式。

32、通過考慮詳細說明和附圖，本發(fā)明的不同實施方式將變得明顯。