如何提高化工轉(zhuǎn)化器產(chǎn)能

1、如何提高化工轉(zhuǎn)化器產(chǎn)能唐山三友氯堿有限責(zé)任公司（以下簡稱唐山氯堿） PVC 裝置于 2005 年 5 月一次開車成功，并陸續(xù)擴(kuò)建了二期、三期、四期工程，生產(chǎn)能力達(dá)40 萬t / a,裝置運(yùn)行平穩(wěn)。隨著 5 萬 t / a PVC 糊樹脂擴(kuò)建項(xiàng)目的建設(shè)，氯乙烯單體用量進(jìn)一步加大。該公司現(xiàn)有 42 萬 t/a 氯乙烯單體生產(chǎn)能力，不能滿足糊樹脂生產(chǎn)需要，因此針對如何提高轉(zhuǎn)化器產(chǎn)能做了大量的試驗(yàn)及改進(jìn)工作。1 優(yōu)化指標(biāo)控制 提高轉(zhuǎn)化率1. 1 降低混合氣水含量混合氣中若含水，水會與氯化氫反應(yīng)生成鹽酸，腐蝕管道、設(shè)備，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物 FeCl3還會堵塞管道、設(shè)備，鹽酸霧滴與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，將觸媒中的氯

2、化汞還原成金屬汞； 水分還會造成觸媒結(jié)塊，使轉(zhuǎn)化器阻力急劇增加，觸媒翻倒困難； 水還易與乙炔反應(yīng)生成乙醛。因此，混合氣含水是影響轉(zhuǎn)化率的一個(gè)重要因素。在混合氣脫水的過程中，溫度控制是關(guān)鍵，溫度越低，水蒸氣分壓越低，水含量就越低。另外，冷凝的鹽酸除少量以液膜狀從石墨冷卻器塊孔內(nèi)管壁流出外，大部分呈極細(xì)微的酸霧（直徑僅幾個(gè)微米以下） 懸浮于混合氣流中。因此，混合氣水含量除了受石墨冷卻器的冷卻溫度影響外，還取決于酸霧過濾器捕集酸霧的能力。為了有效降低混合氣水含量，唐山氯堿調(diào)整了石墨冷卻器的控制溫度，一級石墨冷卻器的控制溫度由原來的 -9 -6 調(diào)整為 -10 -8 ，二級石墨冷卻器的控制溫度由原來的

3、 - 12 - 10 調(diào)整為 -15 -14 ； 每組混合脫水裝置新增加了 2臺酸霧過濾器，并將酸霧過濾器濾芯由國產(chǎn)濾芯改為捕集酸霧能力更強(qiáng)的進(jìn)口濾芯。目前混合脫水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，且混合氣水含量大大降低。如果生產(chǎn)場地受限或技術(shù)指標(biāo)要求更精細(xì)，可以采取分子篩脫水技術(shù)進(jìn)行處理。1. 2 觸媒使用的精細(xì)化在氯乙烯合成過程中，觸媒活性對轉(zhuǎn)化率起著決定性的作用。觸媒的有效成分為氯化汞，流失的途徑主要有溶解、升華、還原和熱分解。混合氣含水或轉(zhuǎn)化器泄漏產(chǎn)生的鹽酸酸霧顆粒能將觸媒孔隙中附著的氯化汞溶解； 高溫會使汞升華或使氯化汞發(fā)生自身熱分解，升華速度隨溫度升高急劇增加，在生產(chǎn)中，若溫度大于 120 ，則氯化汞

4、升華速度加快，超過 160 180 以后，升華顯著1,并且隨著溫度上升，副反應(yīng)加??； 硫磷雜質(zhì)和過量的乙炔會使觸媒中毒，過量的乙炔可將氯化汞還原成氯化亞汞或金屬汞。由此可見，有效控制混合氣水含量，降低轉(zhuǎn)化器泄漏率，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度和配比，可以提高轉(zhuǎn)化率。為此，唐山氯堿精細(xì)了轉(zhuǎn)化器溫度控制操作，規(guī)定了觸媒在活化期、中期、后期的溫度控制范圍和方法。以 10 為一個(gè)上升區(qū)段，前期和中期在每一溫度區(qū)間穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不小于 8h,后期以單臺轉(zhuǎn)化器出氣中乙炔體積分?jǐn)?shù)不大于2. 5% 為標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制溫度。觸媒使用確定低汞150 h 以內(nèi)、高汞 100 h 以內(nèi)為活化期。在活化期低汞觸媒溫度控制≤

5、140 ，高汞觸媒溫度控制≤150 .最終，低汞觸媒的最高溫度不超過 160 ,高汞觸媒的最高溫度不超過 180 ; 并且在溫度調(diào)整過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)大幅度波動現(xiàn)象，因?yàn)檗D(zhuǎn)化器溫度波動大，氣速會不穩(wěn)，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)化率。另外，還規(guī)定了二次利用的觸媒活化期為 24 h、停用 24 h 以上的觸媒活化期為 8 h,這樣大大延長了觸媒的使用壽命，同時(shí)提高了轉(zhuǎn)化率，增加了產(chǎn)能。1. 3 改善轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水水質(zhì)轉(zhuǎn)化器循環(huán)熱水水質(zhì)直接影響著轉(zhuǎn)化器合成反應(yīng)熱的移除，同時(shí)水質(zhì)對轉(zhuǎn)化器列管的腐蝕程度直接影響轉(zhuǎn)化器的泄漏率，轉(zhuǎn)化器泄漏時(shí)列管內(nèi)的觸媒損失達(dá)到 10% 60%,嚴(yán)重時(shí)甚至觸媒全部失效2.2014 年初

6、，唐山氯堿單體車間轉(zhuǎn)化器泄漏頻繁，經(jīng)核查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器列管外壁出現(xiàn)深淺不一的斑坑，這是轉(zhuǎn)化器腐蝕泄漏的一個(gè)主要現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化器外壁的斑坑是循環(huán)熱水水質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的。影響循環(huán)熱水水質(zhì)的因素主要有緩釋阻垢劑、pH 值、溶解氧和氯離子含量等。唐山氯堿技術(shù)人員針對現(xiàn)場用水經(jīng)過一個(gè)多月的試驗(yàn)，篩選出了一種高溫阻垢劑，其投用效果顯著?，F(xiàn)在每周對循環(huán)熱水進(jìn)行 2 次分析檢測，嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)。氯離子含量超標(biāo)時(shí)，現(xiàn)場操作人員進(jìn)行換水操作。轉(zhuǎn)化器的上部都設(shè)有水相排氣口，定期排放出水管與上管箱之間的氣體，除去氧氣和不凝氣體，有效減少了腐蝕，提高了傳熱效率。2 多功能轉(zhuǎn)化器2. 1 轉(zhuǎn)化器在生產(chǎn)中的使用轉(zhuǎn)化器使用以

7、活性炭為載體的氯化汞觸媒，新裝填觸媒的后臺轉(zhuǎn)化器前期（觸媒使用時(shí)間在1 000h 以下時(shí)） 活性高，反應(yīng)集中在列管上端，熱點(diǎn)位于觸媒最上層，此時(shí)必須限制轉(zhuǎn)化器的通量，否則反應(yīng)過于激烈，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)化器超溫，甚至出現(xiàn) 250 300 的高溫，發(fā)生燒壞觸媒及轉(zhuǎn)化器的危險(xiǎn)； 中期（1 000 3 000 h） 是觸媒最年富力強(qiáng)的時(shí)期，反應(yīng)帶很寬，此時(shí)的反應(yīng)溫度在一定程度上取決于轉(zhuǎn)化器通量； 后期（3 000 h 以后） 是觸媒的衰老期,反應(yīng)溫度較前兩個(gè)時(shí)期低，反應(yīng)溫度點(diǎn)分散，回水溫度偏高，催化劑活性大大下降，此時(shí)再提高轉(zhuǎn)化器通量也不能使反應(yīng)溫度回升，而轉(zhuǎn)化率卻逐漸下降。一般使用4 000 h 后，將觸

8、媒翻倒入前臺轉(zhuǎn)化器使用，前臺轉(zhuǎn)化器將觸媒使用至廢觸媒標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將廢觸媒倒出、回收。前后臺轉(zhuǎn)化器翻倒觸媒勞動強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，污染環(huán)境，損害人身健康。當(dāng)轉(zhuǎn)化器需要翻倒觸媒時(shí)，需要對轉(zhuǎn)化器進(jìn)行停車、置換、加盲板、拆除熱電偶等操作。前臺轉(zhuǎn)化器倒出的廢觸媒回收，后臺轉(zhuǎn)化器倒出的觸媒運(yùn)至需翻倒觸媒的前臺轉(zhuǎn)化器。將轉(zhuǎn)化器內(nèi)觸媒裝填完成后，須進(jìn)行熱電偶安裝、觸媒干燥、氣密性檢測、置換、抽盲板等操作。一般情況下，每臺轉(zhuǎn)化器每年需要翻倒觸媒 2 次，每次需要6 7 天才能完成操作。2. 2 技術(shù)方案及內(nèi)容在原有管道上開孔、接管、增加閥門（前臺轉(zhuǎn)化器增加 3 個(gè)閥門、后臺轉(zhuǎn)化器增加 2 個(gè)閥門） ,就可以達(dá)到每臺轉(zhuǎn)

9、化器既可以作為前臺也可以作為后臺使用的多功能轉(zhuǎn)化器。改造前后氯乙烯轉(zhuǎn)化器工藝流程示意圖分別見圖 1、圖 2.2. 3 多功能轉(zhuǎn)化器的優(yōu)點(diǎn)多功能轉(zhuǎn)化器在生產(chǎn)中可根據(jù)轉(zhuǎn)化器實(shí)際情況，靈活調(diào)配前后臺數(shù)量，匹配生產(chǎn)需要； 改造后的多功能轉(zhuǎn)化器每臺每年只需要倒換 1 次，即只需將廢觸媒倒出、新觸媒裝填就可以； 后臺轉(zhuǎn)化器使用 4000 h 后，只需要通過倒換閥門就能直接從后臺轉(zhuǎn)化器變換為前臺轉(zhuǎn)化器，并將切除的管線加盲板處理，每次倒換操作 8 h 內(nèi)就能完成，大大增加了轉(zhuǎn)化器在線時(shí)間。若每年生產(chǎn)時(shí)間按8 000 h 計(jì)算，則每臺轉(zhuǎn)化器每年增加在線時(shí)間 6 天（即 144 h） ,從而可使每臺轉(zhuǎn)化器增加單體

10、產(chǎn)量 1. 8%,產(chǎn)能將提高1. 8% ; 同時(shí)節(jié)省了人力、物力，改善了現(xiàn)場環(huán)境，減少了汞的流失和對人體的傷害。3 轉(zhuǎn)化器更新改造3. 1 轉(zhuǎn)化器規(guī)格轉(zhuǎn)化器主要由筒體、管板、上管箱、下管箱、列管、耳座、接管等部分組成。主要設(shè)備參數(shù)為：一期轉(zhuǎn)化器規(guī)格 Φ 2 400 × 4 810,列管數(shù)量847 根； 二期轉(zhuǎn)化器規(guī)格 Φ 2 800 × 4 810,列管數(shù)量927 根； 三期轉(zhuǎn)化器規(guī)格 Φ 3 200 × 4 938,列管數(shù)量2 431 根； 四期轉(zhuǎn)化器規(guī)格 Φ 3 200 × 4 940,列管數(shù)量 1921 根。

11、主要材質(zhì)為 16MnR Q235 - B 10.轉(zhuǎn)化器在生產(chǎn)中既是反應(yīng)器，又是列管式換熱器，其列管一般采用 Φ 57 ×3. 5（一、二期） 、Φ 45 ×3. 5（三期） 、Φ 51 × 3. 5（四期） 無縫鋼管與管板焊接或脹接而成，由于生產(chǎn)中只要焊接縫處稍有滲漏就會使管外的熱水進(jìn)入管內(nèi)與氣相中的氯化氫接觸生成濃鹽酸，并進(jìn)一步腐蝕直到大量鹽酸從底部放酸口放出而釀成停產(chǎn)事故，因此其焊接技術(shù)要求更為嚴(yán)格。3. 2 轉(zhuǎn)化過程合成反應(yīng)是在列管內(nèi)以活性炭為載體的氯化汞觸媒的表面進(jìn)行的，管外的傳熱介質(zhì)為循環(huán)熱水，除保持反應(yīng)溫度之外，還將反應(yīng)熱

12、帶走，在生產(chǎn)中，為有效控制床層溫度，在列管內(nèi)分為若干區(qū)段，借多點(diǎn)式熱電偶測量其各區(qū)段的溫度。氯乙烯合成反應(yīng)機(jī)制為： 乙炔首先與觸媒上的氯化汞生成 π 絡(luò)合物（氯乙烯氯汞） .C2H2+ HgC l →2C lC HC H-HgC l2.此種化合物很不穩(wěn)定，遇到氯化氫立即分解為氯乙烯：C lC HC H-HgC l2+ HCl →CH2C HC l +HgC l2.上述反應(yīng)分為以下 5 個(gè)步驟進(jìn)行。（1） 外擴(kuò)散： 乙炔、氯化氫向活性炭外表面擴(kuò)散。（2） 內(nèi)擴(kuò)散： 乙炔、氯化氫通過活性炭的微孔向內(nèi)表面擴(kuò)散。（3） 表面反應(yīng)： 乙炔、氯化氫加成反應(yīng)。（4） 內(nèi)擴(kuò)散： 氯乙

13、烯通過活性炭的微孔向外表面擴(kuò)散。（5） 外擴(kuò)散： 氯乙烯自活性炭外表面向氣流擴(kuò)散。轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)觸媒的表面積與轉(zhuǎn)化器產(chǎn)能成正比。在觸媒規(guī)格及裝填密度相同的情況下，裝填觸媒的量越大，產(chǎn)能越大，也可以說單臺轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)體積越大，產(chǎn)量越大。3. 3 二期轉(zhuǎn)化器改造技術(shù)方案二期轉(zhuǎn)化器改造只更新轉(zhuǎn)化器筒體部分，上下封頭利舊，在二期轉(zhuǎn)化裝置區(qū)，拆除 1 臺舊轉(zhuǎn)化器，安裝 1 臺新轉(zhuǎn)化器，不需要重新占地和框架改動。在新轉(zhuǎn)化器的管板上開孔排布列管，列管與管板的連接采用純脹接技術(shù)，不采用焊接的形式。脹接轉(zhuǎn)化器可基本解決轉(zhuǎn)化器列管泄漏問題?，F(xiàn)在二期轉(zhuǎn)化器采用的列管是規(guī)格為 Φ 57 ×3. 5

14、× 3 000 的無縫鋼管，列管數(shù)量為 927 根。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，發(fā)現(xiàn)列管規(guī)格為 Φ 57 ×3. 5 ×3 000 的轉(zhuǎn)化器由于列管內(nèi)徑大，反應(yīng)熱不能及時(shí)移出，列管中心溫度較高，在一定程度上限制了轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力的發(fā)揮； 列管規(guī)格為 Φ 45 ×3. 5 ×3 000 的小列管轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率略高，生產(chǎn)能力較大2,但由于列管內(nèi)徑小，觸媒翻倒困難，尤其轉(zhuǎn)化器泄漏時(shí)觸媒結(jié)塊更為明顯。所以，唐山氯堿選用了規(guī)格為 Φ 51 ×3. 5 ×3 000 的無縫鋼管作為轉(zhuǎn)化器改造的列管型號。改造后的轉(zhuǎn)化器列管數(shù)量可增至 1 300 根。3. 4 改造后轉(zhuǎn)化器的特點(diǎn)改造后的轉(zhuǎn)化器通量增大，產(chǎn)量增加。原來轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)體積為 5. 458 m3,改造后的轉(zhuǎn)化器列管內(nèi)體積為 5. 927 m3,每臺轉(zhuǎn)化器增加產(chǎn)能 8. 6%.4 新型轉(zhuǎn)化器目前行業(yè)里有一種新型轉(zhuǎn)化器，其列管內(nèi)設(shè)置了傳熱組件，克服了傳統(tǒng)合成轉(zhuǎn)化器反應(yīng)列管內(nèi)的徑向溫度分布不均、列管中心區(qū)熱量不能迅速移出形成局部過熱而導(dǎo)致觸媒高溫升華損耗的缺點(diǎn)，延長了觸媒的使用壽命，提高了原料氣的通量及轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而提高了產(chǎn)能。5 結(jié)語轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力的提高，直接提升了 PVC 樹