氯乙烯装置氧氯化单元稳定安全性分析.docx

乙烯氧氯化反应单元是一个易燃、易爆、易腐蚀的单元。我厂氯乙烯装置现有两套氧氯化单元，一套老的是引进日本三井东压公司的70年代的技术，一套新的是引进德国Hoecst公司90年代技术，两者技术各有其特点。本文试就两者的稳定安全性作初步的分析。
氧氯化单元稳定安全性比较
(1)反应器结构与反应工艺及安全性
新老氧氯化反应器均为流化床反应器，反应温度控制均要求小于240℃，反应的热量移去均通过反应器里的蛇管中冷却水的汽化而吸热进行的，反应器顶部有旋风分离器，将气体中带出的催化剂分离出来，底部都有气体分布板。
造成老氧氯化反应器出现热点的原因有二：底层热点在于初期反应物浓度高，反应放热激烈，而换热面积一定，冷却水温一定，只有温度升高增加温差来实现移热目的，同时老反应器内部有挡板，催化剂返混少，也不利于传热。氧氯化反应器顶部出现热点，是因为气体在反应器内部还未反应完全，在顶部继续反应，而这里无移热冷却水管，反应热导致温度升高，出现热点。
老氧氯化反应器易损坏的原因在于，老反应器的蛇管内的冷却水温度低，水温仅158℃，即汽包压力为0.49MPa，而反应器内也有一定压力，加上蛇管外发生催化剂的粘附，尽管这时反应温度有216℃以上，但粘附着的催化剂导热系数很低，故催化剂贴附冷却水管处温度仍然低，从催化剂孔隙处进入的反应生成的水冷凝，与HCl生成盐酸，对冷却水蛇管产生腐蚀，导致反应器的损坏。新氧氯化反应器汽包操作压力为0.98MPa，在反应器内不可能腐蚀反应生成水汽冷凝，不可能形成腐蚀介质，新氧氯化反应器不会发生腐蚀。
老氧氯化反应器结构决定了它所使用的催化剂反应活性很高，因为反应器内的气体停留时间很短，反应速度必须很快，催化剂的活性不高是不行的，反应快，反应短时间内的放热量就很大，蛇管的换热面积是一定的，传热系数基本不变，要移去全部的反应热，使氧氯化反应能得到有效控制，只有增加移热温差，即降低蛇管内冷却水温度，也就是说，只有通过降低汽包压力才能实现，而冷却水温度降低了，就必然导致腐蚀，故老氧氯化反应器在满负荷、超负荷状况下，腐蚀现象很难避免，只有降低负荷老氧氯化反应器才能真正避免腐蚀，但仍可通过一定措施减少腐蚀，如改善反应器的蛇管定位环结构，在腐蚀区加保护套等方法，延长反应器的使用寿命。齐鲁公司的氯乙烯装置的生产和改进经验也表明，要增大生产负荷和减少腐蚀，对老氧氯化反应器来说是不现实的。新的氧氯化反应器用的催化剂活性相对低一点，这是因为反应器是细长型结构，反应停留时间较长，反应速度不十分高的情况下也能完全完成反应，对装置来说，反应量一定，即需要移走的总热量是一定的，且热量分布是比较均匀的，而换热面积相对较大，这时移热温差就不需很大，故可大大提高蛇管内冷却水的温度，即可适当提高汽包压力，同时，新的氧氯化反应器内部没有挡板，很少会出现死角，很难产生催化剂的粘附，反过来说，即使发生了催化剂的粘附，由于，新反应器蛇管内冷却水温度高，反应产生的水蒸汽在这个条件下也不会冷凝，不会形成腐蚀介质，故新氧氯化反应器基本不存在腐蚀问题。由于新反应器催化剂活性比老反应器的催化剂活性低，所以新氧氯化反应器初期用的催化剂量多。我公司技术中心的研究表明，新反应器的催化剂活性只有老反应器的活性一半左右，本厂生产也表明，新反应器的催化剂初期进入量确实较多。两台氧氯化反应器的结构决定了两者的催化剂不能混用，否则会产生不良的后果。
另外，新氧氯化反应器内无热点，反应催化剂的选择性也很好，而原料氯化氢中的少量乙炔已在进入前加氢除去，所以新氧氯化反应器的乙烯、氯化氢的转化率和选择性比老氧氯化反应器好，产品二氯乙烷纯度新的也比老的好。
(2)反应进料工艺和安全性
老氧氯化反应器进料方式是，乙烯先与循环气混合加热后与氯化氢混合，然后再与经预热后的氧气混合，然后进入反应器的下部分布板。老氧氯化反应器的原料氯化氢无先进行加氢脱微量乙炔工艺。
新氧氯化反应器进料方式是，分两股，一股为预热的氯化氢加氢脱除少量乙炔后与预热过的氧气混合，一股为乙烯与循环气混合后预热，两股料在反应器内再混合。
新氧氯化反应器反应时进料设计好处：(1)可以减少换热面积，因为提高温度是一定值，老反应器加料方式是先对部分料预热，然后混合，而且要达到一定温度，就必然对预先预热的温度要求很高，故温差必然小，换热面积就要很大，加热蒸气压力要求也高；新氧氯化反应器加料无此缺点。(2)新氧氯化反应器反应加料，氯化氢在反应器内与循环气混合，保温效果好，老的在反应器外混合，易发生腐蚀。这是因为，循环气中夹带水份是不可避免的，在反应器外混合，保温效果很难保证，稍不好就容易发生腐蚀，而在反应器内不存在这个问题。事实上，我厂老反应器加料管等就因为这个原因腐蚀损坏，多次导致停车。
新氧氯化反应器设计值得注意的是：氯化氢直接用换热器预热，容易因换热器发生泄漏腐蚀，且氯化氢加氢也给工艺带来了易爆组分。但氯化氢加氢如前所说，是必要的，因此操作时要多加留心。
(3)氧氯化反应单元处理工序工艺及安全性
由于新氧氯化反应器中氯化氢转化比老反应器完全，故新氧氯化后序工艺不设碱洗塔，同时新反应处理工序处理设备少，特别是泵、槽、混合分离器比老工艺少得多，这有利于减少设备损坏事故，节约投资，降低单耗和公用工程消耗，对减少环境污染等也有好处。
老氧氯化反应器循环气中含氧量高，为3.9%～8%，接近爆炸极限，不安全，我厂就曾发生过尾气分离器爆炸事故。新氧氯化反应单元采用贫氧工艺，循环气中氧控制在0.5%—2.0%，超过2.5%高限报警，达到3.0%时，联锁停车，不会形成爆炸混合物，不会发生事故。
(4)氧氯化单元安全分析
氧氯化反应属于高度危险范围等级，但我厂的一些措施设计采用，使氧氯化单元降为轻微危险范围等级，尽管如此，但我们在生产操作时仍不可掉以轻心，只有严格按操作规程办事，认真操作，才能真正杜绝事故发生。