氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化控制研究

汪福兵（新疆中泰華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019）

1.氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

工業(yè)原料聚氯乙烯（PVC）的主要材料是氯乙烯，因此市場對氯乙烯的產(chǎn)量要求比較高。當前工業(yè)生產(chǎn)中氯乙烯的生產(chǎn)方法主要有電石法和乙烯氧氯化法這兩種制造工藝。

電石法是最早用于氯乙烯生產(chǎn)的方法，該方法利用電石和水反應(yīng)生成乙炔，再將乙炔與氯化氫融合，并以氯化汞為催化劑形成氯乙烯[1]。由于電石法的材料來源比較廣泛，因此成為大多數(shù)生產(chǎn)加工企業(yè)所采用的制備方法。乙烯法是利用乙烯與氧反應(yīng)生成二氯乙烷，二氯乙烷再裂解為氯化氫和氯乙烯。這兩種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法不僅反應(yīng)過程復(fù)雜，而且由于材料反應(yīng)不充分，容易造成資源浪費。

2.氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化控制的關(guān)鍵

根據(jù)氯乙烯各生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系與影響程度，應(yīng)當建立一體化的檢測控制系統(tǒng)，不能孤立任何一個工藝環(huán)節(jié)。氯乙烯生產(chǎn)過程優(yōu)化控制的關(guān)鍵主要集中在乙炔站、氯化氫站、氯乙烯轉(zhuǎn)化、氯乙烯精餾站四個環(huán)節(jié)中。

如果乙炔站中的反應(yīng)溫度過高，就會導(dǎo)致粗乙炔中的水分蒸發(fā)量過大，冷卻之后乙炔塔的后部負荷過大，阻塞塔板和管路，因此需要嚴格控制乙炔站發(fā)生器的溫度和壓力，維持溫度在80℃-90℃之間，且壓力不大于15KPa。在對氫氣和氯氣壓力進行控制時，要分別檢測進入緩沖氣罐中的氫氣、氯氣流量，保證氫氣壓力在0.05-0.10MPa之間，氯氣壓力在0.15-0.25MPa之間，氯氣和氫氣進入合成爐之前，要分別檢測兩者的流量，使氯氣、氫氣之間的流量關(guān)系控制在1.00-1.10：1.05之間[2]。氯乙烯轉(zhuǎn)化站中的乙炔、氯化氫之間的配比關(guān)系要控制在1.05-1.15:1.05之間，可以通過增加或減少石墨冷凝器中鹽水的含量和流速來維持混合脫水溫度，使混合脫水溫度保持在-15℃到-10℃之間。如果轉(zhuǎn)化器的溫度過高容易導(dǎo)致反應(yīng)失效，溫度過低又會使兩者之間的反應(yīng)不夠徹底，沒有完全反應(yīng)掉的氯化氫會形成腐蝕反應(yīng)設(shè)備的物質(zhì)，物質(zhì)反應(yīng)在轉(zhuǎn)化過程中也會釋放出大量的熱量，因此需要根據(jù)反應(yīng)器的溫度變化趨勢，隨時調(diào)節(jié)熱水槽的流速，滿足乙炔與氯化氫混合氣體有效轉(zhuǎn)化的溫度要求。氯乙烯精餾站作為最后轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的主要設(shè)備，需要控制好低沸塔塔頂?shù)臏囟?，減少進料量、進料狀態(tài)等外部因素對塔頂溫度的干擾作用，維持塔頂溫度在35-39℃之間。

3.氯乙烯生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制

3.1 反應(yīng)器的溫度、壓力控制

在乙炔生成階段應(yīng)當嚴格控制進入反應(yīng)器的水量，使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的熱量能夠借助水流帶出，從而降低反應(yīng)器內(nèi)的溫度，實現(xiàn)生成塔溫度和水流壓力的自動控制[3]。

3.2 振蕩器的電流與壓縮機控制

為了掌握乙炔振動器的電流、壓力及壓縮機出入口壓力之間的關(guān)系，需要通過建立數(shù)學(xué)關(guān)系模型的方法進一步了解兩者之間的變化規(guī)律。對生產(chǎn)過程中的電流、壓力數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，借助數(shù)學(xué)模型計算出各變量之間的變化關(guān)系，進而實現(xiàn)對振蕩器電流和壓縮機的控制要求。

3.3 控制氯氣和氫氣的配比關(guān)系

在氯化氫合成中，需要嚴格控制了氯氣和氫氣的配比關(guān)系，使氯氣和氫氣通過化學(xué)反應(yīng)能夠恰好融合，保證生產(chǎn)出來的氯乙烯達到工業(yè)生產(chǎn)標準。在結(jié)合實際操作經(jīng)驗基礎(chǔ)上，可以根據(jù)反應(yīng)機原理，構(gòu)建氫氣、氯氣之間的反應(yīng)模型，確定最佳的配比關(guān)系，實時監(jiān)測氯氣、氫氣流量和反應(yīng)器的壓力，根據(jù)計算結(jié)果控制二者的流量，保證二者的充分反應(yīng)，避免造成資源浪費。

3.4 乙炔和氯化氫配比的控制

通過實際操作經(jīng)驗可以通過建模的方式掌握氯乙烯轉(zhuǎn)化階段中乙炔和氯化氫的配比關(guān)系，計算各監(jiān)測點的乙炔和氯化氫含量數(shù)據(jù)，最終得出最佳配比關(guān)系。在監(jiān)測過程中還要考慮壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)的影響作用。

3.5 精餾階段的控制系統(tǒng)優(yōu)化

在氯乙烯精餾階段需要組建專業(yè)的控制團隊，對精餾塔內(nèi)的原料數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)進行研究探討，確定各原料之間精餾前后的含量配比關(guān)系，設(shè)計出多變量的氯乙烯精餾自動控制系統(tǒng)，對精餾塔內(nèi)的各參數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化控制。

4.結(jié)語

導(dǎo)致氯乙烯生產(chǎn)工藝落后的因素有很多，包括產(chǎn)品研發(fā)力度不夠、國家缺少相關(guān)的資金扶持等，但是氯乙烯作為主要的工業(yè)原料，其市場需求量巨大，當前的生產(chǎn)過程不僅浪費了大量的資源，而且安全系數(shù)不高，因此需要盡快采取相關(guān)措施優(yōu)化氯乙烯的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)整個過程的自動化控制。為此，氯乙烯行業(yè)應(yīng)當加快企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，將小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)與大型生產(chǎn)企業(yè)融合，積極引進發(fā)達國家的先進技術(shù)，提高我國氯乙烯的生產(chǎn)水平，使我國的氯乙烯生產(chǎn)在滿足市場需求量的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的綜合發(fā)展。

[1]賈立,袁凱.間歇生產(chǎn)過程優(yōu)化控制的分布式仿真平臺[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2011,10:2254-2257.

[2]王旭,繆天宇,王慶凱.濃縮生產(chǎn)過程優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].有色金屬(選礦部分),2012,06:70-74.

[3]安豐穎.關(guān)于氯乙烯生產(chǎn)過程的控制及其優(yōu)化分析[J].化學(xué)工程與裝備,2014,05:58-59+50.