氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)化策略

張 玲

（甘肅正元安全技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，甘肅張掖 734000）

氯乙烯是一種常溫下無色的物質(zhì)，常以氣體與液體形式存在。結(jié)合已有數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)約有98%的氯乙烯被用于商業(yè)發(fā)展，部分材料被使用在工業(yè)氫氯化鈉及其他物質(zhì)生產(chǎn)中，尤其是在全球技術(shù)工藝發(fā)展背景下，氯乙烯生產(chǎn)水平不斷提升，促進(jìn)了氯乙烯工業(yè)的發(fā)展。由此可見，圍繞氯乙烯生產(chǎn)工藝優(yōu)化策略加以研究尤為關(guān)鍵。

1 氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)

1.1 電石乙炔法

該生產(chǎn)技術(shù)形式是我國(guó)早期工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種，主要借助電石與水反應(yīng)生產(chǎn)乙炔，之后乙炔再與氯化氫進(jìn)行反應(yīng)。為滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)在其中添加一定量的氯化鐵加以催化，以此促進(jìn)氯乙烯生產(chǎn)。該技術(shù)形式較為便捷，且安全性較高。然而由于反應(yīng)原材料使用了大量的電石，因此也會(huì)出現(xiàn)電能損耗現(xiàn)象，需耗費(fèi)一定的成本，且極易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，以至于后續(xù)逐漸被企業(yè)淘汰。

1.2 電石乙炔與乙烯聯(lián)合法

此技術(shù)指運(yùn)用乙炔和氯氣進(jìn)行反應(yīng)生成二氯化氫，之后借助裂解反應(yīng)生成氯化氫。此時(shí)氯化氫會(huì)與乙炔產(chǎn)生氯乙烯VCM。此種技術(shù)在前期主要被運(yùn)用在歐美等國(guó)家，是一種技術(shù)形式過渡運(yùn)用手段，目前使用較少，幾乎被完全淘汰。

1.3 烯炔法

在該技術(shù)運(yùn)用中，需要先借助裂解技術(shù)完成石油處理，使其產(chǎn)生乙炔、乙烯混合物，之后利用后期處理與氯化氫反應(yīng)生成VCM 氯乙烯。從宏觀角度來看，此種技術(shù)形式雖然較為便捷，但是需要經(jīng)過多種形式的分離與提取，對(duì)藥劑的比例含量要求較高，加大了難度。此外，VCM 物質(zhì)濃度較低，因此在精制方面成本較高，從宏觀的角度看適用范圍較為局限。

1.4 乙烯氯化與氯化氫氧化聯(lián)合法

此技術(shù)指借助乙烯和氯氣的反應(yīng)生產(chǎn)二氯化烷，之后通過裂解生成氯化氧等物質(zhì)，使其中的氯化氧與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生氯氣和H2O。此技術(shù)前期成本較低，且反應(yīng)過程中不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境及器皿產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕及污染，是現(xiàn)階段運(yùn)用較為常見的技術(shù)手段。

1.5 乙烯氧氯化法

此技術(shù)指以乙烯以及氯氣為原料，在高溫加熱的背景下使其生成二氯乙烷，之后借助裂解反應(yīng)得到VCM 等物質(zhì)。與其他類型的技術(shù)形式相比，由于此技術(shù)對(duì)原料的需求較低，且原料的來源較多，因此成本更加低廉，是目前適用較為廣泛的一種技術(shù)形式。

2 氯乙烯生產(chǎn)研究

結(jié)合現(xiàn)階段來看，氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)形式較多，常見的包括電石法、乙烯技術(shù)及氯乙烯生產(chǎn)等形式。其中電石法運(yùn)用歷史最久，較為成熟，且其材料豐富，因此使用較為廣泛。與此同時(shí)，隨著社會(huì)發(fā)展，在原油、天然氣成本進(jìn)一步提升的背景下，其他技術(shù)形式逐漸呈現(xiàn)成本較高的劣勢(shì)，這也為電石法的運(yùn)用發(fā)展帶來了更多的可能。此外，在工業(yè)進(jìn)步的過程中，自動(dòng)化技術(shù)的使用也為電石法產(chǎn)量的提升提供了有力保障，尤其是在企業(yè)降本增效改革的背景下，電石法發(fā)展前景更加廣闊。

目前，我國(guó)多數(shù)企業(yè)以手工和半自動(dòng)裝置進(jìn)行生產(chǎn)，雖然部分企業(yè)會(huì)引入自動(dòng)化技術(shù)，但是整體成效較差。例如部分企業(yè)即使已經(jīng)運(yùn)用了PLC 控制等技術(shù)形式，但是依舊不能完全脫離人工處理。此外，由于以上技術(shù)過程對(duì)專業(yè)度要求較高，全程存在非線性等特點(diǎn)，因此控制難度較大，而企業(yè)在氯乙烯生產(chǎn)管理中更多是針對(duì)控制自身，對(duì)技術(shù)方面關(guān)注度較小，所以很難保障經(jīng)濟(jì)效益，極易出現(xiàn)生產(chǎn)效率差等問題。

3 氯乙烯生產(chǎn)技藝優(yōu)化的具體路徑

3.1 電石法生產(chǎn)氯乙烯

3.1.1 氯和氫比例

氯和氫的運(yùn)用比例直接影響氯乙烯生產(chǎn)的質(zhì)量，為保障生產(chǎn)質(zhì)量及最終提取物質(zhì)的純度，要求在技術(shù)運(yùn)用過程中加大對(duì)細(xì)節(jié)的管控，在確保比例精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)上分析火焰顏色，針對(duì)性地進(jìn)行輸入控制，減少異常情況的出現(xiàn)，降低安全隱患。

3.1.2 氯化氫與乙炔比例

氯化氫與乙炔一般比例為1∶1。然而結(jié)合現(xiàn)階段的生產(chǎn)情況來看，為保障生產(chǎn)出的產(chǎn)品能夠滿足精準(zhǔn)度要求，在比例方面經(jīng)常會(huì)運(yùn)用更多的氫氣，最終的比例通常為1.05∶1，此比例更加符合實(shí)際生產(chǎn)需要。結(jié)合目前來看，若是比例存在嚴(yán)重問題，如過度運(yùn)用某材料，不僅會(huì)在生產(chǎn)的過程中對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，而且一旦氯化乙烯數(shù)量過多，濃度較高，則極易出現(xiàn)爆炸的狀況，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3.1.3 氯乙烯轉(zhuǎn)化溫度與壓力管控

氯乙烯轉(zhuǎn)化是氯乙烯生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其中溫度與壓力管控尤為關(guān)鍵，在生產(chǎn)的過程中，要求溫度嚴(yán)格保證在130~180℃，若是低于此溫度會(huì)加大資源浪費(fèi)和化學(xué)損失，反之則會(huì)削弱催化劑的運(yùn)用效果，甚至?xí)?dǎo)致催化劑失效。由此可見，溫度管控十分重要，直接影響生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)量。

3.1.4 系統(tǒng)問題處理

生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)用時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于技術(shù)管控等外在情況出現(xiàn)設(shè)備堵塞等故障，此類故障情況的主要原因在于系統(tǒng)及人為參數(shù)設(shè)定存在異常，需要及時(shí)處理。然而就目前來看，部分企業(yè)在生產(chǎn)的過程中依舊存在處理技術(shù)滯后等狀況，難以保障系統(tǒng)的運(yùn)行效果，甚至?xí)璧K生產(chǎn)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，需針對(duì)此及時(shí)加以強(qiáng)化，通過日常管控強(qiáng)化的方式減少故障問題的產(chǎn)生。

3.1.5 氯化氫合成工序優(yōu)化

氯化氫合成優(yōu)化十分關(guān)鍵，是減少生產(chǎn)問題的重要形式。在具體工作中，技術(shù)人員可使用氯化氫材料輔助生產(chǎn)，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，降低不必要的成本損失。在優(yōu)化的過程中應(yīng)該著重加大對(duì)氫氣與氯氣比例的關(guān)注，強(qiáng)化對(duì)氣體輸送量的重視，減少由于外部溫度、壓力等原因?qū)饬髁髁康挠绊?，以此保障流量的穩(wěn)定性。

3.1.6 氯乙烯轉(zhuǎn)化工序優(yōu)化

氯乙烯轉(zhuǎn)化技術(shù)的運(yùn)用有助于提升氯乙烯生產(chǎn)的效率及質(zhì)量。在技術(shù)管控的過程中，重點(diǎn)在于轉(zhuǎn)化器中的氣體流量及溫度。近幾年來，多數(shù)企業(yè)會(huì)在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)掌握氯化氫及乙炔等物質(zhì)的流量。

3.1.7 氯乙烯精餾工序優(yōu)化

氯乙烯精餾工序優(yōu)化指對(duì)產(chǎn)品工序加以完善，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)過程中的能耗損失。在具體工作中，可借助參數(shù)數(shù)據(jù)管理的形式提升精餾塔的管控。如搭建管理系統(tǒng)等，借助參數(shù)制約等形式強(qiáng)化管控效果。在此基礎(chǔ)上須精準(zhǔn)管控藥劑的用量及鍋爐壓力和設(shè)備溫度等參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)全方位的精餾工序優(yōu)化。

3.1.8 故障診斷系統(tǒng)問題處理

在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，故障處理主要以人工的形式開展，借助人力管控等形式分析故障問題，然后在關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置臨界點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)前期故障預(yù)測(cè)。這種形式的運(yùn)用會(huì)嚴(yán)重影響氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化效果，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)預(yù)防診斷工作創(chuàng)新，無法保障預(yù)警精準(zhǔn)度。為此在后續(xù)的工作中，要求企業(yè)應(yīng)該在現(xiàn)有人工處理的基礎(chǔ)上使用氯乙烯生產(chǎn)管控系統(tǒng)強(qiáng)化故障診斷，借助對(duì)氯乙烯特點(diǎn)，以及生產(chǎn)流程、技術(shù)的分析實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控，確保在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常問題時(shí)可以及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以此為后續(xù)的故障解決和系統(tǒng)優(yōu)化提供參考，強(qiáng)化系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全效果。

3.2 乙烯法VCM生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化

為進(jìn)一步處理傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)過程中所遇到的廢水及腐蝕問題，某企業(yè)針對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了流程技術(shù)優(yōu)化。在具體技術(shù)運(yùn)用的過程中，將傳統(tǒng)的裂化及氧化反應(yīng)與“kel-chlor”等技術(shù)形式相融合。在新興技術(shù)運(yùn)用下，乙烯等物質(zhì)能夠直接通過氯化作用生產(chǎn)EDC，并將其轉(zhuǎn)化為HCl 等物質(zhì)，這樣便可減少氧氯反應(yīng)的運(yùn)用。與傳統(tǒng)的技術(shù)形式相比，此技術(shù)下生產(chǎn)產(chǎn)量進(jìn)一步提升，不僅有助于成本管控，而且能夠減少對(duì)外在環(huán)境的影響。

在傳統(tǒng)氯化過程中，通常會(huì)運(yùn)用氯乙烯混合技術(shù)等形式優(yōu)化前期處理。因?yàn)槿萜鲀?nèi)部存在大量的氯化鐵等物質(zhì)，所以需精準(zhǔn)地掌控溫度，將其控制在90~95℃，并將壓力調(diào)節(jié)到120 kPa 以下，這樣才能有效去除EDC 等物質(zhì)。而在氯化錫生產(chǎn)過程中，其關(guān)鍵是EDC 合成催化劑的篩選，因此需對(duì)催化劑等取值進(jìn)行系統(tǒng)化研究。研究發(fā)現(xiàn)，以K、Ce、Mg 等物質(zhì)為核心的新型催化物質(zhì)，能夠有效提升乙烯的活性，保障反應(yīng)質(zhì)量。

3.3 生產(chǎn)技術(shù)流程優(yōu)化

一方面，需強(qiáng)化自動(dòng)化生產(chǎn)管控系統(tǒng)建設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)控制目標(biāo)等信息的關(guān)注，提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。另一方面，在乙炔技術(shù)運(yùn)用中應(yīng)加大對(duì)壓力及溫度的重視，且須科學(xué)選擇氫氣與氯氣的比例。否則不僅會(huì)加大生產(chǎn)難度，還會(huì)影響最終的VCM效果。在此基礎(chǔ)上，精餾處理時(shí)，設(shè)備參數(shù)設(shè)定也會(huì)影響最終的技術(shù)運(yùn)用水準(zhǔn)，需根據(jù)技術(shù)流程科學(xué)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

3.4 參數(shù)優(yōu)化

3.4.1 設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化

在氯乙烯生產(chǎn)過程中，乙炔與氯化氫氣體需要進(jìn)行充分混合且保持干燥，這樣才能夠滿足技術(shù)運(yùn)用需求。然而就目前來看，即使在干燥處理的過程中強(qiáng)化細(xì)節(jié)管控，依舊難以完全達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)，不利于后續(xù)的反應(yīng)，最終影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和效果。

為此，部分企業(yè)開始將管控重點(diǎn)放在酸霧處理及水分管控方面。但在工作中經(jīng)常由于企業(yè)設(shè)備更新緩慢，導(dǎo)致進(jìn)出口出現(xiàn)嚴(yán)重壓力差，進(jìn)一步提高了水分含量。因此，開始在原有生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上增設(shè)備用裝置。這不僅有助于保障生產(chǎn)質(zhì)量，而且能夠通過定期更換濾芯等形式保障運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

除此之外，在生產(chǎn)中可借助廢堿液汽提塔等設(shè)備的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)廢堿液回收利用，進(jìn)而達(dá)到降本增效的效果。這既能管控成本，又能減少對(duì)外在環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)企業(yè)氯乙烯生產(chǎn)環(huán)保目的。

3.4.2 流程管控優(yōu)化

（1）對(duì)于熱水循環(huán)工藝來講，由于在技術(shù)運(yùn)用過程中乙炔與氯化氫會(huì)釋放大量的熱量，需要借助水循環(huán)進(jìn)行散熱，防止因熱量過高影響設(shè)備運(yùn)行。因此在傳統(tǒng)氯乙烯生產(chǎn)的過程中，通常會(huì)借助熱水泵循環(huán)等技術(shù)形式完成熱量處理。

此過程對(duì)熱水泵的運(yùn)行要求較高，設(shè)備需要持續(xù)運(yùn)行才能夠滿足實(shí)際需求。然而由于該環(huán)節(jié)會(huì)耗費(fèi)大量的電能資源，因此會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。為此在后續(xù)需對(duì)該工序加以完善，在循環(huán)方面通過對(duì)熱水自循環(huán)系統(tǒng)的使用取代傳統(tǒng)設(shè)備裝置，以此實(shí)現(xiàn)自循環(huán)處理。此種技術(shù)形式能夠有效地滿足溫度處理需求，降低轉(zhuǎn)化器運(yùn)行對(duì)周圍管道的影響。

同時(shí)，此技術(shù)在使用過程中能夠自動(dòng)調(diào)整溫度數(shù)值，減小溫度波動(dòng)，在延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的同時(shí)，借助系統(tǒng)優(yōu)化降低能耗，保障成本管控水準(zhǔn)，從源頭上提升生產(chǎn)質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)氯乙烯生產(chǎn)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）從尾氣回收處理優(yōu)化的角度來看，我國(guó)現(xiàn)階段的精餾塔尾氣回收主要運(yùn)用活性炭、膜回收等技術(shù)形式完成雜質(zhì)吸附，以此保障VCM 回收的最終效果。而在氯乙烯生產(chǎn)法技術(shù)運(yùn)用過程中，由于其對(duì)精餾效果的要求較高，需要在現(xiàn)有傳統(tǒng)蒸餾設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化VCM 純度。

目前使用的精餾裝置產(chǎn)品精度約99.8%，雖然整體能夠滿足使用需求，但是由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，極易出現(xiàn)設(shè)備腐蝕及產(chǎn)品泄漏等狀況。因此，我國(guó)某研究院研發(fā)了新型的VCM 蒸餾裝置，其使用了高效的篩板結(jié)構(gòu)，能夠從源頭上提升純度，使其能夠達(dá)到99.9%的精度，進(jìn)一步保障乙炔的生產(chǎn)價(jià)值。

同時(shí)，還可運(yùn)用尾氣變壓吸附技術(shù)處理進(jìn)行優(yōu)化。電石法運(yùn)用的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，其中含有較高含量的乙炔，因此若不能及時(shí)進(jìn)行處理，不僅會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)資源，還會(huì)污染環(huán)境。為此要對(duì)尾氣進(jìn)行精準(zhǔn)處理，借助吸附技術(shù)優(yōu)化等形式提升尾氣的處理水準(zhǔn)。

在具體工作中，一方面應(yīng)強(qiáng)化吸附劑的選擇，有效地提升尾氣處理質(zhì)量和效率；另一方面，借助變壓技術(shù)提升系統(tǒng)加壓水準(zhǔn)，降低此過程中不必要的損耗。同時(shí)，此技術(shù)會(huì)引入自動(dòng)化管控裝置，在自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用的背景下，啟停將更加及時(shí)，可結(jié)合實(shí)際需求精準(zhǔn)地進(jìn)行產(chǎn)品精度管控，增強(qiáng)乙烯等物質(zhì)的回收效果。

（3）對(duì)于工業(yè)管控來講，管控手段的優(yōu)化與拓展也是強(qiáng)化氯乙烯生產(chǎn)水準(zhǔn)的關(guān)鍵。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，PID 管控尤為關(guān)鍵，企業(yè)通常會(huì)借助自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的使用強(qiáng)化管控，精準(zhǔn)地進(jìn)行變量監(jiān)測(cè)。

在具體工作中，結(jié)合實(shí)際需求科學(xué)地設(shè)定PID 監(jiān)測(cè)數(shù)值，之后通過遠(yuǎn)程管理調(diào)節(jié)閥來控制生產(chǎn)，并自動(dòng)記錄生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障情況及數(shù)值異常變動(dòng)信息，為后續(xù)工作提供參考。

此外，在PID 控制技術(shù)運(yùn)用的過程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行警報(bào)，若是在某段時(shí)間內(nèi)沒有精準(zhǔn)地處理故障，則會(huì)自動(dòng)下達(dá)生產(chǎn)線停止指令，在降低資源損失的基礎(chǔ)上，保障生產(chǎn)的安全性，直至設(shè)備故障處理完成，才會(huì)再次進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

除此之外，PID 控制可結(jié)合不同工廠運(yùn)用的需求，完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)定。這不僅有助于快速識(shí)別異常情況，降低故障處理過程中的時(shí)間耗費(fèi)，而且能有助于明確潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，為工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化提供有力保障。

4 結(jié)束語

文章針對(duì)氯乙烯生產(chǎn)工藝優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)化闡釋，有效處理了現(xiàn)階段氯乙烯生產(chǎn)中存在的問題，進(jìn)一步強(qiáng)化了氯乙烯生產(chǎn)的安全性，為后續(xù)相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供材料保障。在后續(xù)生產(chǎn)中，需強(qiáng)化合成、轉(zhuǎn)化、精餾等不同環(huán)節(jié)的處理水準(zhǔn)，并基于已有技術(shù)完成設(shè)備參數(shù)及流程完善，以此為氯乙烯生產(chǎn)優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)。