CN112142551B - 一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置及方法。该装置包括一个顺流转化器或两个串联的顺流转化器，顺流转化器包括顺流转化器本体和设于顺流转化器本体外的夹套，顺流转化器本体上设有气相进口和气相出口，夹套上设有冷却介质进口和冷却介质出口；气相进口和冷却介质进口设于气相出口和冷却介质出口的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流。方法在铜基催化剂的催化作用和冷却介质的冷却作用下，将包括乙炔和氯化氢的原料混合气进行一级反应或两级反应，包括乙炔和氯化氢的原料混合气与冷却介质的换热流程为顺流。本发明中原料混合气与冷却介质形成顺流，充分利用反应热，使催化剂床层维持较高的温度，使物料反应完全。

Description

一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置及方法

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置及方法，高效利用铜基催化剂。

背景技术

我国PVC生产的主要生产工艺电石法即乙炔氢氯化合成氯乙烯再进一步聚合成PVC。一直以来，电石法PVC采用HgCl₂作为催化剂，由于HgCl₂沸点低，反应热点集中，导致汞容易挥发流失，所以现有电石法氯乙烯合成单元采用两级串联、原料气和冷却介质逆流换热的转化器。逆流接触换热最主要的目的是为保证物料出口端的床层温度足够低，使汞蒸气在转化器末端富集，防治汞升华流失。串联的二级转化器一方面是为了将一级挥发的汞进一步富集，另一方面由于二级生产强度低，新鲜的汞触媒在低温低强度下运行不容易产生飞温现象，同时起到新催化剂诱导活化的作用。

铜基催化剂的主要活性组分是CuCl₂，CuCl₂和HgCl₂有很大的差异，特别是CuCl₂的沸点高，所以铜基催化剂在反应温度下不会挥发流失。现有转化器原料气上进下出，冷却介质下进上出逆流的换热方式虽然也可以使用铜基催化剂，但由于这种换热方式不利于热量的充分利用。特别是催化剂床层末端因物料浓度和床层温都比较低，难以启动催化反应，使铜基催化剂生产效率降低，催化剂的性能得不到充分的发挥。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置及方法，原料混合气与冷却介质形成顺流，充分利用反应热，使催化剂床层维持较高的温度，使物料反应完全。

本发明技术解决方案通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置，包括一个顺流转化器或两个串联的顺流转化器，所述顺流转化器包括顺流转化器本体和设于所述顺流转化器本体外的夹套，所述顺流转化器本体上设有气相进口和气相出口，所述夹套上设有冷却介质进口和冷却介质出口；所述气相进口和所述冷却介质进口设于所述气相出口和所述冷却介质出口的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流。

优选地，所述气相进口设于所述顺流转化器本体的底部，所述气相出口设于所述顺流转化器本体的顶部，所述冷却介质进口较所述冷却介质出口近所述气相进口。

本发明第二方面提供一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，在铜基催化剂的催化作用和冷却介质的冷却作用下，将包括乙炔和氯化氢的原料混合气进行一级反应或两级反应，其中，所述包括乙炔和氯化氢的原料混合气与所述冷却介质的换热流程为顺流。

优选地，所述一级反应或两级反应在上述装置中进行。

优选地，当进行两级反应时，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)第一级反应中乙炔和氯化氢的摩尔比1：1.02～1：1.1，如1：1.02～1：1.05或1：1.05～ 1：1.1；

2)第一级反应中乙炔空速为20h^-1～60h^-1，如20h^-1～40h^-1或40h^-1～60h^-1；

3)每级反应中反应温度为90℃～180℃；

4)每级反应中反应压力为20KPa～70KPa，如20KPa～50KPa或50KPa～70KPa；

5)每级催化剂床层高度为3米～3.6米，如3米～3.3米或3.3米～3.6米；

6)控制两级反应后得到的粗产品气中乙炔体积分数≤4％。

优选地，当进行一级反应时，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)乙炔和氯化氢的摩尔比1：1.02～1：1.1，如1：1.02～1：1.06或1：1.06～1：1.1；

2)乙炔空速为10h^-1～40h^-1，如10h^-1～25h^-1或25h^-1～40h^-1。

优选地，当进行一级反应时，反应温度为90℃～180℃。

优选地，当进行一级反应时，反应压力为20KPa～70KPa，如20KPa～50KPa或50KPa～ 70KPa。

优选地，当进行一级反应时，催化剂床层高度为3.9m～5.4m，如3.9m～4.6m或4.6m～ 5.4m。

优选地，当进行一级反应时，控制反应后得到的粗产品气中乙炔体积分数≤4％。

本发明相对现有技术具有以下有益效果中的至少一项：

1、本发明中原料混合气与冷却介质为顺流换热，充分利用反应热。一开始气相进口端的原料混合气摩尔浓度较高，反应剧烈放热量多，此时冷却介质温度最低能更好的起到冷却作用，防止反应温度过高，达到保护催化剂的作用；当反应物料进行到催化剂床层末端时，此时的反应物料摩尔浓度较低，难以启动催化反应，此时恰好可以通过冷却介质累积的热能进行补偿，使催化剂床层维持较高的温度，使剩余的物料反应完全。

2、本发明中原料混合气下进气也可减少一级顺流转化器中的粉尘、高沸物夹带到二级顺流转化器中；同时，提高催化剂床层后半段的温度，有利于高沸物排出，提高催化剂使用效率，延长催化剂的使用寿命。

3、本发明中一级反应(一个顺流转化器)使乙炔可以一次转化完全，不仅可以减少顺流转化器台数，大幅度降低设备投资，而且使现场管控更简化。

附图说明

图1为包括一个顺流转化器的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置结构示意图。

图2为包括两个串联的顺流转化器的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置结构示意图。

图3为现有技术铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置结构示意图。

附图标记

1 顺流转化器本体

2 气相进口

3 气相出口

4 冷却介质进口

5 冷却介质出口

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置，如图1和图2所示，所述装置包括一个顺流转化器或两个串联的顺流转化器，所述顺流转化器包括顺流转化器本体1和设于所述顺流转化器本体外的夹套，所述顺流转化器本体1上设有气相进口2和气相出口3，所述夹套上设有冷却介质进口4和冷却介质出口5；所述气相进口2和所述冷却介质进口4设于所述气相出口3和所述冷却介质出口5的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流。

在一优选的实施方式中，如图1所示，所述气相进口2设于所述顺流转化器本体1的底部，所述气相出口3设于所述顺流转化器本体1的顶部，所述冷却介质进口4较所述冷却介质出口5近所述气相进口2。

实施例1

一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置，如图2所示，所述装置包括两个串联的顺流转化器(一级顺流转化器和二级顺流转化器)，所述顺流转化器包括顺流转化器本体1和设于所述顺流转化器本体外的夹套，所述顺流转化器本体1上设有气相进口2和气相出口3，所述夹套上设有冷却介质进口4和冷却介质出口5；所述气相进口2和所述冷却介质进口4设于所述气相出口3和所述冷却介质出口5的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流；所述气相进口2设于所述顺流转化器本体1的底部，所述气相出口3设于所述顺流转化器本体1的顶部，所述冷却介质进口4较所述冷却介质出口5近所述气相进口2。

预热后摩尔比为1：1.02的乙炔和氯化氢混合气从一级顺流转化器的气相进口2进入一级顺流转化器，控制乙炔空速为20h^-1，催化剂床层高度3m，反应温度为90～180℃，压力为 20KPa。在铜基催化剂作用下，一级反应得到的气相组分从一级顺流转化器的气相出口3采出，然后从二级顺流转化器的气相进口2进入二级顺流转化器，催化剂床层高度3m，反应温度为90～180℃，压力为20KPa，在二级顺流转化器中物料进行二级反应，得到的粗氯乙烯产品气从二级顺流转化器的气相出口3采出。

一级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开一级顺流转化器。二级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5 离开二级顺流转化器。

运行情况如下表：

一级顺流转化器运行情况

二级顺流转化器运行情况

实施例2

使用的装置与实施例1相同。

预热后摩尔比为1：1.05的乙炔和氯化氢混合气从一级顺流转化器的气相进口2进入一级顺流转化器，控制乙炔空速为40h^-1，催化剂床层高度3.3m，反应温度为90～180℃，压力为50KPa。在铜基催化剂作用下，一级反应得到的气相组分从一级顺流转化器的气相出口3 采出，然后从二级顺流转化器的气相进口2进入二级顺流转化器，催化剂床层高度3.3m，反应温度为90～180℃，压力为50KPa，在二级顺流转化器中物料进行二级反应，得到的粗氯乙烯产品气从二级顺流转化器的气相出口3采出。

一级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开一级顺流转化器。二级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5 离开二级顺流转化器。

运行情况如下表：

一级顺流转化器运行情况

二级顺流转化器运行情况

实施例3

使用的装置与实施例1相同。

预热后摩尔比为1：1.1的乙炔和氯化氢混合气从一级顺流转化器的气相进口2进入一级顺流转化器，控制乙炔空速为60h^-1，催化剂床层高度3.6m，反应温度为90～180℃，压力为 70KPa。在铜基催化剂作用下，一级反应得到的气相组分从一级顺流转化器的气相出口3采出，然后从二级顺流转化器的气相进口2进入二级顺流转化器，催化剂床层高度3.6m，反应温度为90～180℃，压力为70KPa，在二级顺流转化器中物料进行二级反应，得到的粗氯乙烯产品气从二级顺流转化器的气相出口3采出。

一级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开一级顺流转化器。二级顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5 离开二级顺流转化器。

运行情况如下表：

一级顺流转化器运行情况

二级顺流转化器运行情况

实施例4

一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置，如图1所示，所述装置包括一个顺流转化器，所述顺流转化器包括顺流转化器本体1和设于所述顺流转化器本体外的夹套，所述顺流转化器本体1上设有气相进口2和气相出口3，所述夹套上设有冷却介质进口4和冷却介质出口5；所述气相进口2和所述冷却介质进口4设于所述气相出口3和所述冷却介质出口5的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流；所述气相进口2设于所述顺流转化器本体1的底部，所述气相出口3设于所述顺流转化器本体1的顶部，所述冷却介质进口4较所述冷却介质出口5近所述气相进口2。

将预热后摩尔比为1：1.02的乙炔和氯化氢原料混合气体从顺流转化器的气相进口2进入顺流转化器，控制乙炔空速为10h^-1，催化剂床层高度3.9m，反应温度为90～180℃，压力为20KPa。在铜基催化剂的催化作用下发生反应，得到粗氯乙烯产品气，在顺流转化器的气相出口3采出。

顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开顺流转化器。

运行情况如下表：

单级顺流转化器运行情况

实施例5

使用的装置与实施例4相同。

将预热后摩尔比为1：1.06的乙炔和氯化氢原料混合气体从顺流转化器的气相进口2进入顺流转化器，控制乙炔空速为25h^-1，催化剂床层高度4.6m，反应温度为90～180℃，压力为50KPa。在铜基催化剂的催化作用下发生反应，得到粗氯乙烯产品气，在顺流转化器的气相出口3采出。

顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开顺流转化器。

运行情况如下表：

单级顺流转化器运行情况

实施例6

使用的装置与实施例4相同。

将预热后摩尔比为1：1.1的乙炔和氯化氢原料混合气体从顺流转化器的气相进口2进入顺流转化器，控制乙炔空速为40h^-1，催化剂床层高度5.4m，反应温度为90～180℃，压力为 70KPa。在铜基催化剂的催化作用下发生反应，得到粗氯乙烯产品气，在顺流转化器的气相出口3采出。

顺流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开顺流转化器。

运行情况如下表：

单级顺流转化器运行情况

对比例

使用的装置如图3所示，所述装置包括两个串联的逆流转化器(一级逆流转化器和二级逆流转化器)，所述逆流转化器包括逆流转化器本体1和设于所述逆流转化器本体外的夹套，所述逆流转化器本体1上设有气相进口2和气相出口3，所述夹套上设有冷却介质进口4和冷却介质出口5；所述气相进口2设于所述逆流转化器本体1的顶部，所述气相出口3设于所述逆流转化器本体1的底部，所述冷却介质进口4较所述冷却介质出口5近所述气相出口3。

预热后摩尔比为1：1.05的乙炔和氯化氢混合气从一级逆流转化器的气相进口2进入一级逆流转化器，控制乙炔空速为40h^-1，催化剂床层高度3.3m，反应温度为100～160℃，压力为50KPa。在铜基催化剂作用下，一级反应得到的气相组分从一级逆流转化器的气相出口3 采出，然后从二级逆流转化器的气相进口进入二级逆流转化器，催化剂床层高度3m，反应温度为100～160℃，压力为50KPa，在二级逆流转化器中物料进行二级反应，得到的粗氯乙烯产品气从二级逆流转化器的气相出口采出。

一级逆流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5离开一级逆流转化器。二级逆流转化器壳程冷却介质从冷却介质进口4进入夹套，从冷却介质出口5 离开二级逆流转化器。

运行情况如下表：

一级逆流转化器运行情况

二级逆流转化器运行情况

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，在铜基催化剂的催化作用和冷却介质的冷却作用下，将包括乙炔和氯化氢的原料混合气进行一级反应或两级反应，其中，所述包括乙炔和氯化氢的原料混合气与所述冷却介质的换热流程为顺流；

所述一级反应或两级反应在铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的装置中进行，所述装置包括一个顺流转化器或两个串联的顺流转化器，所述顺流转化器包括顺流转化器本体(1)和设于所述顺流转化器本体外的夹套，所述顺流转化器本体(1)上设有气相进口(2)和气相出口(3)，所述夹套上设有冷却介质进口(4)和冷却介质出口(5)；所述气相进口(2)和所述冷却介质进口(4)设于所述气相出口(3)和所述冷却介质出口(5)的同一侧，用于将原料混合气与冷却介质形成顺流；所述气相进口(2)设于所述顺流转化器本体(1)的底部，所述气相出口(3)设于所述顺流转化器本体(1)的顶部，所述冷却介质进口(4)较所述冷却介质出口(5)近所述气相进口(2)；

当进行一级反应时，乙炔空速为10h^-1～40h^-1；催化剂床层高度为3.9m～5.4m；

当进行两级反应时，第一级反应中乙炔空速为20h^-1～60h^-1；每级催化剂床层高度为3米～3.6米。

2.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行两级反应时，第一级反应中乙炔和氯化氢的摩尔比1：1.02～1：1.1。

3.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行两级反应时，每级反应中反应温度为90℃～180℃。

4.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行两级反应时，每级反应中反应压力为20KPa～70KPa。

5.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行两级反应时，控制两级反应后得到的粗产品气中乙炔体积分数≤4％。

6.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行一级反应时，乙炔和氯化氢的摩尔比1：1.02～1：1.1。

7.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行一级反应时，反应温度为90℃～180℃。

8.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行一级反应时，反应压力为20KPa～70KPa。

9.如权利要求1所述的铜基催化剂催化乙炔氢氯化合成氯乙烯的方法，其特征在于，当进行一级反应时，控制反应后得到的粗产品气中乙炔体积分数≤4％。

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