直接氯化生產1,2-二氯乙烷的裝置製造方法
2023-12-05 06:42:46 2
直接氯化生產1,2-二氯乙烷的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直接氯化生產1,2-二氯乙烷的裝置，包括環形管道反應系統、產品汽化分離收集系統和外循環與進料系統，管式氯化反應器至少2支並聯，底部匯集成1根管後再與母液循環回流管底部連通；外循環與進料系統是從汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循環管線，並再分為兩路，一路二氯乙烷母液外循環管線先連接冷卻器後依次與氯氣進料管線、溶氯混合器連接，然後與各個管式反應器的氯氣進料口連通；另一路二氯乙烷母液外循環管線依次與乙烯進料管線、乙烯混合器連接，然後與各個管式反應器的乙烯進料口連通。通過反應段並聯設置，使反應時間分布均勻，可以最大程度的減少副產物的產生，提高產品純度，節能效果良好。
【專利說明】直接氯化生產1 』 2- 二氯乙烷的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種利用純乙烯或者煉化幹氣稀乙烯直接氯化生產1，2- 二氯乙烷的裝置。
技術背景
[0002]1，2-二氯乙烷(簡稱EDC)，是一種重要的化工原料，用途廣泛，主要用於生產氯乙烯(VCM)，進一步聚合生產聚氯乙烯(PVC)。同時可以作為有機溶劑以及生產乙撐胺等化學品的原料。
[0003]工業上生產1，2_ 二氯乙烷常用的方法是乙烯直接氯化法或氧氯化法，是在催化劑作用下用氯氣直接氯化乙烯或用無水氯化氫氧氯化乙烯製得。工業化中氯氣直接氯化乙烯生產1，2- 二氯乙烷是在含有固體催化劑的1，2- 二氯乙烷母液中完成的，典型工藝及反應設備主要有以下幾種:中溫氯化立式鼓泡塔反應器，該反應器設有氣體分布器和拉西環填料，但是反應能力小，混合效果一般；高溫氯化一體化的反應器和精餾塔，但是混合效果不理想；高溫氯化立式鼓泡塔反應器，反應器中設置了氯氣混合器，一定程度上提高了混合效果，但操作彈性小，反應熱移除不及時。以上工業化反應設備相對應用成熟，生產穩定，但都存在一定缺陷，並且使用原料也僅限於純乙烯，未考慮稀乙烯氯化對混合、散熱要求更高的反應特性。
[0004]煉化幹氣(以下簡稱幹氣)是石油煉製過程中產生的尾氣，包括C2H4、C2H6、CH4、H2、C3H6, CO、CO2, H2O和H2S等組分，其中乙烯(C2H4)的含量一般小於20%，故稱稀乙烯，由於幹氣的成分比純乙烯更複雜，所以利用幹氣直接氯化生產1，2-二氯乙烷對反應裝置的要求更高。
[0005]中國專利CN102531827A公開了一種幹氣直接氯化製備二氯乙烷的方法，採用了管道反應器+鼓泡塔的反應器型式，利用管道反應器良好的混合效果，在一定程度上提高了反應效率，可用於幹氣的直接氯化；但是氯氣溶解效果差，與乙烯接觸不均，幹氣中乙烯轉化率不高，反應效率低，而且設備龐大，操作彈性小。
[0006]中國專利CN1984858A公開了一種環管型反應器，由垂直布置的兩個立柱管和上方的脫氣容器組成，在一個立柱管包括串聯交替布置的加料區段、反應區段和沸騰區段，交替加入乙烯和氯氣反應，當原料採用純乙烯時，使用該專利的反應裝置可以達到較好的反應效果。但當使用幹氣為原料時，由於幹氣和氯氣反應體系複雜，要求的停留時間較純乙烯長並且對反應熱移除要求高，不適合使用該反應裝置。由於該反應裝置的加料區段和反應區段為串聯設置，不同區段的反應時間不一致，並且工藝要求乙烯儘可能參與反應以提高乙烯轉化率，但是其下遊加料點加料後剩餘反應區段的長度不夠，限制了下遊加料點的加料量。如果要加長反應段，則只能增加反應器高度，勢必會影響裝置的效率和運行的經濟性，同時增加了副反應發生的機率；幹氣和氯氣反應體系要求儘快移除反應熱以減少副反應，而串聯布置的反應區段其下遊沸騰段不足，反應效率低，副反應增加常導致產品純度下降，不能滿足此工藝要求。
[0007]綜上所述，現有技術公開的反應裝置，在反應散熱、控制、操作彈性和運行的經濟性上仍需進一步改進，以利於乙烯、特別是稀乙烯直接氯化生產1，2- 二氯乙烷。
【發明內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種適用於乙烯、尤其是幹氣稀乙烯和氯氣直接氯化生產1，2- 二氯乙烷的裝置。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型包括環形管道反應系統、產品汽化分離收集系統和外循環與進料系統，環形管道反應系統包含管式氯化反應器和母液循環回流管，分別與汽化分離器相互連接形成一種環形結構，反應過程中母液在密度差的作用下在其中形成一種強烈的自循環；管式氯化反應器和母液循環回流管都是垂直布置的立柱管，頂部都與布置在上方的汽化分離器的汽化容器底部連通，其結構特點是管式氯化反應器至少2支並聯，底部匯集成I根管後再與母液循環回流管底部連通；外循環與進料系統是從汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循環管線，並再分為兩路，一路二氯乙烷母液外循環管線先連接冷卻器後依次與氯氣進料管線、溶氯混合器連接，然後與各個管式反應器的氯氣進料口連通；另一路二氯乙烷母液外循環管線依次與乙烯進料管線、乙烯混合器連接，然後與各個管式反應器的乙烯進料口連通。
[0010]每支管式氯化反應器分別設置1-2個乙烯進料口和1-2個氯氣進料口，在每支管式氯化反應器上氯氣的進料口設置在乙烯的進料口之後，而且上述兩個進料口之間的管段內設置有靜態混合器內構件，乙烯和氯氣的進料口增加時，靜態混合器內構件一般同數量增加，並按照上述乙烯和氯氣的布置順序依次交叉排布。通過2支或2支以上管式氯化反應器分別實現了乙烯和氯氣的多點進料，這樣有助於乙烯和氯氣的均勻混合，提高反應效率，減少副反應。每支管式氯化反應器內設置至少三段靜態混合器內構件以強化傳質，增強乙烯和氯氣的混合效果，提高反應效率。每支管式氯化反應器底部分別設置循環控制器，可以是不同形式的工藝閥門、自控閥門或者管道泵及其他強制循環設備中的一種或幾種的組合。通過該循環控制器可以根據生產需要控制循環母液的流速，進而達到控制反應程度的目的，同時也可以通過循環控制器的關閉或者開啟改變管式氯化反應器的投用數量和程度從而改變整套裝置的產能。
[0011]環形管道反應系統的母液循環回流管為一段立柱空管，空管管徑大小與裝置的產能相匹配,決定了母液的回流量和回流速率。
[0012]產品汽化分離收集系統包括汽化分離器、產品氣冷凝器、氣液分離器等裝置。汽化分離器由汽化包和汽化容器組成，其中汽化容器的水平截面積需滿足1，2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器內部上方、汽化包的內側壁設置外沿向下傾斜的折流板，汽化包的氣體出口上部設置除沫器，確保在尾氣量較大的情況下達到理想的氣液分離效果。汽化分離器上方汽化包設有1，2- 二氯乙烷蒸汽出口，1，2- 二氯乙烷蒸汽在產品氣冷凝器中大部分冷凝為液體，經氣液分離器後氣體外排，部分1，2-二氯乙烷液體作為產品送入產品儲罐，另一部分補充到外循環與加料系統。
[0013]汽化分離系統中安裝有折流板，阻滯1，2- 二氯乙烷汽化後的流速，分別設置在汽化容器內部上方和汽化包的內側壁。汽化容器上部安裝I塊弓形折流板，折流板下端向流體流動方向或者汽化包的位置方向傾斜4(Γ50°，切口為20%?35%，汽化包的豎管內側安裝相向安裝兩塊折流板，切口為159Γ30%，末端垂直向下傾斜3(Γ45°，並與除沫器之間保持一定的分離空間。
[0014]汽化分離系統中的汽化包的氣體出口上端安裝有除沫器，一般選擇慣性除沫器，選用高等級不鏽鋼材質或者不被1，2- 二氯乙烷溶解的有機材質。安裝時留出氣液分離空間。
[0015]從汽化分離器汽化容器底部引出的二氯乙烷母液外循環管線，通過循環泵並分為兩路，一路二氯乙烷母液外循環管線先連接冷卻器後依次與氯氣進料管線、溶氯混合器連接，最終通過溶氯二氯乙烷進料管線連通到各個管式氯化反應器的氯氣進料口 ；另一路二氯乙烷母液外循環管線依次與乙烯進料管線、乙烯混合器連接，同樣最終通過分散乙烯二氯乙烷進料管線連通到各個管式氯化反應器的乙烯進料口。在每支管式氯化反應器上氯氣的進料口總是設置在乙烯的進料口之後，而且兩個進料口之間的管段內設置有靜態混合器內構件，乙烯和氯氣的進料口增加時，一般同數量增加，並按照上述乙烯和氯氣的布置順序依次交叉排布。
[0016]採用本實用新型方案，由於其反應段由並聯的管式氯化反應器組成，各反應段長度分布均勻，便於熱量移除，同時由於實現了乙烯和氯氣平行進料和均勻混合，可以進一步避免反應局部過熱，提高了反應選擇性從而達到提高產品純度的目的。
[0017]上述直接氯化生產1，2_ 二氯乙烷裝置中，氯氣通過氯氣進料管線進入二氯乙烷母液外循環管線，在溶氯混合器中充分溶解於二氯乙烷循環母液中，用於溶解氯氣的二氯乙烷循環母液經過冷卻器適當降溫以提高對氯氣的溶解能力，溶解有氯氣的1，2_ 二氯乙烷經過多點進料系統分成至少兩路分別通過各管式氯化反應器的氯氣進料口進入反應器中。進料裝置均設置控制閥門及計量儀表，進料口可採用噴嘴形式或其他形式。
[0018]上述直接氯化生產1，2-二氯乙烷裝置中，乙烯進料方式除用於分散乙烯的二氯乙烷循環母液不需要冷卻器降溫外其他部分和氯氣進料方式完全相同。由於乙烯在1，2-二氯乙烷中的溶解度很小，只能通過分散乙烯混合器以氣沫形式分散在1，2_ 二氯乙燒中。
[0019]上述直接氯化生產1，2-二氯乙烷裝置中，每支管道反應器的各多點進料系統可以分別進行單點控制。
[0020]和現有中國專利CN1984858A公開的環管型反應器相比，反應段由I支管式氯化反應器變為至少2支管式氯化反應器，相應進料點的排列方式由沿單支管式氯化反應器徑向多點布置變為多支管式氯化反應器上平行多點布置。由於管式氯化反應器數量的增加，可以增強混合效果、提高轉化率、有效防止過度氯化減少副反應，在反應段長度相同的情況下可以保證乙烯和氯氣在反應段有足夠的停留時間以增強直接氯化效果，在設置相同停留時間的情況下，可以減小反應段的長度進而降低整個反應器的高度。每支管式氯化反應器設置循環控制器，可以根據生產需要投入或者停用某段管式反應器，從而自由調節產量，提高裝置操作彈性。本實用新型專利通過並聯的管式氯化反應器可以在不增加反應段的長度和反應器的高度的情況下，實現較好的反應效果。
[0021]由於反應段並聯設置、平行多點進料，使反應時間分布均勻，可以最大程度的減少副產物的產生，提高產品純度，並且反應區前段未反應的乙烯繼續輸入後段反應區，更好的促進了乙烯分散。可以根據反應尾氣中乙烯的含量調節氯氣進料量控制乙烯和氯氣的合適總配比，降低乙烯的損失。在裝置設計負荷內，乙烯和氯氣進料量分別固定的情況下，乙烯的損失隨著氯氣進料點的增多而降低，有效的提高了乙烯轉化率，尤其適用於稀乙烯和氯氣的反應。
[0022]該裝置通過單獨設置溶氯二氯乙烷冷卻器可以減少循環二氯乙烷母液的冷卻量，既可以保證氯氣的充分溶解，又具有良好節能的效果。
【具體實施方式】
[0023]以下通過附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0024]圖1為本實用新型直接氯化生產1，2- 二氯乙烷裝置示意圖。
[0025]實施例1
[0026]如圖1所示，直接氯化生產1，2-二氯乙烷管式氯化反應裝置，包括環形管道反應系統、產品汽化分離收集系統和外循環與進料系統，環形管道反應系統包括母液循環回流管3、循環控制器4、管式氯化反應器5 ;產品汽化分離收集系統包括汽化包1、汽化容器2、折流板19、除沫器20、產品氣冷凝器21、氣液分離器22;外循環與進料系統包括溶氯二氯乙烷管線6、溶氯二氯乙烷冷卻器7、氯氣進料管線8、溶氯混合器9、溶氯二氯乙烷多點進料系統10、溶氯二氯乙烷進料管線11、靜態混合器內構件12、分散乙烯二氯乙烷管線14、乙烯進料管線15、分散乙烯混合器16、分散乙烯二氯乙烷多點進料系統17、分散乙烯二氯乙烷進料管線18、二氯乙烷母液外循環管線13、循環泵26 ;還包括必要的連接件，以及工藝需要的各種控制閥門、安全閥門、計量儀表、混合器內構件、排空管線和保護管線等。
[0027]具體連接安裝方式如圖1所示，從汽化容器2底部出來的二氯乙烷母液外循環管線13經過循環泵26增壓後，分成溶氯二氯乙烷管線6和分散乙烯二氯乙烷管線14兩路，溶氯二氯乙烷管線6與溶氯二氯乙烷冷卻器7連接後和氯氣進料管線8、溶氯混合器9相連，溶氯混合器9出口通過溶氯二氯乙烷多點進料系統10及溶氯二氯乙烷進料管線11分成至少兩路進入各管式氯化反應器；分散乙烯二氯乙烷管線14和乙烯進料管線15連接後與分散乙烯混合器16連接，通過分散乙烯二氯乙烷多點進料系統17及分散乙烯二氯乙烷進料管線18分成至少兩路進入各管式氯化反應器5 ;管式氯化反應器5上部出口與汽化容器2相連，汽化容器2上部的汽化包I與產品氣冷凝器21、氣液分離器22相連，氣液分離器22上部與氣體排出管線23相連，氣液分離器22下部通過管線24與二氯乙烷母液外循環管線13相連用於回流部分二氯乙烷保持汽化容器母液液位，並通過管線25輸出產品；管式氯化反應器5由3支並聯，底部匯集成I根管後再與母液循環回流管3底部連通，管式氯化反應器5和母液循環回流管3都是垂直布置的立柱管，頂部都與布置在上方的汽化分離器的汽化容器2底部連通，在管式氯化反應器中溶液上升，環形管道反應系統的母液循環回流管3為一段立柱空管，空管管徑大小與裝置的產能相匹配，由母液的回流量和回流速率計算確定。二氯乙烷母液外循環管線13與溶氯二氯乙烷管線6、分散乙烯二氯乙烷管線14採用焊接方式連接，溶氯二氯乙烷進料管線11與管式氯化反應器進料口採用法蘭連接，分散乙烯二氯乙烷進料管線18與管式氯化反應器進料口採用法蘭連接。
[0028]產品汽化分離收集系統包括汽化分離器、產品氣冷凝器21、氣液分離器22，汽化分離器由汽化容器2和汽化包組成1，其中汽化容器2的截面積需滿足1，2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器2內部上方、汽化包I的側壁設置外沿向下傾斜的折流板19，汽化包I的氣體出口上遊設置除沫器20。折流板19選用弓形折流板，共三塊，切口為2(Γ45%，其中I塊為弓形折流板，安裝在汽化容器2頂壁靠近汽化包I 一側的位置，折流板下端向流體流動方向或者汽化包I的位置方向傾斜4(Γ50°，切口為20%?35%，汽化包I的豎管內側安裝相向安裝兩塊折流板，切口為159Γ30%，末端垂直向下傾斜3(Γ45°，並與除沫器20之間保持一定的分離空間。
[0029]除沫器20選擇慣性除沫器，選用高等級不鏽鋼材質或者不被1，2- 二氯乙烷溶解的有機材質。安裝時與下端折流板之間留出氣液分離空間，間距一般為汽化包內徑的0.5^1倍。
[0030]3支並聯的管式氯化反應器5是裝置的主要反應段，每支管式氯化反應器5設置三段靜態混合器內構件12，溶氯混合器9和分散乙烯混合器16中也設有靜態混合器內構件，內構件採用SK、SV組合、分段設置。
[0031]乙烯在分散乙烯混合器16中形成微小氣泡分散於二氯乙烷循環母液中，通過分散乙烯二氯乙烷多點進料系統17分三路管線18分別進入三支管式氯化反應器，形成三點進料模式，每個進料點均設置控制閥門及計量儀表。氯氣在溶氯混合器9中溶解於二氯乙烷循環母液，通過溶氯二氯乙烷多點進料系統10分成三路管線11也分別進入三支管式氯化反應器，形成三點進料模式，每個進料點也均設置控制閥門及計量儀表。在每支管式氯化反應器氯氣的進料點設置在乙烯的進料點之後，而且進料點之間的管段設置有靜態混合器內構件12。
[0032]實施例2
[0033]實施例2與實施例1基本相同，主要區別在於反應段由兩支管式氯化反應器組成，每支管式氯化反應器5中有六段靜態混合器內構件。溶氯混合器9、分散乙烯混合器16、管式氯化反應器5的內構件採用波紋管規整填料。
[0034]乙烯在分散乙烯混合器16中分散於二氯乙烷循環母液中後，通過分散乙烯二氯乙烷多點進料系統17分成四點進入兩支管式氯化反應器，每個進料點均設置控制閥門及計量儀表。
[0035]氯氣在溶氯混合器9中溶解於二氯乙烷循環母液中後，通過溶氯二氯乙烷多點進料系統10分成四點進入兩支管式氯化反應器，每個進料點均設置控制閥門及計量儀表，其中溶氯二氯乙烷最後一個進料點與汽化容器之間有二段靜態混合器內構件。
[0036]實施例3
[0037]實施例3與實施例1基本相同，主要區別在於反應段由四支管式氯化反應器組成，管式氯化反應器5是由五段管式靜態混合器使用螺紋連接。其中溶氯混合器9、分散乙烯混合器14使用SMV型靜態混合器，管式氯化反應器5採用SK、SX型內構件組合使用。
[0038]乙烯在分散乙烯混合器16中分散於二氯乙烷循環母液中後，通過分散乙烯二氯乙烷多點進料系統17分成八點進入四支管式氯化反應器，每個進料點均設置控制閥門及計量儀表。
[0039]氯氣在溶氯混合器9中溶解於二氯乙烷循環母液中後，通過溶氯二氯乙烷多點進料系統10分成八點進入四支管式氯化反應器，每個進料點均設置控制閥門及計量儀表，其中溶氯二氯乙烷最後一個進料點正常情況下不投用，與汽化容器2之間有一段管式靜態混合器。
[0040]本實用新型的工作過程說明:
[0041]循環二氯乙烷母液通過二氯乙烷母液外循環管線首先分成兩路，一路經溶氯二氯乙烷管線、溶氯二氯乙烷冷卻器冷卻後連入氯氣進料管線，通過溶氯混合器後使氯氣在循環二氯乙烷母液中充分溶解，再進入溶氯二氯乙烷多點進料系統後分成至少兩點進入各管式氯化反應器；另一路經分散乙烯二氯乙烷管線後與乙烯進料管線相連，再通過分散乙烯混合器使乙烯在循環二氯乙烷中充分分散後再通過多點進料系統進入管式氯化反應器；
[0042]在管式氯化反應器中溶氯二氯乙烷分多點與分散乙烯二氯乙烷充分混合，氯氣與乙烯反應生成1，2- 二氯乙烷，同時放出大量熱量使反應段和汽化段形成沸騰狀，二氯乙烷及低沸物快速蒸發形成多種成分的混合氣，其中未反應乙烯或氯氣經汽化包、產品氣冷凝器，在氣液分離器中分離後從頂部通過氣體排出管線回收，冷凝產生的液體1，2-二氯乙烷在氣液分離器中分離後一部分與二氯乙烷母液外循環管線相連用於保持母液液位，另一部分作為產品外排；用於溶解氯氣和分散乙烯的二氯乙烷循環母液從汽化容器中經二氯乙烷母液外循環管線流出，通過循環泵送到外循環與進料系統循環使用。
[0043]溶氯二氯乙烷多點進料系統和分散乙烯二氯乙烷多點進料系統都分別分成至少兩點進入各管式氯化反應器，並在每個進料點均設置控制閥門及計量儀表，可有效避免局部過熱，減少副反應的生產，大大提高了產品純度和乙烯轉化率，並利於操作彈性的調整。溶氯二氯乙烷進料點的數量和分散乙烯二氯乙烷進料點的數量一般相同，並保持一定的進料量比例。
【權利要求】
1.一種直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，包括環形管道反應系統、產品汽化分離收集系統和外循環與進料系統，環形管道反應系統包含管式氯化反應器和母液循環回流管，分別與汽化分離器相互連接形成一種環形的結構，管式氯化反應器和母液循環回流管都是垂直布置的立柱管，頂部都與布置在上方的汽化分離器的汽化容器底部連通，其特徵在於，管式氯化反應器至少2支並聯，底部匯集成I根管後再與母液循環回流管底部連通；外循環與進料系統是從汽化容器底部另外引出一路二氯乙烷母液外循環管線，並再分為兩路，一路二氯乙烷母液外循環管線先連接冷卻器後依次與氯氣進料管線、溶氯混合器連接，然後與各個管式反應器的氯氣進料口連通；另一路二氯乙烷母液外循環管線依次與乙烯進料管線、乙烯混合器連接，然後與各個管式反應器的乙烯進料口連通。
2.根據權利要求1所述的直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，其特徵在於，每支管式氯化反應器分別設置1-2個乙烯進料口和1-2個氯氣進料口，在每支管式氯化反應器上氯氣的進料口設置在乙烯的進料口之後，而且上述兩個進料口之間的管段內設置有靜態混合器內構件，乙烯和氯氣的進料口增加時，靜態混合器內構件一般同數量增加，並按照上述乙烯和氯氣的布置順序依次交叉排布。
3.根據權利要求1或2所述的直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，其特徵在於，所述的每支管式氯化反應器內設置至少三段靜態混合器內構件。
4.根據權利要求1或2所述的直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，其特徵在於，所述的每支管式氯化反應器分別設置循環控制器，循環控制器是包括不同形式的工藝閥門、自控閥門或者管道泵及其他強制循環設備中的一種或幾種的組合。
5.根據權利要求1或2所述的直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，所述的產品汽化分離收集系統包括汽化分離器、產品氣冷凝器、氣液分離器，其特徵在於，汽化分離器由汽化容器和汽化包組成，其中汽化容器的截面積需滿足1，2-二氯乙烷的汽化要求，在汽化容器內部上方、汽化包的側壁設置外沿向下傾斜的折流板，汽化包的氣體出口上遊設置除沫器。
6.根據權利要求1或2所述的直接氯化生產1，2-二氯乙烷的裝置，其特徵在於，所述的環形管道反應系統的母液循環回流管為一段立柱空管，空管管徑大小與裝置的產能相匹配，由母液的回流量和回流速率計算確定。
【文檔編號】C07C17/02GK204111619SQ201420565556
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】劉建路, 潘玉強, 袁敬明, 何友國, 張浩波, 遲慶峰 申請人:中國海洋石油總公司, 山東海化集團有限公司