一種低溫乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制備vcm的利用方法
【專利摘要】一種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化的方法和裝置，利用?103℃乙烯冷凝氯化氫塔頂產(chǎn)品氯化氫，從而減輕氯化氫冷凝器的冷凍機組負荷，節(jié)省電力，同時液態(tài)乙烯在換熱過程中汽化，不需要消耗蒸汽進行加熱。在創(chuàng)造巨額經(jīng)濟效益的同時降低作業(yè)環(huán)境噪音，提高能量的綜合利用率，實現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目標。
【專利說明】
一種低溫乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制備VCM的利用方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的裝置，具體涉及一種低能耗的平衡氧氯化法制備氯乙烯的裝置及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫乙烯儲罐裝置包括冷凍式低溫儲罐、卸船/裝船設施、卸車/裝車設施、乙烯再液化系統(tǒng)、乙烯汽化和過熱系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和其它為裝置安全、穩(wěn)定操作而配備的設備以及裝置組成部分。當利用低溫乙烯時需要將液態(tài)乙烯汽化后送往下游用戶，一般需要從-103°C加熱汽化到至少最低-26°C，這樣會消耗大量的蒸汽，但同時也浪費了大量的冷能。從低溫乙烯罐出來的液體乙烯溫度很低，液體乙烯必須經(jīng)過汽化和過熱才能實現(xiàn)乙烯氣相輸出。如果直接用蒸汽加熱會造成冷凝結(jié)冰，為實現(xiàn)此目的，設置了一套換熱系統(tǒng)E-451/452/453。乙烯汽化器的設計為管程表面冷凝的甲醇蒸汽汽化管程內(nèi)的液體乙烯。采用甲醇作為中間介質(zhì)，先通過一個換熱器將甲醇加熱，加熱的甲醇蒸汽進入乙烯換熱器，與乙烯換熱冷凝后再回流至蒸汽甲醇換熱器，這樣甲醇循環(huán)流動傳遞熱量。
[0003]這種技術(shù)路線從工藝上來說具有可行性，但綜合考慮方面看來，具有不合理性:
[0004](I)整個工藝來看，既有冷能的存在，又有多余熱能的存在，若分別利用蒸汽及冷卻水進行換熱，會造成大量能量資源的浪費，從工藝上看，是不合理的。
[0005](2)若采用冷能和熱能的相互轉(zhuǎn)換利用的工藝，不但從工藝上合理，從理論上看，可節(jié)省成本，提尚效益。
[0006]現(xiàn)有乙烯汽化工藝如附圖1所示，儲罐內(nèi)的乙烯通過罐內(nèi)栗4送至下游VCM裝置，罐內(nèi)栗可保證到達下游裝置界區(qū)處乙烯的壓力為1.2MPa，液體乙烯先在中部熱交換器8管程被加熱汽化，然后在熱交換器9的管程被加熱。只有部分乙烯通過熱交換器9加熱，將這部分溫度較高的乙烯與其余溫度降低的乙烯混合，使輸出溫度最低在-26°C左右。
[0007]乙烯儲罐I中液態(tài)乙烯溫度為-103°C，壓力控制在100?160mbarg，用乙烯輸送栗4送入汽化裝置熱交換器(8，9)，通過低壓蒸汽與甲醇換熱，再利用甲醇液化給低溫乙烯加熱，汽化后的乙烯氣體送往直接氯化單元和氧氯化單元生產(chǎn)二氯乙烷。
[0008]該工藝消耗大量的蒸汽，同時液態(tài)乙烯的大量冷能未能有效利用，造成能量的重復浪費。
[0009]目前，低溫乙烯儲罐作為一個獨立的裝置，并沒有將其所具有的冷能充分利用，這樣就造成了大量能量的浪費，還需要額外輸入大量蒸汽來加熱乙烯。為了節(jié)約成本，提高效益，一種能夠充分利用乙烯冷能新工藝的開發(fā)顯得非常必要。為此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的方法，該方法充分利用了低溫乙烯的冷能，極大節(jié)省電力、蒸汽，最大程度實現(xiàn)物料自身的冷熱能流相互利用，實現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目的。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝裝置。該裝置很好的利用了低溫乙烯的冷能，實現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目的。
[0012]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案:
[0013]—種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化的方法，包括:
[0014]將溫度為_103°C的液態(tài)乙烯分別經(jīng)兩路流出；
[0015]第一乙烯流經(jīng)過熱交換器換熱至溫度_26°C?25°C，然后輸送往氯化反應器或/和氧氯化反應器內(nèi)；
[0016]第二乙烯流與氯化氫塔排出的氯化氫氣體在第一熱交換器內(nèi)進行熱交換，熱交換后的乙烯流溫度升高到_45°C?_40°C，然后在經(jīng)過第二熱交換器換熱至_26°C?25°C并輸送往氯化反應器或/和氧氯化反應器內(nèi)，經(jīng)過第一熱交換器換熱后的液態(tài)氯化氫再回到氯化氫塔內(nèi)。
[0017]第一乙烯流經(jīng)過的熱交換器可以為兩個以上的熱交換器。
[0018]所述的第一乙烯流在熱交換器的熱交換方式采用本領域現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的方法。譬如，溫度為_103°C的液態(tài)乙烯與甲醇蒸汽通過兩個熱交換器換熱，乙烯升溫至-26°C?25。。。
[0019]在本發(fā)明乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化方法，在現(xiàn)有的汽化乙烯方法的基礎上，新增設了另一路乙烯汽化過程。具體為，增加一臺乙烯汽化器即第一熱交換器，經(jīng)低溫乙烯儲罐流出的-103°C的液態(tài)乙烯分流一部分用來冷凝氯化氫塔塔頂產(chǎn)品氯化氫氣體，從而減輕了液化氯化氫氣體的冷凍機組的負荷，節(jié)省電力，同時液態(tài)乙烯在冷凝氯化氫過程中汽化，不需要消耗蒸汽加熱。控制第一熱交換的液位和壓力保證在乙烯汽化的同時，氯化氫能夠液化并達到相應的溫度，不至于溫度太低而結(jié)冰或溫度高液化效果不明顯。
[0020]第一交換器排出的液態(tài)氯化氫的溫度為_35°C。
[0021]第一熱交換器流出的乙烯，溫度控制在_45°C?-40°C，相對壓力為1211.1kPaG?1422.0kPaG0
[0022]進入第一熱交換器的氣態(tài)氯化氫的流量通過調(diào)節(jié)器來控制，依據(jù)氯化氫液化放出的熱能將液態(tài)乙烯汽化。在本發(fā)明中，優(yōu)選的，進入第一熱交換器的氣態(tài)氯化氫的溫度在-35°C，流量控制在14210-14220kg/h。進入第一熱交換器的液體乙烯的流量控制在10445-10455kg/ho
[0023]在第一熱交換器進行熱交換時，乙烯汽化溫度控制在_45°C?-40°C，相對壓力為1211.1kPaG?1422.0kPaG，必要時可調(diào)節(jié)降低汽化溫度，使氯化氫頂部降溫，以降低氯化氫回流量從而節(jié)省再沸器所需蒸汽。_35°C氯化氫氣體液化成液態(tài)氯化氫的溫度，可以根據(jù)操作需要，調(diào)節(jié)第一熱交換器中乙烯的液位。如若要得到溫度較低的液態(tài)氯化氫，可將乙烯液位升高，以增加熱交換面積使氯化氫溫度下降。
[0024]在第一熱交換器內(nèi)的液態(tài)乙烯汽化后，溫度在_45°C?-40°C的乙烯在第二熱交換器進行換熱，升溫至-26 °C?25 °C，輸入氯化反應器或/和氧氯化反應器。
[0025]在第二換熱器內(nèi)，氣態(tài)的乙烯也是與甲醇蒸汽換熱升溫，也可以在第二換熱器內(nèi)利用從裂解爐出來的高溫氣體加熱此部分乙烯，節(jié)省了原來冷卻水冷卻此部分高溫氣體。
[0026]優(yōu)選的，第一乙烯流、第二乙烯流經(jīng)過各自的換熱后升溫至_26°C?25°C，然后第一、二乙烯流混合，待熱交換加熱到所需的溫度后送往氯化反應器或/和氧氯化反應器。
[0027]—種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝裝置，包括液態(tài)乙烯儲罐、氯氧化反應器和氯化反應器、氯化氫塔以及輸送栗，
[0028]其特征在于，液態(tài)乙烯儲罐通過第一管道與氯化反應器或氯氧化反應器連通，通過第二管道與第一熱交換器連通；第一熱交換器設在氯化氫塔的塔頂，第一熱交換器的乙烯出口通過第三管道與氯氧化反應器連通，在第三管道上設有第二熱交換器；第一熱交換器的液態(tài)氯化氫出口通過第四管道與氯化氫塔連通。
[0029]本發(fā)明所述的乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的裝置還包括，在第一管道上設有一個或兩個熱交換器。
[0030]所述的熱交換器包括夾套式、蛇管式、套管式和管殼式換熱器；其優(yōu)選管殼式換熱器。
[0031]管殼式換熱器是目前最廣泛的一種換熱設備，與其他換熱器相比，單位體積設備所能提供的傳熱面積要大得多，傳熱效果也好得多。由于設備結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，且能選用多種材料來制造，故實用性較強，尤其在大型裝置和高溫高壓中得到普遍應用。
[0032]換熱器中物料安排原則為，高溫高壓及對設備腐蝕性較強、對壓力降有特定要求的物料走管程，粘度大、流量小、給熱系數(shù)較小的物料走殼程。
[0033]根據(jù)工藝條件，本發(fā)明的換熱器采用低溫碳鋼材質(zhì)。第一熱交換器以及乙烯汽化器采用U型管式。乙烯走殼程，氯化氫走管程。
[0034]第二熱交換器，在此熱交換器，乙烯與裂解爐出來的熱物流換熱，乙烯走管程，熱物流走殼程。
[0035]液態(tài)乙烯儲罐內(nèi)設有輸送栗。
[0036]優(yōu)選的，在氯化氫塔的塔頂還設有一個第三熱交換器，與第一熱交換器處于并聯(lián)設置。在裝置剛開始運行時，氣態(tài)氯化氫采用第三熱交換器換熱液化，第一熱交換器不運行；當裝置運行平穩(wěn)后，第一熱交換器投入使用將氣態(tài)氯化氫冷凝液化，第三熱交換器停止使用。
[0037]第三換熱交換器是通過丙烯冷媒來與氣態(tài)氯化氫熱交換將其液化為液態(tài)氯化氫。
[0038]通常為了將氯化氫塔頂溫度控制在_35°C，維持塔頂?shù)蜏厮璧睦淠苡衫鋬鰴C組提供。在本發(fā)明中，待運行平穩(wěn)以后，可以停用該冷凍機組，改用利用乙烯的冷凝，與液態(tài)乙烯進行熱交換的方式來為實現(xiàn)這一目的。
[0039]優(yōu)選的，在第一熱交換器的液態(tài)氯化氫流出的管道上設置栗。
[0040]在工作狀態(tài)，低溫氯化、高溫氯化及氧氯化反應器所需的乙烯，由兩路雙線并行供應，一路為現(xiàn)有的乙烯汽化裝置，另一路為通過與氣體氯化氫在第一熱交換器進行換熱，優(yōu)先第二路供應，當供應不足時才用現(xiàn)有乙烯汽化裝置補充，以充分利用乙烯冷能而節(jié)省蒸汽用量及冷凍消耗。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出的優(yōu)勢在于:
[0042]本發(fā)明工藝在設備方面僅增加了一臺乙烯汽化器和一臺乙烯過熱器，簡潔、實用。利用-103°C的乙烯冷凝氯化氫塔頂產(chǎn)品氯化氫氣體，正常生產(chǎn)后停用維持氯化氫塔頂?shù)睦鋬鰴C組，從而極大節(jié)省電力；另一方面，液態(tài)乙烯在換熱過程中汽化，不再需要消耗蒸汽進行加熱，極大節(jié)約了蒸汽，最大程度實現(xiàn)了物料自身的冷熱能流相互利用。
[0043]極大降低了設備維護成本、減輕了職工的勞動強度，本發(fā)明顯著降低了對冷凍機組的維護保修成本，減輕了職工的維修、保養(yǎng)設備勞動強度。
[0044]本發(fā)明在創(chuàng)造巨額經(jīng)濟效益的同時降低了作業(yè)環(huán)境噪音，實現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目標，另低溫乙烯可降低氯化氫塔頂溫度，優(yōu)化操作條件，確保氯化氫進入氧氯化單元的純度，減少產(chǎn)生高沸物，降低廢水中有機物的濃度，符合國家節(jié)能減排政策要求。
【附圖說明】
[0045]圖1:現(xiàn)有技術(shù)乙烯平衡氧氯法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝流程圖
[0046]圖2:本發(fā)明的乙烯平衡氧氯法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝流程圖
[0047]I一液態(tài)乙稀儲觸，2—氣氧化反應器/氣化反應器，3—氣化氣塔，4，5—輸送栗，6—第一管道，7—第二管道，8，9一熱交換器，10—第一熱交換器，11一第三管道，12—第二熱交換器，13—第三熱交換器
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明低溫乙烯冷能在乙烯平衡氧氯化法制備VCM的利用進一步詳細敘述，并不限定本發(fā)明的保護范圍，其保護范圍以權(quán)利要求書界定。某些公開的具體細節(jié)對各個公開的實施方案提供全面理解。然而，相關(guān)領域的技術(shù)人員知道，不采用一個或多個這些具體的細節(jié)，而采用其他的部件、材料等的情況也可實現(xiàn)實施方案。
[0049]實施例1
[0050]參考附圖2，一種乙烯平衡氧氯法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝裝置，包括液態(tài)乙烯儲罐1、氯氧化反應器/氯化反應器2、氯化氫塔3以及輸送栗(4，5)。在乙烯儲罐I內(nèi)儲存-103 0C的液態(tài)乙烯備用，液態(tài)乙烯儲罐I內(nèi)設有栗4，便于將液態(tài)液體輸出，液態(tài)乙烯分兩路從液態(tài)乙烯儲罐I流出。第一乙烯流通過第一管道6流入氯化反應器/氯氧化反應器2內(nèi)，在管道6上設有兩個熱交換器(8、9)，熱交換器的熱媒可以選用本領域常用的物質(zhì)，例如甲醇蒸汽等，使得溫度_103°C的液態(tài)乙烯升溫至汽化為_26°C?25°C的乙烯。
[0051]從液態(tài)乙烯儲罐I流出的第二乙烯流通過第二管道7流向第一熱交換器10，氯化氫塔3頂部流出的氣態(tài)氯化氫也流向第一熱交換器10，通過調(diào)節(jié)液態(tài)乙烯以及流量控制器在熱交換器的液位，使得_103°C的液態(tài)乙烯與氣態(tài)氯化氫進行熱交換后，將氯化氫氣體液化且流入氯化氫塔3頂部的溫度為_35°C。如需要達到更低溫度的液態(tài)氯化氫，可以升高乙烯液位，以增加換熱面積是氯化氫溫度下降。所得_35°C液態(tài)的氯化氫利用栗5將其輸送到氯化氫塔頂。經(jīng)第一熱交換器10換熱后的乙稀溫度為-45?-40°c，溫度為-45?-40°C乙烯流經(jīng)過第三管道11流入氯化反應器/氯氧化反應器2內(nèi)，在第三管道11上設有第二熱交換器12，在第二熱交換器的熱媒為二氯乙烷，與-45?-40°C乙烯進行熱交換至乙烯溫度到26°C?25 °C。
[0052]在氯化氫塔外的塔頂還設有一個第三熱交換器13，與第一熱交換器10處于并聯(lián)設置。在裝置剛開始運行時，氣態(tài)氯化氫采用第三熱交換器13換熱液化，第一熱交換器10不運行；當裝置運行平穩(wěn)后，第一熱交換器10投入使用將氣態(tài)氯化氫冷凝液化，第三熱交換器13停止使用。在本發(fā)明中，待運行平穩(wěn)以后，可以停用該冷凍機組，改用利用乙烯的冷凝，與液態(tài)乙烯進行熱交換的方式來液化氯化氫氣體。極大節(jié)省電力，顯著降低了對冷凍機組的維護保修成本，減輕了職工的維修、保養(yǎng)設備勞動強度。
[0053]將第一、第二乙烯流最后加熱到_26°C?25°C的乙烯混合，之后在加熱到所需溫度，再流入相應的反應器內(nèi)進行反應。
[0054]實驗例I
[0055]本實施例是對采用本發(fā)明實施例1的設備，通過對乙烯冷能的利用，其節(jié)能情況如下:其它工藝過程以及工藝參數(shù)參考現(xiàn)有技術(shù)的，不同之處在于，乙烯汽化過程不同。
[0056]根據(jù)40萬噸/年VCM，氯乙烯為50000kg/h，產(chǎn)生氯化氫的量為28432kg/h，若設計50 %的氯化氫冷凝利用低溫乙烯的冷能來實現(xiàn)，計算如下:
[0057]氯化氫塔頂部的氣態(tài)氯化氫在_35°C時液化需要冷能為:
[0058]Q1= mr = 28432kg/hX50% X91.7kcal/kg = 1303607.2kcal/h
[0059]因此，乙烯汽化器需提供的冷能為:
[0060]Q2= Q1= 1303607.2kcal/h
[0061]根據(jù)管網(wǎng)壓力和氯化氫需要的冷凝溫度，乙烯溫度確定為_40°C及1422.0kPaG。
[0062]Ikg乙烯從-103°C汽化為-40°C所釋放出的冷能為:
[0063]Q3= cmΔ t+mr = 0.66X IkgX (103-40) +IkgX85.7kcal/kg = 127.28kcal/kg
[0064]乙烯汽化器需要_103°C液態(tài)乙烯數(shù)量為:
[0065]1303607.2kcal/h+127.28kcal/kg + 98% (熱量損失)=10451kg/h
[0066]乙烯汽化器需要的-103 °C液態(tài)乙烯數(shù)量為10451kg/h。
[0067]如果將冷凝的全部負荷轉(zhuǎn)移到采用乙烯冷凝，則需用的液態(tài)乙烯量為:
[0068]2X10451kg/h = 20902kg/h
[0069]40萬噸/年VCM需要的乙烯23000kg/h，可滿足要求。
[0070]液態(tài)乙烯氣化為_40°C的乙烯，需要進一步加熱至_26°C，此部分可用急冷塔出料的熱量換熱。
[0071]按上述50%的氯化氫冷凝所用用低溫乙烯的量，乙烯過熱器所需的熱量為:
[0072]Q = cmAt = 0.66X 10451kgX 14 = 96567.24kcal/h
[0073]急冷塔后有急冷塔冷凝器，該冷凝器為循環(huán)水冷卻器，可以用此部分熱量加熱乙烯，同時節(jié)省循環(huán)水用量，此部分熱量為6641700kcal/h，可滿足乙烯過熱器所需。
[0074]若冷卻氣態(tài)氯化氫的丙烯制冷全部利用乙烯冷能代替，節(jié)能效益如下:⑴冷凍機(功率4702kw)停用，一年節(jié)省電費約2966.0216萬元；乙烯汽化裝置，一年節(jié)省蒸汽費用約554.993萬元；氯化氫回流量減少，節(jié)省蒸汽費用約80萬元。
[0075]合^一年能節(jié)約成本約為3601.01463萬元。
【主權(quán)項】
1.一種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化的方法，包括: 將溫度為-103°c的液態(tài)乙烯分別經(jīng)兩路流出； 第一乙烯流經(jīng)過熱交換器換熱至溫度-26°C?25°C，然后輸送往氯化反應器或/和氧氯化反應器內(nèi)； 第二乙烯流與氯化氫塔排出的氯化氫氣體在第一熱交換器內(nèi)進行熱交換，熱交換后的乙烯流溫度升高到_45°C?_40°C，然后再經(jīng)過第二熱交換器換熱至_26°C?25°C并輸送往氯化反應器或/和氧氯化反應器內(nèi)，經(jīng)過第一熱交換器換熱后的液態(tài)氯化氫再回到氯化氫塔內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一乙烯流經(jīng)過的熱交換器可以為兩個以上的熱交換器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，溫度為-103°C的液態(tài)乙烯與甲醇蒸汽通過兩個熱交換器換熱，乙烯升溫至_26°C?25°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，經(jīng)過第一換熱器換熱后的氯化氫液態(tài)的溫度為-35 °C。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，乙烯流出第一熱交換器時的，溫度控制在_45°C?-40°C，相對壓力為1211.1kPaG?1422.0kPaG。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第一熱交換器內(nèi)的液態(tài)乙烯汽化后，溫度在-45°C?_40°C的乙烯在第二熱交換器進行換熱，升溫至-26°C?25°C，輸入氯化反應器或/和氧氯化反應器。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，第一乙烯流、第二乙烯流經(jīng)過各自的換熱后升溫至_26°C?25°C，然后第一、二乙烯流混合，待熱交換加熱到所需的溫度后送往氯化反應器或/和氧氯化反應器。8.—種乙烯平衡氧氯化法制備氯乙烯的乙烯汽化工藝裝置，包括液態(tài)乙烯儲罐(1)、氯氧化反應器/氯化反應器(2)、氯化氫塔(3)以及輸送栗(4，5)， 其特征在于，液態(tài)乙烯儲罐(I)通過第一管道(6)與氯化反應器/氯氧化反應器(2)連通，通過第二管道(7)與第一熱交換器(10)連通；第一熱交換器(10)設在氯化氫塔(3)外的塔頂，第一熱交換器(10)的乙烯出口通過第三管道(11)與氯化反應器/氯氧化反應器⑵連通，在第三管道(11)上設有第二熱交換器(12);第一熱交換器(10)的液態(tài)氯化氫出口通過第四管道(14)與氯化氫塔(3)連通。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括，在第一管道(6)上設有一個或兩個熱交換器。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，在氯化氫塔(3)外的塔頂還設有一個第三熱交換器(13)，與第一熱交換器(10)處于并聯(lián)設置。
【文檔編號】C07C21/06GK105837395SQ201510015169
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月13日
【發(fā)明人】郎需霞, 李明, 高自建, 張清亮, 王凱, 劉珍玉, 紀業(yè), 梁錫偉
【申請人】青島海晶化工集團有限公司