醋酸乙烯生产工艺讲义概要

醋酸乙烯生产工艺方案安全技术部***目录醋酸乙烯简介生产工艺简介电石乙炔法工艺介绍产品规格及定额消耗下游产品简介醋酸乙烯（VAC）简介物化性质物性无色可燃性液体沸点：72.5℃熔点:-100.2℃密度：0.9312g/cm3(20℃)不溶于水，溶于大多数有机溶剂化性醋酸乙烯酯分子式：CH3COOCH＝CH2因分子中含乙烯基双键，易发生聚合反应，适于制造均聚物或共聚物。主要用途醋酸乙烯（VAC）是世界上产量最大的50种基本化工原料之一，以VAC为原料可以生产聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、粘合剂、涂料、乙烯共聚物等一系列重要的化工、化纤产品。它被广泛用于纺织、建筑、汽车、轻工、农业等各个领域。醋酸乙烯（VAC）生产工艺简介篇德国专利中第一次提到醋酸乙烯存在乙炔+醋酸双醋酸亚乙酯+醋酸乙烯（5%）1962年苏联学者Mouceeb等发表研究报告，首次成功研发出醋酸乙烯合成方法乙烯+醋酸醋酸乙烯汞盐氯化钯、醋酸钠合成醋酸乙烯技术进展乙烯法乙烯法是乙烯、醋酸和氧在钯盐的作用下生成醋酸乙烯，有液相法和气相法两种。液相法对设备和管道的腐蚀严重，目前已不用。C2H4＋CH3COOH＋1/2O2→VAC＋H2O乙炔法乙炔法是在液相或气相下使乙炔和醋酸在催化剂作用下进行反应生成醋酸乙烯的方法，按反应相态分为乙炔液相法和乙炔气相法。乙炔液相法由于选择性低，副产物多，已被淘汰。C2H2＋CH3COOH→VAC合成醋酸乙烯技术进展乙炔法中按原料来源不同又分为电石乙炔法与天燃气乙炔法。电石乙炔法该法是三十年代开始工业化，原料乙炔由电石制备而来，然后和醋酸在醋酸锌－活性炭催化剂的作用下反应生成醋酸乙烯。副反应主要生成乙醛、二醋酸亚乙酯、丁烯醛等。工业上采用的反应器型式有用颗粒状活性炭催化剂的固定床和用粉状活性炭催化剂的流化床，而后者更适于大规模生产。天燃气乙炔法美国Borden公司于1962年建成了天然气乙炔气相法生产醋酸乙烯的工厂。生产方案是以天然气部分氧化制取的乙炔为原料，副产的合成气用于生产甲醇，所得甲醇与一氧化碳反应生产醋酸，最后乙炔与醋酸合成醋酸乙烯。※随着天然气价格的上涨，其成本趋于接近电石乙炔法的成本。20世纪60年代以前主要是乙炔法，20世纪70年代，随着石油化工的发展，乙烯价廉易，乙烯法占据主体地位在美国20世纪70年代初已完成由乙炔法向乙烯法转变，日本乙烯法已占据约76%（2009年数据）我国由于煤炭资源丰富，乙炔易得，乙炔法仍占主体地位世界VAC的生产装置共有40余套，我国现有VAC生产装置15套，其中2套为乙烯路线，其余13套为乙炔路线。13套中只有1套用天然气乙炔其余12套用电石法合成醋酸乙烯技术进展名称国际情况国内情况天然气乙炔法法国罗纳.普朗克公司开发成功，并实现工业化国内四川川维采用石油乙烯法（拜耳乙烯法）由德国拜耳公司开发成功，日本可乐丽公司首先实现工业化国内的上海石化和北京有机化工采用电石乙炔法最早实现工业化的一种生产方法我国普遍采用此方法合成醋酸乙烯技术进展生产工艺技术比较生产工艺乙烯法电石乙炔法天然气乙炔法反应方式固定床气相流化床气相固定床气相反应温度℃150～200170～210170～210反应压力MPa0.49~0.98常压常压空速L.h-12040~2100110~150200~270摩尔比C2H4:HAC:O2=9:4:1.5HAC:C2H2=1:2.5~3.5HAC:C2H2=1:3~4催化剂金、钯贵有金属Zn(Ac)2/活性炭Zn(Ac)2/活性炭催化剂寿命150~180天150~180天85~90天HAC单程转化率%15~2030~45%50~60%空时收率6~81.0~1.32.0~2.5主要优点副产物少，设备腐蚀性小，催化剂活性高，产品质量好技术成熟，投资少，单台设备产能大，催化剂易得。热能利用好，催化剂价廉、易得，副反应少。主要缺点催化剂贵重电石渣污染严重乙炔成本高生产工艺技术比较名称单位乙烯法乙炔法单位价格乙烯法乙炔法单耗量单耗量元单位成本单位成本乙烯kg4198.43519.60乙炔kg3201203840醋酸kg723720321692160氧气kg28012800电kw.h11042150.5552107.5水t4403601440360蒸汽t1.42.5180252450催化剂及辅助化学品1000400合计8212.67317.5乙炔气相法分类•按反应器的类型可分为固定床法与流化床法固定床固定床又分为炉式与列管式。炉式反应工艺目前已淘汰。列管式固定床反应器类似于列管式换热器，催化剂装在管内，为了使气体分布均匀，在反应器的入口（上部）设有气体分布器，同时，装催化剂时，每根管内装的量要相等，高度也一样，保证每根管子的阻力相同，防止气体走短路。反应器的管间内通热媒，用于正常运行时的撤热及开车阶段的加温。乙炔气相法分类流化床流态化技术是上世纪六十年代左右发展起来的一门较新的科学技术。在气固相催化反应、气固相接触反应、固体物料的干燥以及培烧、吸附等方面被广泛应用。目前在乙炔法合成醋酸乙烯的流化床基本为圆锥自由床。主要由三部分主成：一是反应本体；二是扩大体；三是气体分布器及锥体。采用圆锥床可以有效防止催化剂颗粒沿轴向的分级。在反应本体的夹套部分通热媒，用于正常运行时的撤热及开车阶段的加温。固定床与流化床的比较反应方式固定床气相法流化床气相法反应温度℃170~210170~210操作压力MPa常压常压空速L.h﹣1200~270110~150摩尔比（乙炔：醋酸）3~4:12.5~3.5:1催化剂组成Zn（Ac）2/活性炭Zn（Ac）2/活性炭催化剂寿命85~90天150~180天工艺操作条件固定床与流化床的比较反应方式固定床气相法流化床气相法醋酸转化率50~60%30~45%优点1、醋酸单程转化率高；2、反应液醋酸乙烯浓度高，有利于分离。3、空速大，空时收率（S.T.Y)高。4、载体活炭的强度要求不苛刻。1、催化剂的体积小，相对接触面较大，有利于传热和传质。2、流态化的颗料，提高了传热和传质系数，避免局部过热，增加催化剂的寿命，并提高了产品质量。3、运行过程中，可以很方便的进行部分的催化剂交换，保证催化剂活性降低较慢，延长操作周期。4、催化剂的装、卸简单，劳动强度低。5、单台生产能力大。技术效果电石乙炔流化床法合成VAC工艺简介VAC生产组成单元1乙炔单元乙炔发生系统乙炔清净系统2合成单元合成反应系统气体分离系统乙炔回收系统导热油系统触媒配制系统3精馏单元粗馏系统VAC精制系统醋酸精制系统VAC、乙醛回收系统残液醋酸回收系统过滤系统4中间罐区单元5乙醛氧化单元电石乙炔流化床法生产VAC的工艺组成单元如下：乙炔发生单元乙炔发生单元乙炔发生系统乙炔发生在微正压下进行，在发生器中，电石与水反应，生成乙炔气和氢氧化钙。其化学反应式如下：CaC2＋2H2O——C2H2↑＋Ca（OH）2↓＋127．3KJ／mol乙炔清洁系统来自乙炔站的粗乙炔，经过水封槽后经水环泵加压，打入废次氯酸钠塔初步除去硫化氢、磷化氢，废次氯酸钠液经废次钠输送泵送至乙炔站作为反应水；乙炔自塔顶出来后进入次氯酸钠塔，在塔内经过次氯酸钠喷淋，进一步除去硫化氢、磷化氢等杂质。乙炔气从次氯酸钠塔顶出来后，经过两次气液分离和冷却，进入综合洗涤塔下部，综合洗涤塔分两段，下段为碱洗，洗涤液为40-60%的碱液，为了中和掉前工序所夹带的酸液，上段为水洗，为了洗去乙炔中夹带的溶液，并降温。乙炔经过综合洗涤塔出来后，进入除雾塔，除去气体中夹带的水汽。经过净化的乙炔，通常称为精乙炔，然后送往合成单元。合成单元将外购的活性炭加入到活性炭加料斗，启动罗茨鼓风机，将活性炭吹入干燥沸腾床，全部加入后，关加料斗入口阀，开干燥床的底部入口阀，从下部吹起，同时开沸腾床的蒸汽，使活性炭处于干燥、沸腾的状态。外购醋酸定量加入错酸锌溶解槽，开溶解槽蒸汽加热，当达到一定温度后，加入外购的固体锌，开电机搅拌，此过程为物理溶解过程。待沸腾床里活性炭达到规定温度后，启动醋酸锌加料泵，将醋酸锌溶液打入到沸腾床中部，从上至下喷淋至活性炭上，此处为物理吸附过程。喷淋后，继续加热，除去水分，干燥后即为成品触媒，可以选择装入成品桶，或者卸入触媒取出仓，用罗茨鼓风机吹入触媒储仓备用。合成单元工艺流程－触媒配置系统合成单元工艺流程－合成反应系统精乙炔与循环乙炔后，经过大、小二级风机加压，打入醋酸蒸发器，醋酸蒸发器的醋酸来自醋酸储槽，醋酸蒸发后与打入的乙炔混合，进入混合气体预热器，为混合气体预热，加热后的气体经过撞击式液滴分离器进入到合成反应器，合成反应器利用清华大学专利，下部为气体分布器，可以使气体均匀上升，避免反应过程中的死角，在合成反应器中，乙炔气与醋酸蒸汽在催化剂的催化下，部分反应生成醋酸乙烯（VAC），同时也产生乙醛、丙酮等有机杂质。一同从反应器上部流出。馏出混合气体通过高效旋风分离气，触媒粉末被捕集下来，通过粉末取出槽卸出，混合气进入到分离塔底部。合成单元工艺流程－合成反应系统醋酐：139℃醋酸：118℃丁烯醛：104℃二醋酸亚乙酯：168℃各物质沸点醋酸乙烯：72.5℃醋酸甲酯：57.8℃乙醛：20.2℃水：100℃合成单元工艺流程－气体分离系统分离塔分三段，主要作用是采集产物，未反应的乙炔继续利用。第一段，混合气中的大部分醋酸被冷凝下来，同时气体中含有的少量催化剂粉末被循环液洗涤下来。第一循环液主要是醋酸，为了控制第一循环液中催化剂粉末不超过0.2%~0.4%，每小时排出0.5m3的循环液送往精馏工段进行过滤。同时，从第二循环液(主要是醋酸和醋酸乙烯)中取出一小部分补充到第一循环液，它是第一段冷量的来源。第二段，大部分醋酸乙烯、水、巴豆醛（丁烯醛）和少部分在第一段中未冷凝下来的醋酸被冷凝下来。第二循环液即为醋酸乙烯合成工段的产品(反应液），经连续采出送往精馏工段。第三段，气体中残余的低沸物乙醛被冷凝下来。第三循环液（醋酸乙烯和少量醋酸）中取出一部分（第二段的冷凝量）送至第二段循环液中。气体分离塔顶出来的气体中大量是95%的乙炔，此外，还含有氮气、氧气、乙醛、二氧化碳和醋酸乙烯等，经液滴分离器分离出夹带的液滴，99%的气体与新乙炔混合后，用乙炔鼓风机加压循环到醋酸乙烯合成反应器中。合成单元工艺流程－气体分离系统合成单元工艺流程－乙炔回收系统由于乙炔气中含有少量的氮气、氧气、二氧化碳等杂质，在持续生产过程中逐渐积累，会影响反应效率，故设立回收工序进行除杂。由于反应液（指醋酸乙烯、醋酸的混合液）在低温加压的条件下对乙炔的溶解度比较大，而对其他杂质气体的溶解度依然很小，所以根据这个原理对杂质气体进行分离。首先，乙炔气体进入吸收塔，塔中与反应液逆流接触，进行吸收，而不吸收的杂质气体达到一定量时，会自动从塔顶放出，吸收过乙炔的反应液经过吸收液循环泵打入解析塔，通过再沸器升温，将吸收的气体整出，这样就除去了氧气、氮气、二氧化碳等杂质气体，此时的乙炔气，仍含有乙醛杂质无法除去，由于水对乙醛的溶解度很大，而对于乙炔相当低，所以乙炔气再进入到水洗塔进行低温水洗，吸收其中的乙醛，吸收了乙醛的水溶液经过送出泵送至精馏，精制乙醛。而除杂后的乙炔气回到合成的液滴分离器继续利用。合成单元工艺流程－乙炔回收系统精馏单元粗馏系统VAC、乙醛回收系统VAC精制系统醋酸精馏系统回收车间精乙醛贮槽乙醛氧化车间精HAC贮槽残液醋酸回收系统排渣合成反应液精VAC贮槽过滤系统HACVACAldHACCHACVACAldHACHACVACAldAldAldMeOACMeOACHAC聚合回收VACVAC精馏是典型的气液传质、传热过程之一。它利用液体混合物中各组分的挥发度不同，在气液两相平衡时，气液两相的各组分组成不同，即易挥发组分在气相中的含量比在液相中的含量多，通过液相多次部分蒸发和气相的多次部分冷凝，把液体混合物中各组分分离。根据物料组分的不同，采用的分离方法也不同。脱乙醛塔、粗分