流程模拟技术在四氟乙烯装置技术改造的应用.pdf

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2008,18(2)
许竹君流程模拟技术在四氟乙烯装置技术改造的应用
流程模拟技术在四氟乙烯装置技术改造的应用
许竹君*上海工程化学设计院有限公司上海200235
摘要以实验为依据,以化工流程模拟软件为工具,建立四氟乙烯生产工艺全流程模拟数模,并成
功地应用于装置的模拟放大及优化设计,既保证设计项目的先进性与可靠性,又为业主贏得显著的经济效
益、良好的社会效益和环境效益。
关键词四氟乙烯六氟丙烯流程模拟效益
四氟乙烯是含氟高分子材料、很多含氟中间
(4)后者的产物组份种类比前者少,四氟
体和精细化学品的重要原料,被称为现代氟化工乙烯的含量高,总杂质含量比前者明显减少。
的基础。其主要产品聚四氟乙烯是一种强韧而无
总之,后者不仅原料转化率比前者高,目的
回弹性、无热塑性,享有塑料王之称的材料,在产物选择性好,而且原料消耗量低,高沸物残液
机械、化学、电子、电气、建筑、轻纺、医药、量少,反应设备结构简单,运行可靠,不易结焦
药械等工业领域中应用广泛,供不应求。因此,等,虽然需采用温度高达900℃以上的过热水蒸
为适应市场经济的发展,我们承担了上海某股份汽作为稀释剂和热载体,且需后续处理大量的废
有限公司(以下简称业主公司)原有的2.5ktレa水,但权衡之下还是利大于弊。
四氟乙烯装置的技术改造项目,使之达到5.5
F22过热水蒸汽稀释裂解反应在760~900℃
kt/a的生产能力。
的管式、活塞流反应器中进行。
工艺选择
主要反应为:
2ccR、稀释剂、加热cF,=cF,+2Hcl
1.1反应部分
该裂解反应为吸热、自由基反应,反应机理
国内外生产四氟乙烯工艺大致有二氟一氯甲为
烷(以下简称P22)常压空管热裂解(以下简称
CHCIF2→:CF2+HCI
前者)和F22过热水蒸汽稀释裂解(以下简称
2:CF2-→CF2=CF2
后者)。项目选用后者,主要原因为:
主要副反应为
(1)后者比前者反应温度高,而裂解反应
2= CFCF
是均相吸热反应,因此,提高反应温度有利于提
CF =CF +HCL ++(CF2) HCI
高反应转化率。
CHCIF2 + CE2 =CF2
(CF2 ): HCI
(2)裂解是体积增加的反应,因此,减压
2CF2 CF2
对反应有利,但减压在工业上较难实现,而加入
AF2 +H0--+CO+2HF
惰性气体稀释剂以降低其分压,同样能起到减压
反应产物较复杂,除四氟乙烯、六氟丙烯、
效果。项目采用的过热水蒸汽既是稀释剂,又是八氟环丁烷以及H(CF2),CL(n=2,3,4
热载体。
)等同系物及HCl外,还有少量八氟丁烯、
(3)在高转化率下反应时,往往会生成多氟异丁烯等高沸物,以及CHF、CHS
种含氟高沸物,它们都是串联反应的结果。过热
CH2CF2、C2H3F、C2HF3、C2F3I等与四氟乙烯
的水蒸汽能抑制高沸物的产生,因而,在较高的近沸或共沸的低沸物。
F22转化率下亦能获得较高的四氟乙烯选择性。
许竹君:高级工程师。1983年毕业于华东化工学院基本有机化工专业。长期从事化工流程模拟和化工设计工作。联系电话.
(021)64705888-5024,E-mail:xuzi@scei.com.cn.
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CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2008,18(2)
1.2分离部分
现场实测数据,考核、验证及优化所建数模,直
项目采用加压精餾提取四氟乙烯单体;采用至与实际相符。随后用所建数模对项目进行模
共沸精、萃取精馏回收未反应的P2、副产物拟、放大及优化计算,制定出最佳操作控制方
六氟丙烯和排放尾气中的大部分四氟乙烯的多塔案、指标或要求等。同时,采用换热器计算软
流程分离技术,主要原因为:
件、换热管网计算软件、塔水力学计算软件等对
(1)F2裂解产物的沸点比较低,如果用常设计中的所有换热器、精餾塔、吸收塔、反应
压精馏,则精馏塔塔顶温度很低,必须用价格昂器、节能设施等进行设计计算,以保证设计最
贵的低温冷剤才能使塔顶裂解产物冷凝。而采用佳,达到投资小、效果好、单耗、能耗低、残液
加压精馏,虽然分离效果略逊于常压精馏,但精
量低等目的。
馏塔塔顶用一般的冷剂即可满足要求,达到预期2.2.1模拟方面
的分离效果。
由于氟原子电负性强,原子半径小,故含氟
(2)六氟丙烯与P22能形成最低共沸物,
化合物具有很多独特的性质。因此,在模拟计算
故用常规的分馏方法不易将它们分离。先采用共
中采用常规的热方法难以得出正确的结果,需对
沸精馏,使六氟丙烯与F22形成的共沸物与F2
热方法进行必要的修正。项目采用的修正方法
分离,从而回收大部分F2,然后利用P2与六有:先査得有关实验数据,对其进行回归,得出
氟丙烯分子极性的差异,采用萃取精馏法将六氟既合乎逻辑又符合实际的系数或交互作用参数
丙烯与F22形成的共沸物分离。当然,也可直接等,再用于模拟计算,然后将计算结果与实测数
用萃取精馏法分离六氟丙烯与F2,但这样分离比较,反过来修正模拟模型,直至模拟结果与
太不经济。
实测结果基本吻合为止。
(3)用同样的方法,不同的萃取剂,再将
对于一嵁模拟软件中尚空缺的计算单元,利
四氟乙烯从排放气中分离出来。
用软件中其他成熟的模拟单元,采用组合、替
代、加减等方法灵活处理,最终使模拟结果与实
2流程模拟技术应用
际相符。
2.2节能方面
2.1工艺流程
1)回收急冷器放出的废热以产生蒸汽。
四氟乙烯生产装置工艺流程框图见图1。
据投产后实测数据统计,由此产生的蒸汽约占整
时产蒸汽
个四氟乙烯装置蒸汽总消耗量的60%。
过热蒸
成应门教解气,P2
(2)将低温冷冻水系统由开放式改成封闭
热后F22
xC水素汽や气
K必太汽し急裂解气,
式。据投产后实测数据统计,由此节约的电量占
裂解,F22
整个四氟乙烯生产装置总电消耗量的30%。
至压
废水
(3)优化、改进蒸汽加热炉,炉膛直径比
收22产品C2F4至聚合
同类炉减小1/3,保温材料改用耐火水泥。不仅
裂解气
蒸馏分离
品Clis接仔瓶
使制造费降至同类炉子的1/2,而且还提高了燃
烧和传热效果,使废热得以充分利用。
4)裂解气争化系统采用无油压缩机和高
图1四氟乙烯生产装置工艺流程框图
效净化装置,不仅降低能耗,而且提高产量。
2.2模拟技术应用
2.3应用实例
为了确保设计项目的先进性与可靠性,在参
考有关资料的基础上,以多种工况下的实验数2.3.1流程简述
以四氟乙烯精馏塔为例进行模拟计算,四氟
为依据,采用化工流程模拟软件PRO/Ⅱ,对多
乙烯精馏塔流程示意见图2。
种四氟乙烯生产工艺进行全流程模拟计算,然后
四氟乙烯精馏塔是裝置的关键设备,用来生
再分别以业主公司原有的几