СПОСОБ РАБОТЫ ДИСТИЛЛЯЦИОННОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ 1,2-ДИХЛОРЭТАНА И ДЛЯ СОВМЕЩЕННОГО ВЫПАРИВАНИЯ РАСТВОРА ЕДКОГО НАТРА
METHOD OF OPERATING DISTILLATION COLUMN FOR PURIFYING 1,2-DICHLOROETHANE AND FOR COMBINED EVAPORATION OF SODIUM HYDROXIDE SOLUTION

2
4
2
Изобретение относится к способу получения 1,2-дихлорэтана, обозначаемого в последующем EDC, который служит преобладающим образом в качестве промежуточного продукта для получения мономерного винилхлорида, обозначаемого в последующем VCM, из которого в конечном итоге получают поливинилхлорид, PVC. При преобразовании EDC в VCM возникает хлористый водород HCl. Поэтому EDC предпочтительно получают из этилена CH и хлора Cl так, что относительно создаваемого при преобразованиях и расходуемого хлористого водорода HCl достигается уравновешенный баланс в соответствии со следующими уравнениями реакций:
2
2
4
2
4
2
Cl+CH → CHCl(чистый EDC) + 218кДж/моль (1)
2
4
2
2
3
CHCl(расщепляемый EDC) → CHCl(VCM)+HCl-71 кДж/моль (2)
2
4
2
2
3
2
2
СН+2HCl+1/2 O → CHCl(сырой EDC)+HO+238 кДж/моль (3)
Способ получения VCM с уравновешенным балансом HCl, называемый в последующем коротко «сбалансированный способ VCM», включает:
2
4
2
- прямое хлорирование, в котором из этилена СН и хлора Cl получают часть необходимого EDC и выделяют в качестве так называемого чистого EDC; использование выделяемого при прямом хлорировании тепла реакции является основной составляющей частью данного изобретения;
2
4
2
- оксихлорирование, в котором из этилена СН, хлористого водорода HCl и кислорода О получают другую часть EDC и выделяют так называемый сырой EDC;
- фракционированную очистку EDC, в которой сырой EDC вместе с возвратным EDC, полученным фракционированием VCM, отделяют от образованных при оксихлорировании и при пиролизе EDC побочных продуктов с получением пригодного для применения в пиролизе EDC, так называемого подпиточного EDC;
- пиролиз EDC, в котором чистый EDC соединяют с подпиточным EDC и при котором затем смесь, называемую крекированным EDC, подвергают термическому крекингу; полученный крекинг-газ содержит VCM, хлористый водород HCl и непревращенный EDC, а также побочные продукты;
- фракционирование VCM, в котором из крекинг-газа отделяется в качестве продукта желаемый чистый VCM, и отдельно получают другие существенные составляющие части крекинг-газа, такие как хлористый водород HCl и непревращенный EDC в качестве полезных веществ, и в качестве повторно применяемых веществ повторно используются в качестве возвратного HCl, соответственно, возвратного EDC в сблансированном способе VCM.
2
2
2
Необходимый в прямом хлорировании хлор Cl обычно получают в установке для электролиза из хлористого натрия NaCl. При этом в качестве сопряженного продукта получают раствор едкого натра NaOH с концентрацией около 33%. Из-за высокой токсичности выделяемого хлора Cl стремятся по возможности исключить дальнюю транспортировку. Поэтому часто необходимый для прямого хлорирования хлор Cl получают в непосредственной близости от установки для прямого хлорирования.
2
4
2
Получаемые при пиролизе EDC в крекинг-газе примеси снижают, как известно, чистоту получаемого VCM. В соответствии с этим, очистка VCM посредством удаления примесей является сложной. Поэтому в пиролизе EDC применяют максимально освобожденный от загрязнений крекируемый EDC. Из большого числа технологий, с помощью которых можно исключать побочные продукты и при необходимости очищать от соответствующих нежелательных побочных продуктов и/или примесей, следует упомянуть, прежде всего, описанные в WO 01/34542 A2, в частности, указанный в нем уровень техники. При этом показано, что тепло реакции, которое выделяется в процессе прямого хлорирования посредством преобразования этилена СН и хлора Cl в жидкий EDC, является достаточным для работы очистных колонн для получения EDC в сбалансированном способе VCM.
Однако недостатком указанного способа является то, что используемое для нагревания очистных колонн тепло реакции требует отвода соответствующего количества тепла для конденсации выпара. Этот отвод осуществляется согласно уровню техники с помощью охлаждающей воды, которую необходимо иметь в большом количестве. Однако и тогда, когда очистные колонны работают не за счет отвода тепла из тепла реакции прямого хлорирования, необходимо много охлаждающей воды для конденсации выпара очистных колонн.
Поэтому задачей изобретения является дальнейшая оптимизация использования выделяемого тепла сбалансированного способа VCM и значительное снижение потребности в охлаждающей воде.
Задачу решают согласно изобретению за счет того, что теплота конденсации вторичных паров, которые возникают при дистилляционном отделении компонентов, имеющих более низкую температуру кипения, чем EDC, по меньшей мере, частично используется для выпаривания создаваемого при изготовлении хлора в качестве сопряженного продукта раствора едкого натра. Такая дистилляционная колонна обычно используется в качестве так называемой низкокипящей колонны как составляющая часть сбалансированного способа VCM. В сбалансированном способе VCM эти подлежащие отделению компоненты являются в основном реакционной водой, которая при оксихлорировании вводится в низкокипящую колонну, а затем подлежит отделению от EDC, а также органические, более легко кипящие, чем EDC, составляющие части.
В частности, в отдаленных областях стоимость транспортировки получаемого при электролизе NaCl раствора едкого натра NaOH играет важную роль. Эти расходы на транспортировку можно значительно сократить, если полученную щелочь с концентрацией около 33% выпаривать до концентрации 50%. Такая установка для выпаривания раствора едкого натра NaOH может работать, например, под вакуумом при абсолютном давлении 133 мбар и температуре 60°С. Даже в том случае, когда производство по получению EDC и по электролизу NaCl удалены друг от друга, лучше сначала транспортировать полученный 33%-ный раствор едкого натра NaOH к установке для получения EDC для того, чтобы в ней осуществить выпаривание раствора едкого натра NaOH с помощью вакуумной выпарной установки, используемой при получении EDC. Выпаривание можно выполнять, естественно, также до другой концентрации, чем 50%, в зависимости от желания потребителя и количества выделяемого тепла.
В одном варианте выполнения изобретения, по меньшей мере, часть EDC, образованного из хлора и этилена, при прямом хлорировании используется для нагревания дистилляционной колонны с тем, чтобы удалить воду и более легко кипящие компоненты, чем EDC.
В другом варианте выполнения изобретения можно, по меньшей мере, часть того EDC, который используется для нагревания дистилляционной колонны для удаления воды и более легко кипящих компонентов, чем EDC, еще применять в качестве носителя тепла для выпаривания раствора едкого натра. Это возможно, поскольку уровень температуры нагревания низкокипящей колонны выше, чем колонны для выпаривания раствора едкого натра, и поэтому возможно дополнительное понижение температуры конденсированных при нагревании дистилляционной колонны вторичных паров EDC с отдачей энергии для выпаривания раствора едкого натра.
Применяемые устройства для переноса энергии конденсации состоят из устройств для известного сбалансированного способа VCM и устройств для выпаривания раствора едкого натра NaOH. Для выпаривания раствора едкого натра NaOH применяют главным образом вертикальный кожухотрубный теплообменник с 2 неподвижными трубными плитами и отстойником для NaOH, в котором раствор едкого натра NaOH пропускают по внутренней стороне труб сверху вниз, а низкокипящие вторичные пары по наружной стороне труб. Перенос тепла в пучке труб происходит в прямотоке. При этом подаваемый сверху на пучок труб вторичный пар конденсируется и его можно отводить внизу в жидком виде.
Перенос тепла можно также целесообразно осуществлять как с помощью помещенного в отстойник для раствора едкого натра пучка теплообменных труб, так и с помощью расположенного вне отстойника для раствора едкого натра и теплообменника, работающего в циркуляционном контуре.
Все указанные выше способы можно применять также в совокупности, соответственно, в комбинации друг с другом. Если способ применяется в комбинации с другими способами, которые также предусматривают выпаривание раствора едкого натра и при этом одновременно используются различные вторичные пары, то пучок труб можно разделять горизонтально. Естественно, следует следить за тем, чтобы отдельные потоки вторичных паров различных дистилляционных колонн не смешивались друг с другом.
На фиг.1 показана основанная на идее WO 01/34542 А2 блок-схема способа очистки EDC 300, которая происходит в установке для сбалансированного способа VCM с прямым хлорированием 100 и выпариванием раствора едкого натра 200, при этом
- вторичные пары низкокипящей колонны 301 очистки EDC 300 конденсируются согласно основному пункту формулы изобретения при выпаривании раствора едкого натра 200,
- нагревание низкокипящей колонны 301 происходит согласно п.2 формулы изобретения с помощью вторичных паров EDC прямого хлорирования 100, и
- конденсат вторичных паров EDC применяется согласно п.3 формулы изобретения после нагревания низкокипящей колонны 301 также для выпаривания раствора едкого натра 200.
Прямое хлорирование 100 состоит из наполненной жидкостью петли 101, подачи этилена 102, добавления растворенного в EDC хлора 103, при этом хлорный газ 104 перед этим был растворен в инжекторе 105 в жидком EDC 106, который перед этим в охладителе EDC 107 был охлажден для улучшения растворимости до низкой температуры, далее из резервуара 108 для выходящего газа, устройства для отвода жидкого EDC 109 с насосом 110 для циркуляции EDC, устройством для отвода парообразного EDC 111 и местом подачи циркулирующего EDC 112, при этом соответствующие места подачи и отводящие устройства могут быть из практических соображений выполнены многократно. В заполненной жидкостью петле 101 хлор и этилен реагируют друг с другом с образованием кипящего EDC, который испаряется в резервуаре 108 вместе с не вступившими в реакцию исходными веществами и инертным попутным газом.
Парообразный EDC 113 подается частично в кипятильник 302 отстойника низкокипящей колонны 301. При этом доля подлежащего подводу парообразного EDC 113 из всего отводимого из прямого хлорирования EDC определяется способом работы низкокипящей колонны 301, прежде всего соответствующего содержания воды в исходном EDC 303 и требованиями чистоты при разделении, и составляет в нормальном случае примерно одну пятую до одной трети. Остальной парообразный EDC 114 обычно используется в другом месте сбалансированного способа VCM или же может также использоваться для выпаривания раствора едкого натра.
Обычно температура отстойника низкокипящей колонны 301 составляет около 115°С, в то время как парообразный EDC можно отводить с температурой около 120-125°С из прямого хлорирования 100. Таким образом, из-за этой небольшой разницы температур помимо чистой конденсации из EDC едва ли можно извлекать тепло для работы низкокипящей колонны 301, поэтому конденсат 304 EDC, который еще содержит парообразный EDC, и инертные газовые составляющие части, отводятся с температурой около 120°С в виде многофазной смеси из кипятильника 302 отстойника.
Конденсат 304 EDC, при необходимости, после смешивания с парообразным EDC 115 подается в выпариватель раствора едкого натра 200, который выполнен в виде вертикального пучка труб с расширенной отстойной частью. Затем он подается в пространство 201 кожуха теплообменника 202 с пучком труб, в то время как во внутреннем пространстве труб происходит испарение падающей пленки раствора едкого натра при температуре около 60°С. Неконденсируемые составляющие части отводятся через выход 203 для инертного газа. При этом с помощью подходящих технических мер следует обеспечивать, чтобы в пространстве 201 кожуха теплообменника 202 с пучком труб не могла образовываться взрывоопасная газовая смесь. Такие меры известны для специалистов в данной области техники и не являются предметом изобретения.
Низкокипящий вторичный пар 305 низкокипящей колонны 301 также подается для выпаривания раствора едкого натра 200, где он конденсируется в погружном охладителе 204, который расположен в отстойной части 205 выпаривания раствора едкого натра 200. Полученный низкокипящий конденсат 206 подается, с одной стороны, в качестве низкокипящего обратного потока 306 обратно в головку низкокипящей колонны 301, а, с другой стороны, отводится в качестве сточной воды 208. На основе высокой разницы температур между выпариванием раствора едкого натра 200 с температурой около 60°С и температурой в головке низкокипящей колонны 301, которая составляет примерно 90°С, возможна компактная конструкция.
Раствор 209 едкого натра с концентрацией 33% подается в отстойную часть 205 выпаривания раствора едкого натра 200 и выпаривается под вакуумом. Давление поддерживают с помощью вакуумного насоса 210, который отводит высвобождающийся водяной пар 211. Насос 212 для раствора едкого натра отводит часть концентрированного до примерно 50% раствора едкого натра в виде продукта NaOH 213 и транспортирует другую часть в распределитель 214 раствора едкого натра, который распределяет подлежащий сгущению раствор едкого натра внутрь труб теплообменника 202 с пучком труб.
Содержащий EDC продукт 307 отстойника низкокипящей колонны 301 направляется в высококипящую колонну 308 и там, как и в следующей вакуумной колонне, очищается дальше известным образом. Для нагревания этих колонн также предпочтительно используется теплота реакции изготовления EDC, что, однако, не является предметом данного изобретения.
Из отводимого из пространства 201 кожуха теплообменника 202 с пучком труб чистого EDC 215 ответвляется продукт EDC 216, остальной чистый EDC с помощью насоса 217 для EDC подается в цикл прямого хлорирования 100 и объединяется с жидким EDC 109.
При этом пути прохождения потоков вторичного пара из прямого хлорирования 100 и низкокипящей колонны 301 показаны лишь в качестве примера. Можно также применять наружный кипятильник при выпаривании раствора едкого натра 200 или разделять пространство 201 кожуха. При этом можно свободно выбирать, в какую часть можно подавать какой вторичный пар для отвода тепла, что может оптимировать специалист в соответствии с местными условиями, при этом естественно следует следить за тем, чтобы не смешивались друг с другом потоки EDC различного качества.
Для иллюстрации служит следующий пример на основе расчета модели. При этом в основу положена установка с производительностью 400000 т EDC в год. В установке такой величины можно в низкокипящей колонне при абсолютном давлении в головке 1,15 бар и температуре около 91°С получать примерно 3,9 МВт тепловой мощности для выпаривания раствора едкого натра, с помощью которой можно повышать концентрацию около 6,8 т/час раствора едкого натра (принимаемый за 100%) с 33 до 50 мас.%. Для работы низкокипящей колонны в кипятильник отстойника подается 5,2 МВт из прямого хлорирования, что составляет 30% общей энергии реакции.
Перечень применяемых позиций
100 Прямое хлорирование
101 Заполненная жидкостью петля
102 Подача этилена
103 Растворенный хлор
104 Хлорный газ
105 Инжектор
106 Жидкий EDC
107 Охладитель EDC
108 Резервуар выходящего газа
109 Жидкий EDC
110 Насос для циркуляции EDC
111 Парообразный EDC
112 Циркулирующий EDC
113 Парообразный EDC
114 Парообразный EDC
115 Парообразный EDC
200 Упаривание раствора едкого натра
201 Пространство кожуха
202 Теплообменник с пучком труб
203 Отвод инертного газа
204 Погружаемый охладитель
205 Отстойная часть
206 Низкокипящий конденсат
207 Насос для конденсата
208 Сточная вода
209 33%-ный раствор едкого натра
210 Вакуумный насос
211 Водяной пар
212 Насос для раствора едкого натра
213 Продукт NaOH
214 Распределитель раствора едкого натра
215 Чистый EDC
216 Продукт EDC
217 Насос для EDC
300 Очистка EDC
301 Низкокипящая колонна
302 Кипятильник для отстойника
303 исходный EDC
304 Конденсат EDC
305 Низкокипящий вторичный пар
306 Низкокипящий обратный поток
307 Продукт отстойника
308 Высококипящая колонна
309 Вакуумная колонна