СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЕПЛА В УСТАНОВКАХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОМЕРА ВИНИЛХЛОРИДА ИЛИ В КОМПЛЕКСЕ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИХЛОРЭТАНА/ВИНИЛХЛОРИДА И ПОДХОДЯЩЕЕ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК C07C17/25 C07C17/383 C07C21/06 C07C19/45 

Способ извлечения тепла в установках для получения мономера винилхлорида или в комплексе установок для получения дихлорэтана/винилхлорида и подходящее для этого устройство

Изобретение относится к способу и устройству для получения винилхлорида (в дальнейшем "VCM") и направлено на эксплуатацию колонны для отделения хлороводорода от смеси, полученной при термическом разложении 1,2-дихлорэтана (в дальнейшем "DCE").

Конкретно, изобретение направлено на нагрев колонны для отделения НС1 в установке для получения VCM или в комбинированной установке для получения и DCE, и VCM.

Изобретение направлено на способ получения VCM, который обычно получают термическим разложением DCE и из которого в итоге получают поливинилхлорид (в дальнейшем "PVC"). Превращение DCE в VCM образует хлороводород (в дальнейшем "HCl"). Поэтому DCE предпочтительно получают из этилена и хлора таким образом, что достигается баланс в отношении произведенного и израсходованного в реакциях хлороводорода, согласно следующим уравнениям реакций:

В способах получения винилхлорида путем неполного разложения DCE используемый DCE обычно на первой стадии выпаривают, затем на второй стадии образованный пар пиролитически разлагается при относительно высокой температуре, затем на третьей стадии захваченные твердые частицы отделяют от горячего газообразного продукта разложения, полученного на второй стадии, и очищенный газообразный продукт разложения далее подают на выделение путем дистилляции.

HCl и VCM образуются в качестве основных продуктов при разложении DCE, осуществляемом на второй стадии способа.

В качестве побочных продуктов получают следы сажи, хлорированные и ненасыщенные углеводороды, а также бензол. Для ограничения образования этих нежелательных побочных продуктов температуру при разложении поддерживают на уровне, который приводит к неполному превращению DCE. Поэтому горячий газообразный продукт разложения, полученный разложением на второй стадии процесса, все еще содержит непрореагировавший DCE, помимо основных продуктов HCl и VCM и вышеупомянутых побочных продуктов.

Разложение EDC с образованием VCM является эндотермическим процессом и происходит в газовой фазе в виде пиролиза. Пиролиз проводят в промышленности в отсутствие катализатора при высоком давлении от 1 до 3 МПа и при температуре от 450 до 600°С. Однако известны также каталитические процессы, позволяющие проводить пиролиз при более низкой температуре.

Горячий газообразный продукт разложения, производимый посредством пиролиза, получается при температуре пиролиза. Его приводят в такое состояние, что он принимает форму, подходящую для реального разделения материалов. С этой целью его охлаждают в закалочной колонне, в которой также отделяются твердые частицы, присутствующие в газообразном продукте разложения. Твердые частицы извлекают из куба закалочной колонны. Основную часть газообразной смеси DCE, VCM и HCl (называемой охлаждающий пар или охлаждающий верхний пар) извлекают из верхней части закалочной колонны и направляют на дальнейшее выделение. Перед дальнейшим выделением теплосодержание охлаждающего пара можно экономично использовать в одном или более теплообменниках.

Комплекс установок для производства винилхлорида (в дальнейшем называемый "комплекс VCM") состоит главным образом из:

- установки для получения DCE из этена и хлора ("прямое хлорирование", необязательный компонент установки); и

- установки для получения DCE из этена, хлороводорода и кислорода ("оксихлорирования"); и

- установки для очистки 1,2-дихлорэтана путем дистилляции (получения "подаваемого DCE"); и

- установки для термического разложения "подаваемого DCE", очищенного путем дистилляции в винилхлорид и хлороводород; и

- установки для отделения хлороводорода и непрореагировавшего 1,2-дихлорэтана путем дистилляции, а также для очистки винилхлорида.

Хлороводород, полученный термическим разложением 1,2-дихлорэтана, рециркулируют в установку оксихлорирования и там снова вводят в реакцию с этеном и кислородом с образованием DCE.

Из предыдущего уровня техники известны многочисленные меры для сбережения энергии или извлечения тепла в установках для получения DCE, VCM и PVC. Такие меры приводят к значительному снижению в эксплуатационных расходах и тем самым вносят значительный вклад в экономичность установки. Кроме того, такие меры также вносят значительный вклад в снижение выбросов CO₂ из установки.

Они включают меры, использующие тепло реакции стадий экзотермических реакций с целью нагрева приемников тепла в способе. Таким образом, например, тепло реакции из оксихлорирования используют для получения пара, посредством которого можно нагревать, например, подогреватели сырья или дистилляционные колонны.

Также были предложения использования тепловой энергии, получаемой из установки для получения VCM. Пример таких способов можно найти в DE 3440685 А1. При этом пар из колонны для отделения высококипящих фракций механически сжимают и применяют для нагревания этой колонны. DCE, полученный в испарителе конвекционной циркуляции колонны для отделения высококипящих фракций путем конденсации механически сжатых паров, затем используют в качестве подаваемого DCE при термическом разложении после того, как он будет предварительно дополнительно нагрет отработанными газами из печи разложения. В другом варианте способа, описанном в WO 2004/0898 60 А1, пар из закалочной колонны после печи разложения используют для предварительного подогрева подаваемого DCE.

В DE 3147310 А1 описывают способ извлечения тепла при получении VCM путем разложения DCE. При этом тепло извлекают из газов разложения, образованных при получении VCM, и используют для нагрева дистилляционных колонн. Разложение DCE проводят при давлении выше атмосферного и газы разложения охлаждают прямым охлаждением. В примере полученную термическую энергию применяют для работы дистилляционных колонн, расположенных после закалочной колонны.

В DE 2913004 А описывают способ извлечения энергии пиролиза при получении винилхлорида путем неполного термического разложения 1,2-дихлорэтана. В этом документе предлагается, чтобы в теплообменнике посредством теплосодержания горячих газообразных продуктов разложения из печи разложения образовывался пар и этот пар затем использовался для нагрева колонн.

В DE 3519161 А1 раскрывают способ очистки 1,2-дихлорэтана. При этом дистилляционную колонну эксплуатируют при давлении выше атмосферного и теплосодержание верхнего потока используют для нагрева дополнительных теплоприемников. Полученный дихлорэтан настолько горячий, что используется для нагрева потоков продуктов, содержащих 1,2-дихлорэтан.

Недавно были предложены концепции установок, в которых колонну DCE эксплуатируют в режиме "дистилляции под давлением". Следствием этого является то, что подаваемый DCE (для термического разложения для образования VCM), полученный в этом способе, имеет существенно повышенную температуру по сравнению с предыдущими способами. Это устраняет необходимость в предварительном подогреве данного подаваемого DCE перед разложением, или предварительный подогрев требует значительно меньшей тепловой энергии, чем в случае предыдущих способов. До настоящего времени подаваемый DCE нагревали главным образом теплосодержанием охлаждающего пара после разложения. Этот источник тепла теперь можно направлять на другие применения, или охлаждающий пар после разложения должен охлаждаться другим способом, например в охлаждаемом воздухом конденсаторе.

Было обнаружено, что охлаждающий пар после разложения можно использовать особо экономичным образом для нагрева колонны для отделения HCl в установках для получения VCM, имеющих предшествующие установки для получения DCE, в которых применяют колонны для отделения высококипящих фракций, эксплуатируемые под давлением выше атмосферного.

Целью данного изобретения является обеспечение способа получения VCM путем термического разложения DCE, являющегося чрезвычайно энергоэффективным и не требующим какой-либо значительной модификации существующих установок или компонентов установок.

В данном изобретении предусматривают способ получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, оснащенной блоком пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергают термическому разложению, получаемый в ней газообразный продукт разложения охлаждают в последующей закалочной колонне и хлороводород, присутствующий в газообразном продукте разложения, отделяют в последующей колонне для отделения HCl, при этом установке для получения винилхлорида предшествует установка для получения 1,2-дихлорэтана, в которой предусмотрена очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана, для которой предусмотрена по меньшей мере одна колонна для отделения высококипящих фракций, предназначенная для отделения веществ с температурой кипения выше таковой для 1,2-дихлорэтана, причем колонну для отделения высококипящих фракций эксплуатируют под давлением выше атмосферного, предпочтительно под давлением выше атмосферного в интервале от 2,7 до 5,3 бара. Способ по данному изобретению характеризуется тем, что по меньшей мере часть пара из закалочной колонны используют для извлечения тепловой энергии, которую используют для нагрева колонны для отделения HCl.

Использование для нагрева колонны для отделения HCl возможно благодаря относительно высокому уровню температуры охлаждающего пара после разложения.

Колонну для отделения высококипящих фракций особенно предпочтительно эксплуатируют при температурах верха в интервале 120-150°С и по меньшей мере часть верхнего потока из колонны для отделения высококипящих фракций используют для извлечения тепловой энергии, которая используется в теплоприемниках части установки для получения и очистки 1,2-дихлорэтана, и/или в теплоприемниках последующей части установки для получения и очистки винилхлорида, и/или в теплоприемниках последующей части установки для получения и выделения поливинилхлорида.

В особенно предпочтительном варианте способа по данному изобретению тепловую энергию, полученную из верхнего потока из закалочной колонны, не используют для нагрева подаваемого 1,2-дихлорэтана для блока пиролиза 1,2-дихлорэтана.

Согласно изобретению, нагревание колонны для отделения HCl осуществляют с использованием этой тепловой энергии, при этом предпочтение отдается по меньшей мере 50%, особенно предпочтительно по меньшей мере 70%, тепловой энергии, полученной из пара из закалочной колонны, при этом остальная часть получена из пара низкого давления.

В данном изобретении также предусматривают устройство для получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, которое содержит такие элементы:

A) блок пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергается термическому разложению,

B) закалочную колонну, которая расположена после блока пиролиза 1,2-дихлорэтана и в которой предусмотрено охлаждение получаемого газообразного продукта разложения и удаление твердых частиц,

C) колонну HCl, которая расположена после закалочной колонны и в которой предусмотрено отделение хлороводорода, присутствующего в газообразном продукте разложения, и

D) по меньшей мере один теплообменник, в котором предусмотрено извлечение тепловой энергии, используемой для нагрева колонны для отделения HCl из по меньшей мере части пара из закалочной колонны,

E) установку для получения и очистки 1,2-дихлорэтана, которая расположена перед установкой для получения винилхлорида, а также в которой предусмотрена очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана и которая

F) оснащена по меньшей мере одной колонной для отделения высококипящих фракций, в которой предусмотрено отделение веществ с температурой кипения выше таковой для 1,2-дихлорэтана, при этом колонна для отделения высококипящих фракций выполнена с возможностью эксплуатации под давлением выше атмосферного.

В предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению предусматривают по меньшей мере один теплообменник, который нагревают посредством пара из колонны для отделения высококипящих фракций и в котором извлеченную тепловую энергию используют для нагрева теплоприемников в установке для получения 1,2-дихлорэтана, и/или теплоприемников в установке для получения винилхлорида, и/или теплоприемников в отдельной части установки для получения поливинилхлорида, расположенной после установки для получения винилхлорида.

Подходящими и предпочтительными приемниками тепла в комплексе установок для производства DCE/VCM/PVC являются следующие:

В комплексе DCE:

- колонна обезвоживания;

- колонна для отделения низкокипящих фракций или обедняющая колонна DCE;

- вакуумная колонна;

- дегазатор котловой воды; и

- обедняющая колонна для удаления DCE из отработанной воды.

В комплексе VCM:

- обедняющая колонна для очистки (удаления HCl) винилхлорида.

В установке PVC:

- устройства для удаления остаточного мономера (VCM) из PVC, в частности устройство предварительной дегазации и последующая колонна для дегазации;

- обедняющая колонна для удаления VCM из отработанной воды;

- устройство для осушки порошка PVC; и

- устройство для нагрева подаваемой воды для реакции полимеризации.

Следующий пример иллюстрирует изобретение, не ограничивая его.

Пример

Один или несколько теплообменников, в которых охлаждается пар из закалочной колонны, установили между колонной охлаждения разложения и колонной для отделения HCl и извлеченное тепло использовали для нагрева колонны для отделения HCl. Нагревание колонны для отделения HCl проводили согласно следующему сценарию:

- 90% требуемого тепла обеспечивали нагреваемым парами ребойлером, а

- 10% требуемого тепла обеспечивали паром низкого давления из дополнительного ребойлера.

В конкретном случае использование 4533 кВт скрытого тепла из охлаждающего пара после разложения позволило экономить 7825 кг/ч пара низкого давления при годовом объеме производства 400000 тонн VCM на протяжении 8000 ч.

Подаваемый DCE для охлаждения разложения получали из установки для получения DCE, содержащей колонну для отделения высококипящих фракций, эксплуатируемую под давлением выше атмосферного. Температуры на верху находились в интервале от 120 до 150°С.

Изобретение относится к способу получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, оснащенной блоком пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергают термическому разложению, получаемый в ней газообразный продукт разложения охлаждают в последующей закалочной колонне, и хлороводород, присутствующий в газообразном продукте разложения, отделяют в последующей колонне для отделения HCl. Причем установке для получения винилхлорида предшествует установка для получения 1,2-дихлорэтана, в которой происходит очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана, для которой предусмотрена по меньшей мере одна колонна для отделения высококипящих фракций, предназначенная для отделения веществ с температурой кипения выше, чем у 1,2-дихлорэтана, которую эксплуатируют под повышенным давлением. При этом по меньшей мере часть пара из закалочной колонны применяют для извлечения тепловой энергии, которую используют для нагрева колонны для отделения HCl, но не используют для нагрева подаваемого 1,2 дихлорэтана для блока пиролиза 1,2-дихлорэтана. Изобретение также относится к устройству для получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, которое содержит элементы: A) блок пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергается термическому разложению, B) закалочную колонну, которая расположена после блока пиролиза 1,2-дихлорэтана и в которой предусмотрено охлаждение получаемого газообразного продукта разложения и удаление твердых частиц, C) колонну для отделения HCl, которая расположена после закалочной колонны и в которой предусмотрено отделение хлороводорода, присутствующего в газообразном продукте разложения, D) по меньшей мере один теплообменник, в котором предусмотрено извлечение тепловой энергии, используемой для нагрева колонны для отделения HCl, по меньшей мере из части пара из закалочной колонны, при этом указанная тепловая энергия не предназначена для использования при нагревании подаваемого 1,2-дихлорэтана для блока пиролиза дихлорэтана, E) установку для получения и очистки 1,2-дихлорэтана, которая расположена перед установкой для получения винилхлорида, а также в которой происходит очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана и которая F) оснащена по меньшей мере одной колонной для отделения высококипящих фракций, в которой предусмотрено отделение веществ с температурой кипения выше, чем у 1,2-дихлорэтана, при этом колонна для отделения высококипящих фракций выполнена с возможностью эксплуатации под давлением, превышающим атмосферное. Технический результат - энергоэффективность процесса, снижение выбросов СО₂ из установки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, оснащенной блоком пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергают термическому разложению, получаемый в ней газообразный продукт разложения охлаждают в последующей закалочной колонне и хлороводород, присутствующий в газообразном продукте разложения, отделяют в последующей колонне для отделения HCl, при этом установке для получения винилхлорида предшествует установка для получения 1,2-дихлорэтана, в которой происходит очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана, для которой предусмотрена по меньшей мере одна колонна для отделения высококипящих фракций, предназначенная для отделения веществ с температурой кипения выше, чем у 1,2-дихлорэтана, причем колонну для отделения высококипящих фракций эксплуатируют под давлением, превышающим атмосферное, отличающийся тем, что по меньшей мере часть пара из закалочной колонны применяют для извлечения тепловой энергии, которую используют для нагрева колонны для отделения HCl, но не используют для нагрева подаваемого 1,2 дихлорэтана для блока пиролиза 1,2-дихлорэтана.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что колонну для отделения высококипящих фракций эксплуатируют под давлением, превышающем атмосферное, в интервале от 2,7 до 5,3 бар.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что колонну для отделения высококипящих фракций эксплуатируют при температурах верха в интервале 120-150°С и при этом по меньшей мере часть верхнего потока из колонны для отделения высококипящих фракций используют для извлечения тепловой энергии, которую используют в теплоприемниках части установки для получения 1,2-дихлорэтана, и/или в теплоприемниках последующей части установки для получения винилхлорида, и/или в теплоприемниках последующей части установки для получения поливинилхлорида.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что нагревание колонны для отделения HCl осуществляют посредством тепловой энергии, полученной по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 70%, из пара из закалочной колонны, при этом остальная часть получена из пара низкого давления.

5. Устройство для получения винилхлорида путем термического разложения 1,2-дихлорэтана в установке для получения винилхлорида, которое содержит элементы:

A) блок пиролиза 1,2-дихлорэтана, в котором подаваемый 1,2-дихлорэтан подвергается термическому разложению,

B) закалочную колонну, которая расположена после блока пиролиза 1,2-дихлорэтана и в которой предусмотрено охлаждение получаемого газообразного продукта разложения и удаление твердых частиц,

C) колонну для отделения HCl, которая расположена после закалочной колонны и в которой предусмотрено отделение хлороводорода, присутствующего в газообразном продукте разложения,

D) по меньшей мере один теплообменник, в котором предусмотрено извлечение тепловой энергии, используемой для нагрева колонны для отделения HCl, по меньшей мере из части пара из закалочной колонны, при этом указанная тепловая энергия не предназначена для использования при нагревании подаваемого 1,2-дихлорэтана для блока пиролиза дихлорэтана,

E) установку для получения и очистки 1,2-дихлорэтана, которая расположена перед установкой для получения винилхлорида, а также в которой происходит очистка посредством дистилляции 1,2-дихлорэтана и которая

F) оснащена по меньшей мере одной колонной для отделения высококипящих фракций, в которой предусмотрено отделение веществ с температурой кипения выше, чем у 1,2-дихлорэтана, при этом колонна для отделения высококипящих фракций выполнена с возможностью эксплуатации под давлением, превышающим атмосферное.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один теплообменник, нагреваемый посредством пара из колонны для отделения высококипящих фракций, а также предусмотрено применение извлеченной тепловой энергии для нагрева теплоприемников в установке для получения 1,2-дихлорэтана, и/или теплоприемников в установке для получения винилхлорида, и/или теплоприемников в части установки для получения поливинилхлорида, расположенной после установки для получения винилхлорида.