一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置。所述方法具体包括以下步骤：将液态F22输送至管式换热器的壳程中气化，气化后的F22进入F22气化罐投料裂解；将冷却液输送至管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的同时，管程中的冷却液被冷却；裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷淋，对裂解气洗涤后回到塔釜，输送至管式换热器循环使用。

说明书

技术领域

本发明涉及气体干燥领域，具体地说，涉及一种用于四氟乙烯生 产中控制水含量的方法和装置。

背景技术

目前二氟一氯甲烷(F22)裂解制取四氟乙烯（C2F4）工业化生 产技术主要有空管裂解和过热水蒸汽稀释裂解二种，而在这两种工业 化生产技术中，过热水蒸气稀释裂解相对于空管裂解有着生产原料单 耗低、能耗小、三废排放量少、生产成本显著降低等优点。因此，过 热水蒸汽稀释裂解技术在我国已经普遍应用，生产装置的规模正逐渐 扩大，随着市场竞争的日益加剧，四氟乙烯单体生产成本的控制直接 左右着下游产品的市场竞争力。

由于通过过热水蒸汽稀释裂解制四氟乙烯过程中，二氟一氯甲烷 (F22)裂解后的物料（简称裂解气）不可避免地带有大量的水分。实 践证明，四氟乙烯生产过程中，进入精馏系统的裂解气水含量过高易 造成精馏塔自聚和冰堵等相关问题，进而造成生产装置停车，单耗增 高且存在较大安全隐患，不利于生产工艺的连续运行。因此，长期以 来，对四氟乙烯生产系统物料水含量的控制均受到各四氟乙烯制造行 业的重视。

目前，国内现行四氟乙烯生产工艺中，物料水含量的控制方法主 要包含冷冻脱水干燥，冷的CaCl₂盐水干燥，浓硫酸干燥，硅胶干燥 等。而在国内普遍的四氟乙烯生产工艺中，一般采用两种或者三种联 合干燥法，最终达到脱除水分的目的。如：冷冻脱水干燥和CaCl₂盐 水干燥为第一道脱水干燥工序，硅胶干燥为最后一道脱水干燥工序 等。

然而，以上的控制方法中，冷冻脱水干燥和冷的CaCl₂盐水干燥 均需要持续不断地投入冷却介质进行制冷，表现出能耗大、生产成本 高等。而浓硫酸干燥则由于随着物料的脱水干燥，浓硫酸的浓度逐渐 降低，不得不定期进行浓硫酸更换，其更换出来的低浓度硫酸回收处 理难度大，易造成环境污染，实践生产控制过程也存在较大安全隐患。 另外，硅胶干燥方法则需定期对硅胶进行活化干燥，因而易造成生产 系统中断，硅胶活化过程也需持续不断地消耗能源，同时，硅胶随着 使用时间的延长，易出现粉碎进而堵塞设备及管道。因而，以上传统 的四氟乙烯生产装置水含量控制方法存在能耗高、污染大、持续运作 周期短等缺陷，已越来越不适合于现代化化工企业的生产控制要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公开了一种的四氟乙烯生产中控制 水含量的方法和装置。

本发明对四氟乙烯生产系统各类物料的能量进行了整理，对生产 系统内各类物料的能量实现了有效的内部转换。首先，在二氟一氯甲 烷(F22)与过热水蒸汽稀释裂解制四氟乙烯的裂解过程中，投入的 F22为气相物料，因此，在F22供料前，需对储存的高纯度液态F22进 行加热从而使F22吸收热量进行气化，一般采用热水或水蒸汽作为加 热介质。

然而二氟一氯甲烷(F22)裂解后的物料水含量控制过程中无论 是采用冷冻干燥或CaCl₂盐水干燥，均为通过冷却物料从而使物料释 放热量，再由于水的饱和蒸汽压的缘故达到脱水干燥的目的。

本发明从以上两方面出发，采用一种新的工艺，利用液态F22对 二氟一氯甲烷(F22)裂解后的物料（简称裂解气）进行冷却脱水干燥， 通过此工艺，液态F22吸收裂解气的热量得以气化，裂解气通过液态 F22的气化吸热得以冷却降温，进而获得脱水干燥的效果。

本发明的技术方案如下：

一种清洁、节能的四氟乙烯生产中控制水含量的方法和装置，该 方法包括采用原料液态F22的气化吸热对裂解气进行脱水干燥，包括 以下步骤：

将液态F22输送至管式换热器的壳程中气化，气化后的F22进入 F22气化罐投料裂解；

将冷却液输送至管式换热器的管程中，液态F22在壳程中气化的 同时，管程中的冷却液被冷却；

裂解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下 进行喷淋，对裂解气洗涤后回到塔釜，输送至管式换热器循环使用。

具体地，包括1）原料储槽内的液态F22通过压力差输送至一种特 制管式换热器的壳程中，液态F22在壳程中气化，气化后的F22进入F22 气化罐直接投料裂解。根据投料负荷，若投料的F22量不足，再供应 部分液态F22进入气化罐进行气化以补充投料量。

2）将冷却液输送至特制管式换热器的管程中，液态F22在壳程中 气化的同时，管程中的冷却液被冷却，冷却液冷却后的温度与液态F22 的供料量连锁控制。

3）冷却后的冷却液在洗涤塔内直接与裂解气逆流接触，其中裂 解气由塔釜进入，塔顶排出，冷却后的冷却液从塔顶自上而下进行喷 淋，并对裂解气洗涤后回到塔釜。在此过程中裂解气得以冷却脱水， 进而获得水含量较低的裂解气，而塔釜内冷却液排出裂解气中吸收的 水分后，再次通过输送泵输送至特制管式换热器循环使用。

优选的，步骤1）中液态F22出料压力为0.5～1.0Mpa，F22气化罐 的压力为：0.1～0.4Mpa；

优选的，步骤2）中冷却液可为H₂O、CaCl₂的水溶液、NaCl的水 溶液等无机溶液；

优选的，步骤2）中一种特制管式换热器需根据实际生产负荷及 裂解气含水量进行设计。

优选的，步骤2）中管式换热器管程内液体冷却后的温度为：-15～ 15℃，

优选的，步骤3）冷却液的喷淋流量为10000～40000m³/h。

根据生产装置的产能，其脱水干燥工艺可采用步骤3）的脱水装 置配置多套装置并联运行或多套装置串联运行或多套装置串、并联混 合运行。

优选的，采用步骤3）的脱水装置配置多套同时运行时，冷却液 可为同一种冷却液，也可为不同种的冷却液在分别各装置内使用。其 中步骤3）的多套脱水装置在串联运行方式中，采用不同种冷却液分 别在各装置内使用的效果更佳，如第1套装置采用H₂O作为冷却液， 串联后的第2套装置采用CaCl₂的水溶液作为冷却液等。

进一步地，该装置包含管式换热器、F22供料控制阀、洗涤塔、 冷却液输送泵、冷却液管道、液态F22管道、气态F22管道、裂解气管 道以及冷却液温度传感器。

该装置包含的工艺流程为：洗涤塔塔釜通过冷却液管道与冷却液 输送泵相连接，冷却输送泵出口再通过冷却液管道与管式换热器下封 头相连接，管式换热器上封头通过冷却液管道与洗涤塔顶部相连接， 并在管式换热器上封头至洗涤塔顶部的管道上安装冷却液温度传感 器。洗涤塔塔釜配置裂解气进气管道，洗涤塔塔顶配置裂解气出口管 道。管式换热器壳程配置液态F22管道和气态F22管道，其中管式换热 器壳程配置的液态F22管道与F22原料储槽相连接，并在液态F22管道 上安装F22供料控制阀，管式换热器壳程配置的气态F22管道与F22气 化罐相连接。（单套装置的结构与附图的1、2、4、9、10、11、12、 13、15、16、17连接方式一致，2套串联装置的结构与附图一致）

本发明的四氟乙烯生产装置控制水含量的方法和工艺的关键是 使用一种特制换热器，通过原料F22对冷却液进行降温，再由冷却液 对F22裂解气进行脱水干燥，而冷却液可循环使用。其特点是此方法 和工艺清洁、节能，对F22裂解气的脱水干燥效果稳定，持续运转周 期长，工艺及装置简单、操作方便。

本发明突出的优点是突破了国内现行四氟乙烯生产工艺中传统 的水含量控制方法存在能耗高、污染大、持续运作周期短等缺陷，并 且一举解决了原料液态F22气化的能源投入。有效地实现了四氟乙烯 生产装置中各类物料内部能量的相互转化，基本无能耗且冷却液回收 利用率高，因此，在清洁、节能降耗和环境保护方面显示出巨大潜力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程简图。

其中：1为F22气化罐，2为F22原料储槽，3为F22供料控制阀，4 为管式换热器，5为输送泵，6为洗涤塔，7为F22裂解气管道，8为压 缩机，9为液态F22管道，10为气态F22管道，TRIC为温度控制，11为 特制管式换热器，12为F22裂解气管道，13为冷却液管道（冷却液为 H2O），14为冷却液管道（冷却液为CaCl₂的水溶液），15为气态F22管 道，16为液态F22管道，17为气态F22投料管道。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在 不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所 作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟 知的常规手段。

实施例1

本工艺已在四氟乙烯生产装置上实施，本工艺位于气柜与四氟乙 烯压缩机之间，F22裂解气通过F22裂解气管道12在压差驱动下进入洗 涤塔9，洗涤塔9顶部的冷却液管道13输送冷却液H₂O从上逆流而下与 F22裂解气充分接触，冷却液H₂O流量控制为10000～40000m³/h，F22 裂解气被冷却降温，由于水的饱和蒸汽压的缘故，F22裂解气被脱水 干燥，由洗涤塔9顶部排出，然后再通过压缩机8增压后进入洗涤塔7， 洗涤塔7采用洗涤塔9相同的工艺，由顶部的冷却液管道14输送冷却液 CaCl₂的水溶液从上逆流而下与F22裂解气充分接触，冷却液CaCl₂的 水溶液流量控制为10000～40000m³/h，F22裂解气被冷却降温并进而 被脱水干燥，然后再由洗涤塔7顶部排出后序工艺进行精馏。

洗涤塔7和洗涤塔9塔釜的冷却液排出冷却水之后，其冷却液再分 别通过输送泵6和输送泵10输送至特制管式换热器5和特制管式换热 器11的列管中，管式换热器5出口冷却液温度控制为0～15℃，特制管 式换热器11的列管出口冷却液温度控制为-15～15℃，冷却液被冷却 后分别进入洗涤塔7和洗涤塔9对F22裂解气进行循环洗涤降温。

与此同时，原料储槽2内的液态F22通过将原料储槽压力控制为 0.5～1.0Mpa后，在压差的驱动下通过液态F22管道16连续向特制管式 换热器5和特制管式换热器11的壳程内供应液态F22，其供料控制阀3 开度与管式换热器5出口冷却液温度进行连锁控制，其供料控制阀4 开度与管式换热器11出口冷却液温度进行连锁控制，特制管式换热器 5和特制管式换热器11的液态F22气化后通过气态F22管道15进入压力 控制为0.1～0.4Mpa的F22气化罐1中，然后通过管道17进行投料裂解， 同时原料储槽2供应少量液态F22进入F22气化罐1中进行气化，以补充 F22投料量。

以上的实施案例采用了两套本发明的脱水装置串联运行的方式， 其第1套装置采用H₂O作为冷却液，串联后的第2套装置采用CaCl₂的水 溶液作为冷却液。通过本发明在此四氟乙烯生产装置的实施，有效地 实现原料F22与F22裂解气内部能量的相互转换，与传统工艺相比，每 年节约了原料F22气化过程中蒸汽投入约1500吨。同时，通过本工艺， F22裂解气脱水干燥过程中，可节约冷却介质的投入，其冷却介质制 冷过程的电力投入为100KW/h，由此每年可节约电力投入约84万度。 因而，本工艺相对传统工艺体现出低能耗、低成本、清洁、高效的巨 大优势。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详 尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本 领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础 上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。