一种连续式氯代物生产装置的制作方法

本发明属于氯代物生产装置领域。具体涉及一种利用吸收塔、反应釜、精制釜和吸收釜联合设备，连续高效生产氯代物的新方法。

背景技术：

氯代物是国民经济发展中所需的重要化工原料，如氯化石蜡具有挥发性低、阻燃、电绝缘性好及耐化学腐蚀等诸多优良的理化性质，可用作阻燃剂聚氯乙烯助增塑剂等，被广泛用于生产塑料、电缆线、地板料、软管、人造革及橡胶制品等，也可用于油漆、涂料和润滑油等的添加剂。其他氯化物如氯乙酸用于制农药和作有机合成中间体等；氯甲烷可作有机硅的原料，也用作溶剂、冷冻剂、香料等。

目前工业上氯代物的生产以间歇釜式液相反应为主，即氯气或者氯化氢气体直接通入到液体原料或者液体催化剂中，在一定的温度和催化条件下发生对原料分子中引入氯原子的氯代反应，因气液两相的溶解速度小于反应速度，导致氯代物生产难以有效提高，间歇法更限制了生产能力的进一步提高。且前工业上氯代物的生产中按照传质原理，通过增大通气量和反应压力来提高反应速度，由此更导致气相利用率低、液碱消耗量大、盐酸纯度低以及安全性低等问题。

如公开号为cn105154136a的中国专利公开了一种氯化石蜡的生产工艺和设备，该专利采用反应塔、反应釜和次釜联合的方式，将现有的氯化石蜡生产过程中氯气向液蜡中溶解和反应同时进行分解为反应塔内气液两相溶解吸收，反应釜内催化反应两步进行，将氯化石蜡的反应时间由20h以上降至4-10h，但其不足之处在于其为间歇反应，不能实现生产过程的连续化，生产效率不能进一步提高。公开号cn105112100b的中国专利公开了一种氯化石蜡连续生产工艺，该专利采用六个反应釜组成的反应釜组，液蜡由第一反应釜连续进入，氯气通过控制流量后分别通入六个反应釜中，在最后一个反应釜内生成符合要求的氯化石蜡并连续出料，实现氯化石蜡的连续化生产，但其不足之处在于氯气和液蜡的传质速度不高，平均反应时间超过20h，且其气液两相流动方向一致，后级反应釜内的反应逐渐趋于平衡，最后一级反应对尾气中氯气的消耗量有限，尾气中氯气含量较高。公开号cn102875357a公布了大型氯化釜生产氯乙酸的工艺及其反应用的氯化釜，采用“两主一副”三只反应釜组成间歇式生产装置，液相一次性加入主釜和次釜，向主釜内通氯气反应，尾气通入次釜继续反应，其不足在于未能实现生产过程的连续化和有效提高反应的速度等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用吸收塔、反应釜、精制釜和吸收釜联合设备连续高效生产氯代物的新装置。该装置采用塔式设备促进气液两相的传质吸收，釜内反应和精制的方式，大幅提高气液两相的传质速度，减少氯代物生成时间，如该设备可以将氯化石蜡-52总反应时间缩短至6h左右；同时调整加料顺序，采用新鲜液相与尾气预反应，对尾气进行净化和提高反应效率。该装置生产能力强、操作弹性大、安全系数高，原料的消耗降低，极大的节约了生产操作成本、生产装置建设成本和土地成本。

本发明的技术方案为：

本发明的生产设备主要包括吸收塔、反应釜、精制釜、吸收釜、换热器和尾气处理装置中的全部或几种。利用塔式设备中气液两相接触面积大、接触时间长、传质效率高等特点，将传统氯代物生产中气液两相溶解和反应同步进行转化为气液两相在吸收塔内主要进行传质，在釜内主要发生反应两步进行，并通过反应物料在精制釜中精制得到氯化物粗产品，提高氯代物的生产效率。

吸收塔下部设有进料口和出料口，分别用于为新鲜气相进料和吸收气相后的饱和液体物料出料，进料口和气相进料支管连接，出料口和反应釜上部进料口连接；上部设有进料口和气体出口，分别与反应釜下部液体物料出口和反应釜上部气体进口连接。吸收塔为筛板塔或者填料塔，填料可选用玻璃填料、陶瓷调料、金属填料或者高分子填料的其中一种或几种。

反应釜下部设有两个出料口，分别通过换热器冷却后接入吸收塔上部进料口和与第一精制釜上部进料口连接，或者作为失活催化剂的出料口；上部设有两个进料口，分别与吸收塔下部的液体出料口、吸收釜下部出料口连接，此外上部还设有气体进口和气体出口，分别与吸收塔上部的气体出口和精制釜或者吸收釜的气体进口连接。

精制釜下部设有一个出料口，与下一级精制釜上部进料口连接或去产品槽；上部设有新鲜气相和液体物料进料口以及气体进口和出口，分别与气相进料支管、上级釜下部出料口、上级釜上部气体出口、下级精制釜上部气体进口连接。

吸收釜下部设有一个液体出料口，与反应釜上部的进料口连接；上部可设有新鲜液相进料口、气体进口、尾气或者产品出口，分别与新鲜液相物料槽、精制釜或者反应釜气体出口、尾气或者产品处理装置连接。

尾气处理装置采用三级逆流水洗塔和碱洗塔处理，三级逆流水洗塔中洗液依靠液位差自然溢流。

上述方案中，精制釜可根据生产需求设置为0-3个。

上述方案中，根据反应的催化需求可在釜内设紫外灯、日光灯或者蓝光灯进行催化。

上述方案中，吸收塔、反应釜、精制釜和吸收釜的冷却方式可以采用夹套冷却、外置换热器冷却或者联合使用等方式。夹套和换热器可采用常温水冷或者低温冷却，首选低温冷却；换热器材质可选不锈钢、搪瓷、石墨等材料，首选石墨换热器。

上述方案中，进入反应釜、精制釜和吸收釜的气体进口设置在釜的侧面，并与釜的铅垂线保持30°-60°的夹角而非垂直向下通入，通过气相流动推动釜内物料搅拌和增加气相在釜内的停留时间。

上述方案中，还应根据生产需要设置温度、压力、流量、密度等相关测量设备及控制设备。

稳定生产状态下该装置中的物料流向如下：

气相由气相总管进入气相支管，经调节流量、计量后分别进入吸收塔和精制釜。

液相由吸收釜上部的液相进料口连续加入，在吸收釜中与未反应气相预反应后由下部液体出料口通入反应釜上部液相进料口，液相在反应釜和吸收塔中循环吸收气相、发生反应，然后依次通入精制釜并与上级釜内未反应气相和新通入的气相进行精制，对于产品为液体的，精制结束形成粗产品后由最后一级精制釜下部出料口连续出料。

吸收塔中未反应的气相及反应后生成的尾气或者气体产品通入反应釜，反应后汇集反应釜内的气体依次通入精制釜，再汇集精制釜内气体后通入吸收釜，经与吸收釜内新鲜液相反应后通入尾气处理装置，对于产品是气体的，通入产品收集装置。

本发明具有以下有益效果：

1、实现了生产过程的连续化，提高装置的安全环保性。区别于现有生产装置液相物料一次性加料后连续通入气相进行反应，反应完成后一次性出料的批次生产方法，该装置气相通过气相支管分别进入吸收塔和精制釜；液相由吸收釜连续加入，依次流经反应釜、吸收塔、精制釜并与气相反应生成粗产品，利用氯代反应随反应进行反应速度逐渐降低这一特点，实现在反应釜内快速反应和在精制釜内较长时间精制最终生成粗产品，粗产品连续移出经处理生成最终产品。连续化生产可以大大提高生产效率，降低人工操作的强度，有利于反应系统实现自动化控制，节约人工的同时也减少了操作失误等，提高装置的本质安全性能和环保性能。

2、缩短反应时间，减少生产成本。相对于传统设备气相直接通入反应釜内并发生反应，该装置气液两相在吸收塔内逆流接触传质，大大增强了传质的效率，经吸收气相饱和后的液相物流循环进入反应釜，气液两相在较高的温度和催化条件下快速反应。吸收和反应过程的分离提高气液两相的传质效率和反应速度，提高反应效率。同时，气液两相在吸收釜内预反应后转移至反应釜后继续反应，进一步缩短了总反应时间。同样的产能需要更少的操作成本、建设成本和工业用地等。

3、反应物料收率高，副产物品质高。新鲜的液体反应物或者催化剂在吸收釜中与前级釜内中未反应的气相反应，较大的反应物或者催化剂浓度促进氯代反应正向进行，尽可能的消耗掉未反应的气相，提高气相的利用率，提高副产物盐酸的质量。

4.吸收与反应分离，避免爆发反应。液相物料进入吸收塔前经换热冷却，较低的温度增加了气相的溶解度，更有利于气液两相的传质，同时降低反应活性，减少爆发反应的可能，增强系统的操控性。

附图说明

图1是生产氯化石蜡的生产工艺装置图，图2为氯乙酸的生产工艺装置图，图3为氯甲烷的生产工艺装置图。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明所述的连续式氯代生产装置做进一步说明。

实施例1：氯化石蜡的生产工艺装置

如图1所示，氯化石蜡的生产设备主要包括吸收塔1，反应釜2，精制釜3、4、5，吸收釜6、换热器7、8。

吸收塔1选用玻璃填料塔，其下部设有氯气进料口和氯化石蜡中间产物(以下简称“氯蜡”)出口，分别用于氯气进料和吸收氯气后的饱和氯蜡出料，氯蜡出口通过循环泵9与反应釜2的上部进料口连接；吸收塔1上部设有氯蜡进料口和尾气出口各一个，分别与反应釜2下部的氯蜡出料口和反应釜上部尾气进口连接。

反应釜2采用夹套和外置换热器8联合冷却，其下部设有两个氯蜡出料口，一个通过循环泵10、换热器7后与吸收塔1上部的进料口连接，另一个通过输送泵11后与精制釜3上部进料口连接；上部设有两个进料口，分别与吸收塔1下部的氯蜡出料口、吸收釜6下部出料口连接，此外上部还设有尾气进口和尾气出口，分别与吸收塔1上部的尾气出口和精制釜3的尾气进口连接。

精制釜3、4、5采用夹套冷却，其下部各设有一个氯蜡出料口，分别通过输送泵12、13与下级精制釜上部氯蜡进料口连接或去产品槽，反应后的氯蜡粗产品由精制釜5下部出料后经脱气等处理成为产品氯化石蜡；上部设有新鲜氯气和氯蜡进料口、尾气进口、尾气出口，分别与氯气进料支管、上级釜下部氯蜡出料口、上级釜上部尾气出口、下级釜上部尾气进口连接。

吸收釜6采用夹套冷却，其下部设有一个氯蜡出料口，通过输送泵14与反应釜上部的进料口连接；上部设有新鲜液蜡进料口、尾气进口、尾气出口，分别与液蜡槽、精制釜5尾气出口和尾气处理系统连接。

换热器7、8采用选用低温水冷石墨换热器；为保障反应活性，反应釜2，精制釜3、4、5和吸收釜6内部还设有紫外灯15、16、17、18、19做催化剂；为促进反应物料的混合效果和增加氯气在釜内的停留时间，尾气进口非垂直向下而是与釜的铅垂线保持45°的夹角，使气流推动釜内产生涡流。

稳定生产状态该装置的物料流向为：氯气经调节流量、计量后分别以不同流量连续进入吸收塔1和精制釜3、4、5。新鲜液蜡以一定流量由吸收釜6连续加入，并以相同的流量送至反应釜2，氯蜡在反应釜2和吸收塔1中与氯气循环吸收反应，生成的氯蜡依次通过精制釜3、4、5与新鲜氯气和反应尾气中未反应的氯气进行精制，达到规定密度后由精制釜5连续出料，经脱气处理后包装为产品氯化石蜡。反应塔生成的尾气和未反应的氯气依次通过反应釜2，精制釜3、4、5，并沿途汇集釜内生成的尾气和未反应的氯气后通入吸收釜6，尾气中未反应的氯气与新鲜液蜡反应，经反应净化后的尾气通入尾气处理设施处理或用作其他反应的原料。

该连续式氯代生产装置生产氯化石蜡-52时平均反应时间为6h左右，生产氯化石蜡-42时平均反应时间为4h左右，氯气总加料量为不超过加料液蜡理论氯气消耗量的102％，较现有工艺平均反应时间缩短1倍以上，尾气中氯气含量减少约一半，并实现了连续化生产。

实施例2：氯乙酸的生产工艺装置

如图2所示，氯乙酸的生产设备主要包括吸收塔1，反应釜2，精制釜3，吸收釜4、换热器5、6和尾气处理装置。

吸收塔1选用玻璃填料塔，其下部设有氯气进料口和氯乙酸半成品出口，分别用于氯气进料和吸收氯气饱和后的氯乙酸半成品出料，氯乙酸半成品出口通过循环泵7与反应釜2的上部进料口连接；吸收塔1上部设有氯乙酸半成品进料口和尾气出口，分别与反应釜2下部的氯乙酸半成品出料口和反应釜2上部尾气进口连接。

反应釜2采用夹套和外置换热器5联合冷却，其下部设有两个氯乙酸半成品出料口，一个通过循环泵8、换热器6后与吸收塔1上部的进料口连接，另一个通过输送泵9后与精制釜3上部进料口连接；上部设有两个进料口，分别与吸收塔1下部的氯乙酸半成品出料口、吸收釜4下部出料口连接，此外上部还设有尾气进口和尾气出口，分别与吸收塔1上部的尾气出口和精制釜3的尾气进口连接。

精制釜3采用夹套冷却，其下部设有一个氯乙酸粗产品出料口，反应后的氯乙酸粗产品经结晶等处理成为产品氯乙酸；上部设有新鲜氯气和氯乙酸半成品进料口以及尾气进口和尾气出口，分别与氯气进料支管、反应釜2下部氯乙酸半成品出料口、反应釜2上部尾气出口、吸收釜4上部尾气进口连接。

吸收釜4采用夹套冷却，其下部设有一个氯乙酸半成品出料口，通过输送泵10与反应釜2上部的进料口连接；上部设有新鲜醋酸和醋酐进料口、尾气进口、尾气出口，分别与新鲜醋酸和醋酐物料槽、精制釜3尾气出口和尾气处理装置连接。

换热器5、6采用选用常温水冷石墨换热器；为促进反应物料的混合效果和增加氯气在釜内的停留时间，尾气进口非垂直向下而是与釜的铅垂线保持45°的夹角，使气流推动釜内产生涡流。

实施例3：氯甲烷的生产工艺装置

如图3所示，氯甲烷的生产设备主要包括吸收塔1，反应釜2，吸收釜3、换热器4。

吸收塔1选用筛板塔，其下部设有氯化氢和甲醇气体进料口和催化剂出料口，分别用于氯化氢和甲醇气体进料和吸收气相后饱和的催化剂出料，催化剂出料口通过循环泵5与反应釜2的上部进料口连接；吸收塔1上部设有催化剂进料口及产品和尾气出口，分别与反应釜2下部的催化剂出口和反应釜2上部产品和尾气进口连接。

反应釜2采用夹套冷却，其下部设有两个催化剂出料口，分别通过循环泵6、换热器4后与吸收塔1上部的进料口连接和作为失活催化剂出口，换热器4选用常温水冷石墨换热器；上部设有两个进料口，分别与与吸收塔1下部的催化剂出料口和吸收釜3下部催化剂出料口连接，上部还设有产品和尾气进口和出口，分别与吸收塔1上部出口和吸收釜3上部进口连接。

吸收釜3采用夹套冷却，下部设有催化剂出料口，通过输送泵7与反应釜2上部进料口连接；上部设有催化剂进料口、产品和尾气进口和出口，产品和尾气进口与反应釜2上部出口连接，产品和尾气出口与产品处理和尾气处理系统相连。

为促进反应物料的混合效果和增加氯化氢和甲醇气体在釜内的停留时间，产品和尾气进口非垂直向下而是与釜的铅垂线保持45°的夹角，使气流推动釜内产生涡流。