轉化率

轉化率是指某一反應物轉化的百分率或分率，轉化物是針對反應物而言的。如果反應物不止一種，根據不同反應物計算所得的轉化率數值可能是不一樣的，但它們反映的都是同一客觀事實。因此按哪種反應物來計算轉化率都是可以的。

基本介紹

• 中文名：轉化率
• 外文名：Conversion Rates
• 所屬領域：I化工領域

淺談提高氯乙烯轉化率的影響因素及對策

聚氯乙烯(PVC)是國內外常用的熱塑性合成樹脂，其性能優、價格低，在塑膠套用中占有很大的份額。聚氯乙烯具有優良的耐化學腐蝕性、電絕緣性，廣泛用於工業、農業、建築、電子電氣、交通運輸、電力和包裝等領域。

聚氯乙烯最常用的生產工藝以乙炔法為主。氯乙烯單體的質量決定了聚氯乙烯的質量。常見的氯乙烯生產工序主要有轉化、水鹼洗、精餾等。轉化作為氯乙烯單體形成的第1步，在整個氯乙烯生產中占有很重要的位置。提高氯乙烯轉化率有助於提高氯乙烯單體的純度，並可以減輕後續設備的生產負荷，對於節約能耗、降低危險具有重要意義。

氯乙烯基本生產工藝

氯乙烯合成原理是將乙炔與氯化氫氣體經過充分脫水混合後預熱，氣體達到一定溫度後通過轉化器一段和轉化器二段合成氯乙烯氣體。其主要反應及副反應如式（1）～式（3）。

主反應：

副反應：

氯乙烯轉化工序工藝流程是，將從乙炔車間送來的乙炔氣體經過冷卻脫水後，與從鹽酸車間送來經冷卻脫水後的氯化氫氣體，按一定分子比在混合器中充分混合；混合後的氣體再次經過冷凍脫水後經混合氣預熱器換熱升溫，最後，通入一、二組固定床式轉化器反應，轉化成粗氯乙烯氣體。

提高氯乙烯轉化率的工藝控制

氯乙烯轉化工段主要工藝流程如圖1所示。

圖1

提高氯乙烯轉化率，應從原料氣的純度及脫水效果、混合氣的配比、轉化反應溫度以及催化劑活性方面控制。

原料氣的純度及脫水效果對轉化率的影響

由乙炔與氯化氫的製備工藝可知，這2種原料氣體製備中必然會含帶一定的水分及雜質。如，乙炔中含有水分、硫、磷雜質，氯化氫氣體中含有游離氯、氫氣、水等。這些雜質對氯乙烯的轉化率有嚴重的影響。

首先，乙炔中含硫、磷將堵塞轉化器內附著氯化汞的活性炭觸媒微孔，導致混合氣體與催化劑的接觸面積減小，不利於反應。同時，由於氯化氫氣體極易溶於水的特性，若在進入混合器前端未對乙炔與氯化氫氣體中含有的水分進行有效的脫除，那這2種氣體在混合器中使氯化氫氣體溶於水形成鹽酸，導致氯化氫氣體減少，最終導致配合比出現誤差。再者，由於氯化氫製備段操作失誤使氯化氫氣體中產生游離氯，大量的游離氯會在與乙炔氣體混合後產生劇烈反應，產生大量的熱致使爆炸事故。因此，控制原料氣的純度及雜質的含量對提高轉化率具有重要的影響。

提高原料氣的純度，第一步，應嚴格控制原料氣生產裝置的運行及工藝參數；其次，在原料氣進口段設定取樣點，定期對原料氣純度進行檢測，若乙炔氣體有異常，及時通知乙炔製備車間採取措施，若氯化氫游離氯超標且混合器溫度升高，應果斷啟動緊急停車預案，防止事故發生。

合理設計原料氣配比對轉化率的影響

2種氣體配合比的設計對氯乙烯轉化率存在較大影響。由主反應（1）可知，增加乙炔或氯化氫的量可以促使反應正向移動，有利於提高轉化率。但由副反應（3）可知，若乙炔過量會使催化劑變性失活，同時，過量的乙炔會增加精餾工段的負荷，同時，對變壓吸附工序產生影響。因此，在實際操作中選用氯化氫氣體過量。通常在實際生產中，與HCl配比按分子比1.00:(1.02～1.10)進行操作，並確保前期混合脫水效果良好。

關於配合比的調控應根據以下測試參數進行控制。根據流量計合理控制乙炔氣體與氯化氫氣體的流量。通過分析每組轉化器的轉化率調控配合比。同時，必要的時候可以在混合氣冷卻器總管處設取樣口，利用氯化氫易溶於水的性質進行配合比分析。

轉化反應溫度對轉化率的影響

通常在氯乙烯合成中選用的轉化器為列管式固定床反應器。列管內裝有觸媒，提供反應所需的自由基，夾套內為97℃左右的循環熱水，提供轉化所需的熱量及帶走由於反應而產生的熱量。為測試轉化器內部的反應溫度，通常在列管內設有相互對稱的2組熱電偶測溫計，並且每個熱電偶測溫計分別設定4個測溫點測試轉化器溫度。一般要求轉化器相互對稱的2個測溫點的溫度在120℃為宜，單點溫度不得超過160℃。

對於轉化器反應溫度控制應採取適當的方式，過低不利於反應，過高副反應增多同時會導致觸媒著火發生爆炸事故。轉化器溫度控制主要有2種方式：第1種控制混合氣的通入流量，流量過大會導致反應過於劇烈，同時也會導致部分氣體未參與反應；流量過小會導致產量減小。第2種控制循環熱水的溫度與流量。轉化器循環熱水溫度過低將導致無法提供轉化所需的熱量，不發生反應或反應不完全；若熱水溫度高導致熱水無法帶走反應熱。同理，熱水流量大，反應熱帶走快；流量小則導致轉化器溫度升高易出現事故隱患。

觸媒活性對轉化率的影響

觸媒是為整個反應提供自由基的催化劑，對轉化率有很大的影響。通常聚乙烯生產中，為提高轉化率一般採用2組轉化器串聯使用。這2組轉化器內所放置的觸媒有效成分的含量是不一樣的。第1組轉化器由於原料氣純度含量高，反應劇烈，通常該組轉化器內觸媒有效成分含量較低，一般控制在6%～8%。而第2組轉化器由於混合氣中成分複雜，為提高轉化率一般控制觸媒有效成分含量較高，約在12%左右。

由於原料氣中脫水不充分導致混合氣中含水，在通入轉化器時必然會導致觸媒結塊導致觸媒接觸面積減少。因此，一般轉化器在使用一定時間後應對觸媒進行更換或重裝。常用方式是1組與2組轉化器分別對稱更換。更換的2組觸媒可直接用於1組轉化器，1組轉化器使用過的觸媒應封存交有關單位處理，防止對環境的污染。同時，為提高觸媒活性，應在通入混合氣前對觸媒進行活化，活化介質為氯化氫氣體，其作用一是乾燥觸媒，二是為使觸媒處於酸環境中，增加觸媒活性。

除以上4種主要影響聚乙烯轉化率的因素外，還有例如，系統壓力、流量以及預熱器溫度等均會對轉化率產生影響。在實際生產中應根據具體情況綜合考慮，認真分析。

結語

聚氯乙烯的質量與聚乙烯的純度有較大的關係。提高聚乙烯的純度可以促進原料高效利用，同時減少不必要的經濟浪費。聚乙烯生產提高轉化率對減小水鹼洗與精餾工序的負荷、節約能源、減少環境污染有很大作用。提高聚乙烯轉化率不僅要從工藝參數控制上解決，還應從加強車間管理，提高員工的技術水平做起。聚氯乙烯生產是對我國煤炭、石灰、鹽礦資源的進一步綜合利用，對我國經濟發展將起到很大促進作用。