非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺及装置

权利要求书： 1.一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，其特征在于步骤包括：步骤1、将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体；

步骤2、打开高压电源进行电离反应；

步骤3、多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物；

步骤4、被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环。

2.根据权利要求1所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，其特征在于：步骤

1中所述将将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体的具体步骤为：

步骤101、关闭原料入口电磁阀，气体出口阀接通真空泵；

步骤102、检查等离子体反应器气密性，使其气密性良好；

步骤103、打开真空泵将等离子体反应器抽真空，防止空气中氧气、二氧化碳等气体对反应产生影响；

步骤104、打开电磁阀，乙炔储料罐内的乙炔在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统；

步骤105、与步骤104同时打开另一电磁阀，使氯化氢储料罐内的氯化氢在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统，乙炔与氯化氢最初先经过循环系统的静态混合器，待混合均匀后再进入等离子体反应器中；

步骤106、真空泵将吸入的气体储存并进行无害化处理；

步骤107、待一段时间后，反应原料在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，将气体出口与接入循环系统，并关闭真空泵。

3.根据权利要求1所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，其特征在于：步骤

2打开高压电源进行电离反应的具体步骤为：待反应原料气流在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，打开高压电源，被电离的反应原料由于充分碰撞而发生反应形成氯乙烯气体。

4.根据权利要求1所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，其特征在于：步骤

3多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物所述的具体步骤为：步骤301、打开电磁阀由气体压缩机快速抽离反应罐内合成的氯乙烯和副产物，防止其干扰后续反应；

步骤302、气体压缩机抽出的气体通入一级气体分离器，通过分离器将产物氯乙烯分离，氯乙烯通过单向阀后被气体压缩机通入氯乙烯储料罐储存。

5.根据权利要求1所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，其特征在于：步骤

4被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环的具体步骤为：步骤401、分离氯乙烯后的气体通过单向阀后被气体压缩机注入二级气体分离器，该分离器将乙炔与氯化氢分别分离，并分别将两种物质注入各自的储料罐中，实现原料循环利用；

步骤402、除反应原料重新进入反应循环外，其他材料统一收集并进行净化处理。

6.一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置，其特征在于：包括控制装置、加热冷却装置、储料装置、反应装置和输送装置等，所述储料装置包括乙炔储料罐、氯化氢储料罐、氯乙烯储料罐等；所述反应装置包括等静态混合器、等离子体发生器、反应罐等；所述输送装置包括多个电磁阀、单向阀、分离器、空气压缩机等；外部乙炔供料装置可通过电磁阀与乙炔储料罐相连，电磁阀安装在单向阀和乙炔储料罐之间；外部氯乙烯供料装置可通过电磁阀与氯乙烯储料罐相连，电磁阀安装在单向阀和氯化氢储料罐之间；乙炔储料罐通过输气管与电磁阀、气体压缩机、静态混合器、等离子体发生器顺序相连；氯化氢储料罐通过输气管与电磁阀、气体压缩机、静态混合器、等离子体发生器顺序相连；两种反应原料在静态混合器中充分混合后进入等离子体发生器；反应罐底部通过输气管与电磁阀、气体压缩机、分离器顺序固接；在反应罐与电磁阀之间安装有气体溢流阀，溢流阀出口接净化系统；分离器一个出口通过输气管与单向阀、气体压缩机、氯乙烯储料罐顺序相连；分离器另一个出口通过输气管与单向阀、气体压缩机、第二个分离器顺序相连，氯乙烯储料罐底部通过电磁阀可与外部相连；第二个分离器的第一个出口通过单向阀与乙炔储料罐相连；第二个分离器的第二个出口通过单向阀与氯化氢储料罐相连；控制系统的检测元件与控制元件按需布置；加热冷却系统布置在等离子体反应器和反应罐及储料罐的外围，主要用于控制温度，防止超温超压。

7.根据权利要求6所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置，其特征在于：将反应部件安装方式变为安装两个等离子发生器，反应原料分别进入等离子发生器中电离后再射入反应罐中进行反应；两个等离子发生器的出口成一定角度，并能确保两个等离子体发生器喷射的等离子体能接触并发生反应。

8.根据权利要求7所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置，其特征在于：所述两个等离子体发生器的出口夹角(60°?180°)之间。

9.根据权利要求6所述的一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置，其特征在于：所述向等离子体反应器中通入乙炔和氯化氢气体，其中乙炔气体的提供可与电石法制备乙炔成熟工艺联用，氯化氢气体供给可不断从饱和氯化氢储料罐经气体导管干燥后使用。

说明书： 一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺及装置技术领域[0001] 本发明涉及化工合成领域，具体包括一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯的工业化方法。

背景技术[0002] 氯乙烯作为聚氯乙烯(PC)的单体，可由乙烯或乙炔为原料制备。由于我国煤炭资源丰富，天然气资源相对匮乏，乙炔法生产氯乙烯是我国工业上制备PC单体的主要方式。

现阶段乙炔法制备氯乙烯过程中使用的氯化汞催化剂存在汞元素损失严重的问题，不仅会

造成大量汞金属资源消耗，而且一部分会残留在PC树脂及下游产品中，对环境和人类健康

造成严重危害，因此寻找一种在生产中高效、便捷的无汞制备方法尤为重要。

[0003] 目前无汞制备氯乙烯的方法主要是依靠无汞催化剂，包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂等。贵金属催化剂例如氯化金，可表现出较高的催化活性和稳定性，但价格昂贵，

增加了PC的生产成本，难以得到大规模应用。非贵金属催化剂例如氯化铜(CuCl2)，其在各

方面都显现出了优势，非贵金属成本低，对环境危害小，但其催化剂制备及配比复杂，活性

和稳定性都与汞触媒有一定差距。

[0004] 申请号201810682086.9的发明专利发明了一种以CuCl2和吡咯烷酮为活性组分，配制成混合水溶液浸渍到活性炭上，再干燥得到的铜基催化剂。但使用的有机物难以处理，

操作复杂，成本较高，且易对环境造成污染。申请号201710174566.X的发明专利发明了一种

CuCl2为活性组分，将其与酰胺类溶剂溶于水配置成混合溶液，并将活性炭浸渍于其中，再

烘干得到的催化剂。此催化剂利用了CuCl2与酰胺类溶剂的协同作用，增强了催化剂对乙炔

和氯化氢气体的吸附能力，并且酰胺类溶剂是非质子高极性溶剂，对乙炔有极化作用，增加

了反应效率。但其催化剂寿命较短，不符合大规模工业化生产的需求。申请号

201610882150.9的发明专利提出了一种以铜盐、铵盐和磷酸或铜盐、铵盐和磷酸盐为活性

组分，通过浸渍到活性炭载体上再干燥，得到催化剂。该催化剂中添加的铵盐(NH4Cl)有增

强铜基催化剂稳定性的作用，磷酸或磷酸盐(NH4H2PO4)提高了低温时的反应活性。但其催化

剂成分配比较为复杂，在大规模工业生产过程中难以把控，造成不便。

[0005] 由此可见，目前的无汞制备氯乙烯方法主要依靠无汞催化剂，针对催化活性进行改进，并得到一定的成果，但也导致催化剂成分变得复杂，难以达到大规模长期高效工业化

生产的要求。

发明内容[0006] 本发明针对现有催化工艺的不足，提出一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺及装置。该工艺通过等离子电离乙炔和氯化氢等原料，在低温条件下促使合成氯乙烯；且结

合未反应原料循环利用工艺步骤可实现无催化剂高效绿色制造。

[0007] 本发明一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，该工艺包括：[0008] 步骤1、将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体；

[0009] 步骤2、打开高压电源进行电离反应；[0010] 步骤3、多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物；[0011] 步骤4、被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环。[0012] 作为本发明的详细说明，步骤1中所述将将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体的具体步骤为：

[0013] 步骤101、关闭原料入口电磁阀，气体出口阀接通真空泵；[0014] 步骤102、检查等离子体反应器气密性，使其气密性良好；[0015] 步骤103、打开真空泵将等离子体反应器抽真空，防止空气中氧气、二氧化碳等气体对反应产生影响；

[0016] 步骤104、打开电磁阀，乙炔储料罐内的乙炔在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统；

[0017] 步骤105、与步骤104同时打开另一电磁阀，使氯化氢储料罐内的氯化氢在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统，乙炔与氯化氢最初先经过循环系统的静态

混合器，待混合均匀后再进入等离子体反应器中；

[0018] 步骤106、真空泵将吸入的气体储存并进行无害化处理；[0019] 步骤107、待一段时间后，反应原料在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，将气体出口与接入循环系统，并关闭真空泵。

[0020] 作为本发明的详细说明，步骤2打开高压电源进行电离反应的具体步骤为：[0021] 待反应原料气流在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，打开高压电源，被电离的反应原料由于充分碰撞而发生反应形成氯乙烯气体。

[0022] 作为本发明的详细说明，步骤3多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物所述的具体步骤为：

[0023] 步骤301、打开电磁阀由气体压缩机快速抽离反应罐内合成的氯乙烯和副产物，防止其干扰后续反应；

[0024] 步骤302、气体压缩机抽出的气体通入一级气体分离器，通过分离器将产物氯乙烯分离，氯乙烯通过单向阀后被气体压缩机通入氯乙烯储料罐储存。

[0025] 作为本发明的详细说明，步骤4被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环的具体步骤为：

[0026] 步骤401、分离氯乙烯后的气体通过单向阀后被气体压缩机注入二级气体分离器。该分离器将乙炔与氯化氢分别分离，并分别将两种物质注入各自的储料罐中，实现原料循

环利用。

[0027] 步骤402、除反应原料重新进入反应循环外，其他材料统一收集并进行净化处理。[0028] 作为本发明的进一步说明，本发明针对一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺提供一种可实现该工艺的基本装备命名为非平衡低温等离子体制备氯乙烯装备，又称循环

反应系统。

[0029] 所述非平衡低温等离子体制备氯乙烯装备包括控制装置、加热冷却装置、储料装置、反应装置和输送装置等。所述储料装置包括乙炔储料罐、氯化氢储料罐、氯乙烯储料罐

等；所述反应装置包括等静态混合器、等离子体发生器、反应罐等；所述输送装置包括多个

电磁阀、单向阀、分离器、空气压缩机等。

[0030] 所述非平衡低温等离子体制备氯乙烯装备的连接方式为：外部乙炔供料装置可通过电磁阀与乙炔储料罐相连，电磁阀安装在单向阀和乙炔储料罐之间；外部氯乙烯供料装

置可通过电磁阀与氯乙烯储料罐相连，电磁阀安装在单向阀和氯化氢储料罐之间。乙炔储

料罐通过输气管与电磁阀、气体压缩机、静态混合器、等离子体发生器顺序相连；氯化氢储

料罐通过输气管与电磁阀、气体压缩机、静态混合器、等离子体发生器顺序相连。两种反应

原料在静态混合器中充分混合后进入等离子体发生器。反应罐底部通过输气管与电磁阀、

气体压缩机、分离器顺序固接。同时，在反应罐与电磁阀之间安装有气体溢流阀，溢流阀出

口接净化系统。分离器一个出口通过输气管与单向阀、气体压缩机、氯乙烯储料罐顺序相

连；分离器另一个出口通过输气管与单向阀、气体压缩机、第二个分离器顺序相连。氯乙烯

储料罐底部通过电磁阀可与外部相连。第二个分离器的第一个出口通过单向阀与乙炔储料

罐相连；第二个分离器的第二个出口通过单向阀与氯化氢储料罐相连。控制系统的检测元

件与控制元件按需布置。加热冷却系统布置在等离子体反应器和反应罐及储料罐的外围，

主要用于控制温度，防止超温超压。

[0031] 所述非平衡低温等离子体制备氯乙烯装备的工作方式为：外部乙炔供料装置可通过输气管在电磁阀的控制下为乙炔储料罐中输入乙炔原料，待工作过程中，关闭电磁阀；外

部氯化氢供料装置可通过输气管在电磁阀的控制下为氯化氢储料罐中输入乙炔原料，待工

作过程中，关闭电磁阀。乙炔储料罐及氯化氢储料罐下的单向阀主要用于外部加料时防止

流体倒流进分离器中。工作前，氯乙烯储料罐底部与真空泵相连，进行抽真空操作。工作过

程中，打开电磁阀，乙炔储料罐内的乙炔可以在气体压缩机的驱动下进入静态混合器中，同

时，打开电磁阀，使氯化氢储料罐内的氯化氢在气体压缩机的驱动下也进入静态混合器，在

静态混合器中混合均匀后由于气压压力作用进入等离子体发生器中，并反应后进入反应罐

中。反应罐内已经参与过反应的物质及合成的氯乙烯经过打开的电磁阀由气体压缩机快速

抽离反应罐，防止其干扰后续反应。气体压缩机抽出的气体直接排入分离器，通过分离器将

氯乙烯及其他物质分离，氯乙烯通过单向阀后被气体压缩机直接打入氯乙烯储料罐储存；

而其他物质通过单向阀后被气体压缩机注入另外一个分离器中，该分离器将乙炔与氯化氢

分离出来，并分别将两种物质注入各自的储料罐中。工作过程由控制装置自动控制，避免人

为操作失误。

[0032] 作为本发明的进一步说明，可将本发明中的反应部件安装方式变为安装两个等离子发生器，反应原料分别进入等离子发生器中电离后再射入反应罐中进行反应。两个等离

子发生器的出口成一定角度，并能确保两个等离子体发生器喷射的等离子体能接触并发生

反应。所述两个等离子体发生器的出口夹角不宜过小(建议大于60°)也不宜直接相对(即夹

角不宜为180°)。主要原因在于夹角过小，导致实际对撞的速度小于任何一个进入的速度，

造成能量浪费和转化效率低；直接相对容易导致部分等离子体进入对面的等离子体发生器

中而造成设备损坏。60°?180°夹角保证适宜电对撞速度与反应速度，且避免了设备损坏。

[0033] 作为本发明的进一步说明：所述向等离子体反应器中通入乙炔和氯化氢气体，其中乙炔气体的提供可与电石法制备乙炔成熟工艺联用，氯化氢气体供给可不断从饱和氯化

氢储料罐经气体导管干燥后使用。

[0034] 作为本发明的进一步说明，该发明制备氯乙烯后可与PC悬浮聚合单元连用制备聚氯乙烯，其中悬浮聚合制备聚氯乙烯采用恒温单元组合PC聚合反应釜，由等离子体制备

的氯乙烯经提纯后通入PC聚合反应釜中，在分散剂如聚乙烯醇等和引发剂如过氧化二碳

酸二(2?乙基己酯)等的作用下，生成PC，控制反应釜温度在50?80℃，以合成不同型号PC

树脂。

[0035] 本发明一种非平衡低温等离子体制备聚氯乙烯单体工艺及装置与相较于传统工艺优势在于，采用高压电离的等离子技术代替催化剂的微观断键催化方法，未使用催化剂，

且等离子体法制备氯乙烯更高效，具有环境友好性；同时等离子体法可与PC悬浮聚合法联

用，并且还可与电石法制备乙炔的工艺联用，符合工业可行性的要求，更加便于操作，提升

反应系统的安全性，降低生产成本，便于大规模工业化生产。

附图说明[0036] 图1所示为本发明一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺的工艺流程图；[0037] 图2所示为本发明一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置总体示意图。[0038] 图中：1?反应罐；2?等离子体发生器；3?静态混合器；4?乙炔储料罐；5?氯化氢储料罐；6?电磁阀；7?单向阀；9?气体压缩机；12?分离器；20?控制装置；22?氯乙烯储料罐。

具体实施方式[0039] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。[0040] 如图1，本发明实施例所描述的使一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯工艺，包括：

[0041] 步骤1、将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体；

[0042] 步骤2、打开高压电源进行电离反应；[0043] 步骤3、多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物；[0044] 步骤4、被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环。[0045] 进一步的，步骤1中所述将将循环设备抽真空，并通过A口和B口分别向循环系统中通入乙炔和氯化氢气体的具体步骤为：

[0046] 步骤101、关闭原料入口电磁阀，气体出口阀接通真空泵；[0047] 步骤102、检查等离子体反应器气密性，使其气密性良好；[0048] 步骤103、打开真空泵将等离子体反应器抽真空，防止空气中氧气、二氧化碳等气体对反应产生影响；

[0049] 步骤104、打开电磁阀，乙炔储料罐内的乙炔在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统；

[0050] 步骤105、与步骤104同时打开另一电磁阀，使氯化氢储料罐内的氯化氢在气体压缩机的驱动下以恒定流量和速度进入循环系统，乙炔与氯化氢最初先经过循环系统的静态

混合器，待混合均匀后再进入等离子体反应器中；

[0051] 步骤106、真空泵将吸入的气体储存并进行无害化处理；[0052] 步骤107、待一段时间后，反应原料在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，将气体出口与接入循环系统，并关闭真空泵。

[0053] 进一步的，步骤2打开高压电源进行电离反应的具体步骤为：[0054] 待反应原料气流在循环系统中稳定流动并且无其他杂质时，打开高压电源，被电离的反应原料由于充分碰撞而发生反应形成氯乙烯气体；

[0055] 进一步的，步骤3多级气体分离器分离氯乙烯产物、乙炔和氯化氢原料及其他副产物所述的具体步骤为：

[0056] 步骤301、打开电磁阀由气体压缩机快速抽离反应罐内合成的氯乙烯和副产物，防止其干扰后续反应；

[0057] 步骤302、气体压缩机抽出的气体通入一级气体分离器，通过分离器将产物氯乙烯分离，氯乙烯通过单向阀后被气体压缩机通入氯乙烯储料罐储存。

[0058] 进一步的，步骤4被分离的乙炔和氯化氢重新进入反应循环的具体步骤为：[0059] 步骤401、分离氯乙烯后的气体通过单向阀后被气体压缩机注入二级气体分离器。该分离器将乙炔与氯化氢分别分离，并分别将两种物质注入各自的储料罐中，实现原料循

环利用。

[0060] 步骤402、除反应原料重新进入反应循环外，其他材料统一收集并进行净化处理。[0061] 如图2所示，本发明实施例所述的是一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置，又称循环反应系统，该装置包括：控制装置20、加热冷却装置、储料装置、反应装置和输送装置

等。所述储料装置包括乙炔储料罐4、氯化氢储料罐5、氯乙烯储料罐22等；所述反应装置包

括等静态混合器3、等离子体发生器2、反应罐1等；所述输送装置包括多个电磁阀6、单向阀

7、分离器12、空气压缩机9等，图2中电磁阀6有六个，单向阀7有四个，空气压缩机9有五个，

分离器12有两个。

[0062] 本发明一种非平衡低温等离子体制备氯乙烯装置的工作方式为：外部乙炔供料装置可通过输气管在电磁阀6的控制下为乙炔储料罐4中输入乙炔原料，待工作过程中，关闭

电磁阀6；外部氯化氢供料装置可通过输气管在电磁阀6的控制下为氯化氢储料罐5中输入

乙炔原料，待工作过程中，关闭电磁阀6。乙炔储料罐4及氯化氢储料罐5下的单向阀7主要用

于外部加料时防止流体倒流进分离器12中。工作前，氯乙烯储料罐底部与真空泵相连，进行

抽真空操作。工作过程中，打开电磁阀6，乙炔储料罐4内的乙炔可以在气体压缩机9的驱动

下进入静态混合器3中，同时，打开电磁阀6，使氯化氢储料罐5内的氯化氢在气体压缩机9的

驱动下也进入静态混合器3，在静态混合器3中混合均匀后由于气压压力作用进入等离子体

发生器2中，并反应后进入反应罐1中。反应罐1内已经参与过反应的物质及合成的氯乙烯经

过打开的电磁阀6由气体压缩机9快速抽离反应罐1，防止其干扰后续反应。气体压缩机抽出

的气体直接排入分离器12，通过分离器12将氯乙烯及其他物质分离，氯乙烯通过单向阀7后

被气体压缩机直接打入氯乙烯储料罐22储存；而其他物质通过单向阀7后被气体压缩机注

入另外一个分离器12中，该分离器12将乙炔与氯化氢分离出来，并分别将两种物质注入各

自的储料罐中。工作过程由控制装置自动控制，避免人为操作失误。