氯乙烯的聚合工艺

我们常用的PVC，其实就是聚氯乙烯，作为合成树脂的一种，PVC在管道、建材、电缆、薄膜、装饰材料、医疗设备等多个领域都有广泛的应用，目前国内PVC产量也是合成树脂里最高的。根据最终的用途不同，氯乙烯的均聚物在生产时所采用的聚合方法也不同，通常可以分为5种：乳液、悬浮、本体、溶液和微悬浮聚合。21聚合工艺设计3氯乙烯的聚合工艺从流程上可以分为配制助剂—汽提废水—聚合—浆料的汽提—冷凝系统。41.1配制助剂5需要进行配制的助剂主要有碱液、引发剂、涂壁剂、链转移剂、分散剂等。61.1.1碱液7调配出的浆料要保持整体中性，可以利用碱液来降低其酸性，以保证聚合物的稳定，避免对管道和其它设备的酸性腐蚀。81.1.2引发剂9引发剂用来使氯乙烯发生聚合反应，在进行配制时要在专用的配制槽中进行。还有专门的加料槽来控制加料量的多少及比例，使用过后还要用专用的洗剂来清洗加料槽以及加料管线，将残余的料由冲洗水最终流入到聚合釜中，冲洗的水量也要考虑在加水的剂量之内，保证每一次加料及配水准确。引发剂的加料槽里有不同的夹层和搅拌机，保证引发剂能充分混合。101.1.3涂壁剂11涂壁剂使用时涂抹在聚合釜的内壁面上，可以防止氯乙烯在聚合过程中附着在设备的内表面上堆积结垢。121.1.4链转移剂13在生产氯乙烯时，聚合反应的温度越高，最终生产出来的氯乙烯其K值越低，但较高的聚合温度意味着更大的燃料消耗，这时可以通过链转移剂的使用来降低低K值聚合反应的需要温度，以节省燃料。链转移剂可以成品使用，不需要再进行调配，直接通过卸料泵把链转移剂加入到密封的贮槽里，加料过程中贮槽的氮气保护装置可以保证内外的气压平衡及气密性。141.1.5分散剂15在氯乙烯的生产过程中，经常需要对其颗粒度进行调节，这时就需要用到分散剂。分散剂添加时也需要先在加料槽里进行称重后利用加料泵注入聚合釜里，加料时同样需要再用洗剂把加料槽和管道里残余的分散剂冲洗干净最终流入聚合釜中，冲洗的水量也要计入总的加水量中，以保证加入的分散剂和水量准确。161.2汽提废水17汽提废水指利用汽提塔将废水在流入收集池之前进行VCM单体的过滤和消除，这里的废水一般是由于VCM分离回收产生的，还有一部分是各设置和管道的冷凝水，以及各设备中用于密封的水。181.3聚合反应19聚合釜是专门用来进行聚合反应的压力容器，聚合釜中还有必要的搅拌装置和冷却隔层，前面提到聚合反应时的温度对于生成氯乙烯的品质有比较大的影响，在聚合釜中加入了引发剂以降低反应温度获得高温下的氯乙烯品质。同时为了保持反应时温度的稳定，需要用冷却水循环降温。20聚合反应生成的聚氯乙烯与VCM比重不同，VCM更轻，因而聚合反应进行一段时间后就会出现VCM及聚氯乙烯相互分层的情况，并可能在分层面产生结垢的情况，会影响热量的传递，导致反应不彻底或者温度不均衡引起的产物品质降低。这时候就需要搅拌机的不断搅拌，尽可能的保持热量的充分交换，保证反应的可控进行。21可以通过对聚合釜里热平衡情况来监测聚合反应的进行情况，但该方法并不实用，在实际生产时一般都是通过测定聚合釜里压力的变化来确定反应进行情况的。如果确定反应已经完全进行，就可以加入终止剂，这时反应就会停止，然后先进行出料。出料即把生成的聚氯乙烯浆料挤到出料槽里，聚合釜到出料槽之间的管道里有过滤拦网，可以把聚氯乙烯浆料里的一些块料不溶物给过滤出来。出料完成后要对聚合釜进行清洗，以及涂抹涂壁剂，继续进行下一次聚氯乙烯的聚合生产。出料槽里的聚氯乙烯浆料里还存在一部分未完全反应的VCM，需要进行回收后把回收到的VCM再次加入到聚合釜中再次进行聚合反应，以提高VCM的利用率。一部分气态的VCM可以在回收聚氯乙烯浆料时由汽提塔回收，以降低浆料中VCM的含量，提高再利用率的同时降低了VCM的排放和对环境的影响。需要注意的是浆料进入汽提塔前要先进行破碎，以免损坏汽提塔。221.4对冷凝器及聚合釜的清洗23长时间使用和生产之后，聚氯乙烯的生产设备、管道中就会有一些树脂的堆积和吸附，而且普通的清洗手段很难清洗下来。为此专门配置了一套高压清洗系统，最高水压达到了40MPa，对于搅拌器等器件也可以清洗干净。清洗站通常安装在聚合釜里，高压水枪的水主要冲洗像搅拌桨、内挡板和内壁的各个角落，冷凝器由于结构更加复杂，需要用更高的水压进行冲洗，一般只需达到45MPa就可以冲洗干净。241.5冷凝水及蒸汽系统251.5.1冷凝水系统26冷凝水系统用来把各处产生的高温蒸汽冷凝后收集起来。聚氯乙烯的生产设备里产生的蒸汽通常都是温度较高且有一定压力的，可以利用凝液槽把这部分蒸汽冷凝降温，然后输送到冷却系统中，为各部分的冷却装置提供水源。271.5.2蒸汽系统28在对聚合釜进行清洗时通常都是使用高温高压蒸汽，而不是直接使用高压水，清洗后这些高温高压蒸汽可以导出用来加热反应所用的水或者调配分散剂。292聚合釜的设备和管道布置30由聚氯乙烯的整个聚合工艺流程就可以看出，核心环节是聚合反应，核心设备自然是聚合釜，可以说聚合釜工艺水平直接决定了整个聚合工艺的水平高低。312.170立方米聚合釜的设备和管道布置32国内大多数PVC生产厂，尤其是那些中小型PVC生产企业都是采用的70立方米聚合釜，而且这种规格的聚合釜由于生产和应用更加成熟，因而更加可靠，成本更低，经济效益相对更好。目前单条生产线一般需要6台70立方米的聚合釜，年生产能力为120kt。33这种PVC生产线上通常需要对4个部分的设备进行布置：配料、聚合、浆料和汽提。配料部分通常采用封闭的混凝土结构，整体厂房为开放式结构，因为聚乙烯本身是高度易燃易爆的，需要保持通风良好。因为在聚合釜的吊装孔处要进行设备的检修，所以管道要布置在另外一侧；配料槽一侧为加料口，管道在另一侧；聚合釜下料时要利用管道的坡度来进行自然过滤，另外所有加料管道的形状要集中布置在一起，方便进行快速控制。６个聚合釜与分散剂、引发剂的接口处要尽量接近，同时要处在所有聚合釜等距离的位置。342.2108立方米聚合釜的设备和管道布置35随着聚合工艺的迅猛发展，不断有更先进的工艺涌现出来，其中日本智索公司的108m3聚合釜工艺以其产能高，产品质量好，原材料及能源消耗低等优点被广为采用。36对于聚氯乙烯的需求加速了聚合生产工艺的快速发展，出现了新的更高产能和更高质量、更低能耗的生产工艺及设备。以目前使用较为广泛的108立方米聚合釜为例，其单台产能约为每年40kt，工业生产过程中的年产300kt的生产线就是由8台108立方米聚合釜组成的。其设备与厂房布置整体与70立方米生产线类似，但108立方米聚合釜由于容积更大，需要配套的冷凝器和用来运送浆料的平车。37除了70立方米聚合釜生产线的基本管道布设要求外，108立方米的聚合釜还要求在新加的冷凝器的弯头处加装法兰和盘管，方便对冷凝器及聚合釜进行检修和维护；聚合釜的进料管道要求坡度达到5%以上，由所传输物料的不同选择合适的阀门规格和型式，要把各进料开关就近布置，方便控制。383结束语39国家的生产建设，各个行业的发展和生产都对聚氯乙烯有更高的质量和产能需求，而且严格的环保和节能减排要求也迫使要对聚合工艺进行升级改造，高产能的108立方米聚合釜生产线得到了越来越多的使用。