110 m3氯乙烯聚合釜運行總結

肖靜

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南平頂山467001）

110 m3氯乙烯聚合釜運行總結

肖靜

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南平頂山467001）

介紹了在20萬t/a PVC生產裝置中采用國內先進的110 m3聚合釜的工藝特點、設備配置、安全和環(huán)保措施及運行情況。

PVC；110 m3聚合釜；工藝特點；運行

1 20萬t/a PVC生產裝置簡介

本裝置按生產工藝流程分為助劑配制單元、聚合反應單元、汽提單元、單體壓縮回收單元、離心干燥單元和包裝單元等。冷無離子水通過質量流量計用泵從釜底部加入聚合釜中，同時分散劑、引發(fā)劑也通過冷無離子水帶入聚合釜。當冷無離子水、分散劑及引發(fā)劑等助劑加入到設定值后，分別加入回收單體和新鮮單體，最后加入120℃過熱無離子水升溫，達到反應溫度，單體經過聚合反應轉化為PVC樹脂。當釜內壓力下降到設定值時，開始自加熱生產工藝，程序自動關閉冷卻水閥，自加熱結束后，冷卻水打開，繼續(xù)反應至壓力下降到設定值，加入終止劑和消泡劑，聚合反應終止，自壓出料到出料槽，未反應的氯乙烯單體通過旋風分離器送入單體回收氣柜。當釜內壓力降到0.45 MPa時，啟動出料泵出料至出料槽，再用泵打入漿料混料槽，用汽提塔進料泵打入汽提塔中，進一步脫除漿料中未反應的單體，被汽提塔塔底泵送入離心槽中的PVC漿料用漿料泵送到離心干燥工序。PVC漿料經過離心，進入內熱式沸騰干燥床干燥，再由氣流稀相輸送系統(tǒng)送到成品料倉自動包裝。

2 工藝特點

110 m3聚合釜生產裝置技術及關鍵配套設備是由國外引進經消化吸收后國產化的。大型聚合釜、汽提塔及干燥床的應用，使樹脂產品質量和均一性得到了提高，裝置建設占地面積減少，投資降低，裝置生產管理和維修費用降低，容易實現(xiàn)生產全過程自動控制。該裝置采用先進的生產工藝、獨特的進料方式，產品質量優(yōu)良、能耗極低，為目前國內領先生產技術。

2.1 熱水入料技術

熱水入料工藝是各種助劑與少量冷無離子水同時加入后再加入單體，然后加入120℃過熱無離子水達到反應溫度，若低于反應溫度，可利用夾套升溫，既消除了升溫之弊端，又縮短了進料輔助時間，降低了能耗。本工藝要求控制冷無離子水與過熱水的加入比例和助劑的加入順序。聚合全部采用過熱水加料方案易使引發(fā)劑、分散劑分散不勻、局部過濃產生“魚眼”，為了克服這一缺點，首先加入適量的冷無離子水，與分散劑、引發(fā)劑充分攪拌混合后，加入單體，再加入過熱無離子水，避免了快速粒子的形成，降低了物料泵的揚程。熱水加料中需要保證過熱水進料勻速穩(wěn)定，不能加得太快，因為加過熱水時各種助劑已經加入，如過熱水加料太快，易使釜內傳熱不勻，而產生爆聚或局部熱產生塑化料；如加料太慢，延長了升溫時間，產品熱穩(wěn)定性變差。

2.2 助劑溶劑化自動密閉進料

在全自動生產裝置中，聚合反應所用助劑均配制成一定濃度的溶液或乳化液。加料時，在計算機控制下，根據加入精度要求，各種配料分別通過電子稱、流量計及計量泵計量進行密閉入料，加料精度高，產品重現(xiàn)性好。根據產品要求，可方便進行引發(fā)劑二元復合，分散劑三元復合配制。

2.3 反應中的注水工藝

110 m3釜投料時最大限度地降低水油比，水油比控制在為1.0∶0.9～1.0∶1.0，水油比的降低，提高了單釜產能，樹脂的顆粒形態(tài)更加規(guī)整，產品質量得到提高。在聚合反應中，隨著單體轉化成樹脂，釜內物料體積會發(fā)生收縮，體系黏度增大，有效傳熱面積下降。本裝置工藝從反應開始通過釜頂注水口、釜頂冷凝器注水口注入無離子水，通過DCS自動控制反應注水時間及注水量，使體系收縮量與注入水體積相抵消，最大限度地利用釜的傳熱面積，同時，使釜內物料體系黏度不升高，以達到強化傳熱的目的，也減小了釜內的氣相空間，從而減少了氯乙烯氣相聚合造成的粘釜。

2.4 釜頂冷凝器的應用

隨著110 m3釜容積的增大，表面積相對縮小，夾套的傳熱面積無法滿足傳熱需求。110 m3釜配套了釜頂冷凝器，釜頂冷凝器的形式為固定管板式換熱器，換熱面積為132 m2，其作用是熱的氣相介質進入到冷凝器換熱管中后，經換熱管進行熱交換，將氣相介質冷凝為液相，沿換熱管壁回流到物料中，及時導出物料的反應熱，通過冷卻水流量的控制，使物料的溫度保持在工藝要求的范圍內，完成聚合反應。為了防止升溫及反應初期冷凝器粘壁，反應前進行充氮，反應過程中將體系內的氮氣和不凝性氣體排凈，以防止惰性氣體聚集在冷凝器頂部，影響冷凝效果。在配方設計中，盡量不使用帶有揮發(fā)性的引發(fā)劑或溶劑，防止釜內霧沫夾帶使冷凝器堵塞。在冷凝器的封頭設有6個噴頭，以沖洗冷凝器，防止列管堵塞。在操作過程中，要控制好充氮量和排氮速度，防止塑化物堵塞冷凝器。

若為山村、遠方工廠供電的配電線路，其負荷均分布在線路末端，則電壓調節(jié)效果則與串聯(lián)電容器位置無關，串補裝置的最佳安裝位置為線路最末端緊靠首個負荷的電源側，此時串聯(lián)電容器承受的故障應力最小，調壓效果最佳。若配電線路全線均分布有負荷，為使得沿線電壓均在合格范圍，或者盡可能接近電壓合格范圍，則可以選擇負荷最大時電壓差為全線壓降1/2左右的線路位置。當線路較長，使用一個串補裝置不能達到預期的調壓結果時，可以選擇多處安裝串補裝置，并結合經濟性評估，確定最優(yōu)的串補方案。

2.5 冷卻水強制循環(huán)工藝及循環(huán)水、15℃水切換工藝

110 m3釜的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用了低溫差、小循環(huán)與大循環(huán)并聯(lián)使用，即由循環(huán)水站的供水泵輸送循環(huán)冷卻水到聚合釜冷卻水進口，與單釜自循環(huán)進出口通并聯(lián)，送往聚合釜夾套伴管及內冷管，使循環(huán)水一部分靠自壓回到循環(huán)水站，另一部分通過與強制循環(huán)水泵進口相連進行單釜強制小循環(huán)（如圖1所示），通過夾套溫度、流量監(jiān)測，由DCS實現(xiàn)自循環(huán)量調節(jié)，可有效降低供水站的水量，保證聚合釜冷卻水進出口溫度的穩(wěn)定，從而保證聚合釜反應溫度穩(wěn)定。因為夏季循環(huán)水溫高，110 m3釜冷卻水采用工業(yè)循環(huán)水及15℃冷凍水2條供水系統(tǒng)，可根據不同氣溫條件進行切換，防止了夏季循環(huán)水溫高時，聚合熱不能及時移走，發(fā)生超溫超壓現(xiàn)象，使110 m3釜的冷卻水系統(tǒng)在夏季也能穩(wěn)定地控制聚合反應溫度在（±0.1）℃。該公司70 m3釜冷卻水系統(tǒng)采用的是非循環(huán)系統(tǒng)流程，即冷卻水由涼水塔提供，與聚合釜進行熱交換后，流回循環(huán)水池，當整個循環(huán)水系統(tǒng)用量、水壓不穩(wěn)定時，引起聚合冷卻水壓力波動，聚合反應穩(wěn)定性變差，特別是在夏季頻繁出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象。為了解決這一問題，將內冷管中冷卻水在夏季改為7℃水，改善了超溫、超壓現(xiàn)象，單釜產能提高。

2.6 汽提脫析技術

汽提塔采用有堰篩板塔，塔總高為18 m，7層塔盤，單塔處理能力為20萬t/a。該塔特點是脫析效果好、汽耗低、操作穩(wěn)定、不易堵塔。有堰篩板塔降低了塔高，每層都有人孔和視鏡，給安裝、巡檢、清理帶來便利。漿料在每層塔盤上沿折流板流動，充分與自下而上從塔盤篩孔上升的蒸汽進行傳熱、傳質，使?jié){料在各層塔盤上呈沸騰狀態(tài)，經溢流堰從下料管進人下一層塔盤。每層塔盤下均設有噴淋裝置，由DCS控制噴淋時間、水溫以及噴淋周期，防止塔盤堵塞。汽提塔塔頂控制為微負壓操作，從而極大地提高了漿料脫除單體的效率，噴淋水采用過濾后的離心母液水，降低了純水、蒸汽消耗。出塔漿料中單體含量為5 mg/kg以下，水蒸氣消耗為0.15 t/t PVC以下，能量消耗低。工藝技術和控制實現(xiàn)了DCS多變量智能化監(jiān)控，勞動強度極低，裝置操作簡便、穩(wěn)定、彈性大。該公司10萬t生產線采用的是無堰穿流塔，采用36層塔盤，塔高對安裝垂直度要求高，增加了安裝和清理難度，因樹脂需通過篩孔進行汽液熱交換脫析單體，易積料、堵篩孔。溢流堰篩板塔有效解決了這些現(xiàn)象。

2.7 采用內熱式二室沸騰床干燥器技術

離心干燥單元采用2臺螺旋沉降式離心機，內熱式二室沸騰床干燥器，干燥后，采用羅茨風機稀相正壓輸送到料倉。此種干燥工藝最大的優(yōu)點是單套裝置生產能力大（20萬t／a），占地小，比較適合大型PVC裝置。干燥所需熱量分別由床內加熱管和熱風所提供,前室加熱管是通過自力式調壓閥將蒸汽壓力降到0.08 MPa的低壓蒸汽加熱，為了防止蒸汽加熱溫度過高，通過靜態(tài)混合器在蒸汽中加入純水降溫；后室采用回收蒸汽冷凝水加熱。干燥熱風是采用2段加熱器加熱，一段采用冷凝水、母液水（可切換）預熱；二段采用蒸汽加熱，床溫控制在50℃左右。由于干燥樹脂采用低壓蒸汽，在較低的溫度下干燥，并充分循環(huán)利用了冷凝水、母液水的熱能,使得蒸汽消耗為0.45 t/tPVC以下,而產品質量顯著提高。整個干燥床采用微負壓操作，操作彈性大，控制實現(xiàn)了多變量智力化監(jiān)控，操作簡單，能夠長期穩(wěn)定運行。

2.8 未反應單體壓縮回收技術

未反應單體經聚合釜、出料槽、混料槽、汽提塔通過旋風分離器分離夾帶樹脂后，直接排到3 000 m3聚合獨立氣柜。旋風分離器進口管線裝有自控閥，以調節(jié)排氣速度和排氣壓力，這樣，旋風分離器能很好地處理排放單體中樹脂的夾帶，控制氣柜高度。排到氣柜的單體，采用3臺950 m3/h（工作狀態(tài)下）壓縮機組，2開1備，壓縮后經過2段冷凝，一段采用7℃水；二段采用-35℃水，回收未反應單體到單體回收儲槽，不能回收的尾氣送到變壓吸附裝置處理，最后實現(xiàn)達標排放。為了防止自聚，回收管線加入阻聚劑，回收單體與新鮮單體按比例加入聚合釜再利用。

3 設備配置

3.1 聚合釜

110 m3釜生產裝置采用錦化機LF110型聚合釜，釜體內徑為4 200 mm、高徑比為2.03、設計壓力為1.47 MPa、設計的生產強度為400 t/m3。攪拌型式為底伸式二層三葉平漿攪拌器，電機采用YB450-4/ 8 240 kW/60 kW 4P/8P,雙極數電機，可按工藝要求調整攪拌轉速，正常轉速為62.5/125.0 r/min。LF110型聚合釜傳熱系統(tǒng)由釜體傳熱系統(tǒng)、內冷擋板傳熱系統(tǒng)、體外冷凝器傳熱系統(tǒng)3部分組成，換熱面積釜體為87.9 m2、底封頭為8.8 m2、內檔板為52 m2、釜頂冷卻器為132 m2。釜體冷卻是由釜體外壁上的半管夾套和設置在釜底的夾套封頭2部分組成，多進多出半管夾套結構使傳熱介質沒有短路現(xiàn)象，提高了總體傳熱系數。釜內設置6組內冷檔板，在改變傳熱的同時，改變攪拌流型[2]。

3.2 出料槽、混料槽和離心槽

該生產裝置采用出料槽、混料槽、離心槽各1臺。工藝中采用了出料預混技術，出料槽、混料槽體積大，分別為250 m3、243 m3，通過槽底攪拌的混合作用大大減少了產品的批次差距，提高了產品質量的一致性。出料槽、混料槽頂部的氣相VCM與氣柜相通，聚合來的含有大量VCM氣體的漿料切線進入槽后迅速泄壓，漿汽分離，使?jié){料中VCM的殘留量降低，減輕了汽提塔的負擔。控制出料槽、混料槽為微正壓，配有安全液封保護裝置，以防止超壓。3個槽為常壓容器，采用現(xiàn)場制作安裝，降低了大容器的制作成本和安裝難度。容積的增大，減少了槽的數量及配套機泵、管線數量，裝置投入少、占地小。因為槽的體積大，攪拌采用的是底伸式二層漿板式攪拌，轉速為83 r/min，機械密封采用的是雙端面，攪拌底部有機封注水，可有效防止樹脂沉降和研磨物產生。3臺槽的沖洗采用的是經過濾后的母液水，用泵送到3個槽上部圓環(huán)型噴淋管，主控DCS通過自控閥控制噴淋量。

3.3 壓縮機

壓縮機采用鶴見真空工程（上海）有限公司EC364液環(huán)式壓縮機組成套裝置，在吸氣壓力為常壓，排氣壓力為0.7 MPa時，單臺處理氣量為950 m3/h（工作狀態(tài)下），2開1備。采用外沖洗式雙端面密封，結構緊湊，無泄漏。供水系統(tǒng)閉路循環(huán)，分離器液位、吸排氣壓力、排氣溫度、循環(huán)氣量、工作液流量引入DCS自動控制，在DCS實現(xiàn)顯示、報警、連鎖，裝置運行穩(wěn)定、故障率低。

3.4 離心機

采用1臺巴工業(yè)TRH084離心機和1臺國產博瑞康LW1100B離心機，單臺能力為15 t/h（干基）,離心機實現(xiàn)了連續(xù)運行、連續(xù)進出料，操作簡便、單機生產能力大。離心后濾餅含水率為20%～25%，母液中含固量100 mg/kg左右，澄清度高。在DCS提供連鎖、指示及控制信號。

3.5 機泵類

為了安全可靠，聚合裝置原料泵采用的是合資或進口泵。單體泵采用的是大連深藍泵業(yè)的離心泵；分散劑、引發(fā)劑的加入采用的是格蘭富的高揚程立式多級離心泵，該泵的特點是體積小、安裝方便、不用機封水、無噪音、無振動、揚程高；消泡劑、pH調節(jié)劑、涂釜劑、終止劑的計量加入采用米頓羅的隔膜式計量泵，計量精度為（±0.1）%。該泵的特點是安裝操作方便、揚程高、流量可調，能滿足輔助助劑加入計量要求，減少了流量計的安裝。這3類泵耐用性高，干燥單元物料的輸送采用旋轉加料器，保證了加料的穩(wěn)定，防止串風，能很好地保持干燥床及管線壓力穩(wěn)定。

3.6 流量計

為確保進料精度，保證產品質量的重現(xiàn)性與裝置運行的安全性，單體、軟水入料計量采用進口質量流量計；分散劑入料采用容積式流量計;而其他要求不高的循環(huán)水、冷凍水總管等計量采用電磁流量計；蒸汽、回收VCM、釜冷卻水等均采用渦街流量計;少數采用孔板流量計，均良好地滿足生產需要。

4 安全保證措施

（1）聚合釜出現(xiàn)超溫、超壓時，設置有泄放自動排氣閥、除遙控手動放空閥外，為了增加安全性，110 m3采用雙安全閥實現(xiàn)自動排空。

（2）先進的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)聚合過程滿釜、超溫、超壓、過熱、循環(huán)水故障以及粗料的早期判斷、報警、預測和處理。

（3）110 m3聚合釜在遇到緊急事故時加入的終止劑有2種：a.遇到生產中溫度、壓力升高，難以正常溫控時，可以向釜內加入適量的正常終止劑，消耗一定的自由基，使反應強度下降，控制溫度以使生產能順利進行；b.每臺聚合釜配有緊急事故終止劑罐，當出現(xiàn)停電之類事故時，自控開關閥打開，氮氣貯槽1.8 kg氮氣將終止劑壓入反應釜中，緊急終止聚合反應。

（4）廠房四周設置可燃氣體報警儀，一旦泄漏，可第一時間報警。

（5）每臺釜各有1臺備用氣動馬達與底部攪拌軸相連，做為備用動力裝置。當電力驅動出現(xiàn)故障時，氣動馬達立即啟動，保證終止劑打入并充分攪拌終止反應,DCS設備設有不間斷電源，保證控制系統(tǒng)暢通。

5 環(huán)保

5.1 廢水處理

本裝置產生的廢水進行有效處理和回收再利用。

（1）干燥單元蒸汽冷凝水及蒸氣管線冷凝水采用背壓式疏水閥，收集到熱水槽，用作干燥床二室加熱水、空氣預熱器加熱水、聚合升溫熱水槽補充水及冬季取暖用水等。

（2）離心母液采用以色列亞美特水處理公司AF-806XLP全自動水動網式過濾器回收夾帶的樹脂后，含固量降為40×10-6，用作聚合釜、汽提塔、出料槽、離心槽、混料槽沖洗水及管線沖洗水、干燥旋風分離器伴熱用水等，使母液水最大限度回用。

（3）通過回收管線機泵將冷卻水回收到循環(huán)水系統(tǒng)重復利用，基本杜絕廢水排放。

5.2 粉塵處理

干燥單元尾氣料通過引風機送到尾氣洗滌塔，通過沖洗水和消沫器除塵后可達標排放。干燥后的樹脂通過羅茨風機稀相輸送到料倉，送料風經旋風分離器和袋式除塵器回收尾氣料后達標排放。

5.3 噪音處理

干燥單元引風口是經過21 m高的引風塔引入，取風口高，有效地降低了燥音，保證了引風源的清潔。放空是通過12 m尾氣洗滌塔排放，降低了噪音污染。

6 安裝運行中出現(xiàn)的問題及解決措施

（1）在聚合反應降到0.5 MPa后，單體回收直接排到氣柜，沒有經過自壓回收,增加了能源消耗和氣柜的投入?？煽紤]改進VCM回收壓縮單元直接全部進氣柜后，再壓縮冷凝的過程,充分利用回收氣體的壓能，回收氣體壓力高時直接冷凝，壓力稍低時增壓冷凝，取消氣柜，節(jié)約設備投資和電耗。

（2）聚合釜的噴淋采用釜頂4個小噴頭和釜頂冷凝器所帶的可伸到釜內的大噴頭進行噴淋，噴淋面積小、效果較差，進行涂釜操作時易堵塞大噴頭噴淋管。采用釜頂噴淋閥能改善釜的噴淋效果。

（3）在電源供應中斷的情況下，聚合釜攪拌備用氣動馬達在應急氣源儲罐提供的2.0 MPa氮氣減壓至0.6 MPa氮氣驅動下，通過離合器與聚合釜攪拌器嚙合，繼續(xù)保持攪拌器的連續(xù)運轉，保證緊急終止劑均勻分布在聚合釜中，終止反應，使聚合釜不出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。為此，需經常檢查氣路及氣動閥，否則離合器不能很好地嚙合,容易損壞。有條件時可考慮增加保安電源。

（4）本裝置機封冷卻用高壓水是通過管線增壓泵，壓力容易波動，易損壞雙端面機封。聚合物料泵機封水的上水采用的是無離子水，回水通過回收管到循環(huán)水系統(tǒng)，造成無離子水消耗量增加。通過改造，增加1個水槽、冷卻器及循環(huán)泵，組成機封水自循環(huán)系統(tǒng)，可降低純水的使用量，保證機封水壓力穩(wěn)定。

（5）國產離心機與進口離心機固相與液相下料口正好反相，增加了配管難度，機器性能、參數、自控和連鎖的差異也不利于操作。選擇同型號的離心機有利于安裝、維護和操作。

（6）因為安裝位置限制，干燥風送系統(tǒng)的管道彎道多，加料口直管段不夠長，造成輸送阻力增加，羅茨風機電流過保護頻繁跳閘。為此，在原設計基礎上并聯(lián)了1臺小功率羅茨風機，產量大時，2臺同時啟動，解決了送風量不足的問題。

該公司20萬t/a PVC生產線一次開車成功，通過近1年的運行，整套裝置運行平穩(wěn)，產品優(yōu)級品率達90%以上。

Operation summary of 110 m3vinyl chloride polymerizer

XIAO Jing
(Henan Shenma Chlor-Alkali Chemical Co.,Ltd.,Pingdingshan 467001,China)

The process characteristics,device arrange,security,environmental measures and operational state of 110 m3vinyl chloride polymerizer was introduced.

PVC;110 m3polymerizer;process characteristics;operation

TQ325.3

B

1009－1785(2011)01-0015-04

2010-10-12