PVC聚合二次升溫反應(yīng)工藝的應(yīng)用

沈宗志，戎雙雷，馬廣才

（云南南磷集團(tuán)電化有限公司，云南 尋甸655204）

云南南磷集團(tuán)電化有限公司樹脂廠聚合車間2 套生產(chǎn)裝置共有12 臺(tái)70 m3聚合釜 （每套裝置6 臺(tái)），采用氯乙烯懸浮聚合工藝生產(chǎn)PVC，該工藝引進(jìn)北二化70 m3聚合釜生產(chǎn)技術(shù)，采用復(fù)合分散劑、油溶性引發(fā)劑體系、純熱水等溫入料工藝，具有產(chǎn)品性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)。但目前PVC 行業(yè)趨于飽和，生產(chǎn)成本高、利潤(rùn)微薄，因此在聚氯乙烯生產(chǎn)中，優(yōu)化PVC 聚合工藝、降低原輔材料成本對(duì)PVC 生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)原料和產(chǎn)品效益最大化、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。該公司結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行聚合釜自動(dòng)二次升溫反應(yīng)后，大大提高了聚合單釜產(chǎn)量，降低了原輔材料成本。

1 常規(guī)PVC 聚合工藝流程及生產(chǎn)中存在的問題

1.1 常規(guī)工藝流程簡(jiǎn)述

當(dāng)各系統(tǒng)具備入料條件后，將緩沖劑系統(tǒng)啟動(dòng)提前由水管路加入聚合釜，緩沖劑加料完畢后由冷熱去離子水泵分別從貯存在冷熱水槽的冷熱無(wú)離子水抽出，調(diào)節(jié)好入釜水溫后經(jīng)計(jì)量計(jì)雙重計(jì)量后入釜，當(dāng)聚合釜底閥打開后通入聚合釜軸封水同時(shí)啟動(dòng)聚合釜攪拌。當(dāng)微機(jī)檢測(cè)攪拌運(yùn)行參數(shù)正常后由氯乙烯單體泵分別從回收和新鮮單體儲(chǔ)槽中將氯乙烯單體抽出，經(jīng)計(jì)量計(jì)雙重計(jì)量后入釜，當(dāng)無(wú)離子水和氯乙烯單體加完后，提前配制好的分散劑、引發(fā)劑等助劑，分別由加料泵按配方單規(guī)定量經(jīng)流量計(jì)雙重計(jì)量后加入到聚合釜，進(jìn)料結(jié)束后，即進(jìn)入反應(yīng)控制階段，待反應(yīng)壓降至0.05 MPa，即可啟動(dòng)終止劑加料泵往聚合釜中加入配方規(guī)定量的終止劑終止反應(yīng)，若系統(tǒng)具備出料條件，即打開出料底閥出料，漿料由出料泵打入漿料槽中，沒有參與反應(yīng)的單體以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮冷凝系統(tǒng)進(jìn)行壓縮冷凝回收，回收后的單體貯存在回收單體槽中，參加下一釜的反應(yīng)。若壓縮冷凝出現(xiàn)故障，VCM 氣體直接回收至氯乙烯氣柜。 出至出料槽的漿料，通過打料泵打入供料槽中，供料槽的漿料由汽提塔進(jìn)料泵直接送入汽提塔進(jìn)行汽提處理，經(jīng)汽提塔處理的漿料經(jīng)汽提塔出塔泵送至干燥漿料槽。等溫入料后通循環(huán)水冷卻以移除反應(yīng)熱， 通過釜溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制反應(yīng)，溫度控制在（T±0.5）℃范圍內(nèi)，最佳溫度應(yīng)控制在 （T±0.2）℃，T 代表各個(gè)型號(hào)樹脂設(shè)定反應(yīng)溫度。當(dāng)釜內(nèi)壓力下降到0.05 MPa 時(shí)，加終止劑、消泡劑、堿液進(jìn)行出料回收操作。聚合工藝簡(jiǎn)易流程圖見圖1。

圖1 聚合工藝簡(jiǎn)易流程圖

1.2 PVC 聚合生產(chǎn)存在的問題

在聚合反應(yīng)中， 部分氯乙烯未參與反應(yīng)生成PVC，回收單體量大，導(dǎo)致回收時(shí)間較長(zhǎng)，降低了聚合釜的使用率，且耗電量相對(duì)較大。聚合工藝改造前，聚合平均出料回收時(shí)間見表1。

表1 2013年7-12月聚合平均出料回收時(shí)間min

（2）聚合平均單釜產(chǎn)量低，助劑單耗高。聚合釜每釜氯乙烯單體進(jìn)料25 t，聚合助劑有涂釜液、緩沖劑、分散劑、引發(fā)劑、終止劑、消泡劑、堿液及阻聚劑，表2 是聚合釜單釜產(chǎn)量及助劑單耗統(tǒng)計(jì)表。

表2 2013年7-12月聚合單釜產(chǎn)量及助劑單耗

結(jié)合上表和實(shí)際生產(chǎn)情況可得：聚合平均單釜產(chǎn)量低，聚合轉(zhuǎn)化率只達(dá)到約80%，生產(chǎn)1 t PVC 所需助劑成本92.37 元。

2 PVC 聚合工藝的改造

在聚氯乙烯生產(chǎn)中，聚合進(jìn)料在加入同等量的原輔材料條件下，若要提高聚合釜單釜產(chǎn)量，只有減少聚合反應(yīng)中氯乙烯的剩余量，提高聚合轉(zhuǎn)化率才能達(dá)到目的，而在聚合反應(yīng)中聚合溫度的升高有助于聚合反應(yīng)速率的提高，因此對(duì)聚合釜進(jìn)行二次升溫反應(yīng)操作是最好的選擇。通過聚合變溫操作使得部分未參與反應(yīng)的氯乙烯反應(yīng)生成聚氯乙烯樹脂，這樣有效地提高了聚合單釜產(chǎn)量，降低了助劑成本。

2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

當(dāng)各系統(tǒng)具備入料條件后，緩沖劑系統(tǒng)啟動(dòng)由軟水管路加入聚合釜，緩沖劑加料完畢后啟動(dòng)去離子水和氯乙烯加料系統(tǒng)向聚合釜加入配方規(guī)定的去離子水和氯乙烯。去離子水和氯乙烯加完后，提前配制好的分散劑和引發(fā)劑分別由加料泵抽出按配方值加入到聚合釜，聚合入料結(jié)束后即進(jìn)入反應(yīng)控制階段。待聚合反應(yīng)壓降0.05 MPa 時(shí)達(dá)到設(shè)定反應(yīng)終點(diǎn)反應(yīng)結(jié)束，此時(shí)不加終止劑終止聚合反應(yīng)，而是將終止劑的加入延時(shí)，同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉聚合釜循環(huán)冷卻水儀表閥門，停止聚合釜注水，由于聚合反應(yīng)溫度自動(dòng)上升，聚合反應(yīng)速率加快，自動(dòng)進(jìn)行升溫二次加速反應(yīng)，待變溫延時(shí)結(jié)束且溫度達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)啟動(dòng)終止劑泵加入配方值終止劑終止反應(yīng)。

2.2 PVC 聚合二次升溫反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)

（1）云南南磷集團(tuán)電化有限公司樹脂分廠聚合車間聚合生產(chǎn)裝置攪拌功電機(jī)率為132 kW，聚合回收時(shí)間每釜縮短10 min，回收系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要壓縮機(jī)和工作水泵同時(shí)運(yùn)行，壓縮機(jī)電機(jī)功率160 kW，工作水泵電機(jī)功率11 kW，由聚合反應(yīng)時(shí)間增加而產(chǎn)生的聚合攪拌運(yùn)行時(shí)間增加所產(chǎn)生的動(dòng)力電耗與縮短的回收時(shí)間可相互抵消，忽略不計(jì)。部分氯乙烯單體通過二次變溫反應(yīng)操作生成PVC，提高聚合轉(zhuǎn)化率。 未采取二次變溫反應(yīng)操作時(shí)聚合轉(zhuǎn)化率約80%，經(jīng)過二次變溫反應(yīng)后聚合轉(zhuǎn)化率月87%，單釜產(chǎn)量得到提高；

（2）降低回收單體量。經(jīng)過聚合釜二次升溫反應(yīng)，部分氯乙烯單體反應(yīng)生成PVC，減短了聚合出料回收時(shí)間。表3 是2014 年1-6 月聚合平均出料回收時(shí)間統(tǒng)計(jì)表。

表3 2014年1-6月聚合平均出料回收時(shí)間min

（3）相同的聚合進(jìn)料配方，單釜產(chǎn)量提高后聚合進(jìn)料的原輔材料得到了有效利用，降低了聚合助劑單耗。表4 是2014 年1 月至6 月聚合釜單釜產(chǎn)量和助劑單耗情況。

表4 2014年1-6月聚合釜單釜產(chǎn)量和助劑單耗

3 工藝改造前后PVC 樹脂產(chǎn)品性能的對(duì)比

2014 年1 月通過聚合二次變溫反應(yīng)操作后，對(duì)工藝改造前后PVC 樹脂產(chǎn)品性能分析結(jié)果做了統(tǒng)計(jì)，見表5。

表5 2013年7-12月與2014年1-6月PVC各指標(biāo)對(duì)比

由上表可知，工藝改造前后PVC 樹脂各項(xiàng)指標(biāo)分析結(jié)果一致，所以通過聚合二次變溫操作并不會(huì)影響PVC 樹脂的性能。

4 經(jīng)濟(jì)效益

通過聚合二次變溫反應(yīng)，提高了聚合單釜收率，相同的聚合進(jìn)料配方平均每釜產(chǎn)量由原來(lái)的19.90 t提高到21.25 t，平均單釜產(chǎn)量增加1.35 t 樹脂，聚合助劑單耗原有工藝為92.34 元/t PVC，經(jīng)過二次升溫反應(yīng)操作后助劑單耗為86.87 元/t PVC，生產(chǎn)1 t 樹脂可降低生產(chǎn)成本約5.5 元，以云南南磷26 萬(wàn)t/a PVC 生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，可增加經(jīng)濟(jì)效益143 萬(wàn)元/a，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)中國(guó)PVC 行業(yè)發(fā)展快速，使PVC 產(chǎn)能趨于飽和，生產(chǎn)成本高，利潤(rùn)微薄，因此技術(shù)創(chuàng)新對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。云南南磷集團(tuán)電化有限公司樹脂廠所采用的聚合釜二次升溫反應(yīng)操作有效地提高了聚合釜單釜PVC 產(chǎn)量，降低了原輔材料成本，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。但是，需要注意的是由于聚合釜二次變溫反應(yīng)需要延時(shí)操作，造成反應(yīng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，要根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整設(shè)定變溫操作的啟動(dòng)點(diǎn)，控制聚合反應(yīng)總時(shí)間，操作中需要密切關(guān)注聚合釜的溫度和壓力變化情況，避免釜溫釜壓過高而影響安全生產(chǎn)。

［1］鄭石子.聚氯乙烯生產(chǎn)過程與控制.北京科學(xué)技術(shù)出社，1993.

［2］邴涓林，金永利，李承志.提高70 m3聚合釜生產(chǎn)能力的途徑與方法.聚氯乙烯，2005（04）：11－12.