70m3PVC聚合釜釜頂冷凝器的應(yīng)用

張睿 張喜偉(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

70m3PVC聚合釜釜頂冷凝器的應(yīng)用

張睿 張喜偉(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

介紹了70m3聚合釜增加釜頂冷凝器的技術(shù)改進(jìn)，通過增加釜頂冷凝器及相應(yīng)自控化程序改造，將70m3聚合釜產(chǎn)能由2.5萬(wàn)噸/年提升至3萬(wàn)噸/年。對(duì)比分析了采用釜頂冷凝器前后的工藝運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量情況。

PVC；70m3聚合釜；釜頂冷凝器；應(yīng)用

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司一期技改裝置采用原北京化二股份有限公司聚合釜及成套工藝生產(chǎn)技術(shù)，該裝置共有6臺(tái)70m3聚合釜，裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能12萬(wàn)噸/年，自2008年正式投產(chǎn)以來，生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，單臺(tái)聚合釜實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)到2.5萬(wàn)噸/年，為了進(jìn)一步提高聚合釜產(chǎn)能，2012年采用北京新安化二工程技術(shù)有限公司技術(shù)對(duì)6臺(tái)70m3聚合釜進(jìn)行新增釜頂冷凝器工藝改造，改造完成后目前聚合釜產(chǎn)能已達(dá)到3.15萬(wàn)噸/年。使用效果較好，現(xiàn)對(duì)70m3聚合釜新增釜頂冷凝器后運(yùn)行情況總結(jié)如下：

1 70m3聚合釜工藝簡(jiǎn)介：

1.1 70m3聚合釜主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

項(xiàng)目物料容積操作壓力設(shè)計(jì)壓力傳熱面積容器類別釜體氯乙烯單體，水等70.5立方米1.2MPA2.0MPA19m2（內(nèi)冷管）三類夾套冷卻水0.74MPA70m2

主體材料單釜年生產(chǎn)能力16MnR+SUS304 20000T底夾套16MnR半園管10/Q235-A

1.2 70m3聚合釜工藝簡(jiǎn)介

懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)工藝如下：先將去離子水與氯乙烯單體加入聚合釜內(nèi)，在攪拌作用下繼續(xù)加入分散劑水溶液和其他助劑，最后加入引發(fā)劑，將聚合釜溫度控制在預(yù)定溫度進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合釜的物料在聚合釜中發(fā)生如下反應(yīng)：

nCH2CHCl→—(CH2-CHCl)—n+96.3～108.9kJ/mol

聚合反應(yīng)熱由聚合夾套及內(nèi)冷管通循環(huán)冷卻移除，保證聚合釜溫度控制在T±0.5℃范圍內(nèi)，反應(yīng)放熱移除的能力決定了聚合釜的生產(chǎn)能力。

2 70m3聚合釜釜頂冷凝器介紹

在大型聚合釜中，為保證聚合釜生產(chǎn)裝置能力的進(jìn)一步提升，通過增加釜頂冷凝器裝置來增加聚合釜換熱面積，在聚合釜頂部安裝一列管式換熱器，換熱面積120m2（聚合釜原設(shè)計(jì)換熱面積夾套70m2，內(nèi)冷管19m2，換熱面積共計(jì)89m2）。換熱器管程內(nèi)為氯乙烯單體，利用聚合釜頂部人孔做為釜頂冷凝器的接口垂直安裝在聚合釜釜頂部，釜頂冷凝器殼程內(nèi)為循環(huán)冷卻水，殼程循環(huán)水設(shè)計(jì)為高進(jìn)低出，循環(huán)水調(diào)節(jié)閥安裝在冷凝器下部回水管道上，釜頂冷凝器設(shè)計(jì)有涂釜、注水、回收等工藝管口。聚合釜反應(yīng)過程中，不凝的氯乙烯氣體進(jìn)入換熱器內(nèi)，被循環(huán)水冷卻后，由冷凝器冷凝成液態(tài)單體回流至聚合釜內(nèi)繼續(xù)參加反應(yīng)，達(dá)到移除反應(yīng)放熱，提高聚合釜換熱效率，縮短聚合釜反應(yīng)時(shí)間，從而增加單臺(tái)聚合釜產(chǎn)能。圖1為釜頂冷凝器工作原理示意圖如下：

圖1 70m3聚合釜釜頂冷凝器工作原理示意圖Fig.1 70 m3polym erization kettle still top condenserworking p rinciple diagram

370m3聚合釜釜頂冷凝器生產(chǎn)原理

聚合反應(yīng)過程中聚合釜內(nèi)加入單體量一定最終轉(zhuǎn)化率一定，其反應(yīng)過程中反應(yīng)的熱量是一定值，由于現(xiàn)有聚合釜換熱面積有限，根據(jù)Q=KS△T＝qt,當(dāng)熱量為定值時(shí)單位時(shí)間內(nèi)移除熱量q越大反應(yīng)所需時(shí)間越短，聚合效率越高，同時(shí)由于K、△T均為定值，如提高聚合效率，必須增大有效傳熱面積S,新增釜頂冷凝器通過自控程序控制實(shí)現(xiàn)聚合釜反應(yīng)熱量通過釜頂冷凝器移走，在不進(jìn)行大量資金投入的情況下可提高單釜產(chǎn)能，聚合效率可提高26%,單臺(tái)70m3聚合釜裝置年總產(chǎn)能將由2.5萬(wàn)噸提升至3.15萬(wàn)噸，設(shè)備利用率將大幅提升。

4 釜頂冷凝器運(yùn)行控制重點(diǎn)

4.1 防粘釜?jiǎng)﹪娡?/p>

聚合釜新增釜頂冷凝器后，對(duì)聚合釜及冷凝器的涂壁是非常重要的，在涂壁操作過程中，新增釜頂冷凝器后涂壁液用量相應(yīng)增加，涂壁分為兩部分進(jìn)行，首先對(duì)聚合釜進(jìn)行涂壁，聚合釜涂壁完成后對(duì)釜頂冷凝器進(jìn)行涂壁，涂壁液通過釜頂冷凝器頂部及底部涂壁噴頭由蒸汽霧化后分段進(jìn)入釜頂冷凝器，對(duì)釜頂冷凝器換熱管內(nèi)壁及冷凝器上下封頭不完進(jìn)行噴涂，避免聚合反應(yīng)過程中單體聚合粘壁，影響釜頂冷凝器的換熱能力。

4.2 聚合反應(yīng)過程中注水控制

反應(yīng)期間，原聚合釜注水閥調(diào)為設(shè)定開度，以最小流量保持該管線清潔及釜壓力變送器的可靠工作即可。釜頂冷凝器注水閥調(diào)為設(shè)定開度，控制釜頂冷凝器注水流量約為1900Kg/h左右（該流量包括釜頂冷凝器涂壁噴頭沖洗水的流量）。反應(yīng)期間的總注水量，（包括攪拌機(jī)封水，聚合釜注水閥，釜頂冷凝器注水閥）在DCS內(nèi)監(jiān)控。當(dāng)總注水量達(dá)到設(shè)定的高限后，關(guān)聚合釜及釜頂冷凝器注水閥門，以防止?jié)M釜危險(xiǎn)。釜頂冷凝器兩處涂釜噴涂沖洗水在整個(gè)聚合反應(yīng)周期注水以防止釜頂冷凝器涂壁噴頭堵塞，注水閥門前安裝1mm孔徑限流孔板控制注水流量。

4.3 聚合釜DCS控制程序改進(jìn)

PVC懸浮聚合反應(yīng)期間，釜溫需平穩(wěn)控制在±0.2℃，聚合釜增加釜頂冷凝器后，釜溫控制通過聚合釜夾套、聚合釜內(nèi)冷管和釜頂冷凝器三處循環(huán)水流量來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)于三處循環(huán)水控制閥門開度不斷的聯(lián)動(dòng)調(diào)試，最終確定釜頂冷凝器與聚合釜內(nèi)冷管循環(huán)水兩處同時(shí)調(diào)節(jié)，達(dá)到統(tǒng)一控制的目的。PVC懸浮聚合在形成初級(jí)粒子時(shí)，其粘附性非常強(qiáng)，釜頂冷凝器使用一般在聚合VCM轉(zhuǎn)化率大于l5%以后使用，如果提前使用，因這時(shí)形成PVC顆粒不穩(wěn)定，粘結(jié)性強(qiáng)，會(huì)對(duì)聚合體系形成造成沖擊，容易產(chǎn)生大顆粒，造成“魚眼”形成，并且此時(shí)釜頂冷凝器工作后大量被冷凝的氯乙烯單體液滴落入聚合釜內(nèi)，對(duì)反應(yīng)初期的樹脂產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。根據(jù)這一特性，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)釜頂冷凝器循環(huán)水開度控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，反應(yīng)開始至形成大量初級(jí)粒子階段，釜頂冷凝器不通入循環(huán)水，避免氣液交換量過大，減少氣相夾帶大量的初級(jí)粒子粘附堵塞列管，達(dá)到保護(hù)釜頂冷凝器的目的。

4.4 改造前后樹脂產(chǎn)品質(zhì)量變化

由于釜頂冷凝器的投用，因此采用增加引發(fā)劑用量來加速聚合反應(yīng)，縮短聚合釜反應(yīng)時(shí)間，而聚合釜因增加釜頂冷凝器后換熱面積增加，可以移除聚合釜?jiǎng)×曳磻?yīng)期間的反應(yīng)熱，新增釜頂冷凝器后由于反應(yīng)期間釜頂冷凝器冷凝后的液態(tài)氯乙烯單體重新回到聚合釜內(nèi)參加聚合釜反應(yīng)，需對(duì)分散劑用量進(jìn)行調(diào)整。由原來的800ppm提升至1000ppm（與氯乙烯單體的比例），增加釜頂冷凝器后，除樹脂表觀密度外聚氯乙烯樹脂產(chǎn)品質(zhì)量未發(fā)生明顯變化。

改造前后SG-5型樹脂產(chǎn)品質(zhì)量情況對(duì)比

改造后517151725173113 113 113 23 23 23 0.52 0.52 0.52 83 84 84 1 1 1

4.5 70M 3聚合釜增加釜頂冷凝器后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比

注水量產(chǎn)能改造前2.5萬(wàn)噸/年聚合反應(yīng)時(shí)間280-300分鐘2.30m3/h反應(yīng)溫度控制±0.2℃改造后3.15萬(wàn)噸/年220-240分鐘聚合周期330-350分鐘270-310分鐘2.75m3/h±0.2℃

5 結(jié)語(yǔ)

我公司70m3聚合釜釜頂冷凝器裝置自投用以來，70m3聚合釜生產(chǎn)能力在原有基礎(chǔ)上有了明顯的提升，使用效果良好，各項(xiàng)工藝參數(shù)控制平穩(wěn)，生產(chǎn)的PVC樹脂質(zhì)量穩(wěn)定，滿足國(guó)內(nèi)外客戶使用要求，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)有很好的推廣前景。

[1]陳煥之.聚氯乙烯技術(shù)與市場(chǎng).湖南化工，1987，4（l）:41～42.

[2]邴涓林，朱平，金永利，李承志.國(guó)內(nèi)PVC大型聚合釜技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài).

[3]上海森松新型PVC聚合釜產(chǎn)品資料.

[4]邴涓林,黃志明.聚氯乙烯工藝技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2010: 244.

70 m3pvc polymerization kettle still top condenser application

ZHANG Rui(x in jiang huatai ChongHuaGong co.,LTD.,x in jiang urum qi 830019)

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