樹脂生產(chǎn)過程節(jié)能改造小結(jié)

孟維慶

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

唐山三友集團氯堿有限責任公司（以下簡稱“三友氯堿”）主要生產(chǎn)燒堿、普通樹脂、專用樹脂等產(chǎn)品以及二氯乙烷等副產(chǎn)品。2020年三友氯堿專用樹脂生產(chǎn)系統(tǒng)隨著2萬t/a技改擴產(chǎn)項目正式投運以來，產(chǎn)能大幅提高，總生產(chǎn)能力已達到9萬t/a。

隨著中國氯堿行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，經(jīng)濟效益明顯提升，節(jié)能水平也上了一個新臺階[1]。本文主要敘述專用樹脂生產(chǎn)過程中所采取的一系列節(jié)能降耗優(yōu)化措施和成果。

1 專用樹脂聚合原理及流程

微懸浮聚合與一般懸浮聚合一樣，其機理均屬連鎖反應(yīng)，反應(yīng)機理可分為鏈的引發(fā)、鏈的增長和鏈的終止3步。氯乙烯微懸浮聚合是以油溶性的偶氮化合物和有機過氧化物為引發(fā)劑，并與氯乙烯、乳化劑和純水進行預(yù)混合，經(jīng)機械分散使之成為1.0～2.0μm粒徑的穩(wěn)定分散液，然后進行聚合。聚合反應(yīng)機理示意圖見圖1。

圖1 微懸浮聚合反應(yīng)機理示意圖

聚合反應(yīng)結(jié)束的膠乳經(jīng)過霧化器的高速離心力被甩成分散的霧狀液體流，再與熱空氣并流均勻混合進行換熱和傳質(zhì)過程，使膠乳迅速成為干燥的粉狀樹脂，然后經(jīng)過超微錘式粉碎機粉碎成1.0～2.0μm的糊樹脂后包裝成型。具體工藝流程框圖見圖2。

圖2 專用樹脂工藝生產(chǎn)流程框圖

2 分散罐攪拌機封水回收利用

2.1 分散罐攪拌機封水回收利用的改造背景

聚合工序5種原料加料過程中首先經(jīng)過分散罐充分分散后再由分散泵打至聚合釜內(nèi)，其中分散罐攪拌主要起到分散溶解加料分散液，使5種分散液原料充分混合后進入聚合反應(yīng)，以保證聚合反應(yīng)均勻穩(wěn)定的作用。分散罐攪拌在聚合過程中起到關(guān)鍵性作用，而攪拌機封水主要用于對攪拌機封的冷卻，保護機封。此分散罐攪拌機封水進水由純水泵提供，機封水出水則直接由出水管線排至廠房內(nèi)地溝。分散罐攪拌機封所用機封水與聚合反應(yīng)加料所用工業(yè)用水為同一介質(zhì)，并且分散罐攪拌機封水為常開狀態(tài)不可回收，所以分散罐攪拌機封水每天消耗車間工業(yè)用水近40 t。

2.2 分散罐機封水回收利用后的技改成效

為了既能保證分散罐攪拌機封水系統(tǒng)正常運行，又能將車間工業(yè)用水的消耗降至更低，經(jīng)過反復論證研究和對分散罐攪拌機封水回水的分析監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)機封水回水的水質(zhì)完全能夠達到回收利用的標準。鑒于此，對機封水回水管路進行改造，將原來分散罐攪拌機封回水由二樓罐頂直接接至聚合釜釜底工業(yè)用水儲罐，不再直接排入地溝，減少了地溝廢水排放量，避免了工業(yè)用水的浪費，提高了工業(yè)用水的利用率，平均每天可以節(jié)約工業(yè)用水近40 t，預(yù)計年創(chuàng)效益約十萬元。

3 聚合工序夾套伴冷供水系統(tǒng)的改造

3.1 改造背景

微懸浮生產(chǎn)專用樹脂和懸浮法生產(chǎn)普通樹脂的工藝原理相同，懸浮法所需的分散劑、引發(fā)劑保冷和微懸浮所需的引發(fā)劑A、引發(fā)劑B及整體的聚合反應(yīng)都采用的是夾套伴冷。保冷效果的好壞直接影響參加聚合反應(yīng)的各種助劑的活性，而且還會決定聚合反應(yīng)放熱過程中熱量移除的快慢，尤其是在季節(jié)變化用水量變大的情況下，助劑保冷效果就會下降，聚合反應(yīng)也會出現(xiàn)搶水現(xiàn)象，甚至最終影響反應(yīng)后成品的質(zhì)量。

此次膠套供水系統(tǒng)改造主要針對夏季與冬季聚合反應(yīng)用水的區(qū)別來進行改進，即在保證良好的伴冷效果前提下，增加1套小型風冷機組與原有5℃機組進行輪換制冷，通過2套機組輪換來降低發(fā)電機組的工作耗電量。

3.2 技改成效

新增小型5℃水風冷機組采取的是氟利昂制冷，共有大小6臺壓縮機，根據(jù)所需制冷量自動運轉(zhuǎn)，保證聚合工序的正常伴冷所需量。具體工藝流程示意圖見圖3。

圖3 5℃水風冷機組工藝流程圖

此風冷機組主要為冬季聚合工序生產(chǎn)運行時提供伴冷水，生產(chǎn)系統(tǒng)在冬季運行時，管線夾套的伴冷需求明顯低于夏季。經(jīng)過對聚合反應(yīng)的長期監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)聚合反應(yīng)此時間段相對用水量為最大值，而用水溫度和用水量由新增小型5℃水風冷機組提供可完全滿足需求，既能保證聚合反應(yīng)熱有效及時的移除，維持反應(yīng)平穩(wěn)，小型機組的運行也大大降低了耗電量。經(jīng)對比核算發(fā)現(xiàn)，風冷機組的投用可以節(jié)約電費約100萬元/a。

4 單體回收系統(tǒng)運行過程中的節(jié)能優(yōu)化

4.1 單體回收系統(tǒng)節(jié)能改造前的運行流程

為減少聚合反應(yīng)后膠乳對聚合釜的占用時間，縮短聚合釜的生產(chǎn)周期，三友氯堿在擴產(chǎn)后采用釜外回收的方式對膠乳進行單體脫除，主要通過出料槽的自壓回收和真空脫除槽的強制回收對聚合釜出料后的膠乳進行氯乙烯的脫除，進而提高設(shè)備利用率，達到了提產(chǎn)增效的目的。釜外回收裝置主要是加裝在原有聚合釜和放料罐中間的一系列回收轉(zhuǎn)料設(shè)備，將聚合工序的單體回收程序由原來的釜內(nèi)操作改為釜外操作，即在出料槽和真空回收槽中來完成。聚合結(jié)束后含有未反應(yīng)VCM的膠乳在聚合釜內(nèi)進行一定的升溫和回收操作后，通過出料泵送至出料槽，在出料槽內(nèi)進行膠乳的自壓回收。待出料槽壓力回收到工藝設(shè)定值時，槽內(nèi)膠乳由槽底經(jīng)膠乳傳送泵轉(zhuǎn)料至真空回收槽，在真空回收槽內(nèi)進行強制回收，在真空泵的深度真空作用下進一步脫除殘留氯乙烯，回收結(jié)束的膠乳自槽底由膠乳傳送泵送至膠乳緩沖罐，再從緩沖罐由膠乳泵送至放料罐，進而供干燥粉碎、包裝等后面工序。

4.2 單體回收系統(tǒng)節(jié)能改造后的實施效果

該單體回收系統(tǒng)的投用將聚合釜的生產(chǎn)周期降低了3～5 h。通過對回收后的膠乳及成品進行各項指標檢測，其中樹脂國標指標未出現(xiàn)明顯波動，通過GPC檢測數(shù)據(jù)顯示釜外回收投用后樹脂小分子數(shù)減少，分析原因可能是釜外回收的高溫時間短，產(chǎn)生的小分子較少。回收后的膠乳pH值由于中和劑加料流量計計量不準確導致加入量波動較大。另外，針對釜外回收正常試運行后，樹脂生產(chǎn)的純水消耗有所增加。

為使膠乳中未完全反應(yīng)的氣態(tài)氯乙烯最大限度的揮發(fā)回收，出料槽和回收槽采用三層后掠式攪拌進行膠乳回收過程中的攪拌分散，其中全生產(chǎn)周期的攪拌機封回水外排。因此為了降低機封水回水的浪費，公司結(jié)合實際生產(chǎn)過程對工藝流程進行優(yōu)化改造，將機封回水通過管線改造，機封水回水回收再利用，降低了工業(yè)用水的消耗。另外針對中和劑加入計量不準問題，由原來的流量計計量改為液位計量，避免了中和劑浪費和膠乳pH值不穩(wěn)等現(xiàn)象?；厥者^程中為出料槽和真空回收槽回收的氯乙烯經(jīng)壓縮精餾處理后循環(huán)再利用，整個流程無污染無外排。

5 管線沖洗流程的優(yōu)化

微懸浮法分散加料最主要的特點就是所需5種原料同時加料，在整個加料過程中要保證不同原料的加料百分比一致，這樣就可以達到原料的充分均勻混合，提高聚合反應(yīng)的穩(wěn)定性。在分散加料結(jié)束后為減少物料浪費同時提高加料量的精確度，而且也防止殘余助劑原料在管線內(nèi)自聚，系統(tǒng)自動對引發(fā)劑等助劑管線進行管線沖洗，并且與助劑原料一并加至聚合釜內(nèi)參加反應(yīng)。

經(jīng)過系統(tǒng)長時間運行發(fā)現(xiàn)，分散加料管線即便在管線沖洗后仍有較嚴重的管線自聚現(xiàn)象，這樣不僅會影響正常的系統(tǒng)加料，嚴重時導致加料不暢，而且還會浪費大量人力及時間對加料管線進行人工清理，降低了系統(tǒng)利用率，所以車間決定對加料程序尤其是工業(yè)用水的加料程序進行優(yōu)化，來改善以上弊端。

加料程序的優(yōu)化主要涉及工業(yè)用水的加入方式，即在不改變原有聚合反應(yīng)水油比的前提下，將工業(yè)用水總量分成兩部分加入，即絕大部分在原料加料時一同加入，剩余一小部分則在整體加料結(jié)束后再由分散罐加入釜內(nèi)，這樣相當于增加了管線沖洗水量又不影響整體聚合反應(yīng)，達到對分散管路的充分沖洗，盡可能地降低管線的自聚現(xiàn)象。經(jīng)過一段時間的數(shù)據(jù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)此次加料程序的優(yōu)化，不但對分散效果和聚合反應(yīng)沒有影響，而且在一定程度上降低了助劑殘留在管線自聚的程度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)的利用率，延長了拆檢清理周期，提高了系統(tǒng)產(chǎn)能，達到了節(jié)水降耗增產(chǎn)的多重效果。

6 結(jié)語

（1）分散罐攪拌機封水的回收利用，從環(huán)保角度降低了生產(chǎn)現(xiàn)場的水資源外排，節(jié)約了工業(yè)用水的消耗量。

（2）5℃水風冷機組的設(shè)計及投用，既保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，又避免了冬季不必要的電能浪費，創(chuàng)效明顯。

（3）除了以上技改程序，近期生產(chǎn)過程中還針對聚合釜的釜溫串級調(diào)節(jié)、聚合釜氮氣加壓、助劑罐的噴淋式?jīng)_洗等均有所調(diào)整，一定程度保證了生產(chǎn)安全及穩(wěn)定，也達到了節(jié)能降耗的目的。