10 萬t/a 聚氯乙烯生產(chǎn)裝置運(yùn)行總結(jié)及優(yōu)化

李世波，楊菲菲

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600）

廣西柳化氯堿有限公司采用深圳冠恒通干法乙炔、國產(chǎn)上海森松70 m3聚合釜、徐州設(shè)計(jì)院干燥氣力輸送系統(tǒng)和哈工大博實(shí)自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)粉狀PVC 樹脂。 設(shè)計(jì)產(chǎn)能20 萬t/a， 一期建成10 萬t/a。2010 年5 月該裝置建成投產(chǎn)，開車一次成功，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在幾年的生產(chǎn)運(yùn)行中，通過不斷研究總結(jié)，逐步對該裝置生產(chǎn)技術(shù)吸收改進(jìn)，取得了良好的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)成果。本文從工藝特點(diǎn)、設(shè)備配置、自動(dòng)化控制等方面加以分析說明，對出現(xiàn)問題與改進(jìn)情況以及今后生產(chǎn)運(yùn)行注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)和優(yōu)化。

1 工藝特點(diǎn)

70 m3聚合釜生產(chǎn)裝置最早引自美國古德里奇公司，與45 m3聚合釜生產(chǎn)裝置相比，該裝置生產(chǎn)工藝先進(jìn)，進(jìn)料方式獨(dú)特，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，能耗低，其主要特點(diǎn)如下。

1.1 干法乙炔工藝

采用兩臺(tái)2 500 m3/h 干法乙炔發(fā)生器， 消除了傳統(tǒng)濕法乙炔發(fā)生器產(chǎn)生的大量電石渣漿， 只產(chǎn)生含水約2%左右的干電石渣， 大大減少了污水排放以及處理濕法電石渣漿的運(yùn)行費(fèi)用。 且干電石渣還能很好地進(jìn)行二次利用。

同時(shí)，細(xì)小電石（粒徑≤3 mm）儲(chǔ)存于電石加料斗，料層高約1 m，與加料絞龍一起形成很好的密封效果，防止發(fā)生器乙炔泄漏。 與濕法發(fā)生器相比，取代了大塊電石加料的生產(chǎn)操作， 避免了大塊電石加料時(shí)碰撞加料斗引起的爆鳴。

1.2 防粘釜技術(shù)

在全自動(dòng)生產(chǎn)裝置中，整個(gè)涂布過程由DCS 控制執(zhí)行。首先在選釜與空釜檢測后，進(jìn)行涂前沖洗操作以清除釜壁附著物，然后開啟蒸汽閥進(jìn)行預(yù)熱。一段時(shí)間后用泵將涂布劑打入蒸汽管線， 使之霧化進(jìn)入釜內(nèi)，在壁面形成一層保護(hù)膜。涂后繼續(xù)蒸汽加熱使保護(hù)膜進(jìn)一步固化，最后關(guān)蒸汽閥進(jìn)行涂后沖洗。由于防粘釜?jiǎng)┬阅軆?yōu)異，噴淋閥設(shè)計(jì)合理，工藝控制指標(biāo)科學(xué)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作，故涂布效果好。 實(shí)現(xiàn)單釜500 余釜未清釜，與45 m3釜約每80 釜清一次釜相比，大大提高了設(shè)備利用率，提高了樹脂質(zhì)量，同時(shí)降低了人工入釜清釜的安全隱患， 也降低了清釜工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.3 等溫水入料技術(shù)

45 m3聚合釜入料方式一般為冷加料， 即先加入常溫水與各類助劑，然后加單體，最后進(jìn)行升溫。升溫時(shí)間一般需25～40 min。 升溫過程中由于釜壁溫度高， 會(huì)使部分引發(fā)劑提前分解引發(fā)聚合反應(yīng)，生成微量小分子聚合物， 對樹脂質(zhì)量有一定影響。而等溫水加料工藝是同時(shí)加入熱水與單體，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制進(jìn)水溫度， 加料后釜溫比反應(yīng)溫度略高，再加分散劑并調(diào)整釜溫至反應(yīng)溫度，最后加引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)。 這樣既消除了45 m3釜升溫的弊端，又縮短了輔料進(jìn)料時(shí)間，降低了能耗，提高了設(shè)備利用率[1]。

1.4 反應(yīng)中途注水工藝

隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，單體逐漸轉(zhuǎn)化為樹脂，樹脂密度大于單體，整個(gè)反應(yīng)體系的體積收縮，體系黏度增大，傳熱面積減少，影響傳熱效果。本裝置在聚合反應(yīng)過程中，根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間，由高壓注水多級泵分兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行注水。 第一段注水流量1.0 m3/h，注水開始時(shí)間為反應(yīng)45min；第二段注水流量1.2m3/h，注水開始時(shí)間為反應(yīng)105 min。 很好的維持整個(gè)體系的體積不變， 保持較好的傳熱效果及體系黏度，中途注水還能吸收一部分熱量。 因此，70 m3聚合釜加料時(shí)的水油比可以相對降低一些，為1.2 左右，低于45 m3釜水油比1.4， 更是遠(yuǎn)低于30 m3釜水油比1.7，很好地提高了單釜生產(chǎn)能力。

1.5 全自動(dòng)PVC 樹脂包裝機(jī)

包裝系統(tǒng)采用哈工大博實(shí)全自動(dòng)包裝機(jī)， 包含稱重單元，真空單元，包裝單元，皮帶輸送單元，金屬檢測儀單元，噴碼單元，碼垛單元等控制單元。 每班只需2 人就能完全操控包裝機(jī)全部工作流程， 最高包裝量達(dá)到692 袋/h（設(shè)計(jì)能力800 袋/h，25 kg/袋）。滿足了生產(chǎn)包裝量要求，現(xiàn)場環(huán)境好、粉塵少、設(shè)備維護(hù)簡單。

2 存在的問題及優(yōu)化

2.1 發(fā)生器回用除塵水造成發(fā)生器噴淋水管道結(jié)垢，堵塞噴頭

發(fā)生器除塵冷卻水含有較多電石渣粉， 雖然經(jīng)過沉降池的自然沉降， 仍無法完全去除其中的電石渣，用作發(fā)生水易造成發(fā)生器噴淋水管道結(jié)垢，堵塞噴頭。 通過使用新鮮水代替部分除塵冷卻水和增加自動(dòng)板框壓濾機(jī)去除除塵冷卻水中的電石渣， 較好地解決了問題。

2.2 發(fā)生器細(xì)碎機(jī)錘頭磨損嚴(yán)重

發(fā)生器的細(xì)碎機(jī)使用頻率較高，高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，細(xì)碎機(jī)很少能停機(jī)，并且沒有備機(jī)。原廠細(xì)碎機(jī)錘頭耐磨性能不佳， 高負(fù)荷生產(chǎn)一個(gè)多月錘頭就磨損嚴(yán)重，必須更換。 一旦停機(jī)更換，發(fā)生器必須停機(jī)3.0～4.0 h，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，且不安全。 通過更換硬質(zhì)合金錘頭，錘頭更換的周期延長至4 個(gè)多月，穩(wěn)定了生產(chǎn)。

2.3 投產(chǎn)初期乙炔發(fā)生器操作不穩(wěn)定

影響發(fā)生器操作穩(wěn)定性的因素較多， 如電石發(fā)氣量，電石加料量和發(fā)生給水量等。乙炔發(fā)生給水量與電石量、乙炔發(fā)生量關(guān)系為

給水量=期望乙炔發(fā)生量×（36/22.4）×α+β式中：α 為給水倍率，2.55±0.25；β 為偏差；電石發(fā)氣量按280 L/kg。

因此，當(dāng)不能明確電石發(fā)氣量、給水倍率和偏差β 時(shí)， 發(fā)生器操作很不穩(wěn)定。 主要體現(xiàn)在給水偏多時(shí)，發(fā)生器攪拌粘料，電流升高，引起攪拌跳停；給水偏少時(shí)，發(fā)生器溫度升高引起報(bào)警，電石渣過干引起排渣絞龍密封不嚴(yán)，易跑氣，電石反應(yīng)不完全，進(jìn)入電石渣罩棚，存在安全隱患。

經(jīng)過幾個(gè)月的嘗試與摸索，找到了其中的規(guī)律。發(fā)生器投料時(shí)初始設(shè)定乙炔發(fā)生量1 000 m3/h， 加料螺旋上下絞龍同時(shí)開啟，轉(zhuǎn)速基點(diǎn)5.0 r/min 開始設(shè)定。絞龍轉(zhuǎn)速與加水量為1∶1 左右。打開發(fā)生供水第一層、第二層的總閥，第一層啟用第一組和第三組噴頭。第二層啟用第一組和第三組噴頭，第一層與第二層水量均勻分配，每層第一組與第三組水量按6∶4 比例分配。 單臺(tái)發(fā)生器乙炔氣流量大于1 800 m3/h 時(shí)，第一層、第二層3 組噴頭全部開啟，水量分配為第一組45%，第二組35%，第三組20%。 第三層噴頭視三層溫度情況決定是否啟用和啟用流量。 隨時(shí)根據(jù)發(fā)生器攪拌電流和發(fā)生器溫度變化，增加或減少水量，并且第一層與第二層噴水量增減比例應(yīng)保持一致。

2.4 轉(zhuǎn)化器列管泄漏及觸媒消耗高

由于投產(chǎn)準(zhǔn)備工作做得不夠細(xì)致， 恰逢南方梅雨季節(jié)裝填轉(zhuǎn)化器觸媒，轉(zhuǎn)化器廠房為露天設(shè)計(jì)，防雨措施做得不到位，導(dǎo)致裝填的觸媒帶水，投用后，氯化氫氣體與水分反應(yīng)生成鹽酸， 腐蝕轉(zhuǎn)化器花板焊縫，導(dǎo)致花板焊縫滲漏，更多的殼程循環(huán)冷卻水進(jìn)入管程與氯化氫氣體反應(yīng)生成鹽酸進(jìn)一步腐蝕轉(zhuǎn)化器花板焊縫。 發(fā)現(xiàn)泄漏后，檢修補(bǔ)漏要翻觸媒，造成觸媒破損、散落，觸媒又接觸濕潤空氣，再次裝填后，轉(zhuǎn)化器的泄漏情況不見好轉(zhuǎn)。如此反復(fù)，導(dǎo)致觸媒消耗一度增加到3.54 kg/t PVC。 另一個(gè)導(dǎo)致觸媒消耗增加的原因是新觸媒使用初期活化操作不當(dāng)。 發(fā)現(xiàn)以上問題立即實(shí)施優(yōu)化方案，首先修建觸媒烘房，將檢修翻出的觸媒， 回裝前在觸媒烘房里先烘干水分再回裝；回裝時(shí)天氣必須晴朗。 其次，新觸媒投用時(shí)先低負(fù)荷通氣，保持低溫85～90 ℃活化半個(gè)月左右，再經(jīng)10 天左右緩慢增加負(fù)荷到正常使用溫度（130～145 ℃）。 通過以上操作， 轉(zhuǎn)化器使用逐漸正常，觸媒消耗也逐漸恢復(fù)了正常。

2.5 精餾塔系統(tǒng)單體易自聚、脫落，堵塞管道

精餾裝置運(yùn)行1 年左右， 發(fā)現(xiàn)高沸塔進(jìn)料泵易堵塞。 分析原因是過高的塔底溫度使塔的生產(chǎn)能力提高不少，精餾塔回流比較小，產(chǎn)品質(zhì)量也很好，但容易使單體發(fā)生自聚。通過將精餾塔底溫度54 ℃調(diào)整到46 ℃左右，增加回流比，雖然蒸汽消耗有所增加，但很好地緩解了單體的自聚，穩(wěn)定了生產(chǎn)。

2.6 聚合單體加料管道流量、壓力波動(dòng)

DCS 原始設(shè)計(jì)程序使單體加料初期流量、壓力波動(dòng)劇烈。原始設(shè)計(jì)程序采用常規(guī)設(shè)計(jì)，即單體泵啟動(dòng)。 打開入釜截?cái)嚅y，打開入釜調(diào)節(jié)閥，同時(shí)系統(tǒng)檢測實(shí)際流量值與設(shè)定值的偏差和實(shí)際管道壓力與設(shè)定壓力值的偏差，進(jìn)行流量與壓力的調(diào)節(jié)。流量由入釜調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，管道壓力由單體回流調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。兩個(gè)調(diào)節(jié)閥同時(shí)動(dòng)作，互相干擾，導(dǎo)致單體加料前期流量和壓力都不穩(wěn)定。通過更改程序，增加單體回流閥初始開度設(shè)定值（即啟泵前單體回流閥先開啟一定開度，減小管道壓力），并延時(shí)啟動(dòng)壓力檢測，待管道流量較穩(wěn)定后，壓力檢測才開始進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，此時(shí)的管道實(shí)際壓力與設(shè)定壓力已很接近， 閥門動(dòng)作幅度小，避免了單體入釜流量的大幅波動(dòng)，提高了單體計(jì)量準(zhǔn)確度，也增加了安全生產(chǎn)系數(shù)。

2.7 汽提塔易產(chǎn)生黃點(diǎn)

初期生產(chǎn)由于負(fù)荷低，造成汽提工序經(jīng)常停車，每次開車沖洗升溫都發(fā)現(xiàn)明顯黃點(diǎn)， 經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)是由于進(jìn)塔蒸汽管線設(shè)計(jì)存在缺陷， 即蒸汽管線從一樓接入位于二樓的汽提塔蒸汽入口， 存在U 型彎，汽提塔蒸汽入口高于蒸汽管，且管口直接與汽提塔連接。 汽提塔停車時(shí)，先停蒸汽，沖洗塔板時(shí)物料進(jìn)入蒸汽管線并沉積在蒸汽管道中。下次開車時(shí)，高溫蒸汽將沉積的樹脂烤黃帶入系統(tǒng)。經(jīng)過改造，抬高蒸汽管線，形成倒U 型彎，汽提塔蒸汽口低于蒸汽管倒U 型彎管頂，避免了以上現(xiàn)象的發(fā)生。

2.8 聚合反應(yīng)爆聚與分散劑加料順序的優(yōu)化

聚合釜投產(chǎn)初期，分散劑加料采用廠家提供的倒加料順序，即先加入助分散劑（醇解度較低），再加入主分散劑（醇解度較高），且總加入量較高，達(dá)到了單體質(zhì)量比的0.11%。前期反應(yīng)較平穩(wěn)，但樹脂形態(tài)不理想，表現(xiàn)在樹脂均勻度不高，過篩率不合格，細(xì)料、拖尾料較多，干燥尾氣易帶粉塵。 通過減少分散劑加入量，樹脂形態(tài)好轉(zhuǎn)，基本達(dá)到了一等品指標(biāo)，此時(shí)的分散劑加入量為單體質(zhì)量比的0.095%左右 （接近理論值的高限），但是隨后出現(xiàn)了偶爾的爆聚現(xiàn)象，即在聚合反應(yīng)1 h左右反應(yīng)異常， 攪拌電流異常升高，出現(xiàn)顆粒料，必須提前終止反應(yīng)，減少單體損失。

通過對整個(gè)反應(yīng)體系查找原因，翻閱相關(guān)資料，最終確定是分散劑加料順序不恰當(dāng)造成的。 分散劑是聚合反應(yīng)的關(guān)鍵助劑，分散劑又分為主分散劑（醇解度80%以上）和助分散劑，主分散劑一般為高醇解度的分散劑，助分散劑為醇解度較低的分散劑。主分散劑保膠能力強(qiáng)，提高聚合反應(yīng)體系穩(wěn)定性，提高樹脂表觀密度，但不利于增加樹脂的吸油率，不利于下游產(chǎn)品的再加工。而助分散劑恰恰相反，主要是為了提高樹脂的吸油率，但保膠能力不是很好。雖然后面也有高醇解度的分散劑加入， 但從物理空間位阻來看， 先加入的助分散劑大大削弱了后加入的主分散劑的保膠能力。因此采用倒加料順序，為起到更好的保膠能力就需要加入過多的分散劑， 一旦減少加入量達(dá)到一個(gè)極限值就會(huì)出現(xiàn)上述爆聚現(xiàn)象[2]。

通過調(diào)整回主分散劑先加入的操作順序， 即先加入高醇解度分散劑后加入低醇解度分散劑， 爆聚現(xiàn)象再也沒有出現(xiàn)， 并將分散劑總加入緩慢降至單體質(zhì)量比的0.08%，樹脂各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了優(yōu)等品，樹脂形態(tài)得到很大的提升，顆粒變得比較均勻，拖尾樹脂較少，樹脂流動(dòng)性較好，包裝機(jī)的包裝速度提高約10%，分散劑正加料樹脂形態(tài)見圖1。

2.9 樹脂白度偏低

圖1 分散劑正加料樹脂形態(tài)

2011 年年初樹脂白度偏低，維持在73%～79%，雖然大多數(shù)能維持在優(yōu)等品以上， 但是滿足不了多數(shù)下游客戶的要求（白度81%以上），且同類生產(chǎn)廠家都能穩(wěn)定生產(chǎn)出白度81%以上的樹脂。 通過查閱相關(guān)資料， 得知影響樹脂白度的一個(gè)關(guān)鍵因數(shù)就是終止劑質(zhì)量好壞， 但公司沒有相關(guān)儀器分析終止劑的有效成分及含量。最后通過實(shí)驗(yàn)，選擇兩個(gè)反應(yīng)釜次，在正常反應(yīng)結(jié)束后，加入正常量終止劑，不馬上出料， 待釜壓力和溫度下降到最低值（一般20 min左右），觀察釜溫和壓力會(huì)不會(huì)上升。 到35 min 后果然出現(xiàn)了溫度和壓力的明顯上升。 初步證實(shí)很可能是終止劑的效果不理想， 即使已經(jīng)正常出料到出料槽，但樹脂仍可能進(jìn)行二次反應(yīng)，導(dǎo)致PVC 樹脂產(chǎn)生異常缺陷（如頭-頭連接、支鏈和不飽和雙鍵等）。含有這些缺陷的PVC 樹脂熱穩(wěn)定性較差，其大分子在光、熱的作用下易分解出氯化氫，同時(shí)生成具有共軛雙鍵多烯烴結(jié)構(gòu)的有色物質(zhì)， 從而影響樹脂及其制品的顏色。

隨后，更換了另一種水乳型終止劑，同樣按每釜32 kg 的加入量使用，樹脂的白度恢復(fù)了正常，基本維持在81%～83%。

另一個(gè)可能導(dǎo)致白度偏低的原因是樹脂的顆粒形態(tài)。 直至2011 年底，聚合釜分散劑加料順序一直沿用廠家的倒加料順序，分散劑加入量一直偏多，樹脂顆粒形態(tài)較差，樹脂拖尾、棱角較多，且細(xì)小樹脂較多，表觀密度偏低。干燥過程中，細(xì)小樹脂、棱角和拖尾部位易受熱過度， 顏色偏黃， 降低了樹脂的白度。2011 年底，分散劑改為正加料順序，并逐步減少分散劑用量，樹脂形態(tài)得到了很好的提升，樹脂的表觀密度、過篩率和流動(dòng)性都比較理想。樹脂的白度得到了進(jìn)一步的提升，維持在82%～86%。

2.10 干燥旋流床能力不足，床底易積料

經(jīng)過一個(gè)多月的滿負(fù)荷生產(chǎn)觀察和數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)干燥2#鼓風(fēng)機(jī)能力存在問題。風(fēng)機(jī)在全開風(fēng)門不輸送物料時(shí)的電流在230 A 左右， 在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)電流為209～220 A， 而風(fēng)機(jī)的額定電流為284 A，沒有達(dá)到風(fēng)機(jī)的工作能力。而旋流床進(jìn)口風(fēng)壓在生產(chǎn)時(shí)基本小于7 kPa，旋流床出口風(fēng)壓為3.0～3.5 kPa，易造成旋流床床底積料并產(chǎn)生黃黑點(diǎn)。 通過咨詢同類型生產(chǎn)廠家，2# 鼓風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷生產(chǎn)電流在230A 左右，旋流床進(jìn)口風(fēng)壓在生產(chǎn)時(shí)基本都穩(wěn)定在9 kPa，旋流床出口風(fēng)壓為5～7 kPa。 最后通過更換2#鼓風(fēng)機(jī)葉輪，由原來的1 250 mm 直徑增加到1 380 mm，增大了風(fēng)量與風(fēng)壓，解決了以上問題。

2.11 干燥氣流塔底積料產(chǎn)生黑點(diǎn)

干燥氣流塔運(yùn)行大半年，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生黑點(diǎn)，拆開塔底人孔檢查，發(fā)現(xiàn)塔底積料嚴(yán)重，積料靠近蒸汽加熱器，被高溫烤糊產(chǎn)生黑點(diǎn)。 經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，積料的原因是氣流塔絞龍進(jìn)料口下的篩網(wǎng)嚴(yán)重破損脫落，造成絞龍輸送的大塊樹脂無法被打碎，掉入塔底形成積料。 通過更換結(jié)實(shí)的篩網(wǎng)避免了以上問題再次發(fā)生。

3 結(jié)語

經(jīng)過近兩年的生產(chǎn)摸索、總結(jié)與優(yōu)化，整個(gè)聚氯乙烯生產(chǎn)裝置趨于平穩(wěn)，各項(xiàng)工藝指標(biāo)良好，樹脂優(yōu)等品維持在97%以上。 企業(yè)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過不斷加強(qiáng)管理和技術(shù)改造， 在確保安全生產(chǎn)的前提下使產(chǎn)能和質(zhì)量指標(biāo)逐步達(dá)到工藝設(shè)計(jì)的要求。 但整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)仍有不少可挖掘的地方， 如干法乙炔破碎系統(tǒng)細(xì)碎、 撒落電石和粉塵的收集并回用到生產(chǎn)系統(tǒng)，降低電石的消耗；高含量COD 渣漿污水的預(yù)處理，減輕污水站處理壓力；轉(zhuǎn)化含汞廢水的汞回收利用以及樹脂顆粒形態(tài)、 白度等質(zhì)量指標(biāo)的進(jìn)一步優(yōu)化。