30萬t／a乙烯法氯乙烯／聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)

1、30萬ta乙烯法氯乙烯聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)第39卷第5期2021年5月聚氯乙烯PolyvinylChlorideMay,202130萬t/a乙烯法氯乙烯/聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)倪銳利,陳江(上海氯堿化工股份,上海200241)關(guān)鍵詞氯乙烯;聚氯乙烯;乙烯法;國產(chǎn)化技術(shù);節(jié)能摘要介紹了3O萬t/a乙烯法氯乙烯/聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)情況:開發(fā)了直接氯化多元催化反響技術(shù),雙效變壓二氯乙烷精制節(jié)能技術(shù),裂解氣熱能循環(huán)利用技術(shù),熱水進(jìn)料聚合技術(shù),新型防粘釜技術(shù)和新型內(nèi)冷卻聚合釜技術(shù),通過技術(shù)優(yōu)化集成,形成了30萬t/a乙烯法氯乙烯/聚氯乙烯國產(chǎn)化生產(chǎn)工藝軟件包,促進(jìn)了聚氯乙烯

2、行業(yè)的良性開展.中圖分類號TQ325.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼B文章編號10097937(2021)05001903Domesticdevelopmentofproductionprocessof300kt/avinylchloride/PVCfromethyleneNIRuili,CHENJiang(ShanghaiChlor-AlkaliChemicalIndustryCo.,Ltd.,Shanghai200241,China)Keywords:vinylchloride;PVC;ethylenemethod;domestictechnology;energysavingAbstract:Thedom

3、esticdevelopmentofproductionprocessof300kt/avinylchloride/PVCfromethylenewasintroduced:Intheprocess,multicomponentcatalyticreactionsystemfordirectchlorination,energy-savingdouble-effectpressure-swingrectificationprocessofdichloroethane,pyrolysisgasheatrecyclingprocess,hotwaterfeedinginpolymerization

4、,new-typeantiscalingtech-tion,theprocesssoftwarepackageforproductionof300kt/avinylchloride/PVCwasobtained,thuspromotingthebenigndevelopmentofPVCindustry.Foundationitem:ProjectundertheChinainnovationfund2001(01BK一220);ShanghaiCityannualprojectforintroduction,absorptionandinnovation2001(011010601)我國宏觀

5、經(jīng)濟(jì)的快速開展推動(dòng)了聚氯乙烯工業(yè)快速增長,國內(nèi)新建/擴(kuò)建工程紛紛上馬.據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2021年11月,國內(nèi)聚氯乙烯產(chǎn)能已上升到2069萬t/a,2021年將再新增產(chǎn)能574萬t/al_1.目前,我國是世界第一大聚氯乙烯生產(chǎn)國,生產(chǎn)企業(yè)有上百家,其中約80%是采用乙炔法生產(chǎn)技術(shù),而代表清潔環(huán)保和開展方向的乙烯法生產(chǎn)技術(shù)一直沒有真正形成自主的工藝技術(shù),從國外引進(jìn)不同規(guī)模的裝置均需支付不菲的技術(shù)軟件費(fèi),因此氯乙烯/聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)和裝備的國產(chǎn)化開發(fā)是我國聚氯乙烯行業(yè)健康開展的迫切要求.上海氯堿化工股份(以下簡稱上海氯堿)自20世紀(jì)80年代起分別從國外引進(jìn)了一批技術(shù)歷年來不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和研究,局部

6、技術(shù)已在原有的根底上實(shí)現(xiàn)了超越,為國產(chǎn)化技術(shù)開發(fā)積累了豐富經(jīng)驗(yàn);經(jīng)過20多年的生產(chǎn)實(shí)踐和自主創(chuàng)新,上海氯堿形成了10L一300L一7m3開發(fā)放大體系,成為國產(chǎn)化技術(shù)開發(fā)的根底;國家級技術(shù)中心,上海工程化學(xué)設(shè)計(jì)院和一大批從事氯堿生產(chǎn)的技術(shù)人員,為國產(chǎn)化技術(shù)開發(fā)提供了可靠的人員保障.故從2001年起,上海氯堿承當(dāng)了得到國家和上海市政府大力支持的"30萬t/a氯乙烯/聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)"工程.1關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)乙烯和氯氣在一定條件下反響生成二氯乙烷,通常是用FeC1作為催化劑.Fee1,的催化作用不僅使乙烯和氯氣的加成反響速度加快,而且使二氯乙烷的氯化取代反響速度上升

7、,因而產(chǎn)生了較多的副產(chǎn)物(1,1,2一三氯乙烷).催化劑有加快化學(xué)反*收稿日期20210218基金工程2001年國家技術(shù)創(chuàng)新工程(01BK一220);2001年上海市引進(jìn)吸收與創(chuàng)新年度方案工程(011010601)作者簡介倪銳利(1968一),男,畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),現(xiàn)任上海氯堿化工股份科技主管.19聚氯乙烯2021年應(yīng)速度和對反響具有選擇性等根本特征¨2,因此如何使催化作用向有利的方向進(jìn)行是技術(shù)人員的研究重點(diǎn).經(jīng)過多年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn):在直接氯化反響器中增加第二組分催化劑,使本身作為活性催化劑的FeC1.和第二組分催化劑形成一種絡(luò)合物,該絡(luò)合物的催化作用是單方向的,只對乙烯和

8、氯氣的加成反響起催化作用,可使副產(chǎn)物減少,提高二氯乙烷純度.在確定第二組分催化劑后,又經(jīng)過屢次試驗(yàn),摸索出了2種催化劑的最正確配比.自主開發(fā)的直接氯化多元催化反響技術(shù)和特殊的直接氯化進(jìn)料氣體分布器在上海氯堿20萬t/a二氯乙烷生產(chǎn)裝置上應(yīng)用后,裝置的生產(chǎn)能力提高了20%,二氯乙烷的純度從99.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)上升到99.7%以上.二氯乙烷精制單元的目的是脫除產(chǎn)品中的水分,低沸物和高沸物,原裝置是常規(guī)的四塔流程,其中脫重塔耗能嚴(yán)重,再沸器易結(jié)焦,每隔34個(gè)月技術(shù)研究,針對脫重塔特點(diǎn),大膽設(shè)想新增1臺(tái)塔,120,其汽化潛熱十分可觀,使其在原脫重塔負(fù)壓操作的再沸器中得到二次利用,從而構(gòu)成雙效變

9、壓精餾節(jié)能系統(tǒng),同時(shí)降低了原脫重塔塔釜溫度,使得重組分不易聚合.在實(shí)際開發(fā)過程中,通過引進(jìn)的流程模擬軟件對物料平衡和熱量平衡進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)雙效變壓新流程建立了既有冷凝器又有再沸器的精餾塔模型.該技術(shù)在上海氯堿10萬t/a聚氯乙烯新裝置上成功應(yīng)用,到達(dá)了節(jié)能增效,提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期的效果.上海氯堿最早的2套各10萬t/a裂解爐是引進(jìn)日本三井東壓公司的專利技術(shù),該裝置最大的缺點(diǎn)在于沒有充分利用從裂解爐輻射段出來的高溫裂解氣,既浪費(fèi)了能源,又增大了燃料氣的使用量,同時(shí)爐管溫度受熱不均,容易有"飛溫"現(xiàn)象產(chǎn)生.裂解氣熱能循環(huán)技術(shù)是使裂解爐輻射段出來的高溫裂解氣經(jīng)過1個(gè)特

10、殊氣包,與進(jìn)裂解爐的原料進(jìn)行熱量交換,裂解氣由500降到250左右,而原料二氯乙烷的溫度由45瞬時(shí)升高到200左右,極大地降低了燃料氣的用量.國內(nèi)裂解氣熱能循環(huán)利用技術(shù)首次在引進(jìn)的20萬t/a聚氯乙烯裝置上進(jìn)行技術(shù)替代,取得了預(yù)期的效果,裂解爐生產(chǎn)能力增加15%,燃料節(jié)約42%,裂解轉(zhuǎn)化率大于55%,該技術(shù)到達(dá)了國際先2()進(jìn)水平,國內(nèi)領(lǐng)先水平.上海氯堿聚氯乙烯生產(chǎn)裝置原采用引進(jìn)的溫水加料工藝,該技術(shù)的缺點(diǎn)是反響器需要升溫,延長了聚合釜的生產(chǎn)周期,也易造成釜壁過熱而導(dǎo)致粘釜嚴(yán)重,因此上海氯堿自主開發(fā)了熱水進(jìn)料聚合技術(shù).首先在7m.聚合釜上進(jìn)行屢次試驗(yàn),運(yùn)用中試裝置系統(tǒng)地研究了熱水進(jìn)料工藝對聚合

11、過程及樹脂質(zhì)量的影響,尤其是樹脂在粒度,"魚眼"數(shù),分子質(zhì)量分布等方面的變化,積累了大量實(shí)用數(shù)據(jù),摸索出了重要規(guī)律,掌握了熱水進(jìn)料工藝,形成了自有技術(shù),確定了127m.聚合釜的實(shí)際熱水進(jìn)料工藝.熱水進(jìn)料流程是將常溫脫鹽水經(jīng)脫氧塔抽真空,除去脫鹽水中的氧氣,然后經(jīng)過蒸汽加熱器進(jìn)行加熱,將脫鹽水加熱成為高溫?zé)崴?聚合釜投料時(shí),將適量的低溫脫鹽水參加聚合釜內(nèi),開啟攪拌后加入氯乙烯單體和引發(fā)劑,然后參加高溫?zé)崴?其參加量由計(jì)算機(jī)計(jì)算,無需夾套升溫即可到達(dá)預(yù)定溫度進(jìn)行聚合反響,該加料方式既防止了單體浸潤釜壁,有利于提高防粘釜效果,又可使單體在攪拌的作用下均勻地分散在水中,同時(shí)縮短了加

12、料時(shí)間,并省去了升溫時(shí)間,提高了聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度.在聚合生產(chǎn)工藝中,影響聚氯乙烯樹脂質(zhì)量的因素很多,其中在單體投入聚合釜前,將防粘釜?jiǎng)﹪娡坑诰酆细獌?nèi)壁的方法是關(guān)鍵技術(shù),并直接決定著聚氯乙烯樹脂的質(zhì)量和產(chǎn)量,同時(shí)對裝置生產(chǎn)能力擇效果好的防粘釜?jiǎng)┲?噴涂技術(shù)對防粘釜效果劑噴涂于聚合釜內(nèi)壁的方法,該方法大大縮短了輔新技術(shù)的應(yīng)用,明顯提高了聚氯乙烯樹脂質(zhì)量,其"魚眼"數(shù),雜質(zhì)粒子數(shù)一直較低,聚合體系,顆粒形態(tài)不受影響,而且樹脂的白度也得到了提高.20世紀(jì)80年代,國內(nèi)引進(jìn)的日本127m3聚合釜僅用1塊直立平板作擋板,擋板系數(shù)低,解決不了攪拌時(shí)的固體旋轉(zhuǎn)部;20世紀(jì)70年代起也有自

13、主開發(fā)的30rn3聚合釜采用8根內(nèi)冷管作擋板,雖然有利于傳熱,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,釜內(nèi)構(gòu)件太多,給清釜與防粘釜技術(shù)應(yīng)用帶來困難;20世紀(jì)80年代引進(jìn)的美國70聚合釜采用4根內(nèi)冷管作擋板4,但聚合釜容積較小,內(nèi)冷管較多,仍難以實(shí)現(xiàn)清釜要求,因此行業(yè)內(nèi)十分期望開發(fā)出容積為120160l113的氯乙烯聚合釜.上海氯堿現(xiàn)有的30m3釜和127m3釜都是從國外引進(jìn)的技術(shù),通過2O多年的消化,吸收和再創(chuàng)新,上第5期倪銳利等:3O萬t/a乙烯法氯乙烯/聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)國產(chǎn)化開發(fā)海氯堿開發(fā)了國內(nèi)最大的136m3大型氯乙烯聚合釜,保持了其在國內(nèi)PVC聚合領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位.136m大型聚合釜的創(chuàng)新點(diǎn):采用橫盤半圓傳

14、熱能力方面有很大提高);釜的二葉平板式攪拌槳葉的根底上,研究開發(fā)了三葉后掠式攪拌槳葉,該攪拌槳葉型式改良后可生產(chǎn)出規(guī)整的PVC樹脂顆粒,減少過細(xì)或過粗顆粒的產(chǎn)生,有利于PVC樹脂的后加工生產(chǎn);采用2根內(nèi)冷管兼作擋板,既能提高聚合釜傳熱能力,又能起到到達(dá)367t/(m?a),綜合技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平.2技術(shù)應(yīng)用情況直接氯化反響進(jìn)料氣體分布器和直接氯化多元催化反響技術(shù)應(yīng)用于上海氯堿聚氯乙烯生產(chǎn)裝置后,直接氯化生產(chǎn)能力提高了20%,產(chǎn)品純度從99.3%提高到99.7%以上.2004年,上海氯堿以百萬元的價(jià)格將上述技術(shù)轉(zhuǎn)讓于東北某公司.雙效變壓二氯乙烷精制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于上海氯堿聚氯乙烯生產(chǎn)裝置后,與原

15、精制技術(shù)相比,能耗下降28%.2005年,上海氯堿利用該技術(shù)在上?；^(qū)設(shè)計(jì)了36萬t/a的二氯乙烷精制裝置;同時(shí)研究開發(fā)的循環(huán)二氯乙烷氯化,純化技術(shù)應(yīng)用于新建的20萬t/a氯乙烯裝置,有效地脫除了以往極難別離的苯和氯丁二烯,大幅度提高了二氯乙烷質(zhì)量,延長了裂解爐運(yùn)行周期.裂解氣熱能回收利用技術(shù)應(yīng)用于引進(jìn)的二氯乙烷裂解爐,使氯乙烯產(chǎn)能提高了15%,能耗下降了42%.熱水進(jìn)料聚合技術(shù)和新型防粘釜技術(shù)應(yīng)用于上海氯堿氯乙烯聚合生產(chǎn)線,聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度提高了25%,生產(chǎn)周期延長了5倍,實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn).上述技術(shù)已全部輸出到寧夏,江蘇,內(nèi)蒙古,山東,青海等地區(qū)的聚氯乙烯生產(chǎn)裝置.此外,上海氯堿根據(jù)開發(fā)的新

16、型內(nèi)冷卻聚合釜技術(shù)自主設(shè)計(jì)了國內(nèi)第一臺(tái)最大的136m.聚合釜,目前正在與某集團(tuán)進(jìn)行技術(shù)談判,將實(shí)現(xiàn)整臺(tái)聚合釜技術(shù)轉(zhuǎn)讓.3與國內(nèi)外同類技術(shù)綜合比擬目前,國外擁有聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的公司主要有德國Vinnolit/Uhde公司,比利時(shí)Solvay公司,美國西方化學(xué)公司,日本窒素公司等(我國引進(jìn)的技術(shù)也主要是以上幾家).上海氯堿通過消化吸收和再創(chuàng)新,自主研究開發(fā)的30萬t/a的聚氯乙烯國產(chǎn)化生產(chǎn)技術(shù)與這些興旺國家的聚氯乙烯工藝技術(shù)相比,技術(shù)的先進(jìn)性相當(dāng):生產(chǎn)過程所需的蒸汽,動(dòng)力電等公用工程以及物料的單耗等重要指標(biāo)到達(dá)國外同類水平,在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位;氯乙烯到達(dá)聚合級,聚氯乙烯氯堿技術(shù)與國內(nèi)外同類企業(yè)技

17、術(shù)的綜合比擬見表1.表1上海氯堿技術(shù)與國內(nèi)外同類技術(shù)比擬Table1ComparisonofShanghaiChlor-AlkaliCo.Ltd.technologywithsimiliartechnologiesathomeandabroad4經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益2005年,上海氯堿對所研究技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化集成,形成了30萬t/a氯乙烯/聚氯乙烯國產(chǎn)化生產(chǎn)工藝軟件包.在開發(fā)過程中,共申請了17項(xiàng)專利技術(shù)(其中12項(xiàng)已獲批準(zhǔn)).該國產(chǎn)化技術(shù)在上海氯堿聚氯乙烯生產(chǎn)裝置上進(jìn)行了應(yīng)用,大幅提高了聚氯乙烯產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量,降低了能耗和物耗,實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn),應(yīng)用至今共獲得經(jīng)濟(jì)效益上億元.通過技術(shù)輸出,也提升了我國聚氯乙烯行業(yè)的技術(shù)水平,技術(shù)輸出的多家公司已建項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)了裝置正常生產(chǎn),其綜合工藝消耗指標(biāo)到達(dá)國外同類技術(shù)水平,產(chǎn)品質(zhì)量與國外先進(jìn)水平相當(dāng),在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益.5結(jié)語上海氯堿自主開發(fā)的30萬t/a氯乙烯/聚氯乙烯國產(chǎn)化生產(chǎn)工藝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了我國聚氯乙烯生產(chǎn)裝備的重大突破,擺脫了我國聚氯乙烯