聚氯乙烯生產(chǎn)聚合釜開發(fā)研究進(jìn)展

1、聚氯乙烯生產(chǎn)聚合釜開發(fā)研究進(jìn)展 高材075 10072861 張少軍摘要:綜述了國內(nèi)生產(chǎn)的30m3、45m3、70m3、100m3、135m3等多種型號的PVC生產(chǎn)用聚合釜的開發(fā)及改進(jìn)情況，概述了聚合釜發(fā)展的現(xiàn)狀及未來的開發(fā)研究方向。關(guān)鍵詞：PVC；聚合釜；開發(fā)；生產(chǎn)1.前言 聚氯乙烯(PVC) 樹脂是合成樹脂中的大宗品種之一,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長,PVC 樹脂的需求量也在迅猛增長。聚合釜是聚氯乙烯生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備, 聚合釜的設(shè)計(jì)水平及制造質(zhì)量直接影響著聚氯乙烯樹脂的產(chǎn)量和質(zhì)量。國內(nèi)PVC生產(chǎn)聚合釜的容積可分為4、5、7 、13.5、30、48、70、108、135m3。2000年以

2、后, 隨著我國PVC需求量的不斷增加，對聚合釜的容積和質(zhì)量要求也越來越高。國內(nèi)眾多的化工機(jī)械企業(yè)在聚合釜的研制生產(chǎn)方面取得了長足的進(jìn)步。2. 國內(nèi)主要型號PVC生產(chǎn)聚合釜開發(fā)研究進(jìn)展2.1 30m3型聚合釜30m3聚合釜曾一度成為我國PVC生產(chǎn)裝置的主體釜型，國內(nèi)許多化工機(jī)械企業(yè)也都掌握了其生產(chǎn)技術(shù)。隨著生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，30m3聚合釜的需求越來越小。但由于仍有大量聚合釜處于生產(chǎn)狀態(tài)，對聚合釜的生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)還是非常必要的。在這方面天津大沽化工有限責(zé)任公司和錦西化工機(jī)械廠走在國內(nèi)前列。天津大沽化工有限責(zé)任公司【1】通過采用復(fù)合引發(fā)體系、反應(yīng)中間連續(xù)注水、反應(yīng)后期縮短降壓時(shí)間、新型防黏釜劑、

3、密閉入料、粗料監(jiān)測及DCS計(jì)算機(jī)自控技術(shù)等使聚合釜的生產(chǎn)能力由0.5萬t/a提高到1萬t/a,VCM單體消耗大幅降低，樹脂優(yōu)級品率顯著提高，提升了生產(chǎn)技術(shù)水平。錦西化工機(jī)械廠【2】研制的PVC 聚合釜在國內(nèi)首次采用半圓管式夾套及可拆卸、底伸式套管內(nèi)擋板, 研制了新型傳動和機(jī)械密封全新結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了底軸瓦釜底注水系統(tǒng), 經(jīng)一年多生產(chǎn)考核表明,與傳統(tǒng)釜比, 可降低攪拌功耗18%, 總傳熱系數(shù)提高10% 15%, 生產(chǎn)能力提高10%以上, 機(jī)械密封壽命長、泄漏量少、拆裝方便, 樹脂質(zhì)量穩(wěn)定, 符合國標(biāo)。2.2 45m3型聚合釜45m3聚合釜及其改進(jìn)型號是在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的。在這方面青島海晶化工

4、集團(tuán)的技術(shù)比較成熟。圖2-1 45m3型PVC聚合釜簡圖 海晶化工公司【3】為適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和企業(yè)生產(chǎn)需要而開發(fā)出第一臺45m3聚合釜。幾年來他們不斷進(jìn)行著技術(shù)改進(jìn)，如更新聚合DCS操作系統(tǒng)、調(diào)整和改進(jìn)聚合配方，采用復(fù)合引發(fā)劑、采用中間注水工藝、改進(jìn)單體因收路線和工藝、聚合升溫采用氣水混合加熱系統(tǒng)、改進(jìn)循環(huán)水回水系統(tǒng)，完善“大流量、低溫差”工藝。經(jīng)過多年的運(yùn)行和技術(shù)改造，45m3釜及其配套裝置性能日臻完善，聚合釜的單釜產(chǎn)能穩(wěn)步提高，節(jié)能降耗效果明顯,經(jīng)濟(jì)效益顯著。錦化機(jī)【4】在吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上成功研制生產(chǎn)了LF48型及其改進(jìn)型PVC聚合釜。主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：攪拌系統(tǒng)以冷模試驗(yàn)

5、為設(shè)計(jì)依據(jù),通過比較放大, 配置了三層三葉后掠式攪拌器；傳熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用半圓管式夾套及套管式內(nèi)冷擋板結(jié)構(gòu)。2.3 70m3型聚合釜隨著聚氯乙烯需求量的不斷增大，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，聚合釜的容積也在不斷增大。國內(nèi)許多化工機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)也緊跟這一趨勢，加大大型聚合釜的研制生產(chǎn)投入。目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的大型聚合釜中，70m3是最成熟的。在國內(nèi)應(yīng)用的大型聚合釜中70m3的應(yīng)該是最熱門的。我國PVC 行業(yè)采用大型聚合釜生產(chǎn)裝置成為近幾年明顯的發(fā)展趨勢。具有生產(chǎn)大型聚合釜能力的廠家主要是錦西化工機(jī)械( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司、上海森松壓力容器有限公司、吉化集團(tuán)機(jī)械有限責(zé)任公司等。上海森松環(huán)境技術(shù)工程有限公司

6、【5】在充分消化吸收美國古德里奇技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出70m3PVC全流通聚合釜，是在最大限度地增大傳熱面積的前提下制成的, 聚合釜筒體夾套采用全流通半圓管夾套結(jié)構(gòu), 夾套的傳熱面積由70m2增加到84m2, 提高約20% ; 傳熱系數(shù)也有較大提高,在聚合釜容積不變的條件下, 可提高70m3PVC聚合釜的單釜生產(chǎn)能力30% 以上。為了提高內(nèi)冷管的傳熱系數(shù)，70m3聚合釜的內(nèi)冷擋板采用了技術(shù)先進(jìn)的套管式內(nèi)冷擋板，內(nèi)冷擋板設(shè)置在釜底部，采用可拆式結(jié)構(gòu)，為清釜及實(shí)現(xiàn)聚合釜整體拋光提供了方便【6】。 圖2-2 新型70 m3全流通夾套PVC 聚合釜 圖2-3 新型70m3PVC 聚合釜 釜頂冷凝器結(jié)構(gòu)簡圖

7、葫蘆島華遠(yuǎn)化工機(jī)械裝備有限公司7對70m3PVC 聚合釜進(jìn)行了大幅改進(jìn), 專門設(shè)計(jì)配置了新型釜頂冷凝器。在計(jì)算釜頂冷凝器的換熱面積時(shí), 充分考慮了VCM 物料在釜頂冷凝器內(nèi)換熱時(shí)存在的相變過程和單位時(shí)間內(nèi)的換熱能力,以及各換熱部分的傳熱系數(shù), 計(jì)算確定了釜頂冷凝器的殼體尺寸和換熱面積。為防止在長時(shí)間運(yùn)行的工況下, 下封頭內(nèi)、換熱管內(nèi)可能積聚大量的VCM物料, 對換熱管內(nèi)壁進(jìn)行拋光處理, 下封頭設(shè)計(jì)為50。錐封形式并進(jìn)行拋光處理, 拋光精度要求與聚合釜內(nèi)壁拋光精度要求一致。對70m3PVC 聚合釜進(jìn)行改造后, 經(jīng)過生產(chǎn)運(yùn)行表明, 聚合反應(yīng)時(shí)間大大縮短, 實(shí)際產(chǎn)能提高30% 以上, 使該型釜產(chǎn)能達(dá)

8、3 萬t/a以上。2.4 100m3聚合釜大型聚合釜的開發(fā)不是簡單的容積放大, 而是綜合技術(shù)的體現(xiàn), 涉及到多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)合作。由于我國在聚合釜的研制生產(chǎn)方面起步比較晚，因此雖有能力制造大容積的聚合釜，但其中有些關(guān)鍵技術(shù)仍然由外方掌握。國內(nèi)成功制造的大型聚合釜主要是100m3。100m3PVC 聚合釜是通過對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化吸收及創(chuàng)新, 并結(jié)合錦化機(jī)設(shè)計(jì)制造的135m3聚合釜等系列釜的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)而制成的。100 m3聚合釜容積為100 m3, 直徑為4 300mm, 內(nèi)夾套直徑為4 200 mm, 底伸式攪拌, 采用雙端面平衡型機(jī)械密封, 單層四葉渦輪平槳葉, 攪拌轉(zhuǎn)速采用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié),

9、攪拌電機(jī)功率為280 kW,釜頂設(shè)1 臺回流冷凝器( 換熱面積為200 m2) , 釜內(nèi)設(shè)有2 塊三角形內(nèi)冷擋板, 采用電機(jī)驅(qū)動的噴淋閥和專用柱塞式出料閥【8】 。2.5 135m3聚合釜135m3聚合釜是國內(nèi)目前成功制造的最大容積聚合釜，由錦西化工機(jī)械(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司試制成功。135 m3聚合釜容積為135 m3, 直徑為4 200mm, 高為8 510 mm, 上置式攪拌、三層平槳攪拌器, 攪拌轉(zhuǎn)速可調(diào)( 60 120 r/min) , 攪拌電機(jī)功率為335 kW, 采用雙端面機(jī)械密封、多段式螺旋半管夾套傳熱, 釜頂設(shè)1 臺回流冷凝器( 換熱面積為328m2) , 釜內(nèi)設(shè)有1 塊底伸

10、式圓形套管冷卻擋板; 釜體上配備有沖洗噴嘴和噴涂噴嘴, 具有噴淋沖洗和涂布防粘釜劑的功能。該生產(chǎn)技術(shù)是錦化工與日本神岡凡合作引進(jìn)的。 圖2-4 100m3聚合釜簡圖 圖2-5 135m3聚合釜簡圖3.國外PVC生產(chǎn)用聚合釜現(xiàn)狀由于國外聚氯乙烯的生產(chǎn)歷史比較悠久，所以在聚合釜的研制生產(chǎn)方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，攻克了許多聚合釜生產(chǎn)技術(shù)難關(guān)，掌握了大量的核心技術(shù)。因此國外的聚合釜生產(chǎn)技術(shù)還是比較明顯的領(lǐng)先于國內(nèi)。國際上比較知名的聚合釜生產(chǎn)企業(yè)有美國古德里奇、美國西方、日本信越、法國EVC、韓國LG、英國希普等。他們不但在聚合釜的容積上領(lǐng)先于國內(nèi)的企業(yè)，在設(shè)備的自動化程度、生產(chǎn)強(qiáng)度和安全可靠性上也有一

11、定的優(yōu)勢。表3-1 世界主要企業(yè)典型PVC 聚合釜的基本結(jié)構(gòu)用戶美國西方日本信越德國許爾斯法國EVC韓國LG英國希普容積/m31351272001057026內(nèi)徑/mm420042005000425033002438筒節(jié)高/mm851079008450594071004724高徑比2.01.881.61.42.151.9攪拌器形式三層平槳三層平槳一層三葉后掠漿兩層四葉平槳三層平槳三層六葉渦輪漿擋板及數(shù)量1組，套管式1組，平板4組，平板2組，平板2組，平板2組，平板密封形式機(jī)械密封機(jī)械密封機(jī)械密封機(jī)械密封機(jī)械密封機(jī)械密封外冷器有有有有有無傳動形式上置上置下置下置下置上置隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和

12、軟件的發(fā)展，聚氯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)在研究和應(yīng)用上都得到了很大的發(fā)展，尤其在聚合控制技術(shù)上所得到的發(fā)展最為顯著。古德里奇在這方面尤為出色。B、F古德里奇的聚合生產(chǎn)控制技術(shù)是工藝與控制的完美結(jié)合，它代表了世界上聚合生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)水平。主要表現(xiàn)在：配方管理、全自動加料控制、自動涂釜控制、粗料預(yù)測控制、聚合反應(yīng)的控制、化學(xué)反應(yīng)模型控制、單體自動回收及液化控制等。它生產(chǎn)的70m3聚合釜在生產(chǎn)上擁有很大的優(yōu)勢：1. 傳熱能力大，生產(chǎn)強(qiáng)度高,反應(yīng)4-5小時(shí)即可出料；2. )iM&cJ%hF優(yōu)良的防粘釜技術(shù)，生產(chǎn)釜清理一次； 設(shè)計(jì)壓力高，可以滿足不同牌號樹脂生產(chǎn)的要求；優(yōu)良的高壓水清釜技術(shù)，三維噴頭自動清理

13、，.小時(shí)即可清理一臺；水和單體同時(shí)入料，節(jié)約時(shí)間，提高設(shè)備利用率；生產(chǎn)工藝的密閉化，減少了對環(huán)境的污染，同時(shí)降低了消耗；7r*g,J$u ?采用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)，控制精度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)操作穩(wěn)定。日本信越公司是PVC生產(chǎn)及聚合釜制造領(lǐng)域的世界領(lǐng)先企業(yè)，稱自己擁有最好的PVC生產(chǎn)技術(shù)，是第1家將PVC反應(yīng)器設(shè)計(jì)到150m3之大公司。美國西方公司是北美最大的PVC生產(chǎn)企業(yè)，也是聚合釜的主要研發(fā)生產(chǎn)商。這里對日本信越127m3聚合釜和美國西方135m3聚合釜簡單比較一下。 表2 兩種類型聚合釜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)釜型圓桶密閉式圓桶密閉式全容積/m3127135操作容積/m3110120外形尺寸/mm直

14、徑 4200高 7900直徑 4200高 8510長徑比1.88：12.02:1夾套換熱面積/m2128約122內(nèi)冷擋板換熱面積/m2無6.6釜頂冷凝器面積/m260339總換熱面積/m2188467.6實(shí)際比傳熱面積/（m2.m-3）1.483.41直筒段表面積/m2104.2112.2這兩種聚合釜都實(shí)現(xiàn)了密閉化加料、密閉防粘釜、密閉排料的工藝, 使生產(chǎn)周期縮短, 設(shè)備利用率提高, 生產(chǎn)強(qiáng)度增大, 降低了生產(chǎn)成本, 減少了環(huán)境污染, 操作自動化程度比較高, 產(chǎn)品質(zhì)量也比較好。但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)美國西方的135m3聚合釜在分散劑、引發(fā)劑、終止劑的選用，加料技術(shù)，溫度控制系統(tǒng)，聚合周期等主要參數(shù)

15、上都優(yōu)于日本信越的127m3。4 結(jié)語綜合聚氯乙烯生產(chǎn)用聚合釜的現(xiàn)狀，今后的聚合釜的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)在以下的方面：1）聚合釜的大型化 2）聚合釜的自動化 3）提高安全可靠性 另外隨著石油資源的日漸匱乏，乙烯氧氯化法制氯乙烯單體的時(shí)代走向終結(jié)，電石乙炔法及其他渠道制得單體應(yīng)逐漸成為主流，因此開發(fā)制造與之相適應(yīng)的聚合釜也是未來的發(fā)展趨勢之一。國產(chǎn)PVC 聚合釜經(jīng)過多年的開發(fā)生產(chǎn)，在經(jīng)歷了初級開發(fā)、引進(jìn)仿制、二次開發(fā)、自主開發(fā)等四個(gè)階段后，已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品達(dá)到或接近了世界水品。但我們要走的路還很長，需要所有業(yè)內(nèi)人員的共同努力。參考文獻(xiàn)1 劉建文，魏永濤.提高30m3聚合釜單釜生產(chǎn)能力及其運(yùn)行技術(shù)

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