懸浮法PVC 聚合輔助體系能效提升的研究與應(yīng)用

郭海燕

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子832000）

聚氯乙烯性能優(yōu)良，用途廣泛，價(jià)格也較為低廉，其消費(fèi)量約占世界合成樹脂總量的30%，在全球產(chǎn)量僅次于聚乙烯的熱塑性合成樹脂。PVC 樹脂的生產(chǎn)工藝有多種，根據(jù)其單體氯乙烯生產(chǎn)工藝的不同，主要分為電石法和乙烯2 種。目前，在全球范圍內(nèi)，乙烯法制PVC 為主導(dǎo)生產(chǎn)工藝，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國石油資源相對(duì)匱乏，油價(jià)不斷攀升，導(dǎo)致石油化工下游行業(yè)生產(chǎn)成本增加，影響到乙烯法PVC 的生產(chǎn)。因中國電石產(chǎn)能豐富且電石供應(yīng)鏈穩(wěn)定，電石法生產(chǎn)工藝相對(duì)生產(chǎn)成本較低，同時(shí)，中國“貧油、少氣、富煤”的資源結(jié)構(gòu)決定電石法生產(chǎn)工藝還將在一個(gè)較長的時(shí)間里有較大的發(fā)展及創(chuàng)新[1]。

1 PVC 聚合技術(shù)特點(diǎn)

目前，生產(chǎn)PVC 的方法主要有懸浮法、 乳液法、微懸浮法及混合法4 種，其中以懸浮法技術(shù)應(yīng)用最廣。聚合技術(shù)的發(fā)展一直往大型聚合釜、先進(jìn)助劑技術(shù)、先進(jìn)防粘釜技術(shù)、高效能助劑技術(shù)、聚合輔助體系技術(shù)、單體回收技術(shù)、創(chuàng)新智能化自動(dòng)控制技術(shù)等方向發(fā)展。各項(xiàng)主創(chuàng)技術(shù)中，大型聚合釜技術(shù)由70.5 m3、120 m3、200 m3全密閉式聚合反應(yīng)釜代表了更高的技術(shù)水平，生產(chǎn)中單體殘留較低，回收系統(tǒng)也較為先進(jìn)。先進(jìn)防粘釜技術(shù)中有獨(dú)特的釜型設(shè)計(jì)、專用的防粘釜?jiǎng)┛梢阅退崮蛪A、反應(yīng)中噴淋注水等技術(shù)達(dá)到防粘釜技術(shù)。高效能助劑技術(shù)中大多采用多元復(fù)合分散劑體系，特別是低醇解度聚乙烯醇分散劑應(yīng)用，調(diào)料劑的使用，國產(chǎn)終止劑ATSC 代替進(jìn)口雙酚A 等技術(shù)的應(yīng)用，都取得了一定的提升效果。聚合輔助體系技術(shù)主要是通過對(duì)聚合輔助系統(tǒng)建立模擬實(shí)驗(yàn)，變更投料提高聚氯乙烯樹脂產(chǎn)量和質(zhì)量的技術(shù)。單體回收技術(shù)目前主要由連續(xù)汽提塔替代釜式汽提技術(shù)，提升PVC 和VCM回收率，提高了產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量。創(chuàng)新智能化自動(dòng)控制技術(shù)中大多采用DCS 集散控制系統(tǒng)或PLC 控制，在密封入料、出料、升溫及溫控方面有了更為完善的控制系統(tǒng)與操作程序，先進(jìn)助劑技術(shù)大多采用國內(nèi)外先進(jìn)的助劑產(chǎn)品作為試驗(yàn)或生產(chǎn)的核心技術(shù)。現(xiàn)僅就聚合輔助體系技術(shù)可鉆研的技術(shù)空間進(jìn)行的研究與應(yīng)用方面進(jìn)行說明。

2 懸浮法PVC 聚合輔助體系技術(shù)提升思路與實(shí)施

懸浮法PVC 聚合輔助系統(tǒng)包括常規(guī)聚合生產(chǎn)所用軟水、單體、輔助助劑的入料系統(tǒng)、噴涂系統(tǒng)、涂壁系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、反應(yīng)輔助系統(tǒng)等，通過對(duì)聚合輔助系統(tǒng)建立模擬實(shí)驗(yàn)，變更投料相關(guān)設(shè)計(jì)，達(dá)到提高聚氯乙烯樹脂產(chǎn)量和質(zhì)量的目的；更改出料工藝及參數(shù)，減緩管線震動(dòng)降低安全隱患，在減少聚合輔助系統(tǒng)所需時(shí)間，提高聚合釜利用率，提升產(chǎn)量的同時(shí)優(yōu)化樹脂顆粒形態(tài)、粒徑分布、吸油率、表觀密度、疏松度、魚眼等指標(biāo)達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)并降低安全隱患的目的。

2.1 軟水與單體制約因素及提升實(shí)施

目前，懸浮法PVC 聚合密閉入料系統(tǒng)中軟水、單體管線流量145 t/h，2.2~2.4 m/s，易揮發(fā)液體最高4 m，以下均為制約軟水與單體流量的因素。

（1）軟水、單體流量計(jì)及其調(diào)節(jié)閥全部為DN80管線約10 m；

（2）單體管線在聚合各樓層層面入釜管線約為DN100，每臺(tái)約8 m，包括入釜管口為DN100；

（3）單體過濾器過濾面積受限，現(xiàn)過濾器總量面積為7.5 m2。

解決方案及實(shí)施：?jiǎn)误w本身的性能所限制流速不易過高，加大軟水、單體流量計(jì)管徑為DN100，單體入料時(shí)間可縮短1.5 min，同時(shí)提高單體過濾器過濾面積，面積由7.5 m2增加到9.5 m2。

2.2 分散劑制約因素及提升實(shí)施

分散劑入料流量為2 300 ㎏/h，加入時(shí)間在12 min左右，制約因素，加料泵流量較小，難以達(dá)到分散劑加料流量擴(kuò)容需求。

解決方案及實(shí)施：更換加料泵將加料流量由2 300 kg/h 提高到3300 kg/h，加料時(shí)間可以縮短2 min，2種分散劑加料時(shí)間合計(jì)縮短到4 min。

2.3 出料系統(tǒng)制約因素及提升實(shí)施

聚合出料程序中，將PVC 漿料由聚合釜底自動(dòng)排入出料槽中，分別來自聚合釜、出料槽、泡沫捕集器的未反應(yīng)的單體，通過壓縮冷凝系統(tǒng)將其冷凝為液體后，進(jìn)回收單體貯槽中用于下一釜加料。出料管線為DN150，調(diào)節(jié)閥為DN100，聚合釜出料流量為280 m3/h；全部出料程序啟動(dòng)（包括底閥及各閥門的開關(guān)）到停止約30 min。

解決方案及實(shí)施：提高出料流量至320 m3/h，相關(guān)技術(shù)人員做了試驗(yàn)與測(cè)試，并實(shí)時(shí)進(jìn)行更改，更換出料調(diào)節(jié)閥和出料流量計(jì)，由原來的DN100 更換為管徑為DN150 流量計(jì)和DN150 調(diào)節(jié)閥，出料全程約縮短1.5 min，現(xiàn)出料時(shí)間為28.5 min。

3 實(shí)施后效果分析

綜合上述改造和工藝參數(shù)的調(diào)整，聚合釜出入料時(shí)間共縮短5 min。 全年平均每天安裝31 釜計(jì)算，生產(chǎn)天數(shù)按照355 天計(jì)算，計(jì)算全年提高產(chǎn)能約2 500 t 左右。同時(shí)減少了單釜投料時(shí)間，單體泵、軟水泵、出料泵、分散劑加料泵的運(yùn)行時(shí)間，降低了能耗。減少出入料的輔助時(shí)間，增加了投料釜數(shù)，提高了聚合釜的設(shè)備的利用率，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量。方案實(shí)施中將入釜單體過濾器更換為面積較大的過濾器，減少了濾芯次數(shù)的更換，節(jié)約材料，也降低了操作人員反復(fù)更換濾芯的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過對(duì)聚合釜出入料管線進(jìn)行改造，縮短了工藝過程所需要的時(shí)間，資源利用效率得到最大限度的提高。設(shè)備利用效率的提高， 減少了生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境造成的污染，對(duì)環(huán)保有利。

4 結(jié)語

此次懸浮法PVC 聚合輔助系統(tǒng)體系能效提升的研究與應(yīng)用，最大限度地研究并利用了時(shí)間、能源消耗，大大降低了能源消耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)各工藝步驟的時(shí)間優(yōu)化調(diào)控。自成功投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，使聚合釜生產(chǎn)釜數(shù)得以提高。單位產(chǎn)品的平均能源消耗降低，有力的支持了整個(gè)大系統(tǒng)的節(jié)能減排計(jì)劃，此外，由于工藝的優(yōu)化，降低了設(shè)備維修時(shí)有害氣體的外排，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。