氯乙烯單體質量對PVC樹脂白度的影響及改進措施

梁寅祥，聶方超，劉 偉，李少軍

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718100）

陜西金泰氯堿化工有限公司（簡稱金泰氯堿）二期聚氯乙烯項目自2014年建成投產后，所生產的SG-5型PVC樹脂白度指標時常達不到國際標準的優等品標準。SG-5型PVC樹脂的國際標準為白度（160℃，10 min）優等品≥78%，一等品≥75%，合格品≥70%。而金泰氯堿生產的PVC樹脂的白度主要75%～77%，最低時達到74%，嚴重影響了產品的質量等級。部分產品白度的檢驗結果見表1。

1 影響PVC樹脂白度的因素

1.1 氯乙烯單體質量對PVC樹脂白度的影響

氯乙烯單體質量對PVC樹脂的熱老化白度有著非常重要的影響。在水存在的情況下，氯乙烯會發生分解，產生鹽酸，腐蝕管道，從而產生鐵離子，鐵離子可以使氯乙烯與氯化氫反應生成1，1-二氯乙烷，從而增加氯乙烯的單耗，其反應為：

氯乙烯中水含量越高，水解越嚴重，對設備的腐蝕也就越嚴重，鐵離子的含量就越高，氯乙烯單體中又不可避免含有微量的氧，鐵離子的存在促進了聚合系統中氧與氯乙烯反應生成過氧化物，過氧化物的存在又反向促進氯乙烯的水解。

氯乙烯單體如果顯酸性或者鐵含量高會嚴重影響PVC樹脂的白度。鐵離子會使聚合后的樹脂色澤變黃或者成為黑點。氯乙烯單體中的鐵一般以離子型鐵的氯化物和鐵的氧化物兩種形式存在，微量的鐵離子或者氧化物就能催化脫氯化氫，使聚合后的PVC樹脂的耐熱性能下降，嚴重的還會影響樹脂的外觀、色澤，產生黃料或者粉料。所以提高氯乙烯的單體質量，降低氯乙烯單體中的含水量，對PVC樹脂的白度有著重要作用。

表1 PVC樹脂白度的檢驗結果

1.2 除鹽水質量對PVC成品白度的影響

除鹽水中如果含有鐵離子，也將對PVC樹脂的白度產生影響。

1.3 聚合溫度對PVC成品白度的影響

PVC樹脂的熱老化性能的高低，最主要取決于其自身的分子結構。聚合溫度決定了聚氯乙烯的分子質量，一般情況下，聚合的溫度越高，所得的樹脂的分子質量越低，樹脂的熱老化性能就越差。

1.4 聚合轉化率對PVC成品白度的影響

聚合轉化率是影響PVC樹脂熱老化性的又一因素，轉化率越高，PVC樹脂的產量就越高，當轉化率達到80%后，如果繼續聚合，PVC分子中不穩定結構的比例會不斷增加，PVC樹脂的熱老化性能下降。因此如果把聚合轉化率控制在80%左右出料，既不會影響樹脂的產量，也能很好的控制產品的白度。

此外，汽提、干燥溫度、反應時間，聚合反應過程中添加的引發劑、分散劑、消泡劑、終止劑的種類及用量也會對PVC成品的白度產生影響。

2 通過提高氯乙烯質量來提高PVC樹脂白度的措施及效果

在傳統的電石法氯乙烯生產工藝中，為除去氯乙烯氣體中夾帶的氯化氫等酸性物質，都設計有堿洗過程，堿洗后的氯乙烯氣體中含有飽和的水霧，因此在進壓縮機之前要進一步除去水分。

金泰氯堿氯乙烯合成工序二期項目在氯乙烯進壓縮機前采用機前預冷器加機前除霧器的脫水工藝。機前預冷器以7℃水作為冷介質，可以將氯乙烯氣體的溫度降到10℃以下，使氯乙烯氣體中夾帶的水霧冷凝成液態，從預冷器底部排掉。經過機前預冷器的氯乙烯氣體除去一部分水分后又經過2臺并聯的機前除霧器除霧，最終在進入氯乙烯壓縮機時的氯乙烯水含量將下降到1 100×10-6～1 500×10-6。氯乙烯氣體經壓縮機壓縮后，壓力在0.50～0.60 MPa，氣體溫度升高到70～90℃，先經過機后空冷器初步冷卻后，再經過全凝器冷卻，冷卻后的溫度將下降到10～20℃，此狀態下的大部分氯乙烯及水蒸氣將液化，液態的氯乙烯再進入水分離器，由于氯乙烯和水的密度不同，在水分離器中會分層脫水。最終，在經過成品冷凝器后氯乙烯的含水量將降至250×10-6。

但在實際生產過程中發現，這樣處理后的氯乙烯的含水量在 600×10-6～800×10-6，沒有達到控制指標，所生產的PVC樹脂白度也沒有達到優等品標準。經研究決定新增1套固堿干燥器裝置，用來進一步降低氯乙烯單體中的含水量。

目前，固堿干燥器多使用片堿作為干燥劑，但由于片堿機械強度低，容易糊溶，設備阻力大，并且能耗高，嚴重時還會引起設備堵塞，影響設備使用壽命，增加操作人員勞動強度，還可能造成系統停車；而且片堿易破裂，造成片堿單耗增加。因為干燥劑的問題，多數企業不使用固堿干燥器。

金泰氯堿通過研究，采用了球狀粒堿作為固堿干燥器的干燥劑，該粒堿呈橢圓狀，長度為25～30 mm，厚度約10 mm左右，具有吸水性強、持續周期長、使用效率高、不易破損等特點。固堿干燥器設置在成品冷凝器后，進單體儲槽之前，2臺并聯，1用1備。從成品冷凝器出來的氯乙烯單體進入固堿干燥器底部，與干燥劑充分接觸除去里面的水分，干燥后的氯乙烯單體從固堿干燥器頂部流出，進入單體儲槽。干燥劑在充分吸收水分后形成堿液，堿液定期從干燥器底部排放至廢堿槽，通過廢堿泵打至堿洗塔循環利用。原有的固堿干燥器經常會出現固堿干燥器放堿管道堵塞現象，在使用半年后，因管道堿液結晶，堵塞比較嚴重，從而導致固堿干燥器內的堿液無法排出，需要人工清理固堿干燥器內未完全溶解的固堿，風險較大。金泰氯堿在原有固堿干燥器的基礎上，在設備的下封頭處增加蒸汽管道，該管口在設備外為DN25，進入設備后變為DN100，管道正對固堿干燥器放堿管口。當放堿管道堵塞后，打開蒸汽管道利用蒸汽進行吹掃，在固堿干燥器內部固堿消耗完之后，定期添加固堿，設備內不再需要人工清理。

目前該設備已投運一年多，運行正常，可以有效的將氯乙烯單體的含水量控制在200×10-6以下，除水效果良好。PVC樹脂的白度基本保持在80%以上，達到優等品標準。

3 結語

在VCM生產工藝中，通過在成品冷凝器后增加固堿干燥器，可以有效將氯乙烯單體的含水量控制在200×10-6以下，降低氯乙烯單體的水解反應，提高PVC樹脂的白度。