105 m3 聚合釜粘釜原因?qū)ｎ}分析

卞平官，王中華

（內(nèi)蒙宜化化工有限公司，內(nèi)蒙古 烏海016040）

105 m3聚合釜引進(jìn)歐洲乙烯公司技術(shù)，1996 年在北京二化工廠投產(chǎn)， 共有3 臺(tái)105 m3聚合釜，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8 萬t/a。 2008 年停產(chǎn)后，該裝置于2009年搬遷至內(nèi)蒙古烏達(dá)工業(yè)園區(qū)內(nèi)蒙宜化化工有限公司，2010 年4 月在內(nèi)蒙宜化化工有限公司再次投產(chǎn)，但在生產(chǎn)中，該裝置較嚴(yán)重的粘釜問題曾一度困擾內(nèi)蒙宜化的生產(chǎn)。 聚合釜出料過濾器經(jīng)常堵塞，造成釜內(nèi)料無法全部排出，需采用大量去離子水反沖，既增加了卸料時(shí)間，又浪費(fèi)了大量的去離子水；釜頂冷凝器列管經(jīng)常堵塞，造成釜的換熱能力下降，反應(yīng)熱移不出去，被迫加終止劑降低反應(yīng)速度，使聚合釜的利用率大大降低，生產(chǎn)存在安全隱患， 影響正常生產(chǎn)， 最長(zhǎng)2 個(gè)月就得被迫停產(chǎn)清理，且粘釜物極難清理，每次清釜約需48 h，嚴(yán)重制約著整個(gè)裝置的安全生產(chǎn)。 105 m3聚合釜在內(nèi)蒙宜化經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)原輔材料、工藝、管理等方面進(jìn)行的分析，采取一系列技術(shù)革新，聚合釜運(yùn)行周期由兩三個(gè)月延長(zhǎng)至8～12 個(gè)月，將裝置的生產(chǎn)能力由原來的260 t/d 提高到330 t/d， 達(dá)到12 萬t/a 的生產(chǎn)規(guī)模，超出設(shè)計(jì)能力50%。

1 粘釜的危害及原因分析

105 m3聚合釜在內(nèi)蒙宜化提產(chǎn)階段， 粘釜現(xiàn)象極為突出， 反應(yīng)過程頻繁漲溫漲壓被迫打終止劑，卸料過濾器頻繁堵塞，成品質(zhì)量篩余物、魚眼數(shù)超標(biāo)嚴(yán)重，增塑劑吸收量波動(dòng)大，顆粒形態(tài)細(xì)料粗料兩極分化，設(shè)備利用率低，產(chǎn)量?jī)H260～280 t/d。 故如何防止或減輕粘釜是聚氯乙烯生產(chǎn)過程中必須解決的課題，內(nèi)蒙宜化技術(shù)人員經(jīng)反復(fù)考察論證及咨詢專家，對(duì)聚合粘釜因素進(jìn)行深入分析。

粘釜是物理因素和化學(xué)因素共同作用的結(jié)果，一般有吸附粘釜、化學(xué)鍵粘釜、凝聚粘釜、水相粘釜等。 配方不同，聚合釜粘釜的程度也不同，換熱不均勻及換熱效果差聚合釜粘釜嚴(yán)重。105 m3聚合釜針對(duì)聚合釜壁、擋板、氣相空間、釜頂冷列管、 冷凝器與聚合釜之間的通道過渡節(jié)粘釜做出逐項(xiàng)分析。

（1）防粘釜?jiǎng)╈F化效果的影響。

防粘釜?jiǎng)┦呛幸欢ū壤状嫉膲A溶性高分子化合物， 外觀為稍黏的淺黃色液體， 儲(chǔ)存于1 m3的儲(chǔ)罐中，并用N2保護(hù)。涂壁時(shí)，其首先被蒸汽霧化并混合進(jìn)入冷凝器頂部、冷凝器與聚合釜?dú)庀嗤ǖ兰熬酆细敳浚粏?dòng)攪拌形成反混氣流后，防粘釜?jiǎng)┚鶆蛭皆跀嚢钃醢迮c聚合釜釜壁上，形成一層薄薄的疏油親水膜。 防粘釜?jiǎng)┤绻F化效果不好，則所霧化的防粘釜?jiǎng)┝烤筒蛔?，涂布的部位就?huì)不完全，沒有涂上或涂布不好的部位，粘結(jié)就特別快，十幾釜就會(huì)生成大塊黏結(jié)物。 所以，防粘釜?jiǎng)╈F化效果是做好涂釜、解決粘釜的關(guān)鍵。

105 m3聚合釜原流程通過聚合釜壁噴淋閥、釜頂冷凝器、冷凝器與釜壁過度節(jié)同時(shí)涂釜，涂壁劑流量1 500 L/h， 涂壁溫度25～30 ℃， 霧化蒸汽流量0.75 t/h，導(dǎo)致涂釜液分布不均勻、霧化效果差。

（2）裝載系數(shù)的影響

在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)聚合釜的裝載系數(shù)對(duì)氣液交界處粘釜、釜頂氣相空間粘壁、釜頂冷凝器列管堵塞、冷凝器與聚合釜之間的氣相通道粘壁有重要影響。 聚合釜的裝載系數(shù)小，則其利用率低，為了追求聚合釜的利用最大化，裝載系數(shù)較高。 VCM 和脫鹽水的加入量決定了釜內(nèi)氣液相體積和釜內(nèi)液面的高度。 在進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)，聚合釜內(nèi)液面應(yīng)和擋板頂部趨于齊平，如聚合釜內(nèi)液面在擋板頂部上下浮動(dòng)， 則VCM 和PVC 樹脂易在擋板頂部和氣液交界處生成粘釜物， 并在以后的聚合反應(yīng)中加速生長(zhǎng)，形成大塊片狀粘釜物。 聚合釜的裝載系數(shù)過大，則釜內(nèi)液面高于擋板，釜內(nèi)氣相空間過小，不利于安全生產(chǎn)；其次，由于攪拌、釜型、擋板不變，釜內(nèi)液面如過高，則物料所受的循環(huán)、剪切作用發(fā)生了變化，極易在釜頂上部空間形成黏結(jié)物；再者，由于釜內(nèi)液面上升，釜內(nèi)液面與釜頂冷凝器之間的距離縮短，加大了釜內(nèi)物料向冷凝器列管的夾帶，極易使物料夾帶到聚合釜與冷凝器之間的氣相通道和冷凝器列管中，造成釜頂冷凝器堵管，冷凝器與聚合釜之間的通道粘壁。

為了追求聚合釜的利用最大化，105 m3聚合釜在提產(chǎn)階段，粘釜尤為嚴(yán)重，聚合單體加入量41 m3，入料水和管線沖洗水46.5 m3，助劑加入量1 000 L。軸封水量0.55 m3。105 m3聚合釜有效容積103.2 m3，其裝填系數(shù)達(dá)到86.3%， 在反應(yīng)期間因夾套換熱不好，注入水量和體積收縮量不成正比，氣相空間及列管泡沫夾帶粘釜嚴(yán)重。

（3）注入水速度及聚合釜換熱效果的影響

在生產(chǎn)過程中，PVC 顆粒間遷移所需要的 “自由水”由反應(yīng)期間注水提供。VCM 轉(zhuǎn)化成PVC，體積將收縮35%，這樣物料體積將縮小。 向聚合釜內(nèi)注入冷水，除大幅度地降低黏度和改進(jìn)傳熱外，還稍有利于冷卻， 并保持批料的體積恒定。 若釜型、擋板、攪拌器形式及其高度是恒定的，則漿料中渦流的發(fā)展液面也可保持恒定。 如果物料體積收縮，使擋板頂部露出，則會(huì)導(dǎo)致漿料飛濺，使聚合釜頂部氣相產(chǎn)生粘釜物。 理論上注入水量應(yīng)等于聚合體系收縮量，從而維持聚合釜內(nèi)液面恒定。

105 m3聚合釜上夾套及冷凝器與聚合釜過渡節(jié)夾套、擋板冷卻水從釜頂冷凝器進(jìn)出口冷卻水總管配管，且原始配管上水與回水配管相互沖突，以上3 個(gè)部位冷卻水進(jìn)出口無溫差， 且聚合釜夾套水路結(jié)垢嚴(yán)重，夾套水流量480～505 m3/h，釜頂冷凝器水流量300 m3/h， 聚合釜反應(yīng)熱量不能及移除漲溫漲壓打終止劑；注入水速率設(shè)定恒量4 m3/h，反應(yīng)中后期體積收縮率和注入水量不成正比。

2 具體解決措施

（1）105 m3聚合釜工藝流程改進(jìn)對(duì)比（見表1）。

（2）105 m3聚合釜涂釜程序改進(jìn)對(duì)比（見表2）。

（3）改造前涂釜工藝流程示意圖（見圖1）。

（4）改造后涂釜工藝流程示意圖（見圖2）。

2.1 調(diào)整裝填系數(shù)及水油比，減少聚合釜頂冷凝器氣相泡沫夾帶現(xiàn)象

聚合釜頂氣相空間粘釜較嚴(yán)重，在解決涂壁工藝的同時(shí)，調(diào)整水油比及裝填系數(shù)，將105 m3聚合釜單體加入量由41 m3調(diào)整為39 m3，入料水和管線沖洗水由46.5 m3調(diào)整為47.5 m3； 提高水油比減輕聚合釜換熱負(fù)載。

2.2 解決聚合釜換熱問題

經(jīng)過測(cè)溫及流量對(duì)比，將釜頂冷凝器與釜相連過渡節(jié)夾套水及聚合釜上封頭夾套水管改造分開，釜頂冷凝器過渡節(jié)從釜頂冷凝器進(jìn)出口冷卻水管道配管，聚合釜上封頭夾套水及擋板冷卻水從聚合釜夾套進(jìn)出口冷卻水管道配管，改造后夾套總管冷卻水最高流量600 m3/h （較之前500 m3/h 高100 m3/h），釜頂冷凝器冷卻水總管流量最高350 m3/h，溫差3～5 ℃。 并對(duì)聚合釜夾套、釜內(nèi)壁、釜頂冷凝器殼程、列管進(jìn)行物理化學(xué)清洗，清洗前后進(jìn)行對(duì)比，徹底解決聚合釜?dú)庀嗫臻g及擋板、過渡節(jié)粘釜問題。105 m3聚合釜攻關(guān)前后粘釜對(duì)比及擋板夾套情況分別見表3、表4。

表1 105 m3聚合釜工藝流程改進(jìn)

表2 105 m3聚合釜涂釜程序?qū)Ρ?/p>

圖1 改造前工藝流程示意圖

圖2 改造后工藝流程示意圖

2.3 釜反應(yīng)溫度、壓力恒定控制，減少釜頂冷凝器列管氣相泡沫夾帶

聚合溫度直接決定PVC 樹脂型號(hào)及分子質(zhì)量分布，在反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度波動(dòng)直接造成樹脂聚合度變化。 同時(shí)釜反應(yīng)溫度波動(dòng)間接造成引發(fā)劑分解速率發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)可能造成超溫超壓，發(fā)生危及安全生產(chǎn)的連鎖反應(yīng)。 釜溫度指標(biāo)控制要求（T±0.5 ℃）；通過優(yōu)化釜反應(yīng)程序及夾套釜頂冷凝器調(diào)節(jié)閥串級(jí)控制，充分減少釜頂冷回流單體對(duì)反應(yīng)體系的干擾，提升釜溫控制的平穩(wěn)度，將105 m3聚合釜溫度控制偏差由±2 ℃提升至±0.5 ℃， 釜反應(yīng)溫度壓力恒定控制，有效的提升了105 m3聚合釜運(yùn)行穩(wěn)定性， 減少了釜頂冷凝器列管氣相泡沫夾帶。105 m3聚合釜優(yōu)化前后反應(yīng)控制程序見表5、表6。

表3 105 m3聚合釜粘釜對(duì)比表

表4 105 m3聚合釜擋板夾套情況

表5 原105 m3 聚合釜反應(yīng)控制程序

表6 現(xiàn)105 m3 聚合釜反應(yīng)控制程序

3 管理規(guī)范

105 m3聚合釜執(zhí)行計(jì)劃?rùn)z修，每月聚合釜進(jìn)行專項(xiàng)檢查，檢查聚合釜攪拌減速機(jī)、攪拌聯(lián)軸器、攪拌電機(jī)、大小鴨尾閥、噴淋閥、聚合釜相連管道法蘭預(yù)緊、單體管線預(yù)緊、電器儀表調(diào)試，每半年對(duì)相關(guān)附件進(jìn)行計(jì)劃更換、清洗聚合釜，提高聚合釜運(yùn)行穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙宜華105 m3聚合釜產(chǎn)量攻關(guān)，系統(tǒng)性地從原輔材料、工藝過程、管理規(guī)范等方面采取一系列措施，聚合釜運(yùn)行周期2 個(gè)月延長(zhǎng)至8～12 個(gè)月，徹底解決粘釜問題。