聚氯乙烯專用樹脂生產技術進展

周盾白

(廣東省科技干部學院，廣東　廣州　510640)

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聚氯乙烯專用樹脂生產技術進展

周盾白

(廣東省科技干部學院，廣東廣州510640)

綜述了PVC樹脂生產技術的進展。PVC作為既傳統而又重要的合成樹脂，其生產正朝著大規模、集約化、節能環保的方向發展，新工藝、新技術、新材料不斷得到應用，推動著PVC生產技術向前發展。同時，出于中國自身的情況，電石法生產PVC會占有重要的一席之地。在引進技術的同時，我們應該加大技術創新的力度，解決企業存在的實際問題，提高行業核心競爭力。

PVC 生產技術; 進展; 大規模; 新技術

聚氯乙烯是全球五大熱塑性合成樹脂之一，產量僅次于聚乙烯，約占世界合成樹脂總消費量的30%。PVC性能優良，用途廣泛，價格也較為低廉[1]。PVC樹脂的生產工藝有多種，根據其單體氯乙烯生產工藝的不同，主要分為電石法制PVC和乙烯法制PVC兩種[2]。兩種方法均要得到氯乙烯(VCM)，最終進行聚合反應制得PVC。從全球范圍來看，乙烯法制PVC是主流，但是由于我國石油資源相對匱乏，隨著國民經濟的快速發展，已成為石油的純進口國，并且油價不斷攀升，導致石油化工下游行業生產成本的增加，影響到乙烯法PVC的生產。電石法制PVC是一條煤化工路線，能耗高，環境壓力大，但由于我國電石產能豐富且供應穩定，因此生產成本較低，電石法生產工藝將在一個較長的時間里有較大的發展[3]。

1　兩種方法生產VCM

1.1乙烯法生產VCM

VCM的生產可以通過乙烯法和電石法制備，乙烯法首先將輕油、輕柴油裂解制得乙烯，乙烯經直接氯化/氧氯化反應生成二氯乙烷(EDC)，EDC經熱裂解制得VCM，其原理如下：

圖1　制程示意圖

乙烯直接氯化法就是將乙烯和氯氣通入沸騰的EDC中進行氯化反應生成EDC；乙烯氧氯化法是將乙烯、氯化氫和氧氣通入處于沸騰狀態催化劑的反應器生成EDC，氧氯化反應器出來的氣體產物經水淋洗淬冷、堿液沖洗中和并從分層器中分出EDC再經干燥得粗EDC。

1.2電石法生產VCM

1.2.1生產原理

電石法制PVC是采用煤化工路線，首先用生石灰和以焦炭為主的碳素原料生產電石，再用電石與水反應生成乙炔，乙炔與氯化氫加成反應生成VCM。其原理如下：

1.2.2技術進展

電石法最大的缺點是耗能大，環境污染嚴重。針對這些缺點進行技術創新，不斷采用“新工藝、新技術、新材料”[4-5]，從而實現節能降耗，減少環境污染的目標，因此大容量全自動控制的密閉電石爐是今后電石工業的發展發向[6]。采用電石法生產1噸PVC則發生器排出固含量為10%的電石渣漿約15噸，電石渣的堆積和處理不當將嚴重污染環境[7]。電石渣的處理目前基本上還是直接在建筑和公路交通等行業的應用，如用于粉煤灰制磚等，其它一些行業仍處于試驗或研究階段[8]。電石渣的上清液含有硫化氫、磷化氫及飽和的氫氧化鈣堿性溶液，如果隨意排放會污染環境。在電石泥壓濾處理方面，國內有三種典型工藝，一是電石渣漿經沉降池初步沉降后，上層稀液經壓濾機壓濾后，濾液循環利用；二是采用冷卻塔冷卻上清液，送發生器利用；三是濾液經噴淋冷卻后循環利用。

電石法工藝要求除汞以后的氯乙烯合成氣必須進行水洗，以除去部份未反應的氯化氫氣體，過去PVC生產裝置采用填料水洗裝置，但是需要較大的噴淋量，而使用水洗泡沫塔，能使氣體以細微擾動的泡沫狀態散布于液相中，以增加氣液相間的接觸表面，使廢酸降至最小數量[9]。目前比較先進的工藝是將泡沫塔出來的廢酸送脫洗塔吸出氯化氫，經過石墨換熱器冷卻后返回合成系統循環再利用[10]。

填料密封的水環壓縮機作為乙炔壓縮機，抽氣量一般約為1000 m3/h, 能適應較小規模的生產，采用螺桿式VCM壓縮機和機械密封的乙炔壓縮機，抽氣量可達2400 m3/h和3000 m3/h，新型乙炔壓縮機和VCM壓縮機已逐步在國內得到推廣。

2　聚合技術進展

生產PVC的方法有懸浮法、乳液法、微懸浮法、混合法[11]，其中以懸浮法技術應用最廣。聚合技術的發展有下面幾個趨勢：

2.1大型聚合釜的應用

比利時蘇威公司采用了120 m3反應釜[12]，德國HULS公司采用了200 m3反應釜[13], 錦化化工公司的70.5 m3反應釜代表了國內目前的最高水平，它采用先進的半管冷卻換熱熱技術，三葉后掠式攪拌形式，填補了國產大型釜的制造空白[14]。使用大型聚合釜具有時間短,投資省的特點，同時采用全密閉生產形式，將VCM的回收移至聚合釜外進行，降低了生產輔助時間，提高了PVC產品質量。HULS公司使用封閉聚合釜技術，減少了人員和VCM接觸，采用密集的脫氣措施，使生產的PVC中VCM殘留量遠低于1 ppm；廢氣的唯一來源是VCM的回收，可將它送到單體車間進行最后凈化或密閉的焚燒處理。

2.2先進防粘釜技術

蘇威公司采用獨特的永久性表面處理和專有結構，不用防粘釜劑，僅用高壓水清釜。EVC公司采用四項技術構成組合型高效的防粘釜系統，可以做到400次釜次開蓋檢查，每2000釜次清釜一次。這四項技術包括：獨特的釜型設計，攪拌采用底伸式單層漿葉，釜頂封頭冷卻夾套即增加了強度和傳熱面積，又減少了管口堵塞的可能性；使用專有的防粘釜劑EVICAL-90，能夠耐酸耐堿；采用專有噴釜的套管式單桿雙頭噴淋閥，在沖水的同時，還能噴涂防粘釜液；在反應過程中不停的噴淋注水解決了氣相粘釜問題，也解決了釜頂冷凝器的粘結堵塞問題[15]。國內的防粘釜技術主要是依靠防粘釜劑的噴涂，其防粘釜劑已達到國際先進水平。

2.3VCM的回收

相對于釜式汽提技術，連續汽提塔工藝更為先進，它采用高低壓分開壓縮、集中冷凝回收，提高了PVC漿料中VCM的回收率、PVC產品品質和生產能力，降低了操作強度和蒸汽單耗，降低了設備投資，節約了能耗和物耗[16]。

2.4高效能助劑的運用

國內相當部份的PVC廠家用過氧化引發劑系列替代有毒的AIBN引發劑，使合成PVC產品達到醫用要求。采用多元復合分散劑體系，特別是低醇解度聚乙烯醇分散劑的應用，大大提高了PVC產品的疏松性和VCM的脫吸能力，樹脂顆料更規整，產品魚眼數也有所降低，塑化時間也大為縮短，白度最高的在90%以上；采用調粒劑，降低了配方中分散劑的用量，提高PVC粒子的規整集中度。性能良好的助劑對生產高品質的PVC有著重要的重用，國內的廠家除了在PVC生產過程中使用一些進口的助劑外，還著力于助劑的國產化。株州化工集團在引進吉昂公司的PVC懸浮法生產技術時就在配套助劑國產化方面作了許多工作：如引發劑過氧化二碳酸二(2-乙基)己酯(EHP)國產化，用FN-1防粘釜劑替代進口NSD，用國產終止劑ATSC代替進口雙酚A等，都取得了良好的效果[17]。

2.5計算機自動化系統的運用

采用微機自控系統能降低操作人員的勞動強度，提高產品的質量和產量。唐山冀東公司從2000年開始采用自動控制代替手動控制，使用INTELLUTION的FIX工業自動化軟件，提高了生產控制精度，使PVC樹脂分子量分布更窄，產品質量和數量都有所提高[18]。有的進行局部的計算機系統改造，如在一些電石法生產工藝中，電石發生系統采用PLC控制程序，精餾系統采用DCS控制，通過計算機控制，使生產系統運行更穩定，同時減輕了勞動強度[19-20]。

3　輔助系統的技術進步

3.1PVC干燥系統的優化

目前，國內的干燥技術已和國際先進水平沒有差距，干燥形式有臥式沸騰床、臥式接觸滴流床、旋風氣流式和組合式干燥器幾種。北京化二股份有限公司研究所開發設計的氣流-旋風干燥技術具有系統死角少、節能效果顯著、流程短、投資少、易于實現自控等優點，廣泛應用于PVC生產行業[21]。

3.2安全系統

EVC公司將緊急終止劑存放在一個特定的儲罐中，與聚合釜出料管線相連，連接口用一個防爆膜將其阻斷，緊急終止劑儲罐中通入N2備用，當釜發生事故時，終止劑閥打開，利用N2壓力迅速沖破防爆膜，將終止劑加入釜中，同時，釜上打開排氣閥排氣，使釜內呈沸騰狀態，讓終止劑與反應體系充分混合，使反應在數秒之內終止。在HULS的工廠中，其安全系統同下面五個部分組成：(1)設計的回流冷凝器的容量比實際所需容量大；(2)VCM可以放到回收系統中；(3)不依靠電源，可以自動排放到緊急冷凝系統；(4)終止劑注入系統；(5)安全閥門。

3.3節能降耗措施

采用新技術、新工藝，通過節能降耗來降低生產成本，對企業來說也有相當重要的意義[22]。天津樂津公司和齊化集團有限公司對現有裝置進行改造和優化，通過離心母液水的利用、VCM回收系統的改造以及干燥裝置廢熱回用，使生產成本有了大幅度降低[23-24]。唐山冀東氯堿有限公司在PVC生產中用ZFL型蒸發式冷凝器代替管殼式冷凝器，結果每生產1噸PVC樹脂可降低耗水費用3.3元，耗電費用4.7元[25]。

4　結　論

PVC的生產在聚合技術和輔助系統方面都有所發展，包括大型聚合釜的應用，先進防粘釜技術，計算機自動化系統的應用，干燥系統和安全系統的優化，以及高效能助劑的應用等。

但是，PVC行業發展多年，各企業還是以引進技術為主，到目前的發展階段，我們應該在學習先進技術的同時，加大技術創新的投入，提高企業核心競爭力，解決行業發展中遇到的問題。

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Advances in Producing Technology of PVC Resin

ZHOUDun-bai

(Guangdong Institute of Science and Technology, Guangdong Guangzhou 510641, China)

The newest advances in producing technology of poly(vinyl chloride) were reviewed. The producing technology of PVC was developing towards large-scale, intensive, energy-saved and environmental direction. The new process, technology and material improved the producing technology of PVC. Meanwhile, calcium carbide process would be important in a extent long time in China according to the statement of China. In the introduction of technology, the intensity of technological innovation shoucd be increased, to solve the practical problems of the enterprise, improve the core competitiveness of the industry.

PVC producing technology; advances; large-scale; new technology

周盾白(1972-)，男，2005年畢業于華南理工大學材料學院，獲高分子材料博士學位。2010年完成博士后研究工作，副研究員，主要研究方向為高分子材料合成及改性。

TQ914.1

A

1001-9677(2016)05-0032-03