70m3PVC聚合釜釜頂冷凝器的應用

張睿 張喜偉(新疆華泰重化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

70m3PVC聚合釜釜頂冷凝器的應用

張睿 張喜偉(新疆華泰重化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

介紹了70m3聚合釜增加釜頂冷凝器的技術改進，通過增加釜頂冷凝器及相應自控化程序改造，將70m3聚合釜產能由2.5萬噸/年提升至3萬噸/年。對比分析了采用釜頂冷凝器前后的工藝運行及產品質量情況。

PVC；70m3聚合釜；釜頂冷凝器；應用

新疆華泰重化工有限責任公司一期技改裝置采用原北京化二股份有限公司聚合釜及成套工藝生產技術，該裝置共有6臺70m3聚合釜，裝置設計產能12萬噸/年，自2008年正式投產以來，生產能力及產品質量均達到設計要求，單臺聚合釜實際生產能力可達到2.5萬噸/年，為了進一步提高聚合釜產能，2012年采用北京新安化二工程技術有限公司技術對6臺70m3聚合釜進行新增釜頂冷凝器工藝改造，改造完成后目前聚合釜產能已達到3.15萬噸/年。使用效果較好，現對70m3聚合釜新增釜頂冷凝器后運行情況總結如下：

1 70m3聚合釜工藝簡介：

1.1 70m3聚合釜主要設計參數：

項目物料容積操作壓力設計壓力傳熱面積容器類別釜體氯乙烯單體，水等70.5立方米1.2MPA2.0MPA19m2（內冷管）三類夾套冷卻水0.74MPA70m2

主體材料單釜年生產能力16MnR+SUS304 20000T底夾套16MnR半園管10/Q235-A

1.2 70m3聚合釜工藝簡介

懸浮法聚氯乙烯生產工藝如下：先將去離子水與氯乙烯單體加入聚合釜內，在攪拌作用下繼續加入分散劑水溶液和其他助劑，最后加入引發劑，將聚合釜溫度控制在預定溫度進行聚合反應，聚合釜的物料在聚合釜中發生如下反應：

nCH2CHCl→—(CH2-CHCl)—n+96.3～108.9kJ/mol

聚合反應熱由聚合夾套及內冷管通循環冷卻移除，保證聚合釜溫度控制在T±0.5℃范圍內，反應放熱移除的能力決定了聚合釜的生產能力。

2 70m3聚合釜釜頂冷凝器介紹

在大型聚合釜中，為保證聚合釜生產裝置能力的進一步提升，通過增加釜頂冷凝器裝置來增加聚合釜換熱面積，在聚合釜頂部安裝一列管式換熱器，換熱面積120m2（聚合釜原設計換熱面積夾套70m2，內冷管19m2，換熱面積共計89m2）。換熱器管程內為氯乙烯單體，利用聚合釜頂部人孔做為釜頂冷凝器的接口垂直安裝在聚合釜釜頂部，釜頂冷凝器殼程內為循環冷卻水，殼程循環水設計為高進低出，循環水調節閥安裝在冷凝器下部回水管道上，釜頂冷凝器設計有涂釜、注水、回收等工藝管口。聚合釜反應過程中，不凝的氯乙烯氣體進入換熱器內，被循環水冷卻后，由冷凝器冷凝成液態單體回流至聚合釜內繼續參加反應，達到移除反應放熱，提高聚合釜換熱效率，縮短聚合釜反應時間，從而增加單臺聚合釜產能。圖1為釜頂冷凝器工作原理示意圖如下：

圖1 70m3聚合釜釜頂冷凝器工作原理示意圖Fig.1 70 m3polym erization kettle still top condenserworking p rinciple diagram

370m3聚合釜釜頂冷凝器生產原理

聚合反應過程中聚合釜內加入單體量一定最終轉化率一定，其反應過程中反應的熱量是一定值，由于現有聚合釜換熱面積有限，根據Q=KS△T＝qt,當熱量為定值時單位時間內移除熱量q越大反應所需時間越短，聚合效率越高，同時由于K、△T均為定值，如提高聚合效率，必須增大有效傳熱面積S,新增釜頂冷凝器通過自控程序控制實現聚合釜反應熱量通過釜頂冷凝器移走，在不進行大量資金投入的情況下可提高單釜產能，聚合效率可提高26%,單臺70m3聚合釜裝置年總產能將由2.5萬噸提升至3.15萬噸，設備利用率將大幅提升。

4 釜頂冷凝器運行控制重點

4.1 防粘釜劑噴涂

聚合釜新增釜頂冷凝器后，對聚合釜及冷凝器的涂壁是非常重要的，在涂壁操作過程中，新增釜頂冷凝器后涂壁液用量相應增加，涂壁分為兩部分進行，首先對聚合釜進行涂壁，聚合釜涂壁完成后對釜頂冷凝器進行涂壁，涂壁液通過釜頂冷凝器頂部及底部涂壁噴頭由蒸汽霧化后分段進入釜頂冷凝器，對釜頂冷凝器換熱管內壁及冷凝器上下封頭不完進行噴涂，避免聚合反應過程中單體聚合粘壁，影響釜頂冷凝器的換熱能力。

4.2 聚合反應過程中注水控制

反應期間，原聚合釜注水閥調為設定開度，以最小流量保持該管線清潔及釜壓力變送器的可靠工作即可。釜頂冷凝器注水閥調為設定開度，控制釜頂冷凝器注水流量約為1900Kg/h左右（該流量包括釜頂冷凝器涂壁噴頭沖洗水的流量）。反應期間的總注水量，（包括攪拌機封水，聚合釜注水閥，釜頂冷凝器注水閥）在DCS內監控。當總注水量達到設定的高限后，關聚合釜及釜頂冷凝器注水閥門，以防止滿釜危險。釜頂冷凝器兩處涂釜噴涂沖洗水在整個聚合反應周期注水以防止釜頂冷凝器涂壁噴頭堵塞，注水閥門前安裝1mm孔徑限流孔板控制注水流量。

4.3 聚合釜DCS控制程序改進

PVC懸浮聚合反應期間，釜溫需平穩控制在±0.2℃，聚合釜增加釜頂冷凝器后，釜溫控制通過聚合釜夾套、聚合釜內冷管和釜頂冷凝器三處循環水流量來實現。通過對于三處循環水控制閥門開度不斷的聯動調試，最終確定釜頂冷凝器與聚合釜內冷管循環水兩處同時調節，達到統一控制的目的。PVC懸浮聚合在形成初級粒子時，其粘附性非常強，釜頂冷凝器使用一般在聚合VCM轉化率大于l5%以后使用，如果提前使用，因這時形成PVC顆粒不穩定，粘結性強，會對聚合體系形成造成沖擊，容易產生大顆粒，造成“魚眼”形成，并且此時釜頂冷凝器工作后大量被冷凝的氯乙烯單體液滴落入聚合釜內，對反應初期的樹脂產品質量影響較大。根據這一特性，在程序設計時，對釜頂冷凝器循環水開度控制進行優化設計，反應開始至形成大量初級粒子階段，釜頂冷凝器不通入循環水，避免氣液交換量過大，減少氣相夾帶大量的初級粒子粘附堵塞列管，達到保護釜頂冷凝器的目的。

4.4 改造前后樹脂產品質量變化

由于釜頂冷凝器的投用，因此采用增加引發劑用量來加速聚合反應，縮短聚合釜反應時間，而聚合釜因增加釜頂冷凝器后換熱面積增加，可以移除聚合釜劇烈反應期間的反應熱，新增釜頂冷凝器后由于反應期間釜頂冷凝器冷凝后的液態氯乙烯單體重新回到聚合釜內參加聚合釜反應，需對分散劑用量進行調整。由原來的800ppm提升至1000ppm（與氯乙烯單體的比例），增加釜頂冷凝器后，除樹脂表觀密度外聚氯乙烯樹脂產品質量未發生明顯變化。

改造前后SG-5型樹脂產品質量情況對比

改造后517151725173113 113 113 23 23 23 0.52 0.52 0.52 83 84 84 1 1 1

4.5 70M 3聚合釜增加釜頂冷凝器后各項數據對比

注水量產能改造前2.5萬噸/年聚合反應時間280-300分鐘2.30m3/h反應溫度控制±0.2℃改造后3.15萬噸/年220-240分鐘聚合周期330-350分鐘270-310分鐘2.75m3/h±0.2℃

5 結語

我公司70m3聚合釜釜頂冷凝器裝置自投用以來，70m3聚合釜生產能力在原有基礎上有了明顯的提升，使用效果良好，各項工藝參數控制平穩，生產的PVC樹脂質量穩定，滿足國內外客戶使用要求，在國內同行業有很好的推廣前景。

[1]陳煥之.聚氯乙烯技術與市場.湖南化工，1987，4（l）:41～42.

[2]邴涓林，朱平，金永利，李承志.國內PVC大型聚合釜技術發展動態.

[3]上海森松新型PVC聚合釜產品資料.

[4]邴涓林,黃志明.聚氯乙烯工藝技術.化學工業出版社,2010: 244.

70 m3pvc polymerization kettle still top condenser application

ZHANG Rui(x in jiang huatai ChongHuaGong co.,LTD.,x in jiang urum qi 830019)

the article introduces the 70 m3 polymerization kettle increase still top condenser technology improvement,by increasing the kettle top condenser and the corresponding control change program transformation,w ill be 70m3 polymerization kettle capacity by 25000 tons/yearup to 30000 tons/year.Comparedw ith thatofkettle top condenser beforeand after the processand productquality.

PVC 70m3polymerization kettle still top condenser application