105 m3聚合釜生產裝置工藝改進總結

楊雪花，張軍鋒，陳六娟，李 華

（1.陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 米脂 718199；2.陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719000）

陜西金泰氯堿化工有限公司二期PVC裝置，于2014年初建成并一次性順利投產，裝置采用105 m3聚合釜及配套懸浮聚合工藝技術。運行過程中，經過技術人員不斷研究總結，在原有工藝技術的基礎上，結合企業生產實際進行了工藝及裝置的改進，解決了很多生產中的問題，目前該裝置運行平穩，單臺聚合釜生產周期為310～330 min，產品質量優等品率達95%以上。

1 聚合釜軟水加料改進，避免溶解氧對聚合反應的影響

該裝置原設計入料方式為等溫水入料，即熱無離子水、冷無離子水和VCM按照一定比例同時加入釜內，計算機依據設定的反應溫度進行計算和調節物料的比例，當加料結束時，釜內物料溫度即達到反應溫度。從機理看，這種加料方式非常合理，既免去升溫過程，防止單體浸潤釜壁，有利于提高防粘釜效果；又使單體在加料過程中均勻的分散在水中，同時縮短加料時間，提高聚合釜的生產強度[1]。

等溫水入料本是一種很好的加料方式，但對于沒有脫氧裝置的企業有一定的弊端。因為VCM聚合用無離子水中溶解氧（DO）的存在會對聚合起一定的阻聚作用，一般認為VCM會吸收氧生成氯乙烯過氧化物。這種過氧化物能引發單體聚合，使大分子中存在該過氧化物的鏈段，其具有較低的分解溫度，在聚合條件下容易分解為氯化氫、甲醛和一氧化碳，從而降低反應介質的pH值，引起分散體系“中毒”而產生粗料；若含氧高時反應體系pH值在反應后期急劇下降，隨之粘釜會加重；聚合體系含氧量的增加，使聚合物分子中含有不穩定的過氧基、羥基、雙鍵等缺陷結構，會使PVC熱穩定性下降，成品極易變色，而且DO的存在還會使聚合反應壓力增加[2]。

因此，將等溫水入料改為熱水入料，因為隨著溫度的升高，氧氣在水中溶解度大幅度下降。而熱水加料取消了冷無離子水參與入料，減少了冷無離子水中氧的帶入，也就降低了水中溶解氧對聚合反應的影響，同時等溫水入料的其他優勢仍然保留。通過經驗摸索發現，只需將原熱水槽加熱溫度降低5～7℃（季節不同該溫度會有所變化），或者控制無離子水、單體加完后釜溫在60℃，待分散劑等其他助劑加料全部結束后，釜內物料基本可達到反應溫度。

2 母液水、低壓蒸汽余熱利用，降低高壓蒸汽消耗

聚合產生的離心母液水由離心機進入母液水沉降池，部分送入母液水儲槽供聚合釜沖洗及管線沖洗用，部分直接泵送至污水處理系統。母液水溫度一般高達75～80℃，高溫的母液水直接用于聚合釜涂釜后沖洗，會減少涂釜液的附著，降低防粘釜效果。高溫的母液水在進入污水處理系統之前仍需用冷卻塔降溫至50℃以下。因此將母液水余熱用于聚合投料用熱無離子水的預加熱，再將氯化氫合成爐富余的低壓蒸汽回用至聚合投料用熱無離子水二次加熱?？墒褂糜诰酆细獩_洗的母液水溫度降低，有利于聚合釜沖洗及防粘釜，同時節約高壓蒸汽用量，達到降本增效的目的。無離子水加熱工藝流程示意圖見圖1。

圖1 無離子水加熱工藝流程示意圖

無離子水先經過母液水換熱器與母液水換熱，經實踐運行觀察可將母液水溫度降低8℃左右，無離子水溫度由25℃上升為33℃左右；再與氯化氫合成爐來的低壓蒸汽在低壓蒸汽板式預熱器內進行換熱，可使無離子水溫度上升至75℃左右，最后用少量的高壓蒸汽將無離子水加熱到82℃。將無離子水經高壓蒸汽一次加熱達到82℃左右對比改為用母液水、低壓蒸汽、高壓蒸汽三次加熱至82℃?？梢猿浞掷媚敢核?、低壓蒸汽余熱可使高壓蒸汽的消耗大大減少。另外，在母液水換熱器及低壓蒸汽板式預熱器換熱工藝設計過程中增加旁路，即使任一設備故障需要檢修均可甩開該臺設備，使無離子水通過旁路直接到達下一換熱工序，只需調整加熱溫度即可，不會影響正常生產。

根據公式Q=cm△t計算，通過回收利用母液水及低壓蒸汽余熱加熱1 t無離子水就可節約65 kg高壓蒸汽。聚合工序每年可節約高壓蒸汽6萬t。

3 裝置機封水進行二次回用，降低無離子水單耗

聚合工序因其介質不含酸和堿，且機封水全使用的是無離子水，所有的出料泵、漿料泵、回收壓縮機及出料槽的機封水都可以進行回收，進行二次利用，機封水回收工藝流程圖見圖2。

圖2 機封水回收工藝流程圖

因各機泵的使用工況不同，將各機泵按照使用工況分成若干個獨立的系統，如可將出料泵、汽提塔進料泵及離心機進料泵分別作為一個獨立系統，在該獨立系統的相對總管上增加1個視鏡、1臺壓力表、1臺機封水回水總閥。視鏡用于觀察機封回水的流動情況。因無離子水純度較高，水流通過情況較難觀察，安裝了帶齒輪的視鏡，當水流通過時齒輪轉動，根據齒輪轉動速度可以直觀的判斷回水是否正常；機封回水總閥用來調節該獨立系統的機封回水壓力；壓力表則用來顯示機封回水壓力。出料槽、回收壓縮機這類重要的設備，其機封回水則需單臺設立回用系統，并安裝相應的視鏡、壓力表及回水總閥。從檢修方便角度出發可將出料槽機封回水部分管道設計為軟管。

該機封水回收裝置需增加1臺機封水回收槽，所有系統的回水最終匯至一根總管上回收至該機封水回收槽中，增加1臺機封水回用泵，泵出口安裝精度為1 m的纏繞式濾芯過濾器，用該泵將回收的機封水經過濾器過濾后輸送至聚合用無離子水（冷）槽中回用。機封水回收槽增加遠傳液位計，機封水回用泵增加遠傳啟停功能，并與機封水回收槽液位進行聯鎖，當液位高于80%時啟泵輸送，當液位低于20%時停泵。這樣就可以實現自動回收裝置區內的所有機封水。過濾器出口安裝壓力表，根據泵出口與過濾器后壓差判斷是否需要更換濾芯。

該裝置投資成本十五萬元左右，根據現場管道鋪設長度可能有偏差，該裝置每天可回收無離子水190 m3，每噸無離子水按3元計算，一年可基本收回投資。機封水回用可使每噸PVC的無離子水單耗下降約0.4t。聚合裝置的機封水回用已有3年之久，系統運行穩定，未出現任何設備及影響產品質量的事件。

4 解決PVC樹脂顆粒形態不佳及各釜產品質量差異問題

4．1 解決PVC樹脂顆粒形態不佳

105 m3聚合裝置運行前兩年，PVC樹脂的顆粒形態一直不太理想。從粒徑分布來看，粗顆粒料和細顆粒料都比較多、且分布不集中，分散體系不穩定，經常出現篩分超標現象，分散劑試用前樹脂粒徑分布情況見圖3。

圖3 分散劑試用前樹脂粒徑分布情況

在原有配方體系的基礎上，重新篩選了分散劑，經過幾個廠家的分散劑試用，確定了一種新的分散體系，可以使產品表觀密度達到0.520～0.530，樹脂粒徑分布更加集中，并率先在105 m3聚合釜上使用該種分散劑，試用新分散劑后樹脂粒徑分布情況見圖4。

圖4 試用新分散劑后樹脂粒徑分布情況

在保證產品質量的前提下，使用3種不同分散劑的單釜最低用量見表1。

表1 各系列、類別分散劑及其用量

由表1看出，經過調整試用不僅使分散劑的用量大幅度下降，同時PVC樹脂的顆粒形態也達到了期望目標要求。同時在試驗過程中發現單體pH值偏低（5.5左右），且含水量大（2 000×10－6左右），在合成開停車、提降量或工藝控制不平穩時，單體pH值低于5.5以下就易出現成品篩分超標和白度下降。這是因為pH值影響分散劑的穩定性，單體pH值偏酸性且含水量大，系統會含鐵離子，鐵質的存在一是延長聚合誘導期，減慢反應速度，二是使樹脂熱穩定性變差、產品變差，造成樹脂原始白度降低。在前工序新增一套堿洗裝置，通過保證單體的靜置時間，并要求每釜投料前進行單體槽放水作業。之后又增加了單體除水裝置，使產品的質量得到進一步的穩定和提升。

4.2 有效解決各釜產品質量差異

在產品質量跟蹤監控及試驗過程中發現，同樣的配方但四臺釜所聚合出來的PVC樹脂篩分不同，A、D釜的料始終比其他兩臺釜要粗，B釜次之，C釜最細，各釜樹脂粒徑分布情況見表2。

表2 之前各釜樹脂粒徑分布情況

將A、D釜的分散劑用量增大，但是該現象仍沒有得到解決。后來在現場不斷檢查發現，各釜的第一道助劑閥門距離助劑總管的距離不同，短到幾十厘米，長到2 m左右。推斷因各釜助劑閥門距總管距離不等，在其他釜加入分散劑時，分散劑在閥門距總管較遠的管段內會存留形成死角無法沖洗干凈，在該釜投料時該部分管段內存留的分散劑加入釜內，由于助劑管道及閥門位置原因造成各釜分散劑加入量始終有偏差，從而導致各釜之間的成品質量差異，之后將各釜的助劑閥門統一改至距離助劑總管最近的位置后，各釜PVC樹脂顆粒形態方面的差異基本消除，改變助劑閥門位置后各釜樹脂粒徑分布情況見表3。

表3 改變助劑閥門位置后各釜樹脂粒徑分布情況

5 改變二次分散劑的加入方式，使產品質量更穩定

二次分散劑不溶于水，和單體具有更好的相溶性，能在二次分散劑加入到釜內和單體混合的過程中就進入單體小液滴的內部。在反應初期，二次分散劑可以穩定初級粒子，減少初級粒子間的熔融連接，從而形成疏松性的骨架，這些均勻的細孔在后加工時可使增塑劑的吸收速度更快、更均勻，PVC樹脂的傳熱效果更好，從而改善了樹脂的塑化性能，提高了樹脂的增速劑吸收量。二次分散劑為液態，無需二次配置可直接使用。因其黏度較大，在分散劑A2、A1加入后，使用齒輪泵單獨加入釜內。因其單釜加入量小，粘度大，齒輪泵出口壓力稍有偏差，就會導致加入釜內的二次分散劑偏差量至少達2 kg，各釜次二次分散劑加入量偏差大，單釜PVC料顆粒形態差異也會大。因此，將A1、A2分散劑試用待配方穩定后，將二次分散劑與A1分散劑進行復配，保證與原A1配制濃度一致，同時要確保單釜原分散劑A1與B的比例，即確保單釜分散劑A1和B的加入量。這樣一來，就相當于將二次分散劑由原來40%的濃度稀釋為4.5%的濃度，與A1一起加入。因濃度降低，即使單釜加入量有偏差，但單釜加入的干基量偏差大大降低，使單釜PVC成品質量差異變小，對連續生產包括后序處理有利。同時，省去了原二次分散劑加入使用的齒輪泵等設備，使耗電量及設備維修費用大大降低，而且減少了二次分散劑加入和管沖洗等輔助時間，提高設備利用率。

6 改變釜頂冷回收消除列管堵塞現象，調整排氣設置，降低惰性氣體影響

105 m3聚合釜原出料后回收設計為從釜上和釜頂冷凝器同時回收，但在實際生產過程中發現從釜頂冷凝器回收，易使釜頂冷凝器列管發生自聚而堵塞，影響聚合生產負荷。這是因為回收氣體中夾帶的引發劑活性自由基，由于水中含有Hg2+、Fe3+等，在適宜的溫度下回收氣體就會發生自聚，生產低聚合度呈橡膠狀的彈性體自聚物。因此關閉了釜頂冷凝器的回收閥門，經過實際運行觀察，釜頂冷凝器列管堵塞的現象基本消除。

105m3聚合釜在反應過程中設計了撤氣操作，原撤氣時間為反應60min時開始撤氣，一次撤氣25 s，間隔5 min撤氣一次，共計撤氣3次。其目的是將反應體系內的惰性氣體及時排出，防止在釜頂冷凝器頂部形成“氣封”從而影響釜頂冷凝器的換熱效果。將撤氣操作更改為在無離子水、單體加完后就進行首次撤氣，可將體系內的氮氣、乙炔等其他氣體撤出反應系統。此時撤氣因釜內尚未進行分散劑、引發劑的加入操作，撤氣中不含自由基成分，從而可有效避免在管道內形成自聚堵塞管道。另外將反應后的撤氣時間也進行了相應的調整，原撤氣間隔時間為5 min，調整為15 min；同時將每次的撤氣時間由25 s調整為45 s，將撤氣開始時間由反應60 min調整至反應30 min開始。調整后反應體系內的惰性氣體等能夠緩慢而全部的撤出，從而有效避免了對聚合反應的影響及釜頂冷的換熱效果。

7 結語

目前行業105 m3聚合釜生產工藝雖然成熟穩定，但在生產過程中各種小的制約生產的現象不一而足，工藝管理人員結合實際生產特點，小改小革，從解決小的工藝問題出發，提出以上改進措施，實際應用中得到了不小的收益，希望對行業同仁有所啟發和幫助。