105 m3 聚合釜粘釜原因專題分析

卞平官，王中華

（內蒙宜化化工有限公司，內蒙古 烏海016040）

105 m3聚合釜引進歐洲乙烯公司技術，1996 年在北京二化工廠投產， 共有3 臺105 m3聚合釜，設計生產能力8 萬t/a。 2008 年停產后，該裝置于2009年搬遷至內蒙古烏達工業園區內蒙宜化化工有限公司，2010 年4 月在內蒙宜化化工有限公司再次投產，但在生產中，該裝置較嚴重的粘釜問題曾一度困擾內蒙宜化的生產。 聚合釜出料過濾器經常堵塞，造成釜內料無法全部排出，需采用大量去離子水反沖，既增加了卸料時間，又浪費了大量的去離子水；釜頂冷凝器列管經常堵塞，造成釜的換熱能力下降，反應熱移不出去，被迫加終止劑降低反應速度，使聚合釜的利用率大大降低，生產存在安全隱患， 影響正常生產， 最長2 個月就得被迫停產清理，且粘釜物極難清理，每次清釜約需48 h，嚴重制約著整個裝置的安全生產。 105 m3聚合釜在內蒙宜化經過生產實踐，通過對原輔材料、工藝、管理等方面進行的分析，采取一系列技術革新，聚合釜運行周期由兩三個月延長至8～12 個月，將裝置的生產能力由原來的260 t/d 提高到330 t/d， 達到12 萬t/a 的生產規模，超出設計能力50%。

1 粘釜的危害及原因分析

105 m3聚合釜在內蒙宜化提產階段， 粘釜現象極為突出， 反應過程頻繁漲溫漲壓被迫打終止劑，卸料過濾器頻繁堵塞，成品質量篩余物、魚眼數超標嚴重，增塑劑吸收量波動大，顆粒形態細料粗料兩極分化，設備利用率低，產量僅260～280 t/d。 故如何防止或減輕粘釜是聚氯乙烯生產過程中必須解決的課題，內蒙宜化技術人員經反復考察論證及咨詢專家，對聚合粘釜因素進行深入分析。

粘釜是物理因素和化學因素共同作用的結果，一般有吸附粘釜、化學鍵粘釜、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重。105 m3聚合釜針對聚合釜壁、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粘釜做出逐項分析。

（1）防粘釜劑霧化效果的影響。

防粘釜劑是含有一定比例甲醇的堿溶性高分子化合物， 外觀為稍黏的淺黃色液體， 儲存于1 m3的儲罐中，并用N2保護。涂壁時，其首先被蒸汽霧化并混合進入冷凝器頂部、冷凝器與聚合釜氣相通道及聚合釜頂部；啟動攪拌形成反混氣流后，防粘釜劑均勻吸附在攪拌擋板與聚合釜釜壁上，形成一層薄薄的疏油親水膜。 防粘釜劑如果霧化效果不好，則所霧化的防粘釜劑量就不足，涂布的部位就會不完全，沒有涂上或涂布不好的部位，粘結就特別快，十幾釜就會生成大塊黏結物。 所以，防粘釜劑霧化效果是做好涂釜、解決粘釜的關鍵。

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同時涂釜，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，導致涂釜液分布不均勻、霧化效果差。

（2）裝載系數的影響

在生產過程中，發現聚合釜的裝載系數對氣液交界處粘釜、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。 聚合釜的裝載系數小，則其利用率低，為了追求聚合釜的利用最大化，裝載系數較高。 VCM 和脫鹽水的加入量決定了釜內氣液相體積和釜內液面的高度。 在進行聚合反應時，聚合釜內液面應和擋板頂部趨于齊平，如聚合釜內液面在擋板頂部上下浮動， 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中加速生長，形成大塊片狀粘釜物。 聚合釜的裝載系數過大，則釜內液面高于擋板，釜內氣相空間過小，不利于安全生產；其次，由于攪拌、釜型、擋板不變，釜內液面如過高，則物料所受的循環、剪切作用發生了變化，極易在釜頂上部空間形成黏結物；再者，由于釜內液面上升，釜內液面與釜頂冷凝器之間的距離縮短，加大了釜內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聚合釜在提產階段，粘釜尤為嚴重，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，其裝填系數達到86.3%， 在反應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重。

（3）注入水速度及聚合釜換熱效果的影響

在生產過程中，PVC 顆粒間遷移所需要的 “自由水”由反應期間注水提供。VCM 轉化成PVC，體積將收縮35%，這樣物料體積將縮小。 向聚合釜內注入冷水，除大幅度地降低黏度和改進傳熱外，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，則會導致漿料飛濺，使聚合釜頂部氣相產生粘釜物。 理論上注入水量應等于聚合體系收縮量，從而維持聚合釜內液面恒定。

105 m3聚合釜上夾套及冷凝器與聚合釜過渡節夾套、擋板冷卻水從釜頂冷凝器進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 個部位冷卻水進出口無溫差， 且聚合釜夾套水路結垢嚴重，夾套水流量480～505 m3/h，釜頂冷凝器水流量300 m3/h， 聚合釜反應熱量不能及移除漲溫漲壓打終止劑；注入水速率設定恒量4 m3/h，反應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對比（見表1）。

（2）105 m3聚合釜涂釜程序改進對比（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 調整裝填系數及水油比，減少聚合釜頂冷凝器氣相泡沫夾帶現象

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

2.2 解決聚合釜換熱問題

經過測溫及流量對比，將釜頂冷凝器與釜相連過渡節夾套水及聚合釜上封頭夾套水管改造分開，釜頂冷凝器過渡節從釜頂冷凝器進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 ℃。 并對聚合釜夾套、釜內壁、釜頂冷凝器殼程、列管進行物理化學清洗，清洗前后進行對比，徹底解決聚合釜氣相空間及擋板、過渡節粘釜問題。105 m3聚合釜攻關前后粘釜對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

表2 105 m3聚合釜涂釜程序對比

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 樹脂型號及分子質量分布，在反應過程中反應溫度波動直接造成樹脂聚合度變化。 同時釜反應溫度波動間接造成引發劑分解速率發生變化，嚴重時可能造成超溫超壓，發生危及安全生產的連鎖反應。 釜溫度指標控制要求（T±0.5 ℃）；通過優化釜反應程序及夾套釜頂冷凝器調節閥串級控制，充分減少釜頂冷回流單體對反應體系的干擾，提升釜溫控制的平穩度，將105 m3聚合釜溫度控制偏差由±2 ℃提升至±0.5 ℃， 釜反應溫度壓力恒定控制，有效的提升了105 m3聚合釜運行穩定性， 減少了釜頂冷凝器列管氣相泡沫夾帶。105 m3聚合釜優化前后反應控制程序見表5、表6。

表3 105 m3聚合釜粘釜對比表

表4 105 m3聚合釜擋板夾套情況

表5 原105 m3 聚合釜反應控制程序

表6 現105 m3 聚合釜反應控制程序

3 管理規范

105 m3聚合釜執行計劃檢修，每月聚合釜進行專項檢查，檢查聚合釜攪拌減速機、攪拌聯軸器、攪拌電機、大小鴨尾閥、噴淋閥、聚合釜相連管道法蘭預緊、單體管線預緊、電器儀表調試，每半年對相關附件進行計劃更換、清洗聚合釜，提高聚合釜運行穩定性。

4 結論

內蒙宜華105 m3聚合釜產量攻關，系統性地從原輔材料、工藝過程、管理規范等方面采取一系列措施，聚合釜運行周期2 個月延長至8～12 個月，徹底解決粘釜問題。