ABS裝置工藝設計研究及經濟分析

侯衍哲

ABS裝置工藝設計研究及經濟分析

侯衍哲

（中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132000）

ABS樹脂作為化工生產的重要原料，其生產質量和生產數量影響了化工生產。目前國內生產ABS的方法有兩種：乳液接枝-本體SAN摻混法、連續本體聚合法。通過對比兩種方法的優劣勢，并介紹了乳液接枝-本體SAN摻混法的操作方法，而后從能耗、技術工藝、產品競爭力三個角度對該操作方法生產工藝進行經濟分析。

ABS裝置；市場需求；經濟分析

ABS樹脂是一種共聚物，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚而成，苯乙烯在其中占據50%以上的質量分數。ABS樹脂既具有聚苯乙烯的化學和物理性能，也有聚丙烯腈的性能，表現為具有光澤、可通電、耐熱耐化學性。作為全球范圍內應用最廣泛、應用量最大的塑料，ABS樹脂廣泛應用于日用品領域，包括各種器材、家電等。而因為ABS樹脂具有較好的包容性，其也能容納各種不同的化學材料，制成不同性能的塑料，這種高級性能比和低廉的價格決定了ABS樹脂的地位和優勢。

目前中國ABS的裝置仍處在并不高級的狀態。與國外產品對比，大部分ABS顆粒的顏色偏黃，存在較大的質量差距，這些差距將會影響ABS樹脂的質量并影響售出。純凈ABS樹脂見圖1。

從世界范圍來看，ABS樹脂貿易交易數量在亞洲穩定增加，相反，歐洲雖然出口ABS樹脂但是總體而言ABS樹脂出口數量不敵進口數量。歐美是ABS樹脂的產出大國，不過多數產出國家也是進口國家之一。

圖1 純凈ABS樹脂

1 ABS生產工藝及物料

現階段ABS生產工藝最為廣泛使用與經濟的，應該是乳液接枝本體SAN摻混和連續本體法。多數ABS工廠都能用這兩種工藝生產。

1.1 ABS工藝技術對比

乳液接枝-本體SAN摻混法的優點在于其成本低廉，適合產業型大規模生產，目前被廣泛使用。這種方法還有綠色環保的特點，由于其本身工藝流程短，耗時少，產品質量不錯，三廢排放量少。但是相對于此方法，另外一種方法——連續本體法雖然廣為使用，但是其特點也較為明顯和頑固，見表1。

表1 乳液接枝-本體SAN摻混法和連續本體法技術對比

連續本體法原料較為稀缺：連續本體法需要使用丁苯橡膠作為原料，而這一原料選擇限制了該方法的使用。另外，連續本體法生產的原料橡膠光澤度差，粒徑小，嚴重影響產品的應用，在聚合反應的過程中，該方法的控制難度較大，設備要求高，產品牌號切換較難，各種功能行助劑難以使用。這些原因導致了連續本體法不足以與乳液接枝本體SAN摻混法進行抗衡。

2 工藝概述和流程及生產原料情況

2.1 ABS生產工藝

本工藝：原料丁二烯，采用乳液聚合法制備PBL，并采用乳液接枝共聚法將PBL、苯乙烯、乙烯腈等制備ABS粉料，以連續本體法制備SAN，然后將SAN、ABS和添加劑儀器制備成ABS樹脂產品。

丁二烯聚合、回收

乳化劑：松香皂、引發劑：過硫酸鉀、調節劑：硫醇，反應溫度：70～90 ℃，在該反應溫度下，丁二烯進行聚合，而后在真空狀態下汽提，回收未反應的丁二烯。

ABS聚合：將第一輪提取的聚丁二烯膠乳、苯乙烯和丙烯腈單體及乳化劑一起加入反應釜中，在催化劑的催化下進行反應，該反應的轉化率非常高，達到99%，而后進行凝聚脫水流程。

聚丁二烯膠乳、苯乙烯和丙烯腈單體共聚物見圖2。

圖2 聚丁二烯膠乳、苯乙烯和丙烯腈單體共聚物

凝聚脫水：由上個流程得到的乳液被送至凝聚管，并添加凝聚劑之后反應一段時間，得到ABS漿液。

SAN單元：在一定的溫度和壓力下進行聚合反應，當轉化率達到一定標準時，除去溶液中未反應的原料并送至切粒機中，最后進入造粒工序。

3 工藝經濟效益分析

3.1 工藝能耗分析

產量：產品產量高，質量優良：拉伸強度到51 MPa，彎曲強度81 MPa，洛氏硬度111R標度，沖擊強度215 J·m-1，熱變形溫度90 ℃，熔融指數30 g·10 min-1。

物耗：總物耗為1005 t，其中苯乙烯627.8 kg，丙烯腈234.3 kg，丁二烯143 kg。

能耗：產品能耗180 kg oil，其中新鮮水1.5 t，循環水90 t，脫鹽水1.5 t，工業風32.2 Nm3，儀表風91.6 Nm3，氮氣165.1 Nm3，冷凍鹽水10 t，電269.2 kW·h。

廢水排放量：廢水實際排放量為4.4 t，較為合理。

3.2 技術方案綜合評價

工業技術評價：PB聚合單元平穩運行并且生產的膠乳化學性質和物理性質較為穩定，運行周期與設想相符，較為理想，當所有機器同時運轉時，產能可達到13.11萬t顆粒，達到理想狀態。

附聚單元：該單元與PB單元一樣運行較為平穩并且生產的膠乳化學性質和物理性質都較為穩定。藥劑配制罐在附聚實驗中起到了巨大的作用，穩定了附聚單元的運行。其生產能力高達900 t，表現優秀。

接枝聚合單元：該單元與PB單元一樣運行較為平穩并且生產的膠乳化學性質和物理性質都較為穩定。16 h就能成產1次，每日可生產12萬t ABS顆粒。

凝聚干燥單元：該單元與PB單元一樣運行較為平穩并且生產的膠乳化學性質和物理性質都較為穩定。日達13.11萬t，表現優秀。

摻合造粒單元：摻合造粒單元保持每小時7 t的運行狀態，表現良好，總體每日日產高達250 t。

SAN部分改擴建后裝置運行情況：SAN部分從單釜操作改為雙釜，雖然給生產工人帶來技術難題，但是在產量上有較大的進步，所有的參數保持穩定，達到理想狀態。

3.3 產品競爭力評價

國內ABS市場的特點在于國內產品處于弱勢，進口產品大量涌進并占據了大部分的市場份額，導致國內產品的市場份額較低。2018年我國ABS樹脂進口已經達到了300萬t，今年來由于疫情影響有所下降，但我國國內產量僅有100萬t，對比國外占比較少。我國的ABS樹脂出口市場也不盡如人意，主要出口的國家在東南亞以及臺灣地區，而出口到臺灣地區的樹脂量已經占到了樹脂出口市場的一半，這可以說外國仍然對我國ABS樹脂的質量信賴度一般。

東南亞地區現如今主要的ABS樹脂生產巨頭集中在我國臺灣、東北以及韓國。其中臺灣地區的主要ABS生產商的生產能力已經超過了每年300萬t，成為東南亞的ABS市場主導者。其中最為強勢的公司為奇美公司，其出品的優質ABS樹脂已經成為東南亞地區的優質產品，在中國大陸均有投資建廠。而韓國的LG集團也在加緊擴建其ABS樹脂的裝置，其中中國寧波LG化工廠的生產能力已經擴大到每年60萬t，其公司仍然計劃在中國大陸建廠，預計總生產能力將達到每年150萬t，占據中國國內ABS市場。而東北的吉林石化分公司在振興東三角中重啟ABS樹脂裝置，擴能生產之后達到每年50萬t，占據了一部分中國市場。國內ABS市場的特點在于國內產品處于弱勢，進口產品大量涌進并占據了大部分的市場份額，導致國內產品的市場份額較低。

4 結 論

本設計通過對比國內外先進技術和國內市場對產品的需求情況，在現有基礎上建立新模型，得出如下結論：

通過物料衡算，計算聚合釜進料組分為1,3-丁二烯，并且每批達到65 013.87 kg，分散介質水，引發劑等輔助用量為15 493.01 kg·批-1，每批聚丁二烯乳膠生產量為65 430.09 kg·批-1，實際年生產量能夠達到24 008.01 t。

ABS裝置反應容器的體積改為70 m3，桶內內徑為3 900 mm、高度6 000 mm，釜內新設了擋板，并在釜外增加了夾套，以帶走多余的熱量。在改進的新設備里，丁二烯的聚合放出熱量達到2 897 678 kJ，但是仍小于夾套降溫帶走的熱量，故而新設的夾套能夠滿足降溫的要求。

新設計的攪拌器選用了圓盤渦輪式，其尺寸為1/0＝0.4，共有6個葉片，傾角選擇是30°，根據投入物料的物理性質（黏度、密度）等選擇合適的聚合工藝，確定攪拌槳的轉速為=32 r·min-1，攪拌功率到達890.2 W。

改造后的產品方案、產品質量和生產規模能夠符合理想狀態和市場需求。由產品競爭力評價上來看，其產品能夠達到其他企業的標準并在原有的基礎上增加產量。新ABS裝置使用了先進的工業技術，在PB設備、SAN摻混上進行了改進，并通過增加多個不同設備，使得膠粒在各個環節的生產量都有一定的提高，甚至有的已經超過了原有的150%，有較好的表現。經過實踐證明新裝置的改進對ABS的改造是適合的，而改造后的裝置競爭力明顯提高，依托其他現有公用工程和設施，提供了原料和能耗，保障了生產的同時又遵循了綠色的原則并且達到了環保的標準。

改造后的產量大幅度上升，特別是在洛氏強度和耐受溫度上處于較高的水平，在環保的原則上提高了產品的經濟和社會效益。

綜上所述，ABS新裝置擴能改造之后能達到每年20萬t的技術方案，新技術穩定可靠，并且能夠提高產品的質量，風控到位，抗風險能力優秀，又能夠保證裝置平穩運行并且綠色生產。

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ABS Plant Process Design Research and Economic Analysis

(PetroChina Jilin Chemical Engineering Co., Ltd., Jilin Jilin 132000, China)

As an important raw material for chemical production, ABS resin has impact on chemical production quality and quantity. At present, there are two methods for domestic production of ABS: emulsion grafting-bulk SAN mixing method and continuous bulk polymerization method. In this paper, the advantages and disadvantages of the two methods were compared, and the operation method of the emulsion grafting-ontology SAN blending processwas introduced, and then the production process of the operation method was economically analyzed from the three perspectives of energy consumption, technical process and product competitiveness.

ABS unit; Market demand; Economic evaluation

2021-12-31

侯衍哲（ 1970-），男，吉林省吉林市人，副高級工程師，1994年畢業于吉林化工學院化學工程系無機化工專業，研究方向：高分子化工工藝、催化劑、助劑等。

TQ325

A

1004-0935（2022）06-0854-04