肖靜

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南平頂山467001）

110 m3氯乙烯聚合釜運行總結(jié)

肖靜

（河南神馬氯堿發(fā)展有限責任公司，河南平頂山467001）

介紹了在20萬t/a PVC生產(chǎn)裝置中采用國內(nèi)先進的110 m3聚合釜的工藝特點、設(shè)備配置、安全和環(huán)保措施及運行情況。

PVC；110 m3聚合釜；工藝特點；運行

1 20萬t/a PVC生產(chǎn)裝置簡介

本裝置按生產(chǎn)工藝流程分為助劑配制單元、聚合反應單元、汽提單元、單體壓縮回收單元、離心干燥單元和包裝單元等。冷無離子水通過質(zhì)量流量計用泵從釜底部加入聚合釜中，同時分散劑、引發(fā)劑也通過冷無離子水帶入聚合釜。當冷無離子水、分散劑及引發(fā)劑等助劑加入到設(shè)定值后，分別加入回收單體和新鮮單體，最后加入120℃過熱無離子水升溫，達到反應溫度，單體經(jīng)過聚合反應轉(zhuǎn)化為PVC樹脂。當釜內(nèi)壓力下降到設(shè)定值時，開始自加熱生產(chǎn)工藝，程序自動關(guān)閉冷卻水閥，自加熱結(jié)束后，冷卻水打開，繼續(xù)反應至壓力下降到設(shè)定值，加入終止劑和消泡劑，聚合反應終止，自壓出料到出料槽，未反應的氯乙烯單體通過旋風分離器送入單體回收氣柜。當釜內(nèi)壓力降到0.45 MPa時，啟動出料泵出料至出料槽，再用泵打入漿料混料槽，用汽提塔進料泵打入汽提塔中，進一步脫除漿料中未反應的單體，被汽提塔塔底泵送入離心槽中的PVC漿料用漿料泵送到離心干燥工序。PVC漿料經(jīng)過離心，進入內(nèi)熱式沸騰干燥床干燥，再由氣流稀相輸送系統(tǒng)送到成品料倉自動包裝。

2 工藝特點

110 m3聚合釜生產(chǎn)裝置技術(shù)及關(guān)鍵配套設(shè)備是由國外引進經(jīng)消化吸收后國產(chǎn)化的。大型聚合釜、汽提塔及干燥床的應用，使樹脂產(chǎn)品質(zhì)量和均一性得到了提高，裝置建設(shè)占地面積減少，投資降低，裝置生產(chǎn)管理和維修費用降低，容易實現(xiàn)生產(chǎn)全過程自動控制。該裝置采用先進的生產(chǎn)工藝、獨特的進料方式，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、能耗極低，為目前國內(nèi)領(lǐng)先生產(chǎn)技術(shù)。

2.1 熱水入料技術(shù)

熱水入料工藝是各種助劑與少量冷無離子水同時加入后再加入單體，然后加入120℃過熱無離子水達到反應溫度，若低于反應溫度，可利用夾套升溫，既消除了升溫之弊端，又縮短了進料輔助時間，降低了能耗。本工藝要求控制冷無離子水與過熱水的加入比例和助劑的加入順序。聚合全部采用過熱水加料方案易使引發(fā)劑、分散劑分散不勻、局部過濃產(chǎn)生“魚眼”，為了克服這一缺點，首先加入適量的冷無離子水，與分散劑、引發(fā)劑充分攪拌混合后，加入單體，再加入過熱無離子水，避免了快速粒子的形成，降低了物料泵的揚程。熱水加料中需要保證過熱水進料勻速穩(wěn)定，不能加得太快，因為加過熱水時各種助劑已經(jīng)加入，如過熱水加料太快，易使釜內(nèi)傳熱不勻，而產(chǎn)生爆聚或局部熱產(chǎn)生塑化料；如加料太慢，延長了升溫時間，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性變差。

2.2 助劑溶劑化自動密閉進料

在全自動生產(chǎn)裝置中，聚合反應所用助劑均配制成一定濃度的溶液或乳化液。加料時，在計算機控制下，根據(jù)加入精度要求，各種配料分別通過電子稱、流量計及計量泵計量進行密閉入料，加料精度高，產(chǎn)品重現(xiàn)性好。根據(jù)產(chǎn)品要求，可方便進行引發(fā)劑二元復合，分散劑三元復合配制。

2.3 反應中的注水工藝

110 m3釜投料時最大限度地降低水油比，水油比控制在為1.0∶0.9～1.0∶1.0，水油比的降低，提高了單釜產(chǎn)能，樹脂的顆粒形態(tài)更加規(guī)整，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。在聚合反應中，隨著單體轉(zhuǎn)化成樹脂，釜內(nèi)物料體積會發(fā)生收縮，體系黏度增大，有效傳熱面積下降。本裝置工藝從反應開始通過釜頂注水口、釜頂冷凝器注水口注入無離子水，通過DCS自動控制反應注水時間及注水量，使體系收縮量與注入水體積相抵消，最大限度地利用釜的傳熱面積，同時，使釜內(nèi)物料體系黏度不升高，以達到強化傳熱的目的，也減小了釜內(nèi)的氣相空間，從而減少了氯乙烯氣相聚合造成的粘釜。

2.4 釜頂冷凝器的應用

隨著110 m3釜容積的增大，表面積相對縮小，夾套的傳熱面積無法滿足傳熱需求。110 m3釜配套了釜頂冷凝器，釜頂冷凝器的形式為固定管板式換熱器，換熱面積為132 m2，其作用是熱的氣相介質(zhì)進入到冷凝器換熱管中后，經(jīng)換熱管進行熱交換，將氣相介質(zhì)冷凝為液相，沿換熱管壁回流到物料中，及時導出物料的反應熱，通過冷卻水流量的控制，使物料的溫度保持在工藝要求的范圍內(nèi)，完成聚合反應。為了防止升溫及反應初期冷凝器粘壁，反應前進行充氮，反應過程中將體系內(nèi)的氮氣和不凝性氣體排凈，以防止惰性氣體聚集在冷凝器頂部，影響冷凝效果。在配方設(shè)計中，盡量不使用帶有揮發(fā)性的引發(fā)劑或溶劑，防止釜內(nèi)霧沫夾帶使冷凝器堵塞。在冷凝器的封頭設(shè)有6個噴頭，以沖洗冷凝器，防止列管堵塞。在操作過程中，要控制好充氮量和排氮速度，防止塑化物堵塞冷凝器。

若為山村、遠方工廠供電的配電線路，其負荷均分布在線路末端，則電壓調(diào)節(jié)效果則與串聯(lián)電容器位置無關(guān)，串補裝置的最佳安裝位置為線路最末端緊靠首個負荷的電源側(cè)，此時串聯(lián)電容器承受的故障應力最小，調(diào)壓效果最佳。若配電線路全線均分布有負荷，為使得沿線電壓均在合格范圍，或者盡可能接近電壓合格范圍，則可以選擇負荷最大時電壓差為全線壓降1/2左右的線路位置。當線路較長，使用一個串補裝置不能達到預期的調(diào)壓結(jié)果時，可以選擇多處安裝串補裝置，并結(jié)合經(jīng)濟性評估，確定最優(yōu)的串補方案。

2.5 冷卻水強制循環(huán)工藝及循環(huán)水、15℃水切換工藝

110 m3釜的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用了低溫差、小循環(huán)與大循環(huán)并聯(lián)使用，即由循環(huán)水站的供水泵輸送循環(huán)冷卻水到聚合釜冷卻水進口，與單釜自循環(huán)進出口通并聯(lián)，送往聚合釜夾套伴管及內(nèi)冷管，使循環(huán)水一部分靠自壓回到循環(huán)水站，另一部分通過與強制循環(huán)水泵進口相連進行單釜強制小循環(huán)（如圖1所示），通過夾套溫度、流量監(jiān)測，由DCS實現(xiàn)自循環(huán)量調(diào)節(jié)，可有效降低供水站的水量，保證聚合釜冷卻水進出口溫度的穩(wěn)定，從而保證聚合釜反應溫度穩(wěn)定。因為夏季循環(huán)水溫高，110 m3釜冷卻水采用工業(yè)循環(huán)水及15℃冷凍水2條供水系統(tǒng)，可根據(jù)不同氣溫條件進行切換，防止了夏季循環(huán)水溫高時，聚合熱不能及時移走，發(fā)生超溫超壓現(xiàn)象，使110 m3釜的冷卻水系統(tǒng)在夏季也能穩(wěn)定地控制聚合反應溫度在（±0.1）℃。該公司70 m3釜冷卻水系統(tǒng)采用的是非循環(huán)系統(tǒng)流程，即冷卻水由涼水塔提供，與聚合釜進行熱交換后，流回循環(huán)水池，當整個循環(huán)水系統(tǒng)用量、水壓不穩(wěn)定時，引起聚合冷卻水壓力波動，聚合反應穩(wěn)定性變差，特別是在夏季頻繁出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象。為了解決這一問題，將內(nèi)冷管中冷卻水在夏季改為7℃水，改善了超溫、超壓現(xiàn)象，單釜產(chǎn)能提高。

2.6 汽提脫析技術(shù)

汽提塔采用有堰篩板塔，塔總高為18 m，7層塔盤，單塔處理能力為20萬t/a。該塔特點是脫析效果好、汽耗低、操作穩(wěn)定、不易堵塔。有堰篩板塔降低了塔高，每層都有人孔和視鏡，給安裝、巡檢、清理帶來便利。漿料在每層塔盤上沿折流板流動，充分與自下而上從塔盤篩孔上升的蒸汽進行傳熱、傳質(zhì)，使?jié){料在各層塔盤上呈沸騰狀態(tài)，經(jīng)溢流堰從下料管進人下一層塔盤。每層塔盤下均設(shè)有噴淋裝置，由DCS控制噴淋時間、水溫以及噴淋周期，防止塔盤堵塞。汽提塔塔頂控制為微負壓操作，從而極大地提高了漿料脫除單體的效率，噴淋水采用過濾后的離心母液水，降低了純水、蒸汽消耗。出塔漿料中單體含量為5 mg/kg以下，水蒸氣消耗為0.15 t/t PVC以下，能量消耗低。工藝技術(shù)和控制實現(xiàn)了DCS多變量智能化監(jiān)控，勞動強度極低，裝置操作簡便、穩(wěn)定、彈性大。該公司10萬t生產(chǎn)線采用的是無堰穿流塔，采用36層塔盤，塔高對安裝垂直度要求高，增加了安裝和清理難度，因樹脂需通過篩孔進行汽液熱交換脫析單體，易積料、堵篩孔。溢流堰篩板塔有效解決了這些現(xiàn)象。

2.7 采用內(nèi)熱式二室沸騰床干燥器技術(shù)

離心干燥單元采用2臺螺旋沉降式離心機，內(nèi)熱式二室沸騰床干燥器，干燥后，采用羅茨風機稀相正壓輸送到料倉。此種干燥工藝最大的優(yōu)點是單套裝置生產(chǎn)能力大（20萬t／a），占地小，比較適合大型PVC裝置。干燥所需熱量分別由床內(nèi)加熱管和熱風所提供,前室加熱管是通過自力式調(diào)壓閥將蒸汽壓力降到0.08 MPa的低壓蒸汽加熱，為了防止蒸汽加熱溫度過高，通過靜態(tài)混合器在蒸汽中加入純水降溫；后室采用回收蒸汽冷凝水加熱。干燥熱風是采用2段加熱器加熱，一段采用冷凝水、母液水（可切換）預熱；二段采用蒸汽加熱，床溫控制在50℃左右。由于干燥樹脂采用低壓蒸汽，在較低的溫度下干燥，并充分循環(huán)利用了冷凝水、母液水的熱能,使得蒸汽消耗為0.45 t/tPVC以下,而產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。整個干燥床采用微負壓操作，操作彈性大，控制實現(xiàn)了多變量智力化監(jiān)控，操作簡單，能夠長期穩(wěn)定運行。

2.8 未反應單體壓縮回收技術(shù)

未反應單體經(jīng)聚合釜、出料槽、混料槽、汽提塔通過旋風分離器分離夾帶樹脂后，直接排到3 000 m3聚合獨立氣柜。旋風分離器進口管線裝有自控閥，以調(diào)節(jié)排氣速度和排氣壓力，這樣，旋風分離器能很好地處理排放單體中樹脂的夾帶，控制氣柜高度。排到氣柜的單體，采用3臺950 m3/h（工作狀態(tài)下）壓縮機組，2開1備，壓縮后經(jīng)過2段冷凝，一段采用7℃水；二段采用-35℃水，回收未反應單體到單體回收儲槽，不能回收的尾氣送到變壓吸附裝置處理，最后實現(xiàn)達標排放。為了防止自聚，回收管線加入阻聚劑，回收單體與新鮮單體按比例加入聚合釜再利用。

3 設(shè)備配置

3.1 聚合釜

110 m3釜生產(chǎn)裝置采用錦化機LF110型聚合釜，釜體內(nèi)徑為4 200 mm、高徑比為2.03、設(shè)計壓力為1.47 MPa、設(shè)計的生產(chǎn)強度為400 t/m3。攪拌型式為底伸式二層三葉平漿攪拌器，電機采用YB450-4/ 8 240 kW/60 kW 4P/8P,雙極數(shù)電機，可按工藝要求調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速，正常轉(zhuǎn)速為62.5/125.0 r/min。LF110型聚合釜傳熱系統(tǒng)由釜體傳熱系統(tǒng)、內(nèi)冷擋板傳熱系統(tǒng)、體外冷凝器傳熱系統(tǒng)3部分組成，換熱面積釜體為87.9 m2、底封頭為8.8 m2、內(nèi)檔板為52 m2、釜頂冷卻器為132 m2。釜體冷卻是由釜體外壁上的半管夾套和設(shè)置在釜底的夾套封頭2部分組成，多進多出半管夾套結(jié)構(gòu)使傳熱介質(zhì)沒有短路現(xiàn)象，提高了總體傳熱系數(shù)。釜內(nèi)設(shè)置6組內(nèi)冷檔板，在改變傳熱的同時，改變攪拌流型[2]。

3.2 出料槽、混料槽和離心槽

該生產(chǎn)裝置采用出料槽、混料槽、離心槽各1臺。工藝中采用了出料預混技術(shù)，出料槽、混料槽體積大，分別為250 m3、243 m3，通過槽底攪拌的混合作用大大減少了產(chǎn)品的批次差距，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。出料槽、混料槽頂部的氣相VCM與氣柜相通，聚合來的含有大量VCM氣體的漿料切線進入槽后迅速泄壓，漿汽分離，使?jié){料中VCM的殘留量降低，減輕了汽提塔的負擔?？刂瞥隽喜?、混料槽為微正壓，配有安全液封保護裝置，以防止超壓。3個槽為常壓容器，采用現(xiàn)場制作安裝，降低了大容器的制作成本和安裝難度。容積的增大，減少了槽的數(shù)量及配套機泵、管線數(shù)量，裝置投入少、占地小。因為槽的體積大，攪拌采用的是底伸式二層漿板式攪拌，轉(zhuǎn)速為83 r/min，機械密封采用的是雙端面，攪拌底部有機封注水，可有效防止樹脂沉降和研磨物產(chǎn)生。3臺槽的沖洗采用的是經(jīng)過濾后的母液水，用泵送到3個槽上部圓環(huán)型噴淋管，主控DCS通過自控閥控制噴淋量。

3.3 壓縮機

壓縮機采用鶴見真空工程（上海）有限公司EC364液環(huán)式壓縮機組成套裝置，在吸氣壓力為常壓，排氣壓力為0.7 MPa時，單臺處理氣量為950 m3/h（工作狀態(tài)下），2開1備。采用外沖洗式雙端面密封，結(jié)構(gòu)緊湊，無泄漏。供水系統(tǒng)閉路循環(huán)，分離器液位、吸排氣壓力、排氣溫度、循環(huán)氣量、工作液流量引入DCS自動控制，在DCS實現(xiàn)顯示、報警、連鎖，裝置運行穩(wěn)定、故障率低。

3.4 離心機

采用1臺巴工業(yè)TRH084離心機和1臺國產(chǎn)博瑞康LW1100B離心機，單臺能力為15 t/h（干基）,離心機實現(xiàn)了連續(xù)運行、連續(xù)進出料，操作簡便、單機生產(chǎn)能力大。離心后濾餅含水率為20%～25%，母液中含固量100 mg/kg左右，澄清度高。在DCS提供連鎖、指示及控制信號。

3.5 機泵類

為了安全可靠，聚合裝置原料泵采用的是合資或進口泵。單體泵采用的是大連深藍泵業(yè)的離心泵；分散劑、引發(fā)劑的加入采用的是格蘭富的高揚程立式多級離心泵，該泵的特點是體積小、安裝方便、不用機封水、無噪音、無振動、揚程高；消泡劑、pH調(diào)節(jié)劑、涂釜劑、終止劑的計量加入采用米頓羅的隔膜式計量泵，計量精度為（±0.1）%。該泵的特點是安裝操作方便、揚程高、流量可調(diào)，能滿足輔助助劑加入計量要求，減少了流量計的安裝。這3類泵耐用性高，干燥單元物料的輸送采用旋轉(zhuǎn)加料器，保證了加料的穩(wěn)定，防止串風，能很好地保持干燥床及管線壓力穩(wěn)定。

3.6 流量計

為確保進料精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量的重現(xiàn)性與裝置運行的安全性，單體、軟水入料計量采用進口質(zhì)量流量計；分散劑入料采用容積式流量計;而其他要求不高的循環(huán)水、冷凍水總管等計量采用電磁流量計；蒸汽、回收VCM、釜冷卻水等均采用渦街流量計;少數(shù)采用孔板流量計，均良好地滿足生產(chǎn)需要。

4 安全保證措施

（1）聚合釜出現(xiàn)超溫、超壓時，設(shè)置有泄放自動排氣閥、除遙控手動放空閥外，為了增加安全性，110 m3采用雙安全閥實現(xiàn)自動排空。

（2）先進的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)聚合過程滿釜、超溫、超壓、過熱、循環(huán)水故障以及粗料的早期判斷、報警、預測和處理。

（3）110 m3聚合釜在遇到緊急事故時加入的終止劑有2種：a.遇到生產(chǎn)中溫度、壓力升高，難以正常溫控時，可以向釜內(nèi)加入適量的正常終止劑，消耗一定的自由基，使反應強度下降，控制溫度以使生產(chǎn)能順利進行；b.每臺聚合釜配有緊急事故終止劑罐，當出現(xiàn)停電之類事故時，自控開關(guān)閥打開，氮氣貯槽1.8 kg氮氣將終止劑壓入反應釜中，緊急終止聚合反應。

（4）廠房四周設(shè)置可燃氣體報警儀，一旦泄漏，可第一時間報警。

（5）每臺釜各有1臺備用氣動馬達與底部攪拌軸相連，做為備用動力裝置。當電力驅(qū)動出現(xiàn)故障時，氣動馬達立即啟動，保證終止劑打入并充分攪拌終止反應,DCS設(shè)備設(shè)有不間斷電源，保證控制系統(tǒng)暢通。

5 環(huán)保

5.1 廢水處理

本裝置產(chǎn)生的廢水進行有效處理和回收再利用。

（1）干燥單元蒸汽冷凝水及蒸氣管線冷凝水采用背壓式疏水閥，收集到熱水槽，用作干燥床二室加熱水、空氣預熱器加熱水、聚合升溫熱水槽補充水及冬季取暖用水等。

（2）離心母液采用以色列亞美特水處理公司AF-806XLP全自動水動網(wǎng)式過濾器回收夾帶的樹脂后，含固量降為40×10-6，用作聚合釜、汽提塔、出料槽、離心槽、混料槽沖洗水及管線沖洗水、干燥旋風分離器伴熱用水等，使母液水最大限度回用。

（3）通過回收管線機泵將冷卻水回收到循環(huán)水系統(tǒng)重復利用，基本杜絕廢水排放。

5.2 粉塵處理

干燥單元尾氣料通過引風機送到尾氣洗滌塔，通過沖洗水和消沫器除塵后可達標排放。干燥后的樹脂通過羅茨風機稀相輸送到料倉，送料風經(jīng)旋風分離器和袋式除塵器回收尾氣料后達標排放。

5.3 噪音處理

干燥單元引風口是經(jīng)過21 m高的引風塔引入，取風口高，有效地降低了燥音，保證了引風源的清潔。放空是通過12 m尾氣洗滌塔排放，降低了噪音污染。

6 安裝運行中出現(xiàn)的問題及解決措施

（1）在聚合反應降到0.5 MPa后，單體回收直接排到氣柜，沒有經(jīng)過自壓回收,增加了能源消耗和氣柜的投入。可考慮改進VCM回收壓縮單元直接全部進氣柜后，再壓縮冷凝的過程,充分利用回收氣體的壓能，回收氣體壓力高時直接冷凝，壓力稍低時增壓冷凝，取消氣柜，節(jié)約設(shè)備投資和電耗。

（2）聚合釜的噴淋采用釜頂4個小噴頭和釜頂冷凝器所帶的可伸到釜內(nèi)的大噴頭進行噴淋，噴淋面積小、效果較差，進行涂釜操作時易堵塞大噴頭噴淋管。采用釜頂噴淋閥能改善釜的噴淋效果。

（3）在電源供應中斷的情況下，聚合釜攪拌備用氣動馬達在應急氣源儲罐提供的2.0 MPa氮氣減壓至0.6 MPa氮氣驅(qū)動下，通過離合器與聚合釜攪拌器嚙合，繼續(xù)保持攪拌器的連續(xù)運轉(zhuǎn)，保證緊急終止劑均勻分布在聚合釜中，終止反應，使聚合釜不出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。為此，需經(jīng)常檢查氣路及氣動閥，否則離合器不能很好地嚙合,容易損壞。有條件時可考慮增加保安電源。

（4）本裝置機封冷卻用高壓水是通過管線增壓泵，壓力容易波動，易損壞雙端面機封。聚合物料泵機封水的上水采用的是無離子水，回水通過回收管到循環(huán)水系統(tǒng)，造成無離子水消耗量增加。通過改造，增加1個水槽、冷卻器及循環(huán)泵，組成機封水自循環(huán)系統(tǒng)，可降低純水的使用量，保證機封水壓力穩(wěn)定。

（5）國產(chǎn)離心機與進口離心機固相與液相下料口正好反相，增加了配管難度，機器性能、參數(shù)、自控和連鎖的差異也不利于操作。選擇同型號的離心機有利于安裝、維護和操作。

（6）因為安裝位置限制，干燥風送系統(tǒng)的管道彎道多，加料口直管段不夠長，造成輸送阻力增加，羅茨風機電流過保護頻繁跳閘。為此，在原設(shè)計基礎(chǔ)上并聯(lián)了1臺小功率羅茨風機，產(chǎn)量大時，2臺同時啟動，解決了送風量不足的問題。

該公司20萬t/a PVC生產(chǎn)線一次開車成功，通過近1年的運行，整套裝置運行平穩(wěn)，產(chǎn)品優(yōu)級品率達90%以上。

Operation summary of 110 m3vinyl chloride polymerizer

XIAO Jing
(Henan Shenma Chlor-Alkali Chemical Co.,Ltd.,Pingdingshan 467001,China)

The process characteristics,device arrange,security,environmental measures and operational state of 110 m3vinyl chloride polymerizer was introduced.

PVC;110 m3polymerizer;process characteristics;operation

TQ325.3

B

1009－1785(2011)01-0015-04

2010-10-12