侯衍哲

ABS裝置工藝設(shè)計研究及經(jīng)濟(jì)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(chǎn)的重要原料，其生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)數(shù)量影響了化工生產(chǎn)。目前國內(nèi)生產(chǎn)ABS的方法有兩種：乳液接枝-本體SAN摻混法、連續(xù)本體聚合法。通過對比兩種方法的優(yōu)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(shù)工藝、產(chǎn)品競爭力三個角度對該操作方法生產(chǎn)工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

ABS裝置；市場需求；經(jīng)濟(jì)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(jù)50%以上的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。ABS樹脂既具有聚苯乙烯的化學(xué)和物理性能，也有聚丙烯腈的性能，表現(xiàn)為具有光澤、可通電、耐熱耐化學(xué)性。作為全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛、應(yīng)用量最大的塑料，ABS樹脂廣泛應(yīng)用于日用品領(lǐng)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(xué)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(yōu)勢。

目前中國ABS的裝置仍處在并不高級的狀態(tài)。與國外產(chǎn)品對比，大部分ABS顆粒的顏色偏黃，存在較大的質(zhì)量差距，這些差距將會影響ABS樹脂的質(zhì)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(mào)易交易數(shù)量在亞洲穩(wěn)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(shù)量不敵進(jìn)口數(shù)量。歐美是ABS樹脂的產(chǎn)出大國，不過多數(shù)產(chǎn)出國家也是進(jìn)口國家之一。

圖1 純凈ABS樹脂

1 ABS生產(chǎn)工藝及物料

現(xiàn)階段ABS生產(chǎn)工藝最為廣泛使用與經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)該是乳液接枝本體SAN摻混和連續(xù)本體法。多數(shù)ABS工廠都能用這兩種工藝生產(chǎn)。

1.1 ABS工藝技術(shù)對比

乳液接枝-本體SAN摻混法的優(yōu)點在于其成本低廉，適合產(chǎn)業(yè)型大規(guī)模生產(chǎn)，目前被廣泛使用。這種方法還有綠色環(huán)保的特點，由于其本身工藝流程短，耗時少，產(chǎn)品質(zhì)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(xù)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(xù)本體法技術(shù)對比

連續(xù)本體法原料較為稀缺：連續(xù)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(xù)本體法生產(chǎn)的原料橡膠光澤度差，粒徑小，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的應(yīng)用，在聚合反應(yīng)的過程中，該方法的控制難度較大，設(shè)備要求高，產(chǎn)品牌號切換較難，各種功能行助劑難以使用。這些原因?qū)е铝诉B續(xù)本體法不足以與乳液接枝本體SAN摻混法進(jìn)行抗衡。

2 工藝概述和流程及生產(chǎn)原料情況

2.1 ABS生產(chǎn)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(xù)本體法制備SAN，然后將SAN、ABS和添加劑儀器制備成ABS樹脂產(chǎn)品。

丁二烯聚合、回收

乳化劑：松香皂、引發(fā)劑：過硫酸鉀、調(diào)節(jié)劑：硫醇，反應(yīng)溫度：70～90 ℃，在該反應(yīng)溫度下，丁二烯進(jìn)行聚合，而后在真空狀態(tài)下汽提，回收未反應(yīng)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(yīng)釜中，在催化劑的催化下進(jìn)行反應(yīng)，該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率非常高，達(dá)到99%，而后進(jìn)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(yīng)一段時間，得到ABS漿液。

SAN單元：在一定的溫度和壓力下進(jìn)行聚合反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時，除去溶液中未反應(yīng)的原料并送至切粒機(jī)中，最后進(jìn)入造粒工序。

3 工藝經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 工藝能耗分析

產(chǎn)量：產(chǎn)品產(chǎn)量高，質(zhì)量優(yōu)良：拉伸強(qiáng)度到51 MPa，彎曲強(qiáng)度81 MPa，洛氏硬度111R標(biāo)度，沖擊強(qiáng)度215 J·m-1，熱變形溫度90 ℃，熔融指數(shù)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(chǎn)品能耗180 kg oil，其中新鮮水1.5 t，循環(huán)水90 t，脫鹽水1.5 t，工業(yè)風(fēng)32.2 Nm3，儀表風(fēng)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(shù)方案綜合評價

工業(yè)技術(shù)評價：PB聚合單元平穩(wěn)運行并且生產(chǎn)的膠乳化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)較為穩(wěn)定，運行周期與設(shè)想相符，較為理想，當(dāng)所有機(jī)器同時運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)能可達(dá)到13.11萬t顆粒，達(dá)到理想狀態(tài)。

附聚單元：該單元與PB單元一樣運行較為平穩(wěn)并且生產(chǎn)的膠乳化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都較為穩(wěn)定。藥劑配制罐在附聚實驗中起到了巨大的作用，穩(wěn)定了附聚單元的運行。其生產(chǎn)能力高達(dá)900 t，表現(xiàn)優(yōu)秀。

接枝聚合單元：該單元與PB單元一樣運行較為平穩(wěn)并且生產(chǎn)的膠乳化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都較為穩(wěn)定。16 h就能成產(chǎn)1次，每日可生產(chǎn)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(wěn)并且生產(chǎn)的膠乳化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都較為穩(wěn)定。日達(dá)13.11萬t，表現(xiàn)優(yōu)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(tài)，表現(xiàn)良好，總體每日日產(chǎn)高達(dá)250 t。

SAN部分改擴(kuò)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(chǎn)工人帶來技術(shù)難題，但是在產(chǎn)量上有較大的進(jìn)步，所有的參數(shù)保持穩(wěn)定，達(dá)到理想狀態(tài)。

3.3 產(chǎn)品競爭力評價

國內(nèi)ABS市場的特點在于國內(nèi)產(chǎn)品處于弱勢，進(jìn)口產(chǎn)品大量涌進(jìn)并占據(jù)了大部分的市場份額，導(dǎo)致國內(nèi)產(chǎn)品的市場份額較低。2018年我國ABS樹脂進(jìn)口已經(jīng)達(dá)到了300萬t，今年來由于疫情影響有所下降，但我國國內(nèi)產(chǎn)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(qū)，而出口到臺灣地區(qū)的樹脂量已經(jīng)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(zhì)量信賴度一般。

東南亞地區(qū)現(xiàn)如今主要的ABS樹脂生產(chǎn)巨頭集中在我國臺灣、東北以及韓國。其中臺灣地區(qū)的主要ABS生產(chǎn)商的生產(chǎn)能力已經(jīng)超過了每年300萬t，成為東南亞的ABS市場主導(dǎo)者。其中最為強(qiáng)勢的公司為奇美公司，其出品的優(yōu)質(zhì)ABS樹脂已經(jīng)成為東南亞地區(qū)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，在中國大陸均有投資建廠。而韓國的LG集團(tuán)也在加緊擴(kuò)建其ABS樹脂的裝置，其中中國寧波LG化工廠的生產(chǎn)能力已經(jīng)擴(kuò)大到每年60萬t，其公司仍然計劃在中國大陸建廠，預(yù)計總生產(chǎn)能力將達(dá)到每年150萬t，占據(jù)中國國內(nèi)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(kuò)能生產(chǎn)之后達(dá)到每年50萬t，占據(jù)了一部分中國市場。國內(nèi)ABS市場的特點在于國內(nèi)產(chǎn)品處于弱勢，進(jìn)口產(chǎn)品大量涌進(jìn)并占據(jù)了大部分的市場份額，導(dǎo)致國內(nèi)產(chǎn)品的市場份額較低。

4 結(jié) 論

本設(shè)計通過對比國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和國內(nèi)市場對產(chǎn)品的需求情況，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上建立新模型，得出如下結(jié)論：

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

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

新設(shè)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(jù)投入物料的物理性質(zhì)（黏度、密度）等選擇合適的聚合工藝，確定攪拌槳的轉(zhuǎn)速為=32 r·min-1，攪拌功率到達(dá)890.2 W。

改造后的產(chǎn)品方案、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)規(guī)模能夠符合理想狀態(tài)和市場需求。由產(chǎn)品競爭力評價上來看，其產(chǎn)品能夠達(dá)到其他企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)并在原有的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)量。新ABS裝置使用了先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，在PB設(shè)備、SAN摻混上進(jìn)行了改進(jìn)，并通過增加多個不同設(shè)備，使得膠粒在各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)量都有一定的提高，甚至有的已經(jīng)超過了原有的150%，有較好的表現(xiàn)。經(jīng)過實踐證明新裝置的改進(jìn)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(xiàn)有公用工程和設(shè)施，提供了原料和能耗，保障了生產(chǎn)的同時又遵循了綠色的原則并且達(dá)到了環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。

改造后的產(chǎn)量大幅度上升，特別是在洛氏強(qiáng)度和耐受溫度上處于較高的水平，在環(huán)保的原則上提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

綜上所述，ABS新裝置擴(kuò)能改造之后能達(dá)到每年20萬t的技術(shù)方案，新技術(shù)穩(wěn)定可靠，并且能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量，風(fēng)控到位，抗風(fēng)險能力優(yōu)秀，又能夠保證裝置平穩(wěn)運行并且綠色生產(chǎn)。

［1］孫偉棟．海底輸油管道傳熱模擬計算[C].大慶：大慶石油學(xué)院，2007．

［2］鄭平，馬貴陽．凍土區(qū)埋地輸油管道溫度場數(shù)值模擬的研究[J].油氣儲運，2006，25 (8)：25-28．

［3］李長俊，曾自強(qiáng)，江茂．埋地輸油管道的溫度計算[J]. 國外油田工程，1999 (2)：38-40．

［4］胡延成，馬貴陽，楊濤. 埋地管道相應(yīng)啟動過程的數(shù)值模擬計算[J].油氣儲運，2009，28（6）：26-29.

［5］。李南生，李洪升，丁德義．淺埋集輸油管線擬穩(wěn)態(tài)溫度場及熱工計算[J]. 冰川凍土，1997，19 (1)：66-72．

［6］張國中．埋地?zé)嵊凸艿罍?zhǔn)穩(wěn)態(tài)運行溫度研究[J]. 油氣儲運，2004，20 (6)：4-7．

［7］馬貴陽，劉曉國，鄭平．埋地管道周圍土壤水熱耦合溫度場的數(shù)值模擬[J]. 遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2007，27 (1)：55-58．

［8］盧濤，姜培學(xué)．多孔介質(zhì)融化相變自然對流數(shù)值模擬[J]. 工程熱物理學(xué)報，2005，26：167-176．

［9］盧濤，佟德斌．飽和含水土壤埋地原油管道冬季停輸溫降[J]. 北京化工大學(xué)學(xué)報，2006，33（4）：37-40．

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(yè)于吉林化工學(xué)院化學(xué)工程系無機(jī)化工專業(yè)，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