1
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
3
3
高材075 10072861 张少军
3
3
3
摘要:综述了国内生产的30m、45m、70m、100m、135m等多种型号的PVC生产用聚合釜的开发及改进情况，概述了聚合釜发展的现状及未来的开发研究方向。 关键词：PVC；聚合釜；开发；生产
1.前言
聚氯乙烯(PVC) 树脂是合成树脂中的大宗品种之一,随着我国国民经济的
高速增长,PVC 树脂的需求量也在迅猛增长。聚合釜是聚氯乙烯生产装置中的关键设备, 聚合釜的设计水平及制造质量直接影响着聚氯乙烯树脂的产量和质量。国内PVC生产聚合釜的容积可分为4、5、7 、13.5、30、48、70、108、135m3。2000年以后, 随着我国PVC需求量的不断增加，对聚合釜的容积和质量要求也越来越高。国内众多的化工机械企业在聚合釜的研制生产方面取得了长足的进步。
2.国内主要型号PVC生产聚合釜开发研究进展
2.1 30m3型聚合釜
30m3聚合釜曾一度成为我国PVC生产装置的主体釜型，国内许多化工机械企业也都掌握了其生产技术。随着生产装置规模的不断扩大，30m3聚合釜的需求越来越小。但由于仍有大量聚合釜处于生产状态，对聚合釜的生产技术改进还是非常必要的。在这方面天津大沽化工有限责任公司和锦西化工机械厂走在国内前列。
天津大沽化工有限责任公司【1】通过采用复合引发体系、反应中间连续注水、反应后期缩短降压时间、新型防黏釜剂、密闭入料、粗料监测及DCS计算机自控技术等使聚合釜的生产能力由0.5万t/a提高到1万t/a,VCM单体消耗大幅降低，树脂优级品率显著提高，提升了生产技术水平。锦西化工机械厂【2】研制的PVC 聚合釜在国内首次采用半圆管式夹套及可拆卸、底伸式套管内挡板, 研制了新型传动和机械密封全新结构，设计了底轴瓦釜底注水系统, 经一年多生产考核表明,与传统釜比, 可降低搅拌功耗18%, 总传热系数提高10%~ 15%, 生产能力提高10%以上, 机械密封寿命长、泄漏量少、拆装方便, 树脂质量稳定, 符合国标。 2.2 45m3型聚合釜
45m3聚合釜及其改进型号是在实际生产中应用比较广泛的。在这方面青岛海晶化工集团的技术比较成熟。
2
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
图2-1 45m型PVC聚合釜简图
海晶化工公司
【3】
3
为适应行业发展和企业生产需要而开发出第一台45m3聚合
釜。几年来他们不断进行着技术改进，如更新聚合DCS操作系统、调整和改进聚合配方，采用复合引发剂、采用中间注水工艺、改进单体因收路线和工艺、聚合升温采用气水混合加热系统、改进循环水回水系统，完善“大流量、低温差”工艺。经过多年的运行和技术改造，45m3釜及其配套装置性能日臻完善，聚合釜的单釜产能稳步提高，节能降耗效果明显,经济效益显著。锦化机【4】在吸收国内外先进技术和使用经验的基础上成功研制生产了LF48型及其改进型PVC聚合釜。主要设计结构特点：搅拌系统以冷模试验为设计依据,通过比较放大, 配置了三层三叶后掠式搅拌器；传热系统在设计上采用半圆管式夹套及套管式内冷挡板结构。
2.3 70m3型聚合釜
随着聚氯乙烯需求量的不断增大，生产规模的不断扩大，聚合釜的容积也在不断增大。国内许多化工机械生产企业也紧跟这一趋势，加大大型聚合釜的研制生产投入。目前国内企业生产的大型聚合釜中，70m3是最成熟的。在国内应用的大型聚合釜中70m3的应该是最热门的。我国PVC 行业采用大型聚合釜生产装置成为近几年明显的发展趋势。具有生产大型聚合釜能力的厂家主要是锦西化工机械
3
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
( 集团) 有限责任公司、上海森松压力容器有限公司、吉化集团机械有限责任公司等。
上海森松环境技术工程有限公司【5】在充分消化吸收美国古德里奇技术的基础上研制出70m3PVC全流通聚合釜，是在最大限度地增大传热面积的前提下制成的, 聚合釜筒体夹套采用全流通半圆管夹套结构, 夹套的传热面积由70m增加到84m2, 提高约20% ; 传热系数也有较大提高,在聚合釜容积不变的条件下, 可提高70m3PVC聚合釜的单釜生产能力30% 以上。为了提高内冷管的传热系数，70m3聚合釜的内冷挡板采用了技术先进的套管式内冷挡板，内冷挡板设置在釜底部，采用可拆式结构，为清釜及实现聚合釜整体抛光提供了方便【6】。
2
图2-2 新型70 m全流通夹套PVC 聚合釜 图2-3 新型70mPVC 聚合釜 釜顶冷凝器结构简图
3
3
葫芦岛华远化工机械装备有限公司[7]对70m3PVC 聚合釜进行了大幅改进, 专门设计配置了新型釜顶冷凝器。在计算釜顶冷凝器的换热面积时, 充分考虑了VCM 物料在釜顶冷凝器内换热时存在的相变过程和单位时间内的换热能力,以及各换热部分的传热系数, 计算确定了釜顶冷凝器的壳体尺寸和换热面积。为防止在长时间运行的工况下, 下封头内、换热管内可能积聚大量的VCM物料, 对换热管内壁进行抛光处理, 下封头设计为50。锥封形式并进行抛光处理, 抛光精度要求与聚合釜内壁抛光精度要求一致。对70m3PVC 聚合釜进行改造后, 经过生产运行表明, 聚合反应时间大大缩短, 实际产能提高30% 以上, 使该型釜产能达3 万t/a以上。
2.4 100m3聚合釜
大型聚合釜的开发不是简单的容积放大, 而是综合技术的体现, 涉及到多
4
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
个领域的技术合作。由于我国在聚合釜的研制生产方面起步比较晚，因此虽有能力制造大容积的聚合釜，但其中有些关键技术仍然由外方掌握。
国内成功制造的大型聚合釜主要是100m3。100m3PVC 聚合釜是通过对引进技术进行消化吸收及创新, 并结合锦化机设计制造的135m3聚合釜等系列釜的设计制造经验而制成的。100 m聚合釜容积为100 m, 直径为4 300mm, 内夹套直径为4 200 mm, 底伸式搅拌, 采用双端面平衡型机械密封, 单层四叶涡轮平桨叶, 搅拌转速采用变频器进行调节, 搅拌电机功率为280 kW,釜顶设1 台回流冷凝器( 换热面积为200 m2) , 釜内设有2 块三角形内冷挡板, 采用电机驱动的喷淋阀和专用柱塞式出料阀【8】 。
2.5 135m聚合釜
135m3聚合釜是国内目前成功制造的最大容积聚合釜，由锦西化工机械(集团) 有限责任公司试制成功。135 m3聚合釜容积为135 m3, 直径为4 200mm, 高为8 510 mm, 上置式搅拌、三层平桨搅拌器, 搅拌转速可调( 60~ 120 r/min) , 搅拌电机功率为335 kW, 采用双端面机械密封、多段式螺旋半管夹套传热, 釜顶设1 台回流冷凝器( 换热面积为328m2) , 釜内设有1 块底伸式圆形套管冷却挡板; 釜体上配备有冲洗喷嘴和喷涂喷嘴, 具有喷淋冲洗和涂布防粘釜剂的功能。该生产技术是锦化工与日本神冈凡合作引进的。
33
3
图2-4 100m聚合釜简图 图2-5 135m聚合釜简图
3
3
5
聚氯乙烯生产聚合釜开发研究进展
3.国外PVC生产用聚合釜现状
由于国外聚氯乙烯的生产历史比较悠久，所以在聚合釜的研制生产方面也积累了大量的经验，攻克了许多聚合釜生产技术难关，掌握了大量的核心技术。因此国外的聚合釜生产技术还是比较明显的领先于国内。国际上比较知名的聚合釜生产企业有美国古德里奇、美国西方、日本信越、法国EVC、韩国LG、英国希普等。他们不但在聚合釜的容积上领先于国内的企业，在设备的自动化程度、生产强度和安全可靠性上也有一定的优势。
表3-1 世界主要企业典型PVC 聚合釜的基本结构
用户 容积/m3 美国西方 135 4200 8510 2.0 三层 平桨 机械密封 有 上置 日本信越 德国许尔斯 法国EVC 127 4200 7900 1.88 三层 平桨 200 5000 8450 1.6 一层三叶 后掠浆 105 4250 5940 1.4 两层四 叶平桨 韩国LG 70 3300 7100 2.15 三层 平桨 英国希普 26 2438 4724 1.9 三层六叶涡轮浆 内径/mm 筒节高/mm 高径比 搅拌器形式 挡板及数量 密封形式 外冷器 传动形式
1组，套管式 1组，平板 4组，平板 机械密封 机械密封 有 上置 有 下置 2组，平板 2组，平板 2组，平板 机械密封 机械密封 机械密封 有 下置 有 下置 无 上置 随着计算机控制系统的硬件和软件的发展，聚氯乙烯的生产技术在研究和应用上都得到了很大的发展，尤其在聚合控制技术上所得到的发展最为显著。古德里奇在这方面尤为出色。B、F古德里奇的聚合生产控制技术是工艺与控制的完美结合，它代表了世界上聚合生产技术先进水平。主要表现在：配方管理、全自动加料控制、自动涂釜控制、粗料预测控制、聚合反应的控制、化学反应模型控制、单体自动回收及液化控制等。它生产的70m3聚合釜在生产上拥有很大的优势：
1. 传热能力大，生产强度高,反应4---5小时即可出料； 2. 优良的防粘釜技术，生产３００釜清理一次；； ３．设计压力高，可以满足不同牌号树脂生产的要求；
４．优良的高压水清釜技术，三维喷头自动清理，０.５小时即可清理一台；５．水和单体同时入料，节约时间，提高设备利用率；
６．生产工艺的密闭化，减少了对环境的污染，同时降低了消耗； ７．采用先进的自动化控制技术，控制精度高，产品质量好，生产操作稳定。 日本信越公司是PVC生产及聚合釜制造领域的世界领先企业，称自己拥有最好的PVC生产技术，是第1家将PVC反应器设计到150m3之大公司。美国西方公司是北美最大的PVC生产企业，也是聚合釜的主要研发生产商。这里对日本信越127m3聚合釜和美国西方135m3聚合釜简单比较一下。