聚氯乙烯Goodrich技术与JNC 技术比较

2015-08-19中国成达工程有限公司成都610041

化工设计 2015年3期

李悦中国成达工程有限公司成都 610041

聚氯乙烯(PVC)生产一般采用悬浮法、乳液法、本体法、糊树脂法等。悬浮法由于其生产工艺简单、生产成本低、便于大规模生产、产品性能优良等特点，被广泛采用。以该方法生产的树脂约占世界聚氯乙烯树脂总产量的75%。本文就国内常用Goodrich 的70m3悬浮聚合技术和日本JNC 的108m3悬浮聚合技术进行比较。

PVC 悬浮聚合由加料单元、聚合单元、浆料汽提单元、VCM 回收单元、干燥单元、产品输送贮存和包装单元等组成，其操作都由DCS 来控制，并设置SIS 系统。目前国内外悬浮聚合技术工艺流程基本一致，但各聚合釜、配方不一样，呈现出各自不同的工艺特点。以下对两种技术的特点进行比较。

1 脱盐水脱气

在JNC 聚合流程中，界外来的脱盐水进脱气塔，在真空条件下，溶解在脱盐水中的空气被脱除，使氧气含量小于1ppm。这种做法可使整个装置的氧含量尽可能低，避免氧的存在对聚合反应起阻聚作用，故JNC 技术引发剂用量相对较少。

Goodrich 技术中，允许脱盐水氧含量相对较高，引发剂用量也相应较多。

2 聚合

Goodrich 聚合技术:首先加缓冲剂，而后可直接进行水和单体的加料。根据聚合反应初始温度的要求，冷、热脱盐水按一定比例混合在一起进聚合釜，使得聚合釜内物料混合后温度接近反应温度，以省去聚合初期的升温过程。加水开始时，VCM 也开始加入，其中回收VCM 首先加入，随之加分散剂。体系稳定后，充装引发剂。达到聚合终点时，自动加入终止剂，终止聚合反应。为了使釜中的物料体积恒定，百分之百地利用传热面积，在整个反应期间，需不断地向聚合釜内注入脱盐水，以补偿“体积降”。该工艺采用粗料预测技术，并设有紧急事故终止剂，确保聚合釜安全。

JNC 聚合技术:聚合加料开始时，先加入冷脱盐水，在此期间分散剂也计量加入聚合釜中，脱盐水与分散剂混和后，开始进行VCM 的加料。VCM 加料前，加料槽中事先加入规定量的催化剂溶液，VCM 通过加料槽对其进行冲洗后保证所有催化剂都进入聚合釜。同时釜底以恒定流量注入脱盐水。VCM 加料完后，一定量的热脱盐水加入聚合釜中，使釜内物料温度达到聚合温度，反应开始。当达到聚合终点时，自动加入终止剂，终止聚合反应。

两种工艺技术相同牌号产品消耗的化学品见表1 和表2。

表1 Goodrich 聚合釜加料配方(70m3)

表2 JNC 聚合釜加料配方(108m3)

从表1 和表2 可见，JNC 技术流程中，单位质量的VCM 所用化学品较少(0.048)，而Goodrich聚合釜技术所用化学品相对多些(0.061)。一般而言，所用化学品多，反应时间就相对短，产量因此相对大;对于JNC 技术，所用化学品较少，则反应时间相对长，虽然产量相对低，但产品质量会相对好。因此，选择何种工艺，与生产何种产品有很大关系。

VC 聚合为放热反应，如不能及时移走反应热就会出现爆聚，传热能力越大，聚合周期越短，生产能力就越大。

根据VC 悬浮聚合的特点和传热要求，通常选择间接传热作为VC 聚合的传热方式。Goodrich 流程所采用的聚合釜一般为半圆管夹套，内设四根内冷挡板，搅拌形式为底搅拌，三叶后掠式(两层)。冷却介质用32℃循环水或5℃冷冻水，撤热能力有限。JNC 流程所采用的聚合釜一般带夹套(半圆管或平板内夹套)，设6 根内冷挡板(JNC的聚合釜设6 根内冷挡板，在生产特殊牌号时的优势尤为明显)，搅拌形式为底搅拌，桨式搅拌器，设回流冷凝器，冷却介质为30℃循环水或冷冻水。回流冷凝是以VC 蒸汽冷凝传热，传热系数高，传热面积不受釜容积限制。通常管内通VC 蒸汽，管外通冷却介质以便于清洗。回流冷凝器的撤热能力一般占总撤热能力的40% ～50%。

选用何种聚合釜与生产PVC 树脂的用途也有很大关系。通常认为，大釜一般生产通用型牌号。而生产特殊牌号和高牌号产品时，通常选用小釜。

不同聚合釜的撤热面积一定，聚合釜夹套、内冷挡板是否设置冷凝器等硬件，导致各专利商聚合釜的生产能力不同，这也是各家工艺条件范围限制的结果。例如，对于JNC，所加化学品较少，反应时间较长，导致单釜产能不高。当然，如果改变工艺操作条件，产能是可以提高的，但是会牺牲产品质量;而对于Goodrich 的70m3技术，由于一般没有回流冷凝器，传热不够，如果用循环水撤热，单釜产能为20kt/a (冬天可大于20kt/a)，改为冷冻水撤热，产能可提高到25 ～30kt/a，若增加回流冷凝器，产能则可增大至35kt/a。

3 回收工艺

Goodrich 聚合技术，未经回收的浆料连气带料直接打到出料槽中，在出料槽中再进行单体VCM回收。当压力高于冷凝器的压力时，就将VCM 气导入回收冷凝器。如果压力降到冷凝器的压力以下时，就应将VCM 气输入到间歇回收压缩机中，故压缩机是间断操作的。压缩机后也设两级冷凝器，采用的冷却介质分别为冷却水和冷冻水。

JNC 流程中一般都设置气柜，再通过压缩机压缩冷凝回收。设置气柜的好处在于后续的压缩操作比较平稳，趋于连续。但是气柜占地面积一般都较大，并且由于存储的是VCM，则设置气柜就会多一个爆炸危险源。从气柜出来的VCM 气经压缩后进两级冷凝器，第一级采用循环水为冷却介质，第二级采用回收VCM 液为冷却介质。因为VCM 沸点很低(-13.6℃)易蒸发，用此法可节能。

4 汽提塔

聚合反应完后，PVC 浆料含VC 在10000 ～30000ppm 之间(PVC 干基)，如果不加处理，后续加工VC 会溢出，污染环境，所以两种流程均设置了浆料汽提装置这一环保措施。

最早Goodrich 的70m3聚合流程所采用的汽提塔是无溢流堰的穿流筛板塔，经改造后变为带溢流堰的筛板塔，筛板塔是在汽提塔筒状结构内装入若干层筛板，待汽提的浆料由塔顶进塔，由每层筛板的孔向下流动，而蒸汽则由筛板的底部加入。在筛板中向下的浆料与上界的蒸汽进行传热传质，脱析出的VCM 由塔的顶部排出。顶部的喷淋水则洗去塔壁上的泡沫料。

该塔的特点:①塔板上不积存物料，无须进行清洗，只用水冲洗即可;②在小于设计值的PVC 浆料流量下，蒸汽消耗要大一些;③控制简单，易于掌握;④生产连续，设备结构简单;⑤设备较高，上下游的螺旋板换热器及泵的压力相应较大。

JNC 的汽提塔是该公司的专利技术。由于塔盘上有堰板，所以由堰板的高度决定浆料在塔内的停留时间。每层塔板上由若干小孔用于蒸汽与浆料之间进行传热传质。为了防止在塔盘上积存物料，基本上每层均有喷淋水管。

该塔的特点:①塔径较大，物料在塔内停留时间较长;②控制温度较低;③结构复杂，控制也较复杂;④流量的变化不宜过小;⑤冲洗脱盐水管线设流量计。

JNC 汽提塔塔板数较少，一般只有8 个左右，汽提效果很好，经过汽提后树脂含VCM ＜1ppm。操作压力为微负压，故塔出口需设置真空泵。