20万吨年PVC生产装置论文.doc

1、单套20万吨/年PVC生产装置的特点概述宁小钢 冯巍 王建兵(天津大沽化工股份有限公司，天津 塘沽 300455) 关键词 PVC ；热水入料 ；聚合强度；技术创新 摘 要 大沽化工采用108m3聚合釜生产悬浮法聚氯乙烯树脂，生产强度可达430t/(m3.a)，采用复合引发剂、密闭入料工艺和热水入料来缩短聚合反应时间和辅助时间，从而达到缩短聚合周期。生产中采用高效节能的内热管式多室卧式流化床干燥器和节能型汽提塔。全过程采用集散控制系统（DCS）控制，监控和生产管理。该套生产设置在产、质、耗等方面均已达到国内领先水平。Characteristic summarization of 200kt/a

2、 PVC production equipment of Dagu Chem.Co. of TianjinWANG Jian_bing, NING Xiao_gang, FENG Wei(Dagu Chemical CO. , Tanggu 300455, Tianjin , China )Key words : PVC； technology of hot pure water charge； technical innovation； productivity of polymerizationAbstract： Dagu Chem.Co. products SPVC with 108m3

3、 reactor, and the capacity can reach 430t/(m3.a). The compound catalysts in polymerization, airtight additive material system and hot water charge process employed in PVC production are introduced, which can Shorten the period of polymerization and raised productivity of polymerization, and the good

4、 results are described. High-efficiency and energy-saving horizontal multi-compartment fluidized bed dryer with internal heating pipe and stripping tower of energy-saving is used in production. The whole production process is controlled, monitored and managed by DCS. The product、quality、consumption

5、and so on in the production equipment are all on the lead level of homeland.前 言作为世界五大通用塑料之一的聚氯乙烯树脂，以其低廉的价格和均衡的加工性能而成为十分理想的材料。我国也是PVC树脂的生产大国之一，我国聚氯乙烯工业历经四十多年的发展，已取得了长足的进步，其生产能力在国内合成树脂中位居首位，产量仅低于PE列次席。为满足国内日益增长的PVC树脂的需求量，许多聚氯乙烯生产企业都相继进行了生产装置的改造和扩建。天津大沽化工股份有限公司相关技术人员依靠技术创新，充分学习和吸收国内外先进技术经验，历经近两年的不懈努力，自

6、行设计出一套20万吨/年的PVC生产装置。且于2004年11月28日一次性试车成功并迅速投产。下面我具体介绍一下该套生产设置的特点：1.聚合11工艺简介：该套20万吨/年PVC装置采用5台108M3聚合釜，生产工艺采用DCS控制，完全实现了密闭入料及助剂的自动加入，省去打水抽真空、助剂手动加入、二次回收、清釜、手动涂釜等操作时间约1h。聚合期初期采用了目前较为先进的“热水入料”技术，该工艺将聚合釜入料的无离子水分为纯水（1530）和热纯水（100135），按次序分别加入。热纯水与纯水的比例为11.5：1，此比例主要依据聚氯乙烯树脂型号的不同进行调整。热水入料工艺技术能省去聚合工艺过程中的升温步

7、骤，从而减少了反应所需的升温时间（近20分钟），因此提高了聚合反应釜的生产效率，缩短了聚氯乙烯生产的辅助时间，降低了聚氯乙烯的生产成本，其生产强度可达430t/(m3.a)，并能够很好的满足聚氯乙烯产品的质量与各项工艺指标的技术要求。1.2 粘釜效应的改进采用自动涂釜工艺，取得良好效果。同时由于热水入料工艺不必经过聚合釜的夹套升温过程，因此聚合釜的夹套和内热管局部高温现象就不再存在，故粘釜物也会大幅度的减少。每台聚合釜的清洗周期延长为100釜以上，最多可达300釜。1.3 热水入料工艺的预期效果该工艺具体操作时间如图（一）所示。热水入料工艺优点是：1热水入料可以提高聚合釜生产设计能力的5%10

8、%。2由于热水入料使聚合釜的粘釜现象大大减轻了。图（一）14 高效引发剂体系众所周知，提高聚合强度主要从缩短聚合时间入手。要实现反应均匀放热、密闭入料操作，主引发剂在聚合温度下半衰期以12h为宜。经过我们长期摸索和理论计算后，最终采用阿克苏公司的TX_23和TX_36，并对TX_23和TX_36的复合配比进行了优化，将反应时间控制在3.5 4 h之间。以该装置生产的某型号树脂为例，它采用TX_23和TX_36复合，其反应恒温理想状态下的计算曲线如图（二）所示。图（二）15水油比的调整：提高聚合釜填装系数和降低水油比（某型号树脂水油比可达0.9），极大地提高了聚合釜的利用效率。整个聚合过程采用自

9、动注水工艺，根据聚合反应调节注水量，改善反应体系和提高传热系数。同时反应过程中聚合釜内液位基本维持不变，使气液接触带基本恒定，减少粘釜物。16 聚合装置特点：108M3 聚合釜除了设有夹套和6组内冷管外，还在聚合釜顶增设一台回流冷凝器，并可根据聚合反应时的放热程度来通过注入N2调节釜顶冷凝器的操作面积，从而满足不同强度的生产需要。108M3 聚合釜的搅拌装置是采用双层底伸三叶平浆式的搅拌器，转速可分为高低两种，并能根据物料的加入情况自动进行高低搅切换。该聚合釜清釜装置为一台机器手臂，它通过300kgf/cm2的高压清水对釜内各个易粘釜死角进行高压冲洗，这样既方便快捷，又减少了对聚合釜内壁抛光面

10、的损伤。2汽提21工艺简介聚合来的PVC浆料通过压力调节阀进入出料槽，经倒料泵、浆料振动筛除去较大PVC粘釜物后，进入200m3混料槽后,通过进料泵送至螺旋板换热器，与汽提塔出来的热浆料进行热交换后进入汽提塔。并根据树脂型号的不同而选择进料塔板层。进入到汽提塔进料板上的浆料沿折流板均匀、稳定流动，与自下而上从塔板筛孔上升的蒸汽充分进行传质传热，浆料中被上升的蒸汽脱除出的VCM气体，与蒸汽一同引至塔外，经塔顶两台串联冷凝器装置，未被冷凝的VCM由水环真空泵送至回收气柜，而冷凝水不再回流入塔，在提高塔处理能力的同时保证了出塔浆料的固含量。为了降低蒸汽消耗和减少用水量，汽提塔采用两级塔顶冷凝装置，一

11、级冷凝器对无离子水进行预热升温，而后用于汽提塔塔板的喷淋。因而，既降低了蒸汽消耗，又节约了工业用水。充分脱除了VCM的浆料从汽提塔塔底流出，由出塔浆料泵送至螺旋板换热器与进塔浆料进行热量交换后被送至离心槽，而后去离心干燥。22装置特点221汽提塔1）汽提塔为有溢流堰筛板塔，共有七层塔板，塔径为3200m，可根据不同产品型号选择不同的进料层，进料层设计为闪蒸结构，提高了汽提效率。为了克服由于塔径变大而造成的物料于塔板上产生滞留区和死角的现象，经反复试验论证，对折流板的高度、溢流堰板高度、每层塔板的间距进行反复核算，并且采用双折流的方式，使流速分布更加均匀且停留时间合理，从而消除了死角和滞留区的存

12、在，并杜绝了局部物料沉降而堵塞筛孔的现象，同时保证了物料在塔板上均匀、稳定流动，沸腾状态好且停留时间合理。另外，为了减少设备的制造成本，对塔板筛孔分布进行了改进，由原来的正方形分布改为目前的正三角形分布，且减小了汽提塔塔径。2）随着汽提塔塔板直径的增大，为防止汽提塔发生筛板堵塞，对汽提塔的喷淋装置进行了进一步改进，由原来的环形喷淋管改为现在的直形半圆型喷淋管，既降低了汽提塔的制造难度，又减少了设备制造成本，且该喷淋装置对塔的长期稳定运行和树脂质量提供了有效的保证。23运行情况及效果我公司该套20万吨/年汽提塔装置至去年11月开车以来，始终在高效、平稳的运行，而且在其连续运行9个月内，从未对该塔

13、进行过清洗和检修。其工艺技术特点：（1）该汽提装置采用先进的DCS控制，实现多变量智能化监控，大大降低了工人的劳动强度。（2）该汽提装置操作弹性大，在设计能力的40120%范围内均能高效、平稳的运行。（3）该塔高效的喷淋装置对塔的长期稳定运行和树脂质量的稳定提供了有效的保证，结构无死角，改型容易，且不易产生树脂黑黄点。（4）该塔采用负压操作，各层塔板温度控制稳定，保持了良好的温度梯度。浆料在塔中停留时间合理，树脂的原始白度和热老化白度得到了有效的保证。（5）该汽提装置蒸汽消耗极低，在0.15吨/吨PVC以下，做到了节约能耗。（6）该汽提装置脱除VCM效果显著，出塔浆料含残留单体均在5ppm以下

14、（VCM消耗低），不经干燥即可达到国家树脂卫生级标准，真正体现了高效、环保。3离心干燥31工艺简介由汽提工序来的浆料进入离心槽后，经离心浆料泵送至离心机。分离出的母液水回收利用，湿基物料（含水2025%）直接进入破碎机，经破碎后的湿物料均匀加入干燥床前部，由空气吸入筒来的清净空气经空气预热器（用母液水或蒸汽乏水预热）预热4050进入空气过滤器，然后由干燥鼓风机经二次空气加热器（蒸汽加热）升至8090后送入干燥床底部风室。物料在干燥床内被热风吹起呈流化沸腾态，湿物料与热风及通有蒸汽或热水的内热管进行传质传热，物料的水份被脱除出去。床内的湿热空气从床顶部由干燥器引风机引出，经旋风分离器后排入大气，

15、被分离下来的固态物料回至干燥床。物料在干燥床内沸腾，达到一定高度时从床末端可调节溢流口流出，经旋转加料器由一次输送风机引至旋风分离器，分离下来的物料经旋转加料器、冲板流量计送至成品振动筛，筛分后由下料器送至二次输送管线，由二次输送风机（罗茨鼓风机）送至成品料仓，进行包装入库。如图(三)所示:32装置特点321内热式沸腾干燥床我公司近几年继开发了两套10万吨/年的内热式沸腾干燥床两套后，又开发了一图(三)套能力为20万吨/年的内热式沸腾干燥床（一个床体）。该套内热式沸腾干燥床的装置特点如下：1）该干燥床床板结构不同于多室卧式沸腾床。根据床的长度、宽度和不同的生产能力，床板在设计时从进料端到床末端

16、排床口和溢流口有一定倾角，便于物料在床板上的正向沸腾流动，保证了床内物料流化沸腾时无滞留区和死角。进风孔开在风帽下的床板上，呈梅花型排列，风帽底部特殊的流线型设计使风帽边缘与床板间隙出风均匀。风帽独特的设计和合理的分布，保证了床内各点的风压分布均匀、最小风速不低于物料的沉降速度，使物料在床内能够充分混合沸腾；保证了物料与热风、换热管充分传质传热；保证了风帽与床板间隙不堵塞同时物料不会漏入风室。2）该干燥床床板上设有专门停车排床的排床口和旋塞式排床阀。排床阀结构特别设计、位置合理，并于其后段自动调节阀串联安装，既能保证排床时床板上的物料全部排净，又能及时通过冲板流量计的流量自动调节排床阀的开度，

17、以免堵塞一次风送系统管线。该干燥床完全实现了排床自动化，并极大地降低了清床的劳动强度，节约了清床时间。3）干燥床两侧装有16组双侧抽拉式内热列管管箱,根据物料干燥原理，干燥床的设计分为前后两段：前段设计为恒速干燥阶段，物料水分由离心机分离后的2025%降至物料的临界含水量3%左右；后段设计为降速干燥阶段，物料的含水量由3%降至成品树脂要求0.3%左右。床内设有隔板将床分为前后两段；一床为前段，二床为后段。为了更合理利用热源，前段几组内热管采用低压蒸汽加热，后段内热管采用干燥系统蒸汽冷凝液（热水）加热。为了确保进内热管蒸汽温度不能过高，在低压蒸汽进内热管前特别设计了汽水混合装置，蒸汽中喷入少量热

18、水，经实践证明效果显著。后段采用热水加热，这样不仅降低了能源消耗，同时也使后段床温易于控制。综上述原理，经科学计算，前段与后段设计的床体面积比（即前段、后段内热管换热面积比）一般为1.521左右。为了安装拆卸方便，同时考虑蒸汽冷凝液的排出及列管的强度，床内布有抽拉滑架，为干燥床和内热列管管箱的检修提供了便捷的条件，大大降低了劳动强度。322树脂静态混料 为了保证树脂质量稳定，我们自行设计开发了静态混料包装系统，保证了各批次树脂质量的均衡，并能满足不同的生产需求。33运行情况及效果331运行情况该干燥床投用至今9个月的时间内运行相当稳定，每次停车检查都没有发现床板上存有死角和变质料，没有出现过因

19、干燥床引起的任何树脂质量问题。其主要工艺技术特点：（1）该装置合理地利用热源，蒸汽消耗低，汽耗为0.5吨/吨PVC以下，干燥床热效率达75%以上。（2）该装置工艺技术先进，操作弹性大，操作简单，采用DCS控制，实现多变量智能化监控，劳动强度极低。（3）该装置生产能力大，在产、质、耗等各方面均已达到国内先进水平，具有广泛的竞争力和推广性。（4）干燥床采用大风量、低风温、低床温控制，物料在床内沸腾状态好、无死角、停留时间长，因此产品挥发物含量低、黑黄点少、白度高，树脂优级品率可达到99%以上。（5）干燥床设有自动排床装置，改型容易，清床简单，极大地减轻了劳动强度。（6）干燥床内热管设计合理，传热效

20、果好，使用寿命长，国产化程度极高，设备投资少，维修费用低。4DCS自动化控制该装置DCS控制系统由我公司自行开发，它根据配方确定的操作条件自动的调整、检查和控制生产，包括入料、聚合、回收、涂釜、汽提和离心干燥。为确保安全生产，对关键的控制点配备了模拟量的记录仪并对应设置紧急自动操作按扭，还对全生产区域设置了可燃气体报警器和自动喷淋系统。通过DCS的显示可以监测现场生产过程的各种参数的动态值、报警值、历史记录和过程动态画面。DCS将自动采集并储存数据，协调各个聚合釜的操作，保证生产能长期高效、稳定的运行。近几年来，我公司在PVC树脂生产技术开发方面做了许多大胆和有益的尝试，并汲取国内外先进的技术经验，尤其在聚合后处理工序方面，更是有了较大突破。当前，旋风干燥床生产能力最大只能做到10万吨/年，而我公司自行研制开发的一套内热式沸腾干燥床可达到20万吨/年以上。该装置与旋风干燥相比具有许多优点，能力越大投资越经济，且在产、质、耗等方面均已达到国内领先水平。我公司自行开发设计的20万吨/年PVC装置的开车成功，标志着我国氯碱行业聚氯乙烯生产技术上了一个新台阶，因此该装置成套工艺技术具有很强的竞争力和推广价值。6