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浅谈氯乙烯生产提高氯乙烯转化率的方法罗玉萍

发表时间：2020/9/8 来源：《基层建设》2020年第14期作者：罗玉萍

[导读] 摘要：在可持续发展理念的指导下，中国积极开展节能减排工作。聚氯乙烯的生产是工业生产过程中非常重要的一环，其能源消耗是整个生产过程的重要组成部分。

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        摘要：在可持续发展理念的指导下，中国积极开展节能减排工作。聚氯乙烯的生产是工业生产过程中非常重要的一环，其能源消耗是整个生产过程的重要组成部分。在氯乙烯生产原理的基础上，提出了几种提高氯乙烯转化率的方法。通过提高氯乙烯转化率、提高氯乙烯产量、提高氯乙烯的利用率。
        关键词：氯乙烯；转化；效率；方法
        前言
        氯乙烯以其低廉的价格和良好的性能在塑料制造中占有重要的地位。氯乙烯具有良好的绝缘和耐腐蚀性，可广泛应用于各个领域。氯乙烯通常是用乙炔法生产的。原料单体的质量决定了PVC本身的质量。最常使用转化、精馏和水碱洗方法进行生产。在提高氯乙烯转化率的同时，可以大幅度提高氯乙烯产量，提高能源和环境效率，减少安全事故。因此，研究提高转化率的方法是很重要的。
        一、氯乙烯生产原理
        生产和合成氯的两种原料是氯化氢和乙炔。乙炔气是从乙炔车间送出来的，从烧碱车间送进氯化氢气体，经过一、二级冷却器冷却脱水之后根据1:1.05～1:1.1配比在混合器中充分混合。经过混合后脱水后进行预热处理，在气体温度达到大于等于75℃后，使用转化器合成氯乙烯气体，通入两组转化器展开反应，可以转化为氯乙烯气体。在生产实践中，通常采用碳化钙乙炔工艺。碳化钙水解后，乙炔和氯化氢合成氯乙烯。经过一系列的混合和脱水，乙炔和氯化氢被引入管状反应器。反应器管装有氯化汞催化剂，确保反应在常压下进行。使用压力下在管道外循环的热水可以有效地消除反应产生的热量。氯乙烯在泡沫脱酸塔和碱洗塔后可以将没有参与反应的氯化氢气体去除掉。氯乙烯气体经过压缩后，用全凝器进行冷却，分离出水分，和乙炔气体混合，受到压差作用，可以进入高沸塔得到分离，经过精馏，氯乙烯完全储存在单体容器中。
        二、氯乙烯化学改性的方法划分
        1.共聚反应改性
        共聚物是化学改性的重要途径。工业规模上可用的共聚物有氯乙烯-醋酸乙烯酯、氯乙烯-丙烯腈、氯乙烯-偏乙烯等。氯乙烯和醋酸乙烯树脂广泛应用于涂料工业。氯乙烯-乙酸乙烯酯是由乙酸乙烯酯单体的加入在提供内增塑作用的同时，降低粘度，加工温度，提高加工性能，但在稳定性、耐磨性、拉伸强度方面均有所降低。氯乙烯和乙烯共聚物由于其对水和气体的渗透性较低，在酮溶剂中溶解度较高，被用作油漆。氯乙烯-丙烯酸酯共聚物不仅内增塑，且热稳定性较好，改进了抗冲击、加工性能。一般由于聚合过程中生成更多的烯丙基氯结构，导致PVC热稳定性进一步下降。
        2.接枝聚合改性
        接枝聚合物的改性是去除活性氯原子并将其引入聚合物的侧链，从而实现改性并提供其他功能。氯的取代程度越高，接枝聚合物的弹性就越大。这是一种实用的改性方法，但接枝产物中含有其他聚合物。以聚氯乙烯为骨架的接枝反应目的是合成具有特殊性能、用途的聚合物，引发方法有自由基、辐射及离子型引发接枝，以氯乙烯为支链的接枝反应目的是合成高抗冲型聚乙烯，氯乙烯单元含量占百分之八十以上，基本保持了聚氯乙烯的优点，有良好的化学性能和加工性能。在去除氯化氢和机械降解后，接枝聚合可以提高PVC的热稳定性，但接枝率一般较低，形成大量的均聚物。通过嫁接改造四种方法可以分为:自由基链转移法；活化聚合物法；缩聚法；跳跃反应法。
        三、氯乙烯生产提高氯乙烯转化率的方法
        1.提高原料气纯度
        氯乙烯的生产过程需要使用两种原料，氯化氢和乙炔，气体必定含有一定的杂质和水分。由于乙炔中含有硫和磷等成分，会将转化设备中带有氯化汞活性炭的触媒微孔堵住，造成气体减少和催化剂的接触面积，容易出现不良反应。氯化氢很容易溶于水。如果乙炔气体和氯化氢气体进入混合设备前未能去除气体水分，两者在反应器中反应会造成氯化氢气体溶于水生成盐酸，造成氯化氢的气体出现明显的减少，造成原料配合比失调。

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同时烧碱车间送来的氯化氢若含有较高的游离氯，会导致氯化氢和乙炔砌块在较高的温度下发生反应，出现剧烈运动，造成产生大量热能，容易引发爆炸事故，还可以在催化剂的作用下产生其他生产物，影响产品的纯度。因此需要加强原料气体纯度和杂质的控制，提高原料气纯度，可以明显提高转化率。
        2.优化设备参数
        对原料气生产装置进行严格控制。在设备原料气体进气区域设立取样点，监测原料气体的纯度以及杂质情况。若检测到气体纯度较低，要立即通知乙炔车间，调整纯度或停止通气。同样，如果氯化氢超过了自由氢的极限，或者搅拌器的内部温度逐渐升高，必须立即启动应急计划，以避免任何安全事故。此外，在对氯乙烯热反应转化器进行改造的过程中需要合理的选用无缝钢管的管径，避免出现管径过大影响转化率或是管径过小而导致触媒翻倒困难现象的产生。合理选择管径还可以增加氯乙烯热转炉的管数，提高氯乙烯热转炉的转化率。
        3.优化原料气配比
        乙炔与氯化氢的分子比对转化率有很大的影响。生产要求1:1.05～1:1.1的比例进行。乙炔和氯化氢含量的单方面增加会加速转化。然而，如果乙炔分布太广，催化剂就会失去活性，转化率就会降低。乙炔过量还会增加精馏工段负荷，使低塔的蒸发量加大，进而使尾排开度增大，尾排中乙炔含量上升，影响到变压吸附工序，还会影响氯乙烯的产量。若操作过程中选择氯化氢气体过量，会使氯化氢与乙炔反应不完全，增加水碱洗的负荷，严重超标时还会把酸压到压缩、精馏，腐蚀设备和泵。严格按照比例进行配比生产，可以获得良好的转化效果。调整配比要依照测试参数展开控制，根据流量计测定乙炔气体和氯化氢气体的流量，并参照转化器出口的分析样进行调节。
        4.做好热循环热水水质的改善
        氯乙烯热反应转炉循环热水的质量直接影响合成反应热的转化率。因此，有必要加强氯乙烯热反应转炉的水质控制。通过对影响氯乙烯热反应转化器热水水质的因素进行试验分析，发现造成氯乙烯热反应转化器循环热水水质主要因素是缓释阻垢剂、热水的pH值、溶解氧和氯离子等。为改善热水水质，通过试验分析选用了一种高温阻垢剂，试验后能够发挥出良好的阻垢效果并对水质的影响极低。定期对水中的氯离子进行检测并定期进行排气作业，用以排出氧气和不凝气体，降低气体对于氯乙烯热反应转化器管壁的腐蚀，从而有效地提高氯乙烯热反应转化器的热传递效率。
        5.做好氯乙烯生产使用触媒的精细化
        在氯乙烯生产中，触媒活性与热反应转化器的转化率成正比。氯化汞是生产氯乙烯的主要催化剂，其主要脱除形式为溶解、升华还原和热分解。例如，氯乙烯热反应转炉的泄漏可能会引起盐酸混合物的雾化，使溶解的氯化汞还原。此外，氯乙烯热反应转炉的高温也可能导致催化剂的高温升华和热分解。因此，在氯乙烯热反应转化器生产工艺的优化过程中需要注意做好混合气水含量的控制，提高氯乙烯热反应转化器的密封性降低氯乙烯热反应转化器的泄露量。此外，在氯乙烯热反应转化器工作的过程中需要对氯乙烯热反应转化器的反应温度和配比加以严格控制，提高氯乙烯生产的转化率。
        结束语
        综上所述，随着各行业对PVC需求的不断增加，使聚氯乙烯生产工艺成为了影响企业实现长远目标的重要因素。在氯乙烯生产原理的基础上，从多个角度分析了影响其质量的因素，提出了提高氯乙烯转化率的方法。因此，重点应该放在PVC的制备上，选择合适的生产工艺。
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