孫志剛，田智龍，鄭云龍

(中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 750336)

2016年，我國PVC產(chǎn)能2 400萬t/a，裝置開工率維持在60%～80%，市場競爭激烈。只有具備成本優(yōu)勢、質(zhì)量優(yōu)勢的企業(yè)才能在競爭中占得先機。降低PVC成本的一個有效手段就是提升產(chǎn)能。為了提升聚合裝置產(chǎn)能，中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司樹脂廠(以下簡稱中鹽吉蘭泰)通過分析、研究找到了攻關(guān)方向，消除了裝置瓶頸，并進行了技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)改造，使40萬t/a PVC裝置產(chǎn)能提升了2萬t/a。

1 攻關(guān)方向

中鹽吉蘭泰PVC裝置于2011年全面竣工，裝置運行逐漸穩(wěn)定，聚合產(chǎn)能逐步提升，但與理想產(chǎn)能還有一定差距。技術(shù)人員在生產(chǎn)運行中不斷摸索、試驗和研究，逐步確立了提升產(chǎn)能的方向：①縮短聚合輔助時間；②縮短聚合反應時間。在生產(chǎn)天數(shù)相同、轉(zhuǎn)化率基本相同的情況下，縮短單釜生產(chǎn)時間，就意味著提升生產(chǎn)效率，從而獲得更大的產(chǎn)能。

(1)縮短聚合輔助時間。

縮短聚合輔助時間主要是提高聚合的加料速度和出料速度，盡量減少時間的浪費。根據(jù)裝置自身的特點，中鹽吉蘭泰將工作重點主要放在縮短加料時間上。

(2)縮短聚合反應時間。

縮短聚合反應時間的重點是在聚合反應劇烈期盡可能快地移除反應熱。在換熱面積不變的情況下，提高移熱效率就需要保證聚合釜換熱部分的傳熱系數(shù)，同時盡量加大聚合反應與換熱介質(zhì)的溫差，因此保證傳熱效果和降低循環(huán)水溫度就成為主要的攻關(guān)方向。

2 縮短聚合加料時間

2.1 聚合加料過程

由電廠送來的去離子水經(jīng)過脫氧塔脫氧后，進入冷純水儲罐；儲槽中的冷水經(jīng)板式換熱器加熱后進入熱純水儲罐。加料前須涂釜，以防止粘釜，然后打入冷純水、回收單體和新鮮單體，再打入熱純水，達到反應溫度后開始反應。此加料過程其他PVC企業(yè)大約需要70 min，而中鹽吉蘭泰由于生產(chǎn)系統(tǒng)存在缺陷，需要80 min才可完成，具體時間如下。

(1)噴涂防粘釜劑，以防止PVC漿料粘壁，此過程需要約15 min。

(2)按配方將冷純水與各種助劑一起加入釜內(nèi)，此過程需要約15 min。

(3)將回收單體與新鮮單體按配方加入聚合釜內(nèi)，此過程需要約30 min。

(4)將熱純水按配方加入聚合釜內(nèi)，高溫水與釜內(nèi)物料直接接觸，將反應液溫度提升至接近聚合溫度，此過程需要約15 min。

(5)將熱水通入聚合釜夾套進行間接強制升溫，直至釜內(nèi)溫度達到反應溫度，此過程需要約5 min。

2.2 入料控制瓶頸問題

(1)中鹽吉蘭泰的順序入料技術(shù)具有控制平穩(wěn)、產(chǎn)品質(zhì)量波動小及操作簡單等優(yōu)點，但由于步序偏多，存在入料時間長的缺陷。目前國內(nèi)同行企業(yè)常用的等溫水入料技術(shù)可實現(xiàn)熱純水與單體同時加入，步序較少，既縮短了入料時間，也提高了反應前的升溫效果，同釜型下，以上兩個過程時間可控制在25 min以內(nèi)。而中鹽吉蘭泰入料時間明顯偏長，導致聚合整體周期長，產(chǎn)能受限。

(2)國內(nèi)同釜型企業(yè)單體加入時間大體上控制在20 min以內(nèi)，而中鹽吉蘭泰由于單體泵設(shè)計能力偏小，使得加入時間在30 min左右，同樣拉長了聚合周期。

(3)中鹽吉蘭泰入料過程末段釜內(nèi)溫度偏低，造成最后強制升溫時間偏長。

2.3 縮短入料時間的改造方案和效果

2.3.1 冷水單體混入技術(shù)

目前，PVC懸浮聚合主流的加料方式有2種：①等溫水加料，②順序加料[1]。中鹽吉蘭泰采用的是后者，這種方式每一步都獨立進行，所需時間較長；另外，在每步程序進行切換時，都需要等待啟動泵或打開自動閥的回饋時間，延長了整個聚合周期，不利于產(chǎn)能的提升。

中鹽吉蘭泰的優(yōu)化方案為：在冷水加入程序開始的同時啟動單體加入程序，即冷水和單體同時加入，節(jié)省了冷水的加入時間。這種入料方式的最大風險在于單體與各種助劑若不能均勻混合，將會產(chǎn)生粗料。技術(shù)人員通過大量數(shù)據(jù)評估，確認中鹽吉蘭泰攪拌系統(tǒng)在入料和反應過程中能使冷水和單體充分攪拌，形成均勻液滴，從而避免粗料的產(chǎn)生。另外，冷水和單體加入過程并非同時結(jié)束，加完冷水后，還需大約15 min剩余單體才能加完，這與修改前的工藝完全一致，因此風險較小。

以上工藝試運行時，聚合整體入料時間縮短約10 min，效果顯著，成功實現(xiàn)了縮短聚合入料時間的目標。

2.3.2 入料單體泵改型

單體加入時間是聚合入料時間的重要組成部分，提高單體加入速度是縮短加料時間的關(guān)鍵。中鹽吉蘭泰通過采用上述冷水和單體混入技術(shù)，縮短了部分時間，但冷水加完后，單體還需要15 min才能加完，仍有繼續(xù)提升的空間。通過仔細查閱相關(guān)技術(shù)資料，認為可通過更換單體泵來提升單體加入流量。2016年9月，利用年度大修機會對單體泵進行了更換，使新鮮單體輸送流量由1 500 kg/ min提升至2 500～3 000 kg/min，加完冷水后，只需要繼續(xù)加10 min單體就可以達到配方量，單體加入時間較改造前縮短了5 min。

2.3.3 冷純水升溫改造

根據(jù)現(xiàn)有工藝，單體加完后，需要加入熱純水進行升溫，從而使聚合體系達到反應溫度，因此熱純水的溫度非常關(guān)鍵。中鹽吉蘭泰首先增加了冷純水與熱純水換熱器的換熱面積，期望通過增大換熱面積來提升熱純水溫度，但由于現(xiàn)場設(shè)備及管道的限制，熱純水溫度有所增加但未達到理想值，同時帶來了新的問題，即增加換熱器后需要使用更多的蒸汽，蒸汽換熱后產(chǎn)生的乏汽無法處理。因此又將研究重點轉(zhuǎn)移至提升冷純水溫度來減輕換熱器的升溫壓力，同時有效利用換熱器產(chǎn)生的乏汽。

經(jīng)過多次論證后，在冷純水管道上增加了換熱器，利用蒸汽乏汽對其進行升溫，取得了明顯的效果。新增換熱器后，入料冷純水溫度由15～20 ℃提升至30 ℃以上，熱水加入時間及強制升溫時間由原來的20 min縮短至15 min，加料時間節(jié)省了約5 min。

2.3.4 小結(jié)

通過技術(shù)創(chuàng)新、工藝及設(shè)備改造，加料時間由80 min縮短至60 min，縮短了20 min；加料效率的提升使聚合釜利用率提高，產(chǎn)能提升了1.5萬t/a以上。

3 縮短聚合反應時間的研究

3.1 聚合反應時間影響因素

聚合反應時間主要受引發(fā)體系與聚合釜換熱能力的影響。中鹽吉蘭泰使用過氧化物復合引發(fā)劑，使用效果良好，無須改變。聚合釜換熱方面，釜壁采用半管夾套換熱，冷卻水系統(tǒng)最初設(shè)計時夏季采用15 ℃水換熱，冬季采用循環(huán)水換熱，但15 ℃水機組能耗較大，為節(jié)能降耗，聚合換熱只采用了循環(huán)水。

聚合反應時間主要由引發(fā)劑加入量決定，而引發(fā)劑的加入量主要取決于反應能否控制平穩(wěn)，反應控制的關(guān)鍵是聚合過程中能否有效移除反應熱。

根據(jù)移熱公式，移熱量為導熱系數(shù)、換熱面積及換熱介質(zhì)溫差的積。在不增加換熱面積且聚合反應溫度和換熱介質(zhì)不變的情況下，提高聚合釜的導熱系數(shù)、降低循環(huán)水溫度成為移除反應熱的關(guān)鍵。

3.2 化學清洗聚合釜夾套，保證傳熱效果

由于中鹽吉蘭泰聚合釜夾套長時間通循環(huán)水，夾套內(nèi)水沉淀物滋生，造成夾套及內(nèi)冷管傳熱效果變差，從而使反應不能按預期進行，出現(xiàn)高溫、高壓現(xiàn)象，制約了PVC裝置產(chǎn)能的提升。針對這一問題，通過對聚合釜換熱情況進行評估，決定制定聚合釜夾套化學清洗計劃，并請業(yè)內(nèi)清洗專家到廠研究、制定方案，隨后逐臺進行化學清洗。通過化學清洗，可以有效除去聚合釜夾套的水垢、雜質(zhì)。清洗后夾套換熱能力顯著提升，為聚合裝置產(chǎn)能的釋放提供了基礎(chǔ)。

3.3 優(yōu)化聚合冷卻水系統(tǒng)，增強換熱能力

3.3.1 循環(huán)水系統(tǒng)補水外接冷源

通過與周邊企業(yè)比較，發(fā)現(xiàn)中鹽吉蘭泰循環(huán)水溫度明顯偏高，為此，中鹽吉蘭泰積極尋找冷源，對循環(huán)水進行換熱。通過對周邊企業(yè)進行綜合評估，發(fā)現(xiàn)一家企業(yè)的地下水管道可以用來換熱。通過改造循環(huán)水池補水管線，增加板式換熱器，使循環(huán)水與地下水進行熱量交換，利用地下水溫度低(14～16 ℃)的特點降低循環(huán)水溫度。2014年改造完成后，夏季循環(huán)水最高溫度控制在26 ℃，較往年同期降低1 ℃左右。

3.3.2 聚合循環(huán)水系統(tǒng)增加冷卻塔

2016年6月，通過分析、計算，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)中鹽吉蘭泰循環(huán)水總系統(tǒng)冷卻能力有富余，故切出1組冷卻塔專供聚合系統(tǒng)，使聚合循環(huán)水干、濕球溫差達到3 ℃以內(nèi)，夏季循環(huán)水溫度又降低了2 ℃以上。

3.3.3 小結(jié)

經(jīng)以上改造后，聚合反應時間整體縮短約10 min，產(chǎn)能較往年提升約5 000 t/a。

4 結(jié)語

在PVC生產(chǎn)中，通過認真評估系統(tǒng)，積極消除瓶頸，對自身工藝進行改進與創(chuàng)新，在不增加大型設(shè)備的情況下，也可以達到提升裝置產(chǎn)能的目的。中鹽吉蘭泰通過對聚合輔助時間、反應時間的系統(tǒng)評估，進行了有針對性的改造，從一定程度上解決了夏季產(chǎn)能受限、入料時間偏長等瓶頸問題，通過創(chuàng)新成果的鞏固和管理措施的完善，使40萬t/a聚合裝置產(chǎn)能提升了2萬t/a。

[參考文獻]

[1] 嚴福英.聚氯乙烯工藝學[M].北京：化學工業(yè)出版社，1990：108.