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(guó)PVC產(chǎn)能2 400萬(wàn)t/a，裝置開工率維持在60%～80%，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。只有具備成本優(yōu)勢(shì)、質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的企業(yè)才能在競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。降低PVC成本的一個(gè)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(jiǎn)稱中鹽吉蘭泰)通過(guò)分析、研究找到了攻關(guān)方向，消除了裝置瓶頸，并進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)改造，使40萬(wàn)t/a PVC裝置產(chǎn)能提升了2萬(wàn)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(yùn)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(yùn)行中不斷摸索、試驗(yàn)和研究，逐步確立了提升產(chǎn)能的方向：①縮短聚合輔助時(shí)間；②縮短聚合反應(yīng)時(shí)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(shí)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(shí)間。

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

(2)縮短聚合反應(yīng)時(shí)間。

縮短聚合反應(yīng)時(shí)間的重點(diǎn)是在聚合反應(yīng)劇烈期盡可能快地移除反應(yīng)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(shí)盡量加大聚合反應(yīng)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(shí)間

2.1 聚合加料過(guò)程

由電廠送來(lái)的去離子水經(jīng)過(guò)脫氧塔脫氧后，進(jìn)入冷純水儲(chǔ)罐；儲(chǔ)槽中的冷水經(jīng)板式換熱器加熱后進(jìn)入熱純水儲(chǔ)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(dá)到反應(yīng)溫度后開始反應(yīng)。此加料過(guò)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(shí)間如下。

(1)噴涂防粘釜?jiǎng)?，以防止PVC漿料粘壁，此過(guò)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(guò)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(guò)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(yīng)液溫度提升至接近聚合溫度，此過(guò)程需要約15 min。

(5)將熱水通入聚合釜夾套進(jìn)行間接強(qiáng)制升溫，直至釜內(nèi)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度，此過(guò)程需要約5 min。

2.2 入料控制瓶頸問(wèn)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(dòng)小及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于步序偏多，存在入料時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。目前國(guó)內(nèi)同行企業(yè)常用的等溫水入料技術(shù)可實(shí)現(xiàn)熱純水與單體同時(shí)加入，步序較少，既縮短了入料時(shí)間，也提高了反應(yīng)前的升溫效果，同釜型下，以上兩個(gè)過(guò)程時(shí)間可控制在25 min以內(nèi)。而中鹽吉蘭泰入料時(shí)間明顯偏長(zhǎng)，導(dǎo)致聚合整體周期長(zhǎng)，產(chǎn)能受限。

(2)國(guó)內(nèi)同釜型企業(yè)單體加入時(shí)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(jì)能力偏小，使得加入時(shí)間在30 min左右，同樣拉長(zhǎng)了聚合周期。

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

2.3 縮短入料時(shí)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(dú)立進(jìn)行，所需時(shí)間較長(zhǎng)；另外，在每步程序進(jìn)行切換時(shí)，都需要等待啟動(dòng)泵或打開自動(dòng)閥的回饋時(shí)間，延長(zhǎng)了整個(gè)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(shí)啟動(dòng)單體加入程序，即冷水和單體同時(shí)加入，節(jié)省了冷水的加入時(shí)間。這種入料方式的最大風(fēng)險(xiǎn)在于單體與各種助劑若不能均勻混合，將會(huì)產(chǎn)生粗料。技術(shù)人員通過(guò)大量數(shù)據(jù)評(píng)估，確認(rèn)中鹽吉蘭泰攪拌系統(tǒng)在入料和反應(yīng)過(guò)程中能使冷水和單體充分?jǐn)嚢?，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(guò)程并非同時(shí)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(fēng)險(xiǎn)較小。

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

2.3.2 入料單體泵改型

單體加入時(shí)間是聚合入料時(shí)間的重要組成部分，提高單體加入速度是縮短加料時(shí)間的關(guān)鍵。中鹽吉蘭泰通過(guò)采用上述冷水和單體混入技術(shù)，縮短了部分時(shí)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(guò)仔細(xì)查閱相關(guān)技術(shù)資料，認(rèn)為可通過(guò)更換單體泵來(lái)提升單體加入流量。2016年9月，利用年度大修機(jī)會(huì)對(duì)單體泵進(jìn)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(dá)到配方量，單體加入時(shí)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(jìn)行升溫，從而使聚合體系達(dá)到反應(yīng)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(guò)增大換熱面積來(lái)提升熱純水溫度，但由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及管道的限制，熱純水溫度有所增加但未達(dá)到理想值，同時(shí)帶來(lái)了新的問(wèn)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(wú)法處理。因此又將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至提升冷純水溫度來(lái)減輕換熱器的升溫壓力，同時(shí)有效利用換熱器產(chǎn)生的乏汽。

經(jīng)過(guò)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(duì)其進(jìn)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(shí)間及強(qiáng)制升溫時(shí)間由原來(lái)的20 min縮短至15 min，加料時(shí)間節(jié)省了約5 min。

2.3.4 小結(jié)

通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、工藝及設(shè)備改造，加料時(shí)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(wàn)t/a以上。

3 縮短聚合反應(yīng)時(shí)間的研究

3.1 聚合反應(yīng)時(shí)間影響因素

聚合反應(yīng)時(shí)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(guò)氧化物復(fù)合引發(fā)劑，使用效果良好，無(wú)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(jì)時(shí)夏季采用15 ℃水換熱，冬季采用循環(huán)水換熱，但15 ℃水機(jī)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(yīng)時(shí)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(yīng)能否控制平穩(wěn)，反應(yīng)控制的關(guān)鍵是聚合過(guò)程中能否有效移除反應(yīng)熱。

根據(jù)移熱公式，移熱量為導(dǎo)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(yīng)溫度和換熱介質(zhì)不變的情況下，提高聚合釜的導(dǎo)熱系數(shù)、降低循環(huán)水溫度成為移除反應(yīng)熱的關(guān)鍵。

3.2 化學(xué)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(zhǎng)時(shí)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(yīng)不能按預(yù)期進(jìn)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(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)對(duì)聚合釜換熱情況進(jìn)行評(píng)估，決定制定聚合釜夾套化學(xué)清洗計(jì)劃，并請(qǐng)業(yè)內(nèi)清洗專家到廠研究、制定方案，隨后逐臺(tái)進(jìn)行化學(xué)清洗。通過(guò)化學(xué)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(qiáng)換熱能力

3.3.1 循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水外接冷源

通過(guò)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(duì)循環(huán)水進(jìn)行換熱。通過(guò)對(duì)周邊企業(yè)進(jìn)行綜合評(píng)估，發(fā)現(xiàn)一家企業(yè)的地下水管道可以用來(lái)?yè)Q熱。通過(guò)改造循環(huán)水池補(bǔ)水管線，增加板式換熱器，使循環(huán)水與地下水進(jìn)行熱量交換，利用地下水溫度低(14～16 ℃)的特點(diǎn)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(guò)分析、計(jì)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(dá)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(yīng)時(shí)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(yǔ)

在PVC生產(chǎn)中，通過(guò)認(rèn)真評(píng)估系統(tǒng)，積極消除瓶頸，對(duì)自身工藝進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，在不增加大型設(shè)備的情況下，也可以達(dá)到提升裝置產(chǎn)能的目的。中鹽吉蘭泰通過(guò)對(duì)聚合輔助時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間的系統(tǒng)評(píng)估，進(jìn)行了有針對(duì)性的改造，從一定程度上解決了夏季產(chǎn)能受限、入料時(shí)間偏長(zhǎng)等瓶頸問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)新成果的鞏固和管理措施的完善，使40萬(wàn)t/a聚合裝置產(chǎn)能提升了2萬(wàn)t/a。

[參考文獻(xiàn)]

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