聚合釜技术经济分析_项目的技术经济分析

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近年来，随着世界PVC市场竞争的加剧，PVC市场发生了很大变化，亚洲的PVC市场已超过北美，成为世界PVC生产能力和消费量最大的地区，也是全球PVC生产最具发展潜力的地区。我国PVC工业经过40多年的发展，无论在亚洲还是世界都已成为PVC树脂的生产和消费大国。由于国民经济发展对PVC需求的快速增长及中国PVC生产企业在反倾销案中的胜诉，减弱了进口PVC对国内PVC生产企业的冲击，从而引发了生产PVC的投资热潮。2005年，我国PVC工业进入新一轮投资高峰期，届时，有生产能力约200万t/aPVC生产装置陆续投产。2004年和2005年我国拟建和在建的几套大型PVC生产装置的生产能力均为30万～40万t/a，达到了世界级规模，产品性能和生产成本具有较强的竞争优势，将在PVC产业中起主导作用。

PVC工业的快速发展带动了PVC生产工艺的技术进步。聚合釜是PVC生产中的关键设备，聚合工艺的技术进步推动了聚合釜的技术发展，聚合釜技术水平的提高又保证了先进工艺 得以实现。目前，具有代表性的聚合釜的结构特点见表1.1、聚合釜的发展特点

（1）聚合釜大型化

随着PVC生产规模的不断扩大，PVC生产企业普遍采用大型聚合釜。工业化生产中使用的间歇悬浮法聚合釜容积为60～90m³。美国最大的悬浮法聚合釜容积为189 m³，日本也开发了172 m³大型聚合釜，而德国开发的不锈钢衬里聚合釜最大容积为200 m³，是目前世界上工业化的最大容积聚合釜，该聚合釜经过长期工业化运行考察，装置运行稳定性好，单釜生产能力为10万t/a左右，采用大型聚合釜的优点是：提高了PVC树脂的质量和均一性，减少了装置建设的占地面积，降低了装置建设投资费用，装置生产管理费用及其维修费用。因此，在新建或扩建PVC装置的生产能力超过5万t/a时大多采用了70～200 m³聚合釜。

（2）聚合传热能力大，聚合釜生产强度高

生产强度通常是通过改进聚合釜夹套的结构、增加传热系数来提高的。近几年来，德国一公司开发了提高聚合釜传热系数的结构，其改进的冷却方式是将半管式的冷却外套安装在釜内壁，这种技术已成功地用于115 m³聚合釜，此结构传热系数比普通聚合釜的传热系数高2.6倍以上。此外，增加釜顶回流冷凝器的传热面积、在釜中挡板内通入冷却水进行冷却、用冷冻水代替聚合体系中的冷却水、增加移热温差等都是提高聚合釜传热能力的先进措施。国外一些PVC树脂生产企业通过采用先进工艺，使聚合釜生产强度达到了500t/（m³·a）。我国PVC生产企业通过消化吸收国外的先进技术，采用自行开发的PVC生产工艺使聚合釜的生产强度达到了400 t/（m³·a）以上。

（3）提高聚合釜的制造技术及防粘釜技术

近几年来，聚合釜的制造技术和防粘釜技术取得了新的进步，聚合釜内壁的抛光技术和高效防粘釜剂得到了应用。防粘釜技术的提高表现在两个方面：①设备。设备表面抛光质量的提高及内件简单化和圆滑化。②防粘釜剂。通过采用专用的喷涂设备，使用高效的防粘釜剂，实行聚合釜自动喷涂防粘釜液和自动水洗冲釜，可以使清釜周期达到600釜。防粘釜技术的提高减少了粘壁物造成的热阻及污染物，有利于提高传热能力及树脂质量。国内PVC生产企业在引进国外先进生产技术后，进行了消化、吸收、创新等国产化工作，通过十几年的技术攻关，在理论基础和生产实践方面取得了较大的成绩，创造出我国特有的、具有世界先进水平的PVC生产技术，具备了为新建PVC生产装置和现有PVC生产装置的扩产、技术改造提供技术和设备的能力，使PVC生产企业的生产能力迅速增大，极大地提高了我国PVC生产技术水平，缩短了与先进国家之间的差距。2004年10月中国石化齐鲁股份有限公司氯碱厂（简称齐鲁氯碱厂）引进美国西方化学公司的生产技术，新建1套40万t/aPVC生产装

置，该装置选用135m³聚合釜。现对135 m³聚合釜PVC生产技术的工艺特点和技术经济指标进行分析，并与目前国产70 m³聚合釜PVC生产技术进行比较，仅供参考。135 m³聚合釜PVC生产技术

齐鲁氯碱厂新建的PVC生产装置采用了美国西方化学公司悬浮法PVC生产工艺，生产能力为40万t/a，共用6台容积为135 m³的聚合釜（其中，3台由日本神冈制造，3台由锦西化工机械有限公司研制），该工艺 分为两条生产线，单条生产线的生产能力为20万t/a。聚合釜采用了上置式搅拌、三层平桨搅拌器，搅拌转速可调，（为60～120r/min）,搅拌电机功率为335kw，采用双端面机械密封、多段式螺旋半管夹套传热，釜顶设有1台回流冷凝器（换热面积为328㎡），釜内设有1块底伸式圆形套管冷却挡板；釜体上配备有冲洗喷嘴和喷涂喷嘴，具有喷淋冲洗和涂布防粘釜剂的功能。

2.1技术特点

（1）135 m³聚合釜的生产强度高，平均为500t/(m³·a)，最高可达600 t/(m³·a)，单釜生产能力达到7万t/a。

（2）聚合釜釜顶设回流冷凝器，半管夹套和内冷挡板采用了22℃冷却水进行散热，聚合反应热能快速移出，保证了聚合釜和移热能力和高强度的生产。

（3）采用多元复合引发体系，使反应更加平稳和高效，大大缩短了聚合时间，聚合时间控制在4.0～4.5h全部采用过氧化物类引发剂，而且使用无毒溶剂，保证了PVC树脂的无毒化要求。

（4）采用多元复合分散剂体系，特别是低醇度聚己烯醇助分散剂的应用，大大提高了PVC树脂的疏松性和VCM脱吸能力，树脂颗粒更规整，塑化时也大大缩短，提高了其加工性能。

（5）采用热进料和同步进料技术，节省了聚合升温时间，减少了低聚合度PVC分子形成的概率，减少了聚合辅助时间，单釜聚合周期控制在5.5h，提高了生产强度。

（6）高压回收、高低压分段压缩、集中冷凝未反应的VCM，工艺流程简单，设备少，不需气柜，VCM回收率高，尾气排放量少，降低了VCM的消耗，减轻了环境污染。

（7）全密闭生产形式，高效聚合涂布技术和高压水冲洗技术可保证连续聚合300釜不清釜，减少了VCM的损失，保证了生产强度。

（8）先进的DCS控制系统可实现聚合过程满釜、过热、循环水故障以及粗料的早期判断和预测。

（9）采用无堰穿流式筛板塔汽提技术，蒸汽耗量低，塔底浆料中残留VCM含量小于10mg/㎏。

（10）采用两段流化床干燥器，能耗低，操作方便。

2.2技术经济指标分析

135m³聚合釜的PVC生产装置采取以下5项措施后，达到了节能降耗的目的。

（1）采用全密闭的生产形式，可连续300釜不清釜，减少了VCM的损失。

（2）对VCM污染的废水进行汽提，回收VCM，减少了对环境的污染，降低了原料消耗。

（3）浆料汽提塔和废水汽提塔均在进出塔物料之间进行热交换，回收了热量，节约了蒸汽。

（4）离心母液余热用于加热冷去离子水，节约了蒸汽，并且将回收的离心母液用于聚合釜和塔器的冲洗，提高了水的重复利用率，减少了废水排放量，降低了去离子水的消耗。

（5）回收的蒸汽冷凝液用于过热蒸汽的降温和增湿。

装置的技术经济指标见表23、70m³聚合釜PVC生产技术

目前，聚合釜PVC生产技术是我国PVC生产企业在引进美国古德里奇技公司70m³聚合釜技术的基础上，经过多年的消化、吸收及生产经验积累，并不断进行技术创新，形成的具有自主知识产权的大型PVC生产装置成套的专有技术。自2001年起，采用该技术相继在江苏无锡、江苏常州、山东郯城、天津等地建成了PVC装置。实践证明，该技术 具有生产强度高，PVC树脂质量稳定，能耗、物耗低，技术先进等特点。

锦西化工机械（集团）有限公司制造的70m³聚合釜容积为70.2m³,采用了二层三叶后掠式搅拌器，搅拌电机功率为160kw，搅拌转速为98r/min，并采用了双端面平衡型机械密封，釜壁与内部件的抛光度达到了0.1，光洁度高，粘釜物少，还采用了多段式螺旋半管夹套与圆形套管式挡板传热，水流无短路、流速高，传热效果好，釜体上配备有电动喷淋阀与电动柱塞阀，喷淋阀有自动喷淋冲洗和涂布两种功能，操作灵活、可靠，喷淋效果好，柱塞阀操作分为手动、电动两种方式，可根据生产的需要进行调整。

3.1技术特点

（1）70m聚合釜的生产强度高，平均为360t/(m.a),最高可达420t/(m.a).章釜生产能力为5万吨/a。

（2）聚合釜的多段式螺旋半管夹套与无支撑圆形套管式挡板采用了不高于32℃的循环水散热。受环境温度影响，循环水在夏、冬两季温度变化较大，夏季循环水温度高达30℃，聚合釜散热能力较低。冬季循环水温度较低，聚合釜散热能力较好，生产强度高。

（3）采用先进的配方，助剂全部溶剂化，方便计量、加料，且助剂全部国产化，达到了提高PVC树脂产量和质量、降低成本的目的。

（4）采用密闭入料技术，具有釜使用效率高，工艺流程简单，实用加料准确，安全可靠，密闭无污染，检查方便，快捷。

（5）使用等温入料技术，减少了聚合辅助时间，避免了升温造成的粘釜，有利于提高生产效率和PVC质量。

（6）反应过程中，采用中途注水技术可补偿因聚合体系收缩而减少的传热面积，且能降低聚合体系的黏度、维持较高的生产强度，达到提高PVC树脂产率，降低消耗的目的。

（7）使用高效的防粘釜剂和自动喷涂冲洗设备，可达到连续生产1年不清釜，提高了装置的生产效率。

（8）高压回收未反应的VCM，工艺简单，设备少，不需气柜，VCM回收率高，尾气排放量少，降低了VCM的消耗，减轻了环境污染。

（9）采用筛板式汽提塔，配以最佳的工艺流程，具有不存在死角、不用自动冲洗设备，操作弹性大，脱吸效果好，能耗低，效率高，正压操作，投资少等优点。

（10）采用旋风干燥技术，旋风干燥器具有结构简单，能耗低，效率高，床内无死角，自动化控制水平高，投资少等优点。

（11）聚合釜生产全过程采用DCS控制，从清釜、涂釜、加料聚合到干燥、包装，实现了精确控制，提高了生产效率，使生产装置安全、稳定运行。

3.2技术经济指标分析

国产70m聚合釜的PVC生产装置采用以下4项措施后，达到了节能降耗的目的。

（1）采用全密闭的生产形式，对含有VCM的废水进行汽提，回收了VCM减少损失。

（2）浆料汽提塔采用螺旋板式换热器对进出塔物料进行热交换，回收了热量，节约了蒸汽。

（3）将回收空气加热器的蒸汽冷凝水直接送至热离子水水槽，再利用。

（4）回收利用离心母液，离心母液经两级沉降过滤后，一部分用作冲洗水，另一部分送至冷却水站作为循环补充水，减少了废水排放量，避免了环境污染。

装置的技术经济指标见表34、135m与70m聚合釜PVC生产技术对比

135m与70m聚合釜PVC生产技术对比情况见表

45、结语

通过分析可知，135m与70m聚合釜PVC生产技术在工艺路线的设计上有许多相同之处，由于聚合釜容积、结构形式以及散热方式的不同，导致生产强度和生产能力有较大区别。20多年来，我国先后从国外引进多套先进的PVC生产装置和技术，经过不断的创新发展，形成了具有国际先进水平的国产PVC生产技术，在2004年国内扩建和新建的PVC生产装置中，国产70m聚合釜的PVC生产技术占主导地位，该项技术适用于PVC生产能力在20万吨/a以下的生产装置，具有工艺优化，控制简便，灵活，生产稳定、安全、节能降耗，基本建设投资少等特点。对于PVC生产能力高于20万t/a的生产装置，135m聚合釜PVC生产技术更实用，具 有工艺先进，设备生产强度高，树脂质量好，物 耗能耗低，占地面积小等优点，因此，面对激烈的市场竞争，在扩建和新建PVC生产装置时，既要考虑经济规模，又要注重技术进步，只有通过优化工艺路线，提高PVC树脂质量，降低物耗、能耗、降低成本，才能在今后PVC市场中提高竞争力，争取主动。