年产20万吨PVC氯乙烯单体合成工序工艺设计Word文档格式.docx

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指导教师：

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摘要

Abstract

引言

第一章绪论

1.1聚氯乙烯工业的发展概况

1.1.1聚氯乙烯工业

乙烯早在1835年就为法国V.勒尼奥发现，用日光照射聚乙烯时生成一种白色固体，即聚氯乙烯。

1914年发现用有机过氧化物可加速聚乙烯的聚合，1931年德国法本公司采用乳液聚合法实现聚氯乙烯的工业化生产。

1933年W.L西蒙提出用高沸点深剂和磷酸三甲本酚酸与PVC加热混合，可加工成软聚氯乙烯制品，这才使PVC的实用化有真正的突破。

英国1.内门化学工业公司，美国联合碳化物公司及固特里奇化学公司几乎同时在1936年开发了聚乙烯的悬浮聚合及PVC的加工应用。

为了简化生产工艺，降低消耗，1956年法国圣戈邦公司开发了本体联合法。

PVC是由液体的聚乙烯单体（VCM）经悬浮、乳液、本体或溶液法工艺聚合而成，其中悬浮工艺在世界PVC生产装置中在约占90%的比例。

PVC树脂生产技术已经十分成熟，近年来主要是针对已经基本定型的工艺技术进行一些改进，90年代中期以来有关PVC树脂工艺技术的专利集中在改进防结焦深层，改进引发剂体系，改进乳化剂以及减少残留单体含量等方面。

经过30多年的发展，我国已建成包括先进的悬浮法，本体法和生产糊树脂的乳液法，微悬浮法等在内的工艺齐全的PVC树脂生产装置。

但是整个行业的技术水平还比较低。

目前国外乙烯氧氯化法路线生产的PVC树脂占90%以上的比例，发达国家基本淘汰了电石乙炔法路线，我国采用乙烯路线的PVC树脂的占PVC树脂总能力的⅓。

未来几年，随着我国市场进一步成熟和完善，我国聚氯乙烯行业要采取各种方法，提高行业整体竞争能力，促进我国氯碱工业健康快进地发展。

1.1.2国外聚氯乙烯工业的发展

PVC树脂的主要原料为VCM。

对PVC树脂的质量及成本影响极大，国外VCM生产绝大部分已用乙烯路线和乙烷路线取代了老式的电石已炔法路线。

近几年来在简化生产工艺减少设备投资的新工艺，新技术等方面有了新的进展。

以乙烯为基础的VCM生产工艺孟山都公司和凯洛格公司合作开展了Partec工艺解决了平衡氧氯化乙烯生产二氯乙烷。

在二氯乙烷裂解生产氯乙烯过程中副产品氯化氢化生成氯，再返回到直接氯化工段使用，去掉了氧氯化单元，节约大量的工艺操作和维护费用。

VinTel公司贫氧氯化生产VCM工艺，该工艺采用乙烯为原料，用现代Vinnolit氧氯化工艺生产VCM具有生产操作易控制生产安全、费用低、利于环保等优点。

以乙烷为基础的VCM生产工艺，欧洲、俄罗斯、美国等天然气资源丰富的国家和地区对乙烷直接氧氯化制VCM的研发工作十分活跃。

如EVC公司开发的乙烷直接氧氯化法生产VCM技术使VCM生产成本大降低，该工艺的关键是研制开发了一种在较低温度下仍具有较高活性的催化剂，使反应温度降低，设备的腐蚀及副产物的生产少，且副产物氯化烃可转化成VCM，提高了乙烷的转化率，另外，该工艺是将乙烷和氯气一步转化为VCM使用1个反应器。

孟山都公司采用气相流化床氧氯化工艺，以氯化铜和磷酸钾的催化剂，单程转化率可达97%外。

VCM的聚合工艺国外PVC生产厂家普遍采用大釜技术和高效的防粘釜工艺，实现密闭加出料，除此之外，还对VCM悬浮工艺进行改进，实施“倒加料”（即无离子水→全部VCM→无离子水）“热水加料”等工艺；

改变搅拌工艺；

变温聚合等手段提高产能及树脂质量。

1.1.3聚氯乙烯的性质与性能

聚氯乙烯（polyvinylchloride，简称PVC）是由氯乙烯单体（vinylchlo-ridemonomer,简称VCM）聚合而成的高分子化合物，它的结构式是：

国内工业生产的通用聚氯乙烯树脂平均聚合度通常控制在650～1785。

PVC属无定型聚合特，含结晶度5%-10%的微晶体（熔点175℃）PVC的分子量，结果度软化点等物理性能随聚合反应条件而变。

（1）物理性质：

外观：

白色粉末

分子量：

40600～111600

密度：

1.35～1.45g/ml

表观密度：

0.40～0.65g/ml

比热容（0～100）：

1.045～1.463j/cg.℃

热导率：

0.1626w/（m.k）

折射率：

n20o=1.544

颗粒直径：

紧密（×

J）型30～100μm

疏松（SG）型60～150μm

糊树脂1.2～2μm

软化点：

75～85℃

热分解点：

7100℃开始降解出氯化氢

溶解性：

不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。

深于酮类、酯类和氯烃类溶剂。

毒性：

无毒、无臭。

（2）化学性质

①热性能和热稳定剂

没有明显熔点，在80～83℃开始软化，加热高于180℃时，开始流动。

约在200℃以上时完全分解。

130℃以下时变成皮革状，长期加热后分解脱出氯化氢而变色。

PVC树脂只能在火焰上燃烧且产生绿色火焰，并分解放出HCI，离开火焰后即产即熄灭。

鉴于热稳定剂对聚氯乙烯的至关重要性，下面介绍一些常用的热稳定剂及期原理。

1）三盐基性（碱式）硫酸铅及硬脂酸铅等弱酸的金属盐，能吸收聚氧乙烯降解时释放出的氯化氢而反应生成金属氯化物。

2）硬脂酸锌和镉等金属皂，月桂酸二丁基锡等有机锡以及含硫辛基锡等硫醇锡化合物，不但能吸收氯化氢，还能于聚氯乙烯大分子上的薄弱环节中的氯原子作用，以稳定剂中的稳定基因取代上述氯原子，从而起到稳定作用。

3）硬脂钙和钡等金属皂以及月桂酸钡等，不但能直接吸收氧化氢，还能吸收其他稳定剂与氯化氢生成的金属氯化物。

4）太强醇锡类稳定剂

5）亚磷酸，三苯酯等合剂。

6）有机锡类还能捕集因降解而产生的自由基，减缓降解过程。

（2）光稳定性

纯PVC在曝光或紫外线单色光照射下，发生老化，使色泽变暗。

聚氯乙烯的光老化与热老化极为相似，但是光老化也有其特殊性，它主要是在材料表面上进行的自由基氧化过程。

（3）电性能

耐电击穿，可用于1万V低压电缆。

（4）化学稳定性

聚氯乙烯塑化加工制品的化学稳定性较高，常温下能耐任何浓度的盐酸，能耐90%的硫酸，能耐50%～60%的硝酸。

能耐25%以下的烧碱，对盐类也相当稳定。

1.2中国的聚氯乙烯工业

1954年沈阳化工研究院开始聚氯乙烯研究，1958年锦西化工石建成了第一套年产3000吨规模的生产装置，紧接着北京、天津、上海等相继又建成4套年产6000吨的装置。

60年代各省市又陆续新建了一批，聚氯乙烯工业得到了较快的发展，至1987年聚氯乙烯生产能力已达到64.54万吨。

聚氯乙烯生产发展大体来说可以分为两个阶段：

1980年以前侧重于产量的增长，80年代则在考虑产量增长的同时，重视质量的提高和品种的增加，并普遍开始重视产品的应用及开发，在增加产量的同时，注意提高产品的质量和增加新的品种，使聚氯乙烯工业发展进入一个新的阶段。

1987年聚氯乙烯产量达到57.8万吨，居全国合成树脂的首原料氯乙烯单体主要采用电石乙炔法制得。

70年代中期，随着我国石油化工的迅速发展，国内开始建设乙烯氧氯化制氯乙烯生产装置，1976年10月，北京化工二厂引进的年产8万吨由乙烯氧氯化生产氯乙烯生产装置建成投产。

1979年又引进了两套年产20万吨氯乙烯及聚氯乙烯生产装置，分别建在山东齐鲁石化公司及上海氯碱总石，聚氯乙烯生产能力即将达到100万吨。

乙烯氧氯化法及电石乙炔法制氯乙烯单体的比例将接近，电石法占的比例仍略高于乙烯法。

聚氯乙烯是我国产量最大的塑料品种之一。

生产石遍及全国，生产规模最小的是年产300万吨，年产万吨以下的中小型企业占多数，一般氯乙烯单体和聚氯乙烯树脂在同一个工产生产，单体主要靠电石，1987年产量中电石法占90%，乙烯为原料的仅占10%，到1990年，乙烯为原料的可达50%，产品主要是悬浮法树脂，占1987年总产量的97%。

糊用树脂只占3%，近几年各石引进和国内开发的装置将陆续投产，预计从1988年开始比例将开始发生变化，到1990年糊用聚氯乙烯预计将占10%。

1.3聚氯乙烯的分类

PVC可以用于各种成型加工方法制造从柔性软质制品到刚性硬质制品，从热塑性弹性体到工程结构材料，从通用塑料到弹性性、纤维、涂料、粘接密封性、特种功能材料。

PVC及其改性树脂，专用料的品种大约有2000种以上，PVC塑料制品种类繁多，可有如下分类：

（1）柔软性可分为硬质（未增塑）和软质（增塑）两大类。

（2）按应用角度分有板材（透明或不透明），管材（软质、硬管、护管、发泡管、管），异型材（门窗、扶手、踢脚板、挂镜线、窗帘合，各种嵌条压条等建筑异型材；

雨坡、落水管、建筑和道路的接合件、堤坝隧道；

家具构件；

电子器材的集成电路套、接线柱套、汽车构件）粘接密封材料、皮革、薄膜片、鞋料、发泡制品等。

（3）按成型方法分；

有单螺杆或双螺杆挤出制品如硬质管材、片材、薄膜、异型材和中空吹塑制品，软片、塑材、电线电缆和各种密封件；

硬质PVC管件、鞋底、电力绝缘接头和屏敞、汽车内外装饰件、注中空溶器；

烧结成型蓄电池隔板；

防砂石击涂料等。

1.4聚氯乙烯工业在国民中经济中的重要意义

PVC工业的发展，可以带动和促进国民经济许多行业的技术进步于发展，可以改善人民衣食住行的条件，提高人民生活水平。

因此PVC工业在国民经济占有一定地位，发展好PVC工业有着十分重大的意义。

1.5厂址的选择

建设一个工厂，特别是化工厂，厂址的选择极其重要，厂址选择得当，就会促进工厂的不断发展。

厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性技术性很强的工作。

厂址选择对工珄的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都对经济有重大影响，厂址选择工作是可行性研究的一部分应全面考虑，慎重决策。

根据我国国情，选厂址是在长远规划的指导下选择符合建厂要求的厂址，选择厂址的基本要求有：

（1）工厂厂址的选择首先要符合当地的城镇规划和功能分区要求。

城镇规划按照功能一般分为居民生活区，工业区和郊区。

化工厂要尽是选在工业区的化工区内，以便符合城镇建设的发展规划。

（2）工厂厂址要尽是靠近主要原料的产地和产品的销售区域，否则至少要满足一个条件，即或是靠近原料地，或是靠近产品的销售区域。

（3）厂址周围要有良好的交通运输条件，并且要有发展的余地，以免日后影响或限制工厂的发展。

（4）一般的化工厂是高能耗业。

用电量和用汽量大的工厂应建在电力和燃料煤供应充足的地区，或者尽是建在热电站附近。

（5）工厂厂址应靠近水源充足，水质良好的地区，满足大量用水和生产工艺要求。

（6）化工厂址要选在城镇常年主导风向的下风向和河流下游，同时要远离居民住宅，避免工厂排放烟尘和污水影响城镇居民的生活。

（7）厂址地形要适合工厂总平面布置，并有发展余地，厂址自然地形坡度要与建筑物，构筑物的相对布置，运输联系和地面排水等要求的坡度相近。

一般适宜的自然地形坡度为：

大型工厂小于4%；

中型工厂小于6%；

小型工厂小于10%。

（8）选择厂址要注意用地，不占或少良田，厂区的面积形状等要满足生产工艺合理布局的要求。

有大量废渣产生的企业要有堆放废渣的地或溠池。

（9）厂址要是选在其它工厂附近时，在符合有关安全，防火以及其它特殊要滶下，要尽量靠近布置，但要留有各自发展的余地。

（10）为使厂址不受洪水淹没，厂址要离开低于洪水水位的地段。

或经采取措施后可确保不受水淹的地段。

（11）厂址的地质条件要符合建筑要求，一般其他耐力要求在0.15Mpa以上，否则一般不宜建厂，以节省投资。

（12）厂址应避开九度以上的地震区、滑坡区、活断层、泥石流、岩溶和泥沼等不良地段。

（13）厂址也要避开大型水库、油库、桥梁、铁路枢纽、电台军事基地以及风景和文物古迹区等。

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