顺丁橡胶生产车间工艺设计开题报告Word格式文档下载.docx

顺丁橡胶生产车间工艺设计开题报告Word格式文档下载.docx

《顺丁橡胶生产车间工艺设计开题报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《顺丁橡胶生产车间工艺设计开题报告Word格式文档下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

104；

中高分子量的顺丁橡胶分子量为（25～40）×

104。

分子量分布较窄。

玻璃化温度Tg＝-110℃。

具有弹性高、低温性能好、耐磨性优异、耐曲挠性良好等特点。

顺丁橡胶的缺点是拉伸强度、撕裂强度较低，抗湿滑性差，冷流性大，加工性能稍差。

溶解度参数δ＝8.3～8.6。

溶于环己烷、正庚烷、正己烷、苯、甲苯等。

拉伸强度约13～14MPa，扯断伸长率约为450%。

与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后其耐寒性（玻璃化温度为-110℃）、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性尚好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。

顺丁橡胶特别适用于制造汽车轮胎和耐寒制品，还可制造缓冲材料及各种胶鞋、胶布、胶带和海绵胶等。

顺丁橡胶加工性能较差，生胶有一定冷流倾向。

近年出现的充油顺丁橡胶可使上述缺点得到一定程度的改善，但其抗撕裂强度偏低，抗湿滑性不好，粘着性也不如天然橡胶和丁苯橡胶，尚有待研究改进[1]。

2.1.2我国顺丁橡胶的工业发展情况

自1960年美国PhillipsPetroleum公司采用钛系催化剂和溶液聚合法率先实现顺丁橡胶的工业化生产以来，随着石油化工行业的发展，在轮胎制造也推动下，BR生产迅速发展，到1964年，其生产能力越居七大合成橡胶的第2位，仅次于丁苯橡胶（SBR）。

目前，全世界30多个国家和地区约50套工业生产装置进行商品化生产[2]。

我国顺丁橡胶的研究开发始于20世纪60年代，1971年北京燕山石油化工公司合成橡胶厂建成投产了我国第一套镍系顺丁橡胶生产装置，生产能力为1.5万吨/年，生产过程中采用抽余油为溶剂，环烷酸镍、二氟化硼乙醚络合物和三异丁基铝为催化剂[3]。

此后，锦州石油化工公司、齐鲁石油化工公司以及湖南岳阳巴陵石油化工公司等单位也先后采用国内生产技术建成顺丁橡胶生产装置。

1998年，锦州石油化工公司与中科院长春应用化学研究所合作，在锦州石油化工公司万吨级镍系顺丁烯橡胶生产装置上采用绝热聚合方式实现了钦系稀土顺丁橡胶的工业化生产，目前生产能力己经达到1.5万吨/年，可提供三种不同门尼粘度的稀土顺丁橡胶产品，使我国顺丁橡胶的生产水平又上了一个新台阶。

2000年茂名石化公司从Fina公司引进的低顺式顺丁橡胶生产装置顺利生产出合格产品，同年齐鲁石油化工公司合成橡胶厂研究开发出抓化顺丁橡胶产品。

2003年北京燕山石油化工公司研究院开发出低顺式顺丁橡胶生产技术，并在燕化公司合成橡胶厂SBS生产装置上顺利进行了全流程的试生产。

目前我国顺丁橡胶的生产厂家有9家，总生产能力为40.0万吨/年，约占世界顺丁橡胶总生产能力的13.3%，是仅次于美国的世界上第2大顺丁橡胶生产国1261。

其中中石化集团公司的生产装置有5套，总生产能力为28.0万吨/年，约占全国总生产能力的70%;

中石油集团公司的生产厂家有3家，总生产能力为12.0万吨/年，约占全国总生产能力的30%。

主要的生产厂家有中国北京燕山石油化工公司（生产能力为12.0万吨/年）、中石化上海高桥石油化工公司（生产能力为8.0万吨/年）、中石化齐鲁石油化工公司（生产能力为4.0万吨/年）、中石化巴陵石油化工公司（生产能力为3.0万吨/年）、中石油锦州石油化工公司（生产能力为5.0万吨/年）、中石油新强独山子石油化工公司〔生产能力为2.0万吨/年〕、中石油大庆石油化工总厂（生产能力为5.0万吨/年）以及中石化茂名石油化工公司（生产能力为1.0万吨/年）等，其中北京燕山石油化工公司的12.0万吨/年生产装置是目前世界上单套生产规模最大的镍系顺丁橡胶生产装置，生产能力约占国内总生产能力的30%。

除茂名石油化工的低顺式顺丁橡胶装置采用了引进的比利时Fina公司的技术外，其余7套均采用国内生产工艺。

近年来，我国顺丁橡胶的生产发展很快，产量不断增加[4]。

1990年我国顺丁橡胶的产量只有11.9万吨，1995年增加到22.6万吨，2000年产量突破30.0万吨，达到31.34万吨，1990～1995年产量的年均增长率高达13.67%,1995～2000年产量的年均增长率为6.76%，2001年我国顺丁橡胶的产量达到33.41万吨，比2000年增长6.60%，2002年产量进一步增加到34.12万吨，比2001增长2.130%2003年我国顺丁橡胶的产最达到39.06万吨，比2002年增长14.5%。

其中北京燕山石油化工公司合成橡胶厂2003年的产量达到12.22万吨，约占全国顺丁橡胶总产量的31.28%，位居全国之首;

其次是上海高桥石油化工公司，2003年产量达到9.27万吨，约占全国顺丁橡胶总产量的27.73%e，2003年我国顺丁橡胶的生产厂家有7家，总生产能力约为39.0万吨，产量为39.06万吨，比2002年的34.1195万吨增长14.5%，装置开工率为100.1%。

2.1.3顺丁橡胶的消费分析

随着我国橡胶制品工业的快速发展，对顺丁橡胶的需求量也也迅速增加[5]。

1990年我国顺丁橡胶的表观消费量只有12.19万吨，1995年增加到23.38万吨，2000年达到32.91万吨，1990～1995年表观消费量的年均增长率为13.91％,1995～2000年表观消费量的年均增长率为7.08％。

2001年我国顺丁橡胶的表观消费量为32.15万吨，2002年达到37.71万吨，比2001年增长17.29％。

近年来我国顺丁橡胶的表观消费量情况见表1所示。

表1近年来我国顺丁橡胶的表观消费量情况

年份

表观消费量/万吨

自给率/%

1990

12.19

97.7

1991

13.14

97.6

1992

15.92

91.6

1993

16.49

95.8

1994

18.54

92.9

1995

23.38

96.7

1996

28.27

93.4

1997

29.07

95.7

1998

23.03

96.8

1999

33.27

87.9

2000

32.91

95.2

2001

32.15

104.0

续表

2002

37.71

90.5

我国是顺丁橡胶生产大国，也是最早从事顺丁橡胶技术开发，并使用自己技术发展顺丁橡胶的国家之一，目前的生产能力位居世界第二，仅次于美国，但是目前我国顺丁橡胶的生产也存在一些问题，主要表现在生产能力大于需求，新品种牌号较少，主要是通用镍系顺丁橡胶产品，蒸汽与溶剂的消耗略高于国外，产品出口量小，在轮胎、胶带胶管等传统应用领域中的消费增长量增长缓慢等[6]。

为了继续发展我国顺丁橡胶生产，迎接今后更加激烈市场竞争的挑战，今后应该：

（1）不断提高现有镍系顺丁橡胶的生产技术水平，用好现有装置，提高产品市场竞争力。

（2）开发顺丁橡胶新品种和新牌号，扩大市场份额，满足市场需求。

加快新有新产品研究开发成果的工业化，以调整现有顺丁橡胶的产品结构。

（3）积极扩大出口。

（4）加大顺丁橡胶加工应用的开发力度，不断开辟顺丁橡胶在非轮胎制品中的应用。

（5）加强国内外各生产厂家之间的技术交流和信息流通，合理配置原料和市场，促进产品结构合理化，利用各企业的优势，对不适应市场要求的现行国家标准进行修改，以满足用户对产品质量的要求，共同促进我国顺丁橡胶行业的发展。

（6）大力开发锂系、钕系顺丁橡胶催化剂的研究和开发，重点研究采用改性技术合成高性能顺丁橡胶以满足高性能轮胎的要求，研究气象或液相聚合顺丁橡胶的生产技术。

（7）加强销售队伍建设，给下游企业提供及时完善的技术服务，以扩大国产顺丁橡胶的市场占有率。

2.1.4顺丁橡胶的供求信息

近年来，我国顺丁橡胶每年都有一定的进口，且进口量呈不断增长的趋势[7]。

1996年我国顺丁橡胶的进口量为2.28万吨，2001年进口量达到5.72万吨，1996～2001年进口量的年增长率为20.20%，2002年进口量增长到6.87万吨，比2001年增长20.10%。

在进口的同时，我国顺丁橡胶产品也有一定量的出口，1997年出口量为1.04万吨，2001年达到6.98万吨，创历史最高记录，出口量约占国内生产总练得20.89%。

2002年出口量为3.28万吨。

近年来我国顺丁橡胶的进出口情况见表2所示。

表2几年来我国顺丁橡胶的进出口情况

进口量/万吨

出口量/万吨

0.28

—

0.31

0.33

1.10

0.40

1.61

0.29

1.54

0.76

2.16

2.28

1.04

2.25

1.52

4.93

2.12

5.24

3.67

5.72

6.98

6.87

3.28

备注：

数据来源于海关资料，包括各胶种的板材以及带材产品

2.1.5国内外顺丁橡胶的主要用途

顺丁橡胶的用途主要用于制造轮胎，还可用于制造耐磨制品（如胶鞋、胶辊）、耐寒制品和防震制品，可作为塑料的改性剂[8]。

顺丁橡胶可与多种橡胶并用。

制造乘用汽车轮时，可与丁苯橡胶并用，并用量为35%～50%制造载重汽车轮胎胎面时，常与天然橡胶并用，并用量为25%～50%。

用于重型越野汽车轮胎胎面时，天然橡胶75份，顺丁橡胶25份较好。

用于胶布时，一般与丁苯橡胶并用，并用量为15%～30%。

用于制造轮胎胎侧时可与氯丁橡胶并用，以提高耐低温性能。

顺丁橡胶也可与氯磺化聚乙烯并用。

2.1.6我国顺丁橡胶的发展趋势

目前，顺丁橡胶新技术开发的关键是采用新型钕系等催化剂淘汰传统的钛系催化剂[9-10]。

在不久的将来，茂金属催化剂将会用于进行二烯烃聚合。

钕系催化剂作为一种新型高效催化剂将是未来重点研究方向[11-12]。

中国石油与长春应化所合作开发的钕系稀土顺丁橡胶技术现已具备开发成套工艺的能力，并申请了相关专利。

随着稀土顺丁橡胶市场的不断开拓和成本的进一步降低，产品将会进一步满足轮胎高性能化的需求。

稀土顺丁橡胶将是一个以较高价位进入市场的切人点。

目前国内在稀土聚丁二烯市场开发方面需要解决价格、性能、质量和供应问题，并且完善技术，尽早实现工业化[13]。

企业应不断改进现有技术，开发一项技术申请一个专利，使产品开发实现系列化，防止竞争对手绕过专利屏障。

从国外专利分析结果来看．国外许多轮胎橡胶公司在有关顺丁橡胶催化剂专利中均涉及到铁系催化剂，国内也有5项相关专利[14-15]。

开发铁系催化剂主要是为了达到提高活性、调节相对分子质量、减少催化剂及其聚合体系毒性，同时也能降低催化剂成本，这是一个重要的信息。

国内合成橡胶企业应重视铁系催化剂的研究与开发，尽早实现产业化。

2.2先进性及经济性分析

国内聚合采用的是溶液聚合，以抽余油为溶剂，抽余油价廉、毒性低、原料易得、馏程宽、物系粘度低,易于输送，这是溶液聚合的优点;

但从胶液中脱除溶剂及其回收精制需耗费大量的能量，这是溶液聚合一大缺陷。

现国外许多公司采用的聚合溶剂是单一组分或混合组分，如果甲苯为溶剂，用庚烷30%、甲苯70%为溶剂。

现德国VEBChemWerkeBun公司采用以甲苯为溶剂,添加辛酸锌、环辛二烯、2-乙基己酸等,可将转化率提高到95%～99.15%[16]。

在聚合生产结束后加入醇类终止剂破坏活性中心使聚合反应结束,但同时也带来许多弊病,给回收单元分离带来困难,部分乙醇被带入回收溶剂又影响了聚合反应。

所以1993年北京燕山石油化工公司合成橡胶厂进行了镍系顺丁橡胶生产不加终止剂的研究。

结果表明:

由于杂质及大量“惰性”链的存在,聚合可自行终止。

1994年北京燕山采用了不加终止剂的自行终止技术,效果很好。

我厂生产后也采取了此办法,但在NiBR生产过程中发现成品胶的门尼粘度高于聚合釜胶,门尼粘度自动升值。

有人认为这是由于聚合终止不完全所致,但也有认为是由于:

（1）成品胶干燥过程中,部分聚丁二烯分子链在氧的作用下交联,门尼粘度增加;

（2）测量聚合门尼粘度时必须经辊压干燥,此过程可造成大分子和支化分子降解,门尼下降。

成品胶则无须辊压可直接测试。

2.3设计所需要的技术环境及相应的新技术

本装置采用镍系催化剂体系，镍系催化剂是一个四组份催剂

A组份：

有机酸镍，我国采用的是环烷酸镍，是主催化剂，是催化剂活性中心，在催化聚合反应时起定向作用。

B组份：

烷基铝，我国采用三异丁基铝。

Al（C4H9）3用作镍的还原以降低镍的价态，并使镍烷基化口

C组份：

含氟的无机化合物，我国采用三氟化硼乙醚络合物。

BF3（C2H5）2用作提供与活性中心形成配位体的氟。

D组份：

加强了配位体的电负性作用，促使活性中心更好地形成。

其生产原理采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，制得粘稠胶液，再通过水蒸汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品—顺丁橡胶。

3课题进度安排

第7—10周收集资料，熟悉设计规范，翻译外文资料；

第11—12周根据收集的资料，拟订设计的提纲；

第13—18周（假期四周）根据提纲进行物料衡算，能量衡算，设备工艺设计计算，绘制物料平衡图和工艺流程图，编制1.10×

107千克/年顺丁橡胶生产车间工艺设计（初步）说明书；

第1—2周装订，排版，打印，准备答辩。

参考文献

[1]王贵恒．高分子材料成型加工原理[M]．北京：

化学工业出版社，1982．

[2]伯文．顺丁橡胶技术开发现状与方向[J]．中国橡胶，2010，26（17）：

11-13．

[3]李美霞．我国轮胎工业生产技术现状及市场预测[J]．中国轮胎翻新修理与利用，2001，13（8）：

（2-6）．

[4]吴鑫干，帅正权．合成橡胶工业[J]．1981，4

（2）：

82．

[5]PatriekE.HalogenationofbutadienePolymerinmixedsolvents[P],US,US4381374,1983.

[6]刘军，王志勇，张洪林等．填充油对顺丁橡胶性能影响的研究[J]．弹性体，2002，12（3）：

78-82．

[7]许春华．我国橡胶工业材料进展[J]．橡胶助剂，2001，5

（2）：

32-34．

[8]姜连升．顺丁橡胶的高性能化[J]．合成橡胶工业，1997，20（4）：

253-256．

[9]JoaquinRoyo,LuisIbarra.MiguelBarbeorAdditionofehlorineandnitrogendioxidetolinearPolybutadienesreaetionmechanism[J].DieMakromolekulareChemie,1973,168:

41-49.

[10]王海瑛．浅谈国外稀土顺丁橡胶生产状况及生产技术进展[J]．齐鲁石油化工，1997，25（4）：

282-285．

[11]BayersJ.T-j.RubherWorld.1988,N9.P.39-47.

[12]BevingtonJC,RattiL.Chlorinationof1,4-polybutadiene.Polymer,1975,16

（2）,66-67.

[13]刘亚东，张新惠等．橡胶标准化与技术[J]，1986，20

（2）：

53-54．

[14]李迎，高明献，张允武等．聚合温度对镍系合成顺丁橡胶的影响［J］．齐鲁石油化工，1992，20

（2）：

45-46．

[15]HelautE.RubberWorld,1988,198

（2）:

20-22.

[16]龙彬．丁二烯装置的安全生产[J]．石油化工安全环保技术，2007，23（5）：

25-28．