20万吨年PVC车间乙炔清净工段设备平立面布置设计.docx

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20万吨年PVC车间乙炔清净工段设备平立面布置设计

20万吨年PVC车间乙炔清净工段设备平立面布置设计

前言

本文主要介绍当前聚氯乙烯项目工程设计干燥方面的技术特点，及在进行干燥单元设计中应考虑和注意的一些工艺计算。

聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂。

它具有良好的机械加工性能、抗化学药品性能、耐腐蚀性和阻燃性。

作为PVC树脂生产过程中最主要方法的悬浮法，其干燥过程的重要性显而易见。

干燥过程影响PVC树脂的挥发物、杂质粒子、树脂白度及VCM残余量等主要性能指标。

目前工业化的PVC干燥技术大致可以分为三种，旋风干燥法，旋流干燥法、及沸腾床干燥法。

一、设计背景

（一）世界聚氯乙烯工艺技术进展

1、VCM生产技术进展

VCM是生产PVC树脂的主要原料，对PVC树脂质量及成本影响极大。

国外VCM生产工艺绝大部分已用乙烯路线取代了老式的电石乙炔法路线，近十年来在简化生产工艺、减少设备投资的新工艺、新技术等方面发展。

以乙烯为基础的VCM生产工艺采用直接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经氧化生成氯，再返回到直接氯化段使用，去掉了氧氯化单元，节约了大量的工艺操作和维护费用。

2、PVC生产技术进展

PVC行业经过60多年的发展，虽然受环境生态保护、石油危机的影响以及其他塑料品种的激烈竞争，但由于PVC生产新技术不断推出，品种不断更新，其市场需求仍持续增长。

国外PVC生产厂家普遍采用大金技术和高效的防粘釜工艺，实现密闭加料，除此之外，还对VCM悬浮工艺进行改进，实施“倒加料”“热水加料”工艺、改变搅拌工艺、变温聚合等手段提高产能及树脂质量。

（二）国内聚氯乙烯工业技术进展

目前我国PVC工业处于成长期向成熟期过渡的阶段，其主要特点是产业的增长速度超常规发展，技术趋于成熟，产品差异化程度低，行业进入门槛低，一些电力、制盐、煤炭、塑料加工等行业的企业大量介入，导致竞争的进-步加剧。

我国石油资源紧缺，而煤炭、石灰石的资源极为丰富，决定了电石法路线在-定时期内长期存在，国内PVC工业技术的发展方向表现在如下几个方面：

（1）设备大型化。

电石炉向大型全密闭炉（5.5万吨/年台）采用炉气回收技术和废热锅炉副产蒸汽方向发展，推广使用中空电极。

（2）乙炔发生器。

作为乙炔生产的主要设备，近几年开发的乙炔发生器逐步取代以前旧的发生器，产气能力提高到4万吨/年台。

（3）转化器。

目前国内VCM转化器仍然以φ2400为主，列管数为610--895根，虽然现在有企业开始开发使用φ3200转化器，但仅是简单的放大。

（4）水洗三合一塔。

三合一塔采用了专用的填料塔和板式塔设计、组合、制造技术，选择多种塔型组合于-塔之中（即包括一、二级泡沫水洗塔、填料水洗塔），配置合适的酸循环泵、冷却器等辅助设备，具有以下特点：

①流程简化、设备少、占地面积小。

②压降低、弹性大。

③粗氯乙烯中过量的氯化氢吸收完全等优点，体现了废酸回收与水洗的统一。

（5）气体输送设备乙炔输送的水环压缩机送气能力在2400m/h以上，已取代原来的SZ-3.SZ-4、YLJ-1250/3.5等设备。

单体压缩机逐渐由活塞式压缩机向螺杆机过渡，单台送气能力由1200m3/h增至3600m/h.

目前产量和质量均达到了设计要求，并实现了安全文明生产。

在PVC树脂干燥工艺中，针对流化床排空管道通过旋风分离器将空气中夹带的树脂分离出来，直接送入干燥流化床物料出口；湿空气经过排风机排出。

干燥后的PVC粉料通过干燥器旋转阀均匀分布到4个振动筛中，从振动筛出来的PVC通过中间料斗送入粉体输送系统，在粉体输送过程中由于发生倒气，造成筛面粉尘较大，影响现场作业环境和员工身体健康。

后期经过工艺、设备人员对除尘工艺多次改造，除尘效果有了显著的提高。

二、设计内容

（一）PVC工艺流程

1、氯化氢的工艺流程叙述

氢气经过大阻火器，再经炉前小阻火器进入合成炉灯头，两者均由阀门控制，进入合成炉底部的灯头进行燃烧生成氯化氢气体，炉体内的合成气经过夹套水冷却后，再经炉外冷却水冷却至220度以下，再进入石墨冷却器冷却至45度以下，当氯气纯度合格后送入氯乙烯工段。

2、乙炔的工艺流程叙述

桶装或袋装电石经过破碎机破碎后，由皮带机送到电石大贮斗内，再从电石大贮斗放入加料斗，经计量后借电石吊斗、电动葫芦、电磁振动器连续加入乙炔发生器。

电石水解产生的粗乙炔气由乙炔发生器顶部逸出，经喷淋预冷器、正水封进入冷却塔和乙炔气柜。

来自发生器经冷却后的乙炔气，进入乙炔压缩机加压，然后经清净塔除去粗乙炔气中的PH3、H2S等杂质，再经中和塔、冷凝器等除去酸和水分。

精制后的精乙炔气送往氯乙烯合成转化工序。

3、氯乙烯的工艺流程叙述

来自乙炔工段的乙炔气经乙炔砂封与来自绿化氢工段的氯化氢气体以1：

1.05~1.1配比进入混合器，混合后的气体经两组石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，开温后的混合气体进入装有绿化汞触媒的一组转化器进行第一次转化。

经过初步转化的混合气体再进入二组转化器，反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后进入制酸塔，回收气体中的氯化氢进入水洗塔，然后进入碱洗塔，然后经除沫器，--部分进入气柜一部分进入压缩机，压缩后的气体进入全凝器，没有冷却的气体进入尾气回收系统达标后排放。

全凝器和尾气冷凝器冷凝下来的氯乙烯液体进入粗单体贮槽，除水后氯乙烯液体进入低沸塔，塔釜再沸器用热水加热塔顶，用0度水降温冷却除去低沸物的粗氯乙烯液体进入高沸塔，塔釜再沸器用热水加热塔顶，用0度水冷却气态氯乙烯进入成品冷凝器，用0度水冷凝成液体氯乙烯，成品氯乙烯进入单体贮槽贮存再送聚合工段。

4、聚合工艺流程叙述及助剂

配料用的水由纯水车间送来加入高纯水贮槽，由高纯水泵送到单体计量槽，准确计量氯乙烯单体，由氯乙烯工段送到单体计量槽，称量好的各种助剂加入釜中进行一段时间冷搅，结束后启动热水泵,把热水送入釜夹套和内冷管中，当釜温升到反应温度停热水泵，用循环水将反应热移出，聚合反应持续进行，当反应压力下降到。

0.1~0.15MPa即可联系出料。

助剂：

分散剂、引发剂、缓冲剂、消泡剂、终止剂。

5、干燥包装工艺叙述

聚合后的浆料经过过滤器进入沉析槽，然后由浆料泵送至供料槽，浆料通过供料槽出来，再经过滤器由供料泵打至螺旋板换热器，经换热由浆料温度开至80度左右进入气提塔，气提塔底部出来的浆料由热料泵送至小沉析槽，再经方箱过滤器由打料泵送至离心机，离心机脱水后进入气流干燥塔。

来自大气经过风室过滤后的空气，由鼓风机送至预热器经蒸汽加热到130-135度，进入气流干燥塔与离心后的浆料接触，使颗粒表面的水分汽化，夹带树脂的气流切线进入旋风干燥器，经干燥的树脂与气流一起进入一-组旋风分离器，大部分树脂被分离出来进入振动筛，过筛后进入料仓进行包装。

（二）聚氯乙烯生产方法及工艺流程的介绍

1、聚氯乙烯生产方法介绍

（1）悬浮聚合。

悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的工艺过程是在清理后的聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂，然后加入氯乙烯单体，在去离子水中搅拌，将单体分散成小液滴，这些小液滴由保护胶加以稳定，并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液，保持反应过程中的反应速度稳定，然后升温聚合，--般聚合温度在45-70C之间。

使用低温聚合时，可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂：

使用高温聚合时，可生产出低分子质量的聚氯乙烯树脂。

（2）乳液聚合。

乳液聚合与悬浮聚合基本类似，只是要采用更为大量的乳化剂，并且不是溶于水中而是溶于单体中。

这种聚合体系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，从而得到粒径很小的聚合物树脂，一般乳液法生产的PVC树脂的粒径为0.1-0.2mm,悬浮法的为20-200mm。

由于不可能将乳化剂完全除去，因此用乳液法生产的树脂不能用于生产需要高透明性的制品如包装薄膜或要求吸水性很低的制品如电线绝缘层。

一般乳液聚合PVC树脂的价格高于悬浮聚合的树脂。

（3）本体聚合。

本体法生产工艺在无水、无分散剂，只加入引发剂的条件下进行聚合，不需要后处理设备，投资小、节能、成本低。

用本体聚合生产的PVC制品透明度高、电绝缘性好、易加工，用来加工悬浮法树脂的设备均可用于加工本体法树脂。

由于悬浮聚合和本体聚合树脂不能混合，即使少量混合也会因静电效应导致聚合物粉末的流动性降低，而悬浮聚合树脂更易得到的，因此大多数工厂放弃了本体聚合树脂。

由于悬浮聚合生产的PVC产量比例最大，且工艺过程操作简单，成本低，因此悬浮法生产PVC占有首要地位。

2、聚氯乙烯的干燥工段工艺流程介绍

发生：

经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮斗，用N置换其中乙炔气后，电石在继续通N,的情况下，经第一贮斗蝶阀放入第二贮斗，第二贮斗电石经电磁振动加料器加入发生器内。

电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排出，以维持发生器液面，渣浆从排渣口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。

清净：

由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.05-0.1mPa左右，进入第一第二清净塔，NaOCI溶液由泵打到第二清净塔，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。

其塔底流出的NaOCI溶液与冷却塔出来的废水回至废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充水用。

经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水份后，送氯乙烯工序。

3、PVC干燥工艺简介

贮存在混料槽内的PVC浆料由浆料泵送至离心机，离心脱水后的湿树脂由螺旋输送机经机械分散器送入干燥床，经由螺旋输送机经机械分散器输送的湿浆料首先进入沸腾床1室。

空气过滤后由主风机输送，经空气加热器加热后送入沸腾室I～V室，干燥的热空气由多孔分布板下面相对应的风室，通过分布板使气体分布均匀后进入床层。

热水则由热水循环泵送入沸腾床内I-V室加热盘管中，同时对物料进行加热。

用冷风机向沸腾床第VI室通入过滤后的冷空气，同时向VI室内盘管中通入冷却水循环冷却。

这样在整个床内，热冷水与物料进行热交换，热、冷风与物料进行传质与传热。

由沸腾床排出的温热空气，经旋风分离器由1#排风机排入大气。

旋风分离器分离出的固体颗粒经旋转加料器又回到床内。

干燥后的树脂由VI室溢流板流出，经星形加料器加入烯相输送管中，由2#排风机，旋风分离器，用经过过滤的空气将加入输送管中的树脂输送到一定高度，分离下来的树脂经旋转加料器进入筛子，筛分后的成品树脂送入包装工序。

（三）PVC干燥除尘装置介绍

主要设备聚合干燥系统除尘装置主要设备有干燥床和旋风分离器，干燥床使用的是安德里茨流化床，其结构图和主要参数分别见图1和表1。

下面针对这2个主要设备进行介绍。

（1）安德里茨流化床。

（2）旋风分离器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种气、固分离装置。

对捕集、分离5～10mm以上的粉尘效率较高。

规格4357×2300×8225mm；技术指标出口空气：

0.9kg/m3；固体颗粒：

50g/m3；参照标准安德里茨流化床除尘设备4357×2300×8225mm

1、干燥除尘技术改造的必要性

由于生产工艺的特点和设备运行的特性，干燥工段粉尘严重的原因如下。

（1）螺旋下料口密封设计不当造成粉尘泄漏；

（2）振动筛进出料口处布基软连接处粉尘外溢；

（3）仓泵放空；

（4）引风机出口放空粉尘含量超标等。

干燥工序使用安德里茨沸腾干燥床，冷风送料系统使用北京克莱德技术，由于冷风送料系统旋转下料阀导气，导致干燥振动筛上粉尘大，造成职业危害如下。

（1）现场卫生环境恶劣，增加员工清理卫生的劳动强度；

（2）现场粉尘大，给