CN103497264B - 一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统及方法，反应系统主要包括液氯汽化器、氯气缓冲罐、活化反应器和氯化反应器，液氯汽化器与氯化反应器之间连接有氯气缓冲罐，氯化反应器上连接有活化反应器。本发明的反应系统既适用于聚氯乙烯的气固相氯化反应，也适用于其它粉体的气固相氯化反应，不仅能够单独作为氯化反应系统使用，而且可以和其它氯化系统配套使用，具有很好的使用灵活性。本发明间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统及方法成本低廉，产品质量高，操作易于控制，能源利用率高，降低了生产成本，能将氯化聚氯乙烯中的氯含量提高到65%以上。

Description

一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统及方法

技术领域

本发明属于氯化高聚物工业生产领域，涉及一种间歇生产氯化聚氯乙烯的系统及方法。

背景技术

氯化聚氯乙烯（CPVC）是由聚氯乙烯（PVC）树脂氯化改性制得，是一种新型工程塑料。PVC树脂经过氯化后，分子链排列的不规则性增加，极性增加，使树脂的溶解性增大，化学稳定性增加，从而提高了材料的耐热性及耐酸、碱、盐、氧化剂等的腐蚀的性能。提高了树脂的热变形温度的机械性能，氯含量由56.7%提高到61-69%，维卡软化温度由72-82℃提高到90-125℃，最高使用温度可达110℃，长期使用温度为95℃。因此，CPVC是一种应用前景广阔的新型工程塑料。

目前根据分散介质的不同，CPVC的生产方法主要有溶液法、气（固）相法和水相法3种。溶液法是生产CPVC最早采用的方法，工艺比较成熟，将疏松型PVC树脂用适当的溶剂（如四氯乙烷、二氯乙烷、氯苯）进行处理后，在80-100℃下加入偶氮二乙腈引发剂，再通入氯气，发生氯化反应，生成CPVC树脂。气（固）相氯化法是固态PVC在紫外线、等离子体或单质氟等介质引发下，通过氯气氯化得到CPVC。水相法是将PVC悬浮于水中或盐酸水溶液中，在引发剂和其他氯化助剂存在下，通入氯气得到CPVC。

气（固）相氯化法反应时间较短，反应温度低，过程清洁，因此是近几年的研究重点之一。

中国专利申请201010165999.7公开了一种气固相法制备氯化聚氯乙烯的装置及其方法，利用紫外光活化氯气，在提升管反应器、湍动流化床反应器中进行氯化聚氯乙烯的合成，没有下料辅助气路，容易发生下料管堵塞，下料均匀性差；中国专利申请201210237142.0公开了一种气固相法合成氯化聚氯乙烯树脂的方法，在流化床反应器中，研究了紫外光引发的氯化聚氯乙烯树脂的合成过程；中国实用新型专利201220324809.6公开了一种等离子体气固相法制备氯化聚氯乙烯装置，包括以下顺序连接的设备：流化床反应器、下料装置、提升管反应器、分离器连接成闭路循环，气体净化器的进口同时连接升管旋风分离器的气体出口及流化床旋风分离器的气体出口，气体净化器的出口连接至后续生产系统，下料装置连接流化床的一端设置气固喷射器，使下料装置送料稳定连续；流化床反应器采用夹套加热，阶段升温方式。流化床反应器需要通入的氯气流速很大且时间长，这就导致氯化反应后产生的废气量（包括未反应的氯气及副产物氯化氢气体等）很大，从而大大加重了后续分离再利用或处理工段的负担，提高了成本。而且大量的尾气会带走相当的热量，为了维持反应器内温度稳定，就需要不断补充热量，导致能耗显著上升。另外，气固相活化-氯化一体化流化床装置的故障率也较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统及方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统，包括液氯汽化器、氯气缓冲罐、活化反应器和氯化反应器，液氯汽化器与氯化反应器之间连接有氯气缓冲罐，氯化反应器上连接有活化反应器。

进一步地，所述液氯汽化器上连接有氯气钢瓶。若采用管道输送氯气，则管道出口直接与氯气缓冲罐连通。

进一步地，所述活化反应器是指等离子活化聚氯乙烯的反应装置，包括惰性气体钢瓶、等离子发生器和真空泵。

进一步地，所述氯化反应器包括加热套、搅拌器、测温装置、测压装置及进出料装置。优选卧式反应釜。

进一步地，上述加热套中可以通入水或导热油等液体加热，也可以采用蒸汽等气体加热，加热套内温度在0-150℃。

进一步地，所述氯化反应器上还顺序连接有水洗釜、离心机和干燥箱。

进一步地，所述氯化反应器上还连接有尾气吸收装置。

进一步地，上述尾气吸收装置中安装有碱液吸收或氯气分离装置，可将氯气分离后循环使用。

一种间歇生产氯化聚氯乙烯的方法，包括以下步骤：

1)将聚氯乙烯固体加入活化反应器中，抽真空后充入惰性气体，充入惰性气体的同时保持真空泵的运转，使真空度稳定在50-200Pa；

2)对活化反应器中的惰性气体放电，产生等离子体对聚氯乙烯进行活化处理；

3)将活化后的聚氯乙烯转入氯化反应器中，通入氯气，保持温度60-100℃，在搅拌条件下反应3-6h；

4)将氯化后的粗氯化聚氯乙烯转入水洗釜中进行洗涤，然后转入离心机中脱水；

5)将脱水后的氯化聚氯乙烯干燥即得到氯化聚氯乙烯产品。

进一步地，步骤1）中所述惰性气体包括氩气、氮气、氦气等。

进一步地，步骤2）中，对活化反应器中的惰性气体进行室温放电，功率为50-300W。

进一步地，步骤2）中，等离子体活化处理时间为10-30min。

进一步地，步骤3）中，通入氯气的量为理论量的1-5倍，搅拌速度为30-50r/min；反应结束后，对氯化反应器中的氯气进行吹扫5-60min。

进一步地，步骤4）中，水洗5-30min，离心机转速为1000-4000r/min，离心脱水5-30min。

进一步地，步骤5）中，在50-100℃烘箱中干燥0.5-4h。

本发明的反应系统既适用于聚氯乙烯的气固相氯化反应，也适用于其它固体的气固相氯化反应，不仅能够单独作为氯化反应系统使用，而且可以和其它氯化系统配套使用，具有很好的使用灵活性。本发明活化反应器和氯化反应器分离，操作易于控制；氯化反应器采用卧式反应釜，容器体积大，解决了气固反应相常见的堵料问题，降低了设备故障率；生产过程中氯气在反应釜中停留时间长，节省原料气用量，同时提高了能源利用率，降低了生产成本。本发明间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统和方法能将氯化聚氯乙烯中的氯含量提高到65%以上。

附图说明

图1为本发明一种实施例的流程示意图。

其中：

1—氯气钢瓶；2—计量秤；3—液氯汽化器；4—氯气缓冲罐；

5—氯气流量计；6—氯化反应器；7—水洗釜；8—离心机；

9—干燥箱；10—真空泵；11—氩气钢瓶；12—等离子发生器；

13—尾气吸收槽；14—鼓风机；15—干燥箱。

具体实施方式

以下结合实例及流程图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，为本发明提供的一种实施例的流程示意图。该氯化反应系统包含氯化反应器6和等离子发生器12；真空泵10与氩气钢瓶11构成等离子发生器12的辅助系统；氯气钢瓶1、计量秤2、液氯汽化器3、氯气缓冲罐4和氯气流量计5构成氯气前处理系统；水洗釜7、离心机8和干燥箱9构成氯化聚氯乙烯处理系统；尾气吸收槽13为尾气吸收系统；鼓风机14和干燥器15构成吹扫系统。其中氯化反应器6采用夹套热水加热方式，采用自动温控装置控制反应温度，氯气流量计5采用浮子式流量计。

取一定量聚氯乙烯粉末（氯含量为56.1%）加入等离子发生器12中，抽真空至30Pa，然后充入氩气至300Pa左右，再抽真空至30Pa；持续充氩气并保持真空泵运转状态，待真空度稳定在150Pa左右时开始进行放电，功率80W，产生氩等离子体对聚氯乙烯进行活化处理，处理时间10min；活化后的聚氯乙烯转入氯化反应器6中。开动氯化反应器6搅拌器，保持转速30r/min，打开氯气钢瓶，液氯汽化后经氯气缓冲罐4和流量计5后进入氯化反应器6，同时开始通入热水对其进行加热，保持温度80℃；通入理论量的2倍的氯气，反应4h后，停止通氯气，同时停止加热，开启鼓风机14对氯化反应器6中的氯气进行吹扫30min。将氯化后的粗氯化聚氯乙烯转入水洗釜7中，水洗10min后转入离心机8，2500r/min下离心脱水15min；脱水后的粗氯化聚氯乙烯转入干燥箱9中，保持温度60℃干燥3h即得到白色粉末状氯化聚氯乙烯产品。经检测，所得氯化聚氯乙烯产品的氯含量为65.5%。

实施例2

取一定量聚氯乙烯粉末（氯含量为56.1%）加入等离子发生器12中，抽真空至10Pa，然后充入氮气至100Pa左右，再抽真空至10Pa；持续充氮气并保持真空泵运转状态，待真空度稳定在50Pa左右时开始进行放电，功率130W，产生氮等离子体对聚氯乙烯进行活化处理，处理时间20min；活化后的聚氯乙烯转入氯化反应器6中。开动氯化反应器6搅拌器，保持转速45r/min，打开氯气钢瓶，液氯汽化后经氯气缓冲罐4和流量计5后进入氯化反应器6，同时开始通入热水对其进行加热，保持温度70℃；通入理论量的3倍的氯气，反应6h后，停止通氯气，同时停止加热，开启鼓风机14对氯化反应器6中的氯气进行吹扫20min。将氯化后的粗氯化聚氯乙烯转入水洗釜7中，水洗20min后转入离心机8，3000r/min下离心脱水10min；脱水后的粗氯化聚氯乙烯转入干燥箱9中，保持温度70℃干燥3h即得到白色粉末状氯化聚氯乙烯产品。经检测，所得氯化聚氯乙烯产品的氯含量为66.4%。

实施例3

取一定量聚氯乙烯粉末（氯含量为56.1%）加入等离子发生器12中，抽真空至50Pa，然后充入氦气至500Pa左右，再抽真空至50Pa；持续充氦气并保持真空泵运转状态，待真空度稳定在200Pa左右时开始进行放电，功率180W，产生氦等离子体对聚氯乙烯进行活化处理，处理时间30min；活化后的聚氯乙烯转入氯化反应器6中。开动氯化反应器6搅拌器，保持转速50r/min，打开氯气钢瓶，液氯汽化后经氯气缓冲罐4和流量计5后进入氯化反应器6，同时开始通入热水对其进行加热，保持温度90℃；通入理论量的4倍的氯气，反应3h后，停止通氯气，同时停止加热，开启鼓风机14对氯化反应器6中的氯气进行吹扫40min。将氯化后的粗氯化聚氯乙烯转入水洗釜7中，水洗15min后转入离心机8，4000r/min下离心脱水5min；脱水后的粗氯化聚氯乙烯转入干燥箱9中，保持温度80℃干燥1h即得到白色粉末状氯化聚氯乙烯产品。经检测，所得氯化聚氯乙烯产品的氯含量为66.9%。

Claims (3)

1.一种间歇生产氯化聚氯乙烯的反应系统，包括液氯汽化器、氯气缓冲罐、活化反应器和氯化反应器，液氯汽化器与氯化反应器之间连接有氯气缓冲罐，氯化反应器上连接有活化反应器，所述氯化反应器采用卧式反应釜，所述液氯汽化器上连接有氯气钢瓶，所述活化反应器是指等离子活化聚氯乙烯的反应装置，包括惰性气体钢瓶、等离子发生器和真空泵，真空泵与惰性气体钢瓶构成等离子发生器的辅助系统；所述氯化反应器包括加热套、搅拌器、测温装置、测压装置及进出料装置，所述氯化反应器后部顺序连接有水洗釜、离心机和干燥箱，水洗釜、离心机和干燥箱构成氯化聚氯乙烯处理系统；氯化反应器上还连接有尾气吸收装置，所述尾气吸收装置中安装有碱液吸收或氯气分离装置，用于将氯气分离后循环使用。

2.采用权利要求1所述的反应系统间歇生产氯化聚氯乙烯的方法，包括以下步骤：

1)将聚氯乙烯固体加入活化反应器中，抽真空后充入惰性气体，充入惰性气体的同时保持真空泵的运转，使真空度稳定在50-200Pa；

2)对活化反应器中的惰性气体放电，产生等离子体对聚氯乙烯进行活化处理，功率为50-300W；活化处理时间为10-30min；

3)将活化后的聚氯乙烯转入氯化反应器中，通入氯气，保持温度60-100℃，在搅拌条件下反应3-6h，通入氯气的量为理论量的1-5倍，搅拌速度为30-50r/min；反应结束后，对氯化反应器中的氯气进行吹扫5-60min；

4)将氯化后的粗氯化聚氯乙烯转入水洗釜中水洗5-30min，然后转入离心机中离心脱水5-30min，离心机转速为1000-4000r/min；

5)将脱水后的氯化聚氯乙烯在50-100℃干燥箱中干燥0.5-4h即得到氯化聚氯乙烯产品。

3.如权利要求2所述的间歇生产氯化聚氯乙烯的方法，其特征在于，步骤1)中所述惰性气体包括氩气、氮气、氦气。