CN202016967U - 一种低温等离子体循环床连续生产氯化聚氯乙烯的装置 - Google Patents
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Abstract
一种低温等离子体循环床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，该装置包括一个聚氯乙烯颗粒料仓、一个氯化聚氯乙烯料仓、两个并列布置的流化床反应器、两个并列布置的提升管反应器、一个下行床反应器、一个尾气净化装置以及两个分别用于输送提升管输送气和输送原料气的循环风机。该装置利用低温等离子体同时活化氯气和PVC原料颗粒的特点，在循环流化床中实现PVC的快速氯化；同时采用两组流化床反应器轮流操作的方式，实现连续生产。这样，一是避免了由于反应器停车，卸料所带来的生产效率降低等问题；另一方面可以避免风机和尾气处理装置等停车重启，节省了能源消耗，延长了设备寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气固相合成氯化聚氯乙烯(CPVC)的装置，特别涉及一种采用低温等离子体循环流化床反应器连续生产CPVC的设备。
背景技术
氯化聚氯乙烯(CPVC)是一种新型高性能塑料。它是以聚氯乙烯(PVC)为原料，通过反应氯化的手段制得，氯含量由PVC的56.8％上升为60％～70％，理论上最高可达73.2％，一般CPVC氯含量为61％～68％。由于极性元素含量的提高，CPVC表现出一系列大大优于PVC的特性：维卡软化温度达到90～125℃，经处理后，最高使用温度110℃，长期使用温度95℃，具有更好的耐候性，耐腐蚀性和耐老化性。
CPVC具有较高的性价比，有广泛的市场前景和很大的应用价值；可以广泛应用于冷热水管道，建筑材料等领域。同时，发展CPVC项目能够消耗氯碱工业中的过剩氯气，有重要意义。现有的CPVC生产工艺主要包括溶液法、水相悬浮法、气固相氯化法、液氯氯化法。水相悬浮法是现在各大公司普遍采取的生产方法，由于水相法CPVC合成工艺仍存在产品分离复杂，反应废液排放严重，污染环境，生产环境较恶劣等缺点，气固相氯化法由于其清洁高效，易于控制的特点受到广泛关注。
低温等离子体CPVC合成技术是一条新的、有前景的CPVC合成途径，中国科学院等离子体物理研究所的孟月东和熊新阳发明的一种低温等离子体氯化高分子聚合物的方法(CN1749285A)，其特点在于在同一个等离子体反应器中完成高分子聚合物的氯化过程，但得到的CPVC最高氯含量为64.5％。熊新阳等于2006年发表的篇名为《低温等离子体气相法制备氯化聚氯乙烯》的文章中，在一个传统流化床中实现了PVC氯化，然而其氯化结果仅能达到59.4％。清华大学化工系反应工程实验室的程易等发明的《低温等离子体合成氯化聚氯乙烯的喷动床反应器及其方法》CN200880015695.3和《低温等离子体循环流化床制备氯化聚氯乙烯的方法及装置》CN200910092928.6，首次成功的采用不同的反应器形式，以低温等离子体作为引发剂实现了CPVC气固相合成，得到了氯含量高于65％，最高可达69％的CPVC产品，但是不能实现连续生产。河北科技大学的王建英等发明的《一种气固相法制备氯化聚氯乙烯的装置及其方法》，采用循环流化床反应器，以紫外光为引发剂实现了CPVC生产，但没有实现连续生产，也没有涉及低温等离子体。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种低温等离子体循环床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，从而实现连续生产，避免由于反应器停车而造成的生产效率下降，原料浪费等问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种低温等离子体循环流化床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，其特征在于：该装置包括：
a、一个用于贮存并初步预热原料PVC颗粒的聚氯乙烯颗粒料仓；
b、两个并列布置的第一流化床反应器和第二流化床反应器，两个反应器分别通过输料管与聚氯乙烯颗粒料仓相连接；
c、一个下行床反应器，该下行床反应器分别通过带有控制阀的管路与两个流化床反应器的下部相连通，在该下行床反应器内部装有低温等离子体发生装置；
d、两个并列布置的第一提升管反应器和第二提升管反应器，两个提升管反应器的底部分别通过带有控制阀的管路与下行床反应器的底部相连通，两个提升管反应器的上部分别通过气固分离器与两个流化床反应器的顶部相连通，在每个提升管反应器内部均装有低温等离子体发生装置；
e、两条用于去除反应尾气中的氯化氢，使系统中的氯气循环利用的管路，该管路包括一个尾气净化装置和两个分别用于输送提升管输送气的循环风机和输送原料气的循环风机；
f、一个用于贮存产品，且具备脱气功能的氯化聚氯乙烯料仓。
上述技术方案中，在所述两个并列布置的流化床反应器中均设有搅拌桨，以保证PVC颗粒在搅拌和原料气的作用下，在反应器内良好流化，实现气固相均匀接触。
所采用的低温等离子体为介质阻挡放电等离子体、射频等离子体或微波等离子体。放电方式包括间歇放电和连续放电两种。
本实用新型具有以下优点及有益效果：
①该实用新型能够实现氯化聚氯乙烯的连续生产，避免了由于反应器停车，卸料所带来的生产效率降低，反应器易腐蚀等问题。
②采用该实用新型所提出的操作方式，与间歇操作相比，可以仅仅通过改变控制阀的方式改变气体和热量流向，而不改变气体和热量的总输入量，这样可以避免使风机，尾气处理装置等停车重启，大大节省了能源消耗，延长了设备寿命。
附图说明
图1是本实用新型提供的低温等离子体循环床连续生产氯化聚氯乙烯的装置的结构原理图。
图中：1-尾气净化装置；2A-第一循环风机；2B-第二循环风机；3-低温等离子体发生装置；4A-第一提升管反应器；4B-第二提升管反应器；5-电机；6-气固分离器；7A-第一流化床反应器；7B-第二流化床反应器；8-加热夹套；9-搅拌桨；10-气体分布板；11-聚氯乙烯颗粒料仓；12-氯化聚氯乙烯料仓；13-下行床反应器；14A-第一提升管控制阀；14B-第二提升管控制阀；15A-第一下行床控制阀；15B-第二下行床控制阀；16A-第一原料气控制阀；16B-第二原料气控制阀；17A-第一提升管输送气控制阀；17B-第二提升管输送气控制阀；A-原料气；B-补气；C-提升管输送气。
具体实施方式
图1是本实用新型提供的低温等离子体循环床连续生产氯化聚氯乙烯的装置的结构原理图。
以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步的说明，该装置包括一个用于贮存并初步预热原料PVC颗粒的聚氯乙烯颗粒料仓11，两个并列布置的第一流化床反应器7A和第二流化床反应器7B，两个反应器分别通过输料管与聚氯乙烯颗粒料仓11相连接；一个下行床反应器13，该下行床反应器13分别通过带有第一下行床控制阀15A和第二下行床控制阀15B的管路与两个流化床反应器的下部相连通，在该下行床反应器13内部装有低温等离子体发生装置3；两个并列布置的第一提升管反应器4A和第二提升管反应器4B的底部分别通过第一下行床控制阀14A和第二下行床控制阀14B与下行床反应器的底部相连通；两个提升管反应器的上部分别通过气固分离器6与两个流化床反应器的顶部相连通；在每个提升管反应器内部均装有低温等离子体发生装置3；两条用于去除反应尾气中的氯化氢，使系统中的氯气循环利用的管路，该管路包括一个尾气净化装置1和两个用于分别输送提升管输送气和原料气的第一循环风机2A和第二循环风机2B；以及一个用于贮存产品，且具备脱气功能的氯化聚氯乙烯料仓12。
在所述两个并列布置的流化床反应器中设有搅拌桨9，以保证PVC颗粒在搅拌和原料气的作用下，在反应器内良好流化，实现气固相均匀接触。在流化床反应器内的下底部设有气体分布板10，其外部设有加热夹套8。
所采用的低温等离子体为介质阻挡放电等离子体、射频等离子体或微波等离子体。放电方式包括间歇放电和连续放电两种。
以第一流化床反应器先运行为例，对本实用新型的工作过程说明如下：
PVC颗粒在聚氯乙烯颗粒料仓中通入氯气和氯气与惰性气体的混合气来预热，预热温度为60～80℃，料仓中加入搅拌以保证颗粒良好分散，料仓在常压下操作，当达到预热温度后，PVC颗粒通过输料管，首先快速加入到第一流化床反应器7A中，加入量按照工业生产量而定，一般为100Kg～1t之间。
与此同时，向加入PVC颗粒后的第一流化床反应器中通入原料气A，同时开启搅拌桨9，转速约为30～240rpm。在搅拌桨的扰动和原料气的推动下，PVC颗粒在流化床反应器中悬浮，实现气固相良好接触。此时由于没有加入引发剂，氯化反应缓慢进行。通过加热油加入口加入加热油，通过加热夹套8对床层进行保温，以使PVC颗粒维持在软化温度附近进行氯化反应。原料气为氯气、或氯气与惰性气体的混合气，原料气中氯气体积分数为30％到100％。第一流化床反应器7A中操作绝对压力为0.1atm～1.5atm。根据PVC氯含量的逐渐增加，操作温度也逐渐升高，整体操作温度区间为60～140℃。
打开第一下行床控制阀15A和第一提升管控制阀14A，PVC颗粒由重力作用下落，从第一流化床反应器的下部流出，经过下行床反应器13进入第一提升管反应器4A的下部，在提升管输送气B的作用下进入第一流化床反应器上部的气固分离器6，回到第一流化床反应器内，实现颗粒循环，提升管输送气为氯气、惰性气体或氯气与惰性气体的混合气，氯气体积分数为0～50％，同时开启低温等离子体电源，在第一提升管反应器和下行床反应器中产生低温等离子体区域，低温等离子体的功率密度为0.1～10W/cm3。采用调控下行床控制阀15A，提升管控制阀14A开度，以及提升管输送气流量的方法，控制第一提升管反应器中颗粒流量，使颗粒在第一提升管反应器中的停留时间为0.1s～2min，第一流化床反应器内的停留时间为5～30min，操作绝对压力为0.1atm～1atm，提升管不需加热，操作温度为20～140℃。
原料气与PVC颗粒发生反应后的尾气和提升管输送气与PVC颗粒经气固分离后的尾气从流化床反应器顶部流出，进入尾气净化装置1除去氯化氢后，经循环风机加压，与补气B相混合，补气B为纯氯气。进入第一流化床反应器和第一提升管反应器循环利用。
当颗粒在第一流化床反应器和第一提升管反应器中循环，根据所给定的工艺条件，总反应时间达到30min～4h后，同时关闭第一下行床控制阀15A、第一提升管控制阀14A、第一提升管输送气控制阀17A和第一原料气控制阀16A，开启第二下行床控制阀15B、第二提升管控制阀14B、第二提升管输送气控制阀17B和第二原料气控制阀16B；在第二流化床反应器7B和第二提升管反应器4B中重复上文所述的PVC进料，搅拌及循环流化，反应等步骤，重复这种操作，实现CPVC的连续生产。第一流化床反应器中的氯化聚氯乙烯产品输入氯化聚氯乙烯料仓，料仓中通入空气或惰性气体，在60～80℃下脱气1～2h后得到产品。
Claims (3)
1.一种低温等离子体循环流化床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，其特征在于：该装置包括：
a、一个用于贮存并初步预热原料PVC颗粒的聚氯乙烯颗粒料仓(11)；
b、两个并列布置的第一流化床反应器(7A)和第二流化床反应器(7B)，两个反应器分别通过输料管与聚氯乙烯颗粒料仓(11)相连接；
c、一个下行床反应器(13)，该下行床反应器分别通过带有控制阀的管路与两个流化床反应器的下部相连通，在该下行床反应器内部装有低温等离子体发生装置(3)；
d、两个并列布置的第一提升管反应器(4A)和第二提升管反应器(4B)，两个提升管反应器的底部分别通过带有控制阀的管路与下行床反应器的底部相连通，两个提升管反应器的上部分别通过气固分离器(6)与两个流化床反应器的顶部相连通，在每个提升管反应器内部均装有低温等离子体发生装置(3)；
e、两条用于去除反应尾气中的氯化氢，使系统中的氯气循环利用的管路，该管路包括一个尾气净化装置(1)和两个分别用于输送提升管输送气的循环风机(2A)和输送原料气的循环风机(2B)；
f、一个用于贮存产品，且具备脱气功能的氯化聚氯乙烯料仓(12)。
2.按照权利要求1所述的一种低温等离子体循环流化床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，其特征在于：所述两个并列布置的流化床反应器中设有搅拌桨(9)。
3.根据权利要求1所述的低温等离子体循环流化床连续生产氯化聚氯乙烯的装置，其特征在于，所述低温等离子体为介质阻挡放电等离子体、射频等离子体或微波等离子体；低温等离子体的放电方式包括间歇放电和连续放电两种。
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