1萬噸/年氯化聚乙烯專案分析（僅供參考）
前言氯化聚乙烯(cpe)是一種新型的高分子材料,它由高密度聚乙烯在加壓條件下經氯氣氯化而得。其分子結構中具有—ch2—ch2—、—ch2—chcl—、—chcl—chcl—的鏈段,因此亦可視為乙烯—氯乙烯—1,2-二氯乙烯的三元共聚物。由於3組分的含量、排列次序以及聚合結晶度的不同,cpe兼具熱塑性樹脂(硬質樹脂、半透明樹脂)和彈性體橡膠等特性。
由於cpe具有良好的穩定性,優異的耐熱、耐老化及阻燃等效能,能廣泛用於熱塑料共混改性。氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯(hdpe)經氯化而製得的含氯聚合物。
根據 hg/t2704-2002標準規定，可分為通用型氯化聚乙烯(cpe)和橡膠型氯化聚乙烯(cm)兩類，通用型氯化聚乙烯(cpe)包括cpe135、cpe230、cpe235；橡膠型氯化聚乙烯(cm)包括cm135、cm140。
cpe可以方便地與聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等樹脂混合使用,經cpe改性的塑料製品,將大幅度地提高衝擊強度和低溫韌性,同時抗化學品性和阻燃性也相應提高,在高溫下使用還能長期不老化,為此cpe被廣泛地用於生產各種塑料異型材、建築材料、管材、管件及汽車通風器材零配件及電器外殼等。
cpe又是一種高效能、高質量的特種橡膠,它可以單獨使用,也可以與乙丙橡膠、丁丙橡膠、氯苯橡膠等並用生產橡膠製品,生產出的製品使用壽命長、抗紫外線,無論環境氣候如何惡劣,都能長期保持橡膠的固有效能。基於上述特點,cpe可以用於生產在街道、礦井、寒冷地區惡劣條件下使用的各種橡膠製品,如:阻燃耐酸膠管、膠鞋、防水卷材、窗用橡膠封條,特別適用於生產彩色橡膠製品。
cpe的電效能也十分優異,受熱和受壓後變形性小,而且耐臭氧效能好,是良好的電線電纜包覆材料,可用於生產普通電纜、難燃及耐高溫的電纜,如汽車引火線、高壓電纜、控制電纜、通訊電纜及耐熱電纜等。
從2023年下半年起,各地紛紛上馬cpe,這不僅有益於氯鹼廠平衡cl2、開發氯產品,提高企業經濟效益,而且對今後開發更多種類氯化高聚物產品有著重大的意義,甚至對引進國外氯化高聚物裝置起著承上啟下的基礎作用，尤其是氯鹼廠建cpe裝置有著獨特的便利條件。
1，cpe生產工藝
目前世界上cpe生產工藝有水相懸浮法、酸相懸浮法、固相法和溶液法4種
1.1 水相懸浮法
將hdpe懸浮於無離子水中(pe 含量為5 %～20 %)，加入分散劑、引發劑(有機過氧化物、偶氮化合物等)，通氯氣進行氯化反應,再進入脫酸釜進行脫酸[副產6%左右廢鹽酸7~8 (t·物料)],進行水洗[副產2%~3%左右稀鹽酸5~6 t/t],再進行加鹼中和,用水洗脫鹼;最後進行離心、乾燥。該法具有產品質量穩定,原料及公用工程消耗較低的優點,缺點是大量低濃度鹽酸處理負擔重。美國道化學公司(5萬t/a,用38 m3鈦氯化釜)、日本昭和電工、大阪曹達和國內目前除濰坊亞星以外的其他廠家均採用此法。
其典型的工藝流程見圖一
水相法技術：
國內水相法技術與dow 化學公司水相法工藝技術相近，該法生產氯化聚乙烯,所用原料為hdpe 。工藝技術機理可描述為:第一階段在較低的溫度下進行少量的氯化,此時氯化僅在pe 粉表面進行,形成具有高氯量的外殼;第二段氯化在中溫下進行氯氣分子向pe 的多孔部位擴散,在無定形區域反應;第三段的氯化溫度約為pe 的結晶熔點,反應在原來的結晶區域進行。
水相法工藝流程見圖一
1.2 酸相懸浮法
酸相法是水相法的乙個改進工藝,由德國赫斯特公司開發。pe 在配料槽中用20 %左右鹽酸配製成鹽酸相懸浮液,進入氯化釜。在冷卻和加熱系統精確控制下,按預定的程式通入液氯進行氯化反應,通定量的氯氣後結束反應。
用平面轉盤真空過濾機連續脫酸,洗滌出料,脫出的25 %鹽酸一部分迴圈,另一部分可作為商品**。脫酸後的濕料連續進入哈氏合金螺桿篩網離心機,經乾燥等工序處理後得成品。
此法主要優點是三廢排放少,工藝簡單,產品質量穩定,粒度均勻。其缺點是對後處理裝置要求高,離心、乾燥裝置需做防腐處理,投資費用高。山東濰坊亞星集團採用此工藝（也是我國cpe酸相懸浮法生產的惟一廠家）。
其工藝流程見圖2 。
圖2 酸相懸浮氯化工藝生產氯化聚乙烯流程圖
1.3水相- 酸相嫁接法
該法由安化院提出並在杭州電化集團****實施。（該技術2023年通過安徽省科委技術鑑定），它將酸相法與水相法工藝的優劣互補並有機地結合起來,集優勢於一身。氯化工序為酸相法,氯化反應中無大粒徑的粗粒產生,可減少清釜次數,提高產品收率,延長氯化釜使用壽命,降低破碎負荷,減少酸性廢水排放量;而脫酸、中和工序又為典型的水相法工藝,經中和的氯化聚乙烯漿料為弱鹼性(ph 值為7～8) ,使得漿料槽、離心機等脫水裝置的材料耐腐等級得以降低(而酸相法的離心機轂等關鍵裝置部件為c4 哈氏合金) ,另外也省去了酸相法中c4 哈氏合金材質的平板過濾裝置,免去了酸相法中乾燥酸性廢氣的處理。
投資額度及三廢排放量介於酸相法和水相法之間。其生產流程見圖3 。
氯鹼廠生產cpe工藝部分在供氯、離心、乾燥部分同pvc生產有相似之處。
水相- 酸相嫁接法生產流程見圖3
1.3 固相法
將hdpe在氯化反應釜內高壓下直接進行氯化反應。該法工藝簡便、節能,後處理方便,但由於工業化技術還不夠成熟,在傳熱、物料結塊等方面存在問題,產品質量不穩定,目前僅限於中試。但據報道:
青島化工學院和原化工部海洋塗料研究所共同開發的200 t/a固相法高氯化聚乙烯(氯質量分數65%~70%)生產裝置,在河北省通過鑑定,並投入批量生產。
1.5溶液法
將hdpe溶解於ccl4中通氯反應,該法氯化操作易控制,氯化均勻,但工藝流程長,三廢處理(主要是溶劑**)難,生產成本高,又有環保問題，該法在生產塑改性或橡膠型的cpe工藝中已淘汰。
2，國內cpe的部分生產廠概況表4
表43，主要生產裝置
氯化釜在選用釜的調研中發現:如選用進口釜,在**、製作週期、備品備件的**方面影響專案的進度、投資、裝置日常執行維護;如選用國內一般低價位的搪瓷釜,其質量、使用壽命無保障。針對氯化聚乙烯在國內的迅猛，相應的裝置生產企業技術也取得了長足的進步，目前小釜（10m3以下）已能滿足生產，10—20m3反應釜，國內某些合資企業，生產的搪瓷質量、燒結技術可靠,耐氯化反應過程的高溫、壓力等條件,且耐氣、液相氯腐蝕。
目前國內規模較大的生產廠如山東濰坊亞星、安徽蕪湖山江、甘肅國投節能均採用反應釜,且均從國外引進。具有情況見表1。
表1從國外引進的搪玻璃反應釜質量可靠,使用壽命可長達10年以上,但**昂貴,且進貨周期長,手續麻煩。
國內的金屬釜（鈦、鋯、鉭）可以做到30m3以下，在cpe上也取得了不錯的應用。
離心機cpe材料彈性好,不易脫水。在離心機的選用上,主要從處理能力、脫水效果(溼含量)、母液含固量3方面進行衡量,並充分考慮收率、環保、三廢排放及離心機執行維護等因素。
國內規模較大的廠家使用的離心機均從國外引進,情況見表2。
表2進口離心機質量可靠,cpe經離心後漿料殘餘濕度在20%左右(甚至15%),乾燥用蒸汽消耗可大大下降。
沸騰床cpe生產多採用氣流-沸騰床乾燥形式,也有旋轉閃蒸-沸騰形式。有間歇式、也有連續式。材質多為不鏽鋼（亞星是增強聚丙烯），旋風分離器、篩板開孔率、風量、氣速均是乾燥cpe的關鍵技術,在這方面,國內已有產生專用cpe乾燥器企業，乾燥問題得到解決。
儀表及控制系統
操作控制水平,特別是對氯化反應的控制,直接影響到產品的質量及加工效能。其中通氯累積量與溫度的對應、通氯速度的穩定性、恆溫反應階段溫度的控制精度等最為關鍵,而通氯速度是否得到穩定控制又影響對液氯氣化過程的控制。操作控制水平對產品質量的影響是僅次於pe原料、配方體系之後的第3要素。
通氯累積量直接關係到產品的氯含量,決定產品的型號,可見通氯計量對裝置安全生產、穩定產品質量的重要性。在氯計量上,我們採用氯氣專用質量流量計,該流量計同時輸出累積通氯量及瞬時流量,使階段性穩定通氯速度等關鍵指標的控制成為可能,並且使其控制精度的誤差在0.15%以下。
這樣,單從通氯累積計量上講,可將產品氯含量的波動控制在±0.06%以內。本裝置所有自控操作均採用dcs控制。
主要生產裝置（水相法）見表-5表-5
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