防粘釜技术在PVC聚合过程中的应用

刘峥 张朋飞

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

0 引言

PVC 聚合釜粘釜的成因大体可以分为两类，即物理、化学因素，同时两者还可能相互结合，进一步加大粘釜程度，而现代防粘釜技术就是针对这两类成因而设定的，其总体可以分为四个种类，分别为材料工艺、涂布、助剂使用、清釜，依照各步骤操作标准可以实现防粘釜目的。但是，当前依旧有很多PVC厂家对防粘釜技术不够了解，因此本文研究目的就是推广防粘釜技术，同时提出技术应用思路。

1 PVC聚合釜粘釜危害

在没有防护措施的条件下，PVC聚合釜粘釜是必然发生的问题，受聚合物的粘性影响，聚合物会逐渐粘结在这些部位，不断提高粘釜程度。粘釜问题带来的危害有很多，如①超压：当粘釜达到一定水平之后，聚合釜的热阻性能会不断提升，导致传热系数不断降低，导致超温、超压的危险程度就会增加；②塑化片：粘釜料粒脱落，会与新料发生粒子二次聚合，会导致PVC产品在后加工阶段出现难塑化“鱼眼”，造成PVC产品的加工性能下降；③塑化片：粘釜料会逐渐形成塑化片，造成出料管线、过滤器、输送泵堵塞，影响出料操作，进而影响聚合产能；④利用率低：为保证釜的换热效率，必须定期清理，清理周期短必然会降低利用率；

2 PVC粘釜的成因分析

2.1 吸附粘釜

PVC聚合过程中需要加入VCM，这种物质在常温下会迅速的粘结在反应釜的钢表面，逐渐形成5 个多分子层，吸附部位常见于表面损伤或结构变化处，这种现象即为吸附粘釜。另外，釜内壁粗糙度越大，吸附粘釜程度越高，且釜壁粗糙度在0.5 m时，吸附粘釜程度最高，吸附分子会集中在0.5 m粗糙度区域，形成高分子粘结层，而国内多数PVC 聚合釜的粗糙度都是这一数值，说明吸附粘釜是比较常见的PVC粘釜成因。

2.2 化学键粘釜

当PVC在聚合釜内进行悬浮聚合时，PVC在机械搅拌的作用下会呈现湍流状，这时因为釜壁周边存在一个≥0.8mm 的滞留区。这一条件下，PVC 在滞留区内与釜壁表面长期接触，PVC大分子自由基的孤电子与金属的自由电子结合，形成化学键造成粘釜。

2.3 络合粘釜

釜壁的金属结构中含有瞬时正离子，包括Fe+、Ni+、Cr+等，这些瞬时正离子存在空轨道反应，会逐渐形成络合中心离子。在络合中心粒子形成之后，会与釜内滞留区分散剂大分子PVA、HPMC的极性基团（如羟基）接触，如果两者之间存在未共有电子对，会出现配位体，这时产生络合键，导致粘釜。

2.4 凝聚粘釜和三次粒子粘釜

在VCM 悬浮聚合阶段中，其颗粒形成可以分为三个步骤，分别为初级粒子、二次例子、三次粒子，即①初级粒子：引发剂影响会引发聚合反应，当转化率＜0.01%时，为初级粒子产生阶段；②二次粒子：当聚合转化率逐渐升高到0.1%～3.0%时，初级粒子在集结作用下会形成二次粒子；③三次粒子：当聚合转化率提高到25%左右时，二次粒子在集结作用下会形成三次粒子。在这个过程中初级粒子的集结作用会导致二次粒子凝聚，造成凝聚粘釜；二次粒子凝聚得来的三次粒子为溶胀状，一旦与其他物质接触其保护膜就会破坏，导致PVC 三次粒子黏结，形成三次粒子粘釜，三次粒子粘釜通常为砂状。

2.5 水相聚合粘釜

在PVC聚合的VCM悬浮聚合阶段中，因为引发剂、分散剂会融于水中，每1kg水会溶解10gVCM，而溶于水的VCM会被引发剂自由基、油相转移至水相自由基，这时VCM会形成过氧化聚合物微粒，这种粘性物质黏在釜壁，即为水相聚合粘釜。

3 防粘釜技术在PVC聚合过程中的应用

3.1 材料工艺

可采用镍－铜合金代替不锈钢聚合釜，借助镍－铜合金性能来防止粘釜。此外，目前还提倡一种新型的聚合釜材料防粘釜技术，即纳米材料，此类材料具有自清洁作用，理论上可以起到防粘釜作用。

3.2 釜内壁抛光

针对不锈钢釜壁制造聚合釜，制造中需要对釜壁进行抛光处理，使其粗糙Ra≤0.1μm，可以起到防粘釜。

目前不锈钢的抛光技术主要有机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光、磁研磨抛光。像聚合釜等大型不锈钢设备的抛光，主要采用的是机械抛光，主要是采用抛光轮，对聚合釜内壁进行摩擦，起到抛光的作用。其可以使釜壁的抛光精度达到Ra≤0.01μm。

3.3 涂布

利用阻聚剂、固定剂、溶剂构成涂布液，采用喷涂装置对聚合釜内壁进行喷涂处理，待涂布液凝固稳定后即可形成防粘釜涂布。涂布技术的使用起步较早，因此早期涂布技术与现代涂布技术有性能上的差异，即早期技术厚度较大，而现代技术比较薄，几乎达到了分子膜的水平，对此建议选择现代技术。另外，涂布技术作用于聚合釜内壁，而涂布液的成分对聚合反应有一定影响，因此在使用该项技术防止粘釜时，必须考察涂布液的质量，因涂布液质量越高，则对聚合过程的影响越小。

3.4 清釜

目前，较多厂家采用的聚合釜清釜方式为人工高压清理方式。即采用人工方式，通过高压清洗设备产生的高压水柱对聚合釜进行超高压水洗，水柱压力一般在500～800bar之间，对于结构较为严重的部位，可以采用超高压清理，水压最高可达1500bar，基本可以实现对釜内壁的有效清洗。但是，该方法存在很多弊端，主要有以下几方面：

（1）安全风险较高。必须有人员进入釜内，手持高压清洗枪，人员出现中毒、窒息、高处坠落的安全风险较高，此外为提高清洗速度，均采用双人釜内作业，加大风险的同时，高压水柱还可能造成人员伤害；

（2）清釜时间较长。每一台聚合釜的清理，处清理操作外，还要包括聚合釜的交出工艺处理、隔绝处理、脚手架的搭设与拆除、清洗后的恢复。整体时间较长，以106m3聚合釜为例，一台釜自开始交出到恢复使用，至少需要36小时。

（3）清理周期长。因上述原因，一般人工清理的周期不会太短，这就导致反应釜的使用周期较长，会有较长的时间换热效果不佳甚至较差，影响聚合釜产能；

（4）对釜内壁造成损伤。在清洗准备过程中，需要在釜内搭设脚手架，而在搭设的过程中，造成釜内壁机械损伤的可能性较大。

综上弊端，目前已有部分生产企业开始采用聚合釜自动清洗技术，对釜内壁进行清理。该清洗技术每次清釜用时较短，一般约40～60 分钟，而且可根据釜粘壁情况进行调整。因此，清釜的周期可以大大缩短，一般在几个反应釜次内，即可清洗一次，使得聚合釜长期的以较好的换热效果进行生产，可以大大的缩短聚合釜反应时间，不但避免了聚合釜清理的安全风险，而且提高了聚合釜的利用率，提高了产能。

4 结语

综上所述，PVC 聚合过程中难免会出现粘釜问题，这一问题会导致聚合性能、产能下降，甚至带来安全风险，因此防粘釜技术的使用十分重要。文中对PVC粘釜原因进行了分析，同时提出了多种防粘釜技术形式，以供相关人员结合实际情况进行选择。