氯乙烯生产工艺对比

氯乙烯生产工艺对比（精选7篇）

氯乙烯生产工艺对比 篇1

摘要：剪切温度、剪切时间、剪切机转速等工艺参数对改性沥青的性能有重要影响, 通过正交试验优化工艺参数, 得到了直接法和母料法制备废旧聚乙烯 (PE) 改性沥青的最佳工艺条件。将2种工艺在最佳工艺参数下制备的PE改性沥青技术指标进行了对比, 结果表明, 在相同改性剂掺量下, 母料法制备的改性沥青较直接剪切法制备的改性沥青软化点要高。在相转变浓度下, 以最佳工艺参数制备的PE改性沥青 (直接剪切法和母料法) 均能符合JTJF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》Ⅲ-C的技术要求。

关键词：改性沥青,直接剪切工艺,母料法,工艺参数

0前言

近年来, 大量塑料废弃物的产生, 对环境造成了巨大的污染, 另外, 废弃的塑料又是一种宝贵的资源, 若想变害为利, 既改善环境又促进资源的循环利用, 只有加快废旧塑料回收利用的步伐, 废旧塑料的回收利用也同时蕴藏着巨大的经济利益。聚乙烯 (PE) 作为使用量最大的塑料品种, 废旧PE的量也自然是最大的。

传统的废旧塑料回收再利用由于经济效益不理想和对制品品质潜在的威胁, 使得人们不断寻找更为有利的回收和利用方法。废旧塑料回收后加入到沥青中可以显著提高沥青的耐候性, 为废旧塑料的有效利用提供了一条出路。利用废旧塑料对沥青进行改性, 在提高沥青性能的同时, 也充分回收利用了自然资源, 并且具有一定的经济效益。

1 实验

1.1 实验原料

本研究选取的基质沥青为国内具有代表性的重交道路沥青———中海36-1AH90#, 其基本性质见表1。改性剂选用目前用量最大的塑料聚乙烯 (PE) 的回收品。废旧聚乙烯 (PE) 的熔融指数为1.5 g/10 min (230℃, 2.16 kg) 。

1.2 实验方法

1.2.1 用高速剪切机制备PE改性沥青

以高速剪切机为分散设备, 采用正交试验制备出一系列改性沥青的样品。通过对改性沥青基本性能的评价, 来确定沥青改性的最佳工艺参数。优化正交试验方案见表2。

1.2.2 用双螺杆挤出机制备PE母料改性沥青

以双螺杆挤出机为混合设备, 采用正交试验制备出一系列改性沥青母料, 将母料分散于沥青中, 制备改性沥青。通过对改性沥青性能的评价, 确定废旧塑料母料的最佳工艺参数。其优化正交试验方案见表3。

2 实验结果与讨论

2.1 直接剪切法制备废PE改性沥青的工艺参数优化

大量研究结果表明[1,2], 改性沥青达到理想性能要求时, 聚合物改性剂应该具有连续的网络结构, 网络结构的形成使改性沥青既具有聚合物弹性的同时又具有沥青的黏性, 即实现了改性沥青的黏弹性。加工工艺和工艺参数对改性剂粒径的分布有重要影响, 从而影响改性沥青网络结构的形成。

2.1.1 PE改性沥青的制备及性能测试

PE添加量取5%, 按照正交试验表2工艺条件制备改性沥青, 并测试其性能, 结果见表4。

由表4与表1可以看出, PE改性沥青软化点明显比基质沥青高, 而25℃针入度比基质沥青低, 改善了沥青的高温性能。由于老化后PE改性沥青的质量损失都小于0.1%, 均符合改性沥青技术规范的质量要求, 故下面对质量损失不再进行分析。

2.1.2 确定PE改性沥青的最优工艺条件 (见表5~表7)

由表5可以看出, 剪切温度对软化点的影响最大, 从软化点来看, 最佳剪切温度为180℃。

由表6可以看出, 对针入度指数PI值影响最大的工艺参数为剪切时间, 从PI值来看, 最佳剪切时间为30 min。

由表7可以看出, 对老化后25℃针入度比影响最大的工艺参数为剪切速率, 从老化后25℃针入度比来看, 最佳剪切速率为3000 r/min。

综合以上分析可以得到, 制备废旧PE改性沥青的最优工艺条件:剪切温度180℃, 剪切时间30 min, 剪切速率3000r/min。

2.2 母料法制备改性沥青的最佳工艺参数优化

2.2.1 PE母料的制备及其改性沥青的性能测试

所制备的母料中PE含量为67%, 按照正交实验表3制备母料, 将制备的PE母料在180℃下分散于基质沥青中, PE加量为5%, 制备的PE改性沥青性质如表8所示。

由表8可以看出, PE母料改性沥青软化点明显比基质沥青要高, 25℃针入度降低, 沥青的高温性能有所改善。老化后PE改性沥青的质量损失比JTJF 40—2004要求的小于0.1%这一指标要小很多, 都能够符合改性沥青技术规范的质量要求, 故以下分析中质量损失不作为工艺参数优化的参考指标。

2.2.2 确定PE母料最优工艺条件 (见表9~表11)

由表9可以看出, 工艺参数中对软化点的影响最大的是挤出遍数, 对软化点来说, 最佳的挤出遍数选择为10遍。

由表10可以看出, 工艺参数中对PI值的影响最大的是挤出温度, 对PI来讲, 最佳挤出温度为180℃。

由表11可以看出, 工艺参数中对老化后25℃针入度比的影响最大的是挤出温度, 最佳挤出温度为180℃。

综合以上分析可以得到, PE母料的最佳工艺条件为挤出遍数10遍, 挤出温度180℃, 螺杆转速30 r/min。

2.3 最优工艺条件下直接剪切法和母料法制备的PE改性沥青性能对比 (见表12)

表12表明, 在PE添加量为5%时, 母料法制备的改性沥青性能相对更好, 其性能均符合JTJF 40—2004Ⅲ-C的要求。

3 结语

(1) 直接法制备废旧PE改性沥青的最优工艺条件为:剪切温度180℃, 剪切时间30 min, 剪切速率3000 r/min;

(2) 制备PE母料的最优工艺条件为:挤出遍数10遍, 挤出温度180℃, 螺杆转速30 r/min。母料法制备的PE改性沥青性能优于直接剪切法。

参考文献

[1]饶枭宇, 周进川, 张智强.星线型SBS改性效果对比研究[J].重庆交通学院学报, 2005, 24 (6) :79-82.

[2]冯新军, 郝培文.不同类型SBS对改性沥青技术性能的影响[J].石油炼制与化工, 2004, 35 (10) :60-63.

氯乙烯生产工艺技术的优化 篇2

氯乙烯是一种无色、易液化的气体, 容易发生聚合, 主要用途是制备聚氯乙烯、冷冻剂、有机合成等。聚氯乙烯具有广泛的应用范围, 作为热塑性树脂经过一定的加工、改性后可以制成卫生级食品包装原料、普通泡沫塑料等。在不断提高的聚氯乙烯质量要求和复杂化的生产工艺下, 人们必须提高氯乙烯的生产工艺, 以提高聚氯乙烯的质量和纯度, 从而促进氯乙烯产业化发展和生产技术的更新。

2 氯乙烯的电石法生产工艺现状

为了提高聚氯乙烯产品的质量和纯度, 我们必须优化氯乙烯的生产工艺技术, 从而提高聚氯乙烯的市场竞争力。氯乙烯主要的工业生产方式有乙烯氧氯化法、电石法、二氯乙烷/氯乙烯法三种, 最主要的生产方式还是前两种。电石法是工业化生产氯乙烯的最早应用工艺, 其生产过程是应用电石和水反应生成乙炔, 再将乙炔与氯化氢反应, 在氯化汞的催化作用下制备氯乙烯。

3 氯乙烯的电石法生产工艺技术存在的问题

电石法生产氯乙烯具有明显优势的同时, 也不可忽视其生产装置中存在的一些问题, 半自动化和手动操作严重影响着生产过程的控制系统。电石法生产工艺存在的问题主要有以下几方面:

3.1 生成乙炔时的温度和压力控制问题

生成乙炔时, 由于水解反应会释放大量的热, 造成整个发生器的温度和压力急剧上升, 当压力超过一定范围则会引起爆炸。现阶段在后续工段采取气柜方式降压, 但由于气柜占地面积大, 后期的较高维护费用和本身存在的爆炸可能性, 不是一个合理的选择。

3.2 氯气和氢气的配比问题

氯气和氢气的配比直接关系着整个氯乙烯的生产安全和产品纯度、产量, 而现阶段我国基本上通过人工经验观察火焰颜色来控制氯气和氢气的输入量, 存在较大的误差, 容易造成安全问题。

3.3 氯化氢和乙炔的配比问题

氯化氢和乙炔的配比理论上应该是1:1关系, 但实际生产中为保证反应朝正方向进行, 控制的比例应为1.05:1。控制配比出错, 很容易由于过量氯化氢造成设备腐蚀, 而过量乙炔容易造成中毒现象, 增加生产成本。

3.4 氯乙烯转化的温度和压力控制问题

生产过程中应该控制氯乙烯的反应温度在130oC-180oC之间, 温度过低造成资源浪费, 温度过高造成氯化汞催化剂中毒失效, 该阶段的温度控制直接影响着企业的经济效益和生产质量水平。为控制氯乙烯转化的温度和压力, 常采用气柜装置控制生产压力, 但气柜占地面积和存在的安全隐患, 不是很好的解决方法。

3.5 故障诊断系统问题

氯乙烯生产工艺过程中, 最常出现的问题有低高沸塔塔板脱落、管道堵塞等, 这些问题出现环节主要由人工来完成操作, 存在明显滞后性, 不利于未来发展。

4 氯乙烯生产工艺技术的优化措施

4.1 乙炔生产工序的优化措施

优化乙炔生成工序, 从而提高乙炔生产效率。常采取的优化措施是通过建立PFC-PID串缓控制系统, 采取PID控制系统内循环, 采取预测函数模型控制系统外循环, 实现自动化对乙炔反应发生器内的化学反应温度进行控制。PFC-PID串缓控制系统的主控变量为冷却塔的出口压力, 确保系统具有稳定的压力, 系统的副控变量为乙炔发生器的反应温度, 确保稳定的系统压力下适当提高反应温度, 提高乙炔生产率。

PFC-PID串缓控制系统的建立取代传统气柜装置, 避免了气柜的安全隐患和维护成本, 提高了氯乙烯的生产安全。

4.2 氯化氢合成工序的优化措施

优化氯化氢合成工序, 从而提高系统安全性能、生产率和产品质量, 降低成产成本。主要优化措施即优化氢气和氯气的配比, 控制氢气和氯气流量。采取单向封闭循环比值控制系统, 将传统的进口气流方式转变为以氯气为主流量, 氢气为副流量模式, 从而实现控制和补偿气流的温度和压力, 有效避免外界温度和压力变化造成的气流密度变化。

4.3 氯乙烯的转化和精馏工序的优化措施

4.3.1 氯乙烯的转化工序的优化

优化氯乙烯的转化工序, 以提高氯乙烯生产率和纯度。主要优化措施是通过控制转化器夹套水的流量和转化器之间的转化温度, 采取单向闭路循环比值控制系统, 将传统的进口气流方式转变为以氯化氢为主流, 乙炔为副流模式, 设计变量设置为生产工序中的监测点, 从而得出氯化氢、乙炔的最佳配比流量。同时采取温压补偿运算, 对氯化氢和乙炔气流进行计算, 从而控制反应过程的精度, 造就自动化控制生产。

4.3.2 氯乙烯的精馏工序的优化

优化氯乙烯的精馏工序, 以提高产品质量, 同时降低能耗、物耗。采取精确控制系统进行精馏塔的参数控制。由于精馏塔是多参数、复杂的整体化学反应系统, 各参数间相互影响、制约。因此必须精确控制投药量、投药温度和压力, 再控制沸塔压力和温度、塔釜液水位等参数, 实现最优参数化控制。

4.4 故障诊断系统的优化措施

传统的故障诊断是以人工控制为主, 结果是人工发现系统故障时故障已发生或即将临界发生, 导致氯乙烯的生产工艺系统的故障诊断存在明显的滞后性, 无法事先准确对故障进行预防。采取氯乙烯生产装置在线故障诊断专家系统, 根据氯乙烯的生产工艺特点、原理, 准确控制整个生产过程, 并微观控制每个生产环节。任一环节出现故障或存在问题时, 系统将自动报警, 并给出修复相关建议, 提高了系统的生产安全系数。

5 结语

氯乙烯的电石法生产工艺存在问题进行探讨, 并对生产过程的一系列工艺进行优化, 解决现存问题, 提高生产安全系数, 提高产品质量、纯度、产量, 实现能源的综合利用, 降低氯乙烯的生产成本, 提高企业经济效益, 以促进企业的长期稳定发展。

摘要：本文分析氯乙烯的电石法生产工艺, 并提出其中存在的问题, 从而进行优化。

关键词：氯乙烯,生产工艺,优化

参考文献

[1]徐兆瑜.氯乙烯生产及其工艺技术新进展[J].江苏氯碱.2007年03期.

乙烯基正丁基醚生产工艺改进 篇3

1 生产中存在问题

1) 合成工序的反应, 主要是正丁醇和乙炔在氢氧化钾催化剂作用下的加压合成反应。在岗位的操作中, 首先是碱液的配制, 而合成工序在配液过程中, 采用的方法是直接将氢氧化钾倒入非密闭容器V -38化解配制, 而化碱过程是一个放热反应, 所以在化碱过程中放出大量热量, 造成部分正丁醇挥发而损失, 因此造成正丁醇消耗的增加。原配碱流程见图1。

2) 06年改造后新设的废水塔对水洗水进行处理, 以回收水中溶解的正丁醇 (约5%～10%左右) , 但由于改造所用冷却器为利旧设备, 冷却效果不佳, 不能及时冷却塔-6顶抽出物, 不但造成正丁醇的浪费, 也在一定程度上造成环境污染。

3) 改造后的精馏塔以水为共沸剂, 通过引入共沸剂水, 形成水一乙烯基正丁基醚一正丁醇的三元共沸物, 采用三元共沸的精馏方法[1]从合成反应液中得到乙烯基正丁基醚单体。改造后的精馏塔注水由以前的塔顶注水改为进料带入, 且注水由乏汽冷凝水担当, 具体水量无法确定, 见图2。

2 改进措施及方法

2.1 对现状 (1) 的改造

(1) 针对容-38不密封情况, 将容-38上人孔、手孔及原加碱方口密封, 留一人孔加碱, 车间规定每次加完碱后放下人孔盖板密封。

(2) 针对化碱放热, 在容-38上方增设冷却器 (原T-6顶冷却器) , 将挥发的正丁醇冷却返回容-38, 不但减少了正丁醇的损耗, 而且净化了环境, 改造后流程图见图3。

2.2 对现状 (2) 的改造

针对塔-06冷却器设备陈旧, 冷却效果较差的现状, 通过查阅资料, 经多次讨论和研究, 最终确定更换为结构紧凑、易拆卸、易清洗、维修方便的换热面积为20㎡的BR02型板式换热器[2]。改造流程如下:废水系统提出以乏汽作为热源, 对废水塔采用全新的全馏出→全回流→一次全采出操作模式, 即蒸馏初期塔项冷凝液全部收集于回流罐中, 到一定量后进入全回流操作, 此时回流罐中液相量基本不变, 亦即进入回流罐的液相量与回流入塔的液相量大体相当, 通过全回流操作将水中正丁醇全部富集于塔顶罐中, 之后停止蒸馏一次性分离全部液相, 少量分层水回收正丁醇, 该部分正丁醇打入容-15蒸馏回收, 而塔釜残水排放, 见图4。

2.3 对现状 (3) 采取措施

由于水是共沸剂, 起携带醚的作用, 所以精馏注水量的多少, 对醚含量的高低有着直接影响。注水少醚不能被全部携带, 注水多造成三线带水影响回收醇质量, 从而进一步影响合成反应。而精馏工序醚含量的高低将直接影响聚合粘度的高低, 对产品的质量起着至关重要的作用。所以, 为了确保产品质量和产量, 降低原材料单耗, 车间经过多次研究讨论对精馏注水量及精馏操作条件作正交试验, 见表2。

根据生产经验, 一线温度, 三线温度, 注水量是影响精馏的主要因素。因此, 先作出它的因素位级表, 见表1。

试验结果表明, A1B2C2的生产工艺条件较理想。为了慎重起见, 用该位级组合工艺条件又进行了平行试验, 见表3。

由试验得到了基本相同的结论。因此, 通过正交试验, 最终确定了最佳工艺条件为:

A1 (75℃) B2 (48) C2 (110℃)

用最佳操作条件进行为期一年的生产操作, 取得了令人满意的效果。将2006年1～12月和2007年1～12月各个班醚含量见表4, 月产量一级品率见表5。统计后进行了对比。

由表4看出, 经过正交试验后, 精馏醚含量普遍提高, 操作运行较为平稳, 为聚合提供了有力保证。

由表5看出:经过工艺的优化后, 原材料消耗大幅降低, 产品产量也有所提高。

3 效果

3.1 经济效益

通过正交实验和改造, 生产较为平稳, 2007年1～12月共生产T -601 434.7t , 新旧工艺消耗对比见表6。

可节约原材料费用:434.7×2998.6=130.3万元

3.2 社会效益

装置废水塔-6冷却器的更换, 容-38冷却器的添加使排入大气的正丁醇得以回收, 降低了大气的污染, 使环保问题得到解决, 达到了清洁生产。

参考文献

[1]陈常贵, 柴诚敬, 姚玉英.化工原理 (下册) [M].天津大学出版社.

二乙烯苯生产工艺及影响因素分析 篇4

分子式、分子结构式C6H4 ( C2H3) 2分子结构式。

外观: 常温下呈无色或淡黄色透明液体, 有刺激性气味。

分子量: 130.56。

沸点: 195℃ /101.325kPa ( 混合) 。

与空气接触或阳光照射氧化成醛或过氧化物, 致使色泽变深, 极易自聚。不溶于水, 易溶于醇、醚等有机溶剂。

2 二乙烯苯的生产工艺原理

工业生产二乙烯苯主要经过两个工序, 一是脱氢工序, 二是精馏工序。

2. 1 脱氢基本原理

脱氢工序主要是二乙烯苯在触媒催化作业下, 在比较高的温度下其中的两个乙基各失去两个氢形成双键。即生成二乙烯苯。

二乙苯脱氢反应是吸热反应, 其反应平衡常数随温度的增高而增大, 但副反应也相应增加。温度降低, 速度减慢产率以降低, 故存在一个最佳温度, 使反应有足够的速度和较好的反应率。为了更好地控制反应向有利于生成二乙烯苯的方向进行, 加入了选择性强的催化剂, 降低活化能, 且有较强选择性。

二乙苯脱氢同时也是增分子反应, 降压有利于正反应。但反应中物料均有易燃、易爆的特性, 如在高温下对系统抽真空则极不安全, 故工业上一般不采用抽真空的办法, 而采用加入惰性气体的办法。本反应中加入的是水蒸气, 因为它能有效降低产物分压, 抑制副反应的发生。另外还有除去催化剂表面的积炭, 未反应提供热量, 易于反应物料分离的优点。

2. 2 精馏基本原理

简单地说, 精馏就是利用混合物中各组分在相同的压力下具有不同沸点的特点来对混合物进行分离。将混合物加热至沸腾但只令其部分汽化, 则挥发性高的组分, 即沸点低的组分在气相中的浓度比液相中的浓度要高; 而挥发性低的组分, 即沸点较高的组分在液相中的浓度比在气相中的要高。同理, 混合物的蒸气部分冷凝, 则冷凝液中难挥发组分的浓度要比在气相中的高, 反之亦然。多次进行部分汽化和部分冷凝以后, 最终可以在气相中得到比较纯的易挥发组分, 而在液相中得到比较纯的难挥发组分。也就是说, 精馏塔内混合物中各组分在等压下, 经过多次汽化, 多次冷凝, 使高、低沸点不同的组分分别向塔釜和塔顶移动, 以达到分离的目的。

2. 3 二乙烯苯生产工艺流程简述

二乙苯在脱氢工序经过脱氢反应后, 生成二乙烯苯, 由于原料中组分较多, 因而该脱氢反应是一个十分复杂的不完全反应, 经脱氢之后得到的经冷凝后的物料称之为脱氢液, 经过组分控制的脱氢液送至精馏工段, 经粗馏塔进行粗分离, 塔釜得到既定含量的粗DVB后, 再经精馏塔进一步除去其中的萘等高沸点物质和催化剂等杂质后得到纯净的DVB成品。粗馏塔顶的轻组分物质经过低沸点塔后, 塔顶馏出低沸点物, 塔釜得到较为纯净的二乙苯回收利用。

3 二乙烯苯精馏岗位生产影响因素

二乙烯苯精馏岗位生产主要是物料分离过程, 其中不涉及组分的变化。精馏工序生产操作中涉及的工艺参数主要有: 塔的真空度、塔系统温度、塔回流比、预热温度、再沸器液位等。要保证精馏塔的连续稳定生产, 必须对塔进行合理的操作和调节, 才能使塔具有最佳的分离能力和经济效益。在精馏塔的操作中, 要维持精馏过程连续稳定进行, 必须从以下几个因素着手:

3. 1 应严格维持好精馏塔系统的三大平衡, 即物料平衡、热量平衡和气液相态平衡

(1) 维持物料平衡必须要有合理的物料分配, 保持全塔的总物料平衡与易挥发组分的平衡。若总物料不平衡, 如进料量大于出料量, 则会出现淹塔, 当进料量小于出料量时就会引起塔釜蒸干, 这都会严重影响塔的正常生产, 破坏其平衡。在满足总物料平衡的前提下还要同时满足各个组分的物料平衡, 因为在塔内是物理变化, 没有化学变化, 不会有组分的变化, 塔内任一组分的进塔量应等于其出塔量。

(2) 塔的正常生产还要保持塔在操作过程中的热量平衡。这其中包括再沸器、冷凝器、预热器、精馏塔等整个精馏系统的热量平衡。因为由这些设备组成的精馏系统是一个有机的整体, 塔内某个参数的变化必然会反映到再沸器和冷凝器中。

(3) 除了以上两个平衡外, 塔器操作最重要的还有一个平衡, 那就是气液相态平衡。精馏塔主要就是利用物料气、液两相在塔内填料或塔板上接触, 发生物质的转移, 实现物料组分的分离, 从而达到物料提纯的目的。

3. 2 精馏塔操作要有合适的回流比

在精馏塔的结构和塔板数 ( 填料塔为理论塔板数) 已经确定的情况下, 操作时必须要具有一定的回流比, 回流比的大小对精馏塔的操作影响很大。不同含量不同品种的二乙烯苯在生产时回流比也各不相同。因此, 在操作时必须要把握好某种产品的回流比, 在可调节范围内适当调节。

3. 3 塔内要有适当的蒸汽速度, 维持正常的塔釜液位

在我们的生产过程中, 蒸汽速度通常体现在塔釜及塔顶压力上。而在生产中, 由于我们的塔系操作采用负压操作, 塔顶及塔釜的压力除受到真空泵抽真空效率的影响外还要受到塔釜再沸器加热情况的影响。塔釜再沸器加热良好, 再沸器内液相蒸发量大时, 塔釜真空度就小, 要在实际操作中尽量保持塔釜液位一定。这样就可以减少塔釜压力的变化, 有利于保持塔内物料的总平衡, 也可以防止液泛、淹塔及塔釜蒸干现象的发生。

4 二乙烯苯脱氢工序生产影响因素

影响二乙烯苯脱氢生产的主要因素有催化剂、反应温度、反应压力, 水蒸气用量, 原料纯度等。

4. 1 催化剂

催化剂是脱氢反应首要的影响因素。催化剂的质量决定了二乙苯脱氢反应的速度、转化率、乙基苯乙烯转化为二乙烯苯的选择性。目前脱氢工序接触器 ( 即反应器) 内使用的主要是由厦门大学生产的氧化铁系催化剂。该催化剂反应活性好, 寿命较长, 且在水蒸气存在下可以自行再生, 它的连续使用周期长, 即使活性降低后在单通水蒸气的情况下经过短暂时间内就能恢复其活性。

4. 2 反应温度

二乙苯脱氢反应是一个吸热反应, 升高温度, 有利于脱氢反应的进行, 同时有利于产品中乙基苯乙烯更多的转化为二乙烯苯, 这是我们生产所需要的。但是, 由于烃类物质在高温下不稳定, 容易发生许多副反应, 而且温度过高的话, 产品中的乙基苯乙烯和二乙烯苯容易发生聚合。所以该反应不适合在高温下进行。但是, 低温时不仅反应速率会变慢, 而且平衡产率也会降低, 不利于乙基苯乙烯向二乙烯苯的转化。这就有一个最佳的反应温度。这个最佳反应温度需根据生产实际, 并结合催化剂的不同使用阶段来具体确定。考虑到反应平衡, 同时提高反应速率、降低副反应的发生, 并结合催化剂的最佳使用条件及节省能源, 确定二乙苯脱氢反应的适宜反应温度为600℃, 反应器温度控制在580℃ ~600℃。

4. 3 反应压力

二乙苯脱氢反应是在气体状态下进行的增分子反应, 反应后气体体积增大。降低压力对反应平衡向正反应方向移动有利。由于二乙苯等化学物品是易燃易爆的危险化学品, 同时, 反应器直接与明火接触。为了保证该反应在高温低压下安全进行, 生产上不采用负压操作。同时在生产中加入不参与反应、且在冷凝后易与物料分离的水蒸气作为稀释剂, 降低反应物的分压, 保证该反应在高温低压下进行。在实际生产中反应压力为0. 05MPa。同时采用水蒸气作为稀释剂, 可以提供给脱氢反应所需的一部分热量, 还可以加快物料气在系统内的流速, 尤其是反应产物的流速, 从而使反应产物快速脱离催化剂表面, 有利于反应向生成二乙烯苯的方向进行。同时水蒸气可以吹走催化剂表面的积炭, 保证催化剂的活性。经过大量实践证明, 水蒸气对二乙苯的比例为3∶1时有利于生产的进行。

4. 4 原料要求

苯乙烯生产现状及工艺技术进展 篇5

1 生产苯乙烯的生产方法

目前, 世面上生产苯乙烯有很多的生产方法, 但是常用的不多就那么几种, 主要有乙苯脱氢法、热解汽油抽提蒸馏回收法、环氧丙烷一苯乙烯 (PO/SM) 联产法、丁二烯合成法和甲苯甲醇合成法等。下面主要介绍一下乙苯脱氢法, 这种方法是全世界用的最多的生产苯乙烯的方法。目前, 世界上约有90%的苯乙烯都是通过该方法进行生产。主要包含两方面:乙苯氧化脱氢法和乙苯催化脱氢。

1.1 乙苯氧化脱氢法

该方法所用的技术就是用低温的放热反应, 而不是使用以前的高温下的乙苯脱氢吸热反应, 这样从成本和消耗的资源上讲是大大降低了, 而且效率也有很大的提高。乙苯脱氢选择性氧化技术就是乙苯脱氢在反应的时候会生成大量的氢, 这个时候将产生的部分的氢进行氧化燃烧, 这样对生成更多的苯乙烯是很有好处的。氢燃烧还会释放大量的热量, 这种方法效率很高。苯乙烯单体先进反应器技术与原生产乙苯脱氢工艺不同的地方在于向脱氢产物中加入了一定的氧或空气, 生成的氢气在选择性氧化催化剂的作用下就会被氧化变成水, 这样就会很大程度上降低反应物中的氢的分压。这样经过脱氢产生的氢气差不多都会被氧化, 这对于产生更多的苯乙烯, 比传统的苯乙烯技术乙苯单程转化率高了80%。而且采用氧化中间加热, 将余热重新收集起来, 这样就不用中间换热器以及管线了, 这样就节约了大量的能源, 既能防止能源浪费而且经济性也明显高于传统工艺。反应甲苯的生成必须有氢参加, 这样除掉氢后副反应就会很少发生了。

1.2 乙苯催化脱氢

乙苯催化脱氢是工业中生产苯乙烯的基本最传统工艺了。该方法就是利用乙苯, 在氧化锌等催化剂作用发生反应, 经过脱氢生成苯乙烯。该过程采用等温式固定床反应器去换热的方法去进行供给能量。最常用的就是高温过热蒸汽的直接换热去进行换热。乙苯催化脱氢法要想高效率就必须寻找高活性和高选择性的催化剂去进行反应。

除此之外, 苯乙烯合成工艺还包括乙烯一苯直接偶合法、甲苯甲醇合成法、苯乙酮法、甲苯二聚法都在研制当中。

2 催化剂技术分析

国外从20世纪30年代开始进行研究, 至今已经有近70年的历史。所以高效的催化剂市场一直被国外的几大公司垄断者, 我国的产量基本为零, 所以一直受到国外的限制。乙苯催化脱氢最开始用锌系、镁系催化剂, 但是随着科技的进步和科学的发展, 性能更好的铁系催化剂也就被沿用, 并且一直用到现在。下面就谈一下关于催化剂配方方面的问题:

第一:改变催化剂颗粒里面钾的分布。利用双层挤条技术就能达到在催化剂颗粒的内外层出现浓度梯度的效果, 该技术能够很好控制催化剂使用过程出现破碎和粉化现象。第二:改变催化剂颗粒形状。圆柱形催化剂经常在绝热床反应器中使用, 国外的南方化学集团公司还研发出了其他几种形式的催化剂。例如, 车轮型、齿轮型乙苯脱氢催化剂。BASF公司还研制了空心圆柱体催化剂, 这样的催化剂就是拉西环状的催化剂, 能够很大程度上降低床层阻力。形状的改变可以多方面全方位提高催化剂的综合性能。我国的兰州化学工业公司也研制了三叶型催化剂, 并成功应用于苯乙烯的工业生产当中。第三:加强铁与钾二者之间的作用力。Fe203和K20之间的相互作用对于反应起到很重要的作用。催化剂初级阶段主要做的就是为了能够让二者发生反应生成多铁酸钾。这方面很多公司都有了突破, 而且使用中也有了很好的效果。

催化剂床层在装置中的安装位置对于整个经济效益也是有着巨大的影响的。在对于一套苯乙烯装置, 其中原料费用就可能占据可变生产费用的85%一90%, 因此通过提高苯乙烯收率是最直接和有效的方法。美国的一家公司研发了一种反应器, 该反应器是新型连续搅拌槽式可以提高乙苯转化率。该装置的原理就是通过把很多催化剂床层和很多的再热器集装放置在同一个容器设备中, 这样就形成了一个特别的乙苯脱氢反应系统, 降低床层压降, 减少蒸汽消耗。这样就提高了反应器的生产能力, 转化率可以由原来的65%提高到现在72%一78%。我国的华东理工大学研发了一种乙苯负压脱氢反应器, 该反应器可以完成气气快速混合和轴径向的效果。突破了国外长年以来在该技术上的垄断。

3 乙苯脱氢生产技术的趋势

催化剂方面主要是向着以下几个方向发展, 第一, 低水比条件下的催化剂能够仍然具有高稳定性而且温度很低却具有很高的活性;第二, 可选性更高, 催化剂的使用寿命维持在24个月甚至更长的时间。

工艺方面, 可以改进技术, 达到通过选择氧化氢气转化成水蒸汽的效果, 使脱氢反应平衡向有利于生成苯乙烯方向移动, 同时还可以给脱氢反应提供所需的热量。技术应该包括氧化催化剂载体与活性组分的选择、反应器的设计与改进等多个方面, 形成一种操作性很强的实用技术, 还要保证这种技术能够成功应用于实际。对于二氧化碳作为脱氢介质生产苯乙烯的技术、膜分离技术、乙苯氧化脱氢生产苯乙烯工艺已经研究很长时间了, 但是还没应用于实际, 所以要抓紧时间。

4 结论

我国是从20世纪60年代开始研制和乙苯脱氢工艺匹配的催化剂。并取得了一定的效果。比较具有代表性的就是兰州化工公司研究院和上海石油化工研究院等研制的催化剂。在催化剂新品研发方面, 尽管国内苯乙烯催化剂已经取得了一定的效果, 但是在配方的改进、制备工艺等方面仍需要改进。所以, 我国要加快脚步去生产更多苯乙烯, 满足国内的正常的发展和生产的需要, 不要一直依赖于国外的公司技术限制。

摘要：苯乙烯是很重要的一种有机化学原料, 很多材料的制造都要用到它, 用途十分广泛。还可以用于制药、染料、农药以及选矿等行业。在乙烯各种衍生物中, 苯乙烯消耗乙烯的量仅次于聚氯乙烯、聚乙烯和环氧乙烷而居第四位。本文主要就目前世界和国内的苯乙烯生产现状及工艺技术进展展开讨论。为本行业的生产操作提供一定的指导。

关键词：苯乙烯,生产工艺,进展,现状

参考文献

[1]魏文德.有机化工原料大全 (第三卷) .北京:化学工业出版社, 1990.425.[1]魏文德.有机化工原料大全 (第三卷) .北京:化学工业出版社, 1990.425.

氯乙烯生产工艺对比 篇6

关键词：VCM生产,直接氯化,裂解,焚烧

美国西方化学公司OXYVINYLS (以下简称“西方化学”) 是氯乙烯技术的最大专利商, 它的VCM产量名列世界第二, 采用了自有知识产权的完善的VCM工艺, 总产量超过2850万吨/年。2011年12月青海盐湖工业股份有限公司金属镁一体化项目 (以下简称“盐湖集团”) 与西方化学公司签订了35万吨/年乙烯法VCM工艺专利技术转让协议。35万吨/年乙烯法VCM装置原料干氯气来自金属镁电解副产的氯气;乙烯来自DMTO装置, 而乙烯法氯乙烯装置副产的氯化氢气体输送至乙炔法氯乙烯装置生产氯乙烯, 不同于通常的乙烯平衡法氯乙烯装置, 故技术的关键在直接氯化和裂解工艺。西方化学针对上述生产情况, 提供直接氯化技术包含高温和低温直接氯化相结合的技术方案, 能最大限度的发挥原材料效率和能耗效率与总成本最小化之间的最优化平衡;成为具有盐湖集团特色的VCM合成工艺。

一、直接氯化反应单元

以乙烯和氯气直接生产二氯乙烷是世界上各主要专利商的合成原理基本一致, 均采用液相二氯乙烷为介质, 以三氯化铁或特殊络合物为催化剂, 由乙烯和氯气鼓泡通过液层进行反应, 生成二氯乙烷, 其主反应方程式为:

1. 直接氯化工艺

盐湖集团金属镁装置所产采用的工艺, 是电解无水氯化镁生产金属镁和氯气。其主反应方程式如下所示:

与传统的氯碱化工工业相比较, 有很大的区别;其电解槽出来的电解尾气气体的主要氯气成份与传统氯碱工业中的氯气成份有很大的区别, 详见附表一:

(1) 传统低温直接氯化工艺

低温直接氯化工艺在50℃条件下, 原料气乙烯和氯气进行加成反应。在加成反应过程中, Fe Cl3不仅催化了氯气和乙烯的加成反应, 同时也促进了取代反应, 不能很好地抑制生成物的二次反应, 导致产品的纯度下降。一般来说温度越高、反应速度越快、副产物增加也越多。为提高EDC收率, 早期工艺采用较低反应温度。

低温直接氯化工艺缺点也很突出:需要大量的庞大外循环冷却设备导出反应热, 方可维持要求的温度, 以确保反应的进行。由于低温反应是液相出料, 故生成的粗EDC中含有大量的催化剂, 需定期补充大量催化剂。粗EDC需要大量水洗、碱洗设备对EDC进行洗涤、中和, 废水多, 易造成部分EDC损失。工艺流程复杂、EDC成品消耗冷却水多、精馏消耗蒸汽量大、设备的一次性投资大。

(2) 传统高温直接氯化工艺

高温直接氯化工艺是在EDC的沸点 (83.6℃) 以上进行反应, 由于采用气相出料, 产品中不含有Fe Cl3催化剂;不需要水洗、碱洗处理直接送往二氯乙烷精馏系统;其缺点是:由于反应温度过高, 易产生三氯乙烷等副产物。35万吨/年乙烯法VCM装置使用乙烯和氯气直接氯化, 生成1, 2-二氯乙烷, 0.2MPa和120℃条件下反应生成EDC蒸汽, 精制后在裂解炉中裂解为VCM和HCl。

(3) 西方化学工艺特点

美国西方化学的VCM专利技术中应用简单的铁催化剂系统, 无需加入铁系催化剂和特殊的催化剂。无需铁系催化剂和特殊的催化剂储存、添加, 或催化剂活化设备;在日常的生产中减少了添加、贮存催化剂的成本。直接氯化的反应热100%完全有效的得到回收, 完全应用于低温直接氯化工序、EDC蒸馏脱除重质组分不需要蒸汽。

为优化投资成本和原材料及公用工程消耗, 并结合盐湖集团金属镁一体化PVC装置的实际情况, 设计上采用低温直接氯化反应器与高温直接氯化反应器串联结合工艺, 氯气和乙烯按流量控制加入到低温直接氯化反应器中, 反应热量在换热器中用冷却水移走。来自低温氯化反应器的干燥粗EDC送入高温直接氯化反应器, 消除了通常情况下对低温直接氯化粗EDC要经过EDC洗涤系统进行处理的需要, 减少了水的消耗和工艺废水;提供全能力低温直接氯化洗涤系统 (酸洗和碱洗系统) 是可以允许在高温直接氯化反应器不能接收氯化粗产品情况下时也能运行低温直接氯化反应器。

2. 盐湖特色的EDC精制工艺

由于本VCM装置的工艺特点, 高温直接氯化反应和低温直接氯化反应相串联的工艺形式。该EDC的精制系统与传统EDC精制工艺的存在着很大的区别。低温直接氯化工艺生产的EDC要经过脱水塔、低沸塔、高沸塔、回收塔精制后送去EDC裂解工序进行下一道工序的生产。盐湖集团的EDC精制工艺是高温直接氯化和低温直接氯化相结合的工艺, 在二氯乙烷精制上也和传统工艺有很大的区别, 第一是将脱水塔和低沸塔合二为一, 低温直接氯化生产的二氯乙烷进入其中进行处理后和高温直接氯化生产的二氯乙烷一起进入高沸塔和回收塔再次进行精制处理。高沸塔塔底的高沸物组分送往二氯乙烷回收塔, 已回收EDC, 回收后的EDC直接送往脱水塔重新精制。

二、EDC裂解单元

本乙烯法VCM装置EDC裂解炉, 西方化学提供技术参数, 由法国赫尔蒂公司根据我公司的实际条件进行单独设计的, 是世界上最为经济实用的EDC裂解炉。EDC裂解的主反应方程式:

西方化学低压裂解工艺同其他专利技术的高压裂解工艺相比具有很多的优点:产生的副产品很少, 尤其是丁二烯、氯甲烷、乙基氯化物;安全性有很大的提高, 更低压力的裂解炉和急冷系统运行, 可以使裂解炉炉管管壁更薄, 降低投资;针对我公司提出的条件, 采用焦炉煤气作为燃料气进行燃烧加热裂解炉, 优化设计使裂解炉的热效率达到91%。由于是低压裂解副反应少和产品收率高, 结焦率也降低了不少, 比其它高压裂解工艺专利技术。

精制EDC送到EDC裂解炉, 高温裂解成VCM和HCL。热解反应发生在燃气或燃油的箱式炉内, 温度为490--510℃, 压力为1.0MPag, 裂解炉在低压运行, 以气相物料作为进入裂解炉, EDC的转化率为55%。低压气相进料可以保持在线运行时间一年以上不需要除焦, 裂解炉在线运行时间超过一年, 部分专利引进用户可使用18个月, 甚至更长的时间。使用有效的急冷塔塔底汽提塔对HCL和VCM进行回收和脱焦。从裂解炉热流出物进行有效的热回收生产蒸汽, 每吨VCM回收200, 000千卡蒸汽用作2.0MPa (G) 高压蒸汽, 用于VCM精馏系统。

三、VCM精制单元

由于低压裂解工艺产生极低水平的杂质, 这将极大地降低所要加工或者处理的原题副产品的量。故在氯乙烯精制单元中, 由于副产物和杂质较少, 所以氯乙烯产品的精制变得很简单, 因需要脱除的杂质水平很低, 氯乙烯塔可以在很低回流率的情况下运行。显著地降低了运行塔器所需要的蒸汽和冷却水。

在VCM精制单元, HCl、EDC和VCM分离。在HCL塔中, 塔顶分离出HCL, 塔底的物料进入VCM塔。在VCM塔顶分离出VCM, 塔底的EDC经过氯化, 把其中的不饱和副产物转化为重组分, 送至粗EDC储罐。VCM塔顶的VCM经过VCM汽提塔后, 脱除HCl和水。HCl塔分离出的HCl经过换热后, 减压送至乙炔法VCM装置作为原料气。

VCM精制的主要技术特点如下:

·上游焦炭的有效去除, VCM精制塔再沸器的检修周期可长达3年。

·VCM汽提塔脱除了VCM产品物流中的残留HCL, 不再需要碱洗或者固碱洗涤塔。

·VCM汽提塔塔顶馏分再循环至HCL塔, 提高了对HCL的回收。

四、三废治理和环境保护措施

此乙烯法VCM装置达到美国EPA和OSHA标准。西方化学为装置区内尾气收集系统提供全套专有技术和工艺设计。这些尾气包括连续工艺尾气及间断的尾气如停止和维护尾气、储罐尾气和紧急尾气。不同的尾气流保持分开, 以避免腐蚀形成烃类和空气的可燃性混合物可能性。

1. 废水处理

在VCM装置内的工艺废水和非工艺废水都会先收集集中后, 在废水处理单元得到中和、汽提、冷却等处理。在正常操作下, 主要的工艺废水来自碱洗罐, 因为流量较小, 可以先收集在废水储罐, 到一定液位后间歇地送入废水汽提塔中处理。当低温氯化反应器不开的时候, 来自酸洗罐的废酸水成为主要的工艺废水, 该股废水经过碱洗后, 同样收集后通过废水汽提系统集中处理, 最后送至界外作进一步的生化处理。

2. 废气处理

氯化反应器的尾气和从高塔回流罐、VCM球罐、VCM汽提回流罐等处来的干尾气;从干燥塔、汽提尾气冷凝器、碱洗罐、酸洗罐、湿EDC储罐等处来的湿尾气;从工艺废水槽和污水罐来的低压废气, HCl中和罐来的HCl尾气, 均送至焚烧单元进行处理, 以达到排放标准。

焚烧废液和废气产生的HCl用HCl吸收器生成31%盐酸, 送至盐酸储罐。除供我装置自用外, 要输送至金属镁装置盐用作电解氯化镁的保护气。

结语

氯乙烯生产工艺对比 篇7

聚乙烯(PE)具有良好的电性能和加工性能,因而被广泛用作电线电缆的绝缘及护套材料。但是聚乙烯材料的使用温度低及蠕变性等缺点,严重限制了其使用范围。对此,人们采用了各种交联或共混技术对其改性,以提高聚乙烯电线电缆的使用温度及耐应力开裂性能。

聚乙烯交联工艺主要有过氧化物化学交联、硅烷交联、辐照交联等[1]。过氧化物化学交联主要适用于大规格的中高压和超高压聚乙烯电力电缆,电压等级为10~550 kV,但是过氧化物化学交联生产过程的清车、起机费用大。硅烷交联和辐照交联主要适用于10 kV以下中低压电力电缆及小规格电气装备用电线电缆,硅烷交联剂的分解需水做引发剂,由于水分的侵入,材料介电性能劣化,在一定程度上限制了硅烷交联聚乙烯的使用。辐照交联聚乙烯电线电缆具有高效率、低能耗、无污染的特点,生产速度是过氧化物化学交联的3~5倍,而能耗仅是它的1/2~2/3,且辐照交联聚乙烯电线电缆的耐温等级为105~150 ℃,而其他交联方法生产的交联聚乙烯电线电缆的耐温等级仅限于90 ℃。因此,辐照交联生产方法越来越受到中低压小规格聚乙烯交联电线电缆生产厂家的青睐。目前,我国用于电线电缆辐照交联的电子加速器已有75台,电子束的电子能量主要集中在0.5~2.5 MeV。

1 辐照交联原理

高分子在经受电子束辐照时,高分子的交联和裂解反应同时发生,以交联反应为主的高分子称为交联型高分子,以裂解反应为主的高分子称为裂解型高分子。一般聚合物是交联型还是裂解型高分子主要决定于聚合物的分子结构[2]。裂解型乙烯基类聚合物的分子式为:

通常乙烯基类单体形成的高聚物以辐照裂解为主,而只有一个侧基或无侧基的聚合物则以交联为主。例如聚乙烯、聚苯乙烯等均为交联聚合物;聚四氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚α甲基苯乙烯为裂解聚合物。此外,当主链重复基团为—C—O—时,例如聚甲醛,其辐照时很快裂解。

聚乙烯可在常温下辐照交联,由加速电子束引发,使聚乙烯大分子中的碳原子激发成活性自由基,活性自由基相互结合,使线形聚乙烯分子交联形成三维网状高分子。聚乙烯的辐照交联过程表示为:

同时也伴随着其他副反应,如:

PE→PE1·+PE2·

不同材料对辐射的敏感性不一样,为了提高辐照交联效率,通常在材料中加入敏化剂和增感剂、抗老化剂、阻燃剂等。相对于交联聚乙烯与热塑性聚乙烯,辐照交联聚乙烯的三维网状结构使其提高了耐热变形性,改善了高温下的力学性能和耐环境应力龟裂与耐热老化性能,增强了耐化学品性和耐溶剂性,减少了冷流性,而同时绝缘电阻和介质损耗角正切基本不变。但受辐射源及交联聚乙烯原材料的限制,现阶段辐照交联聚乙烯主要用于绝缘层厚度较薄、截面较小的电线电缆。

2 辐照加工工艺参数的设定

聚乙烯电线电缆辐照加工中需要设定的工艺参数有电子束能量、束流强度及辐照剂量。

2.1 电子束能量

电子束能量决定了电子束对材料的穿透深度。电子在材料中的穿透深度与电子能量近似成正比,与材料密度成反比。不同能量的电子束在物质中有确定的分布,通常以电子束的穿透深度来衡量辐照的均匀性。聚乙烯线缆的辐照方式有单向辐照和双向辐照两种,如图1所示。通常绝缘较薄的聚乙烯线缆采用单向辐照方式,而绝缘较厚的聚乙烯线缆采用双向辐照方式。

双向辐照是利用强磁场偏转系统改变部分电子的运动方向。双向辐照时电子束的穿透深度约为单向辐照时的2.4倍。采用的电子束能量在1~10 MeV范围内时,单向辐照所需能量的计算公式为:

式中E为电子束能量,D为电缆绝缘外径,d为导体外径,ρ为材料的密度。表1为ρ=0.95 g/cm3时上式计算结果结合实际生产情况的单向辐照所需电子束能量的参考值[3]。

双向辐照所需能量的计算公式为:

2.2 电子束的束流强度

电子束的束流强度决定了辐射加工的效率,产品的吸收剂量正比于电子束的束流强度。对于电线电缆的辐照交联,电子束流与电线电缆吸收剂量之间的关系为:

式中I为束流强度,单位为mA,R为物质表面的吸收剂量,单位为kGy,V为电线电缆通过速度,单位为m/min,N为缠绕圈数,K为剂量参数(可通过在I、V、N给定的条件下标定吸收剂量得出)。实际辐照中,在辐照剂量一定的条件下,通常是在加速器额定束流强度上限运行,通过调整线缆在加速器的电子束下缠绕的圈数,同时结合电缆线径的大小,确定线缆的运行速度。

2.3 辐照剂量的设定

不同牌号聚乙烯材料的辐照交联都有一最佳辐照剂量,每种辐照交联聚乙烯材料都要通过试验选定其最佳的辐照剂量。最佳辐照剂量的确定条件是:使交联聚乙烯内部形成足够的交联密度,聚乙烯内部既不发生再交联,也不发生过交联;还应保证辐照后聚乙烯的机械性能保持在一定的范围内。图2为辐照交联聚乙烯材料(未添加敏化剂)的机械性能随辐照剂量的变化[4]。可见,如要辐照后聚乙烯的机械性能保持在一定的范围内,未添加敏化剂的辐照交联聚乙烯材料的辐照剂量一般约为0.30 MGy,而添加了敏化剂的辐照交联聚乙烯材料的辐照剂量一般约为0.015 MGy。

在一定辐照剂量范围内,聚乙烯的交联度随着辐照剂量的增大而增大;当辐照剂量继续增大时,则聚乙烯的交联度变化不大。辐照剂量过高,一方面会造成不必要的能量损失,降低生产效率,严重时会导致交联聚合物发生辐照裂解;相反,辐照剂量过低,则聚乙烯交联程度不够,不能形成理想的网状三维立体结构,使线缆的耐应力开裂性能和耐溶剂性能降低。通常通过测定辐照后聚乙烯的热延伸伸长率来衡量聚乙烯的交联程度。此外,辐照交联聚乙烯的断裂伸长率随辐照剂量的增大而减小,过高的辐照剂量将使辐照交联聚乙烯的断裂伸长率超出适用范围的200%。

3 辐照交联中常见的问题及解决办法

通常辐照交联主要适合薄壁聚乙烯绝缘(电缆截面积为零点几平方毫米,绝缘层厚度为零点几毫米)的交联,在厚壁聚乙烯电线电缆的辐照生产过程中,往往会出现以下问题:a.辐照完成后,若接触通电导体,会出现强烈的放电现象;b.辐照前电线在浸水耐电压试验中完好,而辐照后电线在浸水耐电压试验中被大量击穿;c.辐照前挤出非常紧密的绝缘,在辐照后绝缘出现松动甚至与导体分离;d.辐照后在电线电缆聚乙烯绝缘内部形成气泡,尤以厚壁绝缘为甚。

经分析,上述问题的主要原因是辐照时的电子陷阱、静电效应、热效应、低分子气体生成所致[5]。电子陷阱是指电线电缆绝缘中存在非均相和缺陷,在辐照交联过程中,非均相和缺陷部分与均相和无缺陷部分俘获电子的能力不同,即在给定的电子能量下,电子穿透这些区域的概率不同,不能穿透的电子在非均相和有缺陷的区域形成电子积累,形成了电子陷阱。静电效应是指当电线电缆的绝缘厚度大于电子的有效射程时,在电线的绝缘层中将发生负电荷的积累。此时,聚乙烯绝缘层将对地产生一个很高的负电位,场强可达109 V/m。当厚绝缘电线电缆在辐照后立即进行耐压试验时,首先在电子陷阱处发生局部放电,而电子电场不仅加剧局部放电,也使施加于绝缘层上的电压高于设定值,因此厚绝缘电线电缆必然发生较高的击穿概率。热效应是指在电子束辐照聚乙烯的过程中,一部分能量用于辐照交联反应,而其余大部分能量则转化为热能,其宏观表现为聚乙烯绝缘材料温度的升高。低分子气体生成是指聚乙烯辐照交联在生成大分子三维网状聚合物的同时,也生成H2、CH4、CO和CO2等低分子气体产物[6],其中H2生成量最高,由于H2不能全部挥发出,有一部分残存于聚乙烯材料内部,当聚乙烯材料的温度超过其玻璃化温度或熔融温度时,残存的H2在聚乙烯材料内部则形成气泡。

针对辐照后电缆产生的问题,我们可以采取如下相应的措施:a.在辐照过程中,保证电线的导体线芯可靠接地,使累积的电荷导入大地;辐照后,电线接地静置一段时间,然后再进行耐压试验。b.合理设置辐照时的电子束能量,电子束的有效射程必须 大于绝缘厚度。对于圆形电缆,电子束必须穿透半弦长。c.减小辐照剂量率,减小束流强度,增加束下排线的圈数,使单位时间内绝缘层温升降低,同时有利于热量的散出。在挤出绝缘层后放置一段时间,待电线恢复室温后再进行辐照。d.严格控制辐照剂量及其均匀性,避免辐照过量或部分区域辐照过量造成绝缘熔融和气泡的生成。e.在聚乙烯辐照交联料中添加适当的敏化剂,降低辐照剂量,从而减少H2的逸出,抑制聚乙烯绝缘的起泡现象。f.严格控制辐照交联材料的生产工艺,尽量提高材料的均匀性,在挤出加工时采用高目数滤网。

摘要：目前辐照交联聚乙烯电线电缆的产量越来越大,生产过程中会出现各种各样的问题。为此,着重对辐照交联聚乙烯电线电缆中出现的问题及相应的解决措施进行了论述。同时,简要介绍了辐照交联的原理及辐照加工中主要工艺参数的设定,对比了辐照交联、硅烷交联以及过氧化物化学交联的生产特点及适用范围。

关键词：辐照交联,聚乙烯,电线电缆

参考文献

[1]甘兴忠.电线电缆绝缘交联聚乙烯交联工艺的分析和对比[J].电线电缆,2008(2):8-11.

[2]张志成,葛学武,张曼维.高分子辐射化学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2000.

[3]蔡文彬,络强.电线电缆的辐射加工和辐照交联电缆[J].机电工程,1998(5):58-60.

[4]赵以正.10 kV及以下辐照交联架空电缆用黑色聚乙烯塑料的研制[J].电线电缆,1996(5):17-22.

[5]徐兴伟,张举位.电子辐照效应对交联聚烯烃电缆绝缘性能影响[J].电线电缆,2004(5):27-29.