中国石油广西石化分公司PMT3
摘 要:通过科技发展引导下不断的研究和实践,聚合生产工艺正经历着持续的更新和完善。进一步深入研究聚合工艺优化策略,有助于提高聚合物质量、产量和环境保护。为此,本文介绍聚合物生产中两项重要的聚合工艺,分析聚合工艺应用过程中,存在的安全问题,总结相关策略,为改进聚合工艺、实现安全生产提供参考。
关键词:聚合工艺;本体聚合工艺;溶液聚合工艺;釜式聚合反应器;聚合工艺危险性预防
0 引言
目前,在生产塑料、合成橡胶、化学纤维、涂料等领域中,聚合工艺是这类高分子聚合物的主要生产方式。尽管聚合工艺生产已经取得了重大进展,我国聚合物产量位居世界重要地位,几乎涉及工业、民用、军事、农业、建筑等各大重要领域,但是由于聚合工艺还存在一定不稳定性,在产量和安全方面仍有待进一步提升,优化工艺流程、提高工艺产能、确保工艺安全等工作,始终是需要投入和探讨的重要内容。
1 聚合与聚合工艺
聚合是有机化学和高分子化学中的重要术语,聚合主要由一种或多种小分子化合物通过反应转变为大分子聚合物,聚合物的分子量大体为1×104—1×107。聚合工艺就是涉及到化合物聚合反应的工艺过程。聚合工艺有多种方法,主要有适用于高粘度聚合的本体聚合工艺和溶液聚合工艺,适用于低粘度的悬浮聚合工艺和乳液聚合工艺,等。应用于聚合工艺生产的聚合反应器的类型主要有以下类型:釜式聚合反应器、塔式聚合反应器、管式聚合反应器、特殊型聚合反应器等;其中搅拌釜聚合反应器以其多变的形式,成为最常用于聚合物生产的聚合装置,约70%以上聚合工艺采用该类聚合反应器。
经过聚合工艺加工产生的聚合物,其主要具备以下特征:可塑性能强,成纤、成膜、高弹力效果,这些性能都是低分子量单体所不具备的,这类聚合物在工业、农业、建筑、军事、生产生活领域应用广泛,例如化学纤维、合成橡胶、塑料、涂料等,都属于高分子聚合物反应的主要产品。
2 聚合工艺
2.1 本体聚合法
本体聚合法因其聚合工艺应用相对简单,流程短,产品生产优势明显:无反应介质,产物纯净度高,聚合物易分离等特点,此法后处理过程简单,节省了复杂的分离回收等操作流程,无需使用过多的生产设备,属于较为实用经济的一种聚合方法,显著优点促进本体聚合法被广泛的应用于聚合物生产。该聚合工艺表现出较好的聚合效果,采用釜式聚合反应器有效反应容积大,生产能力强,生产成本相对较低,有利于工业化、连续化、规模化生产。而且在聚合物生产领域发挥出较高的应用价值。以其科学高效的应用降低了聚合工艺成本,非常适合制造透明度和质量较好的板材和型材。本体聚合法也存在一定需要克服的不足:放热反应,传热系数小,散热困难,温度控制较难,造成聚合物分子量分布宽。需要采取合理的措施:合理设计反应器的形状、大小、增大传热面积,单体中加入聚合物;分段聚合(预聚合)粘度随转化率变化显著,产生凝胶效应,分子量很大;出现单体反应不完全情况时,应该予以解决并去除。对于工业化生产来说,研究和实践表明本体预聚方式更加安全和适合。
2.2 溶液聚合法
溶液聚合法是聚合生产中常用聚合工艺,此法将单体溶解在适当的溶剂中,在催化剂的作用下,通过溶液蒸发的方式,释放聚合反应的热量,控制聚合反应温度,实现聚合物的收率,其中催化剂的选择和配比、温度的控制等都是非常重要的。工艺反应生成的聚合物溶解于所使用的溶剂中(如丙烯腈/NaSCN水溶液),或者不溶解于溶剂中(如丙烯腈/水),会得出不同的聚合物。该工艺的优点是以溶剂为传热介质时,聚合温度相对容易控制;由于溶剂的热能易传导作用,聚合物的分子量及分子量分布容易调节,聚合产物易于传送,当制造粘合剂、涂料及纺丝桨时,经过聚合之后的溶液,可以直接应用于生产。该工艺的局限性是因为单体浓度低,分子量不高,聚合速率偏慢;因为有溶剂回收及其纯化等各项工序,在生产过程中容易对环境造成污染,并且存在安全问题。聚合工艺应用难度大,相关人员要始终将工艺创新作为研究重点,不断优化溶液聚合法的应用方式,设法减少聚合反应生成的污染物。总体来讲,溶液聚合工艺在提高生产效率与产能方面,比本体聚合工艺更具有优势。
3 聚合工艺的危险性分析与控制措施
3.1 聚合工艺的危险性
聚合工艺具有一定的危险性,属于国家安全监管总局重点监管的危险化工工艺之一,这是由于聚合反应是一种放热反应,在反应过程中会释放出大量的热量,容易引发火灾和爆聚、自聚、燃爆等爆炸事故。这是由于:①聚合工艺所采用的原料,例如:苯、丙烯、乙烯、甲醛等均属于易燃易爆物质,同时,受到反应温度、搅拌速度、冷却效率等各项因素的影响,期间极易出现反应器内部过热的情况,引发的异常现象,是引起火灾和爆炸事故的根源;②聚合工艺使用催化剂多数是烷基铝等类型,化学反应活性高,接触空气易自燃,遇水会分解爆炸;③聚合反应设备、管道的腐蚀、胀裂,容易造成大量物料泄露,引起燃烧和爆炸,甚至大范围的环境污染。因此,聚合工艺成为我们国家安全监管总局重点监管的危险化工工艺之一。
3.2 聚合工艺安全控制措施
某企业通过开展精细化工反应安全风险评估,完善风险管理和控制措施,做到了有效防范聚合反应事故,极大提升企业安全生产水平。该企业采取的主要措施如下:
3.2.1 保证安全控制系统正常
聚合工艺生产期间要严格遵守各项安全控制和管理的基本要求:①反应釜的温度和压力等指标,要有实时监控、报警和联锁系统;②设置紧急冷却系统,当出现紧急情况时,确保紧急切断系统正常启动;③紧急加入反应终止剂系统;搅拌的稳定控制和联锁系统;④严格控制投料顺序和投料配比,进行料仓静电消除,安装可燃气体置换系统、可燃和有毒气体检测报警装置;⑤高压聚合反应釜设有防爆墙和泄爆面等。
3.2.2 主要采取的安全控制方式
按照我国精细化工反应安全风险评估规范的各项要求,工艺开始前要对反应中使用的原材料、中间物料、产品等,进行化学品热稳定测试,并进行化学反应过程中的热力学、动力学分析。将聚合反应釜内温度、压力与釜内搅拌电流、聚合单体流量、催化剂加入量、聚合反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系,在聚合反应釜处设立紧急停车系统。当反应超温、搅拌失效或冷却失效时,可以及时加入聚合反应终止剂,并具备安全泄放系统,或者设置其他风险管理和控制措施,以提升企业本质安全水平,防范事故的发生。反应前期要防止升温过快,当反应引发后,放热量逐渐增加,要及时冷却降温。
4 结语
随着聚合工艺的发展和进步,聚合物产能的不断增加,市场应用前景广阔。今后,企业还应不断完善聚合生产工艺,实现降本增效,并根据自身情况科学布局,配套建设具有市场容量及发展前景的聚合物产品。
参考文献:
[1]徐宪义.聚合工艺的危险性分析与控制措施[J].北京:中国化学品安全协会,2023-11-02.
[2]蔡华伟.聚合工艺重点参数的监控及安全控制[J].化工管理,2014(15):186-188.