聚氯乙烯和烧碱相关资料.doc

聚氯乙烯相关资料

PVC简介：
聚氯乙烯(Polyvinyl chloride polymer)是世界上产量最大的塑料品种之一。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯塑件呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加人适量的增塑剂，就可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在1.15 ~ 2.00g/cm3范围内。硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，它的柔软性、断裂伸长率、耐寒性增加，但脆性硬度、抗拉强度降低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料。其化学稳定性也较好。但聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色。其应用温度范围较窄，一般在-15~ 5°C之间。由于聚氯乙烯的化学稳定性高，所以可用于防腐管道、管件、输油管、离心泵、鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板、门窗结构、墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良而在电气、电子工业中，用于制造插座、插头、开关、电缆。在日常生活中，用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。
PVC生产现状：
从1997年开始，世界聚氯乙烯生产能力不断增强，到2000年增至3000万吨。目前，全球聚氯乙烯大公司正进入一个垄断生产能力和扩大经营范围的新时期。
生产技术上，全球聚氯乙烯生产技术不断得到改进和提高。如，最近美国西湖公司开发了新的骤冷塔合成工艺，使骤冷的二氯乙烷裂解后产生的气态物流不再需要使用大功率的循环泵和大量管线，提高了骤冷塔的效率，解决了安全和环保问题。欧洲乙烯公司宣布，这个公司为使乙烷氧氯化生产氯乙烯的工艺工业化，研制出了一种新型催化剂。采用这种催化剂可使乙烷在低温下反应直接合成氯乙烯，其成本比乙烯生产氯乙烯方法节省50％以上。
产品结构上，聚氯乙烯及其制品用途多样化，质量进一步提高。国外一些大公司在聚氯乙烯专用料及制品方面加大了开发投入，开发了与橡胶交联共混的可硫化热塑弹性体、聚氯乙烯仿木型材、聚氯乙烯木材复合窗用型材。美国一些公司开发出了抗静电、防γ－射线辐射的聚氯乙烯薄膜及制品。为使聚氯乙烯皮革更富有天然皮革的质感，日本出光石油化学公司将天然蛋白质粉与聚氯乙烯树脂共混制成具有透气性的仿真皮革。日本昭和化工公司为了解决聚氯乙烯板材及制品燃烧时释放毒性气体的问题，在加工时添加了一种以碳酸锂为主要成分的特殊助剂，燃烧时碳酸锂与氯化氢反应，防止了氯化氢气体的释放。目前，这种助剂已经商品化。此外，一些国家的聚氯乙烯生产企业运用纳米技术相继开发了性质优良的聚氯乙烯塑料
面对国际发展趋势，我国PVC制造行业要把握三个发展方向：
一是企业向规模化、大型化和集约化发展。据有关统计资料表明，2000年至2005年，我国将有约年50万吨聚氯乙烯拟建项目建成投产，届时我国聚氯乙烯生产能力将达到年300万吨。根据我国石油化工发展规划，几套年产20万吨以上的聚氯乙烯装置将在2005年以后实施。如这些项目如期完成，则新增聚氯乙烯能力约为年200万吨，届时我国将形成几个大型聚氯乙烯生产企业。
二是采用先进生产工艺。引进和采用先进的二氯乙烷法等多种生产工艺，改进聚合釜，以提高聚氯乙烯生产装置的性能；应用计算机自动化控制系统，使生产实现现代化，逐步淘汰一些无竞争力的小型电石法装置。
三是产品向专业化、多样化和高附加值方向发展。除普通型聚氯乙烯树脂外，大力增加特殊用途的品种、牌号，例如，型材、管材、电缆用的专用料等的产量和质量也将接近或达到国际先进水平。

PVC有哪些污染？
常规的PVC等材料的电线电缆是相当严重的污染源。在制造、使用及废弃处理时，都会产生大量的二恶英、卤氢酸、铅等有害物质；PVC材料燃烧时会发生很大的浓烟，并产生有害的HCL气体；而且大部分PVC材料中含有Pb（铅）、Cd（镉）等（用作电缆稳定剂）多种有害重金属，会对人体健康造成一定的危害；焚烧或掩埋后，会造成对土壤和水源的污染。

PVC的生产工艺：
PVC的生产主要有两种制备工艺，一是电石法，主要生产原料是电石、煤炭和原盐；二是乙烯法，主要原料是石油。国际市场上PVC的生产主要以乙烯法为主，而国内受富煤、贫油、少气的资源禀赋限制，则主要以电石法为主，截至到2007年12月，电石法约占我国PVC总产能的70%以上。
值得注意的是，在电石法制备PVC中，原盐电解后氯化氢用于生产PVC，剩余的钠部分用于生产烧碱，所以，氯、碱实际上存在共生关系，氯碱平衡也是整个行业发展过程中不得不考虑的重要因素。
图：PVC生产工艺流程

电石法制PVC详细过程：
一、乙炔的制作:桶装或袋装电石经过破碎机破碎后，由皮带机送到电石大贮斗内，再从电石大贮斗放入加料斗，经计量后借电石吊斗、电动葫芦、电磁振动器连续加入乙炔发生器。电石水解产生的粗乙炔气由乙炔发生器顶部逸出，经喷淋预冷器、正水封进入冷却塔和乙炔气柜。来自发生器经冷却后的乙炔气，进入乙炔压缩机加压，然后经清净塔除去粗乙炔气中的PH3、H2S等杂质，再经中和塔、冷凝器等除去酸和水分。精制后的精乙炔气送往氯乙烯合成转化工序。
二、氯乙烯的合成:HCL→HCL缓冲罐→HCL预冷器+乙炔沙封→混合器→石墨冷却器→多孔过滤器→预热器→转化器→除汞器→冷却器→水洗组合塔→碱洗塔→汽水分离器→机前冷却器→单压机→机后冷却器→全凝器→水分离器→低塔加料槽→低沸塔→高沸塔→成品冷却器→单体贮槽
三、聚合：C2H3CL+H2O+引发剂+其他→聚合釜→料浆排放槽→料浆槽→料浆贮槽→ 料浆进料泵→节能器→气提塔→出料泵→节能器→干燥器→离心料浆槽→ 进料泵→离心机→上下搅拢→气液干燥桶→旋风干燥床→一级旋风分离器→①二级旋风分离器→抽风机②旋振筛→中间料仓→大料仓→自动包装线→外卖

PVC生产过程中的关键一步——原盐水电解生成氯气和烧碱

氯碱工业：以食盐为原料，用电解法生产烧碱(氢氧化钠)、氯气、氢气和由此生产一系列氯产品（例如盐酸、高氯酸钾、次氯酸钙、光气、二氧化氯等）的无机化学工业自19世纪90年代以来，至今已有90余年的历史。氯与烧碱都是重要的基本化工原料，广泛用于化工、冶金、造纸、纺织、石油等工业，以及作为漂白、杀菌饮水消毒之用。在国民经济和国防建设中占有重要的地位。
特点：氯碱工业除原料易得、生产流程短、腐蚀和污染严重外，还有以下两个特有的问题：
氯与碱的平衡：电解食盐水溶液时，按固定质量比例(1:1.13)产生氯气和烧碱两种联产品。就一个国家或地区而言，对烧碱和氯气的需求量未必符合此比例，因此出现烧碱和氯气的供需平衡问题。在用氯较少的情况下，由于氯气不便大量贮存和长途运输，总是以氯气的需用量决定烧碱的生产，往往出现烧碱短缺问题。在石油化工、基本有机化工发展较快的国家和地区，大量使用氯气（例如聚氯乙烯和其他有机氯化物的生产），以致烧碱过剩。为平衡氯碱，有的国家将烧碱溶液或电解液以碳化法制成纯碱(Na2CO3)或出口烧碱的办法予以平衡。但通常在工业不太发达的国家和地区，则往往出现的氯气过剩的问题。
能源消耗：主要是电能的消耗量大。氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝。在美国，氯碱工业用电量占总发电量的2％左右。1983年,中国氯碱工业用电量占总发电量的1.8％。因此,电力供应情况和电的价格对氯碱产品的生产成本影响极大。各国都重视选用先进的设备来降低电耗，例如用金属阳极代替石墨阳极，降低电压，以及缩小极距进一步降低电耗。到1980年金属阳极电解槽约占世界氯碱生产能力的一半。70年代，出现离子膜电解法，开辟了节约能源的新途径，具有重要发展前途。
氯碱行业的污染：
氯碱行业也是环境污染比较大的一个行业，氯碱行业排放的“三废”数量大、污染物多。烧碱/聚氯乙烯“三废”排放总量占全国化学工业排放总量比例分别为：废水占1.2～1.3%，废气占8.6～10%，废渣占4.6～5.7%。由此看出氯碱工业是化学工业“三废”排放的主要行业之一。中国氯碱生产工艺较落后，其中电石法生产聚氯乙烯给环境带来了极大的污染。
氯碱生产中废水主要是工艺废水，如盐水精制、电解系统、氯气处理系统废水、乙炔发生电石渣废水、氯乙烯合成含汞废水等，这些废水悬浮物、COD超标，流入水体后进行集中处理不但数量大，而且难度也大。电石法聚氯乙烯生产中，电石渣上清液处理和利用一直是各生产企业的工作重点。
氯碱工业排放的废气主要是工艺废气、燃烧废气、锅炉窑炉废气，主要有氯乙烯精馏尾气、氯苯氯化尾气等。尤其是聚氯乙烯生产过程中产生的氯乙烯精馏尾气的排放，不仅造成资源的浪费、生产成本的增加，更重要的是氯乙烯是致癌物质，排入大气中，会严重污染环境，危害人们身体健康，因此减少尾气排空中氯乙烯的含量相当重要，这也一直是氯碱行业环保工作中的重点。
氯碱工业固体废弃物主要是盐泥、废石棉隔膜、电石渣（浆）、汞、卤代烃残液和废汞催化剂，其中除盐泥外，其余均属固体危险废物。随着氯碱工业的迅速发展，生产中排放的污染物增多，尤其是电石法生产聚氯乙烯工艺，电石生产的污染和电石渣的排放。汞及汞化物的危害，给环境带来严重污染。

离子交换膜法电解食盐水制烧碱与氯气
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

（一）离子交换膜电解槽的构成
离子交换膜电解槽
主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。
离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
（二）离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。