PVC生产技术安全环保性研究

王亚平

摘 要：介绍了PVC生产过程的工艺流程， 重点对电石法生产PVC中涉及的安全与环保问题进行了探讨。

关 键 词：PVC；安全；环保

中图分类号：TQ 32 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）09-2193-03

Abstract： The process flow of PVC production was introduced. The problems about the safety and environmental protection of PVC production with calcium carbide method were discussed.

Key words： PVC；Safety；Environmental protection

聚氯乙烯（简称：PVC）是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料，作为五大通用树脂，PVC材料制品已被广泛应用于日常生活中。我国的PVC产业从2001年起步，到2009年已经成为PVC生产大国和消费强国[1]。尽管生产过程的自动化水平不断提高，但生产安全形势十分严峻，特别是随着我国PVC产能和产量的增加，国内PVC生产过程中的安全问题也逐渐暴露出来[2]。本文介绍了PVC生产工艺流程，重点对涉及电石法生产PVC过程中的安全与环保问题进行了探讨。

1 PVC生产工艺

由于氯乙烯是PVC生产的基本原料，所以PVC生产流程分为单体氯乙烯生产和聚氯乙烯聚合两个阶段。如图1所示为PVC生产的主要流程。单体氯乙烯主要从石油和煤炭两条路线获取，石油路线称为乙烯氧氯化法，煤炭路线称为电石乙炔法。在制得单体氯乙烯后，在聚合釜中进过聚合反应得到聚氯乙烯，根据聚方式的不同，可分为悬浮法、本体法、悬液法和溶液法四种聚合工艺，目前国内有80%的PVC生产厂商采用悬浮法生产工艺，因此本文将其重点介绍。

1.1 乙烯氧氯化法制单体氯乙烯

乙烯氧氯化法又简称乙烯法，是指将石油炼化产物之一乙烯（C2H4）经过氯化反应得到二氯乙烷（C2H4Cl4），二氯乙烷再经过裂解反应生成氯乙烯单体。目前，国外PVC大都由该方法生产。

1.2 电石乙炔法制单体氯乙烯

电石乙炔法是指将煤炭燃烧得到电石，使电石与水反应，生成乙炔（C2H2）：

该反应过程是在乙炔分厂中进行的。

由氢气与氯气反应生成氯化氢气体：

该反应过程在氯碱分厂中进行，其中氢气和氯气是由氯化钠与水反应得到。

最后由乙炔和氯化氢气体反应制取氯乙烯单体： （3）

受我国多煤贫油的自然资源状况限制，电石乙炔法制PVC在我国得到广泛应用[3，4]。但该方法在生产过程中发生危险的概率更高[5，6]。

1.3 悬浮聚合法

悬浮聚合工艺由美国的古德里奇公司在上世纪80年代研发，其基本原理是氯乙烯单体液滴在聚合釜的搅拌作用下保持为悬浮状态，在特定的温度、压力等条件下聚合形成聚氯乙烯[7]。悬浮聚合法的生产流程可分为准备阶段、加料过程、聚合过程和出料过程四个阶段，每一阶段又有具体的操作程序，如图2所示。在投料阶段，对聚合釜涂料的目的是防止放映过程中浆料粘釜。在聚合阶段，反应釜中的温度对产品质量会有很大影响，影戏应精确控制温度，工艺要求控制在0.2 ℃，这也是工艺操作的难点。在反应过程中，由于物料收缩使釜内体积失衡而影响传热效果，中途注水是为了改善传热。

2 PVC生产安全问题

PVC生产与其他化工产品生产一样，具有高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、剧毒等许多危险因素，时刻威胁着企业的安全生产和操作人员的人身安全。在PVC生产过程中，安全管理是至关重要的一个环节，其目的就是要防患于未然，预防事故的发生，避免人身伤害和财产损失。从PVC生产的工艺环节出发，寻找各个环节中的不安全因素，即危险源识别。

2.1 氯乙烯生产环节

（1）若氯化氢中游离氯含量过量，会与乙炔反应生成易燃易爆的氯乙炔。氯含量过高的主要原因有：合成氯化氢时，氯与氢的配比不当；氢气源故障，导致气量减少或供气中断等。

（2）进入混合器中的乙炔气体过量，会与转化触媒氯化汞发生反应，生成乙炔汞，在干态下发生微小振动即可爆炸。

（3）电石（CaC2）的水解反应（式1），是强烈的放热反应，实际上l kg工业原料电石水解可以放热1 659 kJ。所以必须控制其分解速度，且及时移除反应热，否则可能引起爆炸[8]。此外，电石在搬运过程中若与汗液接触，生成氢氧化钙，会灼伤皮肤。

（4）电石加料储斗是引发事故的常见部位。加料储斗是电石进入乙炔发生器的通道，在关闭状态下能够有效的隔绝空气进入发生器。若储斗活门松动，会使空气流入发生器，与乙炔混合形成爆炸性气体；若储斗内含有水或水蒸气，会使电石提前反应，生成乙炔气体；若储斗表面破裂，容易使电石与壁面摩擦打火；若电石块过大，容易使活门关闭不严密，导致乙炔外漏。

（5）严格控制电石的粒径大小。电石粒径过小，会使反应面积增大，进而使反应速率增大，造成局部过热，容易引起乙炔爆炸。电石粒径过大，会使生成的氢氧化钙包裹住电石，阻止反应继续进行。

（6）乙炔具有足够高的纯度，可以提高氯乙烯的转化率。否则，若乙炔在进入反应器之前，精制不良，含有硫、磷及砷化物，会使催化剂中毒；若乙炔中含有氧，则氧气与乙炔混合后可能形成爆炸混合物。

（7）若反应器中的水分含量过高，会与氯化氢气体反应，生成盐酸，腐蚀设备，留下安全隐患。此外，过多的水分还会是催化剂活性降低，降低反应效率。一般应将含水率控制在0.03%以下。

2.2 氯乙烯聚合环节

（1）严格控制聚合釜的温度和压力，防止聚合釜温度、压力过高引起爆炸。式（3）中的聚合反应属于放热反应，若反应过程中不及时移除释放的热量，很容易导致温度过高。一般造成聚合釜温度、压力过高的主要原因有：一是由于配方不当，导致装料系数增加超标，气相空间相对减少；二是反应过程中，由于某种原因导致循环冷却水中断，不能够计时带走反应放出的热量；三是显示仪表损坏，误导操作人员，导致超温、超压；四是聚合釜的搅拌器因故障停止工作，影响热量的有效传递；五是由于供电线路老化等原因引起断电。

（2）若操作可当，可能使聚合釜泄漏，引起氯乙烯单体高速喷出，与空气反应，形成爆炸性混合气体。在进料前，应对聚合釜进行压力试验，检查垫片、法兰及轴封等处是否存在泄漏，确定安全后方可进料。

（3）厂房在设计时，应留有足够的防爆面积。

（4）设备选型应充分考虑防爆、防雷、防静电要求。

3 PVC生产环保问题

随着生态文明建设的开展，各行各业越来越重视可持续发展战略，将发展与环境协调起来。环保法日趋严格、塑料制品被限制使用和上游矿产资源日趋枯竭等因素影响着PVC制造行业的发展，解决好生产过程中的环保问题成为PVC行业所共同关注的问题。PVC生产过程中涉及的环保问题主要有废水利用、氯化汞催化剂和

3.1 废水利用

乙炔发生系统用于洗涤、碱洗、次氯酸钠洗涤和水封排出的废水、电石渣清液要冷却到40 ℃以下才能排入废水槽，待重新用于乙炔发生器，如这些废水不能够处理或回收利用，将对水环境造成严重污染。

3.2 氯化汞催化剂

目前氯化汞是对氯乙烯合成活性最高的催化剂，但也是一种剧毒的黑色物质（内服0.12～0.5 g即可导致急性中毒）。在生产过程中，需要严格做好保存工作和防护措施，否则会对工人的身体健康和环境卫生造成影响。例如，在对废弃的氯化汞要妥善处理，既不能露天堆放更不能埋于地下，因为埋在地下的氯化汞会随着雨水渗入地下水，造成水源污染。

3.3 精馏尾气回收

对于电石法制氯乙烯，国内多采用低沸塔、高沸塔精馏的方式精馏氯乙烯，但尾气中仍会含有8%～20%的氯乙烯单体，造成极大的原料浪费的同时，也对空气造成了污染。因此，必须对精馏尾气中的氯乙烯单体进行回收，目前常采用的方法有活性炭吸附法、膜法有机蒸汽回收、活性炭纤维吸附和变压吸附等。

（1）活性炭吸附

活性炭吸附的基本原理是利用氯乙烯单体在活性炭上的高选择吸附性[9]。其基本流程如图3所示。

活性炭是一种多孔型固体，具有较大的比表面积，其吸收率随沸点增加而增大，因此能够有效地吸收精馏尾气中的氯乙烯单体。

（2）膜法有机蒸汽回收

膜法有机蒸汽回收主要基于溶解-扩散原理，分子质量大、沸点高的组分容易在有机蒸汽分离膜内溶解，即容易穿过膜，而其它组分则不容易穿过膜。一般膜法有机蒸汽回收流程如图4所示。该方法是一种清洁无污染的新技术，且操作费用低。

（3）活性炭纤维吸附

活性炭纤维吸附是对活性炭吸附技术的改进，所基于的原理相同。与活性炭吸附不同的是，活性炭纤维的比表面积更大，通道更短，因此吸收容量比活性炭吸附提高了1～5倍。

（4）变压吸附

变压吸附是在加压情况下，把含有强吸附组分（氯乙烯和乙炔）和弱吸附组分（氮气、氢气）的精馏尾气通入装有特殊吸附介质的吸附装置，强吸附组分被吸附剂吸附，弱吸附组分被排出，当吸附剂饱和后，降压解吸，回收氯乙烯和乙炔。

4 结 语

随着我国PVC产业逐渐发展壮大，安全与环保两大问题越来越逐渐引起人们注意。虽然我国PVC行业发展迅速，但整体水平较国外先进企业还有一定差距。在安全和环保方面还需从理念、技术和管理上不断改进和提高。。

参考文献：

[1]薛之化. 国外PVC生产技术最新进展[J]. 聚氯乙烯， 2012（01）： 1-13 +28.

[2]王波. PVC生产过程DCS控制系统的安全性设计[D].杭州：浙江工业大学，2013.

[3]杨涛. 我国聚氯乙烯树脂生产、应用状况及发展前景预测[J]. 中国塑料， 200 8，22（2）：11-13.

[4] 袁伟平，郭志毅. 电石法生产PVC树脂的环保技术及发展方向[J]. 聚氯乙烯，2006（02）：39-42.

[5]王益民，高玉良，牛宝云. 聚氯乙烯生产危险有害因素[J]. 河北化工，2008，05：76-77.

[6]杨惠娣. 我国聚氯乙烯行业现状与发展趋势[J]. 塑料助剂，2008，02：1-6+17.

[7]郑石子.聚氯乙烯生产过程及操作[M].北京：化学工业出版社，1993：145-199.

[8]邴涓林，李承志. PVC生产全过程安全与环保状况分析[J]. 聚氯乙烯，2007（03）：1-13.

[9]刘建芬，梅晓红. 氯乙烯精馏尾气吸附回收过程[J]. 聚氯乙烯，2003（05）：59-60.