丁基橡胶装置简介和重点部位及设备

　　(一)装置发展及类型

　　1．装置发展

　　丁基橡胶在1940年6月问世，1943年投产，是美国的Exxon公司。在世界丁基橡胶生产行业中，Exxon、Bayer公司的丁基橡胶生产技术成熟可靠、水平较高，但从不转让技术，企图长期垄断丁基橡胶生产技术和市场。Exxon公司联合Bayer公司成立了子公司与北京燕化公司进行合作谈判，由于条件苛刻、技术费用很高，因而未有结果。

　　意大利的Pressindustria公司(以下简称n公司)从1971年开始对丁基橡胶理论开始研究1973年为Exxon公司提供搅拌器，1975年开始与前苏联合作进行新型丁基橡胶聚合反应器的研究，1976年取得成功。1983年PI公司对前苏联的下卡姆斯丁基橡胶厂的聚合反应器和聚合工艺进行改造，使其生产水平大大提高。1986年PI公司开始投入大量资金，完善了聚合反应器和聚合工艺技术，开发了聚合反应器数学模型，并通过引进专家掌握了丁基橡胶成套生产技术。

　　北京燕化公司同俄罗斯及PI公司进行了技术交流，并于1995年12月15日由中国石化总公司召开“关于引进意大利PI公司技术建设丁基橡胶生产装置论证会”，进而确定引进公司的技术建设在中国大陆建设一套3X10⁴t／a的丁基橡胶装置。1997年10月14日，丁基橡胶装置在北京燕山石油化工股份有限公司合成橡胶事业部开始动工，于1999年12月28日正式投产。

　　2。装置类型

　　丁基橡胶装置是以高纯度异丁烯和异戊二烯为原料，用高纯度三氯化铝加微量水为催化剂，氯甲烷为稀释剂，采用淤浆法生产丁基橡胶的石油化工装置。是制造子午胎内胎和无内胎轮胎不可代替的材料，在包括电子、机械、医疗和食品等行业中有着非常广泛的用途。

　　(二)单元组成与工艺流程

　　1．单元组成

　　丁基橡胶装置主要由乙烯制冷单元、丙烯制冷单元、配料及催化剂配制单元、聚合和脯气单元、氯甲烷回收单元、氧化铝干燥再生单元、异丁烯和异戊二烯精制单元、中间罐区公用工程系统和后处理生产线等10个单元组成。

　　2．工艺流程概述

　　丁基橡胶是在极低的操作温度和半连续生产的条件下用异丁烯和异戊二烯聚合得到。催化剂为用氯甲烷作溶剂配制成的无水三氯化铝溶液，该催化剂溶液经过深冷进入到反应器。精制后的异丁烯和异戊二烯也用氯甲烷按一定比例配制成溶液，经过深冷后进人聚合反应器，在反应器中异丁烯和异戊二烯在催化剂存在下瞬时完成聚合反应，生成丁基橡胶胶粒。胶粒和未反应的单体和氯甲烷自聚合反应器顶部溢出进入到脱气釜用热水脱气，蒸出未反应的大部分单体和氯甲烷。在脱气釜中加入分散剂和抗氧剂，并加入烧碱溶液中和三氯化铝水解生成的盐酸。经脱气后的胶粒和水再经第一汽提釜和第二汽提釜进一步蒸出未反应的单体氯甲烷。

　　未反应的单体和氯甲烷再经压缩、干燥和精制后循环使用。不含氯甲烷的胶粒和水从第二汽提釜底部出来送到后处理，经后处理生产线，胶粒经脱水，分离的水返回汽提釜。

　　胶粒经过挤压干燥机和热风干燥箱，进一步干燥，再经压块和薄膜包装后得到成品胶，装箱后送人胶库码垛、储存和运出。

　　丁基橡胶生产工艺不仅要求纯净的原料和氯甲烷，还要保持极低的反应温度和控制反应物料的水分。工艺上所需要的低温是由乙烯和丙烯深冷系统提供。乙烯和丙烯深冷系统给工艺物流提供冷却所需的不同温度，液体乙烯和丙烯分别在二种压力下闪蒸，闪蒸后的气体乙烯和丙烯返回压缩机压缩、冷凝，丙烯用循环却水冷凝、乙烯用丙烯冷凝。

　　溶解在高纯度氯甲烷中的AlCl₃溶液储存在容器中，AlCl₃的饱和溶液送到反应器前在管道混合器中用高纯度氯甲烷稀释到需要的浓度，冷却后进人储罐。根据产品要求，按一定配比进入到反应器中。

　　聚合反应在特殊设计的反应器中进行，反应器操作时间不少于60h，清洗反应釜挂胶的时间不超过15h。聚合反应器生成的丁基橡胶胶粒不溶于氯甲烷中，在氯甲烷中呈淤浆状态离开反应器。反应器工作60多小时后，由于换热表面挂胶需要清洗，必须停止进料，当一台反应器切换清洗时，另一台清洗完毕处于备用状态的反应器必须立．Bp启动，以便给下游设备提供连续进料。

　　每台反应器对应一台脱气釜，胶粒水送到第一汽提釜和第二汽提釜，出第二汽提釜的胶粒水中含有的氯甲烷减少到20X10^—6以下，从第二汽提釜底送出的胶粒水送到后处理线，生产丁基橡胶成品。

　　汽提釜顶部蒸出的气体经蒸汽喷射泵送到脱气釜内，从脱气釜顶部出来的气体送到氯甲烷回收单元。

　　橡胶的添加剂在添加剂罐内配制、储存。在进入后处理线之前，来自第二汽提釜的胶浆储存在胶浆储罐中，胶浆送到脱水机和挤压干燥机，由脱水机脱出的水储存在储罐中，一部分返回脱气釜，剩下的水经回收胶粒后送到污水处理场。

　　湿的胶粒在挤压干燥机中，用挤压和加热的方法干燥胶粒。干燥后的胶粒切出适当大小的胶粒，胶粒用风机送到干燥箱，在干燥箱内胶粒中痕量的水用热空气带出。干燥后的胶粒经压块、包装、装箱，送到成品仓库。

　　主要工艺流程框图见图4—3

　　(三)化学反应过程

　　丁基橡胶是异丁烯和异戊二烯在—100℃左右的温度和催化剂的作用下，进行阳离子型共聚反应而得到。其聚合反应是在低温条件下进行，从三氯化铝络合物与异丁烯分于相遇开始，到以所得活性正碳离子或增长的聚合物链与三氯化铝离子相遇而终止。因此聚合釜中催化剂浓度增加将导致引发和终止速率增快，结果是单体转化率增高，聚合物链变短。温度对聚合反应影响很大，温度降低将减弱催化剂络合物的离子化作用，其结果是降低链终止的频率，使链变长，平均分于量变大。

　　反应过程中加入异戊二烯是为了增加聚合物的不饱和度，从而使橡胶能够硫化。异戊二烯的反应活性比异丁烯要低，所以可通过加入过量的异戊二烯来保证生产出合格产品。

　　(四)主要操作条件及工艺技术特点

　　1．主要操作条件

　　丁基橡胶装置主要由乙烯制冷、丙烯制冷、聚合、氯甲烷压缩，回收、精制、异丁烯和异戊二烯精制等重要系统构成，主要操作条件见表4—18。

　　2．工艺技术特点

　　(1)严格控制单体和循环物料中的杂质含量，以获得高分子量的产品和高的转化率。同时减少了黏性强的低聚物生成，降低聚合釜挂胶，从而延长了聚合釜的运转周期。

　　(2)聚合过程中采用了极低的进料温度(—98℃)，降低乙烯冷剂温度(—ll5℃)，加大

　　聚合釜传热温差，严格控制对聚合有害的杂质浓度，使聚合实现了高转化率(不低于85％)和高聚合物浓度(不低于22％)，获得高门尼黏度产品。

　　(3)聚合釜出料淤浆经脱气除去大部分氯甲烷稀释剂后，再经两级汽提进一步将胶中的氯甲烷含量降至20X10^—6以下。

　　(4)聚合釜内的淤浆直接进入脱气釜，中间无缓冲和储存。

　　(五)催化剂及助剂

　　丁基橡胶所使用的催化剂是三氯化铝。其他助剂有稀释剂氯甲烷、填加剂硬脂酸钙、抗氧剂"1010'’、阻聚剂TBC、干燥剂三氧化二铝等。催化剂及助剂性质见表4—19。

 

　　(六)原料及产品性质

　　丁基橡胶主要原材料及产品性质见表4—20。

　　二、重点部位及设备

　　(一)重点部位

　　丁基橡胶生产过程中重点部位主要为原料罐区、中间罐区、乙烯和丙烯制冷系统、催化剂配制系统、聚合和脱气系统、氯甲烷回收系统、异丁烯／异戊二烯精制系统、后处理的干燥系统等。

　　(二)重点设备

　　丁基橡胶生产过程中涉及的重点设备主要有制冷系统的乙烯和丙烯压缩机、氯甲烷系统的氯甲烷压缩机；聚合系统的聚合釜、汽提釜；后处理系统的膨胀干燥机、脱水挤压机和压块机等。此外装置内的压力容器同样是不可忽视的重点设备。