Винилхлорид мономері процесін түсіну
Винилхлоридті мономер (ВХМ) қазіргі заманғы пластмасса өнеркәсібінің іргетасы болып табылады, поливинилхлоридті (ПВХ) өндіру үшін маңызды құрылыс материалын қамтамасыз етеді. Тауарлық химиялық зат ретінде ВХМ тек ПВХ полимерлендіру үшін қолданылады, бұл медициналық құрылғылар мен құрылыс материалдарынан бастап сым жабындары мен тұтыну тауарларына дейінгі барлық нәрсені өндіруге мүмкіндік береді. ВХМ-ге деген сұраныс әлемдік ПВХ өндірісімен тығыз байланысты, бұл оның қауіпсіз, тиімді және қауіпсіз өндірісін өте маңызды өнеркәсіптік маңызға айналдырады.
VCM – қоршаған орта жағдайында түссіз, тез тұтанатын газ, әдетте арнайы қондырғыларда қысымды сұйықтық ретінде өңделеді. Оның химиялық құрылымы, CH₂=CHCl, бір хлор атомымен байланысқан винил тобынан тұрады. Бұл молекулалық орналасу ПВХ полимерлеу процесінің кезеңдерінде маңызды болып табылатын винилхлоридті полимерлеу реакциясының негізінде жатқан реактивтілік қасиетін жеңілдететін полимерлеуге мүмкіндік береді. Сұйық винилхлоридтің физикалық қасиеттері, мысалы, қайнау температурасы -13,4°C және 20°C температурада 0,91 г/мл тығыздығы, винилхлоридті мономерді өндіру процесінің кейінгі операциялары үшін қосылысты сұйықтық ретінде сақтайтын сенімді процесті басқаруды және мамандандырылған сақтау жүйелерін қажет етеді.
Винилхлорид мономерінің процесі
*
ПВХ қолдану аясынан тыс VCM қолданылуы елеусіз, бұл оның полимерленуге арналған арнайы мономер ретіндегі рөлін көрсетеді. Демек, реактор желісінің орналасуынан бастап өнімге дейінгі винилхлоридті мономер қондырғысын жобалаудың барлық аспектілерітазартужәне қалпына келтіру, ПВХ полимерлеу технологиясын қамтамасыз ету үшін үлкен көлемді, үздіксіз түрлендіруге оңтайландырылған.
Дегенмен, VCM өңдеу және сақтау айтарлықтай қауіп төндіреді. VCM 1-санаттағы канцероген ретінде жіктеледі, оны бауыр ангиосаркомасымен және ұзақ мерзімді әсер етуден кейін денсаулыққа ауыр зардаптармен байланыстыратын күшті дәлелдер бар. Оның токсикологиялық профилі жасушалық макромолекулалармен байланысатын және биологиялық процестерді бұзатын реактивті метаболиттердің түзілуімен күшейеді. Жедел әсер ету неврологиялық депрессияға әкеледі, ал созылмалы кәсіби әсер ету «винилхлоридті жұмысшылардың ауруымен» байланысты - бауырдың зақымдануын, склеродермаға ұқсас симптомдарды және сүйек зақымдануларын қамтитын синдром. Реттеуші әсер ету шектері қатаң: 2024 жылдан бастап Еңбек қауіпсіздігі және денсаулық басқармасы (OSHA) 8 сағаттық рұқсат етілген әсер ету шегін 1 ppm етіп белгіледі, ал ACGIH және NIOSH дамып келе жатқан токсикологиялық түсінікті көрсету үшін одан да төмен шекті мәндерді ұсынады.
VCM сонымен қатар өте тез тұтанғыш, ауадағы жарылғыштық диапазоны 3,6% -дан 33% -ға дейін. Уыттылық пен тұтанғыштықтың үйлесімі әрбір VCM өндіріс орнында қатаң қауіпсіздік шараларын қолдануға әкелді. Технологиялық желілер толығымен қоршалған және инертті атмосферада - әдетте азотта - үздіксіз ағып кетуді анықтау және апаттық желдету жүйелері орнатылған күйде ұсталады. Жергілікті шығару желдетуі, технологиялық қоршау, ашық отқа тыйым салу және қатаң бақыланатын кіру аймақтары қауіпті одан әрі азайтады. Сұйық VCM коррозияға төзімді резервуарларда қысыммен сақталады және тасымалданады, әдетте қауіпті автоматты түрде басталатын реакциялардан қорғау үшін фенол сияқты полимерлену ингибиторларымен тұрақтандырылады.
VCM өндірісінің негізгі жолдары
ВКМ өндірісінде екі өнеркәсіптік ауқымды жол басым: тікелей хлорлау және оксихлорлау. Екеуі де этилен дихлоридінің (ЭДХ) түзілуі мен түрленуіне байланысты, ол кейіннен ВКМ алу үшін крекингтеледі.
Тікелей хлорлау жолында этилен хлор газымен жоғары экзотермиялық сұйық фазалық процесте, әдетте темір хлориді немесе осыған ұқсас катализатор арқылы әрекеттесіп, ЭДК түзеді:
C₂H₄ + Cl₂ → C₂H₄Cl₂
Балама ретінде, оксихлорлау процесі этиленді, сутегі хлоридін және оттегін мыс (II) хлориді катализаторын пайдаланып біріктіріп, ЭДК мен суды түзеді:
C₂H₄ + 2HCl + ½O₂ → C₂H₄Cl₂ + H₂O
Бұл әдіс VCM өндірісі кезінде пайда болған HCl-ді қайта өңдеу арқылы экономикалық және шикізат икемділігін арттырады, бұл басқа жағдайда қалдықтарды жою мәселелерін тудыруы мүмкін.
ЭДК синтезделгеннен кейін, ол шамамен 500°C температурада термиялық крекингке ұшырайды, әдетте пемза немесе керамикалық қаптаманың үстіндегі бу фазасында, VCM және сутегі хлоридін алу үшін:
C₂H₄Cl₂ → CH₂=CHCl (VCM) + HCl
Крекинг пешінен шыққан VCM өнімі қосалқы өнімдер мен реакцияға түспеген шикізаттың күрделі қоспасымен араласады. Бірнеше тазарту кезеңдері — ең алдыменайдау— винилхлоридті мономерді тазарту процесіне ерекше назар аудара отырып, бөлу үшін қолданылады. VCM айдау мұнарасының жұмысы және онымен байланысты жылуды біріктіру схемалары жоғары сапалы ПВХ полимерленуі үшін маңызды тазалықты барынша арттыру үшін оңтайландырылған (әдетте >99,9%). Lonnmeter шығаратын сияқты желілік тығыздық өлшегіштері әртүрлі температурада VCM сұйықтық тығыздығын бақылау үшін жиі қолданылады, бұл операторларға стандарттан тыс партияларды немесе ластану оқиғаларын тез анықтауға көмектеседі.
Өндіріс зауыттары тікелей хлорлау және оксихлорлау реакторларын, сутегі хлоридін үйлестірілген қайта өңдеуді және энергияны қалпына келтіру стратегияларын біріктіретін интеграцияланған орналасуларды қалайды. Бұл гибридті конструкциялар шикізат шығындарын төмендетуді және энергияны пайдалануды жақсартуды қолдайды. Заманауи винилхлорид мономерінің технологиясы әртүрлі шикізат сапаларын өңдеуде жоғары өнімділікке, қауіпсіздікке және икемділікке ұмтылады, ал әртүрлі технологиялық түйіндердегі негізгі қасиеттерді (тығыздық пен тазалықты қоса алғанда) мұқият бақылау ПВХ сапасын да, денсаулық, қауіпсіздік және қоршаған орта үшін нормативтік сәйкестікті де қамтамасыз етеді.
Винилхлорид мономерін өндірудің егжей-тегжейлі процесі
Винилхлорид өндірісінің ағындық диаграммасы
Қазіргі заманғы винилхлоридті мономер (VCM) өндірісі тығыз интеграцияланған процесс ағынына негізделген, әдетте әрбір маңызды қадамды бейнелейтін кешенді диаграмма арқылы көрінеді. Процесс шикізат кірістерінен басталады - негізінен этилен, хлор, сутегі хлориді және оттегі. Винилхлоридті мономер зауытының жобасында бұл материалдар орталық аралық өнім - этилен дихлоридін (EDC) синтездеу үшін тікелей хлорлау және оксихлорлау реакторлары арқылы жіберіледі.
Тікелей хлорлау кезінде этилен бақыланатын температурада (40–90°C) хлормен әрекеттесіп, ЭДК түзеді. Сонымен қатар, оксихлорлау қондырғысы сутегі хлоридін (көбінесе кейінгі процесс кезеңдерінен қайта өңделеді), этиленді және оттегін біріктіріп, ЭДК мен суды алу үшін жоғары температурада (200–250°C) мыс негізіндегі катализаторды пайдаланады. Екі реакция жолы да реакцияға түспеген газдарды қайта өңдеу және пайдалану жылдамдығын оңтайландыру үшін үйлестірілген, бұл теңгерімді винилхлорид мономерін өндіру процесінің негізін құрайды.
Шикі ЭДК тазарту суды, хлорланған көмірсутектердің қосалқы өнімдерін және басқа да қоспаларды кетіретін айдау колонналарын қамтиды. Содан кейін тазартылған ЭДК пиролизді немесе крекинг пешін қоректендіреді — бұл процесс 480–520°C температурада және орташа қысымда жұмыс істейді. Мұнда термиялық ыдырау кезінде VCM пайда болады және сутегі хлориді бөлінеді, ол көбінесе оксихлорлау цикліне қайтарылады. Жарылған газдарды сөндіру және тез салқындату қажетсіз жанама реакциялардың алдын алады және қауіпті қосалқы өнімдердің түзілуін нашарлатады.
Алынған газ ағыны қосымша айдау бағаналары мен фазалық сепараторларды пайдаланып бөлініп, тазартылады. Көп сатылы айдау және сіңіруді қоса алғанда, арнайы VCM тазарту әдістері өнімнің тазалығының әдетте 99,9%-дан асатынын қамтамасыз етеді. Ұшқыш реакцияға түспеген ЭДК қайта өңделеді, бұл шығарындыларды азайта отырып, конверсияны барынша арттырады. Қатаң оқшаулау жүйелері және жиі процесті бақылау ағып кетуден қорғайды және тұтанғыш, канцерогенді сұйық винилхлоридтің қауіпсіздік хаттамаларының сақталуын қамтамасыз етеді.
Винилхлоридті мономерді өндіру процесінде энергияны басқару және жылуды қалпына келтіру тұрақтылық үшін өте маңызды. Хлорлау мен оксихлорлаудан экзотермиялық жылулар қайта жиналады, болашақ шикізатты алдын ала қыздырады немесе технологиялық бу шығарады. Жылу алмастырғыш желілерінде қысу талдауы және жылуды интеграциялау стратегиялары қолданылады, бұл отын шығынын және қоршаған ортаға әсерді азайтады.
Процесті модельдеу платформалары, ең бастысы Aspen Plus, жобалау, масштабтау және оңтайландыру үшін маңызды. Бұл сандық модельдер материалдық баланстарды, реакция кинетикасын, фазалық мінез-құлықты және энергия ағындарын әр қадамда модельдейді, бұл әртүрлі сценарийлер бойынша зауыттың өнімділігін жылдам тексеруге мүмкіндік береді. Энергия тиімділігі, EDC-ден VCM-ге дейінгі өнімділік және қоршаған ортаға түсетін жүктемелер модельдеу деректерін пайдаланып үнемі реттеледі, бұл винилхлоридті мономерлік технологияның озық экономикалық және нормативтік мақсаттарын қолдайды.
VCM зауытындағы маңызды қондырғы операциялары
EDC синтезі және тазарту
ЭДК синтезі екі өзара толықтырушы реакция жолын пайдаланады - тікелей хлорлау және оксихлорлау - әрқайсысының өзіндік жұмыс талаптары бар. Тікелей хлорлау кезінде этилен мен хлордың мұқият бақыланатын араласуы сұйық фазалы реакторда жүреді, бұл ретте шамадан тыс қосымша өнімнің пайда болуын болдырмау үшін температура реттеледі. Экзотермиялық түрде қыздырылған бұл реактор түрлендіру тиімділігін қамтамасыз ету үшін интеграцияланған салқындатуды және газ фазасын бөлуді қажет етеді.
Оксихлорлау алюминий оксидіне негізделген мыс хлориді катализаторын пайдаланатын бекітілген қабатты немесе сұйық қабатты реакторды пайдаланады. Этилен, қайта өңделген сутегі хлориді және оттегі 200–250°C температурада араластырылып, әрекеттеседі. Процесс ЭДК және су буын шығарады. Температураны мұқият бақылау және стехиометриялық теңгерім қауіпті хлорланған қосалқы өнімдерді азайтады.
Екі бағыттан алынған біріктірілген шикі ЭДК ағындары кезең-кезеңмен тазартылады. Алғашқы қадамдар оксихлорлау кезінде пайда болған суды фазалық бөлу және айдау арқылы кетіреді. Екінші реттік бағандар жеңіл қосылыстарды (мысалы, хлороформ) және ауыр ұштарын тазартады, нәтижесінде жоғары тиімді пиролизге жарамды ЭДК тазалығы пайда болады. Қайта өңдеу циклдары түрленбеген материалдар мен қосалқы өнімдерді қалпына келтіреді, бұл осы тұйық циклді конфигурацияда шикізатты пайдалануды оңтайландырады.
Винилхлоридке дейін термиялық крекинг
Термиялық крекинг немесе пиролиз - VCM өндірісінің кедергісі. Мұнда жоғары тазалықтағы ЭДК буы түтікшелі пеште 480–520°C дейін қыздырылады, көбінесе температура градиенттерін тұрақтандыру және ыстық нүктелерден аулақ болу үшін жанама түрде қыздырылады. Бұл жоғары эндотермиялық реакция ЭДК-ны бос радикалды механизм арқылы винилхлорид мономері мен сутегі хлоридін түзу үшін бөледі.
Негізгі процесс айнымалылары — температура, тұру уақыты және қысым — озық процесті басқару жүйелері мен модельдеу модельдерін пайдалану арқылы оңтайландырылған. Шамадан тыс температура полимерлі ластануға және шайыр немесе ауыр хлорланған қосылыстар сияқты қосымша өнімдердің пайда болуына ықпал етуі мүмкін. Крекингтен кейін бірден тез сөндіру жанама реакцияларды тоқтатады және пайдалы өнім фракцияларын конденсациялайды. Процесс аналитикасы әдетте қалпына келтіріліп, оксихлорлауға қайтарылатын HCl түзілуін бақылайды.
VCM тазарту және айдау
Винилхлоридті мономердің жоғары тазалығына қол жеткізу үшін төменгі ағыстағы тазарту өте маңызды. Газ-сұйықтық бөлу негізгі айдау бағандарынан бұрын су мен ауыр қалдықтарды кетіреді. Винилхлоридті мономерді айдау процесі мұқият қысым мен температураны бақылауда жұмыс істейді, бұл басқа хлорланған органикалық заттармен әрекеттеспеген ЭДК, HCl және азеотроптардан бөлінуді қамтамасыз етеді.
Баған қысымы мен кері қайту коэффициенттері энергияны пайдалануды тазалық мақсаттарымен теңестіру үшін оңтайландырылған — жоғары кері қайту бу мен салқындату энергиясының есебінен бөлуді жақсартады. Көп әсерлі конденсация және ребойлер жүйелері тиімділікті арттырады, әсіресе интеграцияланған жылуды қалпына келтірумен жұптастырылған кезде.
Физикалық бөлуден басқа, озық процесті басқару стратегиялары шикізаттың өзгергіштігіне немесе техникалық сипаттамадан тыс оқиғаларға жауап бере отырып, баған жағдайларына нақты уақыт режимінде түзетулер енгізуге мүмкіндік береді. Сандық тәуекелді бағалау пайдалану қауіпсіздігін қамтамасыз етеді, бұл ұшқыш химиялық зат үшін маңызды ағып кетуді анықтауды және шығарындыларды азайтуды қолдайды. Lonnmeter компаниясының желілік тығыздық және тұтқырлық өлшегіштері сияқты онлайн өлшеу шешімдерін енгізу өнім сапасы мен қауіпсіз жұмыс істеу үшін маңызды дәл, нақты уақыт режимінде бақылауды қамтамасыз етеді.
VCM өндірісіне қатысты физикалық және химиялық қасиеттер
VCM сұйықтық тығыздығы және VCM сұйықтықпен жұмыс істеу
VCM сұйық тығыздығы температура мен қысымға байланысты айтарлықтай өзгереді - винилхлоридті мономерді өңдеу мен сақтаудағы негізгі операциялық айнымалы. Стандартты жағдайларда (20°C) винилхлоридті мономердің тығыздығы әдетте 0,911–0,913 г/см³ ретінде көрсетіледі. Температура көтерілген сайын тығыздық төмендейді, бұл көлемдік ағын жылдамдығына және резервуардағы сақтау есептеулеріне әсер етеді.
Мысалы, 0°C температурада тығыздық шамамен 0,930 г/см³ дейін көтерілуі мүмкін, ал 50°C температурада ол 0,880 г/см³-ге жақын төмендеуі мүмкін. Мұндай өзгерістер тасымалдау жабдығын қайта калибрлеуді және процесті мұқият бақылауды қажет етеді, себебі ауытқулар ПВХ полимерлеу процесінің кейінгі кезеңдеріне әсер етеді. Lonnmeter-дің сұйықтық тығыздығын өлшегіштері бұл тізбектерде үздіксіз тексеру үшін қолданылады, бұл өзгермелі процесс жағдайларында лезде дерлік көрсеткіштерді қамтамасыз ету арқылы қорларды бақылауды және сақтауды тасымалдауды қолдайды.
Сұйық винилхлоридтің ерігіштік сипаттамалары да маңызды. VCM суда аз ериді, бірақ органикалық еріткіштермен жақсы араласады, бұл сақтау және өңдеу кезіндегі материалдарды таңдауға және төтенше жағдайларды азайту шараларына әсер етеді.
Қауіпсіздік және қоршаған ортаны бақылау
Винилхлорид - тез тұтанатын сұйықтық және бу, тұтану температурасы –78°C дейін және жарылыс қаупінің кең диапазоны бар. Оның өткір уыттылығы мен танылған канцерогенділігі винилхлорид мономерінің қатаң қауіпсіздік шараларын талап етеді. Процесті жобалау кезінде винилхлорид мономерін өндіру процесінде қос қабырғалы құбырлар, азот жамылғысы және кең ағуды анықтау желілері қолданылады.
Тасымалдау және сақтау кезінде бу қысымын азайту және осылайша қауіпті босату үшін рельефтік жүйелермен және тоңазытқыш орталармен жабдықталған қысымды есептегіш ыдыстар қолданылады. Нақты уақыттағы шығарындыларды бақылау және оқшаулау хаттамалары жұмыс орнының қауіпсіздігіне де, қоршаған ортаға сәйкестікке де қызмет етеді. Желдетілетін ағындар үшін тазартқыш жүйелер мен қоқыс жағу пештері өнеркәсіптік химиялық операциялардағы дамып келе жатқан нормативтік стандарттарға сәйкес хлорланған көмірсутектердің шығарылуын азайтады. Осы қосылыспен байланысты жедел және созылмалы әсер ету қауіптерінің әлеуетін ескере отырып, төтенше жағдайларды жоспарлау және тұрақты жаттығулар барлық заманауи VCM зауыттарында міндетті тәжірибе болып қала береді.
Процесті оңтайландыру және тиімділікті арттыру
Энергияны оңтайландыру және интеграциялау
Винилхлоридті мономер өндірісі процесін жобалауда жылу интеграциясы негізгі стратегияға айналды. Қысу талдауы ыстық және суық технологиялық ағындарды картаға түсірудің негізгі тәсілі болып табылады, қысу нүктесін - жылуды қалпына келтіру барынша арттырылатын термиялық бөгеттерді анықтайды. Әдеттегі винилхлоридті мономер қондырғысында EDC пиролиз ағындары сияқты салқындатуды қажет ететін негізгі ағындар VCM тазарту сатыларындағы ребойлерлер сияқты қыздыруды қажет ететін ағындармен сәйкестендіріледі. Алынған композиттік қисықтар ыстық және суық технологиялық қызметтердің минималды талаптарын анықтауға көмектеседі, бұл процестің термодинамикалық тиімділік шегіне жақын жұмыс істейтініне көз жеткізеді.
Оңтайландырылған жылу алмастырғыш желілері (ОЖЖ) шығатын ыстық ағындардан жылуды қалпына келтіріп, кіріс суық берілістерді алдын ала қыздырады. Энергияны жүйелі түрде қайта пайдалану толық көлемді VCM қондырғыларының зерттеулерінде көрсетілгендей, қатаң қолданылған кезде бу мен салқындату қызметтерінің шығындарын 10-30%-ға төмендетеді. Параллель алмастырғыштарды қосу немесе ағынды айтарлықтай тоқтап қалмай қайта конфигурациялау арқылы қолданыстағы жабдықтарды орналастыру арқылы жаңғырту қолданбалары кең таралған. Тұрақты күйдегі модельдеу арқылы расталған бұл кезең-кезеңмен жүзеге асыру капиталдық шығындарды қалыпты ұстай отырып, энергия үнемдеудің нақты болуын қамтамасыз етеді.
Қысымға негізделген интеграция пайдалану шығындарын азайтудан да көп нәрсені жасайды. Сондай-ақ, ол жалпы қоршаған ортаны қорғау көрсеткіштерін өзгертеді — отынның аз жұмсалуы CO₂ шығарындыларының төмендеуін білдіреді, бұл шығарындылар туралы ережелерді қатаңдатуды қолдайды. Шығарындылар үнемдеуі көбінесе энергия үнемдеуге пропорционалды; зауыттар композиттік қисық талдауымен расталған HEN жаңғыртылуынан кейін тек VCM бөлімінен CO₂ 25%-ға дейін төмендегенін хабарлайды.
Процесті оңтайландырудың озық әдістері
Процесті модельдеу винилхлоридті мономер өндірісінің ағындарын оңтайландырудың негізін құрайды. Тұрақты күйдегі модельдеуді қолдана отырып, инженерлер жаңа қондырғыларды жобалайды және масштабтайды, бірнеше жұмыс сценарийлерін тексереді және энергия мен материалдық баланстың тығыз екеніне көз жеткізеді. Бұл процестің ауытқулары мен күтілетін өндіріс қарқындары бойынша сенімді өнімділікті қамтамасыз етеді.
Генетикалық алгоритмдер сияқты тәсілдерді қолдана отырып, көп мақсатты оңтайландыру бәсекелес басымдықтарды теңестіреді. VCM операцияларында негізгі мақсаттар өнім өнімділігі, энергияны минималды пайдалану және парниктік газдар шығарындыларын азайту болып табылады. Заманауи әдістер нақты және операциялық тұрғыдан икемді зауыт орналасуын жасау үшін математикалық бағдарламалауды эвристикалық процесс туралы біліммен біріктіреді. Бұл әдістер көбінесе ПВХ полимерлеу процесінің кейінгі сатылары үшін маңызды өнімділік пен өнімнің тазалық стандарттарын сақтай отырып, жылуды қалпына келтіруді жақсартатын шешімдерді ұсынады.
Итерациялық реттеу өте маңызды. HEN бастапқы конфигурациясы модельдеу арқылы таңдалғаннан кейін, зауыт деректерін талдау және сандық мониторинг нақты уақыт режимінде өнімділікті бағалауды қамтамасыз етеді. Операторлар нақты температура мен құрам деректеріне негізделген процесс ағынының жылдамдығын немесе жылу алмастырғыштың жұмыс уақытын бөлу сияқты шағын түзетулер енгізе алады. Бұл кері байланыс циклі шикізатқа немесе өндіріске деген сұраныс өзгерген кезде де оңтайландырылған жобалау нүктелеріне жақын жерде тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.
Lonnmeter компаниясының желілік тығыздық өлшегіштері және тұтқырлық өлшегіштері сияқты құралдар сұйықтық қасиеттерін нақты уақыт режимінде тікелей өлшеуді қамтамасыз етеді. Бұл өлшеулер ластанудан, технологиялық бұзылулардан немесе техникалық сипаттамаға сәйкес келмейтін материалдардан туындауы мүмкін ауытқуларды анықтайды. Нақты уақыт режиміндегі тығыздық пен тұтқырлық деректерінің дәлдігімен операторлар жобалау және іске қосу кезеңдерінде белгіленген өнімділік мақсаттарын сақтайды.
Экономикалық бағалау және тұрақтылық көрсеткіштері
VCM қондырғысының кешенді экономикалық бағалауы капиталдық инвестицияларды, пайдалану шығындарын және өтелу мерзімін сандық түрде анықтайды. Бастапқы капиталдық шығындар жылу алмастырғыш желісін енгізу немесе жаңғырту үшін қажетті жаңа алмастырғыштардың, құбырлардың және қайта айналым жүйелерінің құнын қамтиды. Жаңғырту үшін қосымша капиталдық шығындар орташа болып қалады, себебі негізгі технологиялық жабдықтар қайта пайдаланылады немесе қайта мақсатта қолданылады. Пайдалану шығындарын үнемдеу, негізінен энергия, көбінесе 1-3 жыл ішінде инвестицияны өтейді, әсіресе табиғи газ немесе бу бағасы жоғары аймақтарда.
Винилхлоридті мономер өндірісі процесіндегі тұрақтылық көрсеткіштері тек энергия тұтынудан да көп нәрсені қамтиды. Негізгі көрсеткіштерге жалпы ресурстарды тиімді пайдалану, өнімнің бір тоннасына шаққандағы CO₂ шығарындылары және салқындату тізбектеріндегі суды тұтыну жатады. Жақында жүргізілген зерттеулердің талдауы HEN оңтайландырудың сәтті болуы осы көрсеткіштерді үнемі жақсартатынын растайды. VCM тоннасына шаққандағы жалпы ресурстардың түсуі төмендейді, шығарындылар азаяды және тұрақтылық туралы есеп беру шеңберлеріне сәйкестік жақсарады.
Өтемақы сценарийлері әдетте тікелей коммуналдық қызметтерді үнемдеуді де, көміртегі салығы бойынша міндеттемелердің төмендеуі және шығарындыларға рұқсат беру шығындарының азаюы сияқты жанама пайдаларды да ескереді. Реттеушілік қысым күшейетін аймақтарда винилхлоридті мономер зауытының осы көрсеткіштер бойынша үздіксіз жақсаруды көрсету мүмкіндігі ұзақ мерзімді өміршеңдік пен бәсекеге қабілеттілікке қатты әсер етеді.
Қысқаша айтқанда, озық модельдеу, көп мақсатты оңтайландыру және тікелей желілік өлшеулер (мысалы, Lonnmeter технологиясымен қамтамасыз етілгендер) арқылы негізделген процестерді оңтайландыру және энергия интеграциясы заманауи, тиімді және тұрақты винилхлоридті мономер қондырғысын жобалаудың негізін құрайды.
VCM көмегімен поливинилхлоридті (ПВХ) полимерлеу
ПВХ полимерлеу процесіне кіріспе
Винилхлоридті мономер (ВХМ) поливинилхлоридті (ПВХ) өндіру үшін маңызды құрылыс материалы болып табылады. Винилхлоридті полимерлеу реакциясы бұл ұшпа, түссіз сұйықтықты әлемдегі ең көп қолданылатын пластиктердің біріне айналдырады. ПВХ полимерлеуі негізінен суспензия және эмульсия әдістерін қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Ішіндесуспензиялы полимерлеу процесі, VCM поливинил спирті немесе метилцеллюлоза сияқты суспензиялаушы агенттердің көмегімен суда дисперсияланады. Процесс сулы фазада суспензияланған ұсақ VCM тамшыларын алу үшін жоғары ығысумен араластырудан басталады. Содан кейін полимерлеу инициаторлары, көбінесе органикалық пероксидтер немесе азо қосылыстары енгізіледі. Дәл бақыланатын температурада (әдетте 40-70°C) VCM тамшылары полимерленіп, ПВХ түйіршіктері немесе бөлшектерін түзеді. Партия араластыру кезінде ұсталады, ал реакция жылдамдығы инициатор түріне, концентрациясына және температура профиліне байланысты. Бөлшектердің өлшемінің тар және біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін осы параметрлерді мұқият реттеу өте маңызды. Аяқталғаннан кейін реакция қоспасы салқындатылады, реакцияға түспеген VCM тазартылады және келесі сүзу, жуу және кептіру кезеңдеріне дейін тұрақтандырғыш агенттер немесе модификаторлар енгізілуі мүмкін.
Theэмульсиялық полимерлеу жолыбасқа талаптар жиынтығымен жұмыс істейді. Мұнда VCM беттік белсенді заттарды (сабын тәрізді молекулаларды) пайдаланып суда эмульсияланады, суспензия процесімен салыстырғанда әлдеқайда кіші тамшылардың өлшемдерін түзеді. Бұл әдіс ПВХ латексін - жабындар немесе синтетикалық былғары сияқты арнайы қолданбалар үшін өте қолайлы коллоидты дисперсияны - өндіреді. Бастама жүйелері көбінесе салыстырмалы түрде төмен температурада жұмыс істейтін тотығу-тотықсыздану жұптарына сүйенеді. Эмульсия полимерлеуі морфология және кеуектілік сияқты бөлшектердің сипаттамаларын одан да жақсы басқаруға мүмкіндік береді, дегенмен ол өнімді қалпына келтірудің күрделірек кезеңдерін қамтиды.
Қазіргі заманғы ПВХ полимерлеу технологиясы көбінесе процеске бөлшектердің өлшемін талдағыштар немесе тығыздық өлшегіштері (Lonnmeter шығарғандай) сияқты in situ бақылау құралдарын біріктіреді. Бұл құралдар нақты уақыт режимінде кері байланыс ұсынады, араластыру жылдамдығын, температурасын және инициаторлық берілісті үздіксіз реттеуге мүмкіндік береді, осылайша өнімнің консистенциясын арттырады және қалдықтарды азайтады.
Тиімді ПВХ өндірісі үшін VCM сапа параметрлері
ПВХ өндірісінің тиімділігі мен сапасы VCM физикалық және химиялық қасиеттерімен тығыз байланысты. Жоғары тазалықтағы VCM полимерлеудің сәтті болуы және полимердің жоғары өнімділігі үшін өте маңызды.
VCM құрамындағы қоспалар, мысалы, қалдық су, ацетилен, хлорланған органикалық заттар немесе металл иондары, инициаторларды уландыруы, полимерлену жылдамдығын баяулатуы және ПВХ шайырына ақаулар енгізуі мүмкін. Мысалы, іздік хлорланған көмірсутектердің болуы, тіпті миллионға шаққандағы бөлік концентрациясында да, реакция кинетикасын өзгертуі немесе түссіз өнімге әкелуі мүмкін. Винилхлоридті мономерді тазартудың тиімді процестері қоспаларды қолайлы шекті деңгейге дейін азайту үшін көп сатылы айдау (арнайы VCM айдау мұнараларында жұмыс істейді) сияқты әдістерді қолдана отырып, жоғары деңгейде жүзеге асырылады.
Физикалық қасиеттер, атап айтқанда, VCM тығыздығы және оны басқару, кейінгі өңдеуде және процестің қайталануында тікелей рөл атқарады. VCM сұйық тығыздығы температураға байланысты айтарлықтай өзгереді, бұл мөлшерлеу дәлдігіне, полимерлеу кезіндегі фазалық мінез-құлыққа және араластыру тиімділігіне әсер етеді. Мысалы, 0°C температурада VCM тығыздығы шамамен 1,140 г/см³ құрайды, температураның жоғарылауымен төмендейді. VCM сұйық тығыздығын сенімді, нақты уақыт режимінде бақылау (Lonnmeter сияқты желілік тығыздық өлшегіштерін пайдалану) дұрыс беру коэффициенттерін қамтамасыз етеді, жылу беруді дәл есептеуге мүмкіндік береді және өнімнің партиядан партияға біркелкілігін қолдайды.
Қалдық ластаушы заттар, әсіресе реакцияға түспеген VCM, қауіпсіздікке де, өнім сапасына да нұқсан келтіруі мүмкін. Дайын ПВХ-дағы бос VCM деңгейінің жоғарылауы токсикологиялық қауіптер тудырады және кеуектілік, механикалық беріктік және түс тұрақтылығы сияқты қасиеттерге кері әсер етуі мүмкін. Ережелер әдетте қауіпсіз және үйлесімді өнім шығаруды қамтамасыз ету үшін өндіріс циклі бойы толық тазарту қадамдарын және үздіксіз VCM мониторингін талап етеді.
VCM сапасының ПВХ-ға әсері келесі кестеде жақсы қорытындыланған:
| VCM сапа атрибуты | ПВХ процесі мен өніміне әсері |
| Тазалық (химиялық құрамы) | Полимерлену жылдамдығына, молекулалық салмақтың таралуына, түсіне және термиялық тұрақтылығына тікелей әсер етеді |
| Физикалық күйі (сұйықтық тығыздығы) | Дозалау дәлдігіне, араластыру тиімділігіне және полимер морфологиясына әсер етеді |
| Қоспаның құрамы | Инициатордың деактивациясына, реакцияның тежелуіне және механикалық/соңғы пайдалану қасиеттерінің нашарлауына әкеледі |
| Қалдық заттар (мысалы, су, органикалық заттар) | Кеуектілік ақауларына, бөлшектердің біркелкі емес морфологиясына және өңдеудің кейінгі мәселелеріне әкелуі мүмкін |
Винилхлоридті мономер зауытын тиімді жобалау және заманауи винилхлоридті мономер технологиясында талап етілетін қауіпсіздік шараларын орындау үшін озық тазарту, дұрыс сақтау және нақты уақыт режимінде тығыздықты өлшеу технологиялары арқылы VCM сапасын қатаң бақылауды қамтамасыз ету маңызды.
Жиі қойылатын сұрақтар
Винилхлорид мономерінің процесі дегеніміз не?
Винилхлоридті мономер өндірісі процесі - этиленді ПВХ шайырын өндіру үшін маңызды шикізат болып табылатын винилхлоридті мономерге (ВХМ) айналдыратын өнеркәсіптік тізбек. Ол этиленді хлорлаудан басталады, әдетте тікелей хлорлау немесе оксихлорлау арқылы этилен дихлоридін (ЭХМ) түзеді. Әрі қарай, жоғары тазалықтағы ЭХМ пештерде 480–520°C температурада термиялық крекинг арқылы VXM және сутегі хлоридін (HCl) алады. Ағынның төменгі жағында бірнеше айдау мұнаралары ВХМ тазартады, полимерлеу үшін қажетті >99,9% тазалықты қамтамасыз ету үшін қоспалар мен суды кетіреді. Винилхлоридті мономер өндірісінің ағындық диаграммасының күрделілігі мен конфигурациясы зауыттың дизайнына, тиімділік мақсаттарына және қалдықтарды біріктіруге байланысты.
Винилхлоридті мономер қондырғысы қауіпсіздік пен қоршаған ортаға сәйкестікті қалай қамтамасыз етеді?
VCM тұтанғыш, канцерогенді және экологиялық қауіпті болғандықтан, винилхлоридті мономер зауытының жобасында оқшаулау және азайту шараларына басымдық беріледі. Нысандарда органохлор буларын ұстап қалу үшін көп қабатты шығарындыларды бақылау шешімдері енгізіледі. Автоматтандырылған ағып кетуді анықтау жүйелері және процесті тоқтату хаттамалары кездейсоқ шығарындылардың алдын алады. Маңызды аймақтарда газ өткізбейтін тығыздағыштар мен арнайы желдеткішті азайту қондырғылары қолданылады. HCl қосалқы өнімі ағынды суларды азайту үшін қайта өңделеді немесе тазартылады. EDC крекингінен кейін сөндіру диоксиннің түзілуін тоқтатады. Сәйкестік интеграцияланған нақты уақыт режиміндегі мониторинг және ауа мен су шығарындыларына нормативтік шектерді сақтау арқылы қамтамасыз етіледі.
Сұйық винилхлорид дегеніміз не және оның тығыздығы неге маңызды?
Сұйық винилхлорид - VCM конденсацияланған, қысымдалған түрі - буланудың алдын алу үшін төмен температурада немесе жоғары қысымда сақталады және тасымалданады. Сұйық винилхлоридтің тығыздығы, әдетте температура мен қысымға байланысты 0,910-нан 0,970 г/см³-ге дейін, сақтау ыдыстарын, жол цистерналарын және тасымалдау желілерін жобалау үшін маңызды параметр болып табылады. VCM сұйықтық тығыздығының деректері қорларды бақылау, араластыру операциялары, дәл массалық баланстар және өндірістік жұмыс процесіндегі процестің өнімділігін тексеру үшін де маңызды. Lonnmeter шығаратын сияқты желілік тығыздық өлшегіштері пайдалану қауіпсіздігі мен тиімділігі үшін қажетті үздіксіз бақылауды ұсынады.
Неліктен VCM тазарту процесінде дистилляция мұнарасы маңызды?
Дистилляциялық мұнаралар винилхлоридті мономерді тазарту процесінде орталық орын алады. Олар VCM-ді қалдық ЭДК-дан, төмен қайнайтын хлорланған қоспалардан және өндіріс кезінде пайда болған «ауыр ұштардан» бөледі. VCM дистилляциялық мұнарасын дұрыс пайдалану полимерлеумен қоректенетін мономердің қатаң сапа стандарттарына сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Қанықпаған қосылыстар немесе ылғал сияқты кез келген ластану PVC полимерлеу процесінің қадамдарына кедергі келтіруі, спецификациядан тыс шайырдың пайда болуына немесе төменгі ағын катализаторларына зақым келтіруі мүмкін. VCM тазартудың озық әдістері бөлуді оңтайландыру, қосалқы өнімдерді қалпына келтіру және қайта бойлерлердің ластануын азайту үшін көп әсерлі түзеткіштер мен арнайы науаларды пайдаланады.
ПВХ полимерлену процесі винилхлорид мономерін өндірумен қалай байланысты?
VCM тазалығы мен тұрақтылығы жоғары сапалы поливинилхлоридті шайырлар үшін алғышарттар болып табылады. ПВХ полимерлеу процесі полимерлеу реакторларындағы VCM-ді тікелей тұтынады (әдетте суспензия, эмульсия немесе көлемдік технология арқылы). VCM құрамын дәл бақылау соңғы ПВХ өнімдерінің молекулалық құрылымына, қоспа профильдеріне және физикалық қасиеттеріне әсер етеді. Винилхлоридті мономерді өндіру процесі мен ПВХ полимерлеу технологиясы арасындағы тығыз байланыс VCM-дегі кез келген процестің ауытқуы - мысалы, тығыздықтың өзгеруі, іздік қоспалар немесе температураның өзгеруі - полимерлеу сатысына дейін таралуы мүмкін екенін білдіреді, бұл тиімділік пен өнімнің өнімділігіне әсер етеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 18 желтоқсан
