[發明專利]低溫等離子體合成氯化聚氯乙烯的噴動床反應器及其方法

有效

• 申請號: 200910092630.5
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101649010A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 程易;盧巍;王琦;丁石
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08F14/06
• 分類號: C08F14/06;C08F8/22
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種合成氯化聚氯乙烯方法及反應器，特別涉及一種低溫等離子體合成氯化聚氯乙烯的噴動床反應器及其方法，屬于氯堿工業中一種高分子材料的合成工藝及設備。

背景技術

氯化聚氯乙烯(CPVC)是一種新型高性能塑料。它是以聚氯乙烯(PVC)為原料，通過反應氯化的手段制得，氯含量由PVC的56.8％上升為60％-70％，理論上最高可達73.2％，一般CPVC氯含量為61％-68％。由于極性元素含量的提高，CPVC表現出一系列大大優于PVC的特性：維卡軟化溫度達到90-125℃，經處理后，最高使用溫度110℃，長期使用溫度95℃，具有更好的耐候性，耐腐蝕性和耐老化性。

CPVC具有較高的性價比，有廣泛的市場前景和很大的應用價值；可以廣泛應用于冷熱水管道，建筑材料等領域。同時，發展CPVC項目能夠平衡氯堿工業中過剩氯氣，對循環工業發展有重要意義。

現有的CPVC生產工藝主要包括溶液法(已淘汰)、水相懸浮法、氣固相氯化法、液氯氯化法。水相懸浮法是現在各大公司普遍采取的生產方法，

由于水相法CPVC合成工藝仍存在產品分離復雜，反應廢液排放嚴重，污染環境，生產環境較臟的缺點，氣固相氯化法由于其清潔生產，易于控制的特點受到廣泛關注。

低溫等離子體CPVC合成技術是一條新的、有前景的CPVC合成途徑，中國科學院等離子體物理研究所的孟月東和熊新陽發明的一種低溫等離子體氯化高分子聚合物的方法(CN1749285A)，其特點在于在同一個等離子體反應器中完成高分子聚合物的氯化過程，以PVC氯化為例的兩個氯含量結果僅為59％和64.5％。熊新陽于2006年發表的篇名為《低溫等離子體氣相法制備氯化聚氯乙烯》的文章中，在一個傳統流化床中實現了PVC氯化，然而其氯化結果僅能達到59.4％。

發明內容

本發明的目的是針對PVC氯化過程強放熱，PVC顆粒易于粘結，需要實現氯化和氯遷移過程解耦的特點，通過在噴動床反應器中增設低溫等離子體放電區，形成可以實現PVC氯化和氯遷移過程解耦的操作模式，進而達到提高PVC氯化效率和產品質量的目的。

為實現上述目標，本發明所采用如下技術方案：

一種低溫等離子體合成氯化聚氯乙烯的噴動床反應器，該噴動床反應器包括反應器主體7，設置在反應器主體下部的原料氣入口13、原料氣體分布器8和產品出料口10，設置在反應器主體上部的聚氯乙烯原料進料口12，設置在反應器主體頂部的氣固分離區2和氣固分離裝置1，其特征在于：在所述的反應器主體內部設有低溫等離子體發生裝置4，該低溫等離子體發生裝置將反應器主體內部劃分成低溫等離子體反應區5和顆粒下行氯遷移區6兩部分，在低溫等離子體發生裝置上部設置顆粒下行擋板3，在低溫等離子體發生裝置下部設置松動氣體分布器9，該松動氣體分布器與反應器主體內壁和原料氣體分布器8相連，在反應器主體底端設置松動氣入口11。

在本發明提供的所述裝置中，其特征在于：所述低溫等離子體發生裝置所產生的等離子體為介質阻擋放電等離子體、脈沖等離子體、射頻等離子體或微波等離子體；所述低溫等離子體發生裝置采用間歇放電或連續放電方式。

本發明提供的一種低溫等離子體合成氯化聚氯乙烯的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)聚氯乙烯顆粒原料由送料口裝填入反應器，聚氯乙烯顆粒原料的平均粒徑在50～250微米；

2)原料氣由原料氣入口13流入，經原料氣體分布器8進入低溫等離子體反應區5，帶動聚氯乙烯顆粒上行，經過低溫等離子體反應區活化聚氯乙烯顆粒和氯氣，發生氯化反應，聚氯乙烯顆粒在低溫等離子體反應區中上行的停留時間為1s～60s，操作溫度60～120℃，操作壓力0.1～1.5atm；

3)反應得到的氯化聚氯乙烯顆粒和未反應的聚氯乙烯顆粒在顆粒下行擋板3處受阻停止上行，進入顆粒下行氯遷移區6下行沉降，顆粒在下行過程中與原料氣逆流接觸，進行氯遷移過程，操作溫度保持在60～120℃，操作壓力0.1～1.5atm；

4)松動氣由松動氣入口11流入，經松動氣體分布器進入顆粒下行氯遷移區，使沉降下的聚氯乙烯顆粒和氯化聚氯乙烯顆粒松動，在重力作用下流動到原料氣體分布器8上，再次被流入的原料氣帶入低溫等離子體反應區5，實現顆粒循環氯化；

5)反應后的氣體進入氣固分離區2，沉降分離下來的固體顆粒返回反應器進行循環氯化，尾氣經除HCl后，與原料氣混合，部分難以通過重力沉降分離的細顆粒，經氣固分離裝置1分離；