[发明专利]制备氯化聚乙烯的装置及方法

说明书

技术领域

    本发明涉及等离子体科学与高分子材料合成科学的交叉学科技术领域，尤其涉及一种制备氯化聚乙烯的装置及方法。

背景技术

氯化聚乙烯（Chlorinated Polyethylene，简称为CPE）是一种性能优良的高分子材料。它是由聚乙烯（Polyethylene，简称为PE）经氯化改性而制备的高分子材料。通用型CPE氯含量一般在35%左右，理论上最高氯含量可达73.2%。CPE具有耐热、耐油、耐臭氧、阻燃、绝缘性好等优点，在塑钢门窗、防腐涂料、电线电缆、磁性材料、阻燃胶管等领域中广泛应用。并且随着我国氯碱工业快速发展，大量过剩氯气带来严重安全与环境问题，大规模利用氯气是促进氯碱工业可持续发展的关键，CPE作为大宗化学品，其生产是解决氯气大量过剩的有效方法之一。

目前CPE生产方法主要有溶剂法、水相悬浮法。溶剂法是将PE粉体溶解于四氯化碳溶剂中，在有机过氧化物引发剂作用下与氯气进行氯化反应的一种工艺方法，该工艺主要包括氯化、溶液过滤、树脂沉降、干燥、溶剂回收等工序。该工艺流程长、成本高、易造成环境污染，且四氯化碳溶剂对大气臭氧层有破坏作用，由于《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的签订，我国已经对CPE中残存的四氯化碳提出严格指标，并关闭了多家四氯化碳溶剂法生产CPE装置。水相悬浮法是将PE粉体悬浮于水中或盐酸介质中，在有机过氧化物引发剂或紫外光存在下通氯气，经过脱酸、中和、水洗、离心、干燥等工序生产CPE的一种工艺方法。该法能生产综合性能好的CPE，但该工艺也存在不足之处：如湿氯气对反应设备有严重的腐蚀，因此反应器必须使用昂贵的钛钯合金材料；且生产过程中有大量酸性废水和废气产生，生产1吨CPE过程中，将产生约20吨酸性废水和200m³酸性废气。以国内2011年度CPE产量70万吨计算，产生的酸性废水约为1400万吨、酸性废气1.4亿m³。由于溶剂法和水相悬浮法制备CPE过程中存在严重环境污染，如何从生产源头上实现节能减排和控制污染成为研究热点，开展等离子体制备CPE是一种有效的解决方法。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种制备氯化聚乙烯的装置及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制备氯化聚乙烯的装置，包括有等离子体发生装置和氯化反应装置，所述的等离子体发生装置包括有等离子体发生器，在等离子体发生器中设有搅拌装置一，在等离子体发生器的顶部设有原料气体进口、PE粉体进口和抽真空口，所述的原料气体进口连接原料气瓶，抽真空口连接真空泵，在等离子体发生器上设有原料气体出口和处理后PE料出口，等离子体发生器还分别与真空显示器和等离子体电源连接；所述的氯化反应装置包括有氯化反应器，在氯化反应器的侧面设有搅拌装置二，在氯化反应器的顶部设有气体进口和气体出口，在氯化反应器的左侧设有进料口和出料口，在氯化反应器的右侧设有进风口，所述的进风口连接有鼓风机，所述的气体进口连接有气瓶，气体出口连接有尾气吸收装置，进料口连接等离子体发生装置中的处理后PE料出口，出料口连接有CPE处理装置。

所述的气瓶与气体进口之间还设有缓冲罐和预热罐；所述的尾气吸收装置包括有依次通过管道连接的两个填料吸收塔和碱吸收池；所述的CPE处理装置包括有依次连接的过滤器和干燥室。

所述的等离子体发生装置为负压或常压操作的射频等离子体装置、介质阻挡放电等离子体装置或微波等离子体装置，所述的等离子体发生装置的放电方式包括有连续放电、间歇放电、脉冲放电三种。

所述的等离子体发生器为立式发生器或卧式发生器；立式发生器可设有底搅拌或顶搅拌；卧式发生器为筒体旋转发生器或内部设有轴搅拌的发生器。

所述的氯化反应器为卧式反应器或立式反应器；卧式反应器为筒体旋转反应器或内部设有轴搅拌的反应器；立式反应器可设底搅拌或顶搅拌。

一种制备氯化聚乙烯的方法，包括以下步骤：

1）将PE粉体从PE粉体进口加入到等离子体发生器中，原料气从原料气体进口流入等离子体发生器中，开启真空泵抽真空至低压，PE粉体平均粒径为30~300微米；

2）启动搅拌装置一，启动等离子体电源放电，使PE粉体与等离子体充分混合，PE粉体在等离子体作用下，表面被活化，形成大分子自由基，引发氯化反应，等离子体的功率密度为0.1~15W/cm³， PE粉体在等离子体放电区的处理时间为5s~30min，等离子体放电区温度为20~80℃，压力为10~10000Pa；