[发明专利]低温等离子体氯化聚氯乙烯合成的多层床反应器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成氯化聚氯乙烯的方法及反应器，特别涉及一种合成氯化聚氯乙烯的多层流化床反应器及其方法，属于氯碱工业中一种高分子材料的合成工艺及设备。

背景技术

氯化聚氯乙烯(CPVC)是一种新型高性能塑料。它是以聚氯乙烯(PVC)为原料，通过反应氯化的手段制得，氯含量由PVC的56.8％上升为60％-70％，理论上最高可达73.2％，一般CPVC氯含量为61％-68％。由于极性元素含量的提高，CPVC表现出一系列大大优于PVC的特性：维卡软化温度达到90-125℃，经处理后，最高使用温度110℃，长期使用温度95℃，具有更好的耐候性，耐腐蚀性和耐老化性。

CPVC具有较高的性价比，有广泛的市场前景和很大的应用价值；可以广泛应用于冷热水管道，建筑材料等领域。同时，发展CPVC项目能够平衡氯碱工业中过剩氯气，对循环工业发展有重要意义。现有的CPVC生产工艺主要包括溶液法、水相悬浮法、气固相氯化法、液氯氯化法。水相悬浮法是现在各大公司普遍采取的生产方法，由于水相法CPVC合成工艺仍存在产品分离复杂，反应废液排放严重，污染环境，生产环境差的缺点，气固相氯化法由于其清洁高效，易于控制的特点受到广泛关注。

低温等离子体CPVC合成技术是一条新的、有前景的CPVC合成途径，中国科学院等离子体物理研究所的孟月东和熊新阳发明的一种低温等离子体氯化高分子聚合物的方法(CN1749285A)，其特点在于在同一个等离子体流化床反应器中完成高分子聚合物的氯化过程，以PVC氯化为例的两个氯含量结果仅为59％和64.5％。熊新阳等于2006年发表的名为《低温等离子体气相法制备氯化聚氯乙烯》的文章中，在一个传统流化床中实现了PVC氯化，然而其氯化结果仅能达到59.4％。程易等发明的《低温等离子体合成氯化聚氯乙烯的喷动床反应器及其方法》CN200880015695.3和《低温等离子体循环流化床制备氯化聚氯乙烯的方法及装置》CN200910092928.6，首次成功的采用不同的反应器形式，以低温等离子体作为引发剂实现了CPVC气固相合成，得到了氯含量高于65％的CPVC产品，最高氯含量达到69％。但是，其仍然具有无法连续操作，氯气单程转化率低，循环量大，床层内部温度控制较困难等问题，需要进一步的改进和提高。

发明内容

本发明的目的是针对PVC氯化过程可以分解为氯化和氯迁移两个过程，并且在反应进程中随着颗粒氯含量的升高，其软化温度逐渐升高，所需反应温度和氯气分压也逐渐升高的特点，采用一种多层流化床反应器，在同一个反应器中形成反应温度和氯气分压梯度，以提高PVC氯化效率和产品质量，同时实现连续化生产。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种低温等离子体氯化聚氯乙烯合成的多层床反应器，该多层流化床反应器包括流化床主体、安装在流化床主体顶部的气固分离器、低温等离子体发生装置、设置在流化床主体底部的原料气入口以及安装在流化床主体下部的产品出料口，采用气体分布板将该流化床反应器内部分隔成至少两层，相邻两层之间通过溢流管相连通，所述的溢流管设置在流化床主体内部或外部；所述的低温等离子体发生装置安装在溢流管内。

上述技术方案中，其采用的低温等离子体发生装置为常压或负压下操作的介质阻挡放电等离子体装置、射频等离子体装置或微波等离子体装置；所述等离子体装置的放电方式包括间歇放电和连续放电两种。

本发明所述的低温等离子体氯化聚氯乙烯合成的多层床反应器，其内部被气体分布板分隔成5～20层，层高为0.1～0.8m。

本发明提供的一种采用多层流化床反应器的低温等离子体氯化聚氯乙烯合成方法，所述的溢流管设置在流化床反应器内部，该方法包括以下步骤：

1)将原料PVC颗粒从上部连续加入到流化床反应器内部，原料气从流化床反应器下部的原料气入口流入流化床反应器，原料气为氯气，或氯气与惰性气体的混合气；

2)原料PVC颗粒在流化床反应器各层气体分布板上与原料气逆流接触，并通过溢流管向下降落进入下一层，PVC颗粒在降落过程中经过低温等离子体放电区，与低温等离子体作用，引发氯化反应；低温等离子体的功率密度为0.1～10W/cm³，PVC颗粒在溢流管中低温等离子体放电区的停留时间为1s～2min；PVC颗粒在流化床反应器各层上的停留时间为5min～1h，操作温度60～140℃，压力0.1～1.5atm；

3)经过氯化后得到的氯化聚氯乙烯产品从产品出料口流出；