一种调节聚合釜釜内温度的方法和系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种调节聚合釜釜内温度的方法和系统，所述方法包括：引入常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3作为聚合釜控温水对釜内温度进行调节，先通过常温水物流F1和/或常温水物流F2达到初始温度，再通过调节常温水物流F1、热水物流F3以及任选的常温水物流2的流量进行升温，并通过调节常温水物流F2的流量实现温度维持。本发明专利技术所述方法和系统可用于丙烯腈聚合生产过程中，具有温度控制灵敏、各个批次聚合反应过程温度控制稳定、丙烯腈转化率稳定、聚丙烯腈产品分子量分布指数稳定、反应过程可重复性好、产品性能好的优点。产品性能好的优点。产品性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种调节聚合釜釜内温度的方法和系统及其应用


[0001]本专利技术涉及对聚合釜的温度控制，尤其涉及调节聚合釜釜内温度的方法和系统及其应用，尤其涉及丙烯腈聚合釜。

技术介绍

[0002]碳纤维是一种高比强度、高比模量的增强型和功能型新型纤维材料，是在20世纪60年代迅速发展起来的高科技产品。它具有密度低、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、耐热冲击性能和导电、导热、抗辐射、良好的阻尼、减震、降噪等一系列综合功能，作为纤维它还具有柔软性和可编、可纺织性，特别突出的是它有高比强度和高比模量两大特性。以碳纤维为增强体的树脂基复合材料的比模量要比钢和铝合金高五倍，比强度也高三倍以上。其作为工程结构材料和耐烧蚀材料可以大大减轻宇航飞船、导弹和飞机等的重量，解决许多工程技术中的关键问题。这使得它被广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等民用用途。
[0003]目前为止，取得工业规模生产碳纤维的仅仅有聚丙烯腈基、粘胶基、和沥青基三种碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维产量占90％以上。对这三种碳纤维的一些研究表明聚丙烯腈基碳纤维的综合性能最好，被认为是当今制造碳纤维的最重要和最有发展前途的原丝，其优点是高度的分子取向，较高的熔点及比较高的碳纤维产率。由PAN纤维制造碳纤维一般要经过单体的聚合、聚丙烯腈原液的纺丝、原丝的预氧化和碳化等几个重要过程。优质的PAN原丝是制备高性能碳纤维的前提条件，而性能优异的纺丝原液又是制备优质原丝的前提条件，因此制备优质的纺丝原液是非常重要的。碳纤维的纺丝原液-聚丙烯腈溶液的聚合工艺路线分为间歇聚合和连续聚合，各有利弊。对于工业化生产来说，采用间歇聚合和连续纺丝工艺已经取得了良好的效果。据报道，碳纤维行业龙头企业-日本东丽公司采用间歇溶液聚合法制备纺丝原液。目前，国内大多数碳纤维生产企业也主要采用间歇聚合的方法。对于间歇聚合，不同批次聚合之间的质量差异始终存在，不仅每釜聚合液质量存在波动，同一釜物料由于出料先后不同也导致聚合时间差异，其主要内因是聚合釜内温度场和流动场的变化，而不同批次间难于实现稳定的聚合反应温度控制是引起温度场波动的主要原因。
[0004]聚丙烯腈溶液的聚合过程机理复杂且对工艺操作和产品质量有严格的指标要求。从生产角度看，希望在安全生产前提下，系统可达到较高的转化率；从产品质量角度看，需通过控制温度使产物聚合度及其分布满足工艺要求。碳纤维聚合釜具有非线性、强耦合，参数时变性，使得聚合反应控制非常困难。聚合作为第一阶段，是整个碳纤维生产的基石，直接关系到最终产品的质量和产量。目前，碳纤维生产中的聚合反应控制通常采用手动或半手动控制方法，聚合液的均一性无法得到保证。主要问题在于手动或半手动控制无法保证聚合反应过程中的进料量、流量、温度、液位和压力控制连续稳定，影响聚合液各项指标的稳定性。
[0005]CN102532363A公开了一种聚丙烯腈原丝聚合液连续聚合启釜方法。在聚合釜进物料前，通过保护气体隔绝空气，减少了空气对聚合反应的影响。当聚合釜内聚积的物料达到
聚合釜测温口上表面后，开始对聚合釜进行控温，并且控制聚合温度与连续进物料同时进行。本专利技术通过聚合反应温度的控制达到连续进物料、缓慢聚合的效果，有助于延长聚合反应时间，避免聚合反应放热过快、聚合釜散热不均的缺陷，有效抑制聚合过程中凝胶生成；不断进入的新鲜物料有助于平衡聚合反应体系热量，使启动过程在一个比较温和的反应条件下进行，聚合液性能参数波动较小；由于从启釜开始反应条件比较温和且较易控制，使聚合反应体系较稳定，从而缩短了启釜至整个聚合体系稳定所需时间。
[0006]CN107556431A公开了一种二甲基亚砜法连续聚合制备聚丙烯腈溶液的方法和该方法得到的聚丙烯腈溶液。其中制备聚丙烯腈溶液的方法包括以下步骤：(1)将第一-第三共聚单体和二甲基亚砜按一定比例配置成混合料液；(2)将混合料液连续泵入聚合釜中，同时将含有引发剂的二甲基亚砜溶液滴加到聚合釜中；(3)控制聚合釜温度从25℃逐步上升到50～70℃，当共聚单体转化率为60～63％时，将聚合液出料以终止反应；(4)将聚合液转移到脱单器进行脱单脱泡处理，即得成品。本申请首次提出以中转化率合成聚丙烯腈溶液，防止高分子发生交联产生凝胶；本申请得到的聚丙烯腈溶液分子量分布指数D为1.2～2.0，全同立构含量为30～34.5％。
[0007]现有已经公布的专利可以看出，对于丙烯腈聚合制备聚丙烯腈的工艺过程，专利报道主要集中在聚合反应工艺过程，对如何调节聚合釜控温水来实现聚合反应温度的精确控制鲜有报道，且已报到的专利采取由聚合釜温度来调控控温水温度的温度
→
温度的控制方式，具有严重的温度调控滞后性，易导致聚合反应温度过高，引起控温失败发生爆聚风险。因此，设计出安全性高、调控聚合反应温度灵敏性高的控制措施具有重要的经济效益和安全保障。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种调节聚合釜釜内温度的方法和系统，可用于丙烯腈聚合生产过程中，具有温度控制灵敏、各个批次聚合反应过程温度稳定、丙烯腈转化率稳定、聚丙烯腈产品分子量分布指数稳定、反应过程可重复性好、产品性能好的优点，有针对性地解决了该问题，可用于指导且极易实现工业化生产。
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种调节聚合釜釜内温度的方法，包括：引入常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3作为聚合釜控温水对釜内温度进行调节，其中，先通过常温水物流F1和/或常温水物流F2达到初始温度，再通过调节常温水物流F1、热水物流F3以及任选的常温水物流F2的流量进行升温，并通过调节常温水物流F2的流量进行温度维持。
[0010]其中，所述调节阀的流量设计值是指在开度100％时的流量。
[0011]同时，在本专利技术中，可以通过常温水物流与热水物流混合，调节控温水的温度，实现聚合釜内物料温度的上升、下降、或温度维持在某一特定值，具有较强的工业实用性。
[0012]在一种优选的实施方式中，将常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3引入聚合釜夹套和/或内构件作为聚合釜控温水对聚合釜内温度进行调控。
[0013]在进一步优选的实施方式中，当采用常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3中的至少两种物流时，所述至少两种物流在混合后进入聚合釜夹套或/和内构件调节聚合釜内温度。
[0014]在一种优选的实施方式中，常温水物流F1和常温水物流F2的温度为常温，相同或
不同，优选为15～35℃，热水物流F3的温度为60～90℃。
[0015]在进一步优选的实施方式中，常温水物流F1和常温水物流F2的温度为20～35℃，热水物流F3的温度为70～80℃。
[0016]在一种优选的实施方式中，所述方法如下进行：
[0017](1)分别通过温度调节阀TV1和温度调节阀TV2调节常温水物流F1和/或常温水物流F2的流量，使釜内温度达到指定的初始温度T1，反应开始；
[0018](2)分别通过温度调节阀TV1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调节聚合釜釜内温度的方法，包括：引入常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3作为聚合釜控温水对釜内温度进行调节，其中，先通过常温水物流F1和/或常温水物流F2达到初始温度，再通过调节常温水物流F1、热水物流F3以及任选的常温水物流F2的流量进行升温，并通过调节常温水物流F2的流量进行温度维持。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3引入聚合釜夹套和/或内构件作为聚合釜控温水对聚合釜内温度进行调控，优选地，当采用常温水物流F1、常温水物流F2和热水物流F3中的至少两种物流调温时，所述至少两种物流在混合后再进入聚合釜夹套或/和内构件调节聚合釜内温度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，常温水物流F1和常温水物流F2的温度为常温，相同或不相同，优选为15～35℃，更优选为20～35℃；和/或热水物流F3的温度为60～90℃，优选为70～80℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法如下进行：(1)分别通过温度调节阀TV1和温度调节阀TV2调节常温水物流F1和/或常温水物流F2的流量，使釜内温度达到指定的初始温度T1，反应开始；(2)分别通过温度调节阀TV1、流量调节阀FV3和任选的温度调节阀TV2来调节常温水物流F1、热水物流F3和任选的常温水物流F2的流量，进行升温，使釜内温度达到指定温度T2；(3)维持常温水物流F1和热水物流F3的流量不变，并通过温度调节阀TV2调节常温水物流F2的流量，使釜内温度维持在指定温度T2；(4)分别通过温度调节阀TV1、流量调节阀FV3和任选的温度调节阀TV2来调节常温水物流F1、热水物流F3和任选的常温水物流F2的流量，进行升温，使釜内温度达到指定温度T3；(5)通过温度调节阀TV2调节常温水物流F2的流量，使釜内温度维持在指定温度T3，直至反应结束。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，温度调节阀TV1的流量设计值与温度调节阀TV2的流量设计值之比≥2，优选≥3；流量调节阀FV3的流量设计值与温度调节阀TV2的流量设计值之比≥1.5，优选≥2；和/或在所述聚合釜内设置有主要测温点，其为常温水物流F1和常温水物流F2的温度调节阀信号来源以及热水物流F3的流量调节阀信号来源，优选地，聚合釜釜内主要测温点的温度与控温水的温度之差≤25℃。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用控温模块对所述温度调节阀TV1、温度调节阀TV2和流量调节阀FV3进行开度调节；优选地：在控温模块内预先设定步骤(1)中温度调节阀TV1的开度、温度调节阀TV2的开度和指定的初始温度T1；和/或在控温模块内预先设定步骤(2)中温度调节阀TV1和流量调节阀FV3的开度、任选的温度调节阀TV2的开度、指定温度T2和设定升温时间；和/或在控温模块内预先设定步骤(3)中的温度维持时间；和/或在控温模块内预先设定步骤(4)中温度调节阀TV1和流量调节阀FV3的开度、任选的温度调节阀TV2的开度、指定温度T3和设定升温时间；和/或
在控温模块内预先设定步骤(5)中的温度维持时间。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，设定温度调节阀TV1的开度为50％～100％，优选为60％～95％；和/或在步骤(1)中，设定温度调节阀TV2的开度为30％...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡帅，毕丰雷，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：