(一)裝置發展及類型

　　1．裝置發展

　　丁基橡膠在1940年6月問世，1943年投產，是美國的Exxon公司。在世界丁基橡膠生產行業中，Exxon、Bayer公司的丁基橡膠生產技術成熟可靠、水平較高，但從不轉讓技術，企圖長期壟斷丁基橡膠生產技術和市場。Exxon公司聯合Bayer公司成立了子公司與北京燕化公司進行合作談判，由于條件苛刻、技術費用很高，因而未有結果。

　　意大利的Pressindustria公司(以下簡稱n公司)從1971年開始對丁基橡膠理論開始研究1973年為Exxon公司提供攪拌器，1975年開始與前蘇聯合作進行新型丁基橡膠聚合反應器的研究，1976年取得成功。1983年PI公司對前蘇聯的下卡姆斯丁基橡膠廠的聚合反應器和聚合工藝進行改造，使其生產水平大大提高。1986年PI公司開始投入大量資金，完善了聚合反應器和聚合工藝技術，開發了聚合反應器數學模型，并通過引進專家掌握了丁基橡膠成套生產技術。

　　北京燕化公司同俄羅斯及PI公司進行了技術交流，并于1995年12月15日由中國石化總公司召開“關于引進意大利PI公司技術建設丁基橡膠生產裝置論證會”，進而確定引進公司的技術建設在中國大陸建設一套3X10⁴t／a的丁基橡膠裝置。1997年10月14日，丁基橡膠裝置在北京燕山石油化工股份有限公司合成橡膠事業部開始動工，于1999年12月28日正式投產。

　　2。裝置類型

　　丁基橡膠裝置是以高純度異丁烯和異戊二烯為原料，用高純度三氯化鋁加微量水為催化劑，氯甲烷為稀釋劑，采用淤漿法生產丁基橡膠的石油化工裝置。是制造子午胎內胎和無內胎輪胎不可代替的材料，在包括電子、機械、醫療和食品等行業中有著非常廣泛的用途。

　　(二)單元組成與工藝流程

　　1．單元組成

　　丁基橡膠裝置主要由乙烯制冷單元、丙烯制冷單元、配料及催化劑配制單元、聚合和脯氣單元、氯甲烷回收單元、氧化鋁干燥再生單元、異丁烯和異戊二烯精制單元、中間罐區公用工程系統和后處理生產線等10個單元組成。

　　2．工藝流程概述

　　丁基橡膠是在極低的操作溫度和半連續生產的條件下用異丁烯和異戊二烯聚合得到。催化劑為用氯甲烷作溶劑配制成的無水三氯化鋁溶液，該催化劑溶液經過深冷進入到反應器。精制后的異丁烯和異戊二烯也用氯甲烷按一定比例配制成溶液，經過深冷后進人聚合反應器，在反應器中異丁烯和異戊二烯在催化劑存在下瞬時完成聚合反應，生成丁基橡膠膠粒。膠粒和未反應的單體和氯甲烷自聚合反應器頂部溢出進入到脫氣釜用熱水脫氣，蒸出未反應的大部分單體和氯甲烷。在脫氣釜中加入分散劑和抗氧劑，并加入燒堿溶液中和三氯化鋁水解生成的鹽酸。經脫氣后的膠粒和水再經第一汽提釜和第二汽提釜進一步蒸出未反應的單體氯甲烷。

　　未反應的單體和氯甲烷再經壓縮、干燥和精制后循環使用。不含氯甲烷的膠粒和水從第二汽提釜底部出來送到后處理，經后處理生產線，膠粒經脫水，分離的水返回汽提釜。

　　膠粒經過擠壓干燥機和熱風干燥箱，進一步干燥，再經壓塊和薄膜包裝后得到成品膠，裝箱后送人膠庫碼垛、儲存和運出。

　　丁基橡膠生產工藝不僅要求純凈的原料和氯甲烷，還要保持極低的反應溫度和控制反應物料的水分。工藝上所需要的低溫是由乙烯和丙烯深冷系統提供。乙烯和丙烯深冷系統給工藝物流提供冷卻所需的不同溫度，液體乙烯和丙烯分別在二種壓力下閃蒸，閃蒸后的氣體乙烯和丙烯返回壓縮機壓縮、冷凝，丙烯用循環卻水冷凝、乙烯用丙烯冷凝。

　　溶解在高純度氯甲烷中的AlCl₃溶液儲存在容器中，AlCl₃的飽和溶液送到反應器前在管道混合器中用高純度氯甲烷稀釋到需要的濃度，冷卻后進人儲罐。根據產品要求，按一定配比進入到反應器中。

　　聚合反應在特殊設計的反應器中進行，反應器操作時間不少于60h，清洗反應釜掛膠的時間不超過15h。聚合反應器生成的丁基橡膠膠粒不溶于氯甲烷中，在氯甲烷中呈淤漿狀態離開反應器。反應器工作60多小時后，由于換熱表面掛膠需要清洗，必須停止進料，當一臺反應器切換清洗時，另一臺清洗完畢處于備用狀態的反應器必須立．Bp啟動，以便給下游設備提供連續進料。

　　每臺反應器對應一臺脫氣釜，膠粒水送到第一汽提釜和第二汽提釜，出第二汽提釜的膠粒水中含有的氯甲烷減少到20X10^—6以下，從第二汽提釜底送出的膠粒水送到后處理線，生產丁基橡膠成品。

　　汽提釜頂部蒸出的氣體經蒸汽噴射泵送到脫氣釜內，從脫氣釜頂部出來的氣體送到氯甲烷回收單元。

　　橡膠的添加劑在添加劑罐內配制、儲存。在進入后處理線之前，來自第二汽提釜的膠漿儲存在膠漿儲罐中，膠漿送到脫水機和擠壓干燥機，由脫水機脫出的水儲存在儲罐中，一部分返回脫氣釜，剩下的水經回收膠粒后送到污水處理場。

　　濕的膠粒在擠壓干燥機中，用擠壓和加熱的方法干燥膠粒。干燥后的膠粒切出適當大小的膠粒，膠粒用風機送到干燥箱，在干燥箱內膠粒中痕量的水用熱空氣帶出。干燥后的膠粒經壓塊、包裝、裝箱，送到成品倉庫。

　　主要工藝流程框圖見圖4—3

　　(三)化學反應過程

　　丁基橡膠是異丁烯和異戊二烯在—100℃左右的溫度和催化劑的作用下，進行陽離子型共聚反應而得到。其聚合反應是在低溫條件下進行，從三氯化鋁絡合物與異丁烯分于相遇開始，到以所得活性正碳離子或增長的聚合物鏈與三氯化鋁離子相遇而終止。因此聚合釜中催化劑濃度增加將導致引發和終止速率增快，結果是單體轉化率增高，聚合物鏈變短。溫度對聚合反應影響很大，溫度降低將減弱催化劑絡合物的離子化作用，其結果是降低鏈終止的頻率，使鏈變長，平均分于量變大。

　　反應過程中加入異戊二烯是為了增加聚合物的不飽和度，從而使橡膠能夠硫化。異戊二烯的反應活性比異丁烯要低，所以可通過加入過量的異戊二烯來保證生產出合格產品。

　　(四)主要操作條件及工藝技術特點

　　1．主要操作條件

　　丁基橡膠裝置主要由乙烯制冷、丙烯制冷、聚合、氯甲烷壓縮，回收、精制、異丁烯和異戊二烯精制等重要系統構成，主要操作條件見表4—18。

　　2．工藝技術特點

　　(1)嚴格控制單體和循環物料中的雜質含量，以獲得高分子量的產品和高的轉化率。同時減少了黏性強的低聚物生成，降低聚合釜掛膠，從而延長了聚合釜的運轉周期。

　　(2)聚合過程中采用了極低的進料溫度(—98℃)，降低乙烯冷劑溫度(—ll5℃)，加大

　　聚合釜傳熱溫差，嚴格控制對聚合有害的雜質濃度，使聚合實現了高轉化率(不低于85％)和高聚合物濃度(不低于22％)，獲得高門尼黏度產品。

　　(3)聚合釜出料淤漿經脫氣除去大部分氯甲烷稀釋劑后，再經兩級汽提進一步將膠中的氯甲烷含量降至20X10^—6以下。

　　(4)聚合釜內的淤漿直接進入脫氣釜，中間無緩沖和儲存。

　　(五)催化劑及助劑

　　丁基橡膠所使用的催化劑是三氯化鋁。其他助劑有稀釋劑氯甲烷、填加劑硬脂酸鈣、抗氧劑"1010'’、阻聚劑TBC、干燥劑三氧化二鋁等。催化劑及助劑性質見表4—19。

 

　　(六)原料及產品性質

　　丁基橡膠主要原材料及產品性質見表4—20。

　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　丁基橡膠生產過程中重點部位主要為原料罐區、中間罐區、乙烯和丙烯制冷系統、催化劑配制系統、聚合和脫氣系統、氯甲烷回收系統、異丁烯／異戊二烯精制系統、后處理的干燥系統等。

　　(二)重點設備

　　丁基橡膠生產過程中涉及的重點設備主要有制冷系統的乙烯和丙烯壓縮機、氯甲烷系統的氯甲烷壓縮機；聚合系統的聚合釜、汽提釜；后處理系統的膨脹干燥機、脫水擠壓機和壓塊機等。此外裝置內的壓力容器同樣是不可忽視的重點設備。