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  • 行業資訊

    RTO治理系統中聚合物積聚(如苯乙烯)問題淺析

    眾所周知,國內醫藥市場依然以仿制藥為主,根據《中國仿制藥藍皮書2017》數據,2017年中國仿制藥市場規模達到10208億元,市場份額占比維持在60%以上,預計到2021年,仿制藥市場規模將達到15887億元,年均復合增速為11.7%。國內仿制藥需求依然很多,帶動上游原料藥需求量穩健增長。2019年中國化學藥品原料藥產量達252.3萬噸,近幾年產量穩定在200萬—300萬噸之間。

    隨著醫化行業需求量的增加,以及實現青山綠水嚴峻形勢,VOCs治理也成為了環境保護工作和減少溫室氣體排放的重中之重。目前,由于RTO設備的適用行業較為寬廣,可解決復雜工況的污染防治,處理效率穩定而且比較高等等優點,已經被廣泛應用于諸多行業的廢氣治理,綜合性價比較高。

    隨著這兩年市場對RTO概念等方面的認知程度的加深,尤其是在醫化行業,常常被腐蝕、堵塞等問題所困擾,企業因此也擔負一定的隱患責任和排放超標的風險,腐蝕和堵塞的原因多種多樣,我們會通過其他技術性文章加以剖析和分享,本文將從原料藥行業可能都會碰到的聚合物角度,淺析該組分帶來的堵塞原因以及相應的解決方案。

    那么我們先來了解一下,什么是聚合反應?聚合反應產物的特點是什么?他會怎樣影響RTO的運行?解決該種堵塞方案的思路有哪些?

    一、聚合反應的機理

    在烴類物質中,苯乙烯的單體活性較大。而對自由基而言,苯乙烯在烴類之中自由基活性較小,也就是說苯乙烯自由基不活潑。這是因為苯乙烯單體的雙鍵與苯環產生共軛反應,雙鍵上的電子云易流動極化,兀鍵易均裂,所以苯乙烯單體活潑。而當苯乙烯形成苯乙烯自由基時,自由基的獨立電子也可與苯環共軛而穩定,故苯乙烯的自由基就不活潑。聚苯乙烯熱引發連續本體聚合時,其聚合機理是基于典型的自由基聚合過程,它總是由鏈引發、鏈增長和鏈終止三個基本單元組成。

    在引發劑作用下苯乙烯的雙鍵打開,進行雙烯加成反應,形成中間產物,再與單體進行氫原子轉移產生初級游離基,從而引發大量的苯乙烯進行聚合反應。

    聚合反應是把低分子量的單體轉化成高分子量的聚合物的過程,聚合物具有低分子量單體所不具備的可塑、成纖、成膜、高彈等重要性能,可廣泛地用作塑料、纖維、橡膠、涂料、黏合劑以及其他用途的高分子材料。

    例如苯乙烯汽化揮發,充滿廢氣管道、RTO的上部空間,由于易聚合的特性,氣相苯乙烯在陶瓷蓄熱體、RTO格柵壁上部凝結、聚合,形成類似鐘乳石形狀、厚度不一的聚合物,時常堵塞陶瓷蓄熱體、阻火器、儀表等附件,影響RTO正常運行,儀表傳感器的正常測量等。

    在RTO運行過程中,系統存在多個可能使烯烴類物質聚合的環境和溫度,如下圖是苯乙烯在不同溫度場合隨著時間的推移發生聚合的轉化率。

    70℃聚合時在30min內聚合轉化率已達95%以上,所得聚苯乙烯的重均分子量前期已達1010×105左右,而后基本不再增加。50℃聚合時,隨聚合反應時間延長,聚合轉化率較平緩增加,聚合1h,轉化率達90%以上。所得聚苯乙烯的重均分子量在10~30min內逐漸增加,而后趨于穩定在2010×105以上。因此形成聚合產物UHMWPS(聚苯乙烯),聚合反應溫度在50℃左右容易發生。

    二、聚合反應產物對RTO運行的影響

    隨著聚合物的產生,直接的影響是堵塞蓄熱陶瓷,從而引起RTO陶瓷蓄熱體溫度場分布不均勻,造成集聚效應,使得陶瓷蓄熱體的節能作用有所減少,久而久之,會使排放超標。其次影響管道,聚合的高分子物質會沉積在管道以及RTO下室體,部分聚合物隨著溫度變化還會揮發,造成管道內部局部濃度過高,帶來隱患。再者這些聚合物會影響閥門的正常運行以及儀表的測量,所以在精細化工行業的RTO設計時,著力解決聚合物質帶來的影響,也變得很有必要。

    三、解決方案淺析

    根據聚合物質的特點,并結合研究,設計 RTO針對聚合物可以有以下三點方向。具體實現方式可以有很多種實現方式,這里只提一些處理方向。

    1. 涂覆阻聚涂層,防止RTO內壁發生聚合;

    2. 特殊格柵結構設計,防止堵塞;

    3. 工藝設置升溫程序;

    需要注意的是在RTO在選擇升溫工序時,整體材質需要考慮和選擇,如不能實現防堵,必要時需要人工維護,減少陶瓷蓄熱體堵塞。本著“穩定可靠、達標排放、投資合理、經濟運行、節能增效”的原則對揮發性物(VOCs)進行綜合治理,也歡迎廣大技術愛好者跟我們一起探討、學習、進步。


    來源:YIHEAC,VOCs減排工作站再編輯。

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