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CN107115829B - 激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置及方法 - Google Patents

激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置及方法 Download PDF

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CN107115829B CN201710343203.4A CN201710343203A CN107115829B CN 107115829 B CN107115829 B CN 107115829B CN 201710343203 A CN201710343203 A CN 201710343203A CN 107115829 B CN107115829 B CN 107115829B
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Abstract

本发明提供了激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的装置及方法。本发明装置包括一个提升管或下行床反应区和一个湍动流化床反应区，以及两个反应区之间的连接装置。提升管或下行床反应区设有紫外激光光源，利用紫外激光活化氯气，引发氯化反应；湍动流化床反应区设有温度控制系统，能够按照反应要求控制反应器内的温度，在此完成聚氯乙烯树脂的均匀氯化，得到氯化聚氯乙烯产品。本发明采用紫外激光光源，光源置于反应器外因而更易维护和检修，光源发射的激光通过光纤传输到反应器内或者直接照射到反应器内，反应器壁仅需要开一个小孔或完全无需开孔，与现有采用紫外灯管的方法相比，反应器设计成本和修护成本大幅降低。

Description

激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置及方法
技术领域
本发明属于化工工艺与设备技术领域，特别涉及一种以聚氯乙烯和氯气为原料，紫外激光引发的氯化反应，通过循环流化床制备氯化聚氯乙烯的工艺方法，属于氯碱工业中一种高分子材料的合成工艺。
背景技术
氯化聚氯乙烯(CPVC)是一种新型高性能塑料，由聚氯乙烯(PVC)与氯气反应制得，氯含量从PVC的56.8％上升至CPVC的60％～70％。由于氯元素引入，CPVC高分子链极性增强，因而具有更好的耐热、耐腐蚀、耐老化性，其制品维卡软化温度达到90～125℃。
我国氯碱工业产业链中，下游耗氯产品无法充分消耗烧碱生产副产的氯气，液氯大量储存、积压，造成潜在的安全隐患。因而富余氯气的高价值转化是急需解决的问题，近年由于经济原因，主要耗氯产品PVC价格日趋走低，氯碱企业开工率下降。每吨CPVC可固定0.2～0.3吨氯元素，同时，目前市场上CPVC价格是PVC的2-3倍。因此生产CPVC产品既可平衡氯碱工业产生的过量氯气，又可实现PVC的高价值转化。
国际上CPVC主要的生产方法有三种：溶剂法、水相悬浮法，以及气固相法。溶剂法因需使用大量有毒有机溶剂而被淘汰。水相悬浮法是将PVC悬浮于水或盐酸溶液中，加入助剂溶胀PVC后进行氯化反应，其工艺成熟，产品质量稳定，是目前各大公司普遍采取的生产方法。然而水相法工艺仍存在废水排放量大、产品后处理过程复杂、流化床反应器腐蚀严重的缺点。气固相法使用含氯气体流化PVC颗粒并发生氯化反应，全过程无废水排放，产品后处理简单，日益受到广泛的关注。
目前，所有报导的水相法工艺均为间歇氯化工艺，其工艺主要为PVC颗粒间歇进料、CPVC间歇出料；同时，在生产中，还需要控制反应釜温度经一定时间上升至反应温度，所得产品还需经过过滤、洗涤、干燥等后处理工艺。上述过程都需占用一定时间，造成生产效率下降。
相较于水相法而言，气固相法制备氯化聚氯乙烯明显更具优势。例如，现有技术(CN101831021A)就公开了一种气固相制备氯化聚氯乙烯的方法，该方法采用循环流化床反应器形式，用紫外光引发反应。同时，现有技术(CN105363390A)公开了一种循环流化床制备氯化聚氯乙烯的提升管，该方法中，将大量紫外灯管插入提升管反应器，用于引发氯化反应。然而，这些现有的专利方法中，都采用了紫外灯管引发氯化反应，为了使反应器内达到足够的紫外光强度，同时考虑紫外灯管的检修等问题，紫外灯管都贯穿反应器，大量的紫外灯管和反应器壁之间都需要进行密封，不仅装置建设和维护成本高，而且容易生产过程中存在较大的安全隐患。
现有技术(CN101831021A)公开了一种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，该方法在下行床反应器中设置低温等离子体发生装置，并利用低温等离子体引发氯化反应。然而由于等离子体放电可能造成局部不均匀的情况，大规模制备过程中产品质量难以得到有效控制。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置，所述装置具有反应器投资小，维修简单等优点。
本发明的第二目的在于提供一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的方法，该方法具有三废排放少、后处理过程简单，以及产品质量稳定，适于工业化生产等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置，所述装置包括相互连接的提升管或下行床反应装置和湍动流化床反应装置；其中，所述提升管或下行床反应装置外部还设置有紫外激光器；
紫外激光器所产生的紫外激光通过光纤传输到提升管或下行床反应装置内形成紫外光场，或者，所述提升管或下行床反应装置为石英或玻璃材质，紫外激光器所产生的紫外激光直接以片光源的形式，在提升管或下行床反应装置内形成紫外光场；
优选的，所述紫外激光的波长为250～450nm。
可选的，本发明中，所述提升管或下行床反应装置分别包含至少一个提升管或下行床反应器；其中，所述提升管或下行床反应器内部和/或外部还设置有导光棒或导光片；
优选的，所述导光棒或导光片以垂直、水平，或者盘管的形式排列；更优选的，所述导光棒或导光片的材质为石英或玻璃。
可选的，本发明中，所述导光棒或导光片在需要透射紫外激光的壁面镀有紫外增透膜；和/或，在不需要透射紫外激光的壁面镀有紫外高反膜。
可选的，本发明中，所述紫外激光器所产生的紫外激光通过分束光路产生多路激光，每路激光分别耦合进传输光纤；或者，所产生的紫外激光以光纤形式输出，然后使用光纤分束器生成多路激光；
激光由光纤输出后，经准直透镜准直成紫外激光光束，传输进导光棒或导光片；紫外激光光束在全反射角度以内，沿导光棒或导光片的壁面发生多次反射，反射的同时部分激光透射出导光棒或导光片，在提升管或下行床反应器内形成紫外光场。
可选的，本发明中，所述紫外激光器所产生的紫外激光通过分束光路产生多路激光，每路激光分别耦合进传输光纤；或者，所产生的紫外激光以光纤形式输出，然后使用光纤分束器生成多路激光；
激光由光纤输出后，经准直透镜准直成紫外激光光束，传输进导光棒或导光片；紫外激光光束在全反射角度以内，沿导光棒或导光片的壁面发生多次反射，从某一截面透射出导光棒或导光片形成片状紫外激光，多个片状紫外激光照射到石英或玻璃材质的提升管或下行床反应器内形成紫外光场。
可选的，本发明中，所述湍动流化床反应装置包含至少一个湍动流化床反应器；其中，所述湍动流化床反应器中设置有换热系统；
优选的，所述湍动流化床反应器内的温度为60～120℃。
同时，本发明还提供了一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的方法，所述方法中使用本发明所述装置，并包括如下步骤：
将聚氯乙烯树脂或含有聚氯乙烯树脂的混合物加入湍动流化床反应装置中，在一定氯气浓度的混合气体作用下进行湍动流化；
湍动流化床反应装置中的固体颗粒传输至提升管或下行床反应装置中，由一定氯气浓度的混合气体携带通过紫外光场，并由提升管或下行床反应装置的出口进入湍动流化床反应装置中；
反应所得氯化聚氯乙烯由湍动流化床反应装置中移出得到；优选的，所得氯化聚氯乙烯的氯含量为65～73wt％。
可选的，本发明中，所述聚氯乙烯树脂中，95wt％以上颗粒的粒度范围为100～350μm，氯含量为55～65wt％；和/或，所述含有聚氯乙烯树脂的混合物为聚氯乙烯树脂和其他颗粒的混合物，优选的，其他颗粒的含量为1～25wt％。
可选的，本发明中，固体颗粒单次通过提升管或下行床反应装置中的停留时间为1～30s；和/或，固体颗粒在提升管或下行床反应装置中一定氯气浓度的混合气体的温度为20～120℃。
可选的，本发明中，所述一定氯气浓度的混合气体由氯气、氯化氢，以及载气组成；其中，氯气的浓度为0～100％；
优选的，所述一定氯气浓度的混合气体中氧气的含量不大于100ppm，水含量不大于50ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)相较于原有的紫外灯贯穿反应器的气固相氯化工艺，本发明采用紫外激光器设置于反应器外部，便于维护和检修，反应器壁仅需要开一个小孔将光纤插入反应器内，避免大量紫外灯贯穿反应器带来的密封问题，大幅降低了反应器的制造成本；
(2)相较于原有的紫外灯引发的气固相氯化工艺，本发明采用紫外激光器引发氯化反应，提升管和下行床反应器只需要一个紫外激光器，避免了大量紫外灯管使用过程中损坏而带来的维修问题，大幅降低了生产过程的维修成本；
(3)相较于水相法工艺，本发明的连续氯化工艺三废排放少，且无高盐废水排放，产品后处理简单，生产过程绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器内的流程示意图；
图2为本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个下行床反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器内的流程示意图；
图3为本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器外的流程示意图；
其中，图1中，1-提升管反应器，2-紫外激光器，3-光纤，4-导光棒或导光片，5-管线，6-管线，7-管线，8-旋风分离器，9-管线，10-管线,11-管线,12-管线,13-湍动流化床反应器，14-气体分布器，15-换热系统，16-上部装料口，17-，18-管线，19-旋风分离器，20-管线，21-管线，22-管线，23-管线,24-管线，25-气体分布器；
图2中，1-下行床反应器，2-紫外激光器，3-光纤，4-导光棒或导光片，5-管线，6-管线，7-气固分离器，8-管线，9-管线，10-管线，11-管线，12-湍动流化床反应器，13-气体分布器，14-换热系统，15-上部装料口，17-管线，18-旋风分离器，19-管线，20-管线，21-管线，22-管线，23-管线；
图3中，1-提升管反应器，2-紫外激光器，3-光纤，4-环形导光棒，5-管线，6-管线，7-管线，8-旋风分离器，9-管线，10-管线，11-管线，12-管线，13-湍动流化床反应器，14-气体分布器，15-换热系统，16-上部装料口，17-管线，18-管线，19-旋风分离器，20-管线，21-管线，22-管线，23-管线，24-管线，25-气体分布器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的反应装置，主要由提升管反应装置或下行床反应装置(即一个提升管反应区或下行床反应区)、湍动流化床反应装置(即湍动流化床反应区)、紫外激光器，以及必要的连接管线、阀门、压缩机和泵等装置组成；
提升管反应装置或下行床反应装置是与湍动流化床反应装置相互连接的；在反应过程中，原料聚氯乙烯树脂/含有聚氯乙烯树脂的混合物的颗粒可以由湍动流化床反应装置进入提升管反应装置或下行床反应装置中引发氯化反应，在达到设定时间后，物料颗粒再由提升管反应装置或下行床反应装置返回湍动流化床反应装置中进行聚氯乙烯的均匀氯化，然后将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移除，并输送至后续处理系统中；
进一步的，提升管反应装置或下行床反应装置的内部或外部还设置有以垂直、水平，或者盘管的形式排列的若干导光棒或导光片；导光棒或导光片在需要透射紫外激光的壁面镀有紫外增透膜，可以调整镀膜的厚度来调整透射到反应器内的紫外光场的强度；导光棒或导光片在不需要透射紫外激光的壁面镀有紫外高反膜。
提升管反应装置或者下行床反应装置分别包含至少一个提升管反应器或下行床反应器，所述提升管反应器或下行床反应器可以为不透明材质或透明的石英或玻璃材质；
其中，当提升管反应器或下行床反应器为不透明材质时，需要在反应器外壁开孔，并将导光棒或导光片设置于反应器内部，进而通过光纤在开孔处输入紫外激光光束，并在反应器通过紫外光束的折射和透射形成紫外光场；
当提升管反应器或下行床反应器为石英或玻璃等透明材质时，由于紫外光束可以透过反应器外壁，因而可以将导光棒或导光片设置于反应器外部，将导光棒或导光片通过光纤与放置于提升管反应器之外的紫外激光器相连接，并通过由紫外激光器所产生的紫外激光束的透射而产生紫外光场。
湍动流化床反应装置中包括至少一个湍动流化床反应器，反应器内还优选的设有换热系统，通过换热系统能够根据反应的需要移除或补充热量，并将湍动流化床反应器内反应温度控制在60～120℃。
湍动流化床反应装置可以为多个湍动流化床反应器，其中一个湍动流化床反应器和提升管或下行床反应器连接，同时该湍动流化床反应器还和另外的湍动流化床反应器连接。
设置于提升管或下行床反应装置外部的紫外激光器是简化氯化聚乙烯生产工艺，降低设备制造和维护成本的关键点之一；通过使用紫外激光引发器，并将其设置在反应装置的外部，就能够在提供所需紫外光强度的同时，避免由于紫外灯管的检修、替换等所带来的装置整体拆卸和组装的复杂维护工作。
与紫外灯引发氯化反应的原理类似，本发明中也是利用紫外激光器所产生的紫外激光在提升管反应装置或下行床反应装置中形成紫外光场，从而引发聚氯乙烯氯化反应的进行。
具体的，设置于提升管反应装置或下行床反应装置的内部或外部的导光棒或导光片将传输进入的紫外激光光束沿其壁面进行多次反射，在反射的同时部分紫外激光光束还会通过透射穿过导光棒或导光片，通过激光光束的不断传输以及反射和/或透射，在提升管反应装置或下行床反应装置中就形成了紫外光场。
在具体的生产中，所用原料可以为聚氯乙烯树脂或含有聚氯乙烯树脂的混合物；
其中，含有聚氯乙烯树脂的混合物可以为含有白炭黑、二氧化钛颗粒、二氧化锆颗粒，或者氧化锡颗粒等不参与反应的颗粒材料与聚氯乙烯树脂的混合物，而这些颗粒材料的使用也更有利于原料聚氯乙烯的分散和反应。
在反应前，优选的首先建立气体循环和固体颗粒循环等稳定的循环体系，待循环体系建立后，开启紫外激光器，调节光源强度以及进入提升管反应器的气体温度；然后在湍动流化床反应装置中加入聚氯乙烯树脂或含有聚氯乙烯树脂的混合物，并在一定氯气浓度的混合气体作用下进行湍动流化；
此过程中所用含有一定氯气浓度的混合气体由氯气、氯化氢和载气组成，其中，氯气的浓度为0～100％；优选的，所用载气为氮气；
湍动流化床反应装置中的固体颗粒传输至提升管或下行床反应装置中，然后，由一定氯气浓度的混合气体携带通过紫外光场，并引发氯化反应；
此过程中所用含有一定氯气浓度的混合气体，同样由氯气、氯化氢和载气组成，其中，氯气的浓度为0～100％；优选的，所用载气同样为氮气；
固体颗粒经气体传输至提升管或下行床反应装置的出口进入湍动流化床反应装置中，并按照反应要求通过温度控制器控制反应器内的温度，在此完成聚氯乙烯(PVC)树脂的均匀氯化；
反应所得氯化聚氯乙烯通过湍动流化床反应装置移出得到。
下面通过附图对本发明提供的方法予以进一步说明，但并不因此而限制本发明，图中省略了许多设备，如泵、压缩机、阀门等。
图1为本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器内的流程示意图：
其中，提升管反应器1内均匀布置了大量导光棒或导光片4，导光棒或导光片4可以垂直放置也可以水平放置；导光棒或导光片4通过光纤3与置于提升管反应器1外的紫外激光器2相连接。湍动流化床反应器13内设有换热系统15。
将氯含量65％～73％的氯化聚氯乙烯树脂从湍动流化床反应器13上部装料口16逐渐装入流化床反应器13中，并在气体分布器14上方堆积。一定氯气浓度的混合气调节其氯气浓度为0后依次通过气体管线11和管线12进入湍动流化床反应器13，混合气让进入湍动流化床反应器13的氯化聚氯乙烯颗粒流化；同时开启换热系统15，调节湍动流化床反应器13内温度达到一定温度。进入湍动流化床反应器13的气体通过管线18进入旋风分离器19后将携带的小颗粒富集下来通过管线20收集，部分气体通过管线21输送到尾气处理装置处理，另一部分气体通过管线22与管线23引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线24进入提升管反应器1；气体向上穿过气体分布器25和大量导光棒或导光片4后，通过管线7进入旋风分离器8，旋风分离器将气体携带的小颗粒富集下来通过管线9收集，气体通过管线10与管线11引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线12进入湍动流化床反应器13，建立气体循环。
开启管线5和管线6上的旋转阀，固体颗粒通过管线6从湍动流化床反应器13输送到提升管反应器1，进入提升管反应器1的固体颗粒被气体携带向上运动，穿过导光棒或导光片4透射产生的紫外光场，并通过管线5从提升管反应器1输送到湍动流化床反应器13，建立固体颗粒循环。
开启紫外激光器2，调节光源强度以及进入提升管反应器1的气体温度。聚氯乙烯(PVC)树脂或含有聚氯乙烯(PVC)树脂的混合物以一定的速率从湍动流化床反应器13上部装料口16引入反应器13，打开湍动流化床反应器13下部物料出口管线17上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器13下部将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移出流化床反应器13并输送至后续的产品处理系统。
图2本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个下行床反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器内的流程示意图：
其中，下行床反应器1内均匀布置了大量导光棒或导光片4，导光棒或导光片4可以垂直放置也可以水平放置；导光棒或导光片4通过光纤3与放置于提升管反应器1之外的紫外激光器2相连。湍动流化床反应器12内设有换热系统14。
将氯含量65％～73％的氯化聚氯乙烯树脂从湍动流化床反应器12上部装料口15逐渐装入流化床反应器12，在气体分布器13上方堆积。一定氯气浓度的混合气调节其氯气浓度为0后依次通过气体管线10和管线11进入湍动流化床反应器12，混合气让进入湍动流化床反应器12的氯化聚氯乙烯颗粒流化；同时开启换热系统14，调节湍动流化床反应器12内温度达到一定温度。进入湍动流化床反应器12的气体通过管线17进入旋风分离器18后将携带的小颗粒富集下来通过管线19收集，部分气体通过管线21输送到尾气处理装置处理，另一部分气体通过管线20与管线22引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线23进入下行床1；气体向下穿过大量导光棒或导光片4后，通过管线5进入气固分离器7，气固分离器将气体通过管线9与管线10引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线11进入湍动流化床反应器12，建立气体循环。
开启管线6上的旋转阀，固体颗粒通过管线6从湍动流化床反应器12输送到下行床反应器1，进入下行床反应器1的固体颗粒被气体携带向下运动，穿过导光棒或导光片4透射产生的紫外光场，并通过管线5进入气固分离器7，气固分离器将固体颗粒收集下来通过管线8输送到湍动流化床反应器12，建立固体颗粒循环。
开启紫外激光器2，调节光源强度以及进入下行床反应器1的气体温度。聚氯乙烯(PVC)树脂或含有聚氯乙烯(PVC)树脂的混合物以一定的速率从湍动流化床反应器12上部装料口15引入反应器12，打开湍动流化床反应器12下部物料出口管线16上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器12下部将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移出流化床反应器12并输送至后续的产品处理系统。
图3为本发明提供的一种激光引发的循环流化床生产氯化聚氯乙烯的方法中使用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器，导光棒或导光片在反应器外的流程示意图；
其中，玻璃壁面的提升管反应器1外均匀布置了多段环形导光棒4；每段环形导光棒4通过光纤3与放置于提升管反应器1之外的紫外激光器2相连。湍动流化床反应器13内设有换热系统15。
将氯含量65％～73％的氯化聚氯乙烯树脂从湍动流化床反应器13上部装料口16逐渐装入流化床反应器13，在气体分布器14上方堆积。一定氯气浓度的混合气调节其氯气浓度为0后依次通过气体管线11和管线12进入湍动流化床反应器13，混合气让进入湍动流化床反应器13的氯化聚氯乙烯颗粒流化；同时开启换热系统15，调节湍动流化床反应器13内温度达到一定温度。进入湍动流化床反应器13的气体通过管线18进入旋风分离器19后将携带的小颗粒富集下来通过管线20收集，部分气体通过管线21输送到尾气处理装置处理，另一部分气体通过管线22与管线23引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线24进入提升管反应器1；气体向上穿过气体分布器25和环形导光棒4形成的紫外光场后，通过管线7进入旋风分离器8，旋风分离器将气体携带的小颗粒富集下来通过管线9收集，气体通过管线10与管线11引入的一定氯气浓度的混合气相混合后通过管线12进入湍动流化床反应器13，建立气体循环。
开启管线5和管线6上的旋转阀，固体颗粒通过管线6从湍动流化床反应器13输送到提升管反应器1，进入提升管反应器1的固体颗粒被气体携带向上运动，穿过环形导光棒4透射产生的紫外光场，并通过管线5从提升管反应器1输送到湍动流化床反应器13，建立固体颗粒循环。
开启紫外激光器2，调节光源强度以及进入提升管反应器1的气体温度。聚氯乙烯(PVC)树脂或含有聚氯乙烯(PVC)树脂的混合物以一定的速率从湍动流化床反应器13上部装料口16引入反应器13，打开湍动流化床反应器13下部物料出口管线17上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器13下部将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移出流化床反应器13并输送至后续的产品处理系统。
下面的实施例将对本发明提供的方法，予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1：
采用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器连续操作方式生产氯含量67％的氯化聚氯乙烯产品。
在内径10cm的提升管反应器内同心布置外径6cm、内径5cm的镀有紫外增透膜的环形导光片，在垂直方向上每5cm放置1片导光片，导光片通过光纤与放置于提升管反应器之外的紫外激光器相连。湍动流化床反应器内设有换热系统。
将颗粒粒度范围在100～350微米，氯含量67.0wt％的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器上部装料口一次性装入湍动流化床反应器中，颗粒在湍动流化床反应器内的气体分布器上方堆积。向反应器通入氮气，反应器内的表观气速达到0.15m/s，分布器上堆积的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒流化起来。开启流化床反应器上部气体出口阀，并启动旋风分离器后的循环压缩机，将气体部分引入提升管反应器，部分排入尾气回收系统。开启湍动流化床反应器内的换热系统，使反应器内温度维持在100℃。
来自湍动流化床反应器的气体和一定浓度的氯气混合，使混合后的气体中氯气浓度达到25％，通过换热器调节混合气体温度达到60℃后进入提升管反应器。开启湍动流化床和提升管反应器之间的固体颗粒输送管线，氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒进入提升管反应器内的气体分布器上方，混合气体携带固体颗粒向上运动，通过导光片透射的紫外光场，颗粒在提升管反应器内的停留时间约20s。到达提升管反应器上部的固体颗粒通过管线输送到湍动流化床内。
系统循环建立后，将颗粒粒度范围在100-350微米，氯含量56.5wt％的聚氯乙烯(PVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器上部装料口，按一定的速率装入湍动流化床反应器中，打开湍动流化床反应器下部物料出口管线上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器下部将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移出流化床反应器并输送至后续的产品处理系统。
按照聚氯乙烯(PVC)树脂添加速率和反应系统固体的总藏量计算，聚氯乙烯(PVC)树脂在反应器系统内的平均停留时间为6小时，湍动流化床反应器下部物料流出管线流出的氯化聚氯乙烯的氯含量66.7wt％～67.2wt％之间。
实施例2：
采用一个下行床反应器和一个湍动流化床反应器间歇操作方式生产氯含量65％的氯化聚氯乙烯产品。
在内径20cm的下行床反应器内垂直布置6根镀有紫外增透膜的六边型导光棒，导光棒贯穿下行床反应器，导光棒通过光纤与放置于提升管反应器之外的紫外激光器相连。湍动流化床反应器内设有换热系统。
将颗粒粒度范围在100-350微米，氯含量56.5wt％的聚氯乙烯(PVC)树脂从湍动流化床反应器上部装料口一次性装入湍动流化床反应器中，颗粒在湍动流化床反应器内的气体分布器上方堆积。向反应器中通入氮气，反应器内的表观气速达到0.30m/s，分布器上堆积的聚氯乙烯(PVC)树脂的混合颗粒流化起来。开启流化床反应器上部气体出口阀，并启动旋风分离器后的循环压缩机，将气体部分引入下行床反应器，部分排入尾气回收系统。开启湍动流化床反应器内的换热系统，使反应器内温度维持在60℃。
来自湍动流化床反应器的气体和一定浓度的氯气混合，使混合后的气体中氯气浓度达到10％，通过换热器调节混合气体温度达到40℃后进入下行床反应器。开启湍动流化床和下行床反应器之间的固体颗粒输送管线，聚氯乙烯(PVC)树脂进入下行床反应器内，混合气体携带固体颗粒向下运动，通过导光棒透射的紫外光场，颗粒在提升管反应器内的停留时间约5s。到达下行床反应器底部的固体颗粒通过管线输送到湍动流化床内。
反应开始后，进入下行床反应器的混合气体中氯气浓度逐渐由10％增加到40％，温度由40℃增加到60℃；湍动流化床反应器内的温度由60℃逐渐增加到90℃。4小时后，反应器内氯化高分子聚合物的氯含量达到65.0％，达到生产氯含量65％的氯化聚氯乙烯产品的目标。
关闭紫外激光器，停止氯气补入，通入氮气，同时以40℃/h的速率降低反应器温度至60℃以下，打开湍动流化床反应器下部物料流出管上的阀门，调整进入湍动流化床反应器的混合气的量，使反应器内的固体混合物通过物料流出管进入后续的产品处理系统。
实施例3：
采用一个提升管反应器和三个湍动流化床反应器连续操作方式生产氯含量71％的氯化聚氯乙烯产品。
在边长15cm的正方形提升管反应器内水平放置镀有紫外增透膜的正方形导光棒，每层上放置3根导光棒，层与层之间间隔10cm，导光棒通过光纤与放置于提升管反应器之外的紫外激光器相连。三个湍动流化床反应器内均设有换热系统，湍动流化床A与提升管反应器相连接，不仅有固体颗粒输送管道，还共用一套气体循环系统；湍动流化床反应器B和湍动流化床反应器C分别与湍动流化床反应器A有固体颗粒输送管道，湍动流化床反应器B和湍动流化床反应器C共用一套气体循环系统。
将颗粒粒度范围在100-350微米，氯含量68.0wt％的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器A上部装料口一次性装入湍动流化床反应器A中，颗粒在湍动流化床反应器A内的气体分布器上方堆积。向反应器通入氮气，反应器内的表观气速达到0.25m/s，分布器上堆积的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒流化起来。开启流化床反应器A上部气体出口阀，并启动旋风分离器后的循环压缩机，将气体部分引入提升管反应器，部分排入尾气回收系统。开启湍动流化床反应器A内的换热系统，使反应器内温度维持在100℃。
来自湍动流化床反应器A的气体和一定浓度的氯气混合使混合后的气体中氯气浓度达到20％，通过换热器调节混合气体温度达到70℃后进入提升管反应器。开启湍动流化床反应器A和提升管反应器之间的固体颗粒输送管线，氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒进入提升管反应器内的气体分布器上方，混合气体携带固体颗粒向上运动，通过导光片透射的紫外光场，颗粒在提升管反应器内的停留时间约15s。到达提升管反应器上部的固体颗粒通过管线输送到湍动流化床反应器A内。
系统循环建立后，将颗粒粒度范围在100～350微米，氯含量56.5wt％的聚氯乙烯(PVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器A上部装料口按一定的速率装入湍动流化床反应器A中，打开湍动流化床反应器A下部物料出口管线上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器A下部将颗粒输送至湍动流化床反应器B，颗粒输送4小时后，关闭湍动流化床反应器A和湍动流化床反应器B之间的阀门，改为从湍动流化床反应器A下部将颗粒输送至湍动流化床反应器C；同时，将50％浓度的氯气引入湍动流化床反应器B，调节反应器温度至110℃，反应器内的表观气速达到0.35m/s，在湍动流化床反应器B中进行均化反应，2小时后通入氮气，并降温至60℃以下，将湍动流化床反应器B内的颗粒输送至后续产品处理系统。等待湍动流化床反应器C颗粒收集完毕后切换操作。
按照聚氯乙烯(PVC)树脂添加速率、提升管反应器和湍动流化床反应器A内固体的总藏量计算，聚氯乙烯(PVC)树脂在反应器系统内的平均停留时间为6小时，湍动流化床反应器B和湍动流化床反应器C下部物料流出管线流出的氯化聚氯乙烯的氯含量为71.0wt％。
实施例4：
采用一个提升管反应器和一个湍动流化床反应器连续操作方式生产氯含量69％的氯化聚氯乙烯产品。在外径10cm的玻璃提升管反应器外，布置多段环形导光棒，导光棒通过光纤与放置于提升管反应器之外的紫外激光器相连。湍动流化床反应器内设有换热系统。
将颗粒粒度范围在100-350微米，氯含量69.0wt％的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器上部装料口一次性装入湍动流化床反应器中，颗粒在湍动流化床反应器内的气体分布器上方堆积。向反应器通入氮气，反应器内的表观气速达到0.20m/s，分布器上堆积的氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒流化起来。开启流化床反应器上部气体出口阀，并启动旋风分离器后的循环压缩机，将气体部分引入提升管反应器，部分排入尾气回收系统。开启湍动流化床反应器内的换热系统，使反应器内温度维持在105℃。
来自湍动流化床反应器的气体和一定浓度的氯气混合使混合后的气体中氯气浓度达到30％，通过换热器调节混合气体温度达到70℃后进入提升管反应器。开启湍动流化床和提升管反应器之间的固体颗粒输送管线，氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂的混合颗粒进入提升管反应器内的气体分布器上方，混合气体携带固体颗粒向上运动，通过导光片透射的紫外光场，颗粒在提升管反应器内的停留时间约10s。到达提升管反应器上部的固体颗粒通过管线输送到湍动流化床内。
系统循环建立后，将颗粒粒度范围在100-350微米，氯含量56.5wt％的聚氯乙烯(PVC)树脂与3wt％白炭黑、3wt％TiO2颗粒的混合物从湍动流化床反应器上部装料口，按一定的速率装入湍动流化床反应器中，打开湍动流化床反应器下部物料出口管线上的阀门，以一定的速率从湍动流化床反应器下部将吸附氯气的氯化聚氯乙烯颗粒移出流化床反应器并输送至后续的产品处理系统。
按照聚氯乙烯(PVC)树脂添加速率和反应系统固体的总藏量计算，聚氯乙烯(PVC)树脂在反应器系统内的平均停留时间为8小时，湍动流化床反应器下部物料流出管线流出的氯化聚氯乙烯的氯含量在68.8wt％～69.2wt％之间。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (12)

1.一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的装置，其特征在于，所述装置包括相互连接的提升管或下行床反应装置和湍动流化床反应装置；
其中，所述提升管或下行床反应装置外部还设置有紫外激光器；
紫外激光器所产生的紫外激光通过光纤传输到提升管或下行床反应装置内形成紫外光场，
或者，所述提升管或下行床反应装置为石英或玻璃材质，紫外激光器所产生的紫外激光直接以片光源的形式，在提升管或下行床反应装置内形成紫外光场；
所述提升管或下行床反应装置分别包含至少一个提升管或下行床反应器；
其中，所述提升管或下行床反应器内部和/或外部还设置有导光棒或导光片；
所述导光棒或导光片在需要透射紫外激光的壁面镀有紫外增透膜，和/或，在不需要透射紫外激光的壁面镀有紫外高反膜；
所述紫外激光器所产生的紫外激光通过分束光路产生多路激光，每路激光分别耦合进传输光纤；或者，所产生的紫外激光以光纤形式输出，然后使用光纤分束器生成多路激光；
激光由光纤输出后，经准直透镜准直成紫外激光光束，传输进导光棒或导光片；紫外激光光束在全反射角度以内，沿导光棒或导光片的壁面发生多次反射，反射的同时部分激光透射出导光棒或导光片，在提升管或下行床反应器内形成紫外光场；或者，激光由光纤输出后，经准直透镜准直成紫外激光光束，传输进导光棒或导光片；紫外激光光束在全反射角度以内，沿导光棒或导光片的壁面发生多次反射，从某一截面透射出导光棒或导光片形成片状紫外激光，多个片状紫外激光照射到石英或玻璃材质的提升管或下行床反应器内形成紫外光场。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导光棒或导光片以垂直、水平，或者盘管的形式排列。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导光棒或导光片的材质为石英或玻璃。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述湍动流化床反应装置包含至少一个湍动流化床反应器；
其中，所述湍动流化床反应器中设置有换热系统。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述湍动流化床反应器内的温度为60～120℃。
6.一种激光引发的循环流化床生产氯化聚乙烯的方法，其特征在于，所述方法中使用权利要求1-5中任一项所述装置，并包括如下步骤：
将聚氯乙烯树脂或含有聚氯乙烯树脂的混合物加入湍动流化床反应装置中，在一定氯气浓度的混合气体作用下进行湍动流化；
湍动流化床反应装置中的固体颗粒传输至提升管或下行床反应装置中，由一定氯气浓度的混合气体携带通过紫外光场，并由提升管或下行床反应装置的出口进入湍动流化床反应装置中；
反应所得氯化聚氯乙烯由湍动流化床反应装置中移出得到。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所得氯化聚氯乙烯的氯含量为65～73wt％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚氯乙烯树脂中，95wt％以上颗粒的粒度范围为100～350μm，氯含量为55～65wt% 。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含有聚氯乙烯树脂的混合物为聚氯乙烯树脂和其他颗粒的混合物，其他颗粒的含量为1～25wt％。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，固体颗粒单次通过提升管或下行床反应装置中的停留时间为1～30s；
和/或，固体颗粒在提升管或下行床反应装置中一定氯气浓度的混合气体的温度为20～120℃。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一定氯气浓度的混合气体由氯气、氯化氢，以及载气组成；
其中，氯气的浓度为10％～30％。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述一定氯气浓度的混合气体中氧气的含量不大于100ppm，水含量不大于50ppm。
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