本发明属于化工工艺及设备领域，具体涉及一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置。
背景技术：
氯化聚氯乙烯树脂（CPVC）由聚氯乙烯树脂（PVC）氯化改性制得，是一种新型工程塑料。该产品为白色或淡黄色无味、无臭、无毒的疏松颗粒或粉末。聚氯乙烯树脂经过氯化后，分子键的不规则性增加，极性增加，使树脂的溶解性增大，化学稳定性增加，从而提高了材料的耐热性、耐酸、碱、盐、氧化剂等的腐蚀。PVC氯化改性为CPVC，氯含量由56.7%提高到63-69%，维卡软化温度由72-82℃提高到90-125℃，最高使用温度可达110℃，长期使用温度为95℃。由于CPVC具有优异的各项性能，得到国内外广泛的关注，其合成技术的研究与开发也受到了人们的高度重视。1936年，德国A．G．Farben公司最早采用溶液法展开了对氯化聚氯乙烯的研究，并在1942年投入生产。20世纪40年代，英国ICI公司首先研究氯化聚氯乙烯水相悬浮工艺；50年代，德国BASF公司开发出气相合成技术，随后日本、前苏联也进行了大量研究，取得了一些突破性进展。1958年，美国Goodrich公司(现诺誉化工公司)成功开发了用水相悬浮法制备氯化聚氯乙烯树脂工艺，1962年实现工业化生产。近些年，世界上氯化聚氯乙烯的开发和应用得到迅猛发展，世界发达国家已经建立了完整的氯化聚氯乙烯应用体系，其应用领域及市场达到了成熟化、产品格局系列化、专用化和精细化。
我国研制和生产氯化聚氯乙烯起步较晚，目前主导的是水相法生产，但水相法存在污染大、能耗高、对水资源依赖性强等缺点，气固相法是新型生产技术，虽然还没有大规模应用，但其清洁、环保、高效的生产方式是氯化聚氯乙烯生产与发展的大方向。气固相法生产氯化高聚物树脂以高聚物和氯气为原料，反应结束的副产物除氯化氢外无其它介质产生。
我国作为氯碱化工生产大国，氯碱化工生产体系中拥有高浓度的氯气和氯化氢气体，氯碱化工生产过程中通常将电解槽电解产生的氯气通过氯化氢合成反应器将氯气转化为氯化氢气体用于生产树脂。生产氯化聚氯乙烯的过程与氯化氢合成反应器具有很大相似之处，气固相法合成氯化聚氯乙烯过程中，以聚氯乙烯树脂和氯气为原料，或者原料气中包括惰性气体，通过氯化反应合成的产品为氯化聚氯乙烯树脂，同时产生副产物氯化氢气体。现有氯化高聚物生产装置及工艺的不足之处就在于氯化反应结束后的尾气往往用于生产盐酸和次氯酸钠，该过程不仅造成氯气的利用率低、附加值低外，尾气排放生产盐酸和次氯酸钠的过程很容易造成环境污染。通过研究，完全可以将氯化高聚物生产装置和现有氯碱化工生产体系耦合起来，实现氯资源高效利用。因此，如果能够实现直接将电解槽产生的氯气和氯化氢合成反应器合成的氯化氢气体组成原料气用于生产氯化高聚物树脂，利用氯化高聚物生产过程中产生的副产物只有氯化氢的特点，可以将气固相法生产氯化高聚物过程中产生的由氯气和氯化氢组成的尾气经过除尘处理后再进入氯化氢合成反应器将其中的氯气完全转化为氯化氢气体，继续用于生产树脂意义重大。换句话说，如果能够实现气固相法生产氯化高聚物的装置耦合现有氯碱化工生产体系，对于氯碱化工体系来说实现了氯资源高效、高值利用，对于气固相法生产氯化高聚物过程来说，将实现气固相法生产氯化高聚物的过程不再有废水、废气、废渣和副产物产生，氯资源利用率达100%。
通过检索、分析发现，现有气固相法生产氯化高聚物的工艺往往为间歇性生产，如直接耦合氯碱化工生产体系无法满足氯碱化工生产体系稳定运行的要求；同时气固相法生产氯化高聚物即使原料气成分较为稳定，但因氯化过程中氯化速率不是恒定的，因此产生的尾气成分并不稳定，如果直接耦合氯碱化工生产体系会造成氯碱化工生产体系频繁波动。
专利CN201010165999.7介绍了一种气固相法制备氯化聚氯乙烯的装置及其方法，所述装置包括提升管反应器、湍动流化床反应器、上联接管、下联接管，湍动流化床反应器和提升管反应器中进行氯化聚氯乙烯的合成。所述装置及方法采用循环流化床工艺实现了CPVC生产，但无法做到连续化生产，若按照其方法以氯气和氮气的混合气体来生产CPVC不仅无法保证尾气成分的稳定，且如果耦合现有氯碱化工体系，其尾气中的氮气还会造成氯碱化工体系气体利用的负荷增加。专利CN102786610A介绍了一种气固相法合成氯化聚氯乙烯树脂的方法，所述方法通过在流化床反应器中设置紫外灯引发实现了氯化聚氯乙烯树脂的生产，但所述方法仍然未实现连续化生产，同样无法做到尾气中各成分保持稳定，不能直接耦合现有氯碱化工生产体系。
因此，亟需一种氯化高聚物生产装置及工艺，其能做到耦合现有氯碱化工体系，实现以现有氯碱化工体系的氯气和氯化氢气体为原料气生产氯化高聚物树脂，反应结束后的尾气经过除尘后作为现有氯碱化工体系的原料气返回氯碱化工体系，同时在氯化高聚物运行间歇性的情况下始终保持各成分组成稳定的供给氯碱化工体系，确保氯碱化工体系稳定生产。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的不足，做到气固相法生产氯化高聚物耦合现有氯碱化工生产体系，本发明提供一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述装置可以实现将来自于氯碱化工生产系统中的氯气，氯化氢气体按照一定的比例增压后作为原料气生产氯化高聚物，反应完毕后的尾气经过除尘处理后作为氯碱化工生产体系的原料气循环回氯碱化工生产体系继续利用，通过特殊设置及调节实现循环回氯碱化工体系的气体成分、浓度恒定。所述装置的特点在于工艺流程简单、氯气利用率高，可做到耦合现有氯碱化工生产体系，实现了气固相法生产氯化高聚物无废水、废气、废渣和副产物清洁生产的同时确保氯碱化工生产体系稳定生产。
具体方案如下：
一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述装置包括：电解槽1、氯气缓冲罐2、氯气增压风机3、A三通阀4、氯化氢增压风机5、B三通阀6、A流量调控单元7、B流量调控单元8、氯化反应器9、除尘装置10、尾气流量监测单元11、氯气氯化氢浓度检测装置12、尾气缓冲罐13、氯化氢合成反应器14、氯化氢缓冲罐15、PVC生产装置16、E流量调控单元17、C流量调控单元18、D流量调控单元19。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述电解槽1的氢气出口管线通过E流量调控单元17的调控后联接尾气缓冲罐的进口，所述电解槽1的氯气出口管线联接氯气缓冲罐2的进口，所述氯气缓冲罐2的出口联接氯气增压风机3的入口，所述氯气增压风机3的出口联接A三通阀4，所述A三通阀4出口的其中一个方向联接尾气缓冲罐13的进口管线，所述A三通阀4出口的第二个方向通过A流量调控单元7控制流量联接氯化反应器9的底部；所述氯化氢缓冲罐15的出口联接氯化氢增压风机5的入口，所述氯化氢增压风机5的出口联接B三通阀6，所述B三通阀6出口的第一个方向联接尾气缓冲罐13的进口管线，所述B三通阀6出口的第二个方向通过B流量调控单元8控制流量联接氯化反应器9的底部；所述氯化反应器9的顶部通过管线联接除尘装置10的进口，所述除尘装置10的出口联接尾气流量监测单元11的入口，所述尾气流量监测单元11的出口联接尾气缓冲罐13的进口，所述尾气流量监测单元11和尾气缓冲罐的进口的联接管线上设置有氯气氯化氢浓度检测装置12；所述尾气缓冲罐13的进口管线联接除尘装置10出口的同时通过A三通阀4联接氯气增压风机3的出口，通过B三通阀6联接氯化氢增压风机5的出口，通过E流量调控单元17联接电解槽1的氢气出口；所述尾气缓冲罐13的出口联接氯化氢合成反应器14的进口，所述氯化氢合成反应器14的出口联接氯化氢缓冲罐15，所述氯化氢缓冲罐15的出口分为两路，分别联接氯化氢增压风机5和PVC生产装置16。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述A三通阀4同时联通氯气增压风机3、氯化反应器9和尾气缓冲罐13进口管线中的任意两个或同时连通氯气增压风机3、氯化反应器9和尾气缓冲罐13进口管线。所述B三通阀6同时联通氯化氢增压风机5、氯化反应器9和尾气缓冲罐13进口管线中的任意两个或同时连通氯化氢增压风机5、氯化反应器9和尾气缓冲罐13进口管线。
如上所述的氯化反应器是指氯气和高聚物树脂发生氯化反应的装置。
如上所述的流量调控单元包括阀门、流量计等。
一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置所运用的工艺，包括如下过程：
（1）包括氯气、氯化氢经过流量调控单元调控后和高聚物树脂发生氯化反应；
（2）氯化反应过程中产生包括氯气、氯化氢和电解产生的氢气进入氯化氢合成反应器合成氯化氢气体；
（3）步骤（2）合成的氯化氢气体一部分用于和氯气组成原料气生产氯化高聚物树脂，另一部分用于生产PVC树脂；
（4）流量调控单元调节氯化反应过程后进入氯化氢合成反应器的氯气、氢气、氯化氢浓度配比保持恒定；进入氯化氢合成反应器的氯气、氢气、氯化氢浓度异常时，氯气、氯化氢气体直接进入氯化氢合成反应器，调节进入氯化氢合成反应器的氯气、氢气、氯化氢浓度配比保持恒定；
（5）氯化反应结束时，生成的氯化高聚物树脂排出氯化反应器，此时氯气、氯化氢气体直接进入氯化氢合成反应器；
（6）步骤（1）至（5）顺序循环，生产氯化高聚物树脂及聚氯乙烯树脂。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产工艺，所述氯气、氯化氢气体参与氯化反应后进入氯化氢合成反应器14，或者所述氯气、氯化氢气体不参与氯化反应直接进入氯化氢合成反应器14，进入氯化氢合成反应器14中的氯气、氢气、氯化氢气体浓度配比始终保持恒定。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产工艺，通过C流量调控单元18、D流量调控单元19、E流量调控单元17的调控作用，氯化反应器9正常运行与停止运行时相比，所述尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定，进而确保进入氯化氢合成反应器14的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。简而言之，通过上述设计，保证了氯化高聚物生产过程耦合现有氯碱化工生产体系，直接加压现有氯碱化工体系中的氯气和氯化氢气体生产氯化高聚物树脂，同时氯化反应器9产生的包括氯气、氯化氢的尾气进入尾气缓冲罐13，通过A三通阀4、D流量调控单元19、B三通阀6、C流量调控单元18调控由氯气增压风机3和氯化氢增压风机5直接进入尾气缓冲罐13的氯气和氯化氢流量，通过E流量调控单元17调控进入尾气缓冲罐13的氢气流量，尾气缓冲罐13中的氯气、氢气、氯化氢以恒定的浓度进入氯化氢合成反应器14；同时氯化反应器9停止运行时，氯气增压风机3、氯化氢增压风机5增压后的氯气和氯化氢气体直接进入尾气缓冲罐13，电解槽1的氢气通过E流量调控单元17的调控后进入尾气缓冲罐13，通过流量调控实现尾气缓冲罐13中氯气、氢气、氯化氢的浓度相比氯化反应器9生产时保持恒定。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产工艺，所述高聚物树脂和氯气自反应生成氯化高聚物树脂。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产工艺，所述原料高聚物树脂中加入一定比例的引发剂，高聚物树脂和氯气自反应并在引发剂的引发作用下发生反应生成氯化高聚物树脂。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述氯化反应器中9设置等离子引发装置或紫外光引发装置中的任意一个或两个，高聚物树脂和氯气自反应并在等离子引发装置或紫外光引发装置的引发作用下发生反应生成氯化高聚物树脂。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述原料高聚物树脂中加入一定比例的引发剂，所述氯化反应器9中设置等离子引发装置或紫外光引发装置中的任意一个或两个，高聚物树脂和氯气自反应并在引发剂、等离子引发装置、紫外光引发装置三者中任意一种引发体系或两种引发体系或三者的引发作用下发生反应生成氯化高聚物树脂。
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，其特征在于所述氯化高聚物包括氯化聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯化石蜡、氯化橡胶。
本发明所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置与现有技术相比，其有益效果在于：
1、如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置及工艺，所述装置及工艺工艺流程简单、氯气利用率高，做到了耦合现有氯碱化工生产体系，以现有氯碱化工生产体系中的氯气和氯化氢气体为原料气生产氯化高聚物树脂，同时反应完毕后的尾气经过除尘处理后作为氯碱化工生产体系的原料气循环回氯碱化工生产体系继续生产PVC树脂，实现了氯化高聚物生产无废水、废气、废渣和副产物清洁生产。
2、如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置及工艺，所述装置及工艺通过设置A三通阀4、D流量调控单元19、B三通阀6、C流量调控单元18调控由氯气增压风机3和氯化氢增压风机5直接进入尾气缓冲罐13的氯气和氯化氢流量，通过E流量调控单元17调控由电解槽1进入尾气缓冲罐13的氢气流量，实现了由尾气缓冲罐向氯化氢合成反应器供给浓度恒定的氯气、氯化氢、氢气气体，确保氯化反应器运行与停止运行时氯化氢合成反应器始终能稳定运行，进而确保氯化高聚物无论生产与否不会影响到现有氯碱化工体系的稳定运行。
3、如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置及工艺，所述装置及工艺实现以以往以氯气和氢气作为混合气生产氯化氢的模式，开辟了以氯气、氯化氢、氢气生产氯化氢气体的新方法。
附图说明
图1：一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置示意图
图中标号说明：1、电解槽；2、氯气缓冲罐；3、氯气增压风机；4、A三通阀；5、氯化氢增压风机，6、B三通阀；7、A流量调控单元；8、B流量调控单元；9、氯化反应器；10、除尘装置；11、尾气流量监测单元；12、氯气氯化氢浓度检测装置；13、尾气缓冲罐；14、氯化氢合成反应器；15、氯化氢缓冲罐；16、PVC生产装置；17、E流量调控单元；18、C流量调控单元；19、D流量调控单元。
具体实施方式
下面参照说明书附图1对本发明具体实施方式进行详细说明。
实施例1
一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置生产氯化高聚物的工艺，所述工艺包括如下过程：
（1）原料聚氯乙烯树脂进入氯化反应器9；
（2）来自于电解槽1的氯气经过氯气缓冲罐2后在氯气增压风机3的作用下通过A流量调控单元7的调控进入氯化反应器9；
（3）来自于氯化氢合成反应器14的氯化氢经过氯化氢缓冲罐15后在氯化氢增压风机5的作用下通过B流量调控单元8的调控进入氯化反应器9；
（4）氯化反应器9中的温度和压力达到要求，氯化反应器9中的聚氯乙烯树脂和氯气发生自反应并在等离子引发装置的引发作用下发生氯化反应生成氯化聚氯乙烯树脂；
（5）氯化反应过程中自氯化反应器9离开的尾气经过除尘装置10的除尘作用后进入经过尾气流量监测单元11检测流量，经过氯气氯化氢浓度检测装置12检测氯气、氯化氢浓度后进入尾气缓冲罐13，电解槽1的氢气通过E流量调控单元17的调控后进入尾气缓冲罐13，自尾气缓冲罐13离开的氯气、氢气和氯化氢气体进入氯化氢合成反应器14；
（6）氯化反应过程中控制尾气缓冲罐13的氯气、氢气、氯化氢浓度配比保持恒定，以确保进入氯化氢合成反应器14的氯气、氢气、氯化氢浓度配比恒定，进而保证氯化氢合成反应器14的运行处于稳定状态，确保氯碱化工生产体系稳定生产；
（7）通过尾气流量监测单元11、氯气氯化氢浓度检测装置12的运行，自动计算尾气中的氯气和氯化氢浓度，通过A三通阀4、D流量调控单元19、B三通阀6、C流量调控单元18调控由氯气增压风机3和氯化氢增压风机5直接进入尾气缓冲罐13的氯气和氯化氢流量，通过E流量调控单元17调控进入尾气缓冲罐13的氢气流量，确保尾气缓冲罐13的氯气、氢气、氯化氢浓度配比保持恒定；（8）氯化反应器9停止运行时，通过调节A三通阀4，来自电解槽1的氯气经过氯气增压风机3的增压作用后在D流量调控单元19的控制下进入尾气缓冲罐13；通过调节B三通阀6，来自氯化氢缓冲罐15的氯化氢气体经过氯化氢增压风机5的增压作用后在C流量调控单元18的控制下进入尾气缓冲罐13；电解槽的氢气通过E流量调控单元17的调控后进入尾气缓冲罐；控制进入尾气缓冲罐的氯气、氢气、氯化氢浓度配比保持恒定；所述尾气缓冲罐中的氯气、氢气和氯化氢气体进入氯化氢合成反应器；
（9）所述进入氯化氢合成反应器14的氯气和氢气在氯化氢合成反应器14中被转化为氯化氢气体，自氯化氢合成反应器14离开的氯化氢气体进入氯化氢缓冲罐15，自氯化氢缓冲罐15离开的氯化氢气体分为两部分，其中一部分在氯化氢增压风机5的增压作用下继续与氯气组成原料气进入氯化反应器9，剩余的氯化氢气体进入PVC生产装置16生产树脂；
通过C流量调控单元18、D流量调控单元19和、E流量调控单元17的调控作用，氯化反应器9正常运行与停止运行时相比，所述尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述装置包括：电解槽1、氯气缓冲罐2、氯气增压风机3、A三通阀4、氯化氢增压风机5、B三通阀6、A流量调控单元7、B流量调控单元8、氯化反应器9、除尘装置10、尾气流量监测单元11、氯气氯化氢浓度检测装置12、尾气缓冲罐13、氯化氢合成反应器14、氯化氢缓冲罐15、PVC生产装置16、E流量调控单元17、C流量调控单元18、D流量调控单元19；
如上所述的一种耦合氯碱化工的氯化高聚物生产装置，所述电解槽1的氢气出口管线通过E流量调控单元17的调控后联接尾气缓冲罐的进口，所述电解槽1的氯气出口管线联接氯气缓冲罐2的进口，所述氯气缓冲罐2的出口联接氯气增压风机3的入口，所述氯气增压风机3的出口联接A三通阀4，所述A三通阀4出口的其中一个方向联接尾气缓冲罐13的进口管线，所述A三通阀4出口的第二个方向通过A流量调控单元7控制流量联接氯化反应器9的底部；所述氯化氢缓冲罐15的出口联接氯化氢增压风机5的入口，所述氯化氢增压风机5的出口联接B三通阀6，所述B三通阀6出口的第一个方向联接尾气缓冲罐13的进口管线，所述B三通阀6出口的第二个方向通过B流量调控单元8控制流量联接氯化反应器9的底部；所述氯化反应器9的顶部通过管线联接除尘装置10的进口，所述除尘装置10的出口联接尾气流量监测单元11的入口，所述尾气流量监测单元11的出口联接尾气缓冲罐13的进口，所述尾气流量监测单元11和尾气缓冲罐的进口的联接管线上设置有氯气氯化氢浓度检测装置12；所述尾气缓冲罐13的进口管线联接除尘装置10出口的同时通过A三通阀4联接氯气增压风机3的出口，通过B三通阀6联接氯化氢增压风机5的出口，通过E流量调控单元17联接电解槽1的氢气出口；所述尾气缓冲罐13的出口联接氯化氢合成反应器14的进口，所述氯化氢合成反应器14的出口联接氯化氢缓冲罐15，所述氯化氢缓冲罐15的出口分为两路，分别联接氯化氢增压风机5和PVC生产装置16。所述氯化反应器9中设置等离子引发装置。
实施例2
与实施例1的不同之处在于所述氯化反应器9中设置紫外光引发装置；所述原料高聚物为聚乙烯树脂；所述聚乙烯树脂和氯气在氯化反应器9中发生自反应并在紫外光引发装置的引发作用下发生氯化反应生成氯化聚乙烯树脂，所述氯化反应器9运行与停止运行时尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。
实施例3
与实施例1的不同之处在于所述原料高聚物为聚丙烯树脂；所述聚丙烯树脂和氯气在氯化反应器9中发生自反应并在等离子引发装置和紫外光引发装置的引发作用下发生氯化反应生成氯化聚丙烯树脂，所述氯化反应器9运行与停止运行时尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。
实施例4
与实施例1的不同之处在于所述原料高聚物为石蜡；所述石蜡中加入一定比例的引发剂后进入氯化反应器9；所述石蜡和氯气在引发剂的引发作用下在氯化反应器9中发生氯化反应生成氯化石蜡，所述氯化反应器9运行与停止运行时尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。
实施例5
与实施例1的不同之处在于所述原料高聚物为聚氯乙烯树脂；所述聚氯乙烯树脂和氯气在氯化反应器9中发生自反应生成氯化聚氯乙烯树脂。
实施例6
与实施例1的不同之处在于所述氯化反应器9中安装等离子引发装置；所述原料高聚物为石蜡；所述原料石蜡中加入引发剂；所述石蜡和氯气在氯化反应器9中发生自反应并在引发剂和等离子引发装置的引发作用下发生氯化反应生成氯化石蜡，所述氯化反应器9运行与停止运行时尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。
实施例7
与实施例1的不同之处在于所述氯化反应器9中安装紫外光引发装置和等离子引发装置；所述原料高聚物为聚乙烯树脂；所述原料聚乙烯树脂中加入引发剂；所述聚乙烯树脂和氯气在氯化反应器9中发生自反应并在等离子引发装置、紫外光引发装置和引发剂的引发作用下发生氯化反应生成氯化聚乙烯树脂；所述氯化反应器9运行与停止运行时尾气缓冲罐13内的氯气、氢气、氯化氢气体的浓度配比始终保持恒定。