丁苯橡胶装置提高聚合转化率工业化实验

李洪国，胡 玮，李宏冰，周在孝，翟凤阁，张文静，王 淮

（中国石油抚顺石化分公司，辽宁 抚顺 113004）

丁苯橡胶装置提高聚合转化率工业化实验

李洪国，胡 玮，李宏冰，周在孝，翟凤阁，张文静，王 淮

（中国石油抚顺石化分公司，辽宁 抚顺 113004）

抚顺石化公司丁苯橡胶装置自2012年6月开工以来，经过近三年的摸索，装置生产日趋稳定，产品质量有大幅度的提升，市场认可度逐步提高。在此基础上，装置为实现节能降耗，优化产品质量，2015年进行了提高聚合转化率工业化实验，并获得成功，达到降低成本，提升质量的目的。

丁苯橡胶；转化率；性能；降耗

转化率是乳聚丁苯橡胶重要的中间控制指标，提高转化率不仅能提高单体的一次利用率，增大聚合反应生产能力及效率，降低能耗剂耗，而且能优化产品物性指标。

抚顺石化公司丁苯橡胶装置具有20万t/a产能，一直采用原工艺包62%转化率，近三年来生产稳定，产品质量不断提升。为优化丁苯橡胶生产工艺、降低成本、改善橡胶后加工性能，在不改变标准配方的基础上，通过补加脱盐水、延长聚合反应时间，实现了聚合转化率由原62%提高到70%，转化率提高后SBR1500E和SBR1502橡胶产品，质量稳定，市场未发生不良反映。本文中以SBR1500E为例进行总结分析。

1 实验部分

1.1 实验对象

丁苯橡胶SBR1500E

1.2 实验目标

控制反应时间在10 h以内，转化率由62%提高到70%，产品性能与62%相当。

1.3 实验控制要点

单体配比为BD/ST=72/28；引发剂加料水平为115%；硫醇总用量为 0.165 L/h。

乳化剂总用量为 100%，初始量100%，补加量5%，在聚合釜第三釜补加，转化率达50%～60% 时补加脱盐水，补水量为0.5 m3/h。

1.4 实验过程

2015年4月14日对2线（1500E）聚合配方进行了调整，原料接收方式不变，聚合进料，氧化剂在首釜加入，分子量调节剂在第三釜进行补加，乳化剂在第三釜进行补加，脱盐水在第七釜补加，终止剂加入点不变。凝聚、干燥工艺同原流程。经过4天，4月18日高转化率胶乳经凝聚干燥成品，分析符合优等品质量标准。

2 结果与讨论

2.1 反应时间与转化率关系

在标准配方下，转化率控制在62%，聚合时间控制在8.5～10 h。提高转化率在理论上会延长反应时间，采用在反应过程中补加乳化剂，可加快反应过程中的胶束成核速率，提高聚合反应速率，在实验中聚合速率反应时间基本控制在10 h，转化率可达到70%。从总体看，未影响生产效率。实验证明，在不改变SBR聚合反应标准配方下，延长反应时间可达到提高转化率的要求［1］。

2.2 提高转化率时门尼黏度的变化

门尼黏度是橡胶相对分子质量、相对分子质量分布及分子聚集力的综合快慢的速度量。在标准配方下，中控门尼黏度控制在45～51，当转化率70%时，门尼黏度控制指标不变［2］。

从以上趋势图中可以看出，70%转化率SBR1500E产品力学性能有所改善，更趋于稳定。主要表现在：70%转化率SBR1500E产品的门尼粘度（包括生胶门尼和混炼门尼）、生胶门尼和混炼门尼粘度略有下降，并趋于接近指标中线。

图1 门尼黏度变化趋势分析图Fig.1 Change trend of mooney viscosity

2.3 提高转化率时结合苯乙烯的变化

标准配方下，随着转化率的增加，结合苯乙烯含量有增加倾向，但增加幅度不大，主要原因丁二烯的竞聚率比苯乙烯大，从实验结果看，转化率提高，苯乙烯含量虽增加，但均控制在标准要求范围内（22.5%～24%）。

2.4 提高转化率时SBR性能的变化

对提高转化率前后丁苯橡胶胶样进行对比分析，情况如表1。

2.4.1 凝胶含量

从表2可看出1500E橡胶70%转化率照比62%凝胶含量略有增加，但整体差别不大。

表2 凝胶含量分析Table 2 Content of gel

2.4.2 结构含量

转化率提高后1，4-丁二烯所占比重基本相当，橡胶加工性能变化不大（表3）。

表3 结构含量分析Table 3 Content of structure %

2.4.3 分子量及其分布（表4）

表4 分子量及其分布Table 4 Molecular weight and distribution

转化率提高后，重均分子量和数均分子量与62%橡胶相当。

2.4.4 硫化特性（表5）

表5 硫化时间Table 5 Time of sulfuration

1500E橡胶T10，m:s变短，预硫化速度加快，25 min定伸应力提高。

2.4.5 物理机械性能（表6）

表6 SBR1500E物理机械性能Table 6 Physical properties of SBR1500E

从表中可得，70%转化率与62%橡胶物理机械性能基本相当，扯断伸长率有所增加。

2.5 提高转化率时装置设备运行周期的变化

转化率为62%时，回收系统运行不稳定，设备运行周期短，清理时发现大量挂胶。例如，按原设计苯乙烯脱气塔的运行周期应为1个月，一般运行周期为40～45 d，但最短只有16 d。其余设备如泄料槽、胶乳泵、胶乳管线的运转周期也一直较短。而过滤器更是频繁清理，不仅浪费大量的人力物力，而且直接导致丁二烯、苯乙烯的回收率下降。

转化率提高后，苯乙烯脱气塔运行周期延长，可达到70 d以上。回收系统过滤器清理周期由原来平均1次/周，延长到2次/月，提高了回收系统的工作效率；压缩机系统的压力明显下降，丁二烯损失率下降。

2.6 提高转化率时能耗物耗的变化

2.6.1 物耗对比分析

原料丁二烯、苯乙烯的单耗至4月份提高转化率后较前几月有了大幅下降（表7）。

表7 原料单耗对比分析表Table 7 Comparative analysis of raw material consumption kg/t

2.6.2三剂对比分析

自生产70%转化率产品以来，装置三剂消耗下降。其中歧化松香酸钾皂液、脂肪酸皂液、过氧化氢对孟烷和甲醛次硫酸钠单耗降低明显，和62%转化率相比下降明显（表8）。

表8 三剂用量对比分析表Table 8 Comparative analysis of dosage of assistantkg/t

2.6.3 能耗对比分析

生产70%转化率以来，占装置动力消耗比重较大的循环水、电和蒸汽均有不同程度下降，对比分析如表9。

表9 能耗对比分析表Table 9 Comparative analysis of energy conservation

2.7 提高转化率后装置成本的变化

2.7.1 原料成本对比

照比转化率 62%时生产成本，每吨橡胶可节省丁二烯成本为41.60元，节省苯乙烯成本为30.15元。

2.7.2 三剂成本对比

对比分析，助剂在70%转化率生产时，每吨产品可节省约75.40元，仅4月下旬就节约三剂成本为22.35万元。

2.7.3 动力成本对比

70%转化率生产时，每吨产品可节省动力费27.414元，仅4月下旬节约动力成本为8.13万元。

综上所述，生产一吨橡胶产品可节省成本174.564元。

3 结 论

（1）聚合转化率提高后生产成本显著降低，测算全年可节省原料、三剂、动力费用约3 000万元。

（2）70%转化率橡胶T10，m:s时间变短，25 min定伸应力提高幅度较大，困扰车间的 1500E产品25 min定伸应力较低，容易产生非优产品问题得到解决。

（3）转化率提高后中控反应调整余地更大，反应稳定性提高，胶乳稳定性良好，有利于设备长周期运行。

（4）根据数据分析和市场跟踪，70%转化率橡胶物理机械性能及加工性能与 62%转化率橡胶相当，未发生不良反映。

（5）提高转化率工业化实验结果达到预期效果。

［1］ 刘大华，龚光碧，等著.乳液聚合丁苯橡胶［M］.北京：中国石化出版社，2011-11.

［2］王锡玉、焦永红.合成橡胶生产工［M］. 北京：化学工业出版社，2005-03.

Industrial Experiment of Improving
Polymerization Conversion of Styrene Butadiene Rubber Unit

LI Hong-guo， HU Wei， LI Hong-bing， ZHOU Zai-xiao， ZHAI Feng-ge，ZHANG Wen-jing， WANG Hai
（Fushun Petrochemical Company Olefins Plant， Liaoning Fushun 113004， China）

Since Fushun Petrochemical Company Olefins Plant went into operation in Jun 2012， the device has been stabilized， and the product quality has been upgraded observably， and ratification of market has been improved. Energy conservation and quality optimization have been came true. Industrial experiment of improving polymerization conversion of styrene butadiene rubber unit was carried out in 2015，and good results were obtained.

Styrene butadiene rubber； Conversion； Properties； Energy conservation

TQ 330

A

1671-0460（2015）12-2742-03

2015-10-22

李洪国，男，辽宁抚顺人，高级工程师，工程硕士，毕业于大连理工大学，研究方向：从事石油化工技术研究。

胡玮，女，工程师，研究方向：从事石油化工工艺研究。E-mail：huwei_fs.petrochina.com.cn。