ABS装置工艺设计研究及经济分析

侯衍哲

ABS装置工艺设计研究及经济分析

侯衍哲

（中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132000）

ABS树脂作为化工生产的重要原料，其生产质量和生产数量影响了化工生产。目前国内生产ABS的方法有两种：乳液接枝-本体SAN掺混法、连续本体聚合法。通过对比两种方法的优劣势，并介绍了乳液接枝-本体SAN掺混法的操作方法，而后从能耗、技术工艺、产品竞争力三个角度对该操作方法生产工艺进行经济分析。

ABS装置；市场需求；经济分析

ABS树脂是一种共聚物，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚而成，苯乙烯在其中占据50%以上的质量分数。ABS树脂既具有聚苯乙烯的化学和物理性能，也有聚丙烯腈的性能，表现为具有光泽、可通电、耐热耐化学性。作为全球范围内应用最广泛、应用量最大的塑料，ABS树脂广泛应用于日用品领域，包括各种器材、家电等。而因为ABS树脂具有较好的包容性，其也能容纳各种不同的化学材料，制成不同性能的塑料，这种高级性能比和低廉的价格决定了ABS树脂的地位和优势。

目前中国ABS的装置仍处在并不高级的状态。与国外产品对比，大部分ABS颗粒的颜色偏黄，存在较大的质量差距，这些差距将会影响ABS树脂的质量并影响售出。纯净ABS树脂见图1。

从世界范围来看，ABS树脂贸易交易数量在亚洲稳定增加，相反，欧洲虽然出口ABS树脂但是总体而言ABS树脂出口数量不敌进口数量。欧美是ABS树脂的产出大国，不过多数产出国家也是进口国家之一。

图1 纯净ABS树脂

1 ABS生产工艺及物料

现阶段ABS生产工艺最为广泛使用与经济的，应该是乳液接枝本体SAN掺混和连续本体法。多数ABS工厂都能用这两种工艺生产。

1.1 ABS工艺技术对比

乳液接枝-本体SAN掺混法的优点在于其成本低廉，适合产业型大规模生产，目前被广泛使用。这种方法还有绿色环保的特点，由于其本身工艺流程短，耗时少，产品质量不错，三废排放量少。但是相对于此方法，另外一种方法——连续本体法虽然广为使用，但是其特点也较为明显和顽固，见表1。

表1 乳液接枝-本体SAN掺混法和连续本体法技术对比

连续本体法原料较为稀缺：连续本体法需要使用丁苯橡胶作为原料，而这一原料选择限制了该方法的使用。另外，连续本体法生产的原料橡胶光泽度差，粒径小，严重影响产品的应用，在聚合反应的过程中，该方法的控制难度较大，设备要求高，产品牌号切换较难，各种功能行助剂难以使用。这些原因导致了连续本体法不足以与乳液接枝本体SAN掺混法进行抗衡。

2 工艺概述和流程及生产原料情况

2.1 ABS生产工艺

本工艺：原料丁二烯，采用乳液聚合法制备PBL，并采用乳液接枝共聚法将PBL、苯乙烯、乙烯腈等制备ABS粉料，以连续本体法制备SAN，然后将SAN、ABS和添加剂仪器制备成ABS树脂产品。

丁二烯聚合、回收

乳化剂：松香皂、引发剂：过硫酸钾、调节剂：硫醇，反应温度：70～90 ℃，在该反应温度下，丁二烯进行聚合，而后在真空状态下汽提，回收未反应的丁二烯。

ABS聚合：将第一轮提取的聚丁二烯胶乳、苯乙烯和丙烯腈单体及乳化剂一起加入反应釜中，在催化剂的催化下进行反应，该反应的转化率非常高，达到99%，而后进行凝聚脱水流程。

聚丁二烯胶乳、苯乙烯和丙烯腈单体共聚物见图2。

图2 聚丁二烯胶乳、苯乙烯和丙烯腈单体共聚物

凝聚脱水：由上个流程得到的乳液被送至凝聚管，并添加凝聚剂之后反应一段时间，得到ABS浆液。

SAN单元：在一定的温度和压力下进行聚合反应，当转化率达到一定标准时，除去溶液中未反应的原料并送至切粒机中，最后进入造粒工序。

3 工艺经济效益分析

3.1 工艺能耗分析

产量：产品产量高，质量优良：拉伸强度到51 MPa，弯曲强度81 MPa，洛氏硬度111R标度，冲击强度215 J·m-1，热变形温度90 ℃，熔融指数30 g·10 min-1。

物耗：总物耗为1005 t，其中苯乙烯627.8 kg，丙烯腈234.3 kg，丁二烯143 kg。

能耗：产品能耗180 kg oil，其中新鲜水1.5 t，循环水90 t，脱盐水1.5 t，工业风32.2 Nm3，仪表风91.6 Nm3，氮气165.1 Nm3，冷冻盐水10 t，电269.2 kW·h。

废水排放量：废水实际排放量为4.4 t，较为合理。

3.2 技术方案综合评价

工业技术评价：PB聚合单元平稳运行并且生产的胶乳化学性质和物理性质较为稳定，运行周期与设想相符，较为理想，当所有机器同时运转时，产能可达到13.11万t颗粒，达到理想状态。

附聚单元：该单元与PB单元一样运行较为平稳并且生产的胶乳化学性质和物理性质都较为稳定。药剂配制罐在附聚实验中起到了巨大的作用，稳定了附聚单元的运行。其生产能力高达900 t，表现优秀。

接枝聚合单元：该单元与PB单元一样运行较为平稳并且生产的胶乳化学性质和物理性质都较为稳定。16 h就能成产1次，每日可生产12万t ABS颗粒。

凝聚干燥单元：该单元与PB单元一样运行较为平稳并且生产的胶乳化学性质和物理性质都较为稳定。日达13.11万t，表现优秀。

掺合造粒单元：掺合造粒单元保持每小时7 t的运行状态，表现良好，总体每日日产高达250 t。

SAN部分改扩建后装置运行情况：SAN部分从单釜操作改为双釜，虽然给生产工人带来技术难题，但是在产量上有较大的进步，所有的参数保持稳定，达到理想状态。

3.3 产品竞争力评价

国内ABS市场的特点在于国内产品处于弱势，进口产品大量涌进并占据了大部分的市场份额，导致国内产品的市场份额较低。2018年我国ABS树脂进口已经达到了300万t，今年来由于疫情影响有所下降，但我国国内产量仅有100万t，对比国外占比较少。我国的ABS树脂出口市场也不尽如人意，主要出口的国家在东南亚以及台湾地区，而出口到台湾地区的树脂量已经占到了树脂出口市场的一半，这可以说外国仍然对我国ABS树脂的质量信赖度一般。

东南亚地区现如今主要的ABS树脂生产巨头集中在我国台湾、东北以及韩国。其中台湾地区的主要ABS生产商的生产能力已经超过了每年300万t，成为东南亚的ABS市场主导者。其中最为强势的公司为奇美公司，其出品的优质ABS树脂已经成为东南亚地区的优质产品，在中国大陆均有投资建厂。而韩国的LG集团也在加紧扩建其ABS树脂的装置，其中中国宁波LG化工厂的生产能力已经扩大到每年60万t，其公司仍然计划在中国大陆建厂，预计总生产能力将达到每年150万t，占据中国国内ABS市场。而东北的吉林石化分公司在振兴东三角中重启ABS树脂装置，扩能生产之后达到每年50万t，占据了一部分中国市场。国内ABS市场的特点在于国内产品处于弱势，进口产品大量涌进并占据了大部分的市场份额，导致国内产品的市场份额较低。

4 结 论

本设计通过对比国内外先进技术和国内市场对产品的需求情况，在现有基础上建立新模型，得出如下结论：

通过物料衡算，计算聚合釜进料组分为1,3-丁二烯，并且每批达到65 013.87 kg，分散介质水，引发剂等辅助用量为15 493.01 kg·批-1，每批聚丁二烯乳胶生产量为65 430.09 kg·批-1，实际年生产量能够达到24 008.01 t。

ABS装置反应容器的体积改为70 m3，桶内内径为3 900 mm、高度6 000 mm，釜内新设了挡板，并在釜外增加了夹套，以带走多余的热量。在改进的新设备里，丁二烯的聚合放出热量达到2 897 678 kJ，但是仍小于夹套降温带走的热量，故而新设的夹套能够满足降温的要求。

新设计的搅拌器选用了圆盘涡轮式，其尺寸为1/0＝0.4，共有6个叶片，倾角选择是30°，根据投入物料的物理性质（黏度、密度）等选择合适的聚合工艺，确定搅拌桨的转速为=32 r·min-1，搅拌功率到达890.2 W。

改造后的产品方案、产品质量和生产规模能够符合理想状态和市场需求。由产品竞争力评价上来看，其产品能够达到其他企业的标准并在原有的基础上增加产量。新ABS装置使用了先进的工业技术，在PB设备、SAN掺混上进行了改进，并通过增加多个不同设备，使得胶粒在各个环节的生产量都有一定的提高，甚至有的已经超过了原有的150%，有较好的表现。经过实践证明新装置的改进对ABS的改造是适合的，而改造后的装置竞争力明显提高，依托其他现有公用工程和设施，提供了原料和能耗，保障了生产的同时又遵循了绿色的原则并且达到了环保的标准。

改造后的产量大幅度上升，特别是在洛氏强度和耐受温度上处于较高的水平，在环保的原则上提高了产品的经济和社会效益。

综上所述，ABS新装置扩能改造之后能达到每年20万t的技术方案，新技术稳定可靠，并且能够提高产品的质量，风控到位，抗风险能力优秀，又能够保证装置平稳运行并且绿色生产。

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ABS Plant Process Design Research and Economic Analysis

(PetroChina Jilin Chemical Engineering Co., Ltd., Jilin Jilin 132000, China)

As an important raw material for chemical production, ABS resin has impact on chemical production quality and quantity. At present, there are two methods for domestic production of ABS: emulsion grafting-bulk SAN mixing method and continuous bulk polymerization method. In this paper, the advantages and disadvantages of the two methods were compared, and the operation method of the emulsion grafting-ontology SAN blending processwas introduced, and then the production process of the operation method was economically analyzed from the three perspectives of energy consumption, technical process and product competitiveness.

ABS unit; Market demand; Economic evaluation

2021-12-31

侯衍哲（ 1970-），男，吉林省吉林市人，副高级工程师，1994年毕业于吉林化工学院化学工程系无机化工专业，研究方向：高分子化工工艺、催化剂、助剂等。

TQ325

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1004-0935（2022）06-0854-04