RTO治理系統(tǒng)中聚合物積聚（如苯乙烯）問題淺析

眾所周知，國內(nèi)醫(yī)藥市場依然以仿制藥為主，根據(jù)《中國仿制藥藍(lán)皮書2017》數(shù)據(jù)，2017年中國仿制藥市場規(guī)模達(dá)到10208億元，市場份額占比維持在60%以上，預(yù)計到2021年，仿制藥市場規(guī)模將達(dá)到15887億元，年均復(fù)合增速為11.7%。國內(nèi)仿制藥需求依然巨大，帶動上游原料藥需求量穩(wěn)健增長。2019年中國化學(xué)藥品原料藥產(chǎn)量達(dá)252.3萬噸，近幾年產(chǎn)量穩(wěn)定在200萬—300萬噸之間。
隨著醫(yī)化行業(yè)需求量的增加，以及實(shí)現(xiàn)青山綠水嚴(yán)峻形勢，VOCs治理也成為了國家環(huán)境保護(hù)工作和減少溫室氣體排放的重中之重。目前，由于RTO設(shè)備的適用行業(yè)較為寬廣，可解決復(fù)雜工況的污染防治，處理效率穩(wěn)定而且比較高等等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多行業(yè)的廢氣治理，綜合性價比較高。
隨著這兩年市場對RTO概念以及安全等方面的認(rèn)知程度的加深，尤其是在醫(yī)化行業(yè)，常常被腐蝕、堵塞等問題所困擾，企業(yè)因此也擔(dān)負(fù)一定的安全隱患責(zé)任和排放超標(biāo)的風(fēng)險，腐蝕和堵塞的原因多種多樣，我們會通過其他技術(shù)性文章加以剖析和分享，本文將從原料藥行業(yè)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(yīng)的解決方案。
那么我們先來了解一下，什么是聚合反應(yīng)？聚合反應(yīng)產(chǎn)物的特點(diǎn)是什么？他會怎樣影響RTO的運(yùn)行？解決該種堵塞方案的思路有哪些？
一、聚合反應(yīng)的機(jī)理

在烴類物質(zhì)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?yàn)楸揭蚁﹩误w的雙鍵與苯環(huán)產(chǎn)生共軛反應(yīng)，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(dāng)苯乙烯形成苯乙烯自由基時，自由基的獨(dú)立電子也可與苯環(huán)共軛而穩(wěn)定，故苯乙烯的自由基就不活潑。聚苯乙烯熱引發(fā)連續(xù)本體聚合時，其聚合機(jī)理是基于典型的自由基聚合過程，它總是由鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個基本單元組成。

苯乙烯分子式
在引發(fā)劑作用下苯乙烯的雙鍵打開，進(jìn)行雙烯加成反應(yīng)，形成中間產(chǎn)物，再與單體進(jìn)行氫原子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生初級游離基，從而引發(fā)大量的苯乙烯進(jìn)行聚合反應(yīng)。
聚合反應(yīng)是把低分子量的單體轉(zhuǎn)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(fā)，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(jié)、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(yùn)行，儀表傳感器的正常測量等。
在RTO運(yùn)行過程中，系統(tǒng)存在多個可能使烯烴類物質(zhì)聚合的環(huán)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(fā)生聚合的轉(zhuǎn)化率，如下圖

苯乙烯聚集的時間/d
聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨時間和溫度的變化趨勢

聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨時間和溫度的變化趨勢
70℃聚合時在30min內(nèi)聚合轉(zhuǎn)化率已達(dá)95%以上，所得聚苯乙烯的重均分子量前期已達(dá)1010×105左右，而后基本不再增加。50℃聚合時，隨聚合反應(yīng)時間延長，聚合轉(zhuǎn)化率較平緩增加，聚合1h，轉(zhuǎn)化率達(dá)90%以上。所得聚苯乙烯的重均分子量在10～30min內(nèi)逐漸增加，而后趨于穩(wěn)定在2010×105以上。因此形成聚合產(chǎn)物UHMWPS（聚苯乙烯），聚合反應(yīng)溫度在50℃左右最容易發(fā)生。
二、聚合反應(yīng)產(chǎn)物對RTO運(yùn)行的影響

隨著聚合物的產(chǎn)生，最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(yīng)，使得陶瓷蓄熱體的節(jié)能作用有所降低，久而久之，會使排放超標(biāo)。其次影響管道，聚合的高分子物質(zhì)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(fā)，造成管道內(nèi)部局部濃度過高，帶來安全隱患。再者這些聚合物會影響閥門的正常運(yùn)行以及儀表的測量，所以在精細(xì)化工行業(yè)的RTO設(shè)計時，著力解決聚合物質(zhì)帶來的影響，也變得很有必要。

三、解決方案淺析

根據(jù)聚合物質(zhì)的特點(diǎn)，并結(jié)合研究，設(shè)計 RTO針對聚合物可以有以下三點(diǎn)方向。具體實(shí)現(xiàn)方式可以有很多種實(shí)現(xiàn)方式，這里只提一些處理方向。
1. 涂覆阻聚涂層，防止RTO內(nèi)壁發(fā)生聚合；     
2. 特殊格柵結(jié)構(gòu)設(shè)計，防止堵塞；
3. 工藝設(shè)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(zhì)需要重點(diǎn)考慮和選擇，如不能實(shí)現(xiàn)防堵，必要時需要人工維護(hù)，減少陶瓷蓄熱體堵塞。本著“安全可靠、達(dá)標(biāo)排放、投資合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)能增效”的原則對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）進(jìn)行綜合治理，也歡迎廣大技術(shù)愛好者跟我們一起探討、學(xué)習(xí)、進(jìn)步。
來源：環(huán)保