MH：欢迎大家再次收听Servomex播客。今天我们要聊聊氯乙烯单体（VCM）。今天我邀请到了我们的专家之一，玛丽亚。玛丽亚，早上好。

MKM：马特，早上好。

MH：玛丽亚是我们负责EMEAI地区（即欧洲、中东、非洲和印度）的应用开发工程师，她常驻荷兰。

那么，我们来简单聊聊氯乙烯单体。这种化学物质最早于19世纪30年代被合成。名称中的“单体”一词，其定义是指能够与较大分子反应形成更长聚合物链的分子。这个过程就叫做聚合反应。

氯乙烯（VCM）本身是一种氯代烃，属于有机物。简单来说，氯代烃，也就是至少含有一个共价键合氯原子的化合物，是一种用途非常广泛的化学物质——它是许多化合物的组成单元。氯乙烯本身用途不大，但它可以用来制造其他物质，其中最主要的用途是制造聚氯乙烯（PVC）。我相信大家都听说过聚氯乙烯，它的应用非常广泛。

PVC是聚氯乙烯。它是继聚乙烯和聚丙烯之后，全球产量第三大的聚合物。我相信，以后你们还会听到关于这些化学品的播客，尤其是聚丙烯。PVC的年产量约为4000万至5000万吨，数量非常庞大。PVC被用于生产我们日常生活中常见的各种物品，例如窗框——在现代住宅中，我们经常会看到UPVC窗框——瓶子、包装、电缆绝缘层、充气玩具——比如我们夏天都会用的儿童戏水池——以及管道系统用的塑料管……正如我之前提到的，PVC的用途非常广泛。

现在回到VCM（聚氯乙烯）的话题，它是PVC（聚氯乙烯）的组成成分之一，这种材料的年产量约为5000万吨。为了便于理解，我今天分享一个冷知识：这相当于16.7万架满载的波音777飞机。这样应该能让你对这个数字有个概念。而且，每年生产的VCM大部分产自美国。美国是最大的生产国，其次是中国，中国同时也是全球最大的VCM消费国。玛丽亚，你能给我们简单介绍一下VCM的生产过程吗？

MKM：氯乙烯的商业化生产大约始于上世纪初，也就是20世纪20年代。最初主要是以乙炔为基础的氢氯化法。这种方法以高能耗著称，除了中国以外，在世界其他地区基本上已经过时了，主要是因为中国希望保持一定的能源自给自足——他们不想依赖其他能源。所以，他们的做法是，基本上是用煤制焦，用石灰石制氧化钙，然后加热生成碳化钙和一氧化碳。接着加入水，使二者混合生成乙炔，乙炔再与氯化氢反应生成氯乙烯。是的，这就是大致的流程。最终，由于催化剂是汞，世界其他地区开始更多地采用……另一个原因是乙烯的供应更加充足……所以世界其他地区更多地转向以乙烯为基础的氯乙烯生产方法。

MH：我的理解是，正如您刚才提到的，这两种工艺的区别之一在于，美国作为最大的氯乙烯生产国，自然拥有大量的乙烯产能，因此使用乙烯生产氯乙烯对他们来说更合理。而正如您所说，中国采用乙炔路线，乙烯来源更加丰富，无需依赖其他乙烯来源，这意味着中国在氯乙烯生产方面可以更加独立自主。

MKM：没错。基本上，他们的做法是利用氯气和乙烯，通过氯化反应器生成二氯乙烷（EDC）或粗EDC。然后，粗EDC经过提纯和热解，再次分解成氯甲烷（VCM）和氯化氢（HCl）。转化率大约在50%左右，所以会剩下相当多的EDC和HCl。HCl随后被送入第二阶段——氧氯化反应，重新生成EDC，并返回到之前的工艺流程中再次生成VCM。所以，如果你愿意的话，这算是一个零浪费的工艺。

MH：是的，就像回收利用一样。顺便提一下，EDC，也就是二氯乙烷，是Servomex公司另一个非常重要的工艺。我们会在未来的播客节目中专门讨论EDC，现在顺序可能有点乱。理想情况下，我们本应该先讲EDC，但你也知道，和合适的人一起安排播客节目总是有各种挑战。所以，听众朋友们，以后我们会继续讨论EDC，这将有助于大家更好地理解PVC的整体生产流程。

MKM：我们回到热解环节。纯EDC分解成VCM和HCl后，基本上会进入循环利用模式。VCM被分离出来，送入净化分馏塔，在那里进行包装，最终送往储存或聚合阶段。

如果PVC生产商就在隔壁，那么剩余的EDC会被送回循环物流，重新投入生产。HCl在HCl分离器之后也会进入第二轮EDC制备，即通过氧氯化反应。所以，在乙烯生产过程中，你同时也在添加氧气。有两种方法。一种是直接使用氧气，这样可以减少反应器尾气或排放气体，因为杂质含量降低了，从而最终降低了工厂尾气处理成本；另一种是使用空气，空气成本低廉且更容易获得。但很显然，这样做会产生氮氧化物和其他副产品。这就是下一轮需要解决的问题。

所以，你又在这个氧合反应器中生产EDC。然后，你再次进行热解，再次生成VCM。这显然是在提纯EDC之前，也就是在再次裂解之前。本质上，这是一个循环反应，所以你几乎是在进行一个无限循环：生成EDC，将其分解为VCM、HCl和EDC，然后再次回收EDC和HCl，以再次进行相同的循环。

MH：好的，当然，一些分析要求——这正是我们今天在这里的原因。回到工艺的开始，我们看到的第一个测量指标是乙烯纯度。为此，我们打算使用SpectraExact 2500来检测纯乙烯。那么，Maria，我们为什么要使用2500呢？使用这种红外分析仪有什么好处？

MKM：2500 型号非常可靠，而且非常坚固耐用。它几乎坚不可摧。我们知道，在实际应用中，我们有几台 SpectraExact 仪器已经使用了 30 多年，所以它绝对非常可靠，而且对客户来说性价比很高，非常划算。

MH：当然，我们还有另一种非接触式测量方法。它由一个密封的气体池组成，因此任何工艺气体都无法接触到源或检测器。

MKM：没错。它的主要作用是确保您的乙烯气流尽可能纯净。

MH：乙烯原料的质量非常重要，因为我们要将其与氯气在反应器中混合；我们不希望其中有任何杂质，以免影响反应器的产量。

MKM：没错。

MH：在反应器本身，我们还有Servomex的另一项非常专业的测量，它既是质量测量，更重要的是，也是氧气安全测量。

MKM：是的，您说的是使用2200进行氧气测量。这确实至关重要。我们所做的，基本上就是测量氧气浓度是否低于限值。实际上，这项测量有两个目的。首先，显然是为了安全，确保反应器内氧气浓度不会过高，以免形成爆炸性混合物。其次，如果氧气浓度过低，效率就会下降，因此要确保反应器以最佳状态运行。

为了最大限度地提高工艺安全性，可以使用投票系统，而2200非常适合用于此，因为一个控制器可以连接多个变送器单元。所以你实际上是在比较几个分析仪发射器单元的结果，并确保它们都给你相同的信息。

MH：没错。听过我们之前播客的听众应该已经听我们讨论过在环氧乙烷工艺和PTA工艺的反应器上使用的非常类似的系统，其中通常使用2200型变送器，并采用投票系统配置。一般情况下，每个反应器出口会配备三个变送器（虽然最多可以配备六个），基本上就是检查三个变送器中两个的读数是否一致。

如果读数不一致，通常情况下，工艺流程会停止运行，以便操作员调查测量结果不一致的原因，判断反应器是否存在问题。显然，在这些工厂中，安全至关重要，既要保证工厂的正常运行，也要保障人员的安全。

MKM：没错。氯化之后，也就是直接氯化反应器之后，基本上要测量的是粗EDC物流，也就是其中剩余的乙烯含量，通常应该在0%到40%的范围内。这是为了控制工艺流程，确保有足够的EDC。这是在EDC净化之前。净化之后，也就是分馏塔之后，基本上有三股物流。一股是轻馏分，其中包含碱液洗涤器的剩余物，因为分馏塔的工作原理是用碱液洗涤器洗涤，分离出EDC和痕量的HCl（氯气）。

所以，轻馏分主要测量的是氢氧化钠（碱液洗涤器中的物质），含量范围在0%到10%之间。然后，重馏分将被分离出来。我们目前还没有这方面的测量数据，而纯EDC将被送往后续的热解工序。然后监测纯EDC溶液中的水分、水和EDC含量。我们经常使用2500号溶液进行测量，原因是高浓度的HCl、EDC和残留水分会导致腐蚀损坏。因此，防止对设备造成任何损害至关重要。

在热解过程中，我们还会进行另一项非常常见的测量，即燃烧控制。您可以选择使用我们可靠的 FluegasExact 2700（可同时测量氧气和可燃物），或者使用两台 Laser 3 Plus 激光分析仪——一台用于测量氧气，一台用于测量一氧化碳。

显然，这两种方法都是原位测量。Laser 3 Plus 的优势在于能够提供平均测量值，这意味着如果您的炉子较大，它基本上可以测量整个炉子的长度。而 FluegasExact 只能进行点测量，这对于小型炉子来说足够了，但如果您不使用多台 FluegasExact 2700，则在大型炉子上可能会造成危险。因此，您实际上需要进行多次点测量，而 Laser 3 Plus 只需两台激光器即可测量整个炉子的长度。这就是两者之间的权衡。

MH：正如玛丽亚所说，在大型炉子的燃烧控制应用中，通常需要多个2700型设备。为了在整个管道或工艺流程中获得良好的平均温度，通常每隔四五米就会安装一个设备。

还有一点需要特别说明，我们讨论的是燃烧控制，这是Servomex非常常见的应用领域，我们拥有相关的产品和专业知识，在燃烧工艺领域积累了多年的经验。实际上，这里的主要区别在于传统燃烧工艺和热解工艺，两者略有不同。传统的燃烧工艺以及之前的播客节目主要讨论了燃煤和天然气等火力发电，而我们这次关注的是工艺加热器，它可以燃烧多种燃料。

当然，典型的燃烧是在氧气存在下氧化燃料或燃烧器燃料，而热解则恰恰相反。热解是在缺氧条件下分解有机物的反应。因此，这项测量非常重要。我们使用 2700 或激光设备并非旨在检测燃烧后是否存在过量氧气，而是监测过程中氧气的缺乏情况，因为我们不希望产物被氧化，而只想将其分解。我认为这是传统燃烧和热解之间一个非常重要的区别。

MH：所以，在这里，我们看到的应用与我们在其他化学工艺中看到的非常相似。我们有一个反应器，基本上有两个进料——在本例中是乙烯和氧气，这与环氧乙烷工艺中的进料相同——我们关注的是进料的纯度，这对于最大化产量当然至关重要。同样重要的是，要监测反应器的出口，使用顺磁技术来监测氧气含量，以确保产量和安全。因为我们都知道，听过我们环氧乙烷播客的听众也知道，乙烯和氧气混合会形成非常危险的爆炸性混合物。因此，必须严格控制氧气含量。

我们再次使用顺磁法的原因是2200型传感器能够用作投票系统，这本身就是一大优势。但就技术本身而言，它比电化学法（人们经常拿它和电化学法比较）要可靠得多，因为电化学法的传感器会随着时间推移而耗尽。顺磁法完全不会耗尽传感器，它不需要参考气体，可以完全独立运行……虽然它是接触式样品传感器——我的意思是，样品必须流经顺磁传感器的传感器——并且它依赖于氧气和磁场的相互作用（因此得名“顺磁法”），但它仍然是一款非常坚固耐用的传感器。

我们在材料选择上非常谨慎，以确保所有密封件和金属元件都不会与样品流中的气体发生反应。它已成为一项业内公认的技术，在许多应用中，它都是首选，甚至被指定为首选，尤其是在其他工艺中，因为它被认为是一种非常可靠和值得信赖的技术，并且已经应用​​多年。

MH：当然，保护顺磁分析仪免受此类气体侵害的主要措施是采样系统。采样系统的作用不仅在于控制分析仪的压力和流量，还在于满足分析仪的各项要求。此外，它还能确保像HCl和水这样更复杂的成分要么A：在进行测量之前完全去除，要么B：确保整个样品始终保持在露点以上，从而避免工艺气体在分析仪内部冷凝。

这意味着，可选的哈氏合金管道，以及诸如耐溶剂和腐蚀性气体的专用O型圈密封件和Chemraz等材料，实际上只是作为备用保护措施，以防采样系统出现问题。因为我们遵循的一条经验法则是，现场约90%的分析仪故障都是由采样系统故障引起的，而不是分析仪本身的问题。因此，样品系统设计非常重要，Servomex 在设计定制样品系统方面拥有多年经验，尤其对于我们长期参与的这类工艺而言更是如此。

此外，它还强调了对系统（尤其是分析仪）进行日常维护和保养检查的重要性，以确保测量结果的准确性。

MKM：经过HCl分离器后，基本上去除了VCM流中所有残留的HCl，我们称之为粗VCM，然后进入另一个净化分馏塔，去除剩余的EDC并循环利用到工艺流程中。现在，纯VCM被放入储罐。由于VCM是易燃产品，因此此时监测氧气浓度至关重要，因为VCM的露点比EDC低。可以使用1900型氧气分析仪。理论上也可以使用2200型，但1900型完全足够，是此时监测氧气浓度并确保储罐内不会形成爆炸性气体环境的理想选择。

MH：是的，从规格上看，Oxy 1900 和 OxyExact 2200 非常相似。两者的规格都非常出色，例如，Oxy 的氧气精度低于 0.05%，而 2200 的精度低于 0.02%。所以，尽管 2200 的性能是 Oxy 的两倍，但就规格而言，Oxy 仍然是一款非常优秀的分析仪。因此，在两者之间做出选择可能相当困难。但实际上，Oxy 的价格比 OxyExact 更低，而 OxyExact 也有一些独门绝技，正如我通常所说的那样，其中之一就是我们之前多次提到的，它可以用于投票系统，而使用 Oxy 则需要通过多个定制单元连接到单个控制系统基础设施，从而实现更多手动操作。但就测量低氧水平以确保安全而言，这两款分析仪都完全适用。

MKM：我们很少谈及，也未在应用说明中提及的一点是废物处理。许多副产品对环境和人类有害，因此应尽可能将其转化为其他化合物。来自EDC提纯、热解、直接氯化、碱洗和氧氯化反应器的废物流正在接受一系列处理，包括冷凝、吸收、洗涤，最终可能通过催化燃烧或焚烧的方式进行排放，从而最大限度地减少废物量。

整个VCM工艺基本上是一个封闭式工艺，因为在上世纪中叶，人们发现VCM会致癌，并且对人类健康普遍有害，尤其是肝癌——当时有相当多的死亡病例与此相关。因此，他们最终决定，如今所有VCM工艺都采用封闭式工艺，确保没有任何物质泄漏到环境中。

MH：是的，它被列为致癌物，我相信。事实上，它是一种非常危险的一级致癌物，会引发各种各样的健康问题，包括妊娠问题等等。所以，是的，已经有一些案例表明它会通过垃圾处理场渗入环境，进入地下水等等。所以，是的，它非常危险。如果能把它完全密封起来，限制在生产过程中，那当然是最好的。

MKM：顺便提一句，它也是一种麻醉剂。所以除了已知的氯仿之外，它曾经被认为可以用于外科手术。它以前确实被用于外科手术，但显然在发现它具有致癌性之后就不再使用了。

MH：玛丽亚，到目前为止，我们在播客中已经讨论了很多关于乙烯型反应的VCM工艺，这种工艺是目前全球，尤其是美国最主要使用的工艺。当然，我们一开始也提到过，在中国，还有一种基于乙炔的工艺被广泛使用。那么，您能否总结一下这两种工艺的主要区别和挑战呢？

MKM：是的，当然，基于乙炔的工艺实际上是更直接的路线，这也是它最初被发明并投入商业应用的原因。具体来说，就是用碳化钙制乙炔，用氢氧化钠制氯化氢，将二者混合后送入固定床催化反应器，然后在催化剂的作用下合成氯乙烯。最常用的催化剂是氯化汞，负载在活性炭上。显然，由于它是汞基催化剂，因此存在环境问题，这也是它在世界其他地区不再使用的原因之一。

您使用的HCl略微过量，因为乙炔的转化率约为99%，而HCl的转化率约为98%。所以在这种情况下，您需要稍微多用一些HCl。该工艺中VCM的选择性实际上高达98%，比我们目前看到的乙烯基工艺要好得多，这使得它很有吸引力，当然，除了环境方面的挑战之外。即使在中国，我们也看到人们对环境问题的关注日益增加，因此他们正在考虑使用其他催化剂，因为目前已经有很多研究成果。其中一种方法是使用氯化钡。还有一种正在讨论的替代方案是金基催化剂。氯化钡催化剂的生命周期成本显然更低，而且比汞基催化剂更容易生产和回收。它也存在一定的安全风险，但可以安全处理。遗憾的是，它尚未得到广泛的商业应用，金基催化剂的情况也是如此。这两种替代方案目前尚未得到广泛的商业应用，因此就目前而言，汞基似乎仍然是更常见的替代方案。

所以，我们刚才在讨论VCM的反应器……基本上，你生成的VCM只需要提纯，就可以直接用于PVC聚合。显然，由于反应时间很短，或者说工艺流程很短，所以回收利用率很低，产生的副产物比乙烯要多得多。而且，由于碳化钙的生产需要较高的温度，因此它需要更多的能量，尤其是在前期阶段。

顺便一提，另一种方法是用乙烷制VCM。可惜的是，这种方法已经尝试过了，虽然在高温下效果不错，但它产生的副产物比乙烯还要多。

MH：我认为乙炔制VCM的大部分测量指标在很多方面都与乙烯制VCM类似。例如，它有氧气安全方面的指标，比如使用顺磁性材料。它有2500种应用，还有用于钢铁的红外应用，以及氯气纯度和一些安全方面的应用。

感谢大家收听本期播客。非常感谢玛丽亚今天的贡献。

MKM：谢谢您的邀请。

MH：请访问 servomex.com 了解更多关于 Servomex VCM 解决方案的信息。您也可以在网站上找到我们之前的播客节目，随时收听。