液相小本體聚合系統技術改進及優化

摘要：南陽石蠟精細化工廠針對聚丙烯裝置聚合釜攪拌系統、撤熱系統的弊端，適時進行了技術改造，并對工藝及操作參數進行了一系列優化，取得了較好效果，為液相小本體聚合工藝的技術進步進行了有益的探索和嘗試。

關鍵詞：聚合釜 攪拌及撤熱系統 技術改造 優化

1 技術改造的主要內容

本次改造方案一方面是在現有基礎上改變聚合釜夾套進水位置和進水方式，更換內冷管等技改手段增大聚合釜的傳熱面積，改善其撤熱效果：另外是通過改造聚合釜內攪拌螺帶，增強反應后期釜內物料的湍流程度，使其在釜內原來僅有的軸向流動基礎上增加介質的徑向流動，以使聚合釜內溫度分布更加均勻，使反應熱能夠順利撤出，并使氣液界面及時更新以保證氫氣調節效果。

1.1攪拌系統改造根據小本體聚合生產的這種特點，為提高攪拌效果，進一步改善物料傳熱過程，對原來的攪拌器進行了以下改造：一是將雙螺帶改為新型螺袋，螺帶外經變小。目的是加強物料的返混，并在能使反應后期攪拌負荷降低，使攪拌電流減小；二是對攪拌橫梁進行改進使得釜內聚丙烯粉料在軸向運動的基礎上增加徑向運動，加強粉料的流動，改善換熱效果：三是將攪拌軸末端外徑車小，相當于增加釜底內攪拌，消除了原攪拌軸對釜底攪拌效果差的問題。

1.2聚合釜撤熱水系統改造聚合釜撤熱水系統主要由內冷管撤熱和夾套撤熱，內冷管處于聚合釜內部，換熱效果明顯，因此本次改造主要是增加能冷管得換熱面積和對夾套進水改造。一是內冷管的改造：由于聚合釜原來的4根指形管式的內冷管換熱面積較小，僅為5.3m2，不能滿足撤熱需要。本次將其改為n型管，相當于8根內冷管，換熱面積增加到8.5m²，撤熱效果明顯提高。二是夾套進水改造：原聚合釜夾套進水口僅有1個，且為徑向開口，本次改造將夾套進水改為雙向切線進水，并將進水口位置改在聚合釜的最下端，使得原聚合釜底的死水區水循環得以建立，換熱面積增加。

2 聚合釜技術改造后工藝及操作條件的優化

2.1聚合反應溫度和壓力的優化該廠改造前由于聚合釜傳熱面積不足，聚合反應前期反應熱無法及時被撤出，使聚合反應的溫度和壓力不易控制，因此生產中一般靠上限操作，對聚丙烯產品的單釜產量和質量，以及安全生產有較大影響。以2007年為例，聚合反應壓力平均控制在3.SMPa，聚合釜中部溫度控制在76℃，出現安全閥起跳6次，出現聚丙烯高溫料3釜(次)。

聚合釜改造后，換熱面積增加，撤熱效果得到明顯改善，這使提高聚合反應速度成為可能，通過對聚合釜實際運行情況進行統計分析，得出聚合釜最適當的反應壓力和反應溫度應該控制在3.3—3.4MPa和73-74℃。

2.2聚合釜投料順序對聚合反應的影響及現狀根據聚合崗位-操作法，聚合釜投料時“三劑”嚴格按照：活化劑DDS-催化劑先后加入。改造前由于聚合釜攪拌器只是進行軸向攪拌，且釜底基本攪拌不到，因此為防止催化劑沉底，丙烯底料要求投2.0t，然后再投活化劑，這樣活化劑加入較晚，除雜效果受到影響，為保證聚合反應平穩進行，只有增加催化劑和活化劑的用量，催化劑為78g／釜，活化劑為850ml/釜。

改造后，使得聚合釜內聚丙烯粉料在軸向運動的基礎上增加徑向運動，加強粉料的流動；并通過將攪拌軸末端外徑車小，相當于增加釜底內攪拌，消除了原攪拌軸對釜底攪拌效果差的弊端。這樣就使得催化劑沉底的可能性大大降低，因此，可以通過減少底料投釜量，由原來的2.0t降到1.5t，相當于提前加入活化劑，使其有更充分的時間與原料中的雜質反應，除雜更徹底，避免了催化劑中毒失活，保證了催化劑的活性，使催化劑得率得到提高。這樣不僅使相同的配比情況下，聚丙烯轉化率增加，而且，由于活化劑的提前加入，更好的保護了催化劑，使得催化劑單釜用量降低。

2.3選擇適當的切換給水時機優化升溫速度控制適當的升溫速度是決定聚合反應引發效果的關鍵因素，升溫速度太快和過慢都對聚合反應有不利影響。改造前由于受聚合釜傳熱和撤熱效果的限制，聚合釜升溫時，往往升溫較慢，往往約在30分鐘左右，使部分催化劑中毒失活，活化劑加入量較大。為了保證聚合反應熱的撤出，總是選擇較早的切換時機，通常在聚合釜壓力2 5MPa時開始紿循環水進行撤熱，使活性中心不能夠完全形成，延緩了反應的速度，使聚合反應時間較長，平均需要5，0h，釜才能結束聚合反應，使各種消耗較高。

聚合釜撤熱系統改造后，使適當加快升溫速度、提高反應速度成為可能。通過試生產分析總結，將聚合釜升溫速度控制在22min，切換壓力控制在2.8MPa最合適，通過2008年4-11月份的生產運行，由于升溫時間減少，蒸汽消耗量降低：由于切換時機得當，聚合反應平穩，聚合反應速度提高，反應時間縮短，使投釜量提高，日處理量增大，裝置加工量得到提升。

2.4優化聚合釜高壓回收后的壓力改造前聚合釜底部存在一攪拌盲區，為保證聚丙烯噴料較完全，操作中總是把高壓丙烯回收后的聚合釜壓力控制得較高，平均在1.6MPa，使高壓丙烯回收不徹底，最終是這部分丙烯放入氣柜，經壓縮機壓縮進入儲罐，再自壓進入氣體分餾裝置進行二次分餾，每一環節都是加工損失增大，各項消耗提高。

改造后聚合釜攪拌軸末端外徑縮小，相當于增加釜底內攪拌，消除了原攪拌軸對釜底攪拌效果差的弊端，使高壓丙烯能夠回收的更徹底，在聚合反應結束后，高壓丙烯回收至聚合釜的壓力為1.3MPa最恰當，使更多的丙烯得以回收，并被直接投入聚合釜生產，避免了進入低壓回收系統造成的儲運損失，二次加工損失等，并減少了低壓丙烯壓縮的電耗、丙烯膜分離系統的電耗，二次進入氣體分餾裝置的水、電和蒸汽消耗，實現了節能降耗，降低裝置加工損失的目的。

2.5優化三劑配比降低化工料消耗在聚合釜改造前由于其傳熱效果較差，升溫比較慢，使部分催化劑失活：又因投料時活化劑加入較晚，其對原料的除雜不徹底，為保證聚合反應正常進行，也就必須提高催化劑用量，因此，這是三劑配比較高，平均水平是：催化劑78g，釜，活化劑850ml／釜，第三組分150ml／釜。

聚合釜改造后傳熱效果明顯改善，縮短了升溫階段時間，減少了丙烯底料的加入量，是活化劑提前投入釜內，使原料性質得到保證，活性中心更容易形成，降低三劑配比成為可能，催化劑用量降到65g／釜，活化劑用量降至700 mI，釜，第三組分DDS用量降至130mI／釜。三劑消耗降低，節約了化工料消耗，降低了生產成本，增加了市場競爭力。

3 改造效果

2008年4月，通過對聚合釜撤熱系統和攪拌系統實施技術改造和工藝及操作參數的優化，聚丙烯單釜產量由100袋增為116袋：聚丙烯產品熔融指數穩定，045牌號聚丙烯由改造前僅為80％提高到96％，產品質量良好；加工損失由改造前的8.0％降到7.84％；“三劑”及動力消耗有較大程度降低；生產運行安全平穩度得到提高。

參考文獻：

[1]李玉貴，陳寧觀等編著.液相本體法聚丙烯生產及應用中國石化出版社1992年9月第1版