氣相法聚乙烯超冷凝工藝的開發(fā)

冉陽 徐志強(qiáng) 才寶磊（中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司 撫順 113004）

氣相法聚乙烯流化床冷凝工藝是八十年代初期出現(xiàn)聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)，它的出現(xiàn)一起了世界各大化學(xué)公司的關(guān)注。氣相法聚乙烯流化床冷凝工藝是一項(xiàng)非常有前景的聚乙烯生產(chǎn)工藝，具有工藝簡單、投資低、操作靈活、產(chǎn)品范圍廣等眾多優(yōu)勢。隨著氣相法聚乙烯流化床冷凝工藝的進(jìn)一步發(fā)展，超冷凝工藝的出現(xiàn)解決了許多傳統(tǒng)冷凝工藝中存在的難題，更好的提高了聚乙烯的生產(chǎn)能力，創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)價值。本文就氣相法聚乙烯冷凝工藝原理及對聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了概述，并且對氣相法聚乙烯超冷凝工藝的開發(fā)進(jìn)行了綜述，希望對該工藝的進(jìn)一步研究發(fā)展有一定的參考價值。

一、氣相法聚乙烯冷凝工藝的原理及對聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)的影響

氣相法聚乙烯冷凝工藝主要是指流化床反應(yīng)器內(nèi)的聚合熱通過流化氣體吸收升溫顯熱和冷凝液體吸收蒸發(fā)潛熱而達(dá)到平衡，從而提高反應(yīng)器內(nèi)單位時間、單位體積的聚乙烯產(chǎn)量的工藝。這里的冷凝液一般為共聚用的α-烯烴和/或惰性飽和烴類物質(zhì)。如果在循環(huán)氣中添加惰性冷凝組分，就屬于誘導(dǎo)冷凝模式，常見的惰性冷凝成分有正戊烷、異戊烷、己烷等飽和烴。加入冷凝介質(zhì)之后，能夠改變循環(huán)氣的露點(diǎn)，使得露點(diǎn)介于反應(yīng)器溫度和反應(yīng)器入口溫度之間，與反應(yīng)溫度保持一定的溫差以提供傳熱推動力。冷凝工藝的出現(xiàn)為聚乙烯的生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)生了很重要的影響，它不僅提高了流化床反應(yīng)器的時空收率并且增加了氣相法工藝對各種類型催化劑和共聚單體的適應(yīng)能力，從而提高生產(chǎn)的柔性。與此同時，冷凝工藝還能夠顯著的降低氣相流化床工藝的靜電效應(yīng)，從而提高操作的穩(wěn)定性。

二、氣相法聚乙烯超冷凝工藝

1.Univation超冷凝技術(shù)

Univation（UCC）冷凝態(tài)工藝中要求的冷凝液量比較低，主要是因?yàn)槿绻淠哼^多就會影響流化質(zhì)量，并且導(dǎo)致導(dǎo)流器堵塞。為了解決冷凝液含量限制的問題，美國的Exxon公司在傳統(tǒng)的UCC冷凝工藝基礎(chǔ)上開發(fā)了超冷凝技術(shù)（SCM）。通過在循環(huán)氣抓奶哥加入高濃度的惰性冷凝介質(zhì)，提高冷凝液的含量，其含量能夠達(dá)到15%-50%，生產(chǎn)能力能夠提高2.5倍以上。在流化床帶液操作的過程中，一定要保證冷凝使流化床的穩(wěn)定性，利用分布板的氣體射流將液固相互作用過程中形成的顆粒團(tuán)聚進(jìn)行破裂，并且保證進(jìn)入床層的冷凝液量小于分布板區(qū)的液體蒸發(fā)能力。另外，如果冷凝液量過低，床內(nèi)的熱量會使泠凝液全部蒸發(fā)，如果冷凝液量較高，就會使床層蒸發(fā)能力不足，從而導(dǎo)致局部淤積，顆粒結(jié)塊以及流化質(zhì)量惡化等現(xiàn)象。因此，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)踐與研究指出，流化密度和樹脂沉積密度之比不小于0.59是流化床穩(wěn)定操作的關(guān)鍵，該操作能夠?qū)⒘骰卜磻?yīng)器的時空收率提高3倍以上，使循環(huán)氣中冷凝液含量最高達(dá)到百分之五十。之后，隨著UCC公司與Exxon公司共同成立Univatin合資公司之后，將冷凝與超冷凝工藝進(jìn)行完美的結(jié)合，并且融合茂金屬催化劑技術(shù)專利，從而打造了Univation技術(shù)。

2.BP超冷凝技術(shù)

BP超冷凝技術(shù)是BP公司研發(fā)的氣相法聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)，與UCC和Exxon超冷凝技術(shù)存在許多的差異。BP超冷凝技術(shù)主要是利用氣液分離的方法和設(shè)備將循環(huán)氣中的冷凝液分離和富集，之后冷凝液從分布板的上面或者出料口之上直接噴入到流化床反應(yīng)器當(dāng)中。BP超冷凝技術(shù)存在很多的有點(diǎn)。首先，它將從循環(huán)流股中分離出來的液相流股單獨(dú)的引入到流化床當(dāng)中，不僅在一定程度上提高了進(jìn)入流化床反應(yīng)器的冷凝液的含量，同時還顯著的提高了時空效率，并且利用精確的測量手段能夠有效的控制進(jìn)入流化床的液體量。可見，BP超冷凝技術(shù)能夠加強(qiáng)對冷卻過程的控制和冷凝液進(jìn)入流化床的調(diào)節(jié)。其次，BP超冷凝工藝中，液相不需要懸浮在氣流當(dāng)中通過氣流引入到流化床反應(yīng)器當(dāng)中，因此就擴(kuò)大了冷凝液進(jìn)入流化床的量的控制范圍，也就能夠通過改進(jìn)對共聚單體或者惰性組分的添加速率控制和調(diào)節(jié)樹脂產(chǎn)品的密度和反應(yīng)器的時空產(chǎn)率。再次，在BP超冷凝工藝中，被分離的液體進(jìn)入反應(yīng)器之前會利用適當(dāng)?shù)睦鋮s手段進(jìn)行冷卻，這樣就比單純依靠液體蒸發(fā)轉(zhuǎn)移熱量效果更好，也可以使樹脂的產(chǎn)率得到很大的提高，同時還能夠減緩存于液體中的催化劑或者預(yù)聚物在進(jìn)入反應(yīng)器之前的聚合趨勢。最后，BP超冷凝工藝中通過噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液體噴入流化床反應(yīng)器的位置和方式的調(diào)節(jié)，能夠保證冷凝液在床層中獲得更好的滲透度和分散度，從而提高聚乙烯的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)束語

目前，我國主要的聚乙烯生產(chǎn)工藝就是氣相法聚乙烯流化床工藝，但是由于各種技術(shù)限制，如果想要實(shí)現(xiàn)超冷凝工藝，還需要進(jìn)行許多必要的技術(shù)改造。在今后的開發(fā)與研究過程中，將超冷凝技術(shù)與新型高效催化劑技術(shù)相結(jié)合是非常重要的發(fā)展方向，勢必會極大的推動聚乙烯工業(yè)和新一代單活性中心催化劑的發(fā)展，為聚乙烯生產(chǎn)企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]陽永榮,陳紀(jì)忠,陳偉,戎順熙,呂德偉.氣相法聚乙稀流化床反應(yīng)器冷凝模式操作工藝.石油化工動態(tài),1997,5(2):29-37.

[2]宮向英,姜再豐,柯曾鵬,張子成.氣相流化床工藝?yán)淠龖B(tài)操作冷劑濃度的控制.合成樹脂及塑料,2007,24(6);45-47.