J-0010二元乙丙橡膠聚合單元生產控制與優化

孟憲坤， 趙 陽，郎 強，楊 磊

(中國石油吉林石化公司 有機合成廠，吉林 吉林 132022)

吉林石化公司乙丙橡膠A裝置系引進日本三井化學株式會社乙丙橡膠合成技術，在釩-鋁催化劑體系作用下，采用溶液聚合工藝合成乙丙橡膠，裝置連續穩定運行18年，產品質量穩定。J-0010牌號乙丙橡膠是吉林石化公司在不斷消化引進設備的基礎上，自主開發的二元乙丙共聚物，其門尼黏度低(8～13)、相對分子質量分布窄，具有良好的黏溫性、增稠能力及剪切穩定性，廣泛用于中高檔潤滑油的調制，填補了國內空白[1-2]。

1 工藝簡介

乙丙橡膠裝置聚合單元流程圖見圖1。乙烯、丙烯連續進料，在催化劑作用下于聚合釜溶液中發生聚合反應，氫氣間斷進料進行相對分子質量調節。

圖1 聚合單元工藝流程圖

2 運行中存在問題及原因分析

乙丙橡膠的合成主要通過控制催化劑進料、氫氣進料量、單體進料比來控制產品的門尼黏度、乙烯含量在合理范圍，催化劑控制活性中心的數量，通過控制氫氣與乙烯的庫存比例(H/E)控制聚合活性單體數量總數，從而控制整個聚合鏈的長度，因此催化劑和氫氣的加入量對乙丙橡膠的門尼黏度控制有著十分重要的意義[3-5]。

J-0010二元乙丙橡膠由于其門尼黏度低，因此需要有穩定的催化劑進料和較高的氫氣保有量(約40 m3)。裝置生產過程中發現產品指標偏差較大，通過對工藝參數的技術論證分析，認為問題主要出在催化劑系統和氫氣系統。

2.1 催化劑進料偏差較大

冬季生產過程中，晝夜溫差較大時容易造成聚合系統波動，產品門尼黏度變化較大。通過對產品控制參數的分析，發現催化劑實際進料量與流量表指示數值存在偏差，且在凌晨氣溫越低時偏差越大。

經過對流量計校驗分析，認為在東北地區冬季溫度極低情況下，催化劑密度發生較大變化，流量表內溫度補償器失靈或滯后，造成流量表讀數較實際進料量偏差較大，從而影響聚合系統物料平衡，造成產品門尼黏度變化較大，甚至影響產品內部結構。

2.2 氫氣進料不穩

根據聚合工藝流程，系統氣相組成中H/E自動控制，氫氣作為相對分子質量調節劑間斷加入。然而，在實際生產中，加入氫氣時經常出現氫氣進料、排放過量的情況，而在夏季高溫天氣時，裝置的氫氣管線經常出現進料量偏少的情況，氫氣進料穩定性不夠，影響了聚合系統物料、能量平衡，造成產品門尼黏度發生波動。

經過對聚合系統及氫氣進料系統控制參數分析測算，發現氫氣系統存在三方面問題。

(1) 進料壓力不受控。裝置使用的氫氣為大乙烯提供，壓力為(2 700～3 000)kPa，界區內進料管線顯示2 100 kPa為壓力表滿量程指示，無法進行界區內壓力調節，由于進料壓力偏大，氫氣進料速率一般較大，容易出現氫氣加入過量，導致產品門尼黏度偏低；

(2) 色譜指示延遲。氫氣根據H/E設定值自動進料、放料，而色譜讀數周期大約有5 min的延遲，這樣經常造成氫氣加入或排放量過大，造成產品門尼黏度變化；

(3) 高溫天氣氣體物性變化。夏季白天環境氣溫回升，晝夜溫差較大，管內氣體膨脹，氫氣密度變小，而氫氣流量計為體積流量計，根據理想氣體方程：PV=nRT，在管網壓力一定情況下，溫度升高，同樣進料體積的氣體物質的量下降，造成氫氣實際進料量偏小，對于氫氣需求量較大的低門尼黏度J-0010二元乙丙橡膠，不能滿足原有工藝控制需求。

3 采取措施

3.1 催化劑系統

(1) 更換催化劑流量計溫度補償元件，同時增設保溫箱，保證流量計系統溫度相對穩定，避免極寒天氣的不利影響；

(2) 優化催化劑送料工藝流程，現場增設玻璃柱流量計，定期進行人工校對，與流量表讀數進行比較，及時校正流量計讀數不準造成的進料偏差，確保催化劑進料穩定。

3.2 氫氣系統

(1) 改造氫氣進料系統，在界區內管線增設壓力調節閥(見圖2)，通過控制壓力調節閥開度，控制氫氣進料管線壓力穩定可控，保證氫氣加料速率處于合理區間，避免進料壓力過大導致氫氣進料過量；

a 改造前

b 改造后圖2 單體進料簡要流程

(2) 優化氫氣進料控制工藝，設定流量控制閥門開度限制，防止氫氣進料速率過快，優化氫氣進料控制程序，設定每次進料、排放時間限制，在進行H/E調整時嚴格控制氫氣進料、排放時間，間歇性加入氫氣，避免由于色譜讀數延遲導致氫氣進料、排放過量；

(3) 優化工藝控制參數，根據生產季節及牌號特點嚴格測算溫度變化對氫氣進料物質的量的影響，優化H/E控制參數，適當調整進料管線壓力閥門，保持氫氣系統進料穩定。

4 改造后運行效果

為檢驗以上隱患問題改造后裝置的運行效果，進一步指導生產，對2015年(改造前)、2016年(改造后)同期J-0010二元乙丙橡膠產品中控數據進行統計分析，并各隨機選取20組樣品進行溶油應用實驗，結果見表1。

表1 J-0010樣品對比分析數據

由表1可知，2016年產品門尼黏度、乙烯含量正常指標及細化指標的合格率均有不同程度提高，特別是細化指標合格率從約85%提高至95%以上。產品的溶油時間范圍從4～9 h縮短至4～6 h，產品均一性更好，說明改造后裝置對低門尼黏度二元乙丙橡膠的生產控制能力進一步提高，產品質量穩定性明顯改觀，優化指標(門尼黏度8～10)合格率提高約10%。

5 結 論

通過催化劑系統改造和氫氣進料控制工藝優化，消除了裝置的隱患問題，提高了超低門尼黏度J-0010牌號二元乙丙橡膠的生產控制能力，提高了產品質量穩定性，具有巨大的經濟及社會效益。

參 考 文 獻：

[1] 肖巖,潘國華,邵彥萍,等.用于潤滑油改性劑的乙丙共聚物J-0010的研究[J].彈性體,2012,22(4):72-76.

[2] 蔡小平,鄒向陽,張紅江,等.用于潤滑油改性的乙丙共聚物的合成[J].彈性體,2000,10(3):1-4.

[3] 姜曉明.乙丙共聚物黏度指數改進劑的研制[D].北京：北京化工大學,2000,3:8-10.

[4] 盧全.乙丙共聚物潤滑油黏度指數改進劑的研制[D].蘭州：西北師范大學,2010,5:15-18.

[5] 張紅江.低分子量乙丙共聚物催化劑及聚合技術研究[D].北京：北京化工大學,2001,11:37-39.