淤漿法高密度聚乙烯裝置異丁烷的降耗分析與對策

劉 升，王景方，秦尚靜，劉 健

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

淤漿法高密度聚乙烯裝置異丁烷的降耗分析與對策

劉 升，王景方，秦尚靜，劉 健

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

針對300 kt/a高密度聚乙烯裝置上異丁烷消耗一直較高的狀況，通過對裝置溶劑回收系統的分析，探討了影響異丁烷消耗的因素。運行結果表明，降低異丁烷消耗的方法主要有：降低冷凍壓縮機入口壓力至120 kPa、提高低壓溶劑回收系統壓力、降低低壓脫氣倉使用的氮氣量、提高溶劑回流罐的壓力、優化調整脫重塔控制模式及參數。通過操作優化和技術攻關，該裝置的異丁烷消耗已由最初的334.6 kg/h降至230～240 kg/h，低于設計值（277 kg/h）。

高密度聚乙烯；異丁烷；降耗；稀釋劑；溶劑回收

陜西延長中煤榆林能源化工有限公司300 kt/ a高密度聚乙烯（HDPE）裝置采用的是INEOS公司Innovene S 淤漿環管工藝。該工藝以乙烯為主要原料，1-己烯/1-丁烯為共聚單體，異丁烷為反應稀釋劑及溶劑，利用兩臺環管反應器生產密度為936～963 kg/m3的高密度雙峰/單峰聚乙烯產品。采用的催化劑包括鈦系與鉻系兩種，產品覆蓋注塑、吹塑、薄膜、管材、單絲及電纜等應用范圍［1］。但裝置使用初期，存在異丁烷消耗居高不下的狀況。

本工作針對淤漿法HDPE裝置上異丁烷消耗一直較高的狀況，通過對溶劑回收系統的分析，探討了影響異丁烷消耗的因素，并提出了相應的降耗措施。

1 工藝簡介

Innovene S 淤漿環管工藝［2］HDPE裝置的工藝流程見圖1。從圖1可看出，該工藝使用異丁烷為稀釋劑和溶劑［3］，原料乙烯和共聚單體（1-己烯或1-丁烯）與催化劑在稀釋劑異丁烷中進行聚合得到聚乙烯，當使用Ziegler-Natta催化劑時用氫氣調節熔體流動指數，聚乙烯顆粒產品以漿料形式存在于異丁烷中。漿料從反應器［4］出來后經淤漿提濃、淤漿加熱器（E3001）加熱、高壓閃蒸器（V4001）和低壓脫氣倉（V4003）閃蒸，實現聚乙烯粉料和稀釋劑的分離，粉料通過閉合氮氣回路輸送到后系統。粉料在后系統中與添加劑混合，然后經熔融、造粒，得到合格優質的聚乙烯顆粒［5］。

圖1 HDPE裝置的工藝流程Fig.1 Process fow diagram of high density polyethylene(HDPE) installation.TEAL：triethyl aluminum；HPSR：high pressure solvent recovery；LPSR：low pressure solvent recovery.

2 溶劑回收

從V4001分離出的溶劑氣體被簡單冷凝后，95%以上的循環稀釋劑在高壓溶劑回收（HPSR）系統中被回收并循環返回反應器，剩余溶劑由低壓溶劑回收（LPSR）系統回收并循環使用［6］。

從V4003頂部排出的氣體經羅茨風機（A5002）加壓（約0.21 MPa），再進入丙烯制冷成套設備冷凍機組（A5001），在低溫下（約-35 ℃）通過丙烯進行冷凝。冷凝后的氣體進入氣液分離器（V5005）中，將氮氣和其他輕質氣體與液態溶劑（異丁烷）進行分離［7］。液體溶劑由泵送回反應器循環使用。為了更好地進行冷量優化，該冷態液體流過錯流換熱器，在氣體進入制冷成套設備之前對混合氣體進行預冷卻。不凝氣的一部分用作V4003中部的反吹氣，多余氣體排放到火炬［8］。

溶劑回收系統排放氣經預冷直接進入冷凍系統進行溶劑冷凝回收。LPSR系統的回收流程［9］見圖2。

從圖2可看出，進入冷凍系統進行溶劑回收和未反應的原料物流包括溶劑回流罐（V5001）頂部氣、脫重塔（C5004）頂部氣、脫輕塔（C5002）頂部排放氣等。其中，V5001為HPSR系統溶劑洗滌塔的塔頂回流罐，C5004主要用于脫除系統中的重惰性組分，C5002脫除溶劑中的輕組分并為催化劑配制提供純凈的異丁烷。

圖2 LPSR系統的回收流程Fig.2 Process fow diagram of LPSR system.V5001：refux tank；A5001：refrigerating unit；A5002：Roots blower.

3 影響異丁烷消耗的因素及降耗措施

異丁烷作為稀釋劑和溶劑并不參與反應，溶劑進行循環時，若回收系統的回收能力和回收效率較低，則異丁烷不能完全回收，因此提高異丁烷的回收效率是降低異丁烷消耗的關鍵［10］。影響異丁烷消耗的因素主要有以下幾點。

3.1 冷凝溫度的影響

LPSR系統主要通過深冷冷凝的方式回收異丁烷，深冷冷凝溫度直接決定了異丁烷的回收率，降低冷凝溫度是降低異丁烷消耗最直接有效的方式，即優化A5001的操作和參數，其中，最主要的控制參數是A5001壓縮機的入口壓力。壓縮機入口壓力對冷凝溫度的影響見表1。由表1可看出，隨入口壓力的降低，冷凝溫度下降。這是因為，在較低壓力下，冷凍機制冷劑的飽和溫度也較低，產生的冷量將增加，在其他因素不變的情況下可降低冷凝溫度。而在其他參數不變的狀態下，降低冷凝溫度可減少不凝氣中異丁烷的含量，從而減少異丁烷排放量，達到降低異丁烷消耗的目的。由于冷凍機組設計安裝后，設計操作范圍也基本固定，壓縮機入口壓力有一定的操作范圍，因此不能持續降低壓縮機入口壓力來降低冷凝溫度，壓縮機入口壓力最多降至120 kPa。

表1 壓縮機入口壓力對冷凝溫度的影響Table 1 Efect of the intake pressure of compressor on the condensing temperature

3.2 壓力的影響

LPSR系統主要通過深冷冷凝異丁烷，但增壓也可起一定作用。通過羅茨風機把低壓脫氣倉頂部氣體從0.035 MPa加壓至0.21 MPa，使LPSR系統壓力控制在0.21 MPa左右。提高LPSR系統壓力可降低不凝氣中異丁烷的含量，LPSR系統壓力對不凝氣排放量的影響見圖3。

由圖3可看出，隨壓力的升高，排放量降低。LPSR系統排放主要由氮氣、異丁烷、乙烯和乙烷等組成。排放氣降低意味著異丁烷排放量減少。LPSR系統是一個加壓深冷的過程，增大壓力，在溫度不變的情況下排放氣中異丁烷的含量降低，冷凝異丁烷量增加，排放氣量降低。隨壓力的提高，冷凝的異丁烷液體中乙烯含量將增加，乙烯排放量將會有一定降低，也有利于降低乙烯單耗。但受A5002的影響，LPSR系統壓力的提高幅度有限，因此降低異丁烷消耗的能力有限。

圖3 LPSR系統壓力對不凝氣排放量的影響Fig.3 Efect of the LPSR system pressure on the noncondensable gas emission.

3.3 LPSR系統中氮氣含量的影響

由于低壓脫氣倉V4003底部利用氮氣對粉料中的烴類進行脫除，因此LPSR系統的氣體中含較多氮氣，而氮氣在冷凍過程中不能冷凝，消耗大量冷量，故氮氣含量越高，冷凝溫度越高，異丁烷排放量也越大。為降低異丁烷消耗，可適度降低V4003使用的氮氣量。

3.4 HPSR系統中溶劑回流罐壓力的影響

HPSR系統中V5001回流罐頂排放氣通過LPSR系統回收異丁烷，排放氣主要由氫氣、乙烯、乙烷和異丁烷等組成。V5001的壓力對LPSR系統排放量的影響見圖4。

圖4 V5001的壓力對LPSR系統排放量的影響Fig.4 Relationship between the pressure of V5001 and the LPSR emission.

從圖4可看出，提高V5001的壓力可降低排放量，同時可降低HPSR系統流向LPSR系統不凝氣的含量。這主要是因為，隨V5001壓力的升高，C2排放量降低，從而使進入LPSR系統中的C2量減少，排放量降低，異丁烷消耗也隨之降低。其次，適當提高V5001的壓力，可提高循環異丁烷中的乙烯含量，降低乙烯排放進入LPSR系統的量，從而降低乙烯的消耗量。V5001的壓力調整范圍為0.6～1.0 MPa。

3.5 脫重塔的優化

脫重塔（C5004）是填料塔，主要是用于脫除系統中的重組分（主要是己烷）；重組分來源主要有兩方面：一是共聚單體1-己烯與氫氣反應的生成物；二是Ziegler-Natta催化劑使用的己烷溶劑。該塔頂部排放氣通過LPSR系統回收異丁烷，底部重組分排火炬。C5004的運行效果直接決定了底部排放的火炬量：工藝優化之前，C5004采用間歇操作，通過手動控制底部排放閥進行操作，因此異丁烷排放較多，消耗較大。運行優化后，C5004改為連續運行，通過雙控制器自動控制底部排放。優化前后C5004的排放對比見表2。從表2可看出，C5004底部排放主要是重組分，在0.4 MPa、90 ℃的條件下，重組分含量約為83%（w）；當提高溫度并降低壓力后，底部排放中異丁烷含量（w）為6.16%～11.35%，重組分含量（w）為88%～93%。按C5004底部最小排放量27 kg/h計算，優化后每月減少異丁烷排放大約1 600 kg。調整后C5004系統自動控制，溫度波動更小，運行平穩。由于減少了人為開關閥門的排放，實際減少的排放量將比上述計算值更多。尤其對于密度較低的鈦系產品，由于1-己烯濃度較高，己烷化增加，C5004底部排放量增加，降低的異丁烷消耗量將遠高于計算值（1 600 kg/月）。

表2 優化前后C5004的排放對比Table 2 Comparison of the C5004 emissions before and after the optimization

4 優化前后異丁烷消耗的對比

優化前后異丁烷的平均消耗量見圖5。從圖5可看出，通過操作優化和技術攻關，異丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，2015年9月和10月異丁烷消耗基本穩定在230～240 kg/h，低于設計值（277 kg/h），說明優化改進取得了較好的成效。

圖5 優化前后異丁烷的平均消耗量Fig.5 Average consumption of isobutane before and after the optimization.

5 結論

1）降低異丁烷消耗的方法主要有：降低冷凍壓縮機入口壓力至120 kPa、提高LPSR系統壓力、降低V4003使用的氮氣量、提高V5001壓力、優化調整C5004控制模式及參數，即將C5004改為連續運行，通過雙控制器自動控制底部排放。

2）通過操作優化和技術攻關，該裝置的異丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，低于設計值（277 kg/h）。

［1］Cornelia V. 聚烯烴手冊［M］. 2版. 北京：中國石化出版社，2005：1 - 19．

［2］師洪俊，毛炳權，范繼寬，等. 合成樹脂及塑料技術全書［M］. 北京：中國石化出版社，2006：40 - 74．

［3］陳順利，王健，劉志軍，等. Hostalen高密度聚乙烯聚合工藝粘壁物結構剖析及原因分析［J］. 石油化工，2009，38（10）：1111 - 1115．

［4］方建國，徐鳳梅. 天津HDPE反應區設備布置優化研究［J］.石油化工技術與經濟，2010，26（5）：5 - 9．

［5］李兵. 高密度聚乙烯技術進展［J］. 當代化工，2006，35（5）：322 - 326．

［6］崔春霞. 高密度聚乙烯裝置低壓溶劑回收系統分析［J］. 廣州化工，2012，40（20）：120 - 122.

［7］單薇. Aspen Plus模擬軟件在淤漿法聚乙烯裝置異丁烷溶劑回收系統中的應用［J］. 精細石油化工進展，2013，14（5）：54 - 57．

［8］王常鴻. 高壓羅茨風機在尾氣回收系統中的應用［J］. 化工設備與管道，2011，48（6）：38 - 40.

［9］Bulkatov A N. Comparative analysis of various polyethylene production technologies［J］. Chem Petro Eng，2008，44（7/8）：429 - 432.

［10］劉文鵬，胡遠濤，李艷微，等. 氣相流化床工藝異戊烷降耗淺談［C］//全國聚乙烯生產技術交流會論文集. 廈門：全國聚烯烴樹脂行業組織秘書處，2014：224 - 227．

（編輯 鄧曉音）

德國Belectric OPV公司開發出新型半透明有機薄膜太陽能電池

日經テクノロジ-online（日），2015 - 12 - 21

德國Belectric OPV公司開發出新型半透明有機薄膜太陽能電池，其轉換率達到5%（50 W/m2）以上，目前在半透明型太陽能電池產品中屬轉換率高的。該公司計劃將該太陽能電池的模塊作為建材一體成型（BIPV）的產品來供貨。

這次開始量產的太陽能電池模塊顏色為灰色，應用在一種半透明有機薄膜太陽能電池上。構成模塊的材料與德國Merck公司的有機薄膜太陽能電池用的材料品牌一致，是一種新型材料，商品名為“Lisicon”。公司設想新產品的用途將作為大廈外墻上的發電材料使用。歐盟要求今后建筑物到2021年全部實施近零能建筑“NZEB”，也就是使實際能耗接近零。這次開發的太陽能電池就能滿足這種用途的要求。

Evonik公司推出用于復合材料零部件高效生產的Vestanat 聚丙烯

Rubb World，2015 - 11 - 31

Evonik公司推出用于復合材料零部件高效生產的Vestanat 聚丙烯（PP）。由于復合材料的生產工藝是復雜和成本密集的，迄今為止還不可能利用這些玻璃纖維的全部潛能。在VESTANAT PP方面，Evonik公司目前已經開發出一種簡化流程管理且還節省材料和成本的技術。

Evonik公司戰略創新的焦點將在復合材料、膜和醫療技術等方面。一種常用的輕型結構復合材料的生產工藝是樹脂傳遞模塑，但這只允許間歇，而不是連續的零部件生產。采用預浸料坯生產是連續的。預浸料坯是使用樹脂和交聯劑預浸過的玻璃纖維。普通預浸料坯只可以在-20 ℃下存儲并且很黏。

這種配方確保預浸料坯不再是黏的，以及對材料的交聯過程產生影響。通過使用VESTANAT PP，交聯特別快。該新技術的其他優點包括基質體系的極好的力學性能；這允許產生如同使用其他體系相同的零部件屬性，但使用更少量的材料。通過這種方式，使用VESTANAT PP可以大大簡化從玻璃纖維或碳纖維到成品零部件的生產工藝。還可以降低成本，且最終導致更有效的潛在的玻璃纖維的工業利用。

通過等離子功能化和聚合制負載抗生素的聚丙烯治療用網狀物

Biomaterials，December 2015

疝氣修補術是在普通外科中最常見的手術之一，及其相關并發癥通常與感染等有關。在腹部疝氣修補術位置附近提供抗生素加載的治療用網狀物可能是控制與外科手術植入物相關的感染的一種方法。然而， 裝載的藥物數量受聚丙烯（PP）的低潤濕性限制。研究人員使用等離子體來定制PP網狀物的表面性質，獲得高負荷的氨芐青霉素，而保護所需未改性的試樣的生物屬性和賦予其抗菌活性。證明了新的表面化學性質和改善的潤濕性導致3倍的抗生素加載。隨后，似聚乙二醇（PEG）干燥涂層與低壓等離子體沉積于四乙醇二甲醚上，允許維持高的藥物加載量和保存細胞特性（如趨藥性、附著力和形態學）。在這項研究中，2種不同的等離子體工藝（等離子體功能化和等離子體聚合）用于一種新途徑，設計用于預防和疝氣修補術感染的局部療法的PP網狀物。

日本Kaneka公司開發出發泡聚苯乙烯板材新牌號

石油化學新報（日），2015（4970）：7

日本Kaneka公司開發出擠出發泡聚苯乙烯板材新牌號“Kanelite泡沫FX”產品，并在2016年開始上市銷售。

“Kanelite泡沫FX”產品是在“Kanelite泡沫超級EX”產品的基礎上，利用輻射傳熱控制技術，把高濃度的高隔熱性發泡劑分散到材料上制備而成，其熱傳導率達到0.22 W/（m·K），是一種高性能隔熱材料，隔熱性能相當于最高等級的F級。比公司以往牌號“Kanelite泡沫超級E-Ⅲ”產品的隔熱性能提高了20%，比“Kanelite泡沫超級EX”產品的隔熱性能提高了10%。同時除了與以往的牌號具有20 N/cm2相同優良的壓縮特性外，還實現了非鹵發泡劑和污染物排零放的安全性和環保性。

公司預計新產品將從2016年開始上市銷售，產品將在其鹿島工廠和大阪工廠2個生產基地進行生產。由于材料的隔熱性能提高了，除了達到了住宅等建筑物節能的目標外，隔熱材料的厚度也可以降低20%，達到降低成本的目的。

Reduction of isobutane consumption of slurry high density polyethylene installation

Liu Sheng，Wang Jingfang，Qin Shangjing，Liu Jian
（Shaanxi Yanchang Coal Yulin Energy and Chemical Co. Ltd，Yulin Shaanxi 718500， China）

Aimed at high isobutane consumption in a 300 kt/a slurry high density polyethylene unit，the inf uence factors were investigated by the analysis of the solvent recovery system. The results showed that the methods were ef ective in reducing the isobutane consumption：reducing the entrance pressure of refrigeration compressors to 120 kPa，increasing the low pressure solvent recovery system pressure to decrease the nitrogen use level of low pressure degassing warehouse，increasing the solvent ref ux tank pressure，and optimizing and adjusting the de-heavies column control modes and parameters. Through the optimization， the isobutane consumption was reduced from 334.6 kg/h to 230-240 kg/h，which was lower than the design value(277 kg/h).

high density polyethylene；isobutane；reduction of consumption；diluent；solvent recovery

1000 - 8144（2016）04 - 0486 - 05

TQ 316

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.04.018

2015 - 11 - 04；［修改稿日期］2015 - 12 - 28。

劉升（1978—），男，陜西省榆林市人，大學，工程師，電話 15353383555，電郵 liu_sheng@ycynh.com。