UNIPOL PE氣相流化床工藝?yán)淠龖B(tài)操作簡析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 014010）

UNIPOL PE氣相流化床工藝?yán)淠龖B(tài)操作簡析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 014010）

神華包頭煤化工聚乙烯裝置結(jié)合實際生產(chǎn)過程中的操作經(jīng)驗，闡述了冷凝態(tài)操作特點，并從冷劑異戊烷濃度對露點、反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、催化劑活性及靜電控制等方面進行簡析，提出冷凝操作注意事項。

冷凝態(tài)；異戊烷濃度；露點

神華包頭煤化工聚乙烯裝置采用美國univation氣相流化床工藝技術(shù)，于2010年8月投入生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力為30萬噸。具有以下特點：(1)工藝簡單。反應(yīng)在較低溫度、壓力下進行，工藝流程較短，易于控制。(2)產(chǎn)品靈活。根據(jù)市場的需要，較易調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。現(xiàn)階段聚乙烯裝置主要生產(chǎn)兩種牌號，分別是：DFDA-8007和DMDA-7042。(3)操作方便。流化床反應(yīng)系統(tǒng)是uNIPOL聚乙烯工藝的核心，反應(yīng)系統(tǒng)操作彈性大，產(chǎn)品均勻，操作和控制簡便。

美國univation公司uNIPOL氣相流化床工藝，是聚乙烯領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的氣相法聚乙烯技術(shù)，通過采用冷凝態(tài)操作技術(shù)使生產(chǎn)能力得到很大的提高，并且運行周期長，運行更加穩(wěn)定。

1.冷凝態(tài)操作技術(shù)的介紹

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐以及研究發(fā)現(xiàn)，冷凝態(tài)操作可以看作是顯著增加循環(huán)氣焓差的方法。聚乙烯裝置反應(yīng)系統(tǒng)的冷凝劑采用的是異戊烷。通過向反應(yīng)系統(tǒng)中加入適當(dāng)濃度的異戊烷來調(diào)節(jié)循環(huán)氣的組分的含量，改變其露點溫度，使得循環(huán)氣組分中，露點低于混合氣溫度的氣體在進入反應(yīng)器前處于冷凝狀態(tài)，這部分液體進入反應(yīng)器后吸收反應(yīng)熱汽化，增加了該部分氣體的氣化潛熱。因而通過向反應(yīng)的循環(huán)氣系統(tǒng)注入一定量的飽和烴類冷凝劑，形成了特有的冷凝態(tài)操作模式，循環(huán)氣中不參加反應(yīng)的烴類物質(zhì)在流化床和冷卻器中不斷地進行汽化和冷凝反應(yīng)，增加了系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動和換熱，大大增加了撤走聚合反應(yīng)生成熱的能力。在不增大循環(huán)氣速及反應(yīng)器出入口溫差的前提下，通過冷凝態(tài)操作使反應(yīng)器的時空產(chǎn)率顯著提高，提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。

2.冷凝劑的濃度對反應(yīng)系統(tǒng)的影響

(1)露點溫度。循環(huán)氣露點溫度是判斷反應(yīng)操作狀態(tài)是否在冷凝模式下運行的直接依據(jù)，同時也是控制著反應(yīng)器操作的重要參數(shù)，影響設(shè)備的安全性能。通過改變冷凝劑的濃度，來控制循環(huán)氣的露點溫度，使得系統(tǒng)氣體的綜合露點溫度控制在反應(yīng)器的入口及反應(yīng)溫度之間。由于整個過程是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度逐漸降低，氣體量增大。露點溫度的存在為整個反應(yīng)過程提供熱量傳遞動力，經(jīng)過實踐和大量的研究分析可知，露點溫度要高于進口溫度，低于反應(yīng)溫度，才能確保反應(yīng)的進行，露點應(yīng)小于反應(yīng)溫度至少5-6℃，高于反應(yīng)器入口的循環(huán)氣溫度3℃以上。若整個系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)在冷凝態(tài)操作模式下，冷劑以分散的濕霧的狀態(tài)隨著循環(huán)氣在進入到系統(tǒng)反應(yīng)，聚合反應(yīng)放熱，冷凝劑進入到反應(yīng)器中，接觸面積大，能夠很快的吸收反應(yīng)熱成為氣體，使反應(yīng)器進口溫度降低。反應(yīng)器內(nèi)混合氣體的露點是冷凝劑發(fā)生相變的臨界溫度，當(dāng)聚合反應(yīng)放熱，反應(yīng)器內(nèi)溫度升高，循環(huán)氣被加熱，超過自身的露點，液態(tài)的冷凝劑吸收熱量，發(fā)生汽化反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)的生成熱被轉(zhuǎn)化為氣體的潛熱被帶走。(2)冷凝劑濃度對系統(tǒng)反應(yīng)穩(wěn)定性的影響。冷凝劑濃度的高低對反應(yīng)壓力影響較大。當(dāng)異戊烷濃度較高時，調(diào)溫水系統(tǒng)的水閥動作幅度變化較大，冷凝量也隨之變化較大，使反應(yīng)系統(tǒng)壓力也會隨之變化。調(diào)溫水量的變化改變了換熱器出口循環(huán)氣組分氣液相組分的含量。氣態(tài)的異戊烷與液體的異戊烷的體積相差很大，在進行吸熱放熱過程時，引起了反應(yīng)器內(nèi)壓力的變化，冷凝劑異戊烷的濃度越高，生成的異戊烷氣體體積越大，反應(yīng)器內(nèi)的壓力波動變化就越大。冷劑濃度越大對催化劑活性影響就越大，系統(tǒng)內(nèi)壓力變化就越大，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利。(3)冷劑異戊烷濃度對催化劑活性的影響。反應(yīng)系統(tǒng)是一個相對穩(wěn)定的系統(tǒng)，催化劑活性值是一個變化值。隨著冷劑濃度升高，反應(yīng)狀態(tài)進入冷凝態(tài)后，由于液體在分布板上的氣化使分布板上溫度較干法操作狀態(tài)時下降，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布梯度較大，降低了催化劑的引發(fā)速度。在高負荷生產(chǎn)條件下，反應(yīng)器內(nèi)的催化劑參與反應(yīng)的時間會大大縮短，部分未反應(yīng)完全的催化劑在反應(yīng)器出料時一起進入下游的脫氣倉，造成催化劑損失，降低了催化劑活性。(4)冷劑異戊烷濃度對靜電的影響。反應(yīng)器入口溫度在與循環(huán)氣露點溫度相接近時，靜電會有小幅波動，所以操作人員通過靜電的變化可以較準(zhǔn)確的判斷反應(yīng)狀態(tài)是否進入了冷凝態(tài)。干法模式操作時反應(yīng)負荷達到26～30t/h，就會有靜電波動，反應(yīng)進入濕法操作模式后，靜電變化會明顯變小，說明冷凝態(tài)操作有減弱靜電的作用。在實際生產(chǎn)中，帶有雜質(zhì)的物料進入反應(yīng)系統(tǒng)，也會引發(fā)大的靜電波動，這樣的靜電造成的危害更大，靜電作用將導(dǎo)致帶有催化劑的細小樹脂粉末被吸附在反應(yīng)器壁上繼續(xù)反應(yīng)，會造成反應(yīng)器結(jié)片或結(jié)塊，嚴(yán)重時反應(yīng)將終止，需要引起重視。

在uNIPOL氣相流化床聚乙烯工藝技術(shù)中，冷劑濃度是一個非常重要的操作指標(biāo)，冷劑濃度太低，反應(yīng)不能進行冷凝態(tài)操作；而冷劑濃度太高，又會造成循環(huán)氣質(zhì)量流量增大，加重循環(huán)氣壓縮機載荷，濃度過高甚至可能造成液體在流化床中不能完全被汽化，使得反應(yīng)器持液操作，造成反應(yīng)器分布板上方冷凝液不能完全汽化，致使樹脂黏料、結(jié)片和結(jié)塊。通過生產(chǎn)實踐得出，循環(huán)氣中冷劑的摩爾百分含量控制在5%-10%較合適。聚乙烯裝置在生產(chǎn)不同牌號情況時，冷凝劑的濃度也會做出相應(yīng)調(diào)整。冷凝態(tài)操作模式下，生產(chǎn)DMDA-8007時異戊烷濃度控制在9%～10．5%；而生產(chǎn)DFDA-7042時反應(yīng)系統(tǒng)中共聚單體丁烯一1也是可冷凝的重組分，因此生產(chǎn)這一牌號時異戊烷濃度僅為6%～8%。

3.冷凝態(tài)模式操作注意事項

(1)避免黏料產(chǎn)生。冷凝劑加入過多，會造成樹脂黏度增加，影響反應(yīng)系統(tǒng)流化狀態(tài)，容易造成反應(yīng)器內(nèi)粉料結(jié)塊。根據(jù)實際生產(chǎn)情況及不同產(chǎn)品牌號，冷凝態(tài)下異戊烷濃度通?？刂圃?%～10%。如果出現(xiàn)樹脂發(fā)粘情況，應(yīng)該及時做出調(diào)整?？梢酝ㄟ^適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，降低乙烯分壓，降低冷劑用量等措施，解決黏料問題。(2)減少進出冷凝態(tài)頻次。在實際生產(chǎn)中，要盡量避免頻繁進出冷凝態(tài)。因為在進入或退出冷凝態(tài)時，反應(yīng)系統(tǒng)要經(jīng)過“泥漿狀態(tài)”，會造成反應(yīng)器分布板堵塞，影響反應(yīng)器流化，從而引起反應(yīng)器結(jié)塊，不利于長周期運行。(3)盡量縮短進出冷凝態(tài)過程時間。在進出冷凝態(tài)的過程中，會經(jīng)歷“泥漿”狀態(tài)，若停留時間過長，將會引起分布板堵塞。在實際生產(chǎn)中，通過配合調(diào)整反應(yīng)器溫度，循環(huán)氣氣速以及冷劑濃度等措施，盡量縮短進出時間，減輕反應(yīng)器分布板的堵塞程度。

4.總結(jié)

本文通過對神華包頭煤化工聚乙烯裝置冷凝態(tài)操作的研究，冷凝劑的濃度對整個操作系統(tǒng)的影響?？刂浦h(huán)氣的露點溫度，反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及催化劑的活性。不僅如此對冷凝態(tài)操作技術(shù)進行了詳細的分析和介紹，對其生產(chǎn)過程中的各項控制指標(biāo)進行了簡單描述。表明在聚乙烯生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展進步的今天，冷凝態(tài)操作技術(shù)有其獨特的優(yōu)勢，對提高裝置的效率具有明顯的優(yōu)勢，同時冷凝態(tài)操作模式下，產(chǎn)生的靜電小，運行更平穩(wěn)，相較于傳統(tǒng)的干法操作，其優(yōu)勢更加明顯，前景應(yīng)用更廣闊。

[1]楊荊泉,陳偉,陽永榮等．氣相法聚乙烯冷凝態(tài)模式操作的模擬研究Ⅰ反應(yīng)器運行狀態(tài)的分析[J]．化工學(xué)報,2001,52(10):877-884．

[2]趙明昌．大慶LLDPE裝置冷凝態(tài)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)[D]．大慶石油學(xué)院,2005,17．

(責(zé)任編輯：李田田)

Analysis of Condensation Phase Operation for UNIPOL PE Gas Phase Fluidized Bed Technology Condensation Phase Operation

Wu Dong

（Shenhua Baotou Coal Chemical Industry Limited Liability Company, Inner Mongolia, 014010）

In this paper,through the combination of polyethylene unit of Shenhua Baotou coal chemical industry with the operation experience in practical production process, it has expounded the operation features of condensation phase, besides, has analyzed the infuence of cryogen isopentane concentration on dew point, reaction system stability, catalyst activity and static electricity control etc., fnally put forward the matters needing attention of the condensation phase.

condensation phase；isopentane concentration；dew point

T < class="emphasis_bold"> 文獻標(biāo)識碼：A

A

武東（1972～)，男，神華包頭煤化工有限責(zé)任公司；研究方向：聚乙烯冷凝態(tài)操作。