UNIPOL PE氣相流化床工藝冷凝態操作簡析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古 014010）

UNIPOL PE氣相流化床工藝冷凝態操作簡析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古 014010）

神華包頭煤化工聚乙烯裝置結合實際生產過程中的操作經驗，闡述了冷凝態操作特點，并從冷劑異戊烷濃度對露點、反應系統穩定性、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；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，于2010年8月投入生產，年生產能力為30萬噸。具有以下特點：(1)工藝簡單。反應在較低溫度、壓力下進行，工藝流程較短，易于控制。(2)產品靈活。根據市場的需要，較易調節產品質量和產量。現階段聚乙烯裝置主要生產兩種牌號，分別是：DFDA-8007和DMDA-7042。(3)操作方便。流化床反應系統是uNIPOL聚乙烯工藝的核心，反應系統操作彈性大，產品均勻，操作和控制簡便。

美國univation公司uNIPOL氣相流化床工藝，是聚乙烯領域應用較為廣泛的氣相法聚乙烯技術，通過采用冷凝態操作技術使生產能力得到很大的提高，并且運行周期長，運行更加穩定。

1.冷凝態操作技術的介紹

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

2.冷凝劑的濃度對反應系統的影響

(1)露點溫度。循環氣露點溫度是判斷反應操作狀態是否在冷凝模式下運行的直接依據，同時也是控制著反應器操作的重要參數，影響設備的安全性能。通過改變冷凝劑的濃度，來控制循環氣的露點溫度，使得系統氣體的綜合露點溫度控制在反應器的入口及反應溫度之間。由于整個過程是吸熱反應，反應器內的溫度逐漸降低，氣體量增大。露點溫度的存在為整個反應過程提供熱量傳遞動力，經過實踐和大量的研究分析可知，露點溫度要高于進口溫度，低于反應溫度，才能確保反應的進行，露點應小于反應溫度至少5-6℃，高于反應器入口的循環氣溫度3℃以上。若整個系統內的反應在冷凝態操作模式下，冷劑以分散的濕霧的狀態隨著循環氣在進入到系統反應，聚合反應放熱，冷凝劑進入到反應器中，接觸面積大，能夠很快的吸收反應熱成為氣體，使反應器進口溫度降低。反應器內混合氣體的露點是冷凝劑發生相變的臨界溫度，當聚合反應放熱，反應器內溫度升高，循環氣被加熱，超過自身的露點，液態的冷凝劑吸收熱量，發生汽化反應，反應器內的生成熱被轉化為氣體的潛熱被帶走。(2)冷凝劑濃度對系統反應穩定性的影響。冷凝劑濃度的高低對反應壓力影響較大。當異戊烷濃度較高時，調溫水系統的水閥動作幅度變化較大，冷凝量也隨之變化較大，使反應系統壓力也會隨之變化。調溫水量的變化改變了換熱器出口循環氣組分氣液相組分的含量。氣態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，引起了反應器內壓力的變化，冷凝劑異戊烷的濃度越高，生成的異戊烷氣體體積越大，反應器內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，系統內壓力變化就越大，對系統的穩定性很不利。(3)冷劑異戊烷濃度對催化劑活性的影響。反應系統是一個相對穩定的系統，催化劑活性值是一個變化值。隨著冷劑濃度升高，反應狀態進入冷凝態后，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時下降，反應器內溫度分布梯度較大，降低了催化劑的引發速度。在高負荷生產條件下，反應器內的催化劑參與反應的時間會大大縮短，部分未反應完全的催化劑在反應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。反應器入口溫度在與循環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確的判斷反應狀態是否進入了冷凝態。干法模式操作時反應負荷達到26～30t/h，就會有靜電波動，反應進入濕法操作模式后，靜電變化會明顯變小，說明冷凝態操作有減弱靜電的作用。在實際生產中，帶有雜質的物料進入反應系統，也會引發大的靜電波動，這樣的靜電造成的危害更大，靜電作用將導致帶有催化劑的細小樹脂粉末被吸附在反應器壁上繼續反應，會造成反應器結片或結塊，嚴重時反應將終止，需要引起重視。

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

3.冷凝態模式操作注意事項

(1)避免黏料產生。冷凝劑加入過多，會造成樹脂黏度增加，影響反應系統流化狀態，容易造成反應器內粉料結塊。根據實際生產情況及不同產品牌號，冷凝態下異戊烷濃度通常控制在6%～10%。如果出現樹脂發粘情況，應該及時做出調整。可以通過適當降低反應溫度，降低乙烯分壓，降低冷劑用量等措施，解決黏料問題。(2)減少進出冷凝態頻次。在實際生產中，要盡量避免頻繁進出冷凝態。因為在進入或退出冷凝態時，反應系統要經過“泥漿狀態”，會造成反應器分布板堵塞，影響反應器流化，從而引起反應器結塊，不利于長周期運行。(3)盡量縮短進出冷凝態過程時間。在進出冷凝態的過程中，會經歷“泥漿”狀態，若停留時間過長，將會引起分布板堵塞。在實際生產中，通過配合調整反應器溫度，循環氣氣速以及冷劑濃度等措施，盡量縮短進出時間，減輕反應器分布板的堵塞程度。

4.總結

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

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

[2]趙明昌．大慶LLDPE裝置冷凝態技術的應用開發[D]．大慶石油學院,2005,17．

(責任編輯：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"> 文獻標識碼：A

A

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