淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法

金益飛，胡 俊

(1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207；2.浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 310012)

淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法

金益飛1，胡 俊2

(1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207；2.浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 310012)

鎮(zhèn)海煉化45萬t/a聚乙烯樹脂裝置投用以來，生產(chǎn)高熔指牌號(M2320)聚乙烯樹脂時出現(xiàn)了擠壓機(jī)瓶頸、反應(yīng)器催化劑活性低下、產(chǎn)品出料系統(tǒng)(PDS)堵塞、脫氣單元過濾器堵塞等問題。該文提出了通過提高催化劑活性、優(yōu)化床料位、適當(dāng)降低熔指和提高密度等相應(yīng)的解決措施，保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，有利的提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

高熔指聚乙烯；生產(chǎn)；存在問題；解決方法

年產(chǎn)45萬噸聚乙烯樹脂生產(chǎn)線是中國石油化工集團(tuán)股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司乙烯配套項(xiàng)目主要裝置。該裝置引進(jìn)美國聯(lián)碳公司(UCC)低壓氣相法全密度聚乙烯工藝(Univation工藝)專利技術(shù)，該工藝以乙烯為原料、丁烯-1或己烯-1為共聚單體，氫氣為鏈轉(zhuǎn)移劑，采用美國聯(lián)碳公司(UCC)專利催化劑，在氣相流化床反應(yīng)器中反應(yīng)聚合，可以生產(chǎn)高、中、低密度的聚乙烯樹脂。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)牌號為M2320的高熔指聚乙烯樹脂，但是該生產(chǎn)線自開工以來出現(xiàn)了擠壓機(jī)瓶頸、反應(yīng)器催化劑活性低下、產(chǎn)品出料系統(tǒng)(PDS)堵塞與脫氣單元過濾器堵塞等問題。這將導(dǎo)致裝置負(fù)荷受限，嚴(yán)重影響公司乙烯平衡以及裝置長周期運(yùn)行。

1 主要存在的問題

(1)擠壓機(jī)負(fù)荷能力受限，其最高負(fù)荷為52 t/h。當(dāng)熔融指數(shù)為20 g/10min時，隨著擠壓機(jī)負(fù)荷的上升，擠壓機(jī)喂料斗Y6260出現(xiàn)堆積，負(fù)荷不能再上升，最高只達(dá)到52 t/h。

(2)反應(yīng)器催化劑活性低下，一般淤漿活性只有6000 kg/kg，該值低于正常淤漿活性(7000～8000 kg/kg)。催化劑活性低導(dǎo)致其消耗上升，從而成本增加。

(3)在切換牌號過程中由于床料位調(diào)節(jié)不及時會造成PDS堵塞。

(4)聚乙烯樹脂粉料 (DJL-2420)熔指高，粉料粘結(jié)指數(shù)偏高，其流動性能差，粉料旋轉(zhuǎn)加料器 (S6213)能力將受限。

(5)擠壓機(jī)停車后再次啟動困難，會存在切粒刀與盤面間卡粒現(xiàn)象，造成切出的粒子大小不均或粒料粘結(jié)，最終造成成品質(zhì)量不合格，影響優(yōu)等品率與合格品率。

(6)反應(yīng)器細(xì)粉含量高，造成反應(yīng)器直筒段片料多，下游粉料輸送系統(tǒng)會造成堵塞，尤其是粉料過濾器容易堵塞。

2 主要原因及解決方法

(1)粉料的流動性與粘結(jié)性成反比，樹脂的粘結(jié)性越高，粉料的流動性能越低。從公式(1)可以看出粉料的粘結(jié)性與密度成反比、與熔指成正比，即隨著熔指的升高、密度的降低粉料的粘結(jié)性將上升。

(1)

式中，T為溫度，℃；ρ為熔指密度，kg/m3；MI為熔融指數(shù)，g/10min。

如圖1所示，在聚乙烯低熔指粉料DJM-1820的篩分分布中可以看出對比，聚乙烯高熔指粉料DJL-2420的細(xì)粉含量明顯偏高，粉料流動時摩擦阻力上升會使其流動性下降。通過圖2可以看出樹脂的熔指和擠壓機(jī)負(fù)荷成一定的比例關(guān)系，當(dāng)熔融指數(shù)為30 g/10min時，擠壓機(jī)負(fù)荷只有40 t/h。所以生產(chǎn)聚乙烯高熔指粉料DJL-2420時熔指控制應(yīng)在19～20g/10min，保證擠壓機(jī)負(fù)荷在52 t/h以上。

圖1 DFDA7042與M2320各篩分尺寸分布圖

圖2 樹脂的熔指與擠壓機(jī)的負(fù)荷關(guān)系圖

(2)控制H2/C2摩爾百分比為48%。氫氣濃度上升近4倍后催化劑活性下降明顯，降低DC/THF、T3/THF還原比率從0.40/0.30降到0.30/0.30，同時提高反應(yīng)器乙烯分壓使反應(yīng)器催化劑活性在6700 kg/kg以上。

(3)聚乙烯低熔指粉料DJM-1820向聚乙烯高熔指粉料DJL-2420切換過程中樹脂特性發(fā)生較大變化，其中APS下流化床的最小流化線速也下降，如公式(2)所示：

(2)

式中，Umf為最小流化速度，m/s； s為固體密度，kg/m3； g為氣體密度kg/m3；g為重力加速度，N/kg；d為顆粒直徑，mm；μ為氣體速度，m/s。

床層的膨脹與氣體的速度近似成比例的，因此，對于給定的聚乙烯樹脂，流化堆積密度是隨著表觀氣速增大而減小的[2]。反應(yīng)器線速一般控制在0.73 m/s左右，所以DJL-2420的流化密度會下降。如果反應(yīng)器床重固定，則整個反應(yīng)器的床層高度將會上升，這將使得擴(kuò)大段的片料迅速下落造成PDS大小頭堵塞。反之，在DJL-2420向DJM-1820切換過程中會造成反應(yīng)器床料位下降，從而達(dá)不到對擴(kuò)大段良好沖刷，這會使得片料粘結(jié)變大，依靠自身重力下落后也會造成PDS大小頭堵塞。所以在切換牌號過程中要及時調(diào)整反應(yīng)器床重和料位設(shè)定，避免反應(yīng)器擴(kuò)大段結(jié)塊。

(4)擠壓機(jī)粉料輸送器S6213能力下降主要是熔指偏高造成的，粉料的粒徑分布越窄、平均球形度越高，其流動性越好[3]。因此可以通過將MI目標(biāo)值控制在19g/10min、密度目標(biāo)值控制在0.9250 g/cm3來延緩S6213能力下降，也可以通過對S6213內(nèi)部進(jìn)行清理來減緩S6213能力下降。

(5)由于DJL-2420的熔指為20g/10 min，熔點(diǎn)變低擠壓機(jī)剪切力也降低，因此在擠壓機(jī)開車階段要避免擠壓機(jī)低扭矩跳車，控制室要時刻注意擠壓機(jī)扭矩、S6213轉(zhuǎn)速與擠壓機(jī)節(jié)流閥開度的調(diào)整，保證在擠壓機(jī)低聯(lián)鎖值上方運(yùn)行。熔融樹脂的流動性較強(qiáng)，因此要將所有筒體溫度降至220℃以下確保在合水室時不會因樹脂流動性能過好造成切刀纏死。

圖3 生產(chǎn)DFDA-7047樹脂下C-5009壓力波動變化圖

(6)在生產(chǎn)DJL-2420時，樹脂細(xì)粉量明顯上升，催化劑活性需要控制在6000 kg/kg以上，可以防止脫氣倉頂部過濾器Y5010、尾氣回收管線過濾器Y5223A/B與尾氣壓縮機(jī)K5206入口濾網(wǎng)頻繁堵塞。自11月初生產(chǎn)M2320開始，Y-5010壓差不斷上升，先后采取調(diào)整濾芯反吹氣頻次、增加Y-5010跨線與調(diào)整基礎(chǔ)樹脂性能等方法，但Y-5010壓差仍不斷增加。

如圖3所示，為生產(chǎn)M2320，本月進(jìn)行一次熔指為1g/10 min 、牌號為DFDA-7047樹脂試生產(chǎn)。由于該牌號基礎(chǔ)樹脂顆粒尺寸相對較大且擠壓機(jī)停機(jī)后長時間低負(fù)荷運(yùn)行，脫氣倉C-5009平均壓力逐漸降低至15.5kPa，在試生產(chǎn)結(jié)束后轉(zhuǎn)產(chǎn)DFDA-7042，其壓力又逐漸上升。11月24日按計(jì)劃轉(zhuǎn)產(chǎn)至M2320，脫氣倉C-5009平均壓力快速上升，最高至43 kPa且無穩(wěn)定趨勢，11月27日7:30開始被動將牌號切換至DFDA-7042，27日20:40該壓力突降至16.5kPa，后在高負(fù)荷生產(chǎn)DFDA-7042期間，C-5009壓力仍逐漸上升。次月4日裝置緊急降負(fù)荷后C5009壓力降至18 kPa并保持穩(wěn)定。

壓力突降后脫氣倉平均壓力仍逐漸上升，同時后系統(tǒng)過濾器Y-5223A及尾氣壓縮機(jī)K-5206入口濾網(wǎng)壓差未見上升，表明濾袋無破裂。在濾袋未破裂的情況下，壓力突然降低這說明是粘附在濾袋表面的粉料脫落，這表明超細(xì)粉未進(jìn)入濾袋夾層導(dǎo)致濾網(wǎng)壓差變高。整個過程中脫氣倉壓力變化較大，分析其主要原因是氣速下降后反吹效果變好使濾袋外部濾餅脫落。

直筒段片料多主要原因是細(xì)粉含量高，反應(yīng)中放出的熱量使粉料粘結(jié)成片。通過降低反應(yīng)器溫度可以使得結(jié)片數(shù)量大幅度減少，該方法最簡便有效，但是將降低E4002冷卻器的撤熱能力。

3 總結(jié)

M2320經(jīng)濟(jì)效益較好，但是由于其粉料粒徑偏小，細(xì)粉含量高，粉料流動性能下降后對粉料后處理系統(tǒng)帶來困難。可以通過提高催化劑活性、對布袋反吹時間調(diào)整與提高反吹氮?dú)鈮毫鉀QY5010壓差高的問題。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)將MI目標(biāo)值控制在19 g/10min、密度目標(biāo)值控制在0.9250 g/cm3，S6213充填率將大為好轉(zhuǎn)。

[1] 梁大力，史綻春，夏 凡.鎮(zhèn)海煉化聚乙烯技術(shù)操作手冊[M].鎮(zhèn)海:中石化鎮(zhèn)海煉化，2009:20.

[2] 楊寶柱, 江 煒, 王靖岱, 等.氣相流化床聚乙烯顆粒粒徑分布模型的研究[J]高校化學(xué)工程學(xué)報，2005，19(1)：461-467.

[3] 王世波，張 磊，張長禮，等.聚乙烯粉料流動性的表征及影響因素分析[J].合成樹脂和塑料，2013,30(6)：48-50.

(本文文獻(xiàn)格式：金益飛，胡 俊.淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法[J].山東化工,2017,46(11):120-121.)

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《山東化工》編輯部

2017年6月5日

2017-04-05

金益飛，男，技師，2009年畢業(yè)于寧波工程學(xué)院，現(xiàn)任鎮(zhèn)海煉化聚乙烯裝置班長。

TQ325.1

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1008-021X(2017)11-0120-02