鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置的穩定運行研究

任映浩

【摘 要】社會的進步與經濟的增長有效推動了聚乙烯工業的發展，使得氣相法聚乙烯中試裝置得到了廣泛應用。基于此，論文通過對中試裝置的簡單介紹，進而對影響聚乙烯中試裝置穩定運行的因素展開了深入探討，最后，針對上述分析的因素，提出了確保聚乙烯中試裝置穩定運行的對策。

【Abstract】Social progress and economic growth effectively promoted the development of polyethylene industry， making the gas-phase polyethylene pilot plant has been widely used. Based on this， the paper briefly introduces the pilot plant， and further discusses the factors that affect the stable operation of the polyethylene pilot plant. Finally， according to the above analyzing factors， the countermeasures to ensure the stable operation of the polyethylene pilot plant are put forward.

【關鍵詞】鉻系催化劑；氣相法；聚乙烯；中試裝置；穩定運行

【Keywords】chromium based catalyst； gas phase method； polyethylene； pilot plant； state operation

【中圖分類號】TQ325.1+2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0156-02

1 引言

使用氣相法制備聚乙烯時，由于鉻系催化劑回活性較高，制備工藝較為簡單，并且，生產出來的聚乙烯存在多種形態，密度廣泛的分布在0.939～0.968g/cm3之間，所以，被廣泛應用于氣相法生產聚乙烯工藝中。因此，對鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置的穩定運行進行研究具有重要意義，為更好地利用氣相法與鉻系催化劑生產聚乙烯打下堅實基礎。

2 中試裝置介紹

我公司利用氣相法生產聚乙烯的過程中，在2011年打造出了全密度聚乙烯中試裝置，并于當年年底正式投入使用。該設備生產聚乙烯時，聚合反應在單一流化床反應器中進行，聚合溫度為100±10℃，聚合壓力為2.1±0.3MPa，每小時可以制備55kg的聚乙烯。該中試裝置設計時，借鑒了低壓氣相流化床技術與氣相法聚乙烯技術，利用活性更高的鉻系催化劑，將C2H4、H2與不同的共聚單體聚合到一起，從而生產出不同的聚乙烯，聚合工序如圖1所示。

3 影響聚乙烯中試裝置穩定運行的因素

3.1 雜質因素

利用中試裝置生產聚乙烯時，常常會受到諸多因素的影響，雜質因素是其中較為常見的一種。雜質因素主要包括兩種類型，一是系統雜質，如反應器內水。一般情況下，利用氣相法制備聚乙烯時，要求水的含量在5mL/m3以下，若高出這一數值，會使反應器內附著更多的水分，從而引發裝置出現泄漏問題，并影響了聚合反應的進行[1]。二是原料雜質，包括CO2、O2、1-丁烯等，當這類雜質較多時，不僅會影響到鉻系催化劑的活性，而且還會干擾到裝置內靜電的均衡，使裝置內部產生大范圍的靜電變化，導致反應器生成塊料，嚴重的情況下，甚至會直接致使整個裝置停止運行。

3.2 裝置堵塞

氣相法聚乙烯中試裝置運行時，常常還會出現堵塞的現象，從而影響了整個裝置的穩定性。首先，對中試裝置進行啟動與停止等操作時，由于操作不當，使得循環系統內的溫度與氣量出現了較大變化，從而降低了系統的附著性，導致細粉逐漸脫落下來，并跟隨著循環氣，進入到分布板上，最終致使分布板出現堵塞問題。其次，運行初期，流化氣速較快，使得氣流中的細粉不斷聚集到一起，進一步加重了堵塞問題。最后，裝置經過了長時間的運行后，在反應器內壁上逐漸出現了大量的片狀物，當這些片狀物脫落后，將會隨著生產物料移動，并進入到出料口，使得出料口處出現了堵塞，如不能及時將片狀物進行清理，將會引發裝置停止運行。

3.3 細粉因素

通過鉻系催化劑制備聚乙烯時，通常具有堆積密度大，細粉數量高等特點，通常情況下，粒徑小于120μm的細粉占比最高，可以占總細粉數量的20%左右。而通過Z-N催化劑制備聚乙烯時，粒徑小于120μm的細粉數量較少，只占總細粉數量的8%左右[2]。若整個裝置內細粉數量超出規定的要求，會加劇細粉之間的摩擦，從而使得裝置內部靜電出現明顯變化，同時，加劇料位顯示大幅波動，不能為聚乙烯的制備提供準確信息，從而影響了物料的投入。此外，若裝置內細粉數量持續較高，還會更容易使細粉附著到裝置內壁上，從而影響了裝置的穩定運行。

3.4 流化氣速因素

氣相法聚乙烯中試裝置對鉻系催化劑進行應用時，流化氣速也會對整個裝置的穩定性帶來影響。如果氣速較低，表明流化狀態較差，使得裝置運行時產生的熱力不能及時排除，嚴重的甚至會出現結塊現象；如果氣速較高，會將細粉吹起，并將其帶出流化床，尤其是催化劑加入后，若反應的速率較慢，裝置內細粉數量更多的情況下，這一現象更加顯著。當細粉流出流化床后，在自身重力的作用下，一部分細粉會沉積到反應器內，并形成結塊。而另一部分隨著氣流，傳輸到循環系統內，使得換熱器出現堵塞現象，最終導致整個裝置內的壓力差不斷升高。一般情況下，中試裝置的流化氣速在0.70±0.05m/s的范圍內。

4 確保聚乙烯中試裝置穩定運行的對策

4.1 系統置換合格

對中試裝置進行檢修后，主要的開工置換對象為水與O2。從物理學的角度來說，兩者的吸附性等性能具有一定差異。因此，整個置換過程中，最關鍵的為水分，而O2置換時，能夠按照數量級的方式，對其進行虛擬計算。為提升水的置換，并減少裝置內壁上吸附水的含量，需通過壓力置換與流動置換相結合的方式，其中，前者需要確保溫度在90℃以上，直到水含量降低到5mL/m3并持續2d為止。裝置運行時，為最大化減少內部的水分，還應加入適量的TEAL。從鉻系催化劑的角度而言，若TEAL的加入量較大，會干擾到催化劑的活性。所以，具體加入時，需利用裝置的靜電變化，確定出最佳的加入量[3]。一般情況下，通過在線分析儀對水含量進行檢測，避免誤差對置換的影響。在線分析水含量在1.0mL/m3以下時，可以穩定運行中試裝置。

4.2 提高操作的穩定性

氣相法聚乙烯中試裝置整個運行周期內，運行初期建立穩定狀態較為困難，但如果裝置穩定后，則很難被干擾。尤其是利用鉻系催化劑制備聚乙烯時，初期建立穩定狀態更加重要。因此，在對氣相聚乙烯中試裝置操作時，應確保操作的穩定性。加入O2時，應利用調整催化劑加入量并配合調整O2注入量的方式，緩慢將O2注入到裝置內，直到符合生產要求為止。同時，在整個生產周期當中，應盡量減少對裝置各項參數調整的次數。另外，若出現靜電不均衡的現象，工作人員應第一時間減少裝置的運行荷載，同時對引發該問題的原因進行分析，在尋找出原因并對問題處理后，將運行荷載還原到正常狀態下。

4.3 反應器料位適當

對反應器料位設置時，應確保其在直筒段75cm以上。若裝置運行時，料位顯示產生較大的變化，工作人員應及時對儀表展開檢查，尋找出該現象是否為細粉量增加而引發的。如細粉量增加了，設備要持續運行，可通過時間出料的方法，按照以往催化劑的產率，大致推測出排料時間。雖然該方法操作簡單，但風險較高，若判斷錯誤，將會使料位過高，嚴重影響裝置的運行[4]。

4.4 加強對流化氣速的控制

為提升中試裝置的穩定性，應加強對流化氣速的控制。裝置整個運行的過程中，流化氣速一直發生著變化，若加入催化劑后，未出現聚合反應，且在循環系統內壓差不斷增加，表明氣速過高，需適當減少一些氣速。若反應活性顯著提升，溫差逐漸增加時，需適當增加一些氣速。同時，還可以通過對聚乙烯堆積密度的檢測，確定出氣速是否合理。若堆積密度較大，應適當增加氣速，反之，則適當減少氣速。

5 結語

綜上所述，鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置應用時，會受到雜質、細粉含量等多種因素的影響，對中試裝置運行的穩定性帶來了一定干擾。因此，想要使中試裝置更加穩定的運行下去，應通過系統置換合格、反應器料位適當等方法進行控制。

【參考文獻】

【1】梁戈.國產選擇性加氫脫炔催化劑在氣相法聚乙烯裝置上的應用[J].化學工程與裝備，2015，26（4）：45-47.

【2】高建濤.氣相法聚乙烯裝置固體催化劑加料器的應用[J].齊魯石油化工，2015，03（1）：65-68.