Polonium聚丙烯工藝反應器靜電波動原因分析及處理措施

侯樹文 馬帥

摘 要：公司聚丙烯裝置自2016年4月開車以來，反應器靜電檢測儀檢測數據一直處于穩定狀態，2018年3月20日在國產主催化劑切換至進口主催化劑的過程中反應器靜電出現大幅波動；針對此次反應器靜電波動情況，根據靜電產生的原理，裝置經過對可能產生靜電的原理進行分析通過工藝操作調整逐步穩定靜電；實踐表明反應器流化狀態、原料純度以及催化劑體系是產生靜電的主要原因。

關健詞：聚丙烯；流化床；靜電；組分分析；工藝處理

中煤蒙大能源化工有限公司聚丙烯裝置采用的是Unipol聚丙烯工藝，以丙烯為原料，年生產30萬噸聚丙烯樹脂，可生產各類型的均聚物、無規共聚物、以及抗沖共聚物產品。2018年3月20日反應催化劑由國產催化劑切換至進口催化劑后反應器靜電出現較大幅度波動（為正電），靜電波動期間反應器壁溫及PDS出料正常，未出現影響連續運行問題。靜電波動期間，裝置根據靜電產生原理進行相關分析與操作，于2018年3月27日靜電逐漸由1200V降至±100V以內。

1 關于靜電

1.1 靜電檢測方法

中煤蒙大能源化工有限公司聚丙烯裝置靜電檢測采用局部檢測方法。靜電的局部檢測是指在流化床特定區域內設置某種檢測裝置獲取該局部區域的靜電特征參數。

1.2 靜電的危害

在正常生產中微量的靜電對丙烯聚合反應的影響并不十分明顯，但反應器靜電累計較高時靜電就會對反應器產生較大影響。較高的靜電會使反應器在短時間內產生大量結片，嚴重時會導致反應器分布板堵塞，PDS出料線堵塞，反應器爆聚，最終導致聚合反應停車。

1.3 靜電控制

對于正常操作的進口催化劑與進口給電子體當在反應器中出現靜電活動時，可以通過在流化床底部增加冷凝量來抑制靜電活動。通過降低床層溫度-露點溫度，增加丙烯分壓或者降低床層溫度來實現，若為雜質引發靜電可通過增加T2進料消耗反應器中雜質。

2 靜電波動分析

2.1 儀表檢查

2018年3月20日靜電出現波動后，聯系儀表專業進行檢查，未查出異常；3月30日，儀表人員現場復查EI-4001-85，現場給定固定值核對中控顯示，檢查正常，排除儀表原因為靜電產生的原因。

2.2 相關組分分析

①丙烯原料分析：通過對靜電形成的原理進行分析，分析原料丙烯中可能存在醇類等極性雜質或者O2、H2O，通過對精制后丙烯進行分析，丙烯中極性雜質與O2、H2O含量正常；②循環氣組分分析：在靜電波動期間分析反應器內可能存在O2或者一些無法分析的極性雜質累計，通過對反應器循環氣組分分析，各項分析指標正常；③尾氣回收丙烯分析：尾氣回收高速泵出口丙烯分析與C-5260塔頂分析正常。

2.3 催化劑體系改變

2018年3月20日上午11：00催化劑由國產催化劑切換至進口催化劑，中午13：00靜電出現大幅波動且為正電，通過對篩分分析發現此次使用的進口催化劑篩分情況原來進口催化劑篩分情況存在差異，所以可能存在因催化劑體系改變或者催化劑自身性能原因產生靜電。

本次使用的進口催化劑篩分情況與2017年使用的進口催化劑在篩分上存在差異，本次使用的進口進口催化劑篩分10目殘留率較高，平均比例接近20%，而2017年使用的進口催化劑10目殘留率低于10%。

2.4 換熱器檢查

為排除換熱器泄漏對靜電的影響，對工藝介質換熱器進行可燃氣及COD檢查，通過對換熱器可燃氣及COD檢查正常。

2.5 給電子體檢查

3月28日裝置更換另外一個批次的給電子體并更換給電子體罐靜電波動未見明顯改觀。

2.6 原料N2與H2

裝置對N2與H2進行分析，未見異常，聚乙烯裝置使用我裝置高壓N2以及界區H2裝置未見靜電，排除N2與H2影響。

2.7 反應器內循環氣偏流

聚丙烯裝置在2016年4月開車以來，反應器循環氣一直處于偏流狀態，同一高度同一平面360°方向溫度檢測存在差異。

PDS出料系統M閥泄壓時間差異較大，1#、2#對應M閥泄壓時間短（7-15S），3#、4#對應M閥泄壓時間長（20S），說明反應器冷凝量分布不均勻。檢修期間對反應器環形分布器進行檢查，環形分布器0°至270°方向較其他方向高處約5°。所以在0°至270°方向反應熱量較大，反應較“干”，且靜電檢測儀在ET-4001-85正位于該處。

2.8 不同催化劑與牌號的切換

自2017年12月25日，裝置使用兩種國產催化劑及進口催化劑生產L5E89、V30G等牌號產品，裝置頻繁切換催化劑與牌號，導致反應器內細粉累計。

3 工藝操作調整處理

針對上述工藝分析，裝置進行相對應工藝處理。

3.1 原料中雜質排除工藝處理

①C-2008丙烯脫氣塔操作：通過增大FV-2008-9排放，增加輕組分氣體排放，增大塔頂冷卻水閥，增加塔頂分離效果，靜電波動未見好轉；②切換丙烯干燥床層：3月20日將在用丙烯干燥床層停用，投用再生后丙烯干燥床，靜電波動未見好轉；③原料N2與H2：切換并再生氮氣床層，靜電波動未見好轉，聚乙烯裝置使用我裝置高壓N2以及界區H2裝置未見靜電。

3.2 尾氣回收系統工藝處理

①打開PV-5229-1排火炬：通過尾氣系統PV-5229-1排火炬，加大對輕組分氣體排放靜電波動未見好轉；②加大C-5260塔底排放：FIC-5260-2由300kg/h提高至500kg/h，靜電波動未見好轉；③隔離尾氣回收系統：減少C-5230去反應回收液相，避免雜質經過尾氣系統返回至反應器，靜電未見好轉。

3.3 反應單元工藝處理

①調整AL/SI，增加T2進料：通過增加T2進料來盡量消耗反應器內O2、H2O與極性雜質。靜電未見好轉；②調整AL/SI比：將SCA進料降至1.8kg/h，觀察靜電波動未見好轉；③提高丙烯分壓，增加冷凝量：專利商工藝包解釋反應器靜電波動可增加增加冷凝量，保證反應器處于“濕”的狀態，可抑制靜電，反應器一直保持較高的冷凝量，冷凝量最高可達13%wt左右靜電整體波動未見好轉；④調整氣速：降低氣速，避免因氣速過大造成樹脂間摩擦增加，增加靜電，緩慢將氣速由0.38m/s降至0.37m/s，靜電波動未見好轉；⑤調整PDS時間：縮短PDS排料時間，增加出料頻次，減少帶電樹脂在反應器內累計，調整后觀察，靜電波動未見好轉；⑥催化劑體系切換：2018年3月27日靜電持續波動，裝置進行催化劑切換，催化劑由進口催化劑切換為國產催化劑，效果明顯，靜電逐漸由1200V降至±100V以內且處于平穩狀態。

4 結論

①原料丙烯中存在無法檢測的雜質可引發靜電；②反應器環形分布器偏，導致循環氣偏流，在反應器內形成“冷區”與“熱區”，靜電檢測儀位于反應“熱區”，“熱區”冷凝量較小，粉料與粉料、粉料與器壁之間的摩擦靜電較“冷區”大，也是引發靜電的原因；③此次使用的進口催化劑篩分情況與以往使用的進口催化劑篩分情況存在差異，且催化劑切換后靜電波動出現明顯變化，進口催化劑體系性質是引發靜電的主要原因；④催化劑國產化在裝置長周期使用對反應器的影響還需要進行驗證，催化劑頻繁切換，反應器粉料的形態隨催化劑體系變化而變化，反應器流化狀態發生改變，也是引發靜電的原因。

參考文獻：

[1]董克增.氣固流化床中靜電對流體力學的影響機制及其調控研究[J].萬方數據，2015（6）.

[2]楊軍，許杰，陳陸軍.UNIPOL氣相流化床聚丙烯反應器靜電的預防及控制[J].科學管理，2017（4）.