Unipol氣相法聚丙烯裝置IRTS堵塞問題的研究與分析

王延一

摘 ? ? ?要：Unipol氣相流化床工藝聚丙烯裝置有兩臺反應器，第一反應系統(tǒng)單獨運行，用于生產(chǎn)均聚產(chǎn)品和無規(guī)共聚產(chǎn)品;第一反應系統(tǒng)和第二反應系統(tǒng)串聯(lián)運行，用于生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品。在生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品時，裝置中間傳輸系統(tǒng)（IRTS）下料線經(jīng)常出現(xiàn)周期性堵塞，導致第二反應系統(tǒng)無法長周期運行。結(jié)合理論研究與生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)，通過分析IRTS管線吹掃氣流量、產(chǎn)品橡膠含量、不同的助催化劑（給電子體）、第二反應器床層重量和床層高度控制等因素，探求造成中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的根本原因，并通過工藝調(diào)整解決該問題，從而促進裝置第二反應系統(tǒng)的長周期運行，抗沖共聚產(chǎn)品的長周期生產(chǎn)，為同類裝置提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

關(guān) ?鍵 ?詞：中間傳輸系統(tǒng); 抗沖共聚; 堵塞; 第二反應器床層重量

中圖分類號：TQ320.6 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）12-2900-05

Abstract： The polypropylene plant with Unipol gas phase fluidization process has two reactors， which produces homopolymer and random copolymer with reactor 1 and produces impact copolymer with both reactors in service. During impact copolymerizing process， pipes in inter-reaction transfer system always get blocked periodically， causing reactor 2 cannot run in long periods. In this paper， main reasons of the feed line blockage in the intermediate transfer system were investigated by comparing technology theory and producing data and analyzing control parameters，such as blow gas flow in tubes， rubber content in product， different co-catalysts （donors） and so on. Some measures were taken to solve the problems by adjusting process parameters in order to prolong the operating period. This paper can provide data support and theoretical basis to the plants with the same process.

Key words： Inter-reactor transfer system （IRTS）; Impact copolymer; Blockage; Bed weight in reactor 2

Unipol氣相流化床工藝聚丙烯裝置以兩個反應器串聯(lián)的方式生產(chǎn)熔融指數(shù)為11 g/10 min左右的中熔抗沖共聚聚丙烯專用料。催化劑采用第四代鈦系催化劑體系，第二反應器不需要單獨加催化劑，從第一反應器排出來的樹脂殘存的活性足夠在第二反應器生成乙丙橡膠。[1]抗沖共聚聚丙烯的產(chǎn)品性能受到多方面因素（例如：熔融指數(shù)、等規(guī)度、相對分子量及其分布、乙烯含量、橡膠相含量、橡膠相粒子尺寸及其分布等）的共同制約[2]。

其中中間傳輸系統(tǒng)是連接第一反應器C-4001和C-4301的紐帶，中間傳輸系統(tǒng)將第一反應器樹脂通過復雜的氣鎖輸送到第二反應器，其系統(tǒng)的穩(wěn)定運行不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量是否穩(wěn)定，而且也影響裝置能否長周期運行[3]。但在生產(chǎn)過程中，由于中間傳輸系統(tǒng)下料線頻繁堵塞，本裝置經(jīng)常在生產(chǎn)6～7 d后切換至均聚牌號，無法實現(xiàn)抗沖共聚牌號的長周期生產(chǎn)。因此，本論文通過生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)，旨在分析造成中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的原因，以解決裝置生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品的長周期運行問題，并為其他同類裝置提供借鑒和理論依據(jù)。

1 ?背景介紹

1.1 ?中間傳輸系統(tǒng)簡介

在抗沖共聚物生產(chǎn)過程中，中間傳輸系統(tǒng)將均聚顆粒樹脂與夾帶的反應氣體通過密相方式從第一反應器輸送至第二反應器。聚丙烯裝置包括兩套中間傳輸系統(tǒng)，每套中間傳輸系統(tǒng)由一個傳輸罐，一個傳輸罐過濾器，6個自動開關(guān)電磁閥。來自第一反應系統(tǒng)的聚丙烯粉料和夾帶的氣體進入至IRTS傳輸罐過濾器，氣體從樹脂中分離后排放至回收單元。聚丙烯粉料通過重力進料至IRTS傳輸罐。當

第一反應器產(chǎn)品單次出料結(jié)束，IRTS傳輸罐與傳輸罐過濾器隔離，傳輸罐通過第二反應器循環(huán)氣壓縮機加壓，樹脂通過重力以及循環(huán)氣壓縮機 （K 4303）與反應器中間的壓差輸送至第二反應器，剩余氣體排放至回收單元（圖1-2）[4]。

1.2 ?中間傳輸系統(tǒng)管線堵塞介紹

在生產(chǎn)過程中，中間傳輸系統(tǒng)經(jīng)常堵塞的位置是“AA”閥下部管線至第二反應器C-4301之間的管線，管線直徑10”，長度約9 m。對內(nèi)部掛壁、堵塞的聚丙烯樹脂進行紅外分析后，其數(shù)據(jù)如表1。

堵塞的中間傳輸系統(tǒng)下料管線內(nèi)部（見圖3），樹脂在管線內(nèi)部呈層狀分布，表面光滑，質(zhì)地偏軟，并且比較均勻地分布在管線周圍。采樣對樹脂進行熔融指數(shù)和紅外分析，熔融指數(shù)較目標值偏離較大，橡膠含量較目標值增加50%～60%，乙烯含量較目標值增加20%。從分析數(shù)據(jù)和外部結(jié)構(gòu)可以確定樹脂是在長時間生產(chǎn)過程中緩慢生成，而且表面樹脂塑化，生成溫度較高。

2 ?實驗部分

2.1 ?探究吹掃氣流量對中間傳輸系統(tǒng)下料線影響

中間傳輸系統(tǒng)至第二反應器C-4301之間的下料線有一條吹掃線（通過圖1中CC閥控制），用于將附著在管壁上的細粉吹掃干凈，防止細粉及催化劑在管壁上積聚，形成掛壁。該條吹掃線的吹掃流量由安裝在CC閥前的一個限流孔板控制，該限流孔板的初始內(nèi)徑尺寸為77.50 mm（具體規(guī)格見表2），設計吹掃流量為19.10 t/h。[5]為了減少細粉和催化劑在該管線上的附著量，實驗通過對限流孔板擴徑，以提高管線的吹掃氣流量，確認吹掃氣流量對管線堵塞是否有決定性影響。

實驗階段，保證其他工藝條件及產(chǎn)品質(zhì)量控制參數(shù)不變，在不影響第二反應器循環(huán)氣氣速及反應系統(tǒng)溫度的情況下，該吹掃氣限流孔板的直徑由77.50 mm分別調(diào)整至80、90、100 mm，吹掃氣流量由正常情況下19.10 t/h提高至最大31.80 t/h，但第二反應器的運行周期沒有明顯變化，吹掃氣限流孔板直徑不斷擴大、吹掃氣流量不斷增加的情況下，中間傳輸系統(tǒng)下料線均在連續(xù)運行6 d后出現(xiàn)堵塞情況（圖4）。

可見，在不調(diào)整其他參數(shù)的情況下，通過增加吹掃管線限流孔板直徑以增大吹掃氣流量，對裝置在抗沖共聚產(chǎn)品時的運行周期沒有影響，吹掃氣流量控制對中間傳輸系統(tǒng)下料線的堵塞沒有決定性的影響。

2.2 ?探究橡膠含量對中間傳輸系統(tǒng)下料線的影響

在抗沖共聚產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，使用第四代鈦系催化劑作為主催化劑，使用不同給電子體（代號A和代號B）作為助催化劑，生產(chǎn)橡膠含量不同的產(chǎn)品，第二反應系統(tǒng)最長運行時間存在明顯差異。使用A給電子體生產(chǎn)橡膠含量為18%～28%的產(chǎn)品時，裝置能夠穩(wěn)定實現(xiàn)長周期運行（14至16 d）。而使用B給電子體生產(chǎn)橡膠含量為18%～28%的產(chǎn)品時，在低橡膠含量下，中間傳輸系統(tǒng)下料線在短時間內(nèi)堵塞嚴重，裝置無法實現(xiàn)長周期運行。隨著橡膠含量的提高，第二反應系統(tǒng)連續(xù)運行時間逐漸增加，至橡膠含量達到26%以上時，使用A給電子體和使用B給電子體時，第二反應系統(tǒng)的連續(xù)運行時間已基本沒有差別。

可見，在使用A給電子體時，生產(chǎn)不同橡膠含量的產(chǎn)品對IRTS系統(tǒng)下料線的堵塞情況影響不大。在使用B給電子體時，生產(chǎn)低橡膠含量的產(chǎn)品對IRTS系統(tǒng)下料線堵塞情況的影響明顯大于其生產(chǎn)高橡膠含量的產(chǎn)品（圖5）。

因此，產(chǎn)品的橡膠含量對第二反應系統(tǒng)的長周期運行有一定影響，但并不是造成中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的決定性原因，需要繼續(xù)分析使用不同給電子體對IRTS系統(tǒng)下料線堵塞情況的影響。

2.3 ?探究不同給電子體對中間傳輸系統(tǒng)下料線影響

給電子體作為Unipol氣相流化床聚丙烯工藝的助催化劑，其作用主要有兩點：

（1）調(diào)節(jié)聚丙烯樹脂的等規(guī)度;

（2）控制反應活性、抑制反應系統(tǒng)產(chǎn)生靜電、確保反應系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定[6]。

給電子體以上兩點作用的調(diào)節(jié)能力由其內(nèi)部組分所占比例所決定，并呈反向關(guān)系。[7]使用A給電子體時，其調(diào)節(jié)聚丙烯樹脂等規(guī)度的作用較弱，但控制反應活性、抑制反應系統(tǒng)產(chǎn)生靜電、確保反應系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的作用較強。使用B給電子體時，其調(diào)節(jié)聚丙烯樹脂等規(guī)度的作用較強，但控制反應活性、抑制反應系統(tǒng)產(chǎn)生靜電、確保反應系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的作用較弱。

通過2.2部分的論證可知，不論使用A給電子體還是B給電子體，在特定的橡膠含量要求下，均能保證中熔抗沖共聚產(chǎn)品的長周期生產(chǎn)，因此，給電子體種類的不同不是造成中間傳輸系統(tǒng)下料管線堵塞的直接原因，需要繼續(xù)研究使用不同給電子體時反應系統(tǒng)主要參數(shù)的控制區(qū)別。

2.4 ?探究第二反應器床重、床高對中間傳輸系統(tǒng)下料線影響

在保證在產(chǎn)品質(zhì)量合格、生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定、生產(chǎn)負荷不變的條件下，使用A給電子體與使用B給電子體生產(chǎn)橡膠含量為23%的中熔抗沖共聚產(chǎn)品時，反應系統(tǒng)的床重和床高控制有明顯變化，使用A給電子體時，第二反應器的床重控制值比使用B給電子體時高出了40%以上，與此同時，第二反應器的床高也高出了近30%。由于造成中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的樹脂其橡膠含量較高，而第一反應系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中不會產(chǎn)生橡膠相，橡膠相均在第二反應系統(tǒng)生產(chǎn)，因此，需要繼續(xù)探究第二反應系統(tǒng)床重、床高對管線堵塞的影響（圖6）。

在使用不同給電子體時生產(chǎn)橡膠含量相同的產(chǎn)品時，第二反應器床重及床高差距明顯。同為橡膠含量為23%的抗沖共聚產(chǎn)品，在使用A給電子體時，第二反應器二反床重設定值為45 t，在此狀態(tài)下其床高為14.2 m;而在使用B給電子體時，第二反應器床重設定值僅為27 t，在此狀態(tài)下，其床高顯示為11.1 m（床高儀表量程下限為11 m），實際床高通過計算得出約為9.4 m。[8]為了判斷第二反應器床重床高的控制是否是影響中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的原因，實驗人員通過工藝的調(diào)整和控制參數(shù)的變化，使裝置在使用B給電子體生產(chǎn)橡膠含量為23%的抗沖共聚產(chǎn)品時，不斷提高第二反應器的床重、床高，第二反應器長周期運行時間不斷增加，當?shù)诙磻鞔仓厣咧?0 t以上時，第二反應器長周期運行時間已經(jīng)由床重為26 t時的5 d增加到15 d以上（見圖7）。

3 ?原因分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，在第二反應器生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品的情況下，第二反應器床重與床高的關(guān)系如圖8所示，床重可以調(diào)節(jié)，床高根據(jù)床重的變化成正比關(guān)系。中間傳輸系統(tǒng)出料線在進入第二反應器的管口處與第二反應器內(nèi)分布板的距離為9 m。

當?shù)诙磻鞔仓乜刂七^低時，其內(nèi)部粉料處于氣相的稀相段，導致反應器內(nèi)的氣相組分反竄入中間傳輸系統(tǒng)下料線，影響中間傳輸系統(tǒng)下料線的吹掃效率。[9]而當?shù)诙磻鞔仓乜刂戚^高時，其內(nèi)部粉料流化的最高點在中間傳輸系統(tǒng)至第二反應器出料口之上，中間傳輸系統(tǒng)下料線處于密相段，并有料封保護，避免氣體反竄入中間系統(tǒng)下料線，使下料線得到充分吹掃，避免管線上有殘留的細粉或催化劑。

根據(jù)實際生產(chǎn)操作經(jīng)驗可知，在其他參數(shù)不變的情況下調(diào)整第二反應器床重、床高，會對第二反應系統(tǒng)的催化劑停留時間和活性有影響，此時會造成產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)嚴重偏離。通過工藝調(diào)整，裝置確保第二反應系統(tǒng)在床重、床高提高后，雖然催化劑停留時間增加，但催化劑活性降低，第二反應系統(tǒng)的反應產(chǎn)率與之前相同，以保證產(chǎn)品質(zhì)量不受床重、床高調(diào)整影響的同時，解決IRTS出料線堵塞問題。

4 ?結(jié) 論

Unipol氣相流化床工藝聚丙烯裝置在生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品時，第二反應器床重控制過低是導致中間傳輸系統(tǒng)下料線堵塞的根本原因。在正常生產(chǎn)中，應避免第二反應器床重控制過低，從而導致床層高度在中間傳輸系統(tǒng)下料線進料口之下或附近（如圖9左圖所示）。

正常控制時，要確保第二反應器內(nèi)床層完全高于中間傳輸系統(tǒng)下料線進料口，形成料封保護（如圖9右圖所示），才能阻止氣相反竄，保證管線吹掃效率，避免中間傳輸系統(tǒng)下料線掛壁結(jié)垢，提高第二反應系統(tǒng)長周期運行時間。

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