聚乙烯反應器靜電的形成原因及控制措施

邢瑩

【摘 要】本文分析了UNIPOL氣相流化床聚乙烯反應器中靜電的形成原因、造成的危害、操作中對靜電的預防措施以及反應器出現(xiàn)靜電時采取的主要措施，及時消除靜電才能保證生產(chǎn)裝置連續(xù)平穩(wěn)運行。

【關鍵詞】靜電；危害；原因；預防；措施

中國石油大慶石化公司塑料廠全密度聚乙烯二套裝置采用UNIVATION公司的UNIPOL氣相流化床聚乙烯冷凝技術生產(chǎn)工藝，在流化狀態(tài)下，顆粒與顆粒，顆粒與壁面以及顆粒與氣體之間存在不斷的碰撞和摩擦，原料中存在的雜質(zhì)在與活化劑三乙基鋁反應的過程中會分別生成正負靜電引發(fā)劑，因此，不可避免地會造成靜電的產(chǎn)生和積累。

一、靜電對反應器造成的危害

在UNIPOL反應器中，像聚乙烯顆粒這樣的物質(zhì)流化時會產(chǎn)生一個大的電場，雖然聚乙烯顆粒是一種絕緣體，意味著它不導電但能提供電荷。這些帶電粒子及其形成的電場在UNIPOL設備中會帶來一些潛在的問題，如結片（樹脂顆粒熔結在一起形成片狀的物質(zhì)）。結片會不斷形成直到靜電被控制或反應被終止。如果造成結片的根本原因沒有被發(fā)現(xiàn)并解決，在接下來的開車中會產(chǎn)生同樣的結片。

產(chǎn)生的靜電會嚴重影響流化床內(nèi)的流體流動行為，形成死區(qū)和溝流，并造成顆粒團聚、粘壁甚至熔融結片等現(xiàn)象的發(fā)生。當靜電積累到一定程度，還可能引起火花放電甚至爆炸。

聚乙烯流化床反應器易產(chǎn)生靜電的這一特點決定了反應將始終處于靜電的環(huán)境中進行。聚乙烯粉料在反應器中受到浮力，重力，拖曳力以及靜電力的作用。浮力和重力的作用維持流化床的流化狀態(tài)床層的料位。靜電力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子從器壁上脫開的。帶電樹脂顆粒產(chǎn)生的電場使粒子向反應器壁方向運動。起初，氣泡和固體運動產(chǎn)生的拖曳力比靜電力占有主導地位。原料精制系統(tǒng)精制效果下降時進入流化床反應器的雜質(zhì)含量會不斷升高，聚合靜電會在反應器中不斷累積。當靜電超過拖曳力時，在反應器壁上便會形成含有催化劑的正在聚合著的樹脂粉層。

二、靜電產(chǎn)生的原因

在流化床中有兩種類型的接觸方式，那就是顆粒與器壁的接觸（接觸或摩擦起電）及顆粒與顆粒接觸（均衡或摩擦起電）。

顆粒與器壁間的接觸會在碰撞處形成單極電荷。平衡條件是它們的化學電勢要相等。在電子或離子從接觸點移出的時候，有較高電量的帶正電荷，而另外一個就帶負電荷。

顆粒與顆粒接觸起電的過程比較復雜，與顆粒表面水、吸附氣體以及雜質(zhì)的存在有關。流動顆粒產(chǎn)生的靜電與本身的化學組分、分子結構，尺寸和形狀，接觸前的帶電狀況、接觸部位的方向和持續(xù)時間、兩個接觸面的特性（組分，水分和粗糙度）、溫度，氣體（組分，壓力，濕度），電磁場，接觸類型（接觸，沖擊，摩擦）、顆粒間的相對速率和它們之間的作用力等因素有關。

另外，樹脂中細粉量過多、過細，也會加劇靜電的產(chǎn)生，粒徑最小、灰分含量最高的細顆粒對靜電壓的影響最為顯著。因此，控制反應器的粒徑分布對于反應器中的靜電情況也有一定的影響。

三、操作中對靜電的預防措施

工藝的異常改變造成系統(tǒng)的靜電平衡被打破，并能改變反應器內(nèi)電荷產(chǎn)生和電荷分散的狀態(tài)，并引起靜電趨勢線在瞬間發(fā)生突變。維持良好穩(wěn)定的操作和系統(tǒng)的穩(wěn)定將大大減少工藝的異常。

在正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電主要是由于原料中的雜質(zhì)含量超標以及靜電的積累造成的。因此在反應過程中要嚴格控制原料中的雜質(zhì)含量，防止過量的水，氧，醇等進入反應器。因此要緊密監(jiān)視各精制床層溫度的變化，及時進行精制床層的再生和切換保證良好的脫水脫氧效果。在日常的操作過程中也要注意精心操作，防止操作過程中帶入水和氧等雜質(zhì)進入反應器產(chǎn)生過多的靜電。例如在雨天處理反應器儀表故障或拔出催化劑時如果帶入水或者氧氣進入反應器會造成靜電值升高。另外在反應系統(tǒng)改變工藝流程時也要小心操作防止工藝參數(shù)的劇烈波動引起靜電平衡的破壞。

了解了反應器中靜電形成的機理，我們就可以結合這些原因來預防靜電的形成。靜電指示儀通常是反應器穩(wěn)定與否的指示器。在流化床反應器上安裝靜電檢測裝置，分別檢測因射流和氣墊的存在而空隙率大、靜電壓較低的“分布板區(qū)”，顆粒濃度和電荷密度較大、靜電壓較高，且氣流曳力最小、顆粒極易粘壁的“滯留區(qū)”以及細顆粒揚析量較多、壁面附近靜電壓較高、顆粒粘壁現(xiàn)象嚴重的“料位區(qū)”的靜電情況來檢測反應器的靜電情況。

四、反應器出現(xiàn)靜電時采取的主要措施

目前產(chǎn)生靜電后的主要方法是向反應器中注入對應的抗靜電劑來消除反應中過量的靜電，研究發(fā)現(xiàn)導致負靜電產(chǎn)生的雜質(zhì)有水、丙酮、甲基異丁基酮。常見的導致正靜電產(chǎn)生的雜質(zhì)有乙醇、甲醇、氧氣。主要原理是通過往反應器中注入水來消除過量的正靜電，往反應器中注入醇來消除過量的負靜電。由于水和醇本身也是產(chǎn)生反應器靜電的物質(zhì)，因此在加入抗靜電劑的過程中一定要控制好加入量，緩慢加入抗靜電劑，防止靜電反相的發(fā)生。抗靜電劑的注入點距反應器分布板越近，抗靜電系數(shù)越好。本裝置中的抗靜電劑注入點位于循環(huán)氣進入反應器的入口管線上。

五、結束語

反應器的靜電情況對我們能否順利開車成功有著很大的影響，它也是開車平穩(wěn)后操作人員需要注意的最重要的參數(shù)之一，國內(nèi)的裝置生產(chǎn)情況跟國外先進水平相比還有一段距離，我們要加強對靜電問題的理論研究，并結合今后生產(chǎn)中的各種實際問題，不斷總結經(jīng)驗對我們今后的生產(chǎn)有著至關重要的意義。

（作者單位：大慶石化公司塑料廠）