MKQZ-V型干粉催化劑加料器的優勢探討

任映浩

上海立得催化劑有限公司 （上海 201512）

20世紀90年代的10年間，線型低密度聚乙烯產量的年增長率達10%，而高密度聚乙烯的年增長率達6%[1]。進入21世紀后，作為需求量最大的通用塑料之一，聚乙烯的產能及需求在全世界仍然呈逐年上升趨勢[2-7]。近年來，隨著我國經濟的高速增長，國內聚烯烴行業也迎來了飛速發展，其中聚乙烯樹脂行業的發展尤為明顯。據統計，2019年全球聚乙烯產能達到2219萬t/a，國內自有產能約為1934萬t/a；2019年聚乙烯進口量約為1180萬t，表觀消費量為2 764萬t。國內聚乙烯對外依存度將逐年下降，預計2019年—2022年，聚乙烯需求仍將以每年6%的速率增長。但根據當前調研的情況，新上聚乙烯裝置的大部分企業已認識到市場的變化，逐步開始進行產品結構調整及產業整合。在這個背景下，豐富產品品類并優化聚乙烯生產控制技術，降低損耗及單耗，保證裝置長周期穩定運行成為各大石化企業追求的目標。

聚合催化劑及其加料器是聚烯烴工業最為核心的產品和技術，無論在知識產權保護、工藝技術水平、流程復雜程度、操作運行難易程度、裝置穩定性、產品性能及檔次，還是在裝置建設費用、操作運行成本等方面，都起到決定性作用。

在聚合催化劑選定后，精密計量催化劑并將其穩定可靠地加入到聚合反應器，及時均勻分散于其中，整個過程中確保催化劑性能形態不受損耗的加料注入系統，包括相關控制技術和操作技術就變得非常重要。

目前，國內聚乙烯裝置采用的干粉催化劑加料器包括UCC公司馬克V型加料器和北京航天動力研究所的干粉加料裝置兩種。這兩種加料器在使用過程中，故障多、催化劑高頻率堵塞，導致整個裝置運行穩定性差、負荷低、產品質量不受控、能耗物耗高、員工勞動強度大。此外，馬克V型加料器和干粉催化劑加料器（原國產干粉加料器）屬于帶電機驅動攪拌的機械類加料系統，結構復雜、操作維護難度大、投資及運行成本高。在此背景下，上海立得催化劑有限公司基于自身在催化劑生產、聚合催化劑應用及加料系統研發等方面的多年經驗，開發出MKQZ-V新型干粉加料器，該加料器采用集成模塊化構造，整個系統無動設備，結構簡單。

1 三類聚烯烴干粉催化劑加料器簡介

干粉催化劑加料器是聚烯烴裝置配套的核心裝備，是決定裝置負荷高低、運行是否平穩、質量調控是否精準的關鍵。

1.1 MKQZ-V干粉催化劑加料器

MKQZ-V干粉催化劑加料器包括催化劑鋼瓶向催化劑接料罐的送料單元、催化劑接料罐向加料罐的卸料單元和催化劑從填充罐經計量球閥計量后噴射入反應器的單元。每個單元均設置邏輯聯鎖條件，目的是保證整套干粉催化劑加料器安全運行、精準計量、易于操控。

1.2 馬克V干粉催化劑加料器

馬克V干粉催化劑加料器的主要構件包括上部貯料倉、篩網、下部貯料倉和加速段。催化劑送料時先通入上部貯料倉，經篩網篩分層落入下部貯料倉，然后經計量盤計量后落入催化劑加速段，在加速段催化劑與輸送氮氣混合后注入反應器。該催化劑加料器的驅動電機位于底部，其最顯著的特點是有2個加速段，能夠滿足裝置高產能的需要。

1.3 原國產干粉催化劑加料器

該干粉催化劑加料器主要由貯存倉殼體、中間殼體、底部法蘭、旋轉刷、過濾網、攪拌器、浮動盤組件、旋轉計量盤、固定盤、攜帶段組件和動力傳動部件組成，系統構造復雜，設備繁多，故障率高。

2 MKQZ-V型干粉催化劑加料器優勢分析

2.1 結構簡單，故障率低

MKQZ-V加料器彌補了其他類型加料器結構復雜、故障多、堵塞頻繁的缺點，提高了設備在線率。由表1所示的各類型催化劑加料器運行情況統計對比分析可知，BP工藝加料器和MKQZ-V加料器在長周期穩定運行上優勢明顯，其中MKQZ-V型加料器最佳。

表1 干粉催化劑加料器運行故障頻次

表1中馬克V加料器的使用數據是根據該加料器在中國石化股份有限公司天津分公司（以下簡稱“天津石化”）線型低密度聚乙烯（LLDPE）裝置和中國石化揚子石油化工有限公司（以下簡稱“揚子石化”）的實際應用情況得來的，其中天津石化LLDPE裝置的馬克V加料器存在如下問題：（1）注射管平均2～7天發生一次堵塞，每次堵塞都需要更換催化劑注射管；（2）催化劑計量盤下部的耐磨盤容易磨損，每半年需要更換一次；（3）催化劑下料毛刷容易損壞，平均每半年需更換一次；（4）動力部件多，電機和減速機軸承每年需更換一次。揚子石化馬克V加料器同樣存在類似的問題，集中表現如下：（1）加料計量不準確，平均每半年清理一次計量盤；（2）注射管堵塞頻率高，每5天左右需清理一次；（3）加料器運行6個月后出現強制加料情況；（4）安全定位銷發生過幾次斷裂。

表1中所示原國產干粉加料器是指北京航天動力研究所研究的加料器，該加料器在中沙（天津）石化有限公司、中韓（武漢）石油化工有限公司及內蒙古中天合創能源有限責任公司的聚乙烯裝置已經裝備，但均沒有得到很好的使用，總體表現如下：（1）設備調試困難，工作量大；（2）故障率極高，開車期間每天都有不同的故障出現；（3）無法滿足裝置高負荷運行的需求。

BP工藝加料器從整體來看應用效果良好，但是卸料及送料管線冗長且粉料器處設計不夠合理，容易造成催化劑在輸送過程中緩慢累積，12個月左右需清理堵塞一次。

MKQZ-V新型干粉催化劑加料器從設計理念、管線布局及計量設備選擇上都很好地規避了其他三類催化劑加料器的缺點，從整體來看，該加料器管線堵塞發生概率極低，約18個月才可能會發生堵塞，而且計量球閥這個最關鍵部件擁有長達4年的使用壽命。

2.2 降低催化劑顆粒磨耗，保護顆粒形態

各類型干粉加料器中催化劑顆粒磨耗情況如表2所示。

由表2可以看出，MKQZ-V加料器和BP工藝加料器對干粉催化劑磨耗更小，催化劑顆粒粒徑保護得更加完好。其中，MKQZ-V加料器對顆粒的磨耗最小。主要是由于馬克V加料器的計量部件采用計量盤和耐磨盤相互研磨的方式進行加料，而BP工藝加料器和MKQZ-V加料器采用特殊組件的閥體進行旋轉加料。馬克V加料器研磨計量加料對顆粒有極大的磨耗，而MKQZ-V的旋轉加料不存在研磨加料情況，對顆粒形態保護更佳。據統計，無研磨加料方式比機械研磨加料方式的催化劑磨耗量要低22%。

表2 各干粉催化劑加料器中催化劑顆粒磨耗統計

同樣采用非研磨加料方式，MKQZ-V加料器比BP加料器的磨耗更低，是因為MKQZ-V加料器在設計時，采用兩種設計卸料方案：（1）將催化劑鋼瓶起吊到干粉催化劑加料系統上部，通過重力進行卸料；（2）將催化劑鋼瓶放置于地面上，利用氮氣輸送到干粉加料系統。整個催化劑在輸送過程中無任何機械研磨。

2.3 裝置投入成本低，經濟效益高

各類型加料器的成本如表3所示。

表3 各干粉催化劑加料器投資費用比較 萬元

從表3可以看出，MKQZ-V型干粉催化劑加料系統成本只有進口加料器的42.6%，是原國產加料器的價格的80%。

2.4 運行成本低

馬克V加料器的備件更換頻次如下：（1）減速機每6個月更換潤滑油1次；（2）計量部件每6個月更換耐磨盤1次；（3）催化劑料刷和內部密封件每6個月更換1次；（4）注射管和連接卡套每5 d左右更換1次。而MKQZ-V加料器沒有機械和動力驅動設備，僅僅需要3年左右的時間更換一次計量球閥，并且整體的能耗低很多。

經核算，馬克V加料器和MKQZ-V加料器單套設備的年運行成本分別為18萬元和15萬元。綜合來看，MKQZ-V型加料器的運行成本只有馬克V加料器的28%。

2.5 檢維修作業時間短，工作效率高

根據聚乙烯裝置實際生產需要，定期的檢修工作是不可避免的。目前來看，馬克V加料器檢修時需進行更換潤滑油、加料器內部催化劑氧化、更換耐磨盤、更換催化劑料刷、檢查并更換內部密封件、更換注射管、檢查所有機械設備及閥門的運行情況、回裝系統并置換干凈等操作，從各裝置檢修的實際時間來看，至少需要7.5 d。而MKQZ-V加料器檢修主要包括計量球閥磨損情況確認、所有開關運行情況確認及整個系統清理置換，大約耗時2.5 d。對比來看，MKQZ-V加料器的檢修工期要比馬克V加料器縮短67%。

3 結語

MKQZ-V干粉催化劑加料器具有流程簡易、故障少、設備在線率高、投資成本低、運行維護費用低等多方面的優點。此外，相較于其他類型加料器，MKQZ-V加料器在顆粒形態保護上有極大的優勢。在聚烯烴工業技術不斷發展的今天，豐富產品品類及優化聚乙烯生產控制技術，降低物耗與能耗，保證裝置長周期穩定運行逐漸成為各大裝置追求的目標，MKQZ-V干粉催化劑加料器憑借其獨有的優勢必將會脫穎而出，在聚乙烯新型催化劑、新產品開發等方面發揮重要作用。