聚丙烯裝置降低催化劑成本分析

郭曉琦

摘要：Spherizone聚丙烯工藝是在Spheripol工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型工藝技術(shù)。該工藝可以生產(chǎn)多種聚丙烯產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)一個反應(yīng)內(nèi)生產(chǎn)雙峰產(chǎn)品的特點。本文介紹該工藝的催化劑使用種類。主要介紹了如何降低該工藝的催化劑使用成本。

關(guān)鍵詞：Spherizone聚丙烯工藝;催化劑;成本

前言：

裝置采用Lyondellbasell公司最新開發(fā)的Spherizone聚丙烯工藝技術(shù)，具有生產(chǎn)規(guī)模大型化和成本低、質(zhì)量好的特點。裝置于2010年1月6日正式開車以來，各項參數(shù)指標(biāo)趨于平穩(wěn)、設(shè)備運行穩(wěn)定。裝置一直致力于降低各項生產(chǎn)成本，為提高裝置產(chǎn)品的市場競爭力。

1 Spherizone工藝使用的催化劑類型

本工藝使用第四代和第五代高效載體催化劑以及先進(jìn)的添加劑體系（主要是MC系列Z-N催化劑），能有效控制聚丙烯顆粒的形態(tài)的尺寸、等規(guī)度和分子量分布，可以生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物、三元共聚物、非均相抗沖共聚物以及特殊抗沖共聚物。如ZN-11X和ZN-12X催化劑可以生產(chǎn)纖維級的產(chǎn)品和注塑產(chǎn)品。ZN-16X為琥酸脂類催化劑，主要用于生產(chǎn)高剛性和高透明性的聚丙烯產(chǎn)品[1]。

中國是世界上最大的聚丙烯消費國，但是近年國內(nèi)煤制烯烴行業(yè)的長足發(fā)展，聚丙烯裝置開車較多，造成了國內(nèi)聚丙烯裝置產(chǎn)品供應(yīng)量較大。各裝置都在采取一些降低裝置運行成本的辦法。本裝置力求降低一部分催化劑成本來提升市場競爭力，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 影響催化劑成本的主要原因

2.1 催化劑的非正常消耗

催化劑為桶裝、咖啡色粉末。需在惰性氣體保護(hù)下存放于干燥涼爽環(huán)境中。它對空氣、水、乙醇非常敏感，易于與其反應(yīng)。催化劑粉末與潮濕空氣接觸時，粉末可能發(fā)生鈦組份水解，同時產(chǎn)生有毒的鹽酸煙霧。裝置使用的催化劑是按照濃度要求均勻分散在油脂之中，保存在D140A/B儲罐內(nèi)，該儲罐配有低速攪拌器A140。可以保證該催化劑的濃度均勻，同時可以防止催化劑降解。使用時，由D140在氮氣加壓狀態(tài)下加到催化劑注入罐D(zhuǎn)150A/B中進(jìn)行使用。在加注的過程中會出現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞的情況，需要對濾網(wǎng)進(jìn)行拆清才能保證催化劑的正常加入。

拆清濾網(wǎng)時，需消耗催化劑淤漿4kg。每次配置好的催化劑在使用過程中需要拆清6-7次。因此該方面消耗的催化劑較多，造成很大程度的催化劑浪費。

在分析了堵塞的物質(zhì)，從催化劑的配置到加注過程整個方面進(jìn)行全面細(xì)致的研討。其中堵塞的主要物質(zhì)為催化劑固化粉末和未完全融化的脂。加注時間較快造成催化劑通過濾網(wǎng)時流動速度快，使催化劑淤漿中的油脂在通過濾網(wǎng)時產(chǎn)生了一定的分離，在加注時脂留在濾網(wǎng)內(nèi)，造成了濾網(wǎng)的堵塞。重新制定工藝操作規(guī)程，要求催化劑的加注過程中嚴(yán)格控制加注時間在50-60分鐘/罐。

在與催化劑供應(yīng)商交流的過程中提出了該催化劑內(nèi)的固化粉末的問題，催化劑供應(yīng)商分析主要為催化劑粉末制備過程中產(chǎn)生的粉末，會在后期供應(yīng)時進(jìn)行嚴(yán)格的控制來減少固化粉末。

同時，裝置對濾網(wǎng)的形式進(jìn)行了改進(jìn)，在保證濾網(wǎng)過濾效果的前提下適當(dāng)加大濾網(wǎng)的尺寸。統(tǒng)計催化劑的加注時濾網(wǎng)堵塞頻率明顯減少，由6-7次/罐降低至2-3次/罐。而且堵塞情況也有好轉(zhuǎn)。

2.2 催化劑活性提高

丙烯中的含有多種對催化劑活性有影響的雜質(zhì)，如CO、COS、H2S、C2H2、H2O、O2、CO2、CH3OCH3、CH3OH等。

裝置在設(shè)計初期要求丙烯中的甲醇含量低于5PPM，以減少該雜質(zhì)對催化劑活性的影響，但是在實際生產(chǎn)中界區(qū)丙烯經(jīng)常有含量較高的情況，最多時界區(qū)丙烯中甲醇含量達(dá)到20PPM。對照上述表格發(fā)現(xiàn)甲醇含量升高到20PPM后催化劑的活性會降低20%左右。針對上述問題裝置與上游丙烯供應(yīng)方積極溝通，通過丙烯靜置，提高回?zé)挼劝l(fā)法來降低丙烯中甲醇含量。裝置也對丙烯精制塔T722A/B提高再生周期，保證丙烯精制塔的使用效果。從而降低界區(qū)丙烯中甲醇含量過高對催化劑活性產(chǎn)生的影響。

2.3 預(yù)聚合溫度對催化劑活性的影響

預(yù)聚合溫度較低的情況下催化劑活性無法被完全激活，當(dāng)該預(yù)聚合溫度提高后，催化劑粒型變規(guī)整，細(xì)粉含量降低。系統(tǒng)中的聚合物顆粒流動性大幅提高。而且催化劑活性能夠完全被激活，對于提高整體的催化劑活性幫助很大，但是目前裝置由于預(yù)聚合壓力限制，當(dāng)提高溫度后會直接導(dǎo)致預(yù)聚合出料線堵塞。在與同類裝置交流過程中發(fā)現(xiàn)，預(yù)聚合壓力較高的原因為出料管線使用的材質(zhì)內(nèi)壁光潔度無法達(dá)到要求。當(dāng)預(yù)聚合溫度提高后，預(yù)聚合內(nèi)反應(yīng)加劇，出料線光潔度較低造成出料線掛料，導(dǎo)致預(yù)聚合壓力的升高。對使用高光潔度出料線的裝置進(jìn)行調(diào)研，決定利用停車機會改造該出料線。改造后再次開車預(yù)聚合溫度由24℃提高至27℃。

2.4 提高國產(chǎn)催化劑比例

裝置目前使用進(jìn)口和國產(chǎn)兩種類型混配催化劑。其中進(jìn)口催化劑價格為國產(chǎn)催化劑的1.6倍。裝置過去兩年國產(chǎn)催化劑的使用比例基本維持在25%左右。提高國產(chǎn)催化劑的使用比例對降低催化劑成本幫助很大。

目前提高國產(chǎn)催化劑使用比例最大的限制在于反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)控制，會出現(xiàn)反應(yīng)器循環(huán)波動、共聚反應(yīng)活性下降，產(chǎn)品細(xì)粉量較多。通過調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)控制參數(shù)，跟國產(chǎn)催化劑供應(yīng)商積極溝通調(diào)整國產(chǎn)催化劑的性能來滿足裝置生產(chǎn)需求。

解決了使用高比例國產(chǎn)催化劑后主反應(yīng)器循環(huán)波動較大，下游料位波動明顯的情況。為裝置提高國產(chǎn)催化劑使用比例找到了很好的突破口，2019年度國產(chǎn)催化劑使用比例大幅提升，由2018年的25%左右提高至30%。

3 結(jié)論

裝置經(jīng)過一年的技術(shù)攻關(guān)，通過減少催化劑的非正常消耗;減少界區(qū)丙烯中影響催化劑活性的雜質(zhì);提高預(yù)聚合溫度來保證聚合粉料的粒型，從而使催化劑在反應(yīng)器中的活性明顯提高;

同時國產(chǎn)催化劑的使用比例也明顯提高，為裝置催化劑的國產(chǎn)化使用開辟新的工作方向。全面提升了國產(chǎn)催化劑在Spherizone工藝中的應(yīng)用進(jìn)展，為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪定一 主編.聚丙烯——原理、工藝與技術(shù)：中國石化出版社，2005.6