溶液法聚乙烯裝置1-辛烯的效能提升應用

寧魯賓 王宏亮 馮建勤（撫順石化公司乙烯化工廠）

乙烯化工廠聚乙烯裝置采用加拿大公司專利技術，設計產能8×104t/a。是國內唯一一套溶液法聚乙烯裝置。發揮溶液法優勢開發辛烯共聚產品[1]，填補了國內空白，改變了我國辛烯共聚產品完全依靠進口的現狀。但由于技術和設備原因，每個生產周期后，需排出約20 t粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，粗1-辛烯雜質含量較高，無法作為共聚單體再次使用。長期生產下去，會造成粗1-辛烯的積累。

如果粗1-辛烯能夠得到充分的二次利用，對于減輕儲存壓力和降本增效都大有收益。因此我們提出，1-辛烯共聚生產時利用粗1-辛烯作為配制液體添加劑的溶劑，利用液體添加劑注入點在反應器下游，不會影響聚合反應，且液體添加劑注入量小且緩，對回收區的影響不會太大。同時粗1-辛烯不再經過精餾塔精制，精餾塔加熱蒸汽量得到降低，達到提高1-辛烯利用率，降低蒸汽消耗，達到降本增效目的。

1 化工工藝節能降耗的必要性

1.1 實現可持續發展

化工工藝生產中往往會造成資源的大量消耗。因此，化學工業穩步發展，就必須具有能源，我國雖然是能源大國，但目前也面臨著資源短缺的問題，僅依靠國內的能源已經滿足不了市場的需求。尤其是天然氣、石油非再生資源缺乏日趨嚴重，使我國在未來的能源供應上難度越來越大。石油資源的短缺，化工企業受到影響遠遠大于其他行業。所以減少能源浪費，降低損耗，對化學產業至關重要，它關系著化學工業在未來能否穩定發展[2]。

1.2 有利于降低企業成本

化工企業能源節約可以提高企業經濟效益，化工企業的產品尤其是耗能多的產品，它的生產成本往往會浪費大量的資源。因此，減少能源浪費，降低損耗，就能降低產品生產成本，在浪費資源相等的基礎上能增加產品生產份額，為企業帶來更多利潤。

1.3 有利于實現對環境的保護

化工企業的節能降耗有利于實現對環境的保護，節約能源即減少能源的開發，這樣能降低二氧化硫、煙、塵等的產生。空氣中的污染物包括粉塵、二氧化硫、二氧化氮，二氧化碳等。溫室效應、酸雨、空氣懸浮顆粒、光化學污染等都是這些污染物引起的。所以，要節約能源，減小損耗，保護好環境[3]。

2 1-辛烯共聚生產聚乙烯的流程

為了滿足1-辛烯共聚生產需求，對聚乙烯裝置進行了部分適應性改造，1-辛烯共聚流程見圖1。主要有：增加PV2030A至HB塔再沸器高壓蒸氣管線；增加P-GA-210泵至1-辛烯儲罐的退料線；增加一臺1-辛烯退料冷卻器、1-辛烯退料罐，1-辛烯儲罐用裝置原有的環己烷儲罐V-FA-416C；增加兩臺1-辛烯進料泵，1-辛烯進料控制用原有的丁烯共聚流量閥及流量表（FV-1002A/B）；增加1-辛烯在線分析儀一臺；在V-FA-205和E-EA-203之間增加P-209泵的跨線，使高壓凝液不再經過P-209泵體，直接通過壓差進入E-EA-203；增加了從環氧乙烷車間引入的高壓水線，高壓水通過TV-4114控制進入BH-401，將過熱高壓蒸汽脫過熱為飽和蒸汽。

圖1 1-辛烯共聚流程圖Fig.1 Copolymerization process of 1-octene

3 粗1-辛烯的產生及利用

3.1 低沸物精制塔（LB塔）的控制

LB塔壓力控制在1 800～1 900 kPa，如果塔壓低將導致塔底出料溫度低，HB塔操作困難，可以減少丁烯循環量至2 500 kg/h，同時可以適當補充FE，以盡快恢復LB塔的操作。只有塔壓穩定了，參數調整才能平穩。控制EA-203出口溫度TI-2032在205～210℃，如果超過范圍會引起LB塔波動[4]。由于1-辛烯共聚，產量只有7 t/h，LB塔內未反應乙烯非常少，可以忽略，因此1-辛烯共聚LB塔塔盤溫度分布同29系列有很大不同，進料點21層以上塔盤即精餾段塔盤溫度分布，沒有明顯梯度變化，特別是頂部三層塔盤溫度非常接近。如果按生產29系列操作，用回流控制頂部三層溫度，會發現LB塔波動非常大。操作要點是在丁烯回路物料平衡后，且LB塔第22層塔盤溫度在200～210℃時[5]，只需監控V-FA-206罐液位，并用回流進行調控，即可平穩操作LB塔。LB塔主要控制參數見表1。

表1 LB塔主要控制參數Tab.1 Main control parameters of LB tower

3.2 高沸物精制塔（HB塔）的控制

環己烷物料平衡后，HB塔主要監控塔釜液位。通過PV-2030A微調HB塔再沸器自產蒸汽[6]加熱量，將HB塔塔釜液位控制在50%～60%，可保證HB塔頂采出物料1-辛烯濃度平穩。HB塔再沸器加熱蒸汽改為高壓蒸汽，PV-2030A和FV-2131串聯，因為FV-2131壓力設計等級在2 600 kPa且在下游，因此采用將FV-2131開至100%，由PV-2030A控制HB塔再沸器加熱量。

隨著1-辛烯共聚的進行，HB塔塔釜1-辛烯濃度逐漸累積，溫度逐漸增高。當塔釜溫度升至214℃時（塔壓680 kPa，回流21 t/h），HB塔盤溫度由下至上明顯升高，當塔頂溫度升至165℃時，HB塔趨于穩定。只有1-辛烯在SH中濃度達到一定值時才會形成共沸，為避免HB塔釜液位波動過大，在塔釜溫度升至214℃前，適當降低塔釜加熱量[7]。HB塔主要控制參數見表2。

表2 HB塔主要控制參數Tab.2 Main control parameters of HB tower

3.3 粗1-辛烯的產生與積累

生產1-辛烯共聚產品，由于精餾塔穩定運行時HB塔頂溫度高于1-辛烯的沸點，因此溶劑環己烷和1-辛烯會同時從HB塔塔頂采出，形成1-辛烯和環己烷的混合物。在裝置從1-辛烯共聚聚乙烯產品切換到均聚聚乙烯產品時，HB塔塔頂溶劑已不能滿足均聚物生產需求。因此每個生產周期后，會通過回收區退料流程排出20 t左右粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，由于粗1-辛烯雜質含量高，需要送至回收區高沸塔塔釜進行精餾提純，為了降低粗1-辛烯對高沸塔塔頂采出溶劑純度的影響，以1 t/h的流量引入。高沸塔正常進料來自低沸塔塔底出料，溫度230℃，而粗1-辛烯由1-辛烯退料罐引入，溫度30℃，勢必會增加高沸塔再沸器高壓蒸汽的消耗。由于粗1-辛烯雜質含量較高，直接進入回收區HB塔塔釜，雖然小流量引入，但是高沸塔操作出現波動，勢必會造成HB塔塔頂采出溶劑純度下降，不但增加催化劑消耗，也易造成塔頂采出物料1-辛烯比例不穩定，影響產品質量，粗1-辛烯不能有效得以利用。

3.4 粗1-辛烯的高效利用

1-辛烯共聚生產，添加劑的配制與2911系列產品采用同樣的配制流程和環己烷溶劑。不同的是，1-辛烯共聚添加劑按2∶4∶5的配比進行配置，添加劑含量5 000 mg/kg；2911系列產品，添加劑按1∶1配制，濃度300 mg/kg。由于1-辛烯共聚添加劑濃度大，高溫有利于液體添加劑的充分溶解，以防止添加劑容易析出堵塞管線。由于環己烷沸點80.7℃，溫度高則出現沸騰溶劑蒸發泄漏，在封閉的配制間內積存，易發生事故。由于添加劑的配制溫度控制范圍過小，實際生產過程多次發生添加劑堵塞管線，影響添加劑的注入，導致產品質量差。

隨著生產的進行，逐漸摸索出一定規律。添加劑配制溫度控制偏高些，添加劑不容易發生堵塞。經過反復試驗，確定將開車初始兩罐添加劑配置溫度電加熱器[8]仍然控制在70±3℃，之后添加劑配制溫度控制在70～80℃[9]。經分析，這是因為開車初期配置添加劑時用的溶劑是純環己烷，生產過程中，配制添加劑的環己烷會含有2%的1-辛烯，其沸點高于純環己烷的80.7℃，所以配置罐溫度控制在80℃左右不會出現溶劑沸騰現象，由于控制溫度范圍的擴大，降低了添加劑溫度控制難度，進而降低了添加劑堵塞情況的發生。但是并沒有徹底解決添加劑堵塞問題。同時又提出利用生產副產物粗1-辛烯，作為配置添加劑的溶劑，控制溫度可以進一步升高，控制范圍又可進一步擴大。

通過分析化驗和實際操作，粗1-辛烯更適合作為添加劑的溶劑。不同溶劑沸點與實際使用效果見表3。

表3 不同溶劑沸點與實際使用效果Tab.3 Boiling points of different solvents and actual use effects

4 項目實施及效果

1）建立流程模擬。冷辛烯進料為1 000 kg/h，溫度30℃，塔釜辛烯根據出料量，油脂塔進料大約為5.5 t/h，若HB塔釜液位維持穩定則進入高沸塔釜的量大約為5.5 t/h，結果兩股物流混合后溫度大約為206℃。冷辛烯加入后塔釜溫度變化流程模擬見圖2。

圖2 冷辛烯加入后塔釜溫度變化流程模擬Fig.2 Flow simulation of temperature change of tower kettle after the addition of cold octene

2）不加入冷辛烯。若不加入辛烯時，條件為將214℃辛烯加熱至225℃，使用高壓蒸汽（3.7 MPa）減壓后壓力為2.2 MPa。3.7 MPa高壓蒸汽溫度為245℃，2.2 MPa蒸汽溫度為217℃。辛烯不同壓力下的泡點溫度見圖3。

圖3 辛烯不同壓力下的泡點溫度Fig.3 Bubble point temperature of octene at different pressures

3）建立流程。進入再沸器虹吸管流量為20 t/h辛烯，溫度由214℃加熱升至228℃，其高壓蒸汽消耗量為5 235 kg/h。高壓蒸汽消耗量流程圖見圖4。

圖4 高壓蒸汽消耗量流程圖Fig.4 Flow chart of high pressure steam consumption

4）加入辛烯。加入辛烯流量為1 t/h時高沸塔塔釜溫度會下降至206℃，此時仍需保證再沸器出口溫度維持228℃。除進口溫度之外其他條件均不改變，根據模擬程序計算蒸汽消耗量為8 192 kg/h。

5）經濟效益。在相同的再沸器出口溫度下，加入辛烯流量為1 t/h，高沸塔再沸器高壓蒸汽消耗量為3 t/h，20 t粗1-辛烯共計消耗60 t高壓蒸汽。即粗1-辛烯配置添加劑高效利用后，當高壓蒸汽價格為234.38元/t時，每個生產周期可以節約14 062.8元。同時，降低高壓蒸汽消耗的同時又降低了高沸塔的處理量，保證裝置經濟平穩運行。

2016年檢修期間，增加粗1-辛烯配制添加劑流程，實際投資20 000元。2017年5月22日生產1-辛烯共聚產品首次投用，生產周期10 d，共配置添加劑溶液18 t，沒有發生一起添加劑堵塞事故，粗1-辛烯被有效利用，達到了響應國家號召，清潔生產[10]的目的。粗1-辛烯的利用率90%，產生的經濟效約35.4萬元。

5 結論

1）在操作層面，由于添加劑的注入點在反應釜的下游，粗1-辛烯的雜質不會對聚合反應、催化劑耗量造成直接影響；因添加劑注入量小，速度慢，返回回收區的粗辛烯流量很小，回收區HB塔控制平穩，塔頂采出物料純度沒有受到影響，并且粗1-辛烯可以充分利用聚合反應放出的熱量，高溫狀態返回回收區LB塔分離再進入HB塔精制，可以將粗1-辛烯對HB塔操作的影響降至最低，保證了HB塔塔頂采出純度，也降低高壓蒸汽耗量。

2）通過生產實踐，粗1-辛烯配置添加劑流程無需大刀闊斧的改造，在生產1-辛烯共聚聚乙烯過程中，一個生產周期內，共用粗1-辛烯配置液體添加劑20罐，未發生管線堵塞現象，同時反應區、回收區操作平穩，配制添加劑效果好的同時也解決了粗1-辛烯積累的難題，現場投資小、收益大，值得推廣。