氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行措施研究

＊田軍濤

（中石化北京燕山分公司 北京 102500）

1.INNOVENE工藝的氣相聚丙烯裝置概述

當(dāng)前世界聚烯烴產(chǎn)品需求持續(xù)增長，我國成為亞洲最大的聚烯烴產(chǎn)品消費(fèi)市場。隨著我國聚丙烯工業(yè)迅速發(fā)展，聚丙烯產(chǎn)品生產(chǎn)能力和產(chǎn)量不斷增加，消費(fèi)量穩(wěn)步增長。目前，國內(nèi)高端聚丙烯產(chǎn)品產(chǎn)量還不能滿足下游實(shí)際需求，每年仍需大量進(jìn)口。做好聚丙烯裝置安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行對提升產(chǎn)量、滿足聚丙烯市場需求具有重要意義。

聚丙烯裝置在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，INNOVENE氣相法工藝由于工藝流程簡單、單線生產(chǎn)能力較大、成本低，得到了相關(guān)企業(yè)的青睞。但是，在氣相聚丙烯裝置運(yùn)行中，容易受到原材料、催化劑等多種因素的影響，容易造成反應(yīng)器在實(shí)際運(yùn)行過程中，溫度出現(xiàn)較大波動，不利于整個裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，同時還會出現(xiàn)聚合物細(xì)粉和結(jié)塊現(xiàn)象，造成設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)堵塞等現(xiàn)象，產(chǎn)生較多質(zhì)量問題，并影響工藝技術(shù)的應(yīng)用效果，難以保證裝置運(yùn)行的安全可靠性。因此，人們不斷加大氣相聚丙烯裝置的研究力度，結(jié)合其實(shí)際運(yùn)行情況，提出基于INNOVENE工藝技術(shù)的氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行措施。

INNOVENE聚丙烯工藝主要是在反應(yīng)器床層中利用液相丙烯氣化吸收控制反應(yīng)溫度，并對過頂冷凝器內(nèi)循環(huán)氣尾氣的液化量進(jìn)行控制，從而達(dá)到對反應(yīng)器系統(tǒng)壓力控制目的。同時，對第一和第二反應(yīng)器內(nèi)的進(jìn)料類型、比例進(jìn)行控制，形成無規(guī)共聚物、抗沖共聚物等。INNOVENE工藝的核心部分主要包含原料精制和催化劑單元、第一和第二反應(yīng)單元、粉料轉(zhuǎn)移、脫氣和凈化單元、產(chǎn)品造粒、均化、輸送單元等。

氣相聚丙烯裝置相關(guān)原材料精制之后，選擇高品質(zhì)的催化劑，將其投入到反應(yīng)器內(nèi)，從而發(fā)生聚合反應(yīng)，并發(fā)揮相關(guān)工藝技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，提高聚丙烯產(chǎn)品制作的有效性。聚丙烯屬于優(yōu)質(zhì)的合成樹脂，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)特性、無味無毒、材料應(yīng)用廣泛，同時能夠利用烯烴聚合技術(shù)，聚合丙烯獲得產(chǎn)品。聚丙烯工藝技術(shù)結(jié)合聚合方式，主要包含多種方法，而聚合催化劑的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，在很大程度上優(yōu)化聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)，具有更加顯著的節(jié)能降耗效果，節(jié)約成本，保證產(chǎn)品安全質(zhì)量和使用性能符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)[1]。氣相法工藝流程較為簡單，投資小、單線生產(chǎn)水平高，得到人們的認(rèn)可和青睞。

2.影響裝置長周期運(yùn)行的因素

（1）反應(yīng)器溫度波動大。反應(yīng)器正常操作中，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度的串級控制，并保持在波動范圍處于0～5℃之間。但是，裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)部分位置的溫度波動相對較大，對裝置運(yùn)行帶來不良影響。而反應(yīng)溫度的工藝參數(shù)受到多種因素的影響，尤其是催化劑濃度、進(jìn)料量，當(dāng)其中一個量出現(xiàn)變化，均會引起反應(yīng)溫度出現(xiàn)較大波動。

聚合反應(yīng)溫度受到催化劑進(jìn)料量和濃度的影響，從而在聚合反應(yīng)過程中對催化劑控制不當(dāng)，會引發(fā)裝置長周期運(yùn)行問題。催化劑應(yīng)用中，當(dāng)工作人員為結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)設(shè)定進(jìn)料量的對應(yīng)數(shù)值，容易在催化劑單元運(yùn)行中，產(chǎn)生一定程度管線堵塞現(xiàn)象，對反應(yīng)器內(nèi)的溫度帶來較大影響，當(dāng)溫度波動較大的情況下，不利于裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）聚合物細(xì)粉問題。當(dāng)聚合顆粒規(guī)格不符合要求，在氣相聚丙烯裝置運(yùn)行的過程中被攜帶脫離反應(yīng)器而產(chǎn)生了聚合物細(xì)粉，成為氣相聚丙烯工藝中十分常見的問題。聚合物細(xì)粉較多的情況下，大大增加了過濾器的負(fù)荷，對濾袋的使用年限和效率產(chǎn)生很大影響，當(dāng)其通過過濾器進(jìn)入到下游設(shè)備時，對設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大影響。如，循環(huán)氣壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，聚合物細(xì)粉較多，經(jīng)常堵塞入口過濾器，同時增加活塞、氣缸表面的磨損程度，導(dǎo)致設(shè)備密封磨損和泄漏，難以保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率[2]。

（3）聚合物結(jié)塊問題。氣相聚丙烯工藝出現(xiàn)聚合物結(jié)塊問題，在很大程度上降低聚合物質(zhì)量，損壞設(shè)備，甚至造成裝置停止運(yùn)行。當(dāng)料位控制不合理，出現(xiàn)反應(yīng)不均勻的情況，容易發(fā)生聚合物結(jié)塊現(xiàn)象。料位是十分關(guān)鍵的工藝參數(shù)，對聚合物反應(yīng)控制具有較大影響，當(dāng)其過低的情況下，出現(xiàn)局部結(jié)塊現(xiàn)象；過高時，在攪拌槳葉的頂端容易出現(xiàn)不流動區(qū)域，形成塊料，影響裝置長周期運(yùn)行。

3.氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的措施

（1）改進(jìn)設(shè)備。氣相聚丙烯裝置運(yùn)行過程中，為提高其運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，不斷改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。如，選擇循環(huán)氣精密過濾器，發(fā)揮其重要作用，安裝在循環(huán)氣壓縮機(jī)的入口位置，從而有效清除循環(huán)氣內(nèi)進(jìn)入的細(xì)粉。過濾器選擇中，保持其為聚丙烯材質(zhì)，并優(yōu)化配置兩臺過濾器，保持氣相聚丙烯裝置運(yùn)行生產(chǎn)過程中，其中一臺進(jìn)行正常生產(chǎn)使用，另一臺進(jìn)行備用。過濾器使用過程中，保持3～6個月及時更換，保持設(shè)備安全、高質(zhì)量運(yùn)行，同時在過濾器內(nèi)增設(shè)差壓報(bào)警裝置，結(jié)合生產(chǎn)要求，預(yù)先設(shè)定相適應(yīng)的報(bào)警值。循環(huán)氣壓縮機(jī)經(jīng)過改進(jìn)，安裝過濾器后投入使用，有效提高其運(yùn)行的平穩(wěn)性，避免入口位置過濾器位置發(fā)生堵塞問題，并且有效預(yù)防機(jī)械密封發(fā)生磨損和泄漏等問題，提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和效率[3]。

反應(yīng)器卸料閥設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，主要是細(xì)粉在一定程度上磨損密封填料，從而損壞生產(chǎn)過程中的卸料閥。細(xì)粉顆粒小，能夠順利進(jìn)入到卸料閥的密封填料，其溫度能夠達(dá)到80℃，與反應(yīng)溫度接近，而閥體為環(huán)境溫度，溫差增大，受到熱脹冷縮的影響，密封填料磨損更加嚴(yán)重。因此，工作人員在卸料閥設(shè)備使用過程中，需要合理控制其開關(guān)頻率，并在冬季保持每間隔15天進(jìn)行拆卸和檢修，其他季節(jié)保持45天左右進(jìn)行拆修即可。同時，工作人員選擇適宜的電伴熱裝置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，合理安裝在卸料控制閥上，促進(jìn)其保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，防止由于溫差較大損壞卸料閥，有效降低設(shè)備故障問題。

（2）優(yōu)化技術(shù)。氣相聚丙烯裝置實(shí)際運(yùn)行過程，在不同生產(chǎn)負(fù)荷、牌號下，合理控制相應(yīng)的鋁硅和鋁鎂比，借助APC先進(jìn)過程控制系統(tǒng)，針對性調(diào)整工藝技術(shù)，保障反應(yīng)器中的不同組分濃度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如，丙烷濃度對氣相聚丙烯裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有較大影響，需要在技術(shù)優(yōu)化過程中，合理管控原料丙烯內(nèi)的丙烷含量，更多關(guān)注回收系統(tǒng)內(nèi)丙烷的外送量，保證反應(yīng)器中的丙烷濃度始終保持平衡的狀態(tài)，避免丙烷濃度超過允許范圍，影響氣相聚丙烯裝置運(yùn)行水平。

氣相聚丙烯裝置運(yùn)行中，工作人員做好反應(yīng)器循環(huán)氣的優(yōu)化控制，保證表觀氣速，在多種負(fù)荷下，相對應(yīng)的循環(huán)氣冷凝量在合理范圍內(nèi)。另外，工作人員更多關(guān)注反應(yīng)器的實(shí)際狀態(tài)，確保其氣液比始終處于動態(tài)平衡和相對穩(wěn)定的狀態(tài)，優(yōu)化控制反應(yīng)器，保持處于穩(wěn)定狀態(tài)下，再增加催化劑，并合理調(diào)整切刀轉(zhuǎn)速、模板和筒體溫度等各項(xiàng)工藝技術(shù)參數(shù)，提高氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量和效率[4]。

氣相聚丙烯裝置工藝技術(shù)優(yōu)化過程中，需要工作人員重視原料精制，結(jié)合工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，提高氣相聚丙烯裝置原有的丙烯、氫氣和氮?dú)赓|(zhì)量。工作人員在實(shí)際操作中，可以借助在線分析儀、采樣分析等措施，全面監(jiān)控上游裝置的原料，詳細(xì)分析并掌握原料內(nèi)丙烯、CO、CO2、醇類等各項(xiàng)雜質(zhì)的具體含量。另外，工作人員借助丙烯精制塔，有效脫除氣相聚丙烯裝置原有材料丙烯中內(nèi)的含硫類物質(zhì)。結(jié)合氣相聚丙烯裝置的實(shí)際需求，分析原料的實(shí)際情況，合理開展綜合評估工作，按照要求合理換劑，保障反應(yīng)器始終處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）合理選擇催化劑。催化劑是氣相聚丙烯裝置的核心技術(shù)之一，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況合理選擇催化劑，配置相適應(yīng)的外給電子體。工作人員在催化劑選擇中，做好各項(xiàng)對比分析工作，保持其性能穩(wěn)定，具有較高的活性和性價(jià)比。當(dāng)催化劑不同時，需要結(jié)合其特點(diǎn)和應(yīng)用需求，配置相適應(yīng)的外給電子體。適合的外給電子體在聚丙烯產(chǎn)品等規(guī)度調(diào)節(jié)方面具有良好的應(yīng)用效果，同時在聚合反應(yīng)控制中發(fā)揮十分重要的作用，有效防止聚合反應(yīng)過程中出現(xiàn)各項(xiàng)問題，同時避免反應(yīng)超溫結(jié)塊，最大程度規(guī)避氣相聚丙烯裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

選擇高質(zhì)量的催化劑，適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)器催化劑進(jìn)料的具體位置，在氣相聚丙烯裝置運(yùn)行過程中，減少細(xì)粉的形成。例如：主催化劑間的溫度低于20℃的情況下，受到礦物油黏度的影響，生成較多塊料，增加閥門、旋轉(zhuǎn)下料閥卡塞問題的發(fā)生概率。通過選擇合適的催化劑，應(yīng)用專利商特定的高活性催化劑，改造主催化劑間的采暖系統(tǒng)，合理控制環(huán)境溫度，更換活性稍差的催化劑，能夠有效解決該問題。

在聚合反應(yīng)的過程中，需要原料丙烯與催化劑進(jìn)行直接接觸，有效釋放出其活性。裝置運(yùn)行中，通過前端進(jìn)料加入催化劑，存在部分原料和助催化劑未完全接觸，從而被攜帶，脫離反應(yīng)器，而催化劑持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，但是在這個過程中缺乏相適應(yīng)的反應(yīng)條件，從而形成細(xì)粉。同時，全部催化劑都在前端加入，增加了反應(yīng)器前端反應(yīng)劇烈程度，造成撤熱不均產(chǎn)生塊料。因此，對催化劑進(jìn)料位置進(jìn)行改進(jìn)，從反應(yīng)器前端和中部同時進(jìn)料，有效減少催化劑被攜帶脫離反應(yīng)器的現(xiàn)象，避免細(xì)粉的產(chǎn)生，并有效促進(jìn)催化劑更加充分釋放活性[5]。同時，也減少了反應(yīng)器前端劇烈反應(yīng)程度，使整個反應(yīng)器反應(yīng)均勻，降低了反應(yīng)器結(jié)塊風(fēng)險(xiǎn)。

工作人員不僅要選擇適宜的催化劑，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，合理調(diào)整助催化劑的摻入量。助催化劑在聚合反應(yīng)中，基于載體表面和催化劑內(nèi)的氯化鈦發(fā)生反應(yīng)，還原鈦的價(jià)態(tài)到+3，形成絡(luò)合物，聚合反應(yīng)的活性中心為鈦。催化劑在實(shí)際應(yīng)用過程中需要和助催化劑進(jìn)行完全接觸發(fā)生反應(yīng)，充分釋放出催化活性。因此，工作人員優(yōu)化助催化劑的摻入量，提高催化劑活性釋放的合理性和平穩(wěn)性，防止活性出現(xiàn)較多波動，形成較多細(xì)粉。當(dāng)助催化劑摻入量較多情況下，在裝置運(yùn)行過程中，會進(jìn)入到下游單元，與裝置系統(tǒng)內(nèi)的微量氧發(fā)生反應(yīng)，從而對于過濾器內(nèi)的濾袋具有相應(yīng)的氧化作用，在很大程度上縮短了濾袋應(yīng)用周期，對氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

（4）管理科學(xué)化。為了實(shí)現(xiàn)氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，工作人員應(yīng)不斷加強(qiáng)設(shè)備的科學(xué)化管理力度，保障各項(xiàng)設(shè)備的安全可靠性，同時做好設(shè)備的巡檢和維護(hù)工作。氣相聚丙烯裝置的管理、操作和維護(hù)人員在實(shí)際工作中定時上崗巡檢，填寫相應(yīng)的臺賬記錄，詳細(xì)記錄檢查時間、各項(xiàng)參數(shù)、故障問題及處理措施、結(jié)果等各項(xiàng)內(nèi)容。同時，工作人員對于關(guān)鍵零部件和閥門等進(jìn)行重點(diǎn)管理，高度重視備品備件安全質(zhì)量的管控，全面分析主電機(jī)、模板等相關(guān)部件日常運(yùn)行中常見的問題，并制定相適應(yīng)的解決措施，全面處理氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)影響因素，提高其運(yùn)行效果。工作人員在氣相聚丙烯裝置運(yùn)行中不僅關(guān)注設(shè)備的科學(xué)化管理，還需要重視原料質(zhì)量的管理，保持原材料自身質(zhì)量符合氣相聚丙烯裝置運(yùn)行要求，提高其運(yùn)行效果。

（5）運(yùn)行效益分析。本氣相聚丙烯裝置為INNOVENE工藝的氣相聚丙烯裝置，通過改進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化技術(shù)、合理選擇催化劑、管理科學(xué)化的措施，保障該裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了裝置運(yùn)行質(zhì)量和效率。氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，有效減少了反應(yīng)波動造成的裝置停工，減少了原料丙烯放空及環(huán)境污染，提高裝置產(chǎn)量和質(zhì)量，創(chuàng)造了更多經(jīng)濟(jì)效益。以28萬t/a的聚丙烯生產(chǎn)裝置進(jìn)行計(jì)算，每年由于減少裝置停工原料丙烯放空損失、裝置非計(jì)劃停工造成的產(chǎn)量損失，以及造成的環(huán)境污染損失、產(chǎn)品質(zhì)量波動損失等，能夠產(chǎn)生1000萬元左右經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)性較高，產(chǎn)生良好的社會效益。

4.結(jié)束語

氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行過程中，工作人員需結(jié)合裝置實(shí)際情況和運(yùn)行條件，詳細(xì)分析影響裝置長周期運(yùn)行存在的問題，并通過多種有效措施，提高設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，提高各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用效果。同時，裝置運(yùn)行中，工作人員結(jié)合生產(chǎn)要求，合理選擇催化劑，并做好科學(xué)化管理工作，減少丙烯單耗，促進(jìn)氣相聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造更多社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。