降低气相流化床聚乙烯装置原料单耗的措施

降低气相流化床聚乙烯装置原料单耗的措施

徐鑫

中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司塑料厂全密度二车间 黑龙江大庆163711

摘要：气相流化床法成为了生产聚乙烯常用方法，但该方法生产聚乙烯的工艺不同，技术特征也存在差异。文章主要对气相流化床法生产聚乙烯的三种工艺技术进行阐述，希望对气象流化床法的发展起到借鉴作用。

关键词：聚乙烯；原料单耗；影响因素；措施

引言

聚乙烯的价格低廉且特性优良被广泛工业生产应用，随着聚乙烯生产规模的不断扩大，气相流化床法的使用率随之提升。聚乙烯根据组织分子密度分为低密度、高密度、线性低密度、超低密度聚乙烯等类型，其中高密度与线性低密度聚乙烯是采用气相流化床法生产的。我国运用聚乙烯生产技术相对成熟，且气相流化床法生产技术的发展空间与市场潜力大，为了突破技术瓶颈与加强经济效益，应当加强对此方面的研究。

1气相流化床聚乙烯冷凝操作模式的特点

气相流化床聚乙烯工艺为：乙烯、共聚单体（1-丁烯等）和诱导冷凝剂（戊烷等）进入精制单元，脱除杂质和毒物后送往反应系统；主要原料随循环气从反应器底部进入，通过气体分布板向上流动，使树脂床层保持流化状态；在反应器中乙烯和1-丁烯等共聚单体在催化剂作用下聚合为聚乙烯粉料，聚乙烯粉料的密度、熔体流动指数等指标通过反应器温度、压力、乙烯分压、乙烯/共聚单体比、氢气/乙烯比等工艺参数进行控制；聚乙烯粉料经排料系统送产品脱气仓，聚合反应热由循环气带出，循环气冷却器移除循环气中反应热。冷凝操作模式是一种在气相流化床聚乙烯装置上，向聚合反应系统大量加入在反应器内易气化冷凝的液体（如正戊烷、异戊烷和己烷等）的操作工况。该模式下，聚合反应热由循环气体的温升（显热）和冷凝液体的汽化蒸发（潜热）共同带出反应器，聚合单元撤热能力比“干”法工艺大幅提高。当反应系统循环气中长碳链烯烃含量不够高时，不能自然进入冷凝态操作。为了提高反应系统撤热能力，通过向系统注入大量饱和烃类物质，使反应器可控地进入冷凝操作工况称为诱导冷凝。冷凝操作模式的特点有：1）大幅提高流化床反应器的时空产率。反应器和循环气管线不需要大改造，设备投资少，操作费用低。2）可抵消杂质对静电波动的影响，减少静电波动和反应器结片，增加操作稳定性。3）反应器停留时间短，牌号切换时间短，操作得当可降低过渡料产量。

2影响原料单耗的原因

2.1排放气回收参数控制不合理

排放气回收系统是指由反应器抽出的循环气（包括乙烯、1-丁烯、异戊烷等）经过脱气仓到排放气回收系统进行回收。回收原理为加压、降温。将气相原料压缩为液相原料输送回反应器重新利用。脱气仓控制压力高导致脱气仓顶部排放量增大，以及排放气回收压缩机二段出口压力控制低，使回收物料量减少，均会造成物料浪费。

2.2原料再生床层频率不合理

精制系统是脱除杂质的保障，床层脱除杂质的原理为物理吸附和化学反应。床层再生有固定时间，一般按装置设计负荷（37.5 t/h）进行再生。但由于装置长期处于低负荷（24.0 t/h）运行，经过床层的物料量未达到设计所需物料量，床层未达到饱和状态，此情况下进行再生，会造成物料浪费。

3降低原料单耗的措施

3.1生产负荷控制

采用冷凝模式操作后，反应器的时空产率大幅提高，对生产负荷的控制提出了很高要求。实际操作中，如出现催化剂活性过高、催化剂加料器故障大量进料、冷凝剂含量偏低、循环气液相分率不足、冷却水温波动等情况，均可能造成生产负荷超出安全范围，危害装置运行。冷凝模式下最高负荷根据循环气冷却器对反应器的最大撤热能力确定（假定反应器内部传热能力够）。根据冷却水温度计算反应器可达到的最低入口操作温度；然后按具体牌号生产所需的反应温度、压力、循环气组成和流量等条件，确定利用循环气温差撤除显热对应的最大负荷；再根据冷凝操作要求的液相分率（w）（一般为15%～20%）确定冷凝液在反应器气化带走热量时对应的最大负荷。将两最大负荷相加并与理论最高负荷进行比较以确定方案是否可行，综合考虑各种因素确定操作弹性，确定不同牌号的最高负荷控制值。冷凝模式下最低负荷根据避免露点操作原则确定。由于反应器入口温度在露点附近滞留会造成反应器分布板堵塞等严重问题，当循环气加入冷凝剂后，冷凝模式为最低安全负荷时，对应反应器入口温度至少低于循环气露点3℃以上。

3.2制定详细的进退冷凝操作步骤减少排放

通过装置多次进行进退冷凝操作，总结经验，确定操作过程中的具体步骤，减少物料的排放。（1）进冷凝前关闭反应器高压氮气进料阀，逐渐降低反应器总压控制值，由2 150 kPa降至2 050 kPa。（2）进冷凝时，提前将反应器内异戊烷摩尔分数由2.2%升至2.5%，快速进冷凝，减少因异戊烷浓度提高引起反应器总压升高导致的原料排放。（3）退冷凝时，提前降低需要排放的排放气回收系统的回收罐液位，由50%降至20%，减少新鲜异戊烷和1-丁烯的进料量，可使因需要快速降低异戊烷浓度所引起的反应器原料排放量下降。（4）退冷凝前，提前将反应器内异戊烷摩尔分数由7.2%降至6.5%，缩短原料排放时间。（5）控制异戊烷加入速度，降低静电波动，避免非计划停车。

3.3反应器温度控制

与非冷凝操作相比，冷凝工况下反应系统有液相存在，反应器温度的操作弹性大，只要循环气中冷凝剂的含量稳定控制在合适的范围内，反应器温度失控的风险很小。但冷凝剂加入量、回收系统烯烃和烷烃凝液返回量、催化剂进料平稳性、冷却水温度、循环气流化气速、树脂流化松密度、树脂密度和熔体流动指数等工艺参数的变化均对反应器温度有影响。相比“干”法操作模式，冷凝模式操作下影响反应温度的因素更加复杂。冷凝操作模式下，反应器最低操作温度设定和控制不低于80℃，否则反应系统撤热能力下降，相同的反应器时空产率需要更大的冷凝液用量。反应器低温操作还会导致大量单体及冷凝剂吸附在树脂粉料上，使流化床流化困难，增大反应器分布板堵塞和反应器结块的风险。在使用Ziegler-Natta催化剂时，反应器操作温度一般控制不超过89℃，进入冷凝操作模式后，反应器分布板上部粉料对聚合单体及冷凝剂有大量吸附，会降低实际的安全操作温度范围，催化剂注入量、聚合反应系统中毒物含量变化或循环气组分变化等均会导致反应温度较大波动，反应温度发生波动时上限应严格控制在93℃以下，避免因聚合系统撤热能力不足而导致反应器发生“飞温”爆聚。

结束语

相流化床的撤热情况影响负荷的高低和安全生产，尤其是环境高温调整困难阶段，更加应该重视优化操作。原料杂质的控制尤为兲键，包括精制床和相兲的操作控制和调整，对精制床的再生应迚行有敁的时间优化，降低装置能耗、物耗水平。PDS出料时间的优化不但可以降低流化气的损失，而且可以起到减少阀门的敀障率和降低反应废料产生的作用。对PDS系统特殊的阀门敀障处理应该引起足够重视，采取有敁的方法调整，避免阀门敀障导致更大的反应问题发生。需要特殊强调的是：由于气相流化床的特殊性，当流化床已经出现了较明显的恶化幵迚一步发展时，不应再争取恢复正常的操作，而是应该考虑执行终止程序，将敀障降低幵彻底解决也是一种有敁的应对事敀状态的优化手段。

参考文献

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