浅谈ST-Ⅲ+聚丙烯工艺高压闪蒸系统

浅谈ST-Ⅲ+聚丙烯工艺高压闪蒸系统

张得利

（中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300270）

摘要：介绍了国产中国石化三代半环管法（ST-Ⅲ+）聚丙烯工艺高压闪蒸系统的工艺流程、原理及作用。通过与中国石化三代环管法（ST-Ⅲ）聚丙烯工艺对比，重点分析了ST-Ⅲ+工艺高压闪蒸系统改进后的特点，阐明系统在生产中的控制思路。

关键词：聚丙烯;工艺;高压闪蒸;丙烯

1. 前言

目前世界上先进的聚丙烯生产工艺主要有气相法工艺、Spheripol工艺以及国产环管法ST工艺，其中国产环管法ST工艺是在吸收国外Spheripol工艺基础上创新转化后的一种工艺，成为目前国内生产聚丙烯应用最广泛的一种工艺[1,2]。迄今为止，ST工艺已发展到三代半环管法（ST-Ⅲ+）工艺，目前国内仅有一套投产装置。与中国石化三代环管法（ST-Ⅲ）聚丙烯工艺相比，（ST-Ⅲ+）聚丙烯工艺的一大特点就是对高压闪蒸系统进行了改进，有望更好地控制聚丙烯的生产过程，生产出性能更加稳定的聚丙烯产品。

2.ST工艺高压闪蒸系统的简述：

ST工艺聚丙烯的合成反应主要是在两个串联的环管反应器中进行的，第二环管反应器排出的浆液进入高压闪蒸系统的高压闪蒸罐D-301，丙烯单体与聚合物在此分离，经回收后重新参与反应，高压闪蒸系统的作用就是闪蒸、回收在环管反应器中未反应的丙烯单体。

高压闪蒸是从第二环管反应器出料阀出口处开始进行的，聚合物浆液自第二环管反应器经内径不断扩大的闪蒸管线进入D-301，其压力由3.4～4.4 MPaG降至1.8 MPaG，使液相丙烯汽化[3]。在闪蒸管线外部设有蒸汽夹套，通过D-301气相出口上的温度控制器串级控制通入夹套的蒸汽压力，确保闪蒸管线中的丙烯完全汽化和过热。该控制方法可根据装置的生产负荷调节闪蒸能力，并且闪蒸管线直径逐渐增大，以适应丙烯体积膨胀并限制其流速。

同旋风分离器一样，聚合物和汽化丙烯沿切线方向进入D-301，聚合物落到D-301底部，并在料位控制下送至循环气袋滤器SR-301。在D-301顶部有一个特殊设计的动力分离器M-301，动力分离器本质上是一台由电机驱动的风扇[4]，其作用是将丙烯气从聚丙烯粉料中分离出来，防止丙烯随粉料进入D-301下部，丙烯气则去往高压丙烯洗涤塔C-301中予以回收。C-301的压力设定值为1.8 MPaG左右，D-301的压力也是由C-301的压力控制。如果C-301的压力设定过高，则不能到达闪蒸脱气的效果，若压力设定过低，则无法通过循环冷却水进行冷凝回收丙烯。

从第二环管反应器出料阀排出的浆液流经闪蒸管线进入D-301中，若D-301或其下游出现故障，物料可通过D-301前的三通阀切送至排放系统而不进D-301。

3.ST-Ⅲ+聚丙烯工艺高压闪蒸系统的改进

ST-Ⅲ+聚丙烯工艺是在ST-Ⅲ聚丙烯工艺基础上改进发展而来的，其中高压闪蒸系统（如图1所示）的改进主要包括以下几方面：闪蒸罐D-301的直筒段加长、直筒段上部增加两股液相喷淋丙烯（FV-30041）、直筒段下部增加三股气相吹扫丙烯（FV-30042）、直筒段增加一个核料位计（LIC-30003）、直筒段增加五个温度测点（TI-30042A/B/C/D/E）。

D-301直筒段增加两股液相喷淋丙烯，该两股液相丙烯通过两个喷嘴从直筒段同一水平面的不同角度加入到D-301内部，液相丙烯作为隔离液，进入D-301后发生汽化，汽化的丙烯可带走聚丙烯粉料中夹带的氢气等小分子轻组分，实现非减压脱除技术，此种方式的隔离液设置可以说是借鉴了Spherizone聚丙烯工艺在反应器中加入隔离液的技术。由于氢气是作为聚丙烯分子量的调节剂加入到环管反应器中的，因此进入D-301的聚丙烯粉料中夹带的氢气来源即为环管反应器中未反应的氢气，尤其是生产高熔体质量流动速率的聚丙烯产品，需要在环管反应器中加入大量的氢气。在D-301中脱除氢气的目的就是防止氢气和聚丙烯粉料一起进入气相共聚反应器，影响气相共聚产品熔体质量流动速率的控制。值得说明的是，ST-Ⅲ+聚丙烯工艺另一处改进即为气相共聚反应器，该反应器改进后理论上可用于生产高橡胶含量的釜内合金产品，以期实现聚丙烯的高抗冲性能，发挥其在市场中的优势。而对闪蒸罐D-301直筒段增加两股液相喷淋丙烯的改进则是为气相反应器系统服务的。在生产抗冲共聚物或釜内合金产品时，D-301中的物料需要进入气相共聚反应器系统进行反应，要想发挥液相丙烯隔离液脱除氢气的效果，则需要控制D-301料位在液相丙烯喷嘴的上方。而生产均聚产品或无规共聚产品时，D-301中的物料无需进入气相共聚反应器系统，因此D-301的料位可控制在液相丙烯喷嘴以下，但液相丙烯隔离液依然必须投用，否则从D-301上方进入的物料可能会使喷嘴堵塞。生产均聚产品或无规共聚产品时丙烯隔离液的流量可视情况调小。

图

1  ST-Ⅲ+聚丙烯工艺高压闪蒸系统工艺流程图

为了保证D-301下部不存在液相丙烯，D-301的另一改进之处就是将其直筒段加长，如此物料在D-301中的停留时间相对增加，同时可以使丙烯充分汽化，保证良好的闪蒸效果。

D-301直筒段加长的结果会物料停留时间相对增加，同时会导致聚丙烯粉料在D-301底部堆密度增加，从而增加了粉料在D-301出料阀处堵塞的风险。因此，直筒段下部增加三股气相吹扫丙烯，三股气相丙烯加入点也是位于同一水平面，三个吹扫口的夹角为120°，其作用就是松动直筒段的聚丙烯粉料，使其可以顺利从D-301出料阀进入下游系统。为防止吹扫口堵塞，每个吹扫口上部均设有挡板。

D-301直筒段增加了一个核料位计（LIC-30003），用于显示或控制D-301中粉料的料位。生产不同牌号的聚丙烯产品，D-301中粉料的料位控制可以说是不同的，因此该料位计可以作为料位控制的一个选择。

D-301直筒段还增加了五个温度测点（TI-30042A/B/C/D/E），测点位置在直筒段竖直方向上依次排列。生产不同牌号的聚丙烯，D-301的料位控制在不同的高度，这五个温度测点可作为判断料位高低的参考点。此外，由于催化剂的后移活性，D-301中依然存在聚丙烯的生成反应，直筒段的温度测点也可作为判断物料是否在D-301中发生剧烈反应的依据，为D-301的平稳运行提供参照。

4.结语

相对于ST-Ⅲ聚丙烯工艺，ST-Ⅲ+聚丙烯工艺的高压闪蒸系统做出多方面的优化改进，在生产中可充分发挥其优势，有望生产出质量稳定、性能优异的聚丙烯产品。

参考文献

[1] 洪定一. 聚丙烯——原理, 工艺与技术[M]. 中国石化出版社, 2011.

[2]吴长江. 聚丙烯技术新进展[J]. 石油化工, 2006, 35(3): 289-294.

[3] 刘华强, 李来生. 聚丙烯装置闪蒸过程的研究[J]. 合成树脂及塑料, 2003, 20(1): 36-39.

[4] 张建新. Spheripol与ST聚丙烯工艺在洗涤塔方面的优化[J]. 化工管理, 2020(19): 186-187.

张得利（1993-），男，天津人，硕士，助理工程师，主要从事聚丙烯生产操作的工作。