線性低密度聚乙烯裝置冷凝態(tài)技術(shù)研究分析

呂　明，李成龍，李　程（.中國(guó)石油撫順石化分公司烯烴廠，遼寧撫順3008；.廣東省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院茂名檢測(cè)院，廣東茂名55000）

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線性低密度聚乙烯裝置冷凝態(tài)技術(shù)研究分析

呂明1，李成龍1，李程2
（1.中國(guó)石油撫順石化分公司烯烴廠，遼寧撫順113008；2.廣東省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院茂名檢測(cè)院，廣東茂名525000）

摘要：根據(jù)撫順石化線性低密度聚乙烯裝置實(shí)際生產(chǎn)情況，介紹冷凝操作模式情況，冷凝操作對(duì)氣相流化床反應(yīng)的影響，提高了時(shí)空產(chǎn)率和催化劑活性，并且分析兩種進(jìn)退冷凝態(tài)的方法，以及研究了冷凝液濃度對(duì)流化質(zhì)量的影響大小，從而對(duì)裝置以后的生產(chǎn)情況提供了有利的實(shí)際操作依據(jù)。

關(guān)鍵詞：冷凝技術(shù)；淤漿區(qū)；循環(huán)氣流速；流化質(zhì)量

線性低密度聚乙烯產(chǎn)品由于其性能方面的優(yōu)勢(shì)，如：力學(xué)性能、抗熱性、抗低溫、耐油性等等，并且產(chǎn)品生產(chǎn)成本較低，因此，決定了其在市場(chǎng)上的有利位置。近年國(guó)內(nèi)在不斷增加聚乙烯裝置的建設(shè)來滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求，并且新建裝置的生產(chǎn)能力大大提高，如撫順石化公司45萬t·a-1線性低密度聚乙烯裝置。裝置采用的工藝技術(shù)為氣相法冷凝操作模式，這不僅提高了裝置的時(shí)空產(chǎn)率并且對(duì)反應(yīng)器的流化質(zhì)量和催化劑都有一定的影響，而且保證了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，為提高產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)［1］。

1　冷凝液分析

1.1冷凝液種類

以撫順石化線性低密度聚乙烯裝置為例，在冷凝操作模式下，對(duì)于冷凝介質(zhì)的選取主要考慮以下幾種情況：

（1）露點(diǎn)不能太低，不能低于反應(yīng)器入口溫度，否則不能進(jìn)行冷凝模式操作；

（2）露點(diǎn)不能太高，若快接近反應(yīng)溫度，可能發(fā)生樹脂粘結(jié)現(xiàn)象；

（3）濃度在合適的范圍內(nèi)，濃度過高易造成樹脂粘結(jié)，對(duì)于撫順石化線性來說滿負(fù)荷生產(chǎn)最大濃度在12%～13%左右。

在氣相法流化床生產(chǎn)聚乙烯時(shí)，循環(huán)氣的露點(diǎn)溫度應(yīng)該在反應(yīng)溫度和入口溫度之間。對(duì)于反應(yīng)入口溫度可以通過改變表觀氣速的大小來對(duì)循環(huán)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)；露點(diǎn)溫度可以通過改變循環(huán)氣壓力、冷凝介質(zhì)種類和濃度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

工業(yè)化試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1　不同冷凝介質(zhì)下循環(huán)氣體露點(diǎn)溫度與介質(zhì)濃度關(guān)系Fig.1 Cycle gas dew point temperature and the concentration of media relations at different condensed media

由圖1可以看出，循環(huán)氣隨著冷凝介質(zhì)含量的增加混合物的露點(diǎn)溫度也隨之增加，隨著飽和烷烴的碳數(shù)增加露點(diǎn)溫度提高。根據(jù)原料的自身性質(zhì)和冷態(tài)操作模式的相關(guān)要求，撫順石化線性裝置采用異戊烷作為冷凝介質(zhì)進(jìn)行冷態(tài)操作。

1.2露點(diǎn)溫度

循環(huán)氣露點(diǎn)溫度是與反應(yīng)器達(dá)到冷凝態(tài)操作模式和安全有關(guān)的重要指數(shù)。但是，循環(huán)氣的露點(diǎn)溫度是無法利用常規(guī)儀表測(cè)量的，因此，就必須借助熱力學(xué)模型通過測(cè)量物流的組成成分和壓力等一系列參數(shù)計(jì)算出來。準(zhǔn)確計(jì)算循環(huán)氣的露點(diǎn)溫度對(duì)于研究冷凝態(tài)技術(shù)是非常重要的［2］。

2　冷凝模式切換

淤漿區(qū)是冷凝操作模式的最難解決問題之一。淤漿區(qū)的出現(xiàn)與聚乙烯顆粒夾帶量息息相關(guān)。大量經(jīng)驗(yàn)表明在非冷凝態(tài)操作時(shí)流化床的循環(huán)系統(tǒng)可以容忍一定量細(xì)粉夾帶，但在剛進(jìn)入冷凝態(tài)或快要離開冷凝態(tài)時(shí)，由于循環(huán)氣中冷凝液非常少，管道中容易產(chǎn)生類似漿糊的物質(zhì)，極容易堵塞管道。當(dāng)冷凝液含量大于3%的情況下，淤漿區(qū)就會(huì)消失［3］。

對(duì)于快速進(jìn)入或快速退出冷凝態(tài)一般有兩種操作方法，反應(yīng)器中注入一定量的異戊烷，改變循環(huán)氣的組分，提高循環(huán)氣密度和傳熱能力，從而提高露點(diǎn)溫度，兩種操作方法不同的是循環(huán)氣流速，見圖2、3。

圖2　冷凝操作模式的切換路徑（a）Fig.2 Condensing operation mode switching path（a）

圖2操作方法的特點(diǎn)：反應(yīng)在較低的循環(huán)氣流速下來進(jìn)入冷凝態(tài)，管路中的聚乙烯顆粒夾帶較少，淤漿區(qū)變窄，有利于很好的穿過淤漿區(qū)。

圖3　冷凝操作模式的切換路徑（b）Fig.3 Condensing operation mode switching path（b）

圖3操作方法的特點(diǎn)：反應(yīng)在較高的流速下進(jìn)入冷凝態(tài)，這樣管路中顆粒夾帶量較多，使淤漿區(qū)變寬，但是，此狀態(tài)下有利于反應(yīng)器換熱。根據(jù)撫順石化線性裝置實(shí)際情況，采用第一種切換模型進(jìn)行操作。

3　冷凝液濃度操作

3.1進(jìn)入冷態(tài)操作

在反應(yīng)達(dá)到要求的異戊烷濃度時(shí)，要注意對(duì)組分的調(diào)節(jié)。

圖4　進(jìn)入冷態(tài)操作路徑Fig.4 Into the cold operating path

由圖4可知，隨著反應(yīng)器中異戊烷濃度的提高，露點(diǎn)溫度也隨之升高；在接近反應(yīng)器入口溫度時(shí)，必須快速進(jìn)入到冷凝模式。反應(yīng)負(fù)荷較高時(shí)，進(jìn)入較快。

3.2退出冷態(tài)操作

在退出冷態(tài)時(shí)，首先降低異戊烷濃度，這樣就需要停止注入異戊烷，這時(shí)要對(duì)進(jìn)入淤漿區(qū)加以注意。

圖5　退出冷態(tài)操作路徑Fig.5 Quit cold operating path

由圖5可知，有兩種操作模式可以退出冷凝態(tài)［4］。

策略一：首先降低異戊烷濃度，直接導(dǎo)致入口溫度持續(xù)降低，露點(diǎn)溫度隨之降低。在快要到達(dá)淤漿區(qū)時(shí)，提高表觀氣速，降低負(fù)荷，退出冷凝態(tài)，之后再繼續(xù)減少異戊烷在反應(yīng)器中濃度。這種操作方法可以使反應(yīng)保持在較高的負(fù)荷下進(jìn)行操作。

策略二：直接降低催化劑含量，把系統(tǒng)退出冷凝態(tài)模式，之后在低負(fù)荷下開始降低異戊烷濃度。隨著異戊烷濃度的降低，稍微提高一些負(fù)荷，有助于減少產(chǎn)量的損失。

4　流化質(zhì)量與冷凝液濃度關(guān)系

流化質(zhì)量的變化決定了這種帶液操作的氣相流化床反應(yīng)器是否穩(wěn)定，所以流化質(zhì)量的變化是十分重要的。根據(jù)流態(tài)化原理可知，在鼓泡流態(tài)化區(qū)域，流化密度越小，即流化床疏密度越小，流化質(zhì)量越差。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中異戊烷濃度提高時(shí)，流化密度逐漸降低，意味著流化質(zhì)量逐漸變差［5］。相反，異戊烷濃度降低時(shí)，流化密度升高，隨之流化質(zhì)量變好。

在使反應(yīng)進(jìn)行冷凝模式操作的同時(shí)，流經(jīng)分布板的氣流可以破壞那種固液形式的顆粒淤積，同時(shí)新進(jìn)的異戊烷蒸發(fā)能力不能超過分布板區(qū)域液體的蒸發(fā)能力。由于氣相流化床內(nèi)液體的蒸發(fā)速度與反應(yīng)放熱速度、液體和固體在氣相流化床內(nèi)分散速度，以及工藝操作條件等因素有關(guān)，很難從理論上預(yù)測(cè)［6］。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來說，低濃度異戊烷含量，流化床的蒸發(fā)能力是足夠用的，當(dāng)高濃度異戊烷含量時(shí)，流化床的蒸發(fā)能力可能達(dá)不到要求，從而導(dǎo)致反應(yīng)器局部區(qū)域淤積結(jié)塊，使流化質(zhì)量惡化，裝置停工。所以，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)控制好一個(gè)合適的異戊烷濃度范圍，是保證裝置平穩(wěn)生產(chǎn)的前提條件。

5　總結(jié)

（1）根據(jù)各種冷凝液介質(zhì)的自身性質(zhì)，并且考慮各個(gè)聚乙烯裝置的特點(diǎn)來選擇合適的物質(zhì)作為冷凝介質(zhì)，一般情況來說，選用較多的為異戊烷；

（2）在進(jìn)退冷凝態(tài)時(shí)，要減少淤漿區(qū)停留的時(shí)間，這樣可以保證反應(yīng)的平穩(wěn)性，降低反應(yīng)器結(jié)塊的可能性；

（3）正常生產(chǎn)情況下，不僅要密切關(guān)注冷凝液濃度，也要時(shí)刻注意流化密度，不同的參數(shù)一起考慮這樣才能保證裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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工程師園地

LLDPE of condensation mode technical analysis research

LV Ming1，LI Cheng-long1，LI Cheng2
（1.PetroChina Fushun Petrochemical Company Olefin Factory, Fushun 113008,China；2.Guangdong Institue of Special Equipment Inspection and Research Maoming Branch, Maoming 525000, China）

Abstract：According to Fushun Petrochemical LLDPE unit actual production, introduction the condensing mode of operation conditions were introduced. The effects of condensation operation of the gas phase fluidized bed reactor. Improve the space time yield and catalyst activity, and analysis of the two methods retreat condensed state, as well as to study the quality of the condensate concentration convection effect size, thus the means of production in the future will provide a favorable basis for the actual operation.

Key words：condensing technology；slurry zone；circulation gas flow rate；fluidized quality

中圖分類號(hào)：O632.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160453

收稿日期：2016-01-18

作者簡(jiǎn)介：呂明（1987-），男，漢族，遼寧撫順人，工程師，碩士研究生，化工過程機(jī)械專業(yè)，從事石油化工生產(chǎn)工作。