UNIPOL PE氣相流化床工藝?yán)淠龖B(tài)操作簡(jiǎn)析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 014010）

UNIPOL PE氣相流化床工藝?yán)淠龖B(tài)操作簡(jiǎn)析

＊武 東

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 014010）

神華包頭煤化工聚乙烯裝置結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的操作經(jīng)驗(yàn)，闡述了冷凝態(tài)操作特點(diǎn)，并從冷劑異戊烷濃度對(duì)露點(diǎn)、反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、催化劑活性及靜電控制等方面進(jìn)行簡(jiǎn)析，提出冷凝操作注意事項(xiàng)。

冷凝態(tài)；異戊烷濃度；露點(diǎn)

神華包頭煤化工聚乙烯裝置采用美國(guó)univation氣相流化床工藝技術(shù)，于2010年8月投入生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力為30萬(wàn)噸。具有以下特點(diǎn)：(1)工藝簡(jiǎn)單。反應(yīng)在較低溫度、壓力下進(jìn)行，工藝流程較短，易于控制。(2)產(chǎn)品靈活。根據(jù)市場(chǎng)的需要，較易調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量?，F(xiàn)階段聚乙烯裝置主要生產(chǎn)兩種牌號(hào)，分別是：DFDA-8007和DMDA-7042。(3)操作方便。流化床反應(yīng)系統(tǒng)是uNIPOL聚乙烯工藝的核心，反應(yīng)系統(tǒng)操作彈性大，產(chǎn)品均勻，操作和控制簡(jiǎn)便。

美國(guó)univation公司uNIPOL氣相流化床工藝，是聚乙烯領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的氣相法聚乙烯技術(shù)，通過(guò)采用冷凝態(tài)操作技術(shù)使生產(chǎn)能力得到很大的提高，并且運(yùn)行周期長(zhǎng)，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

1.冷凝態(tài)操作技術(shù)的介紹

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐以及研究發(fā)現(xiàn)，冷凝態(tài)操作可以看作是顯著增加循環(huán)氣焓差的方法。聚乙烯裝置反應(yīng)系統(tǒng)的冷凝劑采用的是異戊烷。通過(guò)向反應(yīng)系統(tǒng)中加入適當(dāng)濃度的異戊烷來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)氣的組分的含量，改變其露點(diǎn)溫度，使得循環(huán)氣組分中，露點(diǎn)低于混合氣溫度的氣體在進(jìn)入反應(yīng)器前處于冷凝狀態(tài)，這部分液體進(jìn)入反應(yīng)器后吸收反應(yīng)熱汽化，增加了該部分氣體的氣化潛熱。因而通過(guò)向反應(yīng)的循環(huán)氣系統(tǒng)注入一定量的飽和烴類冷凝劑，形成了特有的冷凝態(tài)操作模式，循環(huán)氣中不參加反應(yīng)的烴類物質(zhì)在流化床和冷卻器中不斷地進(jìn)行汽化和冷凝反應(yīng)，增加了系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動(dòng)和換熱，大大增加了撤走聚合反應(yīng)生成熱的能力。在不增大循環(huán)氣速及反應(yīng)器出入口溫差的前提下，通過(guò)冷凝態(tài)操作使反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率顯著提高，提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。

2.冷凝劑的濃度對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的影響

(1)露點(diǎn)溫度。循環(huán)氣露點(diǎn)溫度是判斷反應(yīng)操作狀態(tài)是否在冷凝模式下運(yùn)行的直接依據(jù)，同時(shí)也是控制著反應(yīng)器操作的重要參數(shù)，影響設(shè)備的安全性能。通過(guò)改變冷凝劑的濃度，來(lái)控制循環(huán)氣的露點(diǎn)溫度，使得系統(tǒng)氣體的綜合露點(diǎn)溫度控制在反應(yīng)器的入口及反應(yīng)溫度之間。由于整個(gè)過(guò)程是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度逐漸降低，氣體量增大。露點(diǎn)溫度的存在為整個(gè)反應(yīng)過(guò)程提供熱量傳遞動(dòng)力，經(jīng)過(guò)實(shí)踐和大量的研究分析可知，露點(diǎn)溫度要高于進(jìn)口溫度，低于反應(yīng)溫度，才能確保反應(yīng)的進(jìn)行，露點(diǎn)應(yīng)小于反應(yīng)溫度至少5-6℃，高于反應(yīng)器入口的循環(huán)氣溫度3℃以上。若整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)在冷凝態(tài)操作模式下，冷劑以分散的濕霧的狀態(tài)隨著循環(huán)氣在進(jìn)入到系統(tǒng)反應(yīng)，聚合反應(yīng)放熱，冷凝劑進(jìn)入到反應(yīng)器中，接觸面積大，能夠很快的吸收反應(yīng)熱成為氣體，使反應(yīng)器進(jìn)口溫度降低。反應(yīng)器內(nèi)混合氣體的露點(diǎn)是冷凝劑發(fā)生相變的臨界溫度，當(dāng)聚合反應(yīng)放熱，反應(yīng)器內(nèi)溫度升高，循環(huán)氣被加熱，超過(guò)自身的露點(diǎn)，液態(tài)的冷凝劑吸收熱量，發(fā)生汽化反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)的生成熱被轉(zhuǎn)化為氣體的潛熱被帶走。(2)冷凝劑濃度對(duì)系統(tǒng)反應(yīng)穩(wěn)定性的影響。冷凝劑濃度的高低對(duì)反應(yīng)壓力影響較大。當(dāng)異戊烷濃度較高時(shí)，調(diào)溫水系統(tǒng)的水閥動(dòng)作幅度變化較大，冷凝量也隨之變化較大，使反應(yīng)系統(tǒng)壓力也會(huì)隨之變化。調(diào)溫水量的變化改變了換熱器出口循環(huán)氣組分氣液相組分的含量。氣態(tài)的異戊烷與液體的異戊烷的體積相差很大，在進(jìn)行吸熱放熱過(guò)程時(shí)，引起了反應(yīng)器內(nèi)壓力的變化，冷凝劑異戊烷的濃度越高，生成的異戊烷氣體體積越大，反應(yīng)器內(nèi)的壓力波動(dòng)變化就越大。冷劑濃度越大對(duì)催化劑活性影響就越大，系統(tǒng)內(nèi)壓力變化就越大，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很不利。(3)冷劑異戊烷濃度對(duì)催化劑活性的影響。反應(yīng)系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)，催化劑活性值是一個(gè)變化值。隨著冷劑濃度升高，反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)入冷凝態(tài)后，由于液體在分布板上的氣化使分布板上溫度較干法操作狀態(tài)時(shí)下降，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布梯度較大，降低了催化劑的引發(fā)速度。在高負(fù)荷生產(chǎn)條件下，反應(yīng)器內(nèi)的催化劑參與反應(yīng)的時(shí)間會(huì)大大縮短，部分未反應(yīng)完全的催化劑在反應(yīng)器出料時(shí)一起進(jìn)入下游的脫氣倉(cāng)，造成催化劑損失，降低了催化劑活性。(4)冷劑異戊烷濃度對(duì)靜電的影響。反應(yīng)器入口溫度在與循環(huán)氣露點(diǎn)溫度相接近時(shí)，靜電會(huì)有小幅波動(dòng)，所以操作人員通過(guò)靜電的變化可以較準(zhǔn)確的判斷反應(yīng)狀態(tài)是否進(jìn)入了冷凝態(tài)。干法模式操作時(shí)反應(yīng)負(fù)荷達(dá)到26～30t/h，就會(huì)有靜電波動(dòng)，反應(yīng)進(jìn)入濕法操作模式后，靜電變化會(huì)明顯變小，說(shuō)明冷凝態(tài)操作有減弱靜電的作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，帶有雜質(zhì)的物料進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，也會(huì)引發(fā)大的靜電波動(dòng)，這樣的靜電造成的危害更大，靜電作用將導(dǎo)致帶有催化劑的細(xì)小樹(shù)脂粉末被吸附在反應(yīng)器壁上繼續(xù)反應(yīng)，會(huì)造成反應(yīng)器結(jié)片或結(jié)塊，嚴(yán)重時(shí)反應(yīng)將終止，需要引起重視。

在uNIPOL氣相流化床聚乙烯工藝技術(shù)中，冷劑濃度是一個(gè)非常重要的操作指標(biāo)，冷劑濃度太低，反應(yīng)不能進(jìn)行冷凝態(tài)操作；而冷劑濃度太高，又會(huì)造成循環(huán)氣質(zhì)量流量增大，加重循環(huán)氣壓縮機(jī)載荷，濃度過(guò)高甚至可能造成液體在流化床中不能完全被汽化，使得反應(yīng)器持液操作，造成反應(yīng)器分布板上方冷凝液不能完全汽化，致使樹(shù)脂黏料、結(jié)片和結(jié)塊。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐得出，循環(huán)氣中冷劑的摩爾百分含量控制在5%-10%較合適。聚乙烯裝置在生產(chǎn)不同牌號(hào)情況時(shí)，冷凝劑的濃度也會(huì)做出相應(yīng)調(diào)整。冷凝態(tài)操作模式下，生產(chǎn)DMDA-8007時(shí)異戊烷濃度控制在9%～10．5%；而生產(chǎn)DFDA-7042時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)中共聚單體丁烯一1也是可冷凝的重組分，因此生產(chǎn)這一牌號(hào)時(shí)異戊烷濃度僅為6%～8%。

3.冷凝態(tài)模式操作注意事項(xiàng)

(1)避免黏料產(chǎn)生。冷凝劑加入過(guò)多，會(huì)造成樹(shù)脂黏度增加，影響反應(yīng)系統(tǒng)流化狀態(tài)，容易造成反應(yīng)器內(nèi)粉料結(jié)塊。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況及不同產(chǎn)品牌號(hào)，冷凝態(tài)下異戊烷濃度通常控制在6%～10%。如果出現(xiàn)樹(shù)脂發(fā)粘情況，應(yīng)該及時(shí)做出調(diào)整?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，降低乙烯分壓，降低冷劑用量等措施，解決黏料問(wèn)題。(2)減少進(jìn)出冷凝態(tài)頻次。在實(shí)際生產(chǎn)中，要盡量避免頻繁進(jìn)出冷凝態(tài)。因?yàn)樵谶M(jìn)入或退出冷凝態(tài)時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)“泥漿狀態(tài)”，會(huì)造成反應(yīng)器分布板堵塞，影響反應(yīng)器流化，從而引起反應(yīng)器結(jié)塊，不利于長(zhǎng)周期運(yùn)行。(3)盡量縮短進(jìn)出冷凝態(tài)過(guò)程時(shí)間。在進(jìn)出冷凝態(tài)的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷“泥漿”狀態(tài)，若停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)引起分布板堵塞。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)配合調(diào)整反應(yīng)器溫度，循環(huán)氣氣速以及冷劑濃度等措施，盡量縮短進(jìn)出時(shí)間，減輕反應(yīng)器分布板的堵塞程度。

4.總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)神華包頭煤化工聚乙烯裝置冷凝態(tài)操作的研究，冷凝劑的濃度對(duì)整個(gè)操作系統(tǒng)的影響。控制著循環(huán)氣的露點(diǎn)溫度，反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及催化劑的活性。不僅如此對(duì)冷凝態(tài)操作技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)控制指標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述。表明在聚乙烯生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展進(jìn)步的今天，冷凝態(tài)操作技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高裝置的效率具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)冷凝態(tài)操作模式下，產(chǎn)生的靜電小，運(yùn)行更平穩(wěn)，相較于傳統(tǒng)的干法操作，其優(yōu)勢(shì)更加明顯，前景應(yīng)用更廣闊。

[1]楊荊泉,陳偉,陽(yáng)永榮等．氣相法聚乙烯冷凝態(tài)模式操作的模擬研究Ⅰ反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)的分析[J]．化工學(xué)報(bào),2001,52(10):877-884．

[2]趙明昌．大慶LLDPE裝置冷凝態(tài)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)[D]．大慶石油學(xué)院,2005,17．

(責(zé)任編輯：李田田)

Analysis of Condensation Phase Operation for UNIPOL PE Gas Phase Fluidized Bed Technology Condensation Phase Operation

Wu Dong

（Shenhua Baotou Coal Chemical Industry Limited Liability Company, Inner Mongolia, 014010）

In this paper,through the combination of polyethylene unit of Shenhua Baotou coal chemical industry with the operation experience in practical production process, it has expounded the operation features of condensation phase, besides, has analyzed the infuence of cryogen isopentane concentration on dew point, reaction system stability, catalyst activity and static electricity control etc., fnally put forward the matters needing attention of the condensation phase.

condensation phase；isopentane concentration；dew point

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

武東（1972～)，男，神華包頭煤化工有限責(zé)任公司；研究方向：聚乙烯冷凝態(tài)操作。