淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法

金益飛，胡 俊

(1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207；2.浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 310012)

淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法

金益飛1，胡 俊2

(1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207；2.浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 310012)

鎮(zhèn)海煉化45萬t/a聚乙烯樹脂裝置投用以來，生產(chǎn)高熔指牌號(M2320)聚乙烯樹脂時出現(xiàn)了擠壓機瓶頸、反應器催化劑活性低下、產(chǎn)品出料系統(tǒng)(PDS)堵塞、脫氣單元過濾器堵塞等問題。該文提出了通過提高催化劑活性、優(yōu)化床料位、適當降低熔指和提高密度等相應的解決措施，保證了裝置的平穩(wěn)運行，有利的提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

高熔指聚乙烯；生產(chǎn)；存在問題；解決方法

年產(chǎn)45萬噸聚乙烯樹脂生產(chǎn)線是中國石油化工集團股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司乙烯配套項目主要裝置。該裝置引進美國聯(lián)碳公司(UCC)低壓氣相法全密度聚乙烯工藝(Univation工藝)專利技術，該工藝以乙烯為原料、丁烯-1或己烯-1為共聚單體，氫氣為鏈轉移劑，采用美國聯(lián)碳公司(UCC)專利催化劑，在氣相流化床反應器中反應聚合，可以生產(chǎn)高、中、低密度的聚乙烯樹脂。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)牌號為M2320的高熔指聚乙烯樹脂，但是該生產(chǎn)線自開工以來出現(xiàn)了擠壓機瓶頸、反應器催化劑活性低下、產(chǎn)品出料系統(tǒng)(PDS)堵塞與脫氣單元過濾器堵塞等問題。這將導致裝置負荷受限，嚴重影響公司乙烯平衡以及裝置長周期運行。

1 主要存在的問題

(1)擠壓機負荷能力受限，其最高負荷為52 t/h。當熔融指數(shù)為20 g/10min時，隨著擠壓機負荷的上升，擠壓機喂料斗Y6260出現(xiàn)堆積，負荷不能再上升，最高只達到52 t/h。

(2)反應器催化劑活性低下，一般淤漿活性只有6000 kg/kg，該值低于正常淤漿活性(7000～8000 kg/kg)。催化劑活性低導致其消耗上升，從而成本增加。

(3)在切換牌號過程中由于床料位調(diào)節(jié)不及時會造成PDS堵塞。

(4)聚乙烯樹脂粉料 (DJL-2420)熔指高，粉料粘結指數(shù)偏高，其流動性能差，粉料旋轉加料器 (S6213)能力將受限。

(5)擠壓機停車后再次啟動困難，會存在切粒刀與盤面間卡粒現(xiàn)象，造成切出的粒子大小不均或粒料粘結，最終造成成品質(zhì)量不合格，影響優(yōu)等品率與合格品率。

(6)反應器細粉含量高，造成反應器直筒段片料多，下游粉料輸送系統(tǒng)會造成堵塞，尤其是粉料過濾器容易堵塞。

2 主要原因及解決方法

(1)粉料的流動性與粘結性成反比，樹脂的粘結性越高，粉料的流動性能越低。從公式(1)可以看出粉料的粘結性與密度成反比、與熔指成正比，即隨著熔指的升高、密度的降低粉料的粘結性將上升。

(1)

式中，T為溫度，℃；ρ為熔指密度，kg/m3；MI為熔融指數(shù)，g/10min。

如圖1所示，在聚乙烯低熔指粉料DJM-1820的篩分分布中可以看出對比，聚乙烯高熔指粉料DJL-2420的細粉含量明顯偏高，粉料流動時摩擦阻力上升會使其流動性下降。通過圖2可以看出樹脂的熔指和擠壓機負荷成一定的比例關系，當熔融指數(shù)為30 g/10min時，擠壓機負荷只有40 t/h。所以生產(chǎn)聚乙烯高熔指粉料DJL-2420時熔指控制應在19～20g/10min，保證擠壓機負荷在52 t/h以上。

圖1 DFDA7042與M2320各篩分尺寸分布圖

圖2 樹脂的熔指與擠壓機的負荷關系圖

(2)控制H2/C2摩爾百分比為48%。氫氣濃度上升近4倍后催化劑活性下降明顯，降低DC/THF、T3/THF還原比率從0.40/0.30降到0.30/0.30，同時提高反應器乙烯分壓使反應器催化劑活性在6700 kg/kg以上。

(3)聚乙烯低熔指粉料DJM-1820向聚乙烯高熔指粉料DJL-2420切換過程中樹脂特性發(fā)生較大變化，其中APS下流化床的最小流化線速也下降，如公式(2)所示：

(2)

式中，Umf為最小流化速度，m/s； s為固體密度，kg/m3； g為氣體密度kg/m3；g為重力加速度，N/kg；d為顆粒直徑，mm；μ為氣體速度，m/s。

床層的膨脹與氣體的速度近似成比例的，因此，對于給定的聚乙烯樹脂，流化堆積密度是隨著表觀氣速增大而減小的[2]。反應器線速一般控制在0.73 m/s左右，所以DJL-2420的流化密度會下降。如果反應器床重固定，則整個反應器的床層高度將會上升，這將使得擴大段的片料迅速下落造成PDS大小頭堵塞。反之，在DJL-2420向DJM-1820切換過程中會造成反應器床料位下降，從而達不到對擴大段良好沖刷，這會使得片料粘結變大，依靠自身重力下落后也會造成PDS大小頭堵塞。所以在切換牌號過程中要及時調(diào)整反應器床重和料位設定，避免反應器擴大段結塊。

(4)擠壓機粉料輸送器S6213能力下降主要是熔指偏高造成的，粉料的粒徑分布越窄、平均球形度越高，其流動性越好[3]。因此可以通過將MI目標值控制在19g/10min、密度目標值控制在0.9250 g/cm3來延緩S6213能力下降，也可以通過對S6213內(nèi)部進行清理來減緩S6213能力下降。

(5)由于DJL-2420的熔指為20g/10 min，熔點變低擠壓機剪切力也降低，因此在擠壓機開車階段要避免擠壓機低扭矩跳車，控制室要時刻注意擠壓機扭矩、S6213轉速與擠壓機節(jié)流閥開度的調(diào)整，保證在擠壓機低聯(lián)鎖值上方運行。熔融樹脂的流動性較強，因此要將所有筒體溫度降至220℃以下確保在合水室時不會因樹脂流動性能過好造成切刀纏死。

圖3 生產(chǎn)DFDA-7047樹脂下C-5009壓力波動變化圖

(6)在生產(chǎn)DJL-2420時，樹脂細粉量明顯上升，催化劑活性需要控制在6000 kg/kg以上，可以防止脫氣倉頂部過濾器Y5010、尾氣回收管線過濾器Y5223A/B與尾氣壓縮機K5206入口濾網(wǎng)頻繁堵塞。自11月初生產(chǎn)M2320開始，Y-5010壓差不斷上升，先后采取調(diào)整濾芯反吹氣頻次、增加Y-5010跨線與調(diào)整基礎樹脂性能等方法，但Y-5010壓差仍不斷增加。

如圖3所示，為生產(chǎn)M2320，本月進行一次熔指為1g/10 min 、牌號為DFDA-7047樹脂試生產(chǎn)。由于該牌號基礎樹脂顆粒尺寸相對較大且擠壓機停機后長時間低負荷運行，脫氣倉C-5009平均壓力逐漸降低至15.5kPa，在試生產(chǎn)結束后轉產(chǎn)DFDA-7042，其壓力又逐漸上升。11月24日按計劃轉產(chǎn)至M2320，脫氣倉C-5009平均壓力快速上升，最高至43 kPa且無穩(wěn)定趨勢，11月27日7:30開始被動將牌號切換至DFDA-7042，27日20:40該壓力突降至16.5kPa，后在高負荷生產(chǎn)DFDA-7042期間，C-5009壓力仍逐漸上升。次月4日裝置緊急降負荷后C5009壓力降至18 kPa并保持穩(wěn)定。

壓力突降后脫氣倉平均壓力仍逐漸上升，同時后系統(tǒng)過濾器Y-5223A及尾氣壓縮機K-5206入口濾網(wǎng)壓差未見上升，表明濾袋無破裂。在濾袋未破裂的情況下，壓力突然降低這說明是粘附在濾袋表面的粉料脫落，這表明超細粉未進入濾袋夾層導致濾網(wǎng)壓差變高。整個過程中脫氣倉壓力變化較大，分析其主要原因是氣速下降后反吹效果變好使濾袋外部濾餅脫落。

直筒段片料多主要原因是細粉含量高，反應中放出的熱量使粉料粘結成片。通過降低反應器溫度可以使得結片數(shù)量大幅度減少，該方法最簡便有效，但是將降低E4002冷卻器的撤熱能力。

3 總結

M2320經(jīng)濟效益較好，但是由于其粉料粒徑偏小，細粉含量高，粉料流動性能下降后對粉料后處理系統(tǒng)帶來困難?？梢酝ㄟ^提高催化劑活性、對布袋反吹時間調(diào)整與提高反吹氮氣壓力解決Y5010壓差高的問題。實踐發(fā)現(xiàn)將MI目標值控制在19 g/10min、密度目標值控制在0.9250 g/cm3，S6213充填率將大為好轉。

[1] 梁大力，史綻春，夏 凡.鎮(zhèn)海煉化聚乙烯技術操作手冊[M].鎮(zhèn)海:中石化鎮(zhèn)海煉化，2009:20.

[2] 楊寶柱, 江 煒, 王靖岱, 等.氣相流化床聚乙烯顆粒粒徑分布模型的研究[J]高校化學工程學報，2005，19(1)：461-467.

[3] 王世波，張 磊，張長禮，等.聚乙烯粉料流動性的表征及影響因素分析[J].合成樹脂和塑料，2013,30(6)：48-50.

(本文文獻格式：金益飛，胡 俊.淺析線性低密度聚乙烯樹脂生產(chǎn)存在的問題及其解決方法[J].山東化工,2017,46(11):120-121.)

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特此聲明！

《山東化工》編輯部

2017年6月5日

2017-04-05

金益飛，男，技師，2009年畢業(yè)于寧波工程學院，現(xiàn)任鎮(zhèn)海煉化聚乙烯裝置班長。

TQ325.1

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1008-021X(2017)11-0120-02