聚乙烯反應(yīng)器靜電的形成原因及控制措施

邢瑩

【摘 要】本文分析了UNIPOL氣相流化床聚乙烯反應(yīng)器中靜電的形成原因、造成的危害、操作中對靜電的預(yù)防措施以及反應(yīng)器出現(xiàn)靜電時(shí)采取的主要措施，及時(shí)消除靜電才能保證生產(chǎn)裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】靜電；危害；原因；預(yù)防；措施

中國石油大慶石化公司塑料廠全密度聚乙烯二套裝置采用UNIVATION公司的UNIPOL氣相流化床聚乙烯冷凝技術(shù)生產(chǎn)工藝，在流化狀態(tài)下，顆粒與顆粒，顆粒與壁面以及顆粒與氣體之間存在不斷的碰撞和摩擦，原料中存在的雜質(zhì)在與活化劑三乙基鋁反應(yīng)的過程中會(huì)分別生成正負(fù)靜電引發(fā)劑，因此，不可避免地會(huì)造成靜電的產(chǎn)生和積累。

一、靜電對反應(yīng)器造成的危害

在UNIPOL反應(yīng)器中，像聚乙烯顆粒這樣的物質(zhì)流化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的電場，雖然聚乙烯顆粒是一種絕緣體，意味著它不導(dǎo)電但能提供電荷。這些帶電粒子及其形成的電場在UNIPOL設(shè)備中會(huì)帶來一些潛在的問題，如結(jié)片（樹脂顆粒熔結(jié)在一起形成片狀的物質(zhì)）。結(jié)片會(huì)不斷形成直到靜電被控制或反應(yīng)被終止。如果造成結(jié)片的根本原因沒有被發(fā)現(xiàn)并解決，在接下來的開車中會(huì)產(chǎn)生同樣的結(jié)片。

產(chǎn)生的靜電會(huì)嚴(yán)重影響流化床內(nèi)的流體流動(dòng)行為，形成死區(qū)和溝流，并造成顆粒團(tuán)聚、粘壁甚至熔融結(jié)片等現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)靜電積累到一定程度，還可能引起火花放電甚至爆炸。

聚乙烯流化床反應(yīng)器易產(chǎn)生靜電的這一特點(diǎn)決定了反應(yīng)將始終處于靜電的環(huán)境中進(jìn)行。聚乙烯粉料在反應(yīng)器中受到浮力，重力，拖曳力以及靜電力的作用。浮力和重力的作用維持流化床的流化狀態(tài)床層的料位。靜電力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子從器壁上脫開的。帶電樹脂顆粒產(chǎn)生的電場使粒子向反應(yīng)器壁方向運(yùn)動(dòng)。起初，氣泡和固體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拖曳力比靜電力占有主導(dǎo)地位。原料精制系統(tǒng)精制效果下降時(shí)進(jìn)入流化床反應(yīng)器的雜質(zhì)含量會(huì)不斷升高，聚合靜電會(huì)在反應(yīng)器中不斷累積。當(dāng)靜電超過拖曳力時(shí)，在反應(yīng)器壁上便會(huì)形成含有催化劑的正在聚合著的樹脂粉層。

二、靜電產(chǎn)生的原因

在流化床中有兩種類型的接觸方式，那就是顆粒與器壁的接觸（接觸或摩擦起電）及顆粒與顆粒接觸（均衡或摩擦起電）。

顆粒與器壁間的接觸會(huì)在碰撞處形成單極電荷。平衡條件是它們的化學(xué)電勢要相等。在電子或離子從接觸點(diǎn)移出的時(shí)候，有較高電量的帶正電荷，而另外一個(gè)就帶負(fù)電荷。

顆粒與顆粒接觸起電的過程比較復(fù)雜，與顆粒表面水、吸附氣體以及雜質(zhì)的存在有關(guān)。流動(dòng)顆粒產(chǎn)生的靜電與本身的化學(xué)組分、分子結(jié)構(gòu)，尺寸和形狀，接觸前的帶電狀況、接觸部位的方向和持續(xù)時(shí)間、兩個(gè)接觸面的特性（組分，水分和粗糙度）、溫度，氣體（組分，壓力，濕度），電磁場，接觸類型（接觸，沖擊，摩擦）、顆粒間的相對速率和它們之間的作用力等因素有關(guān)。

另外，樹脂中細(xì)粉量過多、過細(xì)，也會(huì)加劇靜電的產(chǎn)生，粒徑最小、灰分含量最高的細(xì)顆粒對靜電壓的影響最為顯著。因此，控制反應(yīng)器的粒徑分布對于反應(yīng)器中的靜電情況也有一定的影響。

三、操作中對靜電的預(yù)防措施

工藝的異常改變造成系統(tǒng)的靜電平衡被打破，并能改變反應(yīng)器內(nèi)電荷產(chǎn)生和電荷分散的狀態(tài)，并引起靜電趨勢線在瞬間發(fā)生突變。維持良好穩(wěn)定的操作和系統(tǒng)的穩(wěn)定將大大減少工藝的異常。

在正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電主要是由于原料中的雜質(zhì)含量超標(biāo)以及靜電的積累造成的。因此在反應(yīng)過程中要嚴(yán)格控制原料中的雜質(zhì)含量，防止過量的水，氧，醇等進(jìn)入反應(yīng)器。因此要緊密監(jiān)視各精制床層溫度的變化，及時(shí)進(jìn)行精制床層的再生和切換保證良好的脫水脫氧效果。在日常的操作過程中也要注意精心操作，防止操作過程中帶入水和氧等雜質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器產(chǎn)生過多的靜電。例如在雨天處理反應(yīng)器儀表故障或拔出催化劑時(shí)如果帶入水或者氧氣進(jìn)入反應(yīng)器會(huì)造成靜電值升高。另外在反應(yīng)系統(tǒng)改變工藝流程時(shí)也要小心操作防止工藝參數(shù)的劇烈波動(dòng)引起靜電平衡的破壞。

了解了反應(yīng)器中靜電形成的機(jī)理，我們就可以結(jié)合這些原因來預(yù)防靜電的形成。靜電指示儀通常是反應(yīng)器穩(wěn)定與否的指示器。在流化床反應(yīng)器上安裝靜電檢測裝置，分別檢測因射流和氣墊的存在而空隙率大、靜電壓較低的“分布板區(qū)”，顆粒濃度和電荷密度較大、靜電壓較高，且氣流曳力最小、顆粒極易粘壁的“滯留區(qū)”以及細(xì)顆粒揚(yáng)析量較多、壁面附近靜電壓較高、顆粒粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重的“料位區(qū)”的靜電情況來檢測反應(yīng)器的靜電情況。

四、反應(yīng)器出現(xiàn)靜電時(shí)采取的主要措施

目前產(chǎn)生靜電后的主要方法是向反應(yīng)器中注入對應(yīng)的抗靜電劑來消除反應(yīng)中過量的靜電，研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致負(fù)靜電產(chǎn)生的雜質(zhì)有水、丙酮、甲基異丁基酮。常見的導(dǎo)致正靜電產(chǎn)生的雜質(zhì)有乙醇、甲醇、氧氣。主要原理是通過往反應(yīng)器中注入水來消除過量的正靜電，往反應(yīng)器中注入醇來消除過量的負(fù)靜電。由于水和醇本身也是產(chǎn)生反應(yīng)器靜電的物質(zhì)，因此在加入抗靜電劑的過程中一定要控制好加入量，緩慢加入抗靜電劑，防止靜電反相的發(fā)生?？轨o電劑的注入點(diǎn)距反應(yīng)器分布板越近，抗靜電系數(shù)越好。本裝置中的抗靜電劑注入點(diǎn)位于循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的入口管線上。

五、結(jié)束語

反應(yīng)器的靜電情況對我們能否順利開車成功有著很大的影響，它也是開車平穩(wěn)后操作人員需要注意的最重要的參數(shù)之一，國內(nèi)的裝置生產(chǎn)情況跟國外先進(jìn)水平相比還有一段距離，我們要加強(qiáng)對靜電問題的理論研究，并結(jié)合今后生產(chǎn)中的各種實(shí)際問題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)對我們今后的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。

（作者單位：大慶石化公司塑料廠）