聚丙烯裝置產(chǎn)生細(xì)粉的影響形成原因及改善措施

顏魯惠

摘 要：闡述了雙環(huán)管液相本體法合成聚丙烯樹脂工藝，環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的丙烯在催化劑作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)生產(chǎn)聚丙烯，隨著反應(yīng)的進(jìn)行系統(tǒng)中生成一定量的聚丙烯粉末。分析了聚丙烯粉末對裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成的影響和粉末產(chǎn)生的主要原因。提出了相應(yīng)的改善措施，降低裝置粉末的生成量，保證聚丙烯裝置安全穩(wěn)定長周期運行。

關(guān)鍵詞：聚丙烯裝置;細(xì)粉;改善

引言? 某化工廠聚丙烯裝置采用的是液相本體法雙環(huán)管反應(yīng)器聚合工藝。這個工藝所生產(chǎn)的聚丙烯粉料顆粒呈現(xiàn)圓球形，顆粒大小均勻，但在實際生產(chǎn)中或多或少都會存在微量的細(xì)粉。在兩個環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)而生成的聚丙烯顆粒與未進(jìn)行反應(yīng)的丙烯形成的漿液經(jīng)過軸流泵進(jìn)行高速循環(huán)，反應(yīng)放出的熱量經(jīng)由反應(yīng)器夾套水系統(tǒng)進(jìn)行撤熱，該撤熱系統(tǒng)水循環(huán)量大、撤熱能力強(qiáng)，使兩個環(huán)管反應(yīng)器的溫度能夠保持均一、穩(wěn)定，這有利于裝置的安全穩(wěn)定運行。

一.細(xì)粉對生產(chǎn)過程的影響

1.對聚合物干燥單元的影響

經(jīng)過汽蒸后的聚合物進(jìn)入干燥器中，干燥系統(tǒng)主要是利用120 ℃循環(huán)熱氮氣與粉料逆向接觸進(jìn)行干燥。干燥后的熱氮氣攜帶水蒸氣以及少量細(xì)粉通過旋風(fēng)分離器分離后進(jìn)入洗滌塔中，除去熱氮氣所夾帶的殘余粉末，并冷凝下熱氮氣攜帶的水蒸氣，然后氮氣通過加壓風(fēng)機(jī)將氮氣壓縮升壓到0.03 MPa左右，再經(jīng)過氮氣加熱器將氮氣加熱到120 ℃左右進(jìn)行連續(xù)循環(huán)使用。

聚丙烯漿料通過丙烯高、低壓系統(tǒng)回收以后，粉料中的丙烯含量已經(jīng)微乎其微，聚合物顆粒進(jìn)入汽蒸罐后，粉料表面還會吸附一點殘余的催化劑以及丙烯丙烷等不凝氣體，這就需要使用140～160 ℃的低壓蒸汽進(jìn)行殺活和汽蒸，D501頂部的分離器將惰性組分中夾帶的細(xì)粉分離出去。如果系統(tǒng)中細(xì)粉含量超出分離器的分離能力，造成較多細(xì)粉進(jìn)入洗滌塔中，影響洗滌效果， 甚至?xí)斐苫亓鞅萌肟谶^濾器堵塞，嚴(yán)重時細(xì)粉被帶入丙烯洗滌塔底部再沸器中，影響再沸器的加熱汽化效果，影響丙烯回收系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.對丙烯低壓回收系統(tǒng)的影響

未回收的丙烯隨著聚丙烯顆粒進(jìn)入到袋式過濾器內(nèi)進(jìn)行再次分離回收，分離后的丙烯經(jīng)保護(hù)過濾器F302后進(jìn)入低壓洗滌塔 T302中脫除氣體夾帶的少量細(xì)粉和三乙基鋁。當(dāng)?shù)蛪罕┗厥障到y(tǒng)中細(xì)粉過多，超過其過濾分離能力后，易使F301過濾器的濾袋發(fā)生破損、脫落，這樣就會造成大量細(xì)粉進(jìn)入保護(hù)過濾器中，造成丙烯壓縮機(jī)因入口低壓聯(lián)鎖停車。此時，裝置必須進(jìn)行停車更換F301濾袋。

4.對丙烯高壓回收系統(tǒng)的影響

動力分離器A301的分離能力是一定的，所以細(xì)粉含量越高，隨著回收的丙烯氣體進(jìn)入到丙烯洗滌塔中的細(xì)粉就會越多，而丙烯壓縮機(jī)的能力只能維持在2 000 kg/h左右，所以丙烯洗滌塔底部出料閥不能開的太大，否則會造成丙烯壓縮機(jī)因一段出口高壓聯(lián)鎖停車，影響壓縮機(jī)組的長周期穩(wěn)定運行;丙烯回收系統(tǒng)中細(xì)粉含量高會導(dǎo)致過量的細(xì)粉在T301底部聚集，附著在再沸器管壁上，造成再沸器加熱能力較差，結(jié)果會導(dǎo)致洗滌塔出現(xiàn)滿塔情況，進(jìn)而影響回收系統(tǒng)的洗滌效果，造成細(xì)粉就會隨著回收丙烯被帶入到丙烯進(jìn)料罐中，給裝置的穩(wěn)定長期運行帶來較大隱患。

二.細(xì)粉產(chǎn)生的原因分析

1.催化劑本身因素

目前聚丙烯裝置使用的主催化劑是CS-2（改為：ZN）系列，是由主體 TiC14、載體 MgC12和內(nèi)給電子體等加工而成的固體微小顆粒。聚合物是在多孔催化劑顆粒的內(nèi)外表面生成的，如果在生產(chǎn)過程中主催化劑顆粒的機(jī)械強(qiáng)度不夠，催化劑顆粒容易發(fā)生破碎，進(jìn)入環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)因反應(yīng)劇烈會生成影響裝置穩(wěn)定生產(chǎn)的聚丙烯細(xì)粉。因此催化劑是否發(fā)生破碎主要取決于催化劑的配方和制備方法，因此選取高質(zhì)量的主催化劑將直接決定裝置反應(yīng)生成的細(xì)粉量 。

2.環(huán)管反應(yīng)器及閃蒸的影響

液相丙烯在大環(huán)管反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)時，一定控制好物料的停留時間，進(jìn)而保證聚合物在反應(yīng)器內(nèi)得到充分聚合，避免因物料停留時間相對較短，聚合時間少，反應(yīng)量少，造成生成的聚合物顆粒粒徑小。如果顆粒直徑較小就會導(dǎo)致顆粒的強(qiáng)度下降，在后續(xù)的閃蒸過程中產(chǎn)生細(xì)粉。聚合物和未反應(yīng)的丙烯從環(huán)管反應(yīng)器進(jìn)入閃蒸線，輸送的壓力由3.4（改為4.0） MPa降至1.7（改為1.8） MPa，壓差越大，顆粒在輸送過程中越發(fā)生破碎，聚丙烯顆粒就會變成細(xì)小粉末;同時，聚丙烯顆粒在閃蒸線中高速前進(jìn)與閃蒸線管壁發(fā)生摩擦也容易造成聚合物發(fā)生破碎，形成細(xì)粉。

三.解決辦法

1.調(diào)整催化劑在預(yù)接觸罐的停留時間

預(yù)接觸罐D(zhuǎn)201控制的影響，催化劑反應(yīng)活性中心的鏈的引發(fā)是在D201中進(jìn)行的，而絡(luò)合的效果也會直接影響到粉料的粒徑分布。我們可以通過改變?nèi)N催化劑在預(yù)接觸罐內(nèi)的停留時間，控制催化劑的活化程度，以保證在小環(huán)管內(nèi)使催化劑活性中心全部被聚合物包裹，防止其進(jìn)入大環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生破碎。我們可以通過配置不同濃度的給電子體和主催化劑來調(diào)整和控制催化劑在D201的停留時間，使催化劑在D201內(nèi)得到充分活化。

2.降低FT204（改為FT2004）的量，增加催化劑預(yù)聚合時間

在預(yù)聚合反應(yīng)器內(nèi)調(diào)整催化劑進(jìn)行預(yù)聚合的時間，進(jìn)而提高主催化劑的預(yù)聚合效果。經(jīng)過物料核算后，將催化劑進(jìn)入小環(huán)管的管線進(jìn)行設(shè)計改造，將Z211A/B的管徑由1寸降到3/4寸。在保證物料在Z211A/B管內(nèi)流速不低于原設(shè)計2 m/s的情況下，將FT204丙烯進(jìn)料量由0.3 t/h降為0.2 t/h，而催化劑在預(yù)聚合反應(yīng)器中的停留時間由原來的3.66 min提高到4.97 min[8]，進(jìn)而保證了催化劑在預(yù)聚合反應(yīng)器內(nèi)得到充分的預(yù)聚合，效果十分顯著。（我裝置未進(jìn)行改造，與實際不符，需修改）

3.選擇優(yōu)質(zhì)的催化劑

這類優(yōu)質(zhì)催化劑具有催化劑粒子不易發(fā)生破碎、催化劑粒徑大小可控的優(yōu)點。采購優(yōu)質(zhì)催化劑裝置才能從根本上減少因催化劑本身原因造成催化劑易發(fā)生破碎而導(dǎo)致裝置生成大量的細(xì)粉。目前裝置生產(chǎn)使用的催化劑是CS2-C（改為：ZN111-4）催化劑，生產(chǎn)的聚合物球狀較好、大小均勻，產(chǎn)生的細(xì)粉非常少。

4.控制好反應(yīng)器的操作條件，穩(wěn)定生產(chǎn)

優(yōu)化操作、穩(wěn)定反應(yīng)器的控制參數(shù)。當(dāng)進(jìn)料負(fù)荷發(fā)生變化時，迅速調(diào)整丙烯進(jìn)料量在合適的范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制好環(huán)管反應(yīng)器的漿料密度，保證一環(huán)管反應(yīng)器密度控制在530～550 kg/m3，二環(huán)管反應(yīng)器密度控制在540～560 kg/m3;同時保證反應(yīng)器系統(tǒng)的穩(wěn)定操作，避免因頻繁的生產(chǎn)調(diào)整對環(huán)管反應(yīng)器穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)帶來較大影響，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，造成反應(yīng)過程中的細(xì)粉量增加。

結(jié)束語：在聚丙烯生產(chǎn)過程中，選擇高質(zhì)高效的催化劑;調(diào)整催化劑在預(yù)接觸罐的停留時間;調(diào)整冷凍水溫度，控制好預(yù)聚合溫度;通過改造降低FT204的量，增加催化劑在預(yù)聚合的反應(yīng)時間（未改造）;控制好環(huán)管反應(yīng)器的操作條件，穩(wěn)定生產(chǎn);保證原料丙烯、氫氣的質(zhì)量穩(wěn)定等等。通過這些手段的調(diào)整，裝置在聚合生產(chǎn)時產(chǎn)生的細(xì)粉量明顯降低，確保了聚丙烯裝置能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定長周期運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張云，葛騫.薄壁注塑聚丙烯綜述[J].當(dāng)代化工，2018，47（03）：600-602.

[2]撫順（改為：蘭州）石化公司乙烯廠聚丙烯裝置操作規(guī)程[R].2018：1-9.