MKQZ-V型干粉催化劑加料器的優(yōu)勢探討

任映浩

上海立得催化劑有限公司 （上海 201512）

20世紀90年代的10年間，線型低密度聚乙烯產(chǎn)量的年增長率達10%，而高密度聚乙烯的年增長率達6%[1]。進入21世紀后，作為需求量最大的通用塑料之一，聚乙烯的產(chǎn)能及需求在全世界仍然呈逐年上升趨勢[2-7]。近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長，國內聚烯烴行業(yè)也迎來了飛速發(fā)展，其中聚乙烯樹脂行業(yè)的發(fā)展尤為明顯。據(jù)統(tǒng)計，2019年全球聚乙烯產(chǎn)能達到2219萬t/a，國內自有產(chǎn)能約為1934萬t/a；2019年聚乙烯進口量約為1180萬t，表觀消費量為2 764萬t。國內聚乙烯對外依存度將逐年下降，預計2019年—2022年，聚乙烯需求仍將以每年6%的速率增長。但根據(jù)當前調研的情況，新上聚乙烯裝置的大部分企業(yè)已認識到市場的變化，逐步開始進行產(chǎn)品結構調整及產(chǎn)業(yè)整合。在這個背景下，豐富產(chǎn)品品類并優(yōu)化聚乙烯生產(chǎn)控制技術，降低損耗及單耗，保證裝置長周期穩(wěn)定運行成為各大石化企業(yè)追求的目標。

聚合催化劑及其加料器是聚烯烴工業(yè)最為核心的產(chǎn)品和技術，無論在知識產(chǎn)權保護、工藝技術水平、流程復雜程度、操作運行難易程度、裝置穩(wěn)定性、產(chǎn)品性能及檔次，還是在裝置建設費用、操作運行成本等方面，都起到?jīng)Q定性作用。

在聚合催化劑選定后，精密計量催化劑并將其穩(wěn)定可靠地加入到聚合反應器，及時均勻分散于其中，整個過程中確保催化劑性能形態(tài)不受損耗的加料注入系統(tǒng)，包括相關控制技術和操作技術就變得非常重要。

目前，國內聚乙烯裝置采用的干粉催化劑加料器包括UCC公司馬克V型加料器和北京航天動力研究所的干粉加料裝置兩種。這兩種加料器在使用過程中，故障多、催化劑高頻率堵塞，導致整個裝置運行穩(wěn)定性差、負荷低、產(chǎn)品質量不受控、能耗物耗高、員工勞動強度大。此外，馬克V型加料器和干粉催化劑加料器（原國產(chǎn)干粉加料器）屬于帶電機驅動攪拌的機械類加料系統(tǒng)，結構復雜、操作維護難度大、投資及運行成本高。在此背景下，上海立得催化劑有限公司基于自身在催化劑生產(chǎn)、聚合催化劑應用及加料系統(tǒng)研發(fā)等方面的多年經(jīng)驗，開發(fā)出MKQZ-V新型干粉加料器，該加料器采用集成模塊化構造，整個系統(tǒng)無動設備，結構簡單。

1 三類聚烯烴干粉催化劑加料器簡介

干粉催化劑加料器是聚烯烴裝置配套的核心裝備，是決定裝置負荷高低、運行是否平穩(wěn)、質量調控是否精準的關鍵。

1.1 MKQZ-V干粉催化劑加料器

MKQZ-V干粉催化劑加料器包括催化劑鋼瓶向催化劑接料罐的送料單元、催化劑接料罐向加料罐的卸料單元和催化劑從填充罐經(jīng)計量球閥計量后噴射入反應器的單元。每個單元均設置邏輯聯(lián)鎖條件，目的是保證整套干粉催化劑加料器安全運行、精準計量、易于操控。

1.2 馬克V干粉催化劑加料器

馬克V干粉催化劑加料器的主要構件包括上部貯料倉、篩網(wǎng)、下部貯料倉和加速段。催化劑送料時先通入上部貯料倉，經(jīng)篩網(wǎng)篩分層落入下部貯料倉，然后經(jīng)計量盤計量后落入催化劑加速段，在加速段催化劑與輸送氮氣混合后注入反應器。該催化劑加料器的驅動電機位于底部，其最顯著的特點是有2個加速段，能夠滿足裝置高產(chǎn)能的需要。

1.3 原國產(chǎn)干粉催化劑加料器

該干粉催化劑加料器主要由貯存?zhèn)}殼體、中間殼體、底部法蘭、旋轉刷、過濾網(wǎng)、攪拌器、浮動盤組件、旋轉計量盤、固定盤、攜帶段組件和動力傳動部件組成，系統(tǒng)構造復雜，設備繁多，故障率高。

2 MKQZ-V型干粉催化劑加料器優(yōu)勢分析

2.1 結構簡單，故障率低

MKQZ-V加料器彌補了其他類型加料器結構復雜、故障多、堵塞頻繁的缺點，提高了設備在線率。由表1所示的各類型催化劑加料器運行情況統(tǒng)計對比分析可知，BP工藝加料器和MKQZ-V加料器在長周期穩(wěn)定運行上優(yōu)勢明顯，其中MKQZ-V型加料器最佳。

表1 干粉催化劑加料器運行故障頻次

表1中馬克V加料器的使用數(shù)據(jù)是根據(jù)該加料器在中國石化股份有限公司天津分公司（以下簡稱“天津石化”）線型低密度聚乙烯（LLDPE）裝置和中國石化揚子石油化工有限公司（以下簡稱“揚子石化”）的實際應用情況得來的，其中天津石化LLDPE裝置的馬克V加料器存在如下問題：（1）注射管平均2～7天發(fā)生一次堵塞，每次堵塞都需要更換催化劑注射管；（2）催化劑計量盤下部的耐磨盤容易磨損，每半年需要更換一次；（3）催化劑下料毛刷容易損壞，平均每半年需更換一次；（4）動力部件多，電機和減速機軸承每年需更換一次。揚子石化馬克V加料器同樣存在類似的問題，集中表現(xiàn)如下：（1）加料計量不準確，平均每半年清理一次計量盤；（2）注射管堵塞頻率高，每5天左右需清理一次；（3）加料器運行6個月后出現(xiàn)強制加料情況；（4）安全定位銷發(fā)生過幾次斷裂。

表1中所示原國產(chǎn)干粉加料器是指北京航天動力研究所研究的加料器，該加料器在中沙（天津）石化有限公司、中韓（武漢）石油化工有限公司及內蒙古中天合創(chuàng)能源有限責任公司的聚乙烯裝置已經(jīng)裝備，但均沒有得到很好的使用，總體表現(xiàn)如下：（1）設備調試困難，工作量大；（2）故障率極高，開車期間每天都有不同的故障出現(xiàn)；（3）無法滿足裝置高負荷運行的需求。

BP工藝加料器從整體來看應用效果良好，但是卸料及送料管線冗長且粉料器處設計不夠合理，容易造成催化劑在輸送過程中緩慢累積，12個月左右需清理堵塞一次。

MKQZ-V新型干粉催化劑加料器從設計理念、管線布局及計量設備選擇上都很好地規(guī)避了其他三類催化劑加料器的缺點，從整體來看，該加料器管線堵塞發(fā)生概率極低，約18個月才可能會發(fā)生堵塞，而且計量球閥這個最關鍵部件擁有長達4年的使用壽命。

2.2 降低催化劑顆粒磨耗，保護顆粒形態(tài)

各類型干粉加料器中催化劑顆粒磨耗情況如表2所示。

由表2可以看出，MKQZ-V加料器和BP工藝加料器對干粉催化劑磨耗更小，催化劑顆粒粒徑保護得更加完好。其中，MKQZ-V加料器對顆粒的磨耗最小。主要是由于馬克V加料器的計量部件采用計量盤和耐磨盤相互研磨的方式進行加料，而BP工藝加料器和MKQZ-V加料器采用特殊組件的閥體進行旋轉加料。馬克V加料器研磨計量加料對顆粒有極大的磨耗，而MKQZ-V的旋轉加料不存在研磨加料情況，對顆粒形態(tài)保護更佳。據(jù)統(tǒng)計，無研磨加料方式比機械研磨加料方式的催化劑磨耗量要低22%。

表2 各干粉催化劑加料器中催化劑顆粒磨耗統(tǒng)計

同樣采用非研磨加料方式，MKQZ-V加料器比BP加料器的磨耗更低，是因為MKQZ-V加料器在設計時，采用兩種設計卸料方案：（1）將催化劑鋼瓶起吊到干粉催化劑加料系統(tǒng)上部，通過重力進行卸料；（2）將催化劑鋼瓶放置于地面上，利用氮氣輸送到干粉加料系統(tǒng)。整個催化劑在輸送過程中無任何機械研磨。

2.3 裝置投入成本低，經(jīng)濟效益高

各類型加料器的成本如表3所示。

表3 各干粉催化劑加料器投資費用比較 萬元

從表3可以看出，MKQZ-V型干粉催化劑加料系統(tǒng)成本只有進口加料器的42.6%，是原國產(chǎn)加料器的價格的80%。

2.4 運行成本低

馬克V加料器的備件更換頻次如下：（1）減速機每6個月更換潤滑油1次；（2）計量部件每6個月更換耐磨盤1次；（3）催化劑料刷和內部密封件每6個月更換1次；（4）注射管和連接卡套每5 d左右更換1次。而MKQZ-V加料器沒有機械和動力驅動設備，僅僅需要3年左右的時間更換一次計量球閥，并且整體的能耗低很多。

經(jīng)核算，馬克V加料器和MKQZ-V加料器單套設備的年運行成本分別為18萬元和15萬元。綜合來看，MKQZ-V型加料器的運行成本只有馬克V加料器的28%。

2.5 檢維修作業(yè)時間短，工作效率高

根據(jù)聚乙烯裝置實際生產(chǎn)需要，定期的檢修工作是不可避免的。目前來看，馬克V加料器檢修時需進行更換潤滑油、加料器內部催化劑氧化、更換耐磨盤、更換催化劑料刷、檢查并更換內部密封件、更換注射管、檢查所有機械設備及閥門的運行情況、回裝系統(tǒng)并置換干凈等操作，從各裝置檢修的實際時間來看，至少需要7.5 d。而MKQZ-V加料器檢修主要包括計量球閥磨損情況確認、所有開關運行情況確認及整個系統(tǒng)清理置換，大約耗時2.5 d。對比來看，MKQZ-V加料器的檢修工期要比馬克V加料器縮短67%。

3 結語

MKQZ-V干粉催化劑加料器具有流程簡易、故障少、設備在線率高、投資成本低、運行維護費用低等多方面的優(yōu)點。此外，相較于其他類型加料器，MKQZ-V加料器在顆粒形態(tài)保護上有極大的優(yōu)勢。在聚烯烴工業(yè)技術不斷發(fā)展的今天，豐富產(chǎn)品品類及優(yōu)化聚乙烯生產(chǎn)控制技術，降低物耗與能耗，保證裝置長周期穩(wěn)定運行逐漸成為各大裝置追求的目標，MKQZ-V干粉催化劑加料器憑借其獨有的優(yōu)勢必將會脫穎而出，在聚乙烯新型催化劑、新產(chǎn)品開發(fā)等方面發(fā)揮重要作用。