聚丙烯多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器的調(diào)控原則

李江龍

關(guān)鍵詞：聚丙烯;多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器;Spherizone

1 工藝簡介

多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器技術(shù)（MZCR）是Basell公司在Spheripol工藝基礎(chǔ)上開發(fā)的一種全新的聚烯烴生產(chǎn)技術(shù)，2002年l0月，Basell公司在意大利公開了MZCR工藝，注冊商標(biāo)為Spherizone。多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器可通過阻隔液實(shí)現(xiàn)單一反應(yīng)器的分區(qū)，使聚合物粒子在單一反應(yīng)器的2個(gè)反應(yīng)區(qū)中連續(xù)循環(huán)，每一循環(huán)周期遠(yuǎn)小于聚合物粒子在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間。2個(gè)反應(yīng)區(qū)的壓力相同，但溫度和以及氣相組成包括共聚單體和氫氣濃度不同。這種反應(yīng)器改變了聚合物粒子的生長機(jī)理，因而MZCR生產(chǎn)的聚合物許多基本性質(zhì)如剛性、熔體強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度與剛性比、熱封性等均得到顯著改善。

2 工藝調(diào)控原則

2.1 上升段的控制

①上升段聚合物高度湍流和內(nèi)部固體“反射”效應(yīng)的作用下幾乎可以保持等溫。因此，其溫度應(yīng)與 TICA2311控制的溫度保持一致;

②影響上升段性能的另一操作參數(shù)是密度：它決定于固體循環(huán)速率和流化氣體的表觀速率。固體再循環(huán)速率越大，反應(yīng)器上升段的密度和固體的流量越高;反過來，如果通過調(diào)整 C250 導(dǎo)流葉片來提高表觀速率，會(huì)導(dǎo)致上升段密度的下降;

③通過改變HV2300 的位置可以調(diào)整固體再循環(huán)速率和上升段密度。該操作通常用于大范圍的調(diào)整;

④通過改變HV2300（通過 FICA 2301）計(jì)量氣的流量來微調(diào)固體再循環(huán)速率。計(jì)量氣體流量越高，固體再循環(huán)速率越高;

⑤由于流經(jīng)FICA 2302（HV2300下游）的流量對(duì)于固體流動(dòng)影響較小，因此可以保持不變;

⑥為了降低上升段中的密度，可以通過開大C250的導(dǎo)流葉片或增加HV2322的開度以增加氣體速率（提高表觀速率）;

⑦上升段中的密度范圍通常保持在190-200 kg/mP3P之間。

2.2 下降段的控制

①下降段的運(yùn)行可以看作是流動(dòng)的堆積床，因此，密度并不是最主要的控制參數(shù)。由LICA2301控制最頂部（汽提）的料位，并對(duì)LV2301A， B 或者 C進(jìn)行控制;

②監(jiān)測FICA2301和FICA 2302 非常重要，因?yàn)榭梢源_保將下降段的聚合物輸送到上升段中。如果這兩個(gè)儀表中有任何一個(gè)損壞且不能按照需要的流率輸送聚合物，聚合物循環(huán)就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，而且會(huì)形成塊狀聚合物;

③下降段上部的料位必須足夠低，以避免從頂部排出的氣體中夾帶聚合物，同時(shí)（至少在雙峰模式下）料位至少要能覆蓋阻隔液的注射噴嘴，以便上升段的氣體有效地從聚合物中汽提出來。在單峰生產(chǎn)過程中，根據(jù)產(chǎn)品工藝說明可放棄此要求;

④隨時(shí)監(jiān)測下降段的溫度。按照如上所討論的根據(jù)產(chǎn)品工藝說明通FICA2301 或者 HV2300改變固體循環(huán)速率以保持其值在正常的操作范圍中;

⑤關(guān)于溫度，對(duì)于下降段上部應(yīng)監(jiān)測TIA2304和TIA2305，對(duì)于下降段下半部應(yīng)監(jiān)測TIA2306/2307/2308和TIA2309;

⑥下降段底部的密度應(yīng)接近堆積床的密度，大約為480kg/m3。

2.3 多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器的溫度控制

從下降段到上升段的溫度分布控制是不相同的。溫度是反映反應(yīng)程度的最簡單的指標(biāo)。溫度升高意味著反應(yīng)速率加快，這個(gè)過程需要精確監(jiān)控并用計(jì)算機(jī)檢驗(yàn)，以避免出現(xiàn)聚合物阻塞。溫度控制主要在上升段中實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)下降段溫度控制有直接影響。

2.3.1 上升段的溫度控制

從溫度控制的角度看，MZCR（多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器）的上升段與GPR（氣相反應(yīng)器）類似。通過換熱器E230，以及作用在夾套水供應(yīng)管線上的TICA2311來實(shí)現(xiàn)控制。正常的溫度范圍跨度在60℃-85℃之間。通過Basell交付的獨(dú)特的高效催化劑可以使MZCR達(dá)到最佳溫度。它對(duì)聚合物中全同立構(gòu)聚合物的百分比有直接影響。

2.3.2 下降段的溫度控制

下降段中不能直接控溫。根據(jù)反應(yīng)速率和聚合物流量，可使下降段實(shí)現(xiàn)絕熱增溫。當(dāng)然，在雙峰運(yùn)行中，當(dāng)將液體丙烯流注入到下降段頂部時(shí)，升溫將會(huì)稍微有些緩和。

各種不同的TIA提供所需要的持續(xù)監(jiān)控。下降段和上升段之間的操作溫度差在15℃-20℃之間。典型值范圍為85℃-95℃。超過預(yù)先規(guī)定的極限值時(shí)，根據(jù)需要通過IS2301注入CO，同時(shí)關(guān)閉所有的單體進(jìn)料。為了調(diào)整溫度分布，可根據(jù)如上所述調(diào)整HV2300和FV2301的開度。

2.4 多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器的壓力控制

在正常條件下，壓力控制的基本原理建立在 GPR （氣相反應(yīng)器） 概念上：MZCR 壓力升高意味著反應(yīng)中的單體沒有消耗完畢。需要減少反應(yīng)器中丙烯進(jìn)料。反過來，MZCR 壓力降低意味著反應(yīng)中單體消耗速率超過了給料速率。需要增加反應(yīng)器的丙烯進(jìn)料。

3 單峰操作原則

在單峰模式下，反應(yīng)器的上升段和下降段生產(chǎn)同一種聚合物（上升段和下降段的成分保持相同）。因此，不需進(jìn)行任何阻隔。然而，由于氫氣、乙烯和丙烯消耗速率的不同，沿下降段的摩爾組成會(huì)有所不同。因此，阻隔液分配器（經(jīng)由FICA2304或FICA2311）只需要有最小的流量便可避免阻塞。大部分的液體丙烯被直接輸送到R230 流化回路中（E230下游）。而且，由于不需要特別使用純丙烯沖洗 GC（氣相色譜儀）和壓力探頭，所以所有的沖洗點(diǎn)可能需要使用PK320壓縮機(jī)輸送的氣體來沖洗。在這種情況下，總管中的新鮮丙烯可作為備用。最后，反應(yīng)器正常操作中并不需要使用T240、T241及其輔助設(shè)備進(jìn)行阻隔液的制備，大量的丙烯在T241中冷凝后，經(jīng)過P240A/B輸送由FV2421A/B控制返回E230下游。同時(shí)只有少量的丙烯進(jìn)入T240，保持E242提供最小的蒸汽流量，從底部排除系統(tǒng)中丙烷。開、停車時(shí)，或在催化劑中毒的情況下（導(dǎo)致反應(yīng)速率明顯下降），未反應(yīng)的丙烯應(yīng)該回收到原料罐中。

4 雙峰操作原則

在雙峰模式中，多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器的上升段和下降段生產(chǎn)兩種不同的物料。聚合物和氣體從上升段流向下降段，并在下降段的旋風(fēng)分離器中對(duì)固體進(jìn)行分離。然后在第二個(gè)專用區(qū)將聚合物中富含氫氣的氣體汽提出來。反應(yīng)器中帶有10個(gè)噴射點(diǎn)，經(jīng)計(jì)量的飽和液相丙烯從 T240 經(jīng)過 FICA2303 被輸送到反應(yīng)器中作為阻隔液。通過與熱的聚合物接觸而蒸發(fā)，然后大部分丙烯氣將沿反應(yīng)器向下流動(dòng)，替代了來自上升段的循環(huán)氣體。一小部分丙烯氣經(jīng)過聚合物堆積床由下向上運(yùn)動(dòng)將富含的氫氣與向下流動(dòng)的固體分離開，在反應(yīng)器兩個(gè)區(qū)中形成密封層。另外，部分精制的新鮮丙烯可直接經(jīng)由FICA2304加入到阻隔液中。

5 總結(jié)

多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器是Spherizone聚丙烯工藝的核心反應(yīng)器，多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器調(diào)控的好壞會(huì)直接影響到裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性及產(chǎn)品的質(zhì)量。中沙（天津）石化有公司自2010年1月開車以來，經(jīng)過長時(shí)間的摸索，總結(jié)出了一套行之有效的調(diào)控方法，為裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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