淺析氣相流化床聚丙烯細粉偏高的原因與控制

摘 要：本文闡述了氣相流化床工藝中細粉多對反應及相關系統(tǒng)的影響，并通過分析三劑、原料以及工藝操作導致聚丙烯產生細粉的原因，通過調整三劑用量，提高原料純度，優(yōu)化工藝操作等有效措施減少細粉的產生，降低由于細粉多導致的危害，從而保證反應及相關系統(tǒng)長周期平穩(wěn)運行。

關鍵詞：氣相流化床;聚丙烯;細粉;三劑;原料;操作

1 概述

隨著煤化工行業(yè)的迅速崛起及工藝技術的迅猛發(fā)展，氣相流化床工藝在聚烯烴生產中占據(jù)的份額舉足輕重。氣相流化床工藝簡單、經濟，具有高的可靠性、操作彈性、安全性及環(huán)境友好性。該工藝只用較少的設備就能生產出包括均聚、無規(guī)共聚和抗沖共聚物在內的全范圍產品;工藝操作靈活，調節(jié)范圍大;由于反應器具有良好的返混特性，使得產品的性能保持均一;因為裝置設備較簡單且數(shù)量少而使維護維修工作量小，可靠性提高。該工藝主要包括公用工程系統(tǒng)、原料精制系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、脫氣回收系統(tǒng)、擠壓造粒系統(tǒng)、風送系統(tǒng)及包裝單元等。

隨著聚烯烴行業(yè)的遍地開花，對于現(xiàn)在已經運行的裝置來說，如何讓裝置長期穩(wěn)定運行變得尤為重要。通常在裝置生產運行中，反應系統(tǒng)細粉含量多少是影響裝置穩(wěn)定運行的一個重要因素。細粉含量多將會影響到脫氣回收系統(tǒng)、擠壓造粒系統(tǒng)、風送系統(tǒng)等穩(wěn)定運行。

2 細粉的危害

細粉產生的源頭是裝置的反應器，細粉含量增加，會導致反應系統(tǒng)循環(huán)氣換熱器壓差高，堵塞換熱器，聚合反應撤熱效果差，氣相流化床的流化效果不好，易產生靜電及出現(xiàn)結片現(xiàn)象;細粉進入到產品出料系統(tǒng)中，容易卡塞出料系統(tǒng)的閥門，長時間會磨損閥門的閥體與閥芯，導致閥芯與閥體間間隙過大或閥桿斷裂，產品出料系統(tǒng)無法出料，裝置被迫降負荷或停車;細粉進入脫氣系統(tǒng)，在接收倉被氣流夾帶造成過濾器壓差高，甚至堵塞濾芯，影響氣固分離效果，進而導致回收氣壓力波動，影響回收系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在產品凈化倉被蒸汽和氮氣夾帶造成過濾器壓差高堵塞，影響殘留催化劑失活效果，容易造成脫氣系統(tǒng)結塊，影響裝置穩(wěn)定運行;細粉進入丙烯回收系統(tǒng)引起回收氣壓縮機入口過濾網(wǎng)及級間過濾網(wǎng)堵塞，因吸入壓力不足而導致聯(lián)鎖停車。同時細粉也易粘連在回收氣壓縮機級間換熱器上，導致?lián)Q熱效果變差進而造成溫度高聯(lián)鎖停車，損壞壓縮機?；厥障到y(tǒng)停運，將會影響丙烯的回收，使得裝置丙烯單耗上升;細粉在擠壓造粒單元的水中積聚會導致造粒問題并使干燥機性能不佳。細粉會給散裝物料輸送系統(tǒng)帶來問題（如過濾器堵塞等），還可能影響螺桿填充度，導致空氣滯留及過早熔融。而過濾出的細粉多，需要經常人工收集處理，不僅污染了環(huán)境還增加了產品單耗及人工成本。

3 細粉偏高的主要原因

反應器是產生細粉的源頭，細粉偏多會對裝置穩(wěn)定運行造成影響，而造成反應器內細粉偏高的主要原因包括原料不純、催化劑本身原因、三乙基鋁和給電子體的加入量、工藝操作不當?shù)取Ｏ旅婢鸵鸱磻鲀燃毞燮叩囊恍┲饕蜻M行分析：

3.1 原料丙烯、氮氣、氫氣、乙烯

從上游裝置來的原料丙烯、氮氣、氫氣、乙烯中的水、氧、一氧化碳等雜質對于聚丙烯催化劑來說屬于毒物。若雜質含量偏高，會造成催化劑部分失活、收率降低，易產生粒徑偏小的聚丙烯顆粒細粉。

3.2 催化劑本身原因

裝置使用的Ziegler-Natta高效載體催化劑，主要由內給電子體、MgCl2負載的TiCl4和烷基鋁活化劑、聚合時外加的給電子體組成。在該催化體系中，TiⅣ被還原為TiⅢ，TiⅢ是主要活性中心。該催化劑呈球狀，催化劑本身的粒徑分布影響聚丙烯產品的粒徑分布，聚丙烯產品顆粒的球形基本按載體催化劑的球形進行復制、放大生成。當催化劑本身細粉較多時，生成的聚丙烯細粉含量也多。因此，在催化劑制備、存放及運輸過程中，要避免接觸空氣及強烈機械撞擊等情況，盡量控制催化劑的粒徑分布均勻，減少催化劑本身細粉含量。催化劑活性越低，產生的聚丙烯細粉越多。

3.3 鋁硅比與鋁鈦比

在聚丙烯生產過程中，一般比較重視鋁硅比的調整。通過改變給電子體的加入量來調節(jié)反應器的鋁硅比，以達到控制聚丙烯等規(guī)度的目的。鋁硅比越高，給電子體加入量越低，等規(guī)指數(shù)越低，聚合物越不易結晶，無規(guī)物含量越高，韌性越好，不易崩裂產生細粉。等規(guī)指數(shù)越高，越易產生細粉。

裝置通過改變三乙基鋁的加入量來調節(jié)反應器的鋁鈦比，三乙基鋁用量對催化劑的活性以及形成產品的形態(tài)也有較大的影響。主催化劑是與烷基鋁發(fā)生絡合反應后才對丙烯聚合有催化作用。如果三乙基鋁用量控制不當，主催化劑的活性金屬將不能得到充分的利用，不僅影響了催化劑的收率，對聚丙烯產品的粒徑分布也有一定影響。對于同一催化劑來說，產生細粉的量與催化劑的收率成反比。主催化劑濃度不變，改變三乙基鋁的加入量，催化劑收率最高時的三乙基鋁用量為最佳值。該最佳值隨系統(tǒng)中雜質含量變化而變化，雜質含量上升該值增大。當系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定時，三乙基鋁用量小于或大于最佳值都會降低催化劑的收率，盡管最終產品的熔融指數(shù)值范圍可能相同，但相對分子質量分布卻發(fā)生了變化。因為在這種情況下對于每一顆催化劑顆粒來說，直接的影響就是聚合物的鏈增長幾率降低，由此導致聚合物細粉量增加。

3.4 工藝操作不當

在實際生產過程中，反應器床層溫度、反應器床重、反應氣速、生產負荷等因素均會對細粉含量產生影響。反應器床層溫度偏低，會造成催化劑活性偏低，進而導致反應器細粉含量偏高。反應器床重越低及生產負荷越高，會造成催化劑在反應器內的停售時間變短，導致反應器產生細粉偏多。反應器內氣速過大，粉料在反應器內碰撞及摩擦加劇，會導致反應器內產生較多細粉。

4 細粉偏高的改進措施

通過上述對反應器內細粉偏高的原因分析與現(xiàn)象總結，可以通過以下相關措施對反應器內細粉含量偏高做好監(jiān)控和調整，來控制反應器內細分含量在正常范圍內：

4.1 原料純度的監(jiān)控

上游原料純度是本裝置細粉含量偏高的第一環(huán)節(jié)，所以應及時聯(lián)系上游裝置進行檢查分析，確定原料中水、氧、一氧化碳含量在正常范圍內，并且監(jiān)控本裝置的原料精制系統(tǒng)，確認脫氧脫水等精制系統(tǒng)正常工作。在上游裝置進行相應調整時，本裝置可根據(jù)情況對反應及回收等系統(tǒng)進行調整，待上游原料恢復后再逐漸恢復正?？刂?。

4.2 催化劑的選擇

載體化ziegler-Natta催化劑的載體強度、粒徑分布對PP粒徑分布有明顯的影響。選擇強度高、粒徑分布均勻的載體，是保證催化劑在使用過程中不易破碎，降低聚丙烯粉料中細粉量的重要措施。

4.3 鋁硅比與鋁鈦比

選取合適的三劑對于細粉含量的控制有明顯效果，適時調整反應器鋁硅比與鋁鈦比，對細粉產生有控制效果。

4.4 工藝操作的優(yōu)化

合理控制反應溫度，避免由于溫度偏差造成的細分增多，升降負荷緩慢有序，避免由于快速調整反應參數(shù)造成反應波動，導致細粉增多。適當調整氣速，避免細粉夾帶，導致反應波動細粉增多。增加粉料在反應器的停留時間，即提高反應器床重，盡可能的消耗反應器中過量的催化劑。

5 結束語

反應器中細粉含量在正常范圍內對反應及各系統(tǒng)十分重要，細粉增多不僅增加物料單耗，降低設備使用壽命，同時影響裝置的長周期平穩(wěn)運行。通過以上分析，我們發(fā)現(xiàn)可以通過做好原料純度的監(jiān)控、選用合適催化劑、控制合適鋁硅比和鋁鈦比、工藝操作的優(yōu)化可有效的降低反應器中細粉的產生，保證生產長周期平穩(wěn)運行。

參考文獻：

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[3]洪定一.聚丙烯-原理、工藝與技術[M].北京：中國石化出版社，2002.

作者簡介：

邢宇（1986- ），助理工程師，長期從事氣相流化床聚丙烯工藝操作。