間歇式聚丙烯裝置自動加氫控制分析

張德志

摘? 要：本文對聚丙烯裝置進行自動加氫控制分析，通過聚丙烯跟氫氣的反應探究氫氣用量和聚丙烯熔融指數(shù)的關系，自動加氫控制對聚丙烯氫調(diào)影響因素，利用氫氣質(zhì)量增設原理，對聚丙烯反應氫氣的流量進行記錄，或者在反應氣體膠管處安裝調(diào)節(jié)閥控制氫氣的流量，在實驗中引入DCS流量記錄系統(tǒng)實現(xiàn)裝置自動加氫控制，通過實驗結果提出精準自動加氫控制的有效措施，間歇式聚丙烯裝置在加氫精準控制可以提升熔融指數(shù)，從而升級聚丙烯產(chǎn)品的質(zhì)量。

關鍵詞：間歇式;丙烯聚合裝置;自動加氫控制

通過氫氣質(zhì)量流量計或自動閥門調(diào)節(jié)可有效控制氫氣的流量，氫氣精準控制有效提升熔融指數(shù)的空置率，實驗通過分段加氫的原理有效控制聚丙烯分子量的分布。聚丙烯的化學強度與分子量有著密切關系，聚丙烯的合成應用離不開分子量的分布，傳統(tǒng)的聚丙烯成型加工一般使用氫氣計量罐進行加氫工序，內(nèi)部氫氣的壓降根據(jù)人工計量，從而造成壓力表的精度出現(xiàn)人為誤差，眾所周知，分子量較低時聚丙烯的強度也隨之降低，當分子量較高時很難塑化成型。

1 氫調(diào)原理

氫調(diào)原理有4中鏈條轉(zhuǎn)移反應，第一種向氫氣分子的轉(zhuǎn)移，第二種向聚丙烯單體的轉(zhuǎn)移，第三種向催化劑烷基鋁的轉(zhuǎn)移，第四種時β-H鏈末端的消除，在這四種鏈條轉(zhuǎn)移中氫氣分子的轉(zhuǎn)移最為重要。根據(jù)化學資料記載，丙烯聚合反應中使用氫氣是最有效的鏈條轉(zhuǎn)移劑，促進大分子聚丙烯增長鏈條的終止，氫調(diào)原理直接抑制鏈條的增長，提高反應熔融指數(shù)的控制效果，進一步控制產(chǎn)品的質(zhì)量，其基本原理如下。

氫調(diào)反應遵循公式M=7.95x105x[（1+69PH2）/（1+454PH2）]的計算原理，式中M表示聚丙烯平均分子質(zhì)量，PH2為反應界面氫氣分壓。從而對聚丙烯分子量分布的寬度進行研究，利用分段式加氫法有效聚合寬分子量的聚丙烯。

2 氫氣用量與聚丙烯熔融指數(shù)的對應關系分析

在4種鏈條反應中，實驗結果發(fā)現(xiàn)氫氣調(diào)節(jié)聚丙烯可使高分子鏈條增長終止，相對聚合物的相對分子質(zhì)量降低，利用氫氣有效調(diào)節(jié)聚合物的相對分子質(zhì)量，從而實現(xiàn)聚丙烯質(zhì)量精度的控制，在丙烯聚合反應中包含催化劑活化、鏈條引發(fā)增長轉(zhuǎn)移、催化劑失去活性，聚丙烯聚合反應原理簡化如下。

在聚合簡化反應中，C*表示活性催化劑，Cd表示失活催化劑，D表示鏈長r的失活聚集體，而P則表示鏈長r的活性聚集體，M為丙烯單體。K為反應速率常數(shù)，i為鏈條增長的速率，p為鏈條引發(fā)的速率，tr為鏈條轉(zhuǎn)移的速率，d則是鏈條終止速率。

3 影響氫調(diào)主要因素分析

（1）加氫量不準確。傳統(tǒng)氫氣計量根據(jù)壓力表的壓降人工計量加人，誤差大，另外溫度及混有氫氣的回收丙烯都影響氫調(diào)的準確性。

（2）氫氣分壓的影響。氫氣與聚丙烯活性中心有效接觸，可增強氫氣對鏈條轉(zhuǎn)移的作用，若與液相的聚丙烯進行接觸，就要在溶液中加入催化劑，液相的聚丙烯與催化劑表面的鏈條接觸，對鏈條吸附參與鏈條的轉(zhuǎn)移，形成氫調(diào)原理融熔的狀態(tài)，主要影響氫調(diào)聚合是氫氣分壓影響，分壓越高，則表明液相聚丙烯中氫元素濃度越高，聚丙烯活性鏈條向氫氣轉(zhuǎn)移的越多，熔融指數(shù)的控制率越高，以此氫氣的分壓與投入的氫氣計量有關，根據(jù)氫氣與熔融指數(shù)的關系，得到亨利定律為P=EX，其中P為氫氣的分壓，E為亨利指數(shù)，X為溶液中溶質(zhì)氫摩爾系數(shù)。達到溶解平衡，用氫含量換算強濃度。（3）反應過程中氫氣損失的影響。反應初期升溫速率過快導致超壓回收等原因造成氫氣跑損。（4）“干鍋”程度的影響。丙烯自聚合反應中，結束后不及時回收，氣象和液相進行轉(zhuǎn)換，造成熔融指數(shù)的不穩(wěn)定，液相傳熱造成超溫現(xiàn)狀想成在干鍋，氣象中的氫元素決定聚合物分子量的分布。

4 加氫控制的具體措施

（1）選用高質(zhì)量的質(zhì)量流量計，能夠精確計量氫氣質(zhì)量流量，不受介質(zhì)的溫度、壓力、粘度、密度、雷諾數(shù)等影響。（2）質(zhì)量流量計與精小型氣動薄腹調(diào)節(jié)閥及0型切斷閥組成氫氣控制閥組。（3）各釜加氫閥采用0型切斷閥。（4）加氫過程實現(xiàn)全自動控制，采用壓力與流量雙重調(diào)節(jié)。在DCS控制系統(tǒng)設定加氫量，加氫結束后閥門自動關閉。（5）在噴料結束后，聚合釜壓力由小于等于0.5MPa改設為較窄的壓力范圍，減少影響氫氣分壓的因素。（6）在反應控制上，各釜恒溫壓力設定要一致。（7）可以考慮采用分段加氫的方法，在投料前、升溫結束后及恒溫期間分3次加氫，由于在升溫期間丙烯聚合反應速率較快，之后逐漸遞減，為了適當控制分子量分布，每次加氫量也是不同的.不同的產(chǎn)品牌號對應著不同的加氫量，具體對應關系需在實際生產(chǎn)中結合理論與實際影響因素進行摸索。間歇式聚丙烯裝置采用加氫控制的方法，也可以生產(chǎn)出不同牌號的產(chǎn)品，提升產(chǎn)品競爭力。

5 存在問題及解決方法

存在的主要問題有：（1）來合釜傳熱能力下降。超壓排空帶走氫氣。（2）回收料含有氫氣，影響熔融指數(shù)控制。（3）若采用分段加氫，控制分子量分布，需要較高的氫氣壓力。

相應的解決方法有：（1）每年清洗聚合筆夾套;清除釜內(nèi)壁“鍋巴”;降低冷卻水溫度，提高聚合簽傳熱能力。（2）由于回收料中含有未反應的氫氣，丙烯原料系統(tǒng)中，使用一個原料罐摻回收料，另-個原料罐使用新鮮丙烯投料。用回收料投料時，重新調(diào)整催化劑配比及加氫量。（3）由于聚合釜恒溫壓力為3.6MPa左右，可使用工作壓力為5.0MPa的水電解制氫系統(tǒng)提供氫氣，將氫氣壓力控制在4.0-4.5MPa.分別在投料階段.升溫階段以及恒溫階段將不同量的氫氣分別加人。若使用其他裝置（如甲乙酮氫氣）的氯氣，由于氫氣壓力一般在2.0MPa左右，無法滿足分段加氫的需要，可以使用氫氣壓縮機增壓。

6 結論

（1）聚丙烯氫調(diào)反應原理與自控氫氣的流量有關，同時影響聚丙烯熔融指數(shù)的控制，采用分段加氫法間歇式控制聚丙烯的聚合，從而改善聚丙烯晶體的質(zhì)量參數(shù)和應用范圍。（2）本實驗采用閥門流量計調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)的人工加氫法比較，更具備聚合體反應的精準性，有效控制熔融指數(shù)的降低。（3）利用在自控式加氫裝置使分段加氫模式稱為可能，實現(xiàn)聚合物分子量的有效分布，形成寬分子量聚丙烯。（4）自控加氫裝置相對投資規(guī)模小，提高聚合物晶體的品質(zhì)，提升產(chǎn)品質(zhì)量的附加值，直接緩解藥廠的生產(chǎn)的勞動程度，避免人工操作的誤差，實現(xiàn)成本的節(jié)約和經(jīng)濟效益的增長。

參考文獻

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