間歇液相本體法聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)研究及應(yīng)用

楊濤

摘 要：聚丙烯是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的熱塑性材料，可用于制作編織制品、注塑成型制品、薄膜、纖維及管材等多種產(chǎn)品，具備良好性能優(yōu)勢。本文以液相本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝作為研究對象，簡要闡釋生產(chǎn)工藝流程與設(shè)備，圍繞生產(chǎn)裝置與溴化鋰制冷技術(shù)、膜分離技術(shù)、使用脫砷劑與使用脫氧劑等層面，針對間歇式液相本體法生產(chǎn)聚丙烯工藝技術(shù)要點進行具體分析，并結(jié)合車間生產(chǎn)實際探討了該生產(chǎn)工藝存在的問題及其具體優(yōu)化措施，以期為聚丙烯生產(chǎn)工藝水平的提升及生產(chǎn)安全管理工作提供參考價值。

關(guān)鍵詞：間歇式;液相本體法;聚丙烯工藝

近年來化工生產(chǎn)技術(shù)的革新催生多種新材料、新工藝，丙烯來源的豐富、生產(chǎn)企業(yè)類型的多元、市場供應(yīng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與產(chǎn)品品種的新增，為聚丙烯生產(chǎn)行業(yè)提供了新的發(fā)展前景。聚丙烯是一種以丙烯為原料的有機聚合物，我國自20世紀70年代起開始采用間歇式液相本體法從事聚苯烯的生產(chǎn)活動，該生產(chǎn)技術(shù)具有便捷、設(shè)備簡單、成本經(jīng)濟等特征，但在生產(chǎn)過程中受制于裝置規(guī)模、控制水平等因素的影響，將對生產(chǎn)安全及產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成負面影響，對此還需聚焦工藝技術(shù)優(yōu)化與生產(chǎn)安全控制方面進行重點研究，為一線車間生產(chǎn)管理提供指導。

1 間歇式液相本體法生產(chǎn)聚丙烯工藝技術(shù)

1.1 生產(chǎn)工藝流程

將液態(tài)丙烯通過活性氧化鋁塔、鎳催化劑脫氧塔、分子篩塔等反應(yīng)裝置完成脫水、脫氧處理，送入聚合釜按比例添加活化劑液相、催化劑粉末以及調(diào)節(jié)劑，經(jīng)由升溫聚合至丙烯轉(zhuǎn)化率達75%后，停止反應(yīng)、排除未反應(yīng)丙烯，經(jīng)由抽真空處理實現(xiàn)對聚丙烯粉料與丙烯的有效分離，并送入去活罐內(nèi)使聚合物失活，完成反應(yīng)過程[1]。

1.2 工藝技術(shù)

其一是鎳化鋰制冷技術(shù)，用于回收精丙烯、粗丙烯，降低丙烯單耗，改善反應(yīng)釜撤熱能力;其二是膜分離技術(shù)，基于多孔膜微孔擴散、無孔膜溶解擴散實現(xiàn)對聚丙烯類有機蒸氣的吸附、滲透與分離;其三是使用脫砷劑，利用脫砷劑將丙烯中的砷去除，以此降低催化劑消耗量，并提高產(chǎn)品質(zhì)量;其四是使用脫氧劑，利用含有錳的高效脫氧劑與氧氣充分反應(yīng)，將生成的氧化物與氫氣進行氧化還原反應(yīng)，提高產(chǎn)物的活性，適用于反復脫氧。

2 生產(chǎn)工藝現(xiàn)存問題及其改進措施

2.1 存在問題

2.1.1 裝置規(guī)模存在問題

以某化工企業(yè)為例，該企業(yè)的聚丙烯設(shè)備，屬于我國最大的聚丙烯裝置，以連續(xù)操作為主要的操作工藝，生產(chǎn)能力為220kt/a，而普通裝置的生產(chǎn)能力僅為該裝置1/4左右。目前，國內(nèi)除幾家規(guī)模較大的聚丙烯處理廠家外，其他廠家的聚丙烯生產(chǎn)量相對較少，且存在耗能大和生產(chǎn)成本高的問題。

2.1.2 產(chǎn)品品種問題

國內(nèi)自主研發(fā)的聚丙烯生產(chǎn)裝置性價比較高，具有一定的市場競爭力，但卻存在品種單一，性能不佳和生產(chǎn)過程受限的問題，如果產(chǎn)品品種與生產(chǎn)需求不符，就會導致國內(nèi)聚丙烯生產(chǎn)效率大幅度降低。

2.1.3 控制水平有限

控制水平關(guān)系到間歇式液相本體法聚丙烯生產(chǎn)質(zhì)量。但在查閱文獻資料后得知，我國間接式液相本體法聚丙烯生產(chǎn)方式較為傳統(tǒng)，尚未實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，與西方國家的差距較大，因此對控制水平提出了嚴格的要求，如果控制效果不佳，就會引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量方面的問題。

2.2 工藝改進措施

結(jié)合上文可知，國內(nèi)間歇式液相本體法聚丙烯聚合生產(chǎn)工藝在裝置規(guī)模、產(chǎn)品品種和控制水平方面存在問題，這些問題的存在，導致聚丙烯生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量受到了嚴重影響，不利于我國聚丙烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為此，本文針對上述問題，制定了解決問題的措施，如下所述：

2.2.1 對生產(chǎn)工藝中的原料精致系統(tǒng)進行優(yōu)化

為發(fā)揮生產(chǎn)工藝中原料精致系統(tǒng)的作用，需要對其中的固堿脫水塔數(shù)量進行控制，通過增加脫水塔的方式，簡化脫水流程，增強脫水的效果。如果原料精致系統(tǒng)中含有大量水分，傳統(tǒng)原料精致系統(tǒng)很難將水分全部脫出，無法滿足聚合級丙烯的形成條件，聚丙烯裝置生產(chǎn)能力也會隨之下降。針對此類情況，增加脫水塔數(shù)量是解決問題的有效途徑，具體表現(xiàn)為第一個脫水塔可以將大部分水分、一氧化碳和二氧化碳脫出，另一個脫水塔可以起到補充作用，從而為精致工作的進行，奠定堅實的基礎(chǔ)。此外，如果企業(yè)具備條件，可以運用PALL過濾聚結(jié)脫水器，使液堿結(jié)晶現(xiàn)象被有效控制。最后將聚丙烯精致系統(tǒng)中的脫氧塔替換為脫硫塔，能夠減少聚丙烯中的硫元素，聚丙烯產(chǎn)品的質(zhì)量會因此而提升。

2.2.2 對生產(chǎn)工藝中的升溫和散熱系統(tǒng)進行優(yōu)化

在生產(chǎn)工藝中，升溫和散熱系統(tǒng)的重要性不言而喻，對其進行優(yōu)化，有助于聚丙烯生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升。企業(yè)可以通過高壓丙烯冷凝器的使用，對水量進行控制，此外，將啟動快速切斷閥設(shè)置到循環(huán)出口水中，亦可提升水資源的利用效率。最后，基于低品位熱源構(gòu)建低溫熱水系統(tǒng)，可以使低溫熱水作用得到充分發(fā)揮。總之，產(chǎn)品品種問題的解決，需要相關(guān)行業(yè)企業(yè)，加強技術(shù)研發(fā)力度，在吸取國外先進生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際國情，研發(fā)適合于國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生產(chǎn)工藝。

2.2.3 優(yōu)化生產(chǎn)工藝的反應(yīng)系統(tǒng)

在優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)的過程中，需要控制聚丙烯的投料質(zhì)量，通過專門質(zhì)量流量計的設(shè)置，促進聚丙烯生產(chǎn)效率的提升。究其原因，主要是質(zhì)量流量計的應(yīng)用，能夠保證丙烯投料數(shù)量的精確度，聚丙烯生產(chǎn)會更加安全。

2.3 安全控制技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 壓力控制聯(lián)鎖

環(huán)管反應(yīng)器是生產(chǎn)裝置中承載聚合物料的主要部件，由單法蘭壓力變送器測量壓力信號、控制聯(lián)鎖，當變送器膜盒頂破后易使裝置出現(xiàn)誤動作，影響裝置正常生產(chǎn)、造成丙烯放空問題。對此需針對現(xiàn)有壓力控制聯(lián)鎖方案進行改進設(shè)計，采取二選二聯(lián)鎖方案增強聯(lián)鎖可靠性，新增單法蘭變送器安裝在環(huán)管附近，采用雙回路控制模式，并選取選擇器增設(shè)在壓力變送器及調(diào)節(jié)器之間，當發(fā)現(xiàn)一路信號出現(xiàn)異常狀況時，可基于手動、自動操作兩種模式進行信號切換與控制。同時，以聯(lián)鎖部位為基準新增測量回路，在一路信號異常報警時由作業(yè)人員進行檢查、判斷是否需啟動聯(lián)鎖，在兩路信號同時報警時由聯(lián)鎖裝置自動發(fā)出動作，借此有效避免出現(xiàn)誤動作問題，保障生產(chǎn)裝置運行效率與安全。

2.3.2 壓力穩(wěn)定控制

通常在聚丙烯生產(chǎn)過程中需綜合考量物料、壓力、溫度等參量，為保障生產(chǎn)過程中壓力值的穩(wěn)定性，需設(shè)置控制回路與壓力輔助回路，分別實現(xiàn)對壓力反饋控制閥的測量及對閥門開度的控制，用于實現(xiàn)對物料排放量的有效調(diào)節(jié)，保障反應(yīng)器內(nèi)壓力的均衡。

2.3.3 反應(yīng)溫度控制

針對聚合反應(yīng)溫度進行控制，可利用氣相聚合反應(yīng)熱使液相單體氣化或通過水冷卻實現(xiàn)對反應(yīng)溫度的控制，并基于串級控制模式利用主回路與副回路分別控制反應(yīng)介質(zhì)及冷卻水的溫度，用于調(diào)節(jié)水的換熱量，避免反應(yīng)溫度超出限值。

2.3.4 出料控制

為實現(xiàn)對反應(yīng)器出料量的控制，可在其底部增設(shè)兩個備用的出料閥，分別基于兩個回路進行出料閥開度的控制，保證在主出料閥堵塞的情況下仍可實現(xiàn)穩(wěn)定出料。

2.3.5 設(shè)備溫度控制

受生產(chǎn)車間環(huán)境條件以及反應(yīng)性質(zhì)的影響，在生產(chǎn)過程中催化劑預接觸罐的溫度將持續(xù)上升，對催化劑性能構(gòu)成影響，甚至易導致管道堵塞，影響到生產(chǎn)安全。因此需以現(xiàn)有進料線為基準，選取換熱器增設(shè)在罐體周圍，配合太陽能電池板共同起到制冷作用，將罐體溫度控制在10℃左右，保證催化劑具備良好的活性。

總體來看，聚丙烯生產(chǎn)裝置具有易燃易爆特點，生產(chǎn)過程中的危險系數(shù)較高，因此在液相本體法聚丙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)牢固秉持安全生產(chǎn)理念，針對生產(chǎn)工藝技術(shù)、反應(yīng)原理等進行詳細分析，結(jié)合生產(chǎn)環(huán)節(jié)現(xiàn)存問題進行反應(yīng)裝置的改進與安全控制措施的優(yōu)化，更好地提高聚丙烯生產(chǎn)的質(zhì)量與安全性，為聚丙烯產(chǎn)量提升與生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供技術(shù)支持。

參考文獻：

[1]房翠.間歇液相本體法聚丙烯生產(chǎn)過程中加入助劑的高效方法研究[J].中國高新區(qū)，2019（08）：165.