溶液法聚乙烯裝置1-辛烯的效能提升應(yīng)用

寧魯賓 王宏亮 馮建勤（撫順石化公司乙烯化工廠）

乙烯化工廠聚乙烯裝置采用加拿大公司專利技術(shù)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能8×104t/a。是國(guó)內(nèi)唯一一套溶液法聚乙烯裝置。發(fā)揮溶液法優(yōu)勢(shì)開發(fā)辛烯共聚產(chǎn)品[1]，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，改變了我國(guó)辛烯共聚產(chǎn)品完全依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀。但由于技術(shù)和設(shè)備原因，每個(gè)生產(chǎn)周期后，需排出約20 t粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，粗1-辛烯雜質(zhì)含量較高，無法作為共聚單體再次使用。長(zhǎng)期生產(chǎn)下去，會(huì)造成粗1-辛烯的積累。

如果粗1-辛烯能夠得到充分的二次利用，對(duì)于減輕儲(chǔ)存壓力和降本增效都大有收益。因此我們提出，1-辛烯共聚生產(chǎn)時(shí)利用粗1-辛烯作為配制液體添加劑的溶劑，利用液體添加劑注入點(diǎn)在反應(yīng)器下游，不會(huì)影響聚合反應(yīng)，且液體添加劑注入量小且緩，對(duì)回收區(qū)的影響不會(huì)太大。同時(shí)粗1-辛烯不再經(jīng)過精餾塔精制，精餾塔加熱蒸汽量得到降低，達(dá)到提高1-辛烯利用率，降低蒸汽消耗，達(dá)到降本增效目的。

1 化工工藝節(jié)能降耗的必要性

1.1 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

化工工藝生產(chǎn)中往往會(huì)造成資源的大量消耗。因此，化學(xué)工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，就必須具有能源，我國(guó)雖然是能源大國(guó)，但目前也面臨著資源短缺的問題，僅依靠國(guó)內(nèi)的能源已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)的需求。尤其是天然氣、石油非再生資源缺乏日趨嚴(yán)重，使我國(guó)在未來的能源供應(yīng)上難度越來越大。石油資源的短缺，化工企業(yè)受到影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他行業(yè)。所以減少能源浪費(fèi)，降低損耗，對(duì)化學(xué)產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，它關(guān)系著化學(xué)工業(yè)在未來能否穩(wěn)定發(fā)展[2]。

1.2 有利于降低企業(yè)成本

化工企業(yè)能源節(jié)約可以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，化工企業(yè)的產(chǎn)品尤其是耗能多的產(chǎn)品，它的生產(chǎn)成本往往會(huì)浪費(fèi)大量的資源。因此，減少能源浪費(fèi)，降低損耗，就能降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，在浪費(fèi)資源相等的基礎(chǔ)上能增加產(chǎn)品生產(chǎn)份額，為企業(yè)帶來更多利潤(rùn)。

1.3 有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)

化工企業(yè)的節(jié)能降耗有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，節(jié)約能源即減少能源的開發(fā)，這樣能降低二氧化硫、煙、塵等的產(chǎn)生。空氣中的污染物包括粉塵、二氧化硫、二氧化氮，二氧化碳等。溫室效應(yīng)、酸雨、空氣懸浮顆粒、光化學(xué)污染等都是這些污染物引起的。所以，要節(jié)約能源，減小損耗，保護(hù)好環(huán)境[3]。

2 1-辛烯共聚生產(chǎn)聚乙烯的流程

為了滿足1-辛烯共聚生產(chǎn)需求，對(duì)聚乙烯裝置進(jìn)行了部分適應(yīng)性改造，1-辛烯共聚流程見圖1。主要有：增加PV2030A至HB塔再沸器高壓蒸氣管線；增加P-GA-210泵至1-辛烯儲(chǔ)罐的退料線；增加一臺(tái)1-辛烯退料冷卻器、1-辛烯退料罐，1-辛烯儲(chǔ)罐用裝置原有的環(huán)己烷儲(chǔ)罐V-FA-416C；增加兩臺(tái)1-辛烯進(jìn)料泵，1-辛烯進(jìn)料控制用原有的丁烯共聚流量閥及流量表（FV-1002A/B）；增加1-辛烯在線分析儀一臺(tái)；在V-FA-205和E-EA-203之間增加P-209泵的跨線，使高壓凝液不再經(jīng)過P-209泵體，直接通過壓差進(jìn)入E-EA-203；增加了從環(huán)氧乙烷車間引入的高壓水線，高壓水通過TV-4114控制進(jìn)入BH-401，將過熱高壓蒸汽脫過熱為飽和蒸汽。

圖1 1-辛烯共聚流程圖Fig.1 Copolymerization process of 1-octene

3 粗1-辛烯的產(chǎn)生及利用

3.1 低沸物精制塔（LB塔）的控制

LB塔壓力控制在1 800～1 900 kPa，如果塔壓低將導(dǎo)致塔底出料溫度低，HB塔操作困難，可以減少丁烯循環(huán)量至2 500 kg/h，同時(shí)可以適當(dāng)補(bǔ)充FE，以盡快恢復(fù)LB塔的操作。只有塔壓穩(wěn)定了，參數(shù)調(diào)整才能平穩(wěn)?？刂艵A-203出口溫度TI-2032在205～210℃，如果超過范圍會(huì)引起LB塔波動(dòng)[4]。由于1-辛烯共聚，產(chǎn)量只有7 t/h，LB塔內(nèi)未反應(yīng)乙烯非常少，可以忽略，因此1-辛烯共聚LB塔塔盤溫度分布同29系列有很大不同，進(jìn)料點(diǎn)21層以上塔盤即精餾段塔盤溫度分布，沒有明顯梯度變化，特別是頂部三層塔盤溫度非常接近。如果按生產(chǎn)29系列操作，用回流控制頂部三層溫度，會(huì)發(fā)現(xiàn)LB塔波動(dòng)非常大。操作要點(diǎn)是在丁烯回路物料平衡后，且LB塔第22層塔盤溫度在200～210℃時(shí)[5]，只需監(jiān)控V-FA-206罐液位，并用回流進(jìn)行調(diào)控，即可平穩(wěn)操作LB塔。LB塔主要控制參數(shù)見表1。

表1 LB塔主要控制參數(shù)Tab.1 Main control parameters of LB tower

3.2 高沸物精制塔（HB塔）的控制

環(huán)己烷物料平衡后，HB塔主要監(jiān)控塔釜液位。通過PV-2030A微調(diào)HB塔再沸器自產(chǎn)蒸汽[6]加熱量，將HB塔塔釜液位控制在50%～60%，可保證HB塔頂采出物料1-辛烯濃度平穩(wěn)。HB塔再沸器加熱蒸汽改為高壓蒸汽，PV-2030A和FV-2131串聯(lián)，因?yàn)镕V-2131壓力設(shè)計(jì)等級(jí)在2 600 kPa且在下游，因此采用將FV-2131開至100%，由PV-2030A控制HB塔再沸器加熱量。

隨著1-辛烯共聚的進(jìn)行，HB塔塔釜1-辛烯濃度逐漸累積，溫度逐漸增高。當(dāng)塔釜溫度升至214℃時(shí)（塔壓680 kPa，回流21 t/h），HB塔盤溫度由下至上明顯升高，當(dāng)塔頂溫度升至165℃時(shí)，HB塔趨于穩(wěn)定。只有1-辛烯在SH中濃度達(dá)到一定值時(shí)才會(huì)形成共沸，為避免HB塔釜液位波動(dòng)過大，在塔釜溫度升至214℃前，適當(dāng)降低塔釜加熱量[7]。HB塔主要控制參數(shù)見表2。

表2 HB塔主要控制參數(shù)Tab.2 Main control parameters of HB tower

3.3 粗1-辛烯的產(chǎn)生與積累

生產(chǎn)1-辛烯共聚產(chǎn)品，由于精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)HB塔頂溫度高于1-辛烯的沸點(diǎn)，因此溶劑環(huán)己烷和1-辛烯會(huì)同時(shí)從HB塔塔頂采出，形成1-辛烯和環(huán)己烷的混合物。在裝置從1-辛烯共聚聚乙烯產(chǎn)品切換到均聚聚乙烯產(chǎn)品時(shí)，HB塔塔頂溶劑已不能滿足均聚物生產(chǎn)需求。因此每個(gè)生產(chǎn)周期后，會(huì)通過回收區(qū)退料流程排出20 t左右粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，由于粗1-辛烯雜質(zhì)含量高，需要送至回收區(qū)高沸塔塔釜進(jìn)行精餾提純，為了降低粗1-辛烯對(duì)高沸塔塔頂采出溶劑純度的影響，以1 t/h的流量引入。高沸塔正常進(jìn)料來自低沸塔塔底出料，溫度230℃，而粗1-辛烯由1-辛烯退料罐引入，溫度30℃，勢(shì)必會(huì)增加高沸塔再沸器高壓蒸汽的消耗。由于粗1-辛烯雜質(zhì)含量較高，直接進(jìn)入回收區(qū)HB塔塔釜，雖然小流量引入，但是高沸塔操作出現(xiàn)波動(dòng)，勢(shì)必會(huì)造成HB塔塔頂采出溶劑純度下降，不但增加催化劑消耗，也易造成塔頂采出物料1-辛烯比例不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量，粗1-辛烯不能有效得以利用。

3.4 粗1-辛烯的高效利用

1-辛烯共聚生產(chǎn)，添加劑的配制與2911系列產(chǎn)品采用同樣的配制流程和環(huán)己烷溶劑。不同的是，1-辛烯共聚添加劑按2∶4∶5的配比進(jìn)行配置，添加劑含量5 000 mg/kg；2911系列產(chǎn)品，添加劑按1∶1配制，濃度300 mg/kg。由于1-辛烯共聚添加劑濃度大，高溫有利于液體添加劑的充分溶解，以防止添加劑容易析出堵塞管線。由于環(huán)己烷沸點(diǎn)80.7℃，溫度高則出現(xiàn)沸騰溶劑蒸發(fā)泄漏，在封閉的配制間內(nèi)積存，易發(fā)生事故。由于添加劑的配制溫度控制范圍過小，實(shí)際生產(chǎn)過程多次發(fā)生添加劑堵塞管線，影響添加劑的注入，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，逐漸摸索出一定規(guī)律。添加劑配制溫度控制偏高些，添加劑不容易發(fā)生堵塞。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定將開車初始兩罐添加劑配置溫度電加熱器[8]仍然控制在70±3℃，之后添加劑配制溫度控制在70～80℃[9]。經(jīng)分析，這是因?yàn)殚_車初期配置添加劑時(shí)用的溶劑是純環(huán)己烷，生產(chǎn)過程中，配制添加劑的環(huán)己烷會(huì)含有2%的1-辛烯，其沸點(diǎn)高于純環(huán)己烷的80.7℃，所以配置罐溫度控制在80℃左右不會(huì)出現(xiàn)溶劑沸騰現(xiàn)象，由于控制溫度范圍的擴(kuò)大，降低了添加劑溫度控制難度，進(jìn)而降低了添加劑堵塞情況的發(fā)生。但是并沒有徹底解決添加劑堵塞問題。同時(shí)又提出利用生產(chǎn)副產(chǎn)物粗1-辛烯，作為配置添加劑的溶劑，控制溫度可以進(jìn)一步升高，控制范圍又可進(jìn)一步擴(kuò)大。

通過分析化驗(yàn)和實(shí)際操作，粗1-辛烯更適合作為添加劑的溶劑。不同溶劑沸點(diǎn)與實(shí)際使用效果見表3。

表3 不同溶劑沸點(diǎn)與實(shí)際使用效果Tab.3 Boiling points of different solvents and actual use effects

4 項(xiàng)目實(shí)施及效果

1）建立流程模擬。冷辛烯進(jìn)料為1 000 kg/h，溫度30℃，塔釜辛烯根據(jù)出料量，油脂塔進(jìn)料大約為5.5 t/h，若HB塔釜液位維持穩(wěn)定則進(jìn)入高沸塔釜的量大約為5.5 t/h，結(jié)果兩股物流混合后溫度大約為206℃。冷辛烯加入后塔釜溫度變化流程模擬見圖2。

圖2 冷辛烯加入后塔釜溫度變化流程模擬Fig.2 Flow simulation of temperature change of tower kettle after the addition of cold octene

2）不加入冷辛烯。若不加入辛烯時(shí)，條件為將214℃辛烯加熱至225℃，使用高壓蒸汽（3.7 MPa）減壓后壓力為2.2 MPa。3.7 MPa高壓蒸汽溫度為245℃，2.2 MPa蒸汽溫度為217℃。辛烯不同壓力下的泡點(diǎn)溫度見圖3。

圖3 辛烯不同壓力下的泡點(diǎn)溫度Fig.3 Bubble point temperature of octene at different pressures

3）建立流程。進(jìn)入再沸器虹吸管流量為20 t/h辛烯，溫度由214℃加熱升至228℃，其高壓蒸汽消耗量為5 235 kg/h。高壓蒸汽消耗量流程圖見圖4。

圖4 高壓蒸汽消耗量流程圖Fig.4 Flow chart of high pressure steam consumption

4）加入辛烯。加入辛烯流量為1 t/h時(shí)高沸塔塔釜溫度會(huì)下降至206℃，此時(shí)仍需保證再沸器出口溫度維持228℃。除進(jìn)口溫度之外其他條件均不改變，根據(jù)模擬程序計(jì)算蒸汽消耗量為8 192 kg/h。

5）經(jīng)濟(jì)效益。在相同的再沸器出口溫度下，加入辛烯流量為1 t/h，高沸塔再沸器高壓蒸汽消耗量為3 t/h，20 t粗1-辛烯共計(jì)消耗60 t高壓蒸汽。即粗1-辛烯配置添加劑高效利用后，當(dāng)高壓蒸汽價(jià)格為234.38元/t時(shí)，每個(gè)生產(chǎn)周期可以節(jié)約14 062.8元。同時(shí)，降低高壓蒸汽消耗的同時(shí)又降低了高沸塔的處理量，保證裝置經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行。

2016年檢修期間，增加粗1-辛烯配制添加劑流程，實(shí)際投資20 000元。2017年5月22日生產(chǎn)1-辛烯共聚產(chǎn)品首次投用，生產(chǎn)周期10 d，共配置添加劑溶液18 t，沒有發(fā)生一起添加劑堵塞事故，粗1-辛烯被有效利用，達(dá)到了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，清潔生產(chǎn)[10]的目的。粗1-辛烯的利用率90%，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效約35.4萬元。

5 結(jié)論

1）在操作層面，由于添加劑的注入點(diǎn)在反應(yīng)釜的下游，粗1-辛烯的雜質(zhì)不會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)、催化劑耗量造成直接影響；因添加劑注入量小，速度慢，返回回收區(qū)的粗辛烯流量很小，回收區(qū)HB塔控制平穩(wěn)，塔頂采出物料純度沒有受到影響，并且粗1-辛烯可以充分利用聚合反應(yīng)放出的熱量，高溫狀態(tài)返回回收區(qū)LB塔分離再進(jìn)入HB塔精制，可以將粗1-辛烯對(duì)HB塔操作的影響降至最低，保證了HB塔塔頂采出純度，也降低高壓蒸汽耗量。

2）通過生產(chǎn)實(shí)踐，粗1-辛烯配置添加劑流程無需大刀闊斧的改造，在生產(chǎn)1-辛烯共聚聚乙烯過程中，一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，共用粗1-辛烯配置液體添加劑20罐，未發(fā)生管線堵塞現(xiàn)象，同時(shí)反應(yīng)區(qū)、回收區(qū)操作平穩(wěn)，配制添加劑效果好的同時(shí)也解決了粗1-辛烯積累的難題，現(xiàn)場(chǎng)投資小、收益大，值得推廣。