聚乙烯流化床工艺冷凝操作研究

包彦禄

摘要：Unipol工艺是美国unioncarbidecorporation公司于1964年商业化投产的聚乙烯气相法生产工艺，1985年该公司研究开发了投资少、收益较大的冷凝态操作技术。与原先的干法操作相比较，冷凝态操作技术的成功研发使其突破了产能瓶颈，单线生产能力成倍增长。近30年以来冷凝技术成为聚乙烯行业发展的焦点[1]。神华集团煤制油有限公司包头分公司聚乙烯装置就采用了该项技术，实现了装置的平稳生产，更是连续7年实现了超额完成生产任务。

关键词：聚乙烯；气相法；冷凝模式，

1.期限流化床聚乙烯冷凝操作模式的特点

气相流化床聚乙烯工艺为乙烯，共聚单体（1—丁烯，1—己烯等），氢气，氮气等进入精制单元，脱出杂质和毒物后送入反应系统，主要原料随循环气从反应器底部进入，通过气体分布板向上流动，使床层保持流化状态，在反应器中乙烯和1-丁烯等共聚单体，氢气在有催化剂和助催化剂的作用下聚合为聚乙烯粉料，聚乙烯粉料的密度、熔体流动指数等参数通过反应器温度、压力、乙烯分压、共聚单体乙烯比、氢气乙烯比等进行控制，聚合反应热由循环去带出，循环气冷却器移除循环气中的反应热，以上为聚乙烯的非冷凝操作，又称干法操作，冷凝操作模式具有以下几个特点：（1）由于反应器撤热能力的大幅度提高，使反应器的时空产率大大增加，我们知道，限制反应器生产能力的主要因素就是其撤热能力，反应器和循环气管线不需要大的改造，设备投资少，操作费用低；（2）循环气中的液体ICA可起到冲刷分布板的作用，避免了分布板堵塞的问题；（3）可抵消杂质对静电波动的影响，减少了静电波动和反应器结块，实际生产证明，在各原料纯度相同的情况下生产DFDA-7042时，干法模式反应器静电波动范围为-200-200V，而在冷凝态操作时，静电的波动范围在-50-50，相比之下，冷凝态操作增加了操作的稳定性；（4）反应器停留时间短，切换牌号时间短，操作得当可降低过渡料产量。

2.冷凝操作模式进入和退出要点

从干法模式进入冷凝态操作时，当反应器入口温度接近冷凝露点时，在反应器中进行冷凝态操作的进入和退出增加反应器分布板及循环气冷却器堵塞的风险，同时由于反应器中冷凝组分相变得出现，会引起反应器温度波动，静电波动等不稳定现象，所以在进退冷凝态操作时一定要尽快完成，其主要操作措施及原理有：（1）在进入冷凝态操作时，阶段性降低循环气流量，通过调整循环气压缩机入口导叶开度来实现，其原理是在反应需要撤热量相同时，循环气量越低，需要更低的循环气温度才能满足撤热要求，及反应器入口循环气温度降低，快速低于循环气露点温度，进入冷凝态模式。（2）在进入冷凝态操作时，降低反应器温度设定值，其原理是反应器温度设定值降低，反应器入口温度随之降低，使反应器入口温度快速低于循环气露点温度而进入冷凝态模式。（3）在进入冷凝态操作时，大比例提高催化剂注入量，其原理是催化剂注入量增加，反应负荷增加，反应器放热量增加，需要更低的循环气温度才能满足撤热效果，即反应器入口循环气温度降低，使其低于循环气露点温度，进入冷凝态模式。（4）在进入冷凝态操作时，提高反应器乙烯分压，其原理是乙烯分压提高，催化剂活性增加，反应产率增高，需要更低的循环气温度才能满足撤热效果，即反应器入口温度降低，低于循环气露点温度，进入冷凝态模式，在进入冷凝态时，随着生产负荷的逐渐增加，反应器入口温度降低，并逐渐接近露点温度，此时，一定要通过上述步骤快速进入冷凝模式，避免入口温度停留在细粉和冷凝液混合的“淤浆区”。在由冷凝态模式退出至干法操作时，通常采取与上述四个操作相反的操作，但在实际操作中通常采用快速降低催化剂注入量的方法，使生产负荷快速降低，反应器入口温度快速上升的办法，同时停止反应器ica补入，使循环气露点温度快速降低，从而达到反应器入口温度在短时间内高于循环气露点温度，使其退出冷凝态模式，进入“干式”操作模式。

3.对原料的要求

在冷凝态模式操作时，静电波动比干法模式要小，掩盖了潜在的原料杂质问题，但不能忽略的是气相流化床聚乙烯工艺对原料纯度要求极高，神华包头煤化工有限责任公司精制床层有共聚单体干燥床、异戊烷干燥床、氮气脱氧床、氮气干燥床；乙烯系统有脱炔床、脱氧床、脱一氧化碳床、干燥床及脱二氧化碳床；要保证装置稳定运行的优化操作有以下几点：（1）原料杂质的控制。严格做好原料质量的保证，当上游装置原料质量出现问题时要及时反馈解决，对各原料如乙烯、共聚单体、氢气、氮气等增加水和氧含量在线分析措施，改进原料精制床的进出口分析方法，保证分析频次，对进出口杂质含量接近的精制床层提前再生，优化各精制床运行，调整各精制床层的再生周期，通过干燥床的通量计算并优化再生频次，对原料水含量低的干燥床延长再生周期，观察精制床运行、再生过程中的温度异常变化，严格控制各精制床的再生步骤及温度变化，保证各原料的精制效果，现将神华包头煤化工有限责任公司聚乙烯装置界区原料规格汇表如下：

4.冷凝态操作在实际生产过程中出现的问题

(1)在进退冷凝态模式时，反应器入口温度停留在产生细份与冷凝液混合的“淤浆区”时间过长，导致出现分布板堵塞的情况，影响整个反应器床层的流化状况，使反应器产生块料，堵塞出料系统，影响正常运行。

(2)在进入冷凝态模式时，为了提高循环气露点温度，加入反应器中的异戊烷流量过大导致其浓度过高，使反应器粉料发粘，进而结块堵塞出料系统，在进入脱气系统后，在脱气仓内由于粉料发粘结块影响造粒系统正常下料。

(3)冷凝态操作模式对原料的浓度要求极高，在正常生产中，要严格控制原料质量，对原料中的各杂质含量严密监控和原料精制床日常维护，对由于原料质量严重波动导致精制能力下降的原料精制床层，应及时发现和更换。

参考文献：

[1]蔡志强.Unipol气相法聚乙烯技术进展与启示[J].合成树脂及塑料，2005,22（1）:58-62

作者简介：

包彦禄。1986.04.24、男、汉族、甘肃.定西、神华包头煤化工有限责任公司、助理工程师、大学本科、化工生产技术。