线性低密度聚乙烯装置工艺特点及工艺原理分析

白楠

摘要：聚乙烯排放气中含有大量的乙烯、乙烷、异戊烷、丁烯以及氮气等气体成分，对排放气的回收处理工艺中，通常情况下运用的是压缩冷凝法来进行处理，这种处理方法在整体的回收率上相对较低，排放气中的丁烯、异戊烷吸收率，会随着排放气中氮气含量的上升而下降。通过实验对比分析可以看出，在各种不同类型的气体中不同气体的回收工艺有着各自的特性，因此，需要对聚乙烯装置排放气回收工艺加以有效的优化，在原有压缩冷凝处理工艺上增加了后续处理工艺。

关键词：线性低密度聚乙烯；回收系统；排放气

聚乙烯装置排放气中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮气及重组分丁烯 -1、异戊烷等，而通常采用的压缩冷凝法回收效率并不高，排放气中的丁烯 -1 和异戊烷的回收效率会随着回收气中氮气含量的提高而降低。通过对比分析现有各类气体回收技术的特点，比较各种回收方法的优缺点，在原有工艺的基础上对回收装置进行设备和技术的优化升级，实现排放气中各种烷类、烃类的高效回收和尾气中的氮气重复利用，达到减少原料损耗和节能。

一、线性低密度聚乙烯装置排放气回收工艺

1、变压吸附回收工艺。变压吸附技术通过对该项技术的有效应用实现了低密度聚乙烯工艺的快速响应，并且在工艺处理过程中实现了对原材料消耗量的降低，节约了大量的原材料成本，自动化程度非常突出。不同的气体在同种吸附器上的吸附性效果各不相同，选择合适的吸附剂可以实现对各种不同混合气体中不同分离气体的提纯，通过气体的吸附定律可以看出，当某一种吸附剂中吸附同种类型的气体时，由于压力不断上升所形成的吸附量也就越大，吸附过程中的温度越高吸附量会慢慢降低。因此，在气体的回收工作中，通常情况下运用高压或者是低温环境下来进行气体的吸附，然后再通过降压或者是升温的方式来进行解析，将解析完成之后的气体直接送入到吸附剂中进行循环运用。其中比较常见的 PSA 流程在排放气的回收工作中，通过低压冷凝回收部分的原料，然后通过压缩机直接将其压缩到负 10 摄氏度以下来回收更多的物质、回收的共聚单体，回收的物质会直接被送到反应进料系统中，多余的排放气体会送至到火炬燃烧系统中来进行处理，造成了大量氮气的损失。

2、无动力深冷分离回收工艺。该技术的使用主要是通过无动力回收技术，在聚乙烯的排放回收系统中得以有效的运用，通过使用尾气无动力膨胀深冷分离设备，有效提高了共聚单体和异戊烷物质的回收率，同时还可以将传统类型的聚乙烯装置中的氮气消耗量降低了 30%。通过这种技术改进实现了化工生产单位每年 100 多万的经济效益提升，同时在整个耗能方面也有所下降，真正实现了绿色生产，对化工生产节能减排起到了决定性的作用。在气液分离设备中进行分流处理，充分考虑到聚乙烯回收设备中分离管道和储存罐之间的耐低温特点，设备内部的管道材质通常使用的是碳钢材料，同时也有局部的管线使用的是耐低温性能不足的低温钢材。因此，在无动力回收的冷凝液中需要将温度控制在 -37 摄氏度左右，分离罐的压力不能超过 0.3MPa。通过增加无动力深冷回收工艺，实现了乙烯回收率达到 75% 以上，而丁烯和异戊烷的回收率可以达到 99.9% 以上。在低密度聚乙烯排放气回收工艺中，共聚单体和异戊烷物质的回收率提升之后，生产过程中的单体消耗量大幅度降低，在整体节能方面有着较好的效果，进而大大提高了化工生产单位的经济效益。

3、有机蒸汽膜分离回收工艺。传统的线型低密度聚乙烯设备在排放气回收工艺中，不会在排放气的回收环节中设置膜回收系统，而当前在化工生产单位中，对一些聚乙烯设备的排气回收系统进行了改进和革新，即增加了膜回收系统，这种处理方式对一些重烃类的物质回收效率非常明显，和传统气相膜扩散选择工艺不同，新型的气体蒸汽渗透膜理论是通过溶解扩散机理，在膜的两边压力形成了气液分离的推动力，而混合气体中不同的成分，在通过渗透膜的过程中会产生不同的渗透频率，通过这种方式有效实现了气体相互之间分离的目标，其中比较常见的有机蒸气膜属于三层结构：第一层结构中的作用是通过无纺布支撑的膜材料，在中间区域中实现了分离层的提升，属于一种耐溶剂的多孔膜材料。生产出的平板有机膜通过卷制完成之后形成的螺旋式模构件，可以有效满足一些工业生产的大规模生产需求，薄膜系统和吸收系统设备使用完成之后，有机蒸汽中的气体回收率可以上涨到 95% 以上，而对氮气的回收和纯化率可以达到99% 以上，真正实现了氮气的高度循环运用。　

二、线性低密度聚乙烯装置的控制应用

聚乙烯装置自动化仪表配置相对齐全，但有两类过程信息需要软仪表技术辅助。才能满足先进控制系统的控制需求。一类信息采用在线分析仪进行检测，但由于检测周期长、滞后大，存在实时性不强、准确性不高的问题，需要进行处理，才能满足先进控制要求，如反应器乙烯分压等；另一类信息没配置在线分析仪或无法直接测量，为了满足先进控制要求，需要利用其它可测信息进行推断预测，如聚合物性质(熔融指数、密度)等。下面以反应器乙烯分压和产品熔融指数为例，描述聚乙烯装置先进控制系统的软仪表特点。

1、乙烯分压的软仪表。聚乙烯装置的反应器总压采用一次仪表直接检测，频率快，准确度高，能快速真实地反映反应器压力变化情况。而某类组分的分压无法直接检测，必须通过某种方式转换，如采用分压公式(组分分压=反应器总压×组分浓度)计算。在聚乙烯生产过程中，组分浓度通过在线色谱分析检测，检测周期为8 min，也就是说每8 min才更新一次浓度值。在浓度变化瞬间时真实反映了反应器内部组分浓度．而其余时间均采用同一固定数值，不能真实地反映反应器内部状况。由上述分析可看出，直接采用分压公式，分压每8 min才有一次真实值，其余时刻信息均不可靠．该信息直接用于反馈控制。难以实现分压的平稳控制。所以，准确预测8 min内分析仪检测空白期的组分浓度真实变化，是实现分压稳定控制的关键。为了准确地预测反应器内组分浓度变化．本项目采用半机理反应动力学模型来计算反应速率，结合装置特性及物料衡算公式。对反应器内各组分的分压进行模拟预测。乙烯聚合反应动力学模型公式圆为：

2、聚合物性质的软仪表。在工业生产过程中，聚合物的分子量和共聚组成通常用熔融指数(MI)和密度Ip表征。熔融指数和密度直接影响聚合物的使用性能和加工性能，是衡量聚乙烯产品质量的主要指标。由于熔融指数和密度均没有在线分析仪，依赖于实验室每隔2 h一次化验值，对聚乙烯产品质量的精确控制带来难度。因此，建立准确的熔融指数和密度的软仪表，为聚乙烯生产的质量控制提供实时参考，是聚乙烯装置先进控制系统关键任务之一。聚合物性质软仪表采用模型一个是瞬时性质模型，用来描述反应器中瞬时生成的聚合物性能：另一个为平均性质模型，用来描述聚合物瞬时性质与累积性质之间的关联。

与乙烯分压软仪表一样。聚合物性质软仪表的模型参数也是由现场样本数据回归得到，也存在长时期运行后的偏差问题，需要新工况信息来更新模型参数。与乙烯分压不同的是，聚合物性质软仪表的趋势预测比较可靠，只要及时地消除模型计算值与化验值之间的固定偏差．软仪表的准确性就得以保证。

　为了响应国家低碳和节能减排的号召，在线性低密度聚乙烯排放气回收的原有工艺基础上进行技术和设备的升级换代和改造，通过增设无动力深冷回收装置和增加膜回收系统，采取一步冷凝法等措施可以大大降低物料的损耗和排放损失，在节能减排工作中取得不错的成效，取得十分可观的经济效益。

参考文献：

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