摘 要：本文分析了氣相法聚乙烯反應(yīng)器中靜電的形成及對(duì)反應(yīng)造成的危害，并根據(jù)不同的靜電產(chǎn)生的原因分析了靜電的消除方法，靜電產(chǎn)生后應(yīng)采取有效地措施進(jìn)行預(yù)防，及時(shí)消除靜電才能保證裝置運(yùn)行情況良好。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；反應(yīng)器；靜電；消除

武漢乙烯線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置采用氣相法冷凝工藝。該工藝投資少，工藝簡(jiǎn)單，主要通過(guò)反應(yīng)氣體循環(huán)過(guò)程中在催化劑的作用下聚合生成原粒聚乙烯樹(shù)脂，循環(huán)氣起到反應(yīng)和提供流化的作用。在流化狀態(tài)下，顆粒與顆粒，顆粒與壁面以及顆粒與氣體之間存在不斷的碰撞和摩擦，原料中存在的雜質(zhì)在與活化劑三乙基鋁反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)分別生成正負(fù)靜電引發(fā)劑，因此，不可避免地會(huì)造成靜電的產(chǎn)生和積累。

產(chǎn)生的靜電會(huì)嚴(yán)重影響流化床內(nèi)的流體流動(dòng)行為，形成死區(qū)和溝流，并造成顆粒團(tuán)聚、粘壁甚至熔融結(jié)片等現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)靜電積累到一定程度，還可能引起火花放電甚至爆炸。

反應(yīng)器的靜電情況對(duì)我們能否順利開(kāi)車(chē)成功有著很大的影響，它也是開(kāi)車(chē)平穩(wěn)后操作人員需要注意的最重要的參數(shù)之一，因此弄清楚流化床反應(yīng)器中靜電的產(chǎn)生機(jī)理對(duì)我們今后的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。

1 靜電的產(chǎn)生

一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生電荷和消除電荷是同時(shí)進(jìn)行的，整個(gè)系統(tǒng)的帶電情況遵循電荷守恒定律：聚合電荷=產(chǎn)生電荷一消除電荷。在流化床反應(yīng)器中，循環(huán)氣中的粉料在反應(yīng)器中主要存在兩種接觸方式，分別是粉料與粉料之間的接觸以及粉料與反應(yīng)器壁之間的接觸。粉料之間的接觸發(fā)生在同一種材料之間并且隨機(jī)發(fā)生的，因此會(huì)產(chǎn)生偶極電荷粒子的分布；粉料與反應(yīng)器壁接觸時(shí)會(huì)在接觸點(diǎn)產(chǎn)生同性電荷，直到他們之間的電壓達(dá)到平衡值。通常這兩種方式產(chǎn)生的靜電量能被異性電荷中和，或是產(chǎn)生的少量較弱的靜電能被反應(yīng)器的接地及出料系統(tǒng)的出料帶出，所以這種方式產(chǎn)生的靜電對(duì)操作影響基本上可以忽略不計(jì)。

而在反應(yīng)器使用鈦系催化劑時(shí)，需要向反應(yīng)器內(nèi)注入還原劑三乙基鋁，其化學(xué)式為Al（C2H5）3。如果系統(tǒng)中存在雜質(zhì)與三乙基鋁反應(yīng)，則產(chǎn)生靜電引發(fā)劑，破壞反應(yīng)器內(nèi)的靜電平衡而產(chǎn)生問(wèn)題。三乙基鋁在反應(yīng)器中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)系統(tǒng)中一般的常見(jiàn)的帶電雜質(zhì)有：水、甲醇、乙醇、氧氣等，其中水是負(fù)靜電引發(fā)劑，后三者是正靜電引發(fā)劑。本裝置中產(chǎn)生靜電影響的一般是水和氧氣。根據(jù)分析和實(shí)踐證明，氧氣主要來(lái)源于氮?dú)猓S著氮?dú)庵械难鹾吭黾?，正靜電也增加。水主要來(lái)源于共聚單體，水含量增加，負(fù)靜電也增加。

另外，樹(shù)脂中細(xì)粉量過(guò)多、過(guò)細(xì)，也會(huì)加劇靜電的產(chǎn)生，粒徑最小、灰分含量最高的細(xì)顆粒對(duì)靜電壓的影響最為顯著。因此，控制反應(yīng)器的粒徑分布對(duì)于反應(yīng)器中的靜電情況也有一定的影響。

2 靜電對(duì)反應(yīng)器的危害及預(yù)防

2.1 靜電對(duì)反應(yīng)器造成的危害

聚乙烯流化床反應(yīng)器易產(chǎn)生靜電的這一特點(diǎn)決定了反應(yīng)將始終處于靜電的環(huán)境中進(jìn)行。聚乙烯粉料在反應(yīng)器中受到浮力，重力，拖曳力以及靜電力的作用。浮力和重力的作用維持流化床的流化狀態(tài)床層的料位。靜電力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子從器壁上脫開(kāi)的。帶電樹(shù)脂顆粒產(chǎn)生的電場(chǎng)使粒子向反應(yīng)器壁方向運(yùn)動(dòng)。起初，氣泡和固體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拖曳力比靜電力占有主導(dǎo)地位。原料精制系統(tǒng)精制效果下降時(shí)進(jìn)入流化床反應(yīng)器的雜質(zhì)含量會(huì)不斷升高，聚合靜電會(huì)在反應(yīng)器中不斷累積。當(dāng)靜電超過(guò)拖曳力時(shí)，在反應(yīng)器壁上便會(huì)形成含有催化劑的正在聚合著的樹(shù)脂粉層。

由于反應(yīng)器壁上的樹(shù)脂粉層與流化氣體沒(méi)有足夠的接觸，因此，反應(yīng)熱的移出是有限的。其結(jié)果使反應(yīng)器壁上的細(xì)粉熔融并粘結(jié)在反應(yīng)器壁上，其它的顆粒粘附在融化層上，直至顆粒尺寸逐漸增大，從反應(yīng)器壁上掉下來(lái)為止。另外，反應(yīng)器的特殊擴(kuò)大段設(shè)計(jì)使細(xì)粉由于料位或氣速控制不當(dāng)，而沉積在膨脹段的斜坡上，易于形成結(jié)片。當(dāng)產(chǎn)生的樹(shù)脂重力大于靜電力和流化力時(shí)，從器壁上落下，落到分布板上，形成結(jié)塊和引起其它問(wèn)題。

2.2 操作中對(duì)靜電的預(yù)防

應(yīng)器中靜電形成的機(jī)理，我們就可以結(jié)合這些原因來(lái)預(yù)防靜電的形成以及盡快的消除靜電。在流化床反應(yīng)器上安裝三個(gè)靜電檢測(cè)裝置，分別檢測(cè)因射流和氣墊的存在而空隙率大、靜電壓較低的“分布板區(qū)”，顆粒濃度和電荷密度較大、靜電壓較高，且氣流曳力最小、顆粒極易粘壁的“滯留區(qū)”以及細(xì)顆粒揚(yáng)析量較多、壁面附近靜電壓較高、顆粒粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重的“料位區(qū)”的靜電情況來(lái)檢測(cè)反應(yīng)器的靜電情況。根據(jù)反應(yīng)靜電情況及時(shí)采取相應(yīng)的措施操作。盡量減少靜電對(duì)反應(yīng)造成的不良影響，靜電對(duì)反應(yīng)器的影響主要包括反應(yīng)開(kāi)車(chē)時(shí)以及在正常操作過(guò)程中。

開(kāi)車(chē)初期存在過(guò)高的靜電如果無(wú)法及時(shí)消除會(huì)造成床層流化狀態(tài)的惡化，甚至?xí)斐煞磻?yīng)器開(kāi)車(chē)的失敗。停車(chē)時(shí)反應(yīng)器壁暴露空氣之前如果沒(méi)有水解床層，樹(shù)脂粉料中殘存的三乙基鋁等雜質(zhì)會(huì)和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成會(huì)誘導(dǎo)靜電的物質(zhì)，在開(kāi)車(chē)時(shí)反應(yīng)器循環(huán)升溫的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的靜電。因此在停車(chē)后要加入一定量的水充分水解床層。水解床層時(shí)水和粉料中殘存的三乙基鋁反應(yīng)會(huì)生成醇類物等吸附在反應(yīng)器壁上在下一次反應(yīng)開(kāi)車(chē)時(shí)產(chǎn)生正靜電。不過(guò)這些靜電隨著脫水的進(jìn)行會(huì)自行減弱甚至消失。反應(yīng)器在開(kāi)車(chē)前要進(jìn)行充分的脫水和脫氧，若不夠充分，也會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)器靜電過(guò)高而造成開(kāi)車(chē)失敗。

在正常生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的靜電主要是由于原料中的雜質(zhì)含量超標(biāo)以及靜電的積累造成的。因此在反應(yīng)過(guò)程中要嚴(yán)格控制原料中的雜質(zhì)含量，防止過(guò)量的水，氧，醇等進(jìn)入反應(yīng)器。因此要緊密監(jiān)視各精制床層溫度的變化，及時(shí)進(jìn)行精制床層的再生和切換保證良好的脫水脫氧效果。在日常的操作過(guò)程中也要注意精心操作，防止操作過(guò)程中帶入水和氧等雜質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器產(chǎn)生過(guò)多的靜電。例如在雨天處理反應(yīng)器儀表故障或拔出催化劑時(shí)如果帶入水或者氧氣進(jìn)入反應(yīng)器會(huì)造成靜電值升高。另外在反應(yīng)系統(tǒng)改變工藝流程時(shí)也要小心操作防止工藝參數(shù)的劇烈波動(dòng)引起靜電平衡的破壞。

為了減少反應(yīng)器靜電造成的粉料粘壁現(xiàn)象，可以在反應(yīng)器初始開(kāi)車(chē)時(shí)對(duì)反應(yīng)器壁進(jìn)行化學(xué)處理，對(duì)反應(yīng)器壁表面鍍鉻可以減少樹(shù)脂粉料在粉料上的結(jié)塊。

3 反應(yīng)器出現(xiàn)靜電時(shí)采取的主要措施

目前產(chǎn)生靜電后的主要方法是向反應(yīng)器中注入對(duì)應(yīng)的抗靜電劑來(lái)消除反應(yīng)中過(guò)量的靜電，主要原理是通過(guò)往反應(yīng)器中注入水來(lái)消除過(guò)量的正靜電，往反應(yīng)器中注入醇來(lái)消除過(guò)量的負(fù)靜電。由于水和醇本身也是產(chǎn)生反應(yīng)器靜電的物質(zhì)，因此在加入抗靜電劑的過(guò)程中一定要控制好加入量，緩慢加入抗靜電劑，防止靜電反相的發(fā)生?？轨o電劑的注入點(diǎn)距反應(yīng)器分布板越近，抗靜電系數(shù)越好。本裝置中的抗靜電劑注入點(diǎn)位于循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的入口管線上。

當(dāng)反應(yīng)器中靜電較小時(shí)，主要需要穩(wěn)定工藝參數(shù)，降低催化劑注入量的同時(shí)提高三乙基鋁加入量，并密切注意靜電情況以及反應(yīng)器壁溫的變化，小心加入靜電消除劑，正電加水負(fù)電加甲醇，加入量由小到大，同時(shí)給反應(yīng)器一定的防空量以利于靜電的消除。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生高于2000V以上的靜電時(shí)，并且靜電持續(xù)不下，在注入靜電消除劑后不起作用時(shí)，應(yīng)立即注入終止劑CO終止反應(yīng)。靜電產(chǎn)生時(shí)三乙基鋁的加入量應(yīng)適當(dāng)增加，并要首先降低或停止催化劑的加入。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)流化床反應(yīng)器中的靜電形成機(jī)理和靜電的消除方法的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)的裝置生產(chǎn)情況跟國(guó)外先進(jìn)水平相比還有一段距離，我們要加強(qiáng)對(duì)靜電問(wèn)題的理論研究，并結(jié)合今后生產(chǎn)中的各種實(shí)際問(wèn)題，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。盡量減少靜電對(duì)反應(yīng)器造成的危害，實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

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作者簡(jiǎn)介：池洋，助理工程師。