鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置的穩(wěn)定運(yùn)行研究

任映浩

【摘 要】社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)有效推動(dòng)了聚乙烯工業(yè)的發(fā)展，使得氣相法聚乙烯中試裝置得到了廣泛應(yīng)用。基于此，論文通過對(duì)中試裝置的簡(jiǎn)單介紹，進(jìn)而對(duì)影響聚乙烯中試裝置穩(wěn)定運(yùn)行的因素展開了深入探討，最后，針對(duì)上述分析的因素，提出了確保聚乙烯中試裝置穩(wěn)定運(yùn)行的對(duì)策。

【Abstract】Social progress and economic growth effectively promoted the development of polyethylene industry， making the gas-phase polyethylene pilot plant has been widely used. Based on this， the paper briefly introduces the pilot plant， and further discusses the factors that affect the stable operation of the polyethylene pilot plant. Finally， according to the above analyzing factors， the countermeasures to ensure the stable operation of the polyethylene pilot plant are put forward.

【關(guān)鍵詞】鉻系催化劑；氣相法；聚乙烯；中試裝置；穩(wěn)定運(yùn)行

【Keywords】chromium based catalyst； gas phase method； polyethylene； pilot plant； state operation

【中圖分類號(hào)】TQ325.1+2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0156-02

1 引言

使用氣相法制備聚乙烯時(shí)，由于鉻系催化劑回活性較高，制備工藝較為簡(jiǎn)單，并且，生產(chǎn)出來的聚乙烯存在多種形態(tài)，密度廣泛的分布在0.939～0.968g/cm3之間，所以，被廣泛應(yīng)用于氣相法生產(chǎn)聚乙烯工藝中。因此，對(duì)鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置的穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行研究具有重要意義，為更好地利用氣相法與鉻系催化劑生產(chǎn)聚乙烯打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 中試裝置介紹

我公司利用氣相法生產(chǎn)聚乙烯的過程中，在2011年打造出了全密度聚乙烯中試裝置，并于當(dāng)年年底正式投入使用。該設(shè)備生產(chǎn)聚乙烯時(shí)，聚合反應(yīng)在單一流化床反應(yīng)器中進(jìn)行，聚合溫度為100±10℃，聚合壓力為2.1±0.3MPa，每小時(shí)可以制備55kg的聚乙烯。該中試裝置設(shè)計(jì)時(shí)，借鑒了低壓氣相流化床技術(shù)與氣相法聚乙烯技術(shù)，利用活性更高的鉻系催化劑，將C2H4、H2與不同的共聚單體聚合到一起，從而生產(chǎn)出不同的聚乙烯，聚合工序如圖1所示。

3 影響聚乙烯中試裝置穩(wěn)定運(yùn)行的因素

3.1 雜質(zhì)因素

利用中試裝置生產(chǎn)聚乙烯時(shí)，常常會(huì)受到諸多因素的影響，雜質(zhì)因素是其中較為常見的一種。雜質(zhì)因素主要包括兩種類型，一是系統(tǒng)雜質(zhì)，如反應(yīng)器內(nèi)水。一般情況下，利用氣相法制備聚乙烯時(shí)，要求水的含量在5mL/m3以下，若高出這一數(shù)值，會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)附著更多的水分，從而引發(fā)裝置出現(xiàn)泄漏問題，并影響了聚合反應(yīng)的進(jìn)行[1]。二是原料雜質(zhì)，包括CO2、O2、1-丁烯等，當(dāng)這類雜質(zhì)較多時(shí)，不僅會(huì)影響到鉻系催化劑的活性，而且還會(huì)干擾到裝置內(nèi)靜電的均衡，使裝置內(nèi)部產(chǎn)生大范圍的靜電變化，導(dǎo)致反應(yīng)器生成塊料，嚴(yán)重的情況下，甚至?xí)苯又率拐麄€(gè)裝置停止運(yùn)行。

3.2 裝置堵塞

氣相法聚乙烯中試裝置運(yùn)行時(shí)，常常還會(huì)出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，從而影響了整個(gè)裝置的穩(wěn)定性。首先，對(duì)中試裝置進(jìn)行啟動(dòng)與停止等操作時(shí)，由于操作不當(dāng)，使得循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的溫度與氣量出現(xiàn)了較大變化，從而降低了系統(tǒng)的附著性，導(dǎo)致細(xì)粉逐漸脫落下來，并跟隨著循環(huán)氣，進(jìn)入到分布板上，最終致使分布板出現(xiàn)堵塞問題。其次，運(yùn)行初期，流化氣速較快，使得氣流中的細(xì)粉不斷聚集到一起，進(jìn)一步加重了堵塞問題。最后，裝置經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，在反應(yīng)器內(nèi)壁上逐漸出現(xiàn)了大量的片狀物，當(dāng)這些片狀物脫落后，將會(huì)隨著生產(chǎn)物料移動(dòng)，并進(jìn)入到出料口，使得出料口處出現(xiàn)了堵塞，如不能及時(shí)將片狀物進(jìn)行清理，將會(huì)引發(fā)裝置停止運(yùn)行。

3.3 細(xì)粉因素

通過鉻系催化劑制備聚乙烯時(shí)，通常具有堆積密度大，細(xì)粉數(shù)量高等特點(diǎn)，通常情況下，粒徑小于120μm的細(xì)粉占比最高，可以占總細(xì)粉數(shù)量的20%左右。而通過Z-N催化劑制備聚乙烯時(shí)，粒徑小于120μm的細(xì)粉數(shù)量較少，只占總細(xì)粉數(shù)量的8%左右[2]。若整個(gè)裝置內(nèi)細(xì)粉數(shù)量超出規(guī)定的要求，會(huì)加劇細(xì)粉之間的摩擦，從而使得裝置內(nèi)部靜電出現(xiàn)明顯變化，同時(shí)，加劇料位顯示大幅波動(dòng)，不能為聚乙烯的制備提供準(zhǔn)確信息，從而影響了物料的投入。此外，若裝置內(nèi)細(xì)粉數(shù)量持續(xù)較高，還會(huì)更容易使細(xì)粉附著到裝置內(nèi)壁上，從而影響了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 流化氣速因素

氣相法聚乙烯中試裝置對(duì)鉻系催化劑進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，流化氣速也會(huì)對(duì)整個(gè)裝置的穩(wěn)定性帶來影響。如果氣速較低，表明流化狀態(tài)較差，使得裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱力不能及時(shí)排除，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象；如果氣速較高，會(huì)將細(xì)粉吹起，并將其帶出流化床，尤其是催化劑加入后，若反應(yīng)的速率較慢，裝置內(nèi)細(xì)粉數(shù)量更多的情況下，這一現(xiàn)象更加顯著。當(dāng)細(xì)粉流出流化床后，在自身重力的作用下，一部分細(xì)粉會(huì)沉積到反應(yīng)器內(nèi)，并形成結(jié)塊。而另一部分隨著氣流，傳輸?shù)窖h(huán)系統(tǒng)內(nèi)，使得換熱器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，最終導(dǎo)致整個(gè)裝置內(nèi)的壓力差不斷升高。一般情況下，中試裝置的流化氣速在0.70±0.05m/s的范圍內(nèi)。

4 確保聚乙烯中試裝置穩(wěn)定運(yùn)行的對(duì)策

4.1 系統(tǒng)置換合格

對(duì)中試裝置進(jìn)行檢修后，主要的開工置換對(duì)象為水與O2。從物理學(xué)的角度來說，兩者的吸附性等性能具有一定差異。因此，整個(gè)置換過程中，最關(guān)鍵的為水分，而O2置換時(shí)，能夠按照數(shù)量級(jí)的方式，對(duì)其進(jìn)行虛擬計(jì)算。為提升水的置換，并減少裝置內(nèi)壁上吸附水的含量，需通過壓力置換與流動(dòng)置換相結(jié)合的方式，其中，前者需要確保溫度在90℃以上，直到水含量降低到5mL/m3并持續(xù)2d為止。裝置運(yùn)行時(shí)，為最大化減少內(nèi)部的水分，還應(yīng)加入適量的TEAL。從鉻系催化劑的角度而言，若TEAL的加入量較大，會(huì)干擾到催化劑的活性。所以，具體加入時(shí)，需利用裝置的靜電變化，確定出最佳的加入量[3]。一般情況下，通過在線分析儀對(duì)水含量進(jìn)行檢測(cè)，避免誤差對(duì)置換的影響。在線分析水含量在1.0mL/m3以下時(shí)，可以穩(wěn)定運(yùn)行中試裝置。

4.2 提高操作的穩(wěn)定性

氣相法聚乙烯中試裝置整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，運(yùn)行初期建立穩(wěn)定狀態(tài)較為困難，但如果裝置穩(wěn)定后，則很難被干擾。尤其是利用鉻系催化劑制備聚乙烯時(shí)，初期建立穩(wěn)定狀態(tài)更加重要。因此，在對(duì)氣相聚乙烯中試裝置操作時(shí)，應(yīng)確保操作的穩(wěn)定性。加入O2時(shí)，應(yīng)利用調(diào)整催化劑加入量并配合調(diào)整O2注入量的方式，緩慢將O2注入到裝置內(nèi)，直到符合生產(chǎn)要求為止。同時(shí)，在整個(gè)生產(chǎn)周期當(dāng)中，應(yīng)盡量減少對(duì)裝置各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整的次數(shù)。另外，若出現(xiàn)靜電不均衡的現(xiàn)象，工作人員應(yīng)第一時(shí)間減少裝置的運(yùn)行荷載，同時(shí)對(duì)引發(fā)該問題的原因進(jìn)行分析，在尋找出原因并對(duì)問題處理后，將運(yùn)行荷載還原到正常狀態(tài)下。

4.3 反應(yīng)器料位適當(dāng)

對(duì)反應(yīng)器料位設(shè)置時(shí)，應(yīng)確保其在直筒段75cm以上。若裝置運(yùn)行時(shí)，料位顯示產(chǎn)生較大的變化，工作人員應(yīng)及時(shí)對(duì)儀表展開檢查，尋找出該現(xiàn)象是否為細(xì)粉量增加而引發(fā)的。如細(xì)粉量增加了，設(shè)備要持續(xù)運(yùn)行，可通過時(shí)間出料的方法，按照以往催化劑的產(chǎn)率，大致推測(cè)出排料時(shí)間。雖然該方法操作簡(jiǎn)單，但風(fēng)險(xiǎn)較高，若判斷錯(cuò)誤，將會(huì)使料位過高，嚴(yán)重影響裝置的運(yùn)行[4]。

4.4 加強(qiáng)對(duì)流化氣速的控制

為提升中試裝置的穩(wěn)定性，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)流化氣速的控制。裝置整個(gè)運(yùn)行的過程中，流化氣速一直發(fā)生著變化，若加入催化劑后，未出現(xiàn)聚合反應(yīng)，且在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)壓差不斷增加，表明氣速過高，需適當(dāng)減少一些氣速。若反應(yīng)活性顯著提升，溫差逐漸增加時(shí)，需適當(dāng)增加一些氣速。同時(shí)，還可以通過對(duì)聚乙烯堆積密度的檢測(cè)，確定出氣速是否合理。若堆積密度較大，應(yīng)適當(dāng)增加氣速，反之，則適當(dāng)減少氣速。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鉻系催化劑在氣相法聚乙烯中試裝置應(yīng)用時(shí)，會(huì)受到雜質(zhì)、細(xì)粉含量等多種因素的影響，對(duì)中試裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性帶來了一定干擾。因此，想要使中試裝置更加穩(wěn)定的運(yùn)行下去，應(yīng)通過系統(tǒng)置換合格、反應(yīng)器料位適當(dāng)?shù)确椒ㄟM(jìn)行控制。

【參考文獻(xiàn)】

【1】梁戈.國(guó)產(chǎn)選擇性加氫脫炔催化劑在氣相法聚乙烯裝置上的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2015，26（4）：45-47.

【2】高建濤.氣相法聚乙烯裝置固體催化劑加料器的應(yīng)用[J].齊魯石油化工，2015，03（1）：65-68.