氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行措施研究

＊田軍濤

（中石化北京燕山分公司 北京 102500）

1.INNOVENE工藝的氣相聚丙烯裝置概述

當前世界聚烯烴產品需求持續增長，我國成為亞洲最大的聚烯烴產品消費市場。隨著我國聚丙烯工業迅速發展，聚丙烯產品生產能力和產量不斷增加，消費量穩步增長。目前，國內高端聚丙烯產品產量還不能滿足下游實際需求，每年仍需大量進口。做好聚丙烯裝置安全穩定長周期運行對提升產量、滿足聚丙烯市場需求具有重要意義。

聚丙烯裝置在實際生產運行中，INNOVENE氣相法工藝由于工藝流程簡單、單線生產能力較大、成本低，得到了相關企業的青睞。但是，在氣相聚丙烯裝置運行中，容易受到原材料、催化劑等多種因素的影響，容易造成反應器在實際運行過程中，溫度出現較大波動，不利于整個裝置長周期穩定運行，同時還會出現聚合物細粉和結塊現象，造成設備運行出現堵塞等現象，產生較多質量問題，并影響工藝技術的應用效果，難以保證裝置運行的安全可靠性。因此，人們不斷加大氣相聚丙烯裝置的研究力度，結合其實際運行情況，提出基于INNOVENE工藝技術的氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行措施。

INNOVENE聚丙烯工藝主要是在反應器床層中利用液相丙烯氣化吸收控制反應溫度，并對過頂冷凝器內循環氣尾氣的液化量進行控制，從而達到對反應器系統壓力控制目的。同時，對第一和第二反應器內的進料類型、比例進行控制，形成無規共聚物、抗沖共聚物等。INNOVENE工藝的核心部分主要包含原料精制和催化劑單元、第一和第二反應單元、粉料轉移、脫氣和凈化單元、產品造粒、均化、輸送單元等。

氣相聚丙烯裝置相關原材料精制之后，選擇高品質的催化劑，將其投入到反應器內，從而發生聚合反應，并發揮相關工藝技術的應用價值，提高聚丙烯產品制作的有效性。聚丙烯屬于優質的合成樹脂，具有獨特的物理、化學特性、無味無毒、材料應用廣泛，同時能夠利用烯烴聚合技術，聚合丙烯獲得產品。聚丙烯工藝技術結合聚合方式，主要包含多種方法，而聚合催化劑的不斷創新和應用，在很大程度上優化聚丙烯生產工藝技術，具有更加顯著的節能降耗效果，節約成本，保證產品安全質量和使用性能符合各項標準[1]。氣相法工藝流程較為簡單，投資小、單線生產水平高，得到人們的認可和青睞。

2.影響裝置長周期運行的因素

（1）反應器溫度波動大。反應器正常操作中，實現反應溫度的串級控制，并保持在波動范圍處于0～5℃之間。但是，裝置生產運行過程中，發現部分位置的溫度波動相對較大，對裝置運行帶來不良影響。而反應溫度的工藝參數受到多種因素的影響，尤其是催化劑濃度、進料量，當其中一個量出現變化，均會引起反應溫度出現較大波動。

聚合反應溫度受到催化劑進料量和濃度的影響，從而在聚合反應過程中對催化劑控制不當，會引發裝置長周期運行問題。催化劑應用中，當工作人員為結合實際情況科學設定進料量的對應數值，容易在催化劑單元運行中，產生一定程度管線堵塞現象，對反應器內的溫度帶來較大影響，當溫度波動較大的情況下，不利于裝置長周期穩定運行。

（2）聚合物細粉問題。當聚合顆粒規格不符合要求，在氣相聚丙烯裝置運行的過程中被攜帶脫離反應器而產生了聚合物細粉，成為氣相聚丙烯工藝中十分常見的問題。聚合物細粉較多的情況下，大大增加了過濾器的負荷，對濾袋的使用年限和效率產生很大影響，當其通過過濾器進入到下游設備時，對設備安全穩定運行帶來很大影響。如，循環氣壓縮機在實際運行過程中，聚合物細粉較多，經常堵塞入口過濾器，同時增加活塞、氣缸表面的磨損程度，導致設備密封磨損和泄漏，難以保證產品生產質量和效率[2]。

（3）聚合物結塊問題。氣相聚丙烯工藝出現聚合物結塊問題，在很大程度上降低聚合物質量，損壞設備，甚至造成裝置停止運行。當料位控制不合理，出現反應不均勻的情況，容易發生聚合物結塊現象。料位是十分關鍵的工藝參數，對聚合物反應控制具有較大影響，當其過低的情況下，出現局部結塊現象；過高時，在攪拌槳葉的頂端容易出現不流動區域，形成塊料，影響裝置長周期運行。

3.氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行的措施

（1）改進設備。氣相聚丙烯裝置運行過程中，為提高其運行的安全穩定性，工作人員應結合實際情況，不斷改進和優化設計。如，選擇循環氣精密過濾器，發揮其重要作用，安裝在循環氣壓縮機的入口位置，從而有效清除循環氣內進入的細粉。過濾器選擇中，保持其為聚丙烯材質，并優化配置兩臺過濾器，保持氣相聚丙烯裝置運行生產過程中，其中一臺進行正常生產使用，另一臺進行備用。過濾器使用過程中，保持3～6個月及時更換，保持設備安全、高質量運行，同時在過濾器內增設差壓報警裝置，結合生產要求，預先設定相適應的報警值。循環氣壓縮機經過改進，安裝過濾器后投入使用，有效提高其運行的平穩性，避免入口位置過濾器位置發生堵塞問題，并且有效預防機械密封發生磨損和泄漏等問題，提高設備運行質量和效率[3]。

反應器卸料閥設備在實際運行中，主要是細粉在一定程度上磨損密封填料，從而損壞生產過程中的卸料閥。細粉顆粒小，能夠順利進入到卸料閥的密封填料，其溫度能夠達到80℃，與反應溫度接近，而閥體為環境溫度，溫差增大，受到熱脹冷縮的影響，密封填料磨損更加嚴重。因此，工作人員在卸料閥設備使用過程中，需要合理控制其開關頻率，并在冬季保持每間隔15天進行拆卸和檢修，其他季節保持45天左右進行拆修即可。同時，工作人員選擇適宜的電伴熱裝置，按照相關標準規范，合理安裝在卸料控制閥上，促進其保持良好的運行狀態，防止由于溫差較大損壞卸料閥，有效降低設備故障問題。

（2）優化技術。氣相聚丙烯裝置實際運行過程，在不同生產負荷、牌號下，合理控制相應的鋁硅和鋁鎂比，借助APC先進過程控制系統，針對性調整工藝技術，保障反應器中的不同組分濃度符合標準要求。如，丙烷濃度對氣相聚丙烯裝置的穩定運行具有較大影響，需要在技術優化過程中，合理管控原料丙烯內的丙烷含量，更多關注回收系統內丙烷的外送量，保證反應器中的丙烷濃度始終保持平衡的狀態，避免丙烷濃度超過允許范圍，影響氣相聚丙烯裝置運行水平。

氣相聚丙烯裝置運行中，工作人員做好反應器循環氣的優化控制，保證表觀氣速，在多種負荷下，相對應的循環氣冷凝量在合理范圍內。另外，工作人員更多關注反應器的實際狀態，確保其氣液比始終處于動態平衡和相對穩定的狀態，優化控制反應器，保持處于穩定狀態下，再增加催化劑，并合理調整切刀轉速、模板和筒體溫度等各項工藝技術參數，提高氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行質量和效率[4]。

氣相聚丙烯裝置工藝技術優化過程中，需要工作人員重視原料精制，結合工藝技術標準和要求，提高氣相聚丙烯裝置原有的丙烯、氫氣和氮氣質量。工作人員在實際操作中，可以借助在線分析儀、采樣分析等措施，全面監控上游裝置的原料，詳細分析并掌握原料內丙烯、CO、CO2、醇類等各項雜質的具體含量。另外，工作人員借助丙烯精制塔，有效脫除氣相聚丙烯裝置原有材料丙烯中內的含硫類物質。結合氣相聚丙烯裝置的實際需求，分析原料的實際情況，合理開展綜合評估工作，按照要求合理換劑，保障反應器始終處于安全可靠的運行狀態。

（3）合理選擇催化劑。催化劑是氣相聚丙烯裝置的核心技術之一，工作人員應結合實際情況合理選擇催化劑，配置相適應的外給電子體。工作人員在催化劑選擇中，做好各項對比分析工作，保持其性能穩定，具有較高的活性和性價比。當催化劑不同時，需要結合其特點和應用需求，配置相適應的外給電子體。適合的外給電子體在聚丙烯產品等規度調節方面具有良好的應用效果，同時在聚合反應控制中發揮十分重要的作用，有效防止聚合反應過程中出現各項問題，同時避免反應超溫結塊，最大程度規避氣相聚丙烯裝置運行風險。

選擇高質量的催化劑，適當調整反應器催化劑進料的具體位置，在氣相聚丙烯裝置運行過程中，減少細粉的形成。例如：主催化劑間的溫度低于20℃的情況下，受到礦物油黏度的影響，生成較多塊料，增加閥門、旋轉下料閥卡塞問題的發生概率。通過選擇合適的催化劑，應用專利商特定的高活性催化劑，改造主催化劑間的采暖系統，合理控制環境溫度，更換活性稍差的催化劑，能夠有效解決該問題。

在聚合反應的過程中，需要原料丙烯與催化劑進行直接接觸，有效釋放出其活性。裝置運行中，通過前端進料加入催化劑，存在部分原料和助催化劑未完全接觸，從而被攜帶，脫離反應器，而催化劑持續進行反應，但是在這個過程中缺乏相適應的反應條件，從而形成細粉。同時，全部催化劑都在前端加入，增加了反應器前端反應劇烈程度，造成撤熱不均產生塊料。因此，對催化劑進料位置進行改進，從反應器前端和中部同時進料，有效減少催化劑被攜帶脫離反應器的現象，避免細粉的產生，并有效促進催化劑更加充分釋放活性[5]。同時，也減少了反應器前端劇烈反應程度，使整個反應器反應均勻，降低了反應器結塊風險。

工作人員不僅要選擇適宜的催化劑，還應當結合實際情況，合理調整助催化劑的摻入量。助催化劑在聚合反應中，基于載體表面和催化劑內的氯化鈦發生反應，還原鈦的價態到+3，形成絡合物，聚合反應的活性中心為鈦。催化劑在實際應用過程中需要和助催化劑進行完全接觸發生反應，充分釋放出催化活性。因此，工作人員優化助催化劑的摻入量，提高催化劑活性釋放的合理性和平穩性，防止活性出現較多波動，形成較多細粉。當助催化劑摻入量較多情況下，在裝置運行過程中，會進入到下游單元，與裝置系統內的微量氧發生反應，從而對于過濾器內的濾袋具有相應的氧化作用，在很大程度上縮短了濾袋應用周期，對氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行產生不良影響。

（4）管理科學化。為了實現氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行，工作人員應不斷加強設備的科學化管理力度，保障各項設備的安全可靠性，同時做好設備的巡檢和維護工作。氣相聚丙烯裝置的管理、操作和維護人員在實際工作中定時上崗巡檢，填寫相應的臺賬記錄，詳細記錄檢查時間、各項參數、故障問題及處理措施、結果等各項內容。同時，工作人員對于關鍵零部件和閥門等進行重點管理，高度重視備品備件安全質量的管控，全面分析主電機、模板等相關部件日常運行中常見的問題，并制定相適應的解決措施，全面處理氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行的各項影響因素，提高其運行效果。工作人員在氣相聚丙烯裝置運行中不僅關注設備的科學化管理，還需要重視原料質量的管理，保持原材料自身質量符合氣相聚丙烯裝置運行要求，提高其運行效果。

（5）運行效益分析。本氣相聚丙烯裝置為INNOVENE工藝的氣相聚丙烯裝置，通過改進設備、優化技術、合理選擇催化劑、管理科學化的措施，保障該裝置長周期穩定運行，提高了裝置運行質量和效率。氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行，有效減少了反應波動造成的裝置停工，減少了原料丙烯放空及環境污染，提高裝置產量和質量，創造了更多經濟效益。以28萬t/a的聚丙烯生產裝置進行計算，每年由于減少裝置停工原料丙烯放空損失、裝置非計劃停工造成的產量損失，以及造成的環境污染損失、產品質量波動損失等，能夠產生1000萬元左右經濟效益，經濟性較高，產生良好的社會效益。

4.結束語

氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行過程中，工作人員需結合裝置實際情況和運行條件，詳細分析影響裝置長周期運行存在的問題，并通過多種有效措施，提高設備生產運行的安全穩定性，提高各項技術應用效果。同時，裝置運行中，工作人員結合生產要求，合理選擇催化劑，并做好科學化管理工作，減少丙烯單耗，促進氣相聚丙烯裝置長周期穩定運行，創造更多社會效益和經濟效益。