液相小本體聚合系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)及優(yōu)化

張漢斌　王書(shū)軍

摘要：南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠針對(duì)聚丙烯裝置聚合釜攪拌系統(tǒng)、撤熱系統(tǒng)的弊端，適時(shí)進(jìn)行了技術(shù)改造，并對(duì)工藝及操作參數(shù)進(jìn)行了一系列優(yōu)化，取得了較好效果，為液相小本體聚合工藝的技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行了有益的探索和嘗試。

關(guān)鍵詞：聚合釜攪拌及撤熱系統(tǒng)技術(shù)改造優(yōu)化

1技術(shù)改造的主要內(nèi)容

本次改造方案一方面是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改變聚合釜夾套進(jìn)水位置和進(jìn)水方式，更換內(nèi)冷管等技改手段增大聚合釜的傳熱面積，改善其撤熱效果：另外是通過(guò)改造聚合釜內(nèi)攪拌螺帶，增強(qiáng)反應(yīng)后期釜內(nèi)物料的湍流程度，使其在釜內(nèi)原來(lái)僅有的軸向流動(dòng)基礎(chǔ)上增加介質(zhì)的徑向流動(dòng)，以使聚合釜內(nèi)溫度分布更加均勻，使反應(yīng)熱能夠順利撤出，并使氣液界面及時(shí)更新以保證氫氣調(diào)節(jié)效果。

1.1攪拌系統(tǒng)改造根據(jù)小本體聚合生產(chǎn)的這種特點(diǎn)，為提高攪拌效果，進(jìn)一步改善物料傳熱過(guò)程，對(duì)原來(lái)的攪拌器進(jìn)行了以下改造：一是將雙螺帶改為新型螺袋，螺帶外經(jīng)變小。目的是加強(qiáng)物料的返混，并在能使反應(yīng)后期攪拌負(fù)荷降低，使攪拌電流減小；二是對(duì)攪拌橫梁進(jìn)行改進(jìn)使得釜內(nèi)聚丙烯粉料在軸向運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加徑向運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)粉料的流動(dòng)，改善換熱效果：三是將攪拌軸末端外徑車(chē)小，相當(dāng)于增加釜底內(nèi)攪拌，消除了原攪拌軸對(duì)釜底攪拌效果差的問(wèn)題。

1.2聚合釜撤熱水系統(tǒng)改造聚合釜撤熱水系統(tǒng)主要由內(nèi)冷管撤熱和夾套撤熱，內(nèi)冷管處于聚合釜內(nèi)部，換熱效果明顯，因此本次改造主要是增加能冷管得換熱面積和對(duì)夾套進(jìn)水改造。一是內(nèi)冷管的改造：由于聚合釜原來(lái)的4根指形管式的內(nèi)冷管換熱面積較小，僅為5.3m2，不能滿(mǎn)足撤熱需要。本次將其改為n型管，相當(dāng)于8根內(nèi)冷管，換熱面積增加到8.5m²，撤熱效果明顯提高。二是夾套進(jìn)水改造：原聚合釜夾套進(jìn)水口僅有1個(gè)，且為徑向開(kāi)口，本次改造將夾套進(jìn)水改為雙向切線(xiàn)進(jìn)水，并將進(jìn)水口位置改在聚合釜的最下端，使得原聚合釜底的死水區(qū)水循環(huán)得以建立，換熱面積增加。

2聚合釜技術(shù)改造后工藝及操作條件的優(yōu)化

2.1聚合反應(yīng)溫度和壓力的優(yōu)化該廠改造前由于聚合釜傳熱面積不足，聚合反應(yīng)前期反應(yīng)熱無(wú)法及時(shí)被撤出，使聚合反應(yīng)的溫度和壓力不易控制，因此生產(chǎn)中一般靠上限操作，對(duì)聚丙烯產(chǎn)品的單釜產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全生產(chǎn)有較大影響。以2007年為例，聚合反應(yīng)壓力平均控制在3.SMPa，聚合釜中部溫度控制在76℃，出現(xiàn)安全閥起跳6次，出現(xiàn)聚丙烯高溫料3釜(次)。

聚合釜改造后，換熱面積增加，撤熱效果得到明顯改善，這使提高聚合反應(yīng)速度成為可能，通過(guò)對(duì)聚合釜實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出聚合釜最適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)壓力和反應(yīng)溫度應(yīng)該控制在3.3—3.4MPa和73-74℃。

2.2聚合釜投料順序?qū)酆戏磻?yīng)的影響及現(xiàn)狀根據(jù)聚合崗位-操作法，聚合釜投料時(shí)“三劑”嚴(yán)格按照：活化劑DDS-催化劑先后加入。改造前由于聚合釜攪拌器只是進(jìn)行軸向攪拌，且釜底基本攪拌不到，因此為防止催化劑沉底，丙烯底料要求投2.0t，然后再投活化劑，這樣活化劑加入較晚，除雜效果受到影響，為保證聚合反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，只有增加催化劑和活化劑的用量，催化劑為78g／釜，活化劑為850ml/釜。

改造后，使得聚合釜內(nèi)聚丙烯粉料在軸向運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加徑向運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)粉料的流動(dòng)；并通過(guò)將攪拌軸末端外徑車(chē)小，相當(dāng)于增加釜底內(nèi)攪拌，消除了原攪拌軸對(duì)釜底攪拌效果差的弊端。這樣就使得催化劑沉底的可能性大大降低，因此，可以通過(guò)減少底料投釜量，由原來(lái)的2.0t降到1.5t，相當(dāng)于提前加入活化劑，使其有更充分的時(shí)間與原料中的雜質(zhì)反應(yīng)，除雜更徹底，避免了催化劑中毒失活，保證了催化劑的活性，使催化劑得率得到提高。這樣不僅使相同的配比情況下，聚丙烯轉(zhuǎn)化率增加，而且，由于活化劑的提前加入，更好的保護(hù)了催化劑，使得催化劑單釜用量降低。

2.3選擇適當(dāng)?shù)那袚Q給水時(shí)機(jī)優(yōu)化升溫速度控制適當(dāng)?shù)纳郎厮俣仁菦Q定聚合反應(yīng)引發(fā)效果的關(guān)鍵因素，升溫速度太快和過(guò)慢都對(duì)聚合反應(yīng)有不利影響。改造前由于受聚合釜傳熱和撤熱效果的限制，聚合釜升溫時(shí)，往往升溫較慢，往往約在30分鐘左右，使部分催化劑中毒失活，活化劑加入量較大。為了保證聚合反應(yīng)熱的撤出，總是選擇較早的切換時(shí)機(jī)，通常在聚合釜壓力2 5MPa時(shí)開(kāi)始紿循環(huán)水進(jìn)行撤熱，使活性中心不能夠完全形成，延緩了反應(yīng)的速度，使聚合反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，平均需要5,0h，釜才能結(jié)束聚合反應(yīng)，使各種消耗較高。

聚合釜撤熱系統(tǒng)改造后，使適當(dāng)加快升溫速度、提高反應(yīng)速度成為可能。通過(guò)試生產(chǎn)分析總結(jié)，將聚合釜升溫速度控制在22min，切換壓力控制在2.8MPa最合適，通過(guò)2008年4-11月份的生產(chǎn)運(yùn)行，由于升溫時(shí)間減少，蒸汽消耗量降低：由于切換時(shí)機(jī)得當(dāng)，聚合反應(yīng)平穩(wěn)，聚合反應(yīng)速度提高，反應(yīng)時(shí)間縮短，使投釜量提高，日處理量增大，裝置加工量得到提升。

2.4優(yōu)化聚合釜高壓回收后的壓力改造前聚合釜底部存在一攪拌盲區(qū)，為保證聚丙烯噴料較完全，操作中總是把高壓丙烯回收后的聚合釜壓力控制得較高，平均在1.6MPa，使高壓丙烯回收不徹底，最終是這部分丙烯放入氣柜，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入儲(chǔ)罐，再自壓進(jìn)入氣體分餾裝置進(jìn)行二次分餾，每一環(huán)節(jié)都是加工損失增大，各項(xiàng)消耗提高。

改造后聚合釜攪拌軸末端外徑縮小，相當(dāng)于增加釜底內(nèi)攪拌，消除了原攪拌軸對(duì)釜底攪拌效果差的弊端，使高壓丙烯能夠回收的更徹底，在聚合反應(yīng)結(jié)束后，高壓丙烯回收至聚合釜的壓力為1.3MPa最恰當(dāng)，使更多的丙烯得以回收，并被直接投入聚合釜生產(chǎn)，避免了進(jìn)入低壓回收系統(tǒng)造成的儲(chǔ)運(yùn)損失，二次加工損失等，并減少了低壓丙烯壓縮的電耗、丙烯膜分離系統(tǒng)的電耗，二次進(jìn)入氣體分餾裝置的水、電和蒸汽消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，降低裝置加工損失的目的。

2.5優(yōu)化三劑配比降低化工料消耗在聚合釜改造前由于其傳熱效果較差，升溫比較慢，使部分催化劑失活：又因投料時(shí)活化劑加入較晚，其對(duì)原料的除雜不徹底，為保證聚合反應(yīng)正常進(jìn)行，也就必須提高催化劑用量，因此，這是三劑配比較高，平均水平是：催化劑78g，釜，活化劑850ml／釜，第三組分150ml／釜。

聚合釜改造后傳熱效果明顯改善，縮短了升溫階段時(shí)間，減少了丙烯底料的加入量，是活化劑提前投入釜內(nèi)，使原料性質(zhì)得到保證，活性中心更容易形成，降低三劑配比成為可能，催化劑用量降到65g／釜，活化劑用量降至700 mI，釜，第三組分DDS用量降至130mI／釜。三劑消耗降低，節(jié)約了化工料消耗，降低了生產(chǎn)成本，增加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3改造效果

2008年4月，通過(guò)對(duì)聚合釜撤熱系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造和工藝及操作參數(shù)的優(yōu)化，聚丙烯單釜產(chǎn)量由100袋增為116袋：聚丙烯產(chǎn)品熔融指數(shù)穩(wěn)定，045牌號(hào)聚丙烯由改造前僅為80％提高到96％，產(chǎn)品質(zhì)量良好；加工損失由改造前的8.0％降到7.84％；“三劑”及動(dòng)力消耗有較大程度降低；生產(chǎn)運(yùn)行安全平穩(wěn)度得到提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉貴，陳寧觀等編著.液相本體法聚丙烯生產(chǎn)及應(yīng)用中國(guó)石化出版社1992年9月第1版