Spheripol 與ST 聚丙烯工藝在洗滌塔方面的優(yōu)化

張建新(萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

1 洗滌塔取消背景

國(guó)產(chǎn)環(huán)管ST 工藝中，環(huán)管反應(yīng)器排出的漿液進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸罐頂部為動(dòng)力分離器，動(dòng)力分離器本質(zhì)上是一臺(tái)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇，作用是阻止聚合物粉末隨循環(huán)氣排出。但這樣的分離效果有限，不僅循環(huán)氣中細(xì)粉含量較高，而且還容易出現(xiàn)密封泄露、攪拌電流過(guò)高等機(jī)械問(wèn)題，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定。第五代Spheripol 工藝優(yōu)化了動(dòng)力分離器，將其替換為中壓過(guò)濾器S300，過(guò)濾精度10μm，并使用氣相丙烯進(jìn)行脈沖式反吹，避免濾袋堵塞。這樣的設(shè)計(jì)能夠大幅降低循環(huán)氣中的細(xì)粉含量。如此不僅避免了動(dòng)力分離器經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)備問(wèn)題，還能夠大幅減少循環(huán)氣中夾帶的細(xì)粉含量。

循環(huán)氣經(jīng)過(guò)動(dòng)力分離器后進(jìn)入高壓洗滌塔C301, 目的是洗滌掉循環(huán)氣體中夾帶的細(xì)粉，避免進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)，引發(fā)結(jié)結(jié)垢或堵塞等問(wèn)題。由于Spheripol 工藝對(duì)動(dòng)力分離器的優(yōu)化，使得進(jìn)入高壓洗滌塔C301 的循環(huán)氣中細(xì)粉含量減少，洗滌塔的作用減弱，所以專(zhuān)利商將高壓洗滌塔C301 作為可選設(shè)備，并稱(chēng)在國(guó)外已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但在國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)業(yè)績(jī)。

圖1 Spheripol聚丙烯流程圖

2 工藝流程簡(jiǎn)述

高壓洗滌塔C301 的壓力設(shè)定值為1.85MPa，如果壓力設(shè)定過(guò)高，則不能到達(dá)閃蒸脫氣的效果，若壓力設(shè)定過(guò)低，則無(wú)法通過(guò)循環(huán)水進(jìn)行冷凝回收。而且在生產(chǎn)抗沖產(chǎn)品時(shí)也能與氣相反應(yīng)器保持0.4～0.7Mpa 的壓差，使粉料可以順暢地排放至氣相反應(yīng)器。C301 為篩板塔使用循環(huán)的液相丙烯進(jìn)行洗滌，循環(huán)氣經(jīng)過(guò)洗滌除去細(xì)粉后，進(jìn)入循環(huán)氣冷凝器E301 的殼程。Spheripol聚丙烯流程如圖1。與ST 工藝不同的是，第五代Spheripol 工藝中的洗滌塔C301 底部不設(shè)再沸器，洗滌塔的熱量的來(lái)源是中壓過(guò)濾器的循環(huán)氣以及低壓洗滌塔C302 經(jīng)壓縮機(jī)加壓后的尾氣，循環(huán)氣溫度為75～90℃(根據(jù)產(chǎn)品牌號(hào)控制溫度，其中均聚產(chǎn)品：90℃；無(wú)規(guī)產(chǎn)品80℃；抗沖產(chǎn)品75℃)，循環(huán)氣由塔底進(jìn)入塔頂排出，隨后進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器E301，E301 的凝液大部分進(jìn)入丙烯進(jìn)料罐回收，少部分經(jīng)泵回流進(jìn)入C301 頂部回流，回流量約9t/h，比ST 工藝回流量低，這也是為什么Spheripol 工藝能夠取消C301 塔底換熱器的原因。循環(huán)氣中細(xì)粉被洗滌的同時(shí)循環(huán)氣溫度降至47℃左右，塔底液相丙烯和洗滌下來(lái)的細(xì)粉通過(guò)小閃蒸管線進(jìn)入低壓過(guò)濾器S301，S301 粉料排放到汽蒸器中，最終制成聚丙烯顆粒。排出的氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)加壓后，與循環(huán)氣一起進(jìn)入洗滌塔C301 中。這樣就造成了大約2.5t/h 的丙烯在C301 和S301 之間不停的進(jìn)行氣化→壓縮→洗滌→冷凝→氣化的過(guò)程，如此往復(fù)循環(huán)，造成了蒸汽、電力消耗的增加。取消C301 后則不存在此循環(huán)，能夠節(jié)省運(yùn)行成本。

循環(huán)氣冷卻器E301 的作用是使氣相丙烯冷凝，Spheripol和ST 工藝的控制模式是相同的。當(dāng)洗滌塔壓力升高時(shí)，P302排向D302 的壓力控制閥開(kāi)大，由冷凝器內(nèi)排出的液相丙烯增多，冷凝器內(nèi)殼程液位下降，列管暴露數(shù)量增多，氣相丙烯冷凝速率加快，洗滌塔壓力開(kāi)始下降。當(dāng)洗滌塔壓力降低于設(shè)定值時(shí)，壓力控制閥逐漸關(guān)小。冷凝器內(nèi)液相丙烯增多，氣相丙烯冷凝速率降低，塔壓開(kāi)始升高?？梢?jiàn)循環(huán)氣經(jīng)過(guò)冷凝器殼程主要是考慮到洗滌塔C301 的壓力控制問(wèn)題。

3 細(xì)粉含量和運(yùn)行成本分析

取消高壓洗滌塔C301 后循環(huán)氣經(jīng)過(guò)濾器直接進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器E301 的殼程，由于取消洗滌塔，循環(huán)氣中夾帶的少量細(xì)粉持續(xù)進(jìn)入換熱氣殼程中，可能引發(fā)E301 換熱效率下降或堵塞問(wèn)題，這是論證能否能夠取消C301 的首要問(wèn)題。其中最重要的是循環(huán)氣中的細(xì)粉含量的問(wèn)題。專(zhuān)利商給出了粉料產(chǎn)品中細(xì)粉含量的典型值，鑒于已經(jīng)取消此洗滌塔的國(guó)外同類(lèi)裝置運(yùn)行良好，這表明使用進(jìn)口催化劑能夠滿足要求。但進(jìn)口催化劑價(jià)格昂貴，以產(chǎn)能為300kt/a 的裝置計(jì)算，每年的催化劑費(fèi)用比國(guó)產(chǎn)催化劑高出2000 萬(wàn)元以上，所以國(guó)內(nèi)聚丙烯裝置在開(kāi)車(chē)穩(wěn)定后通常都會(huì)進(jìn)行催化劑的國(guó)產(chǎn)化以降低生產(chǎn)成本，而國(guó)產(chǎn)催化劑細(xì)粉含量通常高于進(jìn)口催化劑，所以必須要論證國(guó)產(chǎn)催化劑生產(chǎn)粉料的細(xì)粉含量是否能夠滿足專(zhuān)利商的要求。對(duì)此需開(kāi)展小試實(shí)驗(yàn)對(duì)比國(guó)產(chǎn)催化劑和進(jìn)口催化劑所生產(chǎn)的粉料的細(xì)粉含量，對(duì)比如表1。

從表1 數(shù)據(jù)對(duì)比看，使用國(guó)產(chǎn)催化劑生產(chǎn)的粉料中小于44μm 和44～105μm 的細(xì)粉含量均低于專(zhuān)利商給出的典型值。且對(duì)于其中大于10μm 的細(xì)粉，可以通過(guò)袋濾器除去，袋濾器的過(guò)濾效果為98%，從細(xì)粉數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過(guò)中壓過(guò)濾器后，循環(huán)氣中細(xì)粉含量低，高壓洗滌塔C301 所洗滌的循環(huán)丙烯氣中細(xì)粉含量少，洗滌效果不明顯，初步判斷C301 可以取消，且取消后仍可以使用國(guó)產(chǎn)催化劑。

取消高壓洗滌塔后，細(xì)粉直接進(jìn)入換熱器E301，循環(huán)氣進(jìn)入E301 殼程的設(shè)計(jì)，主要是為了方便控制C301 壓力并保證丙烯回流泵入口充滿液相丙烯的需要。這一點(diǎn)環(huán)管聚丙烯工藝與其他聚丙烯工藝是不同的，應(yīng)用廣泛的Innovene 聚丙烯工藝中循環(huán)氣都是進(jìn)入換熱器的管程進(jìn)行冷凝的，由于管程的流通面積較小，循環(huán)氣流速較快，其中夾帶的細(xì)粉不容易堵塞換熱器，這在眾多的Innovene 工藝長(zhǎng)期運(yùn)行中已經(jīng)得到了證明。但循環(huán)氣進(jìn)入殼程的流通面積較大，加上折流板的阻擋，死區(qū)較多。相較管程而言，更容易在器壁上造成結(jié)垢或堵塞。雖然能夠進(jìn)入換熱器E301 的細(xì)粉含量很低。但在缺乏國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的情況下，日常生產(chǎn)中仍應(yīng)密切注意E301 的換熱效率，大檢修時(shí)應(yīng)抽出換熱器管程進(jìn)行仔細(xì)檢查和徹底清理。若取消C301 后，細(xì)粉含量達(dá)到要求的情況下，冷凝器E301 殼程仍存在容易堵塞和結(jié)垢的問(wèn)題，可考慮對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，使循環(huán)氣進(jìn)入E301 的管程，經(jīng)冷凝后液相進(jìn)入丙烯進(jìn)料罐D(zhuǎn)302，不凝汽進(jìn)入冷凍水換熱器E310 進(jìn)一步冷凝。但目前E301 的設(shè)備結(jié)構(gòu)為多程式換熱器，不滿足循環(huán)氣經(jīng)管程冷卻而不堵塞的條件，可根據(jù)需要考慮將E301 的形式改為單程換熱器。

由于在取消C301 后，塔底細(xì)粉不再排入中壓過(guò)濾器中，降低了中壓過(guò)濾器排出尾氣的細(xì)粉含量，這為取消低壓洗滌塔C302 創(chuàng)造了條件。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這之間存在的因果關(guān)系，在不取消C301 的條件下單獨(dú)取消C302 的做法是不可取的。C301 和C302 取消后不僅能夠節(jié)省一次性投資500 萬(wàn)元左右，還能夠節(jié)省運(yùn)行成本約200 元/小時(shí)，同時(shí)還能夠節(jié)省大量的白油和抗靜電劑Atmer163，還可以節(jié)省廢油(礦物油、Atmer163 與三乙基鋁的絡(luò)合物)的處理費(fèi)用。取消洗滌塔后，需要在生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)注換熱器的換熱效果以及循環(huán)氣壓縮機(jī)X301 的段間過(guò)濾器和閥片等運(yùn)行情況，避免因催化劑、過(guò)濾器或預(yù)聚合條件等問(wèn)題引起的生產(chǎn)不穩(wěn)定的情況發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

由于Spheripol 工藝對(duì)動(dòng)力分離器的優(yōu)化，做好催化劑細(xì)粉含量的論證后，可以選擇取消高壓洗滌塔C301，由此可減少一次性投資約250 萬(wàn)元。取消C301 后，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注E301 的換熱效率問(wèn)題。也可考慮將換熱器設(shè)計(jì)為單程，將循環(huán)氣引入E301管程，降低換熱器堵塞的可能性。如果選擇取消高壓洗滌塔C301，則可同時(shí)取消低壓洗滌塔C302，不僅降低生產(chǎn)成本，還可減少?gòu)U油的處理量。細(xì)粉含量的控制是能否取消洗滌塔的重要因素，在保證過(guò)濾器效果、和產(chǎn)品細(xì)粉含量的前提下，取消兩洗滌塔對(duì)裝置是更為有利的。