聚丙烯装置粉料干燥系统运行分析

黄永昌

（中国石油大连石化公司有机合成厂，辽宁 大连 116031）

聚丙烯装置粉料干燥系统运行分析

黄永昌

（中国石油大连石化公司有机合成厂，辽宁 大连 116031）

介绍了环管法聚丙烯装置干燥系统控制过程、干燥器运行原理以及影响粉料干燥质量的几个因素。在装置负荷为10.0 t/h情况下，相关参数的控制为：三乙基铝加入量2.0 kg/h，干燥器料位控制20%～22%，循环氮气质量流量5 000～5 100 m3/h。优化控制后，可降低能耗及相关设备清理费用。

聚丙烯；干燥器；原理；影响因素

某石化公司70 kt/a聚丙烯装置，采用意大利的液相本体Spheripol专用技术、国产设计的单环管生产工艺，装置核心部分分为聚合单元、闪蒸脱气单元、干燥单元和造粒单元等4个部分，其中，在干燥单元中，粉料经闪蒸脱气后进入汽蒸罐进行残余催化剂活化中心失活，失活后粉料含有少量水分，如果对这些水分干燥不彻底，将对下游的粉料输送系统及造粒单元的运行控制造成不利影响，如果粉料挥发分过高，则会造成造粒系统筒体压力波动乃至切粒不规则，甚至导致成品粒料透明度降低、出现鱼眼料等次品，影响产品质量。因此，在装置实际运行中，做好粉料的干燥是工艺控制的重点之一。

图1 D502干燥系统工艺流程Fig 1 Process flow of D502 drying system

1 工艺流程

如图1，经过闪蒸脱气和汽蒸后的聚丙烯粉料 （约含有质量分数2.5%的水分，温度为110℃），送入流化床干燥器D502进行干燥。流化床干燥器为一立式桶状容器，上部为扩径结构，底部装有孔筛板，即氮气分配器。粉料由顶部进，热氮气由氮气加热器系统提供，由筛板分配器进入D502，它与粉料进行逆向接触。容器内的螺旋钢板，使粉料呈活塞形移动，其具体工艺控制参数如表1。

通过这些措施以脱除粉末中的水分，经过D502干燥后，粉料挥发分降低至0.03%左右，粉料温度下降至80℃左右，D502馏出口粉料的具体分析数据如表2。

表1 D502关键控制点情况Tab 1 Condition of D502 key control point

表2 D502出口粉料质量数据Tab 2 Powder quality data for export of D502

从干燥器顶部出的湿N2（80℃左右）进入旋风分离器S502，然后进入D502洗涤塔T502[1]。T502塔顶出来的N2，与补充氮气一起由N2循环压缩机C502A/B压缩，经干氮气加热器E503加热到80～130℃后，再送入D502的氮气分配器，然后进入D502罐内。

2 干燥器工作原理

D502结构示意见图2。上部为椭圆形封头接锥体过渡段，中间圆筒体接下部椭圆封头，在下部椭圆封头的切线处安装有环形分布板，该分布板由多块扇形分布板组成，每块分布板上冲压8 600个φ2 mm的圆形孔[2]。在分布板的上部安装一隔板，该隔板将中间圆筒分割成2部分，被干燥的物料从物料入口垂直落到氮气分配板上，氮气从设在分布板下部、与椭圆封头外表面相切的进气口进入，物料在氮气介质的喷吹下在分布板上部被流化后干燥，经流化干燥后的物料逆时针流动270°后在隔板另一侧的缺口处垂直沉降至出口至PK801粉料输送系统[4]。

该干燥器的特点是热量传递迅速、挥发分传递快、处理能力大、设备结构简单、运转稳定。在干燥器中，通过物料与热风之间的热量传递和湿分传递，实现对聚丙烯粉末的干燥。该设备的结构为立式圆筒形，其最大特点是干燥器内设有圆筒形内构件，使得聚丙烯粉末在干燥器内的移动具有一定的方向性，增加了物料在干燥器内的停留时间和干燥质量[3]。

图2 D502结构Fig 2 Structure of D502

3 影响干燥效果的因素

3.1 汽蒸罐去活蒸汽加入量

为把闪蒸脱气单元来的粉料残余的催化剂活化中心失活，往汽蒸罐D501通入适量去活蒸汽以达到去活目的，具体蒸汽量与装置负荷及三乙基铝加入量成正比关系，具体数值如表3。

表3 装置负荷与D501去活蒸汽加入量之间关系Tab 3 The relationship of installed load and steam input of D501

在工艺指标控制范围内及满足实际生产要求的前提下，适当降低三乙基铝加入量，可降低D501去活蒸汽量的注入量，从而减小粉料的挥发分，最终可以使得D502干燥系统的循环氮气使用量降低，也可以提高D502的干燥效果。

3.2 粉料在D502停留时间

正常情况下，湿粉料在D502停留时间与装置负荷及循环氮气量有直接关系，装置负荷高由于干燥器下料阀门LV531开度加大，停留时间短；循环氮气量越大，停留时间越长。而停留时间越长，D502对粉料的干燥效果越好。因此，在实际生产中，调节好装置负荷与循环氮气用量的关系是保证粉料干燥质量的关键所在。

3.3 循环氮气使用量

在D502系统中，循环干燥氮气的主要作用是流化粉料，并且在流化粉料的过程中带走粉料中所含水分，因此，如何控制好循环氮气量是确保D502干燥的关键所在。在日常生产中，为了保证D502粉料干燥效果，根据装置负荷变化，循环氮气的质量流量控制在 4 800～5 500 kg/h。

循环氮气使用量对D502干燥能耗的影响：

1）循环氮气量越大，T502洗涤量越大。循环氮气从S502出来后，通往T502进行洗涤，T502为多塔板式洗涤塔，装置原设计为9.72 t/h负荷处理能力，装置扩能后，循环氮气量增大，T502洗涤能力已不能满足生产需求，导致洗涤能力下降，使得同系统内氮气加热器E503等设备运行负载增大。应进行技改，增加T502塔板数以满足生产的循环氮气洗涤需要。

2）循环氮气量越大，E503消耗蒸汽越大。为保证循环氮气进入D502温度，需用蒸汽把循环氮气从40℃加热至90℃左右，蒸汽消耗量为500～800 kg/h。因此，循环氮气量越大，E503所消耗蒸汽量也就越大。

3）循环氮气量越大，E503清理频率增大。E503在加热循环氮气的过程中，循环氮气夹带微量粉料导致E503列管淤堵，从而使得E503达不到将循环氮气加热至81～90℃的生产要求。在这种情况下，需要对E503进行拆清，据目前的生产统计，每年至少清理E503约为30次，年清理费用达30万。如果循环氮气量越大，E503淤堵的频率越大，年清理费用也就越大。

4）循环氮气量越大，C502负载越大。循环氮气由T502洗涤后进入C502入口压力为5 kPa左右，经C502压缩至20～25 kPa送至E503加热。如果循环氮气量越大，C502运行负载越大，从而导致电耗增大。

4 结语

综合以上分析，干燥的关键在于粉料水分大小、粉料在D502停留时间及循环氮气使用量，而循环氮气使用量的大小又直接关系到本系统的能耗大小，经过装置实际生产的摸索，平衡各个方面的关系，在装置负荷为10.0 t/h情况下，相关参数的控制为：三乙基铝加入量2.0 kg/h，D501去活蒸汽量，470 kg/h（FIC501），115 kg/h（FIC502）；D502 料位控制，20%～22%；循环氮气质量流量，5 000～5 100 m3//h。

通过优化，在10.0 t/h负荷运行下，循环干燥氮气流量减少500 m3/h，相应E503蒸汽消耗可减少80 kg，C502运行电耗可低15 kW/h，按每年生产时间8 000 h计，每年可减少蒸汽消耗达640 t，创效11.52万元，电耗降低120×103kWh，创效7.2万元；另外，通过优化，循环氮气加热器E503清理频次大为降低，按每年减少10次计算，仅此一项可创效10万元。

[1]赵旭.聚丙烯流化床降温模拟[J].化工机械,2005,32（5）．

[2]邢锋芝.浅谈外压圆筒的设计方法[J].天津化工,1994,（3/4）：79-82．

[3]金国淼.干燥设备设计[M].上海：上海科学技术出版社,1986：112.

[4]GB 150—1998钢制压力容器[S].

The Operation Analysis of the PP Powder Drying in Polypropylene Plant

Huang Yongchang
（Petrochina Dalian Petrochemical Company Organic Synthesis Factory the Second Workshop,Dalian,Liaoning 116031）

The polypropylene powder drying is one of the key equipment of Polypropylene.This paper discusses the operating principles of PP powder drying system,analysis several of drying effects.Through analysis，consumption method was to achieve the purpose of reducing plant energy.Under the condition that load=10.0 t/h,the correlation parameter were as follows：Aluminum triethyl=2.0 kg/h,feeding level control=20%～22%,cycle mass flow rate of nitrogen=5 000～5 100 m3/h.Cleaning cost and energy comsuption reduced after the optimization.

PP;desiccator;principle;effect factor

TQ325.1+4

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.06.015

2010-10-18；

2010－10－25