SPHERIZONE工艺生产双峰聚丙烯问题探讨

摘 要：文章介绍了SPHERIZONE聚丙烯工艺生产双峰产品时的特点与问题。该工艺主反应器为多区循环反应器，生产双峰产品时温度控制较困难，应从阻隔液及吹扫气流量和下降段流速上进行优化控制。

关键词：spherizone；聚丙烯；双峰

中沙（天津）石化聚丙烯装置采用Lyondellbasell公司最新开发的“spherizone”工艺，由一条生产线生产均聚产品、无规共聚产品、抗冲共聚产品和三元共聚产品。设计年产45万吨（按8000小时计算）聚丙烯本色粒料。该工艺属气相法工艺，其主反应器为多区循环反应器和气相共聚反应器，其中多区循环反应器为一种新型式的反应器，也是该工艺技术的核心所在，反应器可分成两个反应区域，便于生产双峰产品。

1 国际上双峰聚丙烯生产工艺现状

目前已经工业化生产双峰聚丙烯的工艺主要有Borealis公司的北星双峰（Borstar）、LyondellBasell 公司spheripol和spherizone和 Dow公司的Unipol，据称Dow用Novolen工艺装置也开发过双峰聚丙烯产品[1]。上述工艺除spherizone外，都采用两个反应器生产双峰产品，spherizone工艺采用一个反应器进行双峰产品的生产。

2 多区循环反应器生产双峰产品的机理

多区循环反应器为气相反应器，可分为上升段和下降段两部分（如图1），聚合物颗粒在上升段被循环气流化并被输送至下降段，经下降段顶部内置旋风分离器分离后，在下降段靠重力下落，下降段为平推流形式的紧密床，在底部重新进入上升段。循环气在旋风分离器顶部排出，经压缩机及换热器后返回上升段底部，部分循环气随固体颗粒进入下降段。在生产双峰产品期间，在下降段顶部加入阻隔丙烯，使上升段气体不能进入下降段，从而使两部分气体组分不一样，在每个部分生成的聚合物分子量不同，从而实现双峰产品的生产。由于聚合物颗粒在两部分反复循环，使不同分子量聚合物反复包裹，微观上产品更加均一，性能优异稳定（如图2）。

2.1 在单峰聚丙烯生产时，由于并不需要阻隔作用，因此阻隔液分配器仅保持最低流量防止喷嘴堵塞，反应器上升段和下降段中氢气、共聚单体乙烯浓度相同。

2.2 生产双峰聚丙烯时，阻隔液使用液相丙烯，加大流量，来自阻隔液分离回收区T240的丙烯作为阻隔液的主要成份进入阻隔区。

根据产品类别的不同，基本分为以下三种情况。

2.2.1 生产熔体流动速率不同的均聚物。一般通过阻隔区丙烯进料，阻止上升段气体中的氢气进入下降段，使下降段氢气组分含量较低，生成低熔融指数的聚合物。阻隔区进料是T240丙烯和新鲜丙烯，T240丙烯来自反应器顶部，经阻隔液回收再重新进入反应器，调节该路丙烯量是反应器物料平衡的重要部分，在回收量大时T240液位升高，可提高再沸器蒸汽量，使丙烯经塔顶直接进入反应器循环气压缩机吸入段，可在流量不足时补充新鲜丙烯。氢气也来自反应器顶部，经阻隔液回收系统分离后重新按比例投入反应器下降段。

2.2.2 生产熔融指数相同，而下降段不含乙烯的无规共聚产品。由于阻隔区的作用，氢气及乙烯难以进入下降段。为维持熔融指数，需补充氢气，从而使下降段氢气浓度与上升段相同。而乙烯在反应器中被阻隔液阻挡，经阻隔液回收区被分离出来，重新进入多区反应器上升段。

2.2.3 在下降段生成低熔融指数，并且乙烯含量不同的无规产品。多区循环反应器的重要特点是能生产含不同乙烯含量的双子双峰无规共聚产品，该种产品已不同于传统意义的双峰产品。该种产品改善了刚性与抗冲性能之间的平衡，可用于挤出吹塑与热成型。

在生产该类产品时，阻隔区乙烯进料采用新鲜乙烯，而阻隔区中的乙烯在T240中由塔顶蒸出，进入反应器上升段。阻隔液由丙烯、氢气、新鲜乙烯组成。

3 双峰产品生产控制难点与问题

3.1 产品质量控制难点

对于生产均聚双峰产品，要求上升段气体中保持较高的氢气浓度，而下降段保持较低的氢气浓度，使两部位生成的聚合物分子量不同，达到双峰产品的质量要求，本工艺采用单一反应器，反应器内两部分压力是相同的，仅靠阻隔液进行隔断，因此实现这一目标有两方面手段：增加阻隔液流量和减小下降段流速。

3.1.1 增加阻隔液流量

增加阻隔液流量目的在于通过加入不含氢气的阻隔液（丙烯），使富氢的上升段气流被阻断，从下降段顶部经压缩机返回上升段底部，而阻隔液立即气化后随聚合物进入下降段，从而实现下降段氢气低浓度。缺点是大量丙烯气化吸热将使该部位温度骤降。

3.1.2 减小下降段物料流速

通过减小下降段底部蝶阀HV2300开度，使向下流动的物流速度减慢，有助于提高阻隔液气化时的气提效果，从而降低下降段氢气含量。但是下降段流速降低将使散热更加困难，下降段温度上升，易形成热点造成结块。

3.2 氢气浓度满足要求后对下降段温度及催化剂消耗的影响

下表列出了均聚生产和双峰生产时下降段由上至下12个温度监测点的情况

表中可见均聚生产时由上至下温度逐渐上升，但各层三个监测点温度一致，温度范围75.4-85.1℃。在双峰生产时各点温差大，这是因为为了控制下降段温度，如图一所示，四路吹扫气由气相丙烯转为液相丙烯，这样造成距吹扫气近的部位因丙烯气化温度极低，远的部位温度仍较高的状况。由于下降段固体聚合物较紧密，处于非流化状态，因此传热困难，温度难以均一。

温度的变化也造成了催化剂消耗的上升，双峰生产时催化剂消耗大幅度上升。根据Lyondellbasell相关资料，催化剂在75-80℃时活性最高，过低和过高的温度都将造成催化剂活性下降，这样在阻隔区附近以及吹扫气附近的低温将造成反应减弱，距吹扫气远的部位温度过高也会使反应下降。改善这一状况的方法是精细操作，尽量保持较低的阻隔液量、吹扫气量和较高的流速，使生产控制在满足双峰质量要求的临界点附近，其中的吹扫气采用经下游回收的较高温度的丙烯，阻隔液需求量比较大，以回收丙烯为主，温度较低的新鲜丙烯为辅，而下降段温度监测以低于90℃为宜，否则将有热点结块产生，易造成装置出料困难而停车。

3.3 多区循环反应器的操作难度大于液相环管反应器，气相流化床反应器及气相搅拌床反应器，这些反应器气（液、固）的流动为单一通道，单一方向，而多区循环反应器由下至上存在上升管和下降管两个并联的通道，正常情况下气流和聚合物在两部分沿顺时针方向运动，如果操作不当下降段物料也可以向上运动。因此，为保持固体在反应器内正常循环，务必使上升保持稀相输送状态，务必使下降段聚合物颗粒向下运动且保持紧密状态，其核心内容是防止下降段产生流化使床层膨胀。

4 结束语

多区循环反应器是一种新型的聚丙烯反应器，在单一反应器中可生产包含有不同熔体速率或不同乙烯含量的聚合物产品。为使其能稳定生产具有优异性能的双峰产品，必须优化控制其阻隔液流量、吹扫气流量及下降段流速，控制的关键是防止下降段温度过高或过低，以防范结块危险并减少催化剂用量。

参考文献

[1]张宇.双峰聚丙烯生产工艺[J].石化技术，2005，12（2）：57.

作者简介：王刚（1970-），男，汉族，天津，1992年毕业于天津理工学院化学工程专业，学士学位，工程师，主要从事聚丙烯生产技术工作。endprint

摘 要：文章介绍了SPHERIZONE聚丙烯工艺生产双峰产品时的特点与问题。该工艺主反应器为多区循环反应器，生产双峰产品时温度控制较困难，应从阻隔液及吹扫气流量和下降段流速上进行优化控制。

关键词：spherizone；聚丙烯；双峰

中沙（天津）石化聚丙烯装置采用Lyondellbasell公司最新开发的“spherizone”工艺，由一条生产线生产均聚产品、无规共聚产品、抗冲共聚产品和三元共聚产品。设计年产45万吨（按8000小时计算）聚丙烯本色粒料。该工艺属气相法工艺，其主反应器为多区循环反应器和气相共聚反应器，其中多区循环反应器为一种新型式的反应器，也是该工艺技术的核心所在，反应器可分成两个反应区域，便于生产双峰产品。

1 国际上双峰聚丙烯生产工艺现状

目前已经工业化生产双峰聚丙烯的工艺主要有Borealis公司的北星双峰（Borstar）、LyondellBasell 公司spheripol和spherizone和 Dow公司的Unipol，据称Dow用Novolen工艺装置也开发过双峰聚丙烯产品[1]。上述工艺除spherizone外，都采用两个反应器生产双峰产品，spherizone工艺采用一个反应器进行双峰产品的生产。

2 多区循环反应器生产双峰产品的机理

多区循环反应器为气相反应器，可分为上升段和下降段两部分（如图1），聚合物颗粒在上升段被循环气流化并被输送至下降段，经下降段顶部内置旋风分离器分离后，在下降段靠重力下落，下降段为平推流形式的紧密床，在底部重新进入上升段。循环气在旋风分离器顶部排出，经压缩机及换热器后返回上升段底部，部分循环气随固体颗粒进入下降段。在生产双峰产品期间，在下降段顶部加入阻隔丙烯，使上升段气体不能进入下降段，从而使两部分气体组分不一样，在每个部分生成的聚合物分子量不同，从而实现双峰产品的生产。由于聚合物颗粒在两部分反复循环，使不同分子量聚合物反复包裹，微观上产品更加均一，性能优异稳定（如图2）。

2.1 在单峰聚丙烯生产时，由于并不需要阻隔作用，因此阻隔液分配器仅保持最低流量防止喷嘴堵塞，反应器上升段和下降段中氢气、共聚单体乙烯浓度相同。

2.2 生产双峰聚丙烯时，阻隔液使用液相丙烯，加大流量，来自阻隔液分离回收区T240的丙烯作为阻隔液的主要成份进入阻隔区。

根据产品类别的不同，基本分为以下三种情况。

2.2.1 生产熔体流动速率不同的均聚物。一般通过阻隔区丙烯进料，阻止上升段气体中的氢气进入下降段，使下降段氢气组分含量较低，生成低熔融指数的聚合物。阻隔区进料是T240丙烯和新鲜丙烯，T240丙烯来自反应器顶部，经阻隔液回收再重新进入反应器，调节该路丙烯量是反应器物料平衡的重要部分，在回收量大时T240液位升高，可提高再沸器蒸汽量，使丙烯经塔顶直接进入反应器循环气压缩机吸入段，可在流量不足时补充新鲜丙烯。氢气也来自反应器顶部，经阻隔液回收系统分离后重新按比例投入反应器下降段。

2.2.2 生产熔融指数相同，而下降段不含乙烯的无规共聚产品。由于阻隔区的作用，氢气及乙烯难以进入下降段。为维持熔融指数，需补充氢气，从而使下降段氢气浓度与上升段相同。而乙烯在反应器中被阻隔液阻挡，经阻隔液回收区被分离出来，重新进入多区反应器上升段。

2.2.3 在下降段生成低熔融指数，并且乙烯含量不同的无规产品。多区循环反应器的重要特点是能生产含不同乙烯含量的双子双峰无规共聚产品，该种产品已不同于传统意义的双峰产品。该种产品改善了刚性与抗冲性能之间的平衡，可用于挤出吹塑与热成型。

在生产该类产品时，阻隔区乙烯进料采用新鲜乙烯，而阻隔区中的乙烯在T240中由塔顶蒸出，进入反应器上升段。阻隔液由丙烯、氢气、新鲜乙烯组成。

3 双峰产品生产控制难点与问题

3.1 产品质量控制难点

对于生产均聚双峰产品，要求上升段气体中保持较高的氢气浓度，而下降段保持较低的氢气浓度，使两部位生成的聚合物分子量不同，达到双峰产品的质量要求，本工艺采用单一反应器，反应器内两部分压力是相同的，仅靠阻隔液进行隔断，因此实现这一目标有两方面手段：增加阻隔液流量和减小下降段流速。

3.1.1 增加阻隔液流量

增加阻隔液流量目的在于通过加入不含氢气的阻隔液（丙烯），使富氢的上升段气流被阻断，从下降段顶部经压缩机返回上升段底部，而阻隔液立即气化后随聚合物进入下降段，从而实现下降段氢气低浓度。缺点是大量丙烯气化吸热将使该部位温度骤降。

3.1.2 减小下降段物料流速

通过减小下降段底部蝶阀HV2300开度，使向下流动的物流速度减慢，有助于提高阻隔液气化时的气提效果，从而降低下降段氢气含量。但是下降段流速降低将使散热更加困难，下降段温度上升，易形成热点造成结块。

3.2 氢气浓度满足要求后对下降段温度及催化剂消耗的影响

下表列出了均聚生产和双峰生产时下降段由上至下12个温度监测点的情况

表中可见均聚生产时由上至下温度逐渐上升，但各层三个监测点温度一致，温度范围75.4-85.1℃。在双峰生产时各点温差大，这是因为为了控制下降段温度，如图一所示，四路吹扫气由气相丙烯转为液相丙烯，这样造成距吹扫气近的部位因丙烯气化温度极低，远的部位温度仍较高的状况。由于下降段固体聚合物较紧密，处于非流化状态，因此传热困难，温度难以均一。

温度的变化也造成了催化剂消耗的上升，双峰生产时催化剂消耗大幅度上升。根据Lyondellbasell相关资料，催化剂在75-80℃时活性最高，过低和过高的温度都将造成催化剂活性下降，这样在阻隔区附近以及吹扫气附近的低温将造成反应减弱，距吹扫气远的部位温度过高也会使反应下降。改善这一状况的方法是精细操作，尽量保持较低的阻隔液量、吹扫气量和较高的流速，使生产控制在满足双峰质量要求的临界点附近，其中的吹扫气采用经下游回收的较高温度的丙烯，阻隔液需求量比较大，以回收丙烯为主，温度较低的新鲜丙烯为辅，而下降段温度监测以低于90℃为宜，否则将有热点结块产生，易造成装置出料困难而停车。

3.3 多区循环反应器的操作难度大于液相环管反应器，气相流化床反应器及气相搅拌床反应器，这些反应器气（液、固）的流动为单一通道，单一方向，而多区循环反应器由下至上存在上升管和下降管两个并联的通道，正常情况下气流和聚合物在两部分沿顺时针方向运动，如果操作不当下降段物料也可以向上运动。因此，为保持固体在反应器内正常循环，务必使上升保持稀相输送状态，务必使下降段聚合物颗粒向下运动且保持紧密状态，其核心内容是防止下降段产生流化使床层膨胀。

4 结束语

多区循环反应器是一种新型的聚丙烯反应器，在单一反应器中可生产包含有不同熔体速率或不同乙烯含量的聚合物产品。为使其能稳定生产具有优异性能的双峰产品，必须优化控制其阻隔液流量、吹扫气流量及下降段流速，控制的关键是防止下降段温度过高或过低，以防范结块危险并减少催化剂用量。

参考文献

[1]张宇.双峰聚丙烯生产工艺[J].石化技术，2005，12（2）：57.

作者简介：王刚（1970-），男，汉族，天津，1992年毕业于天津理工学院化学工程专业，学士学位，工程师，主要从事聚丙烯生产技术工作。endprint

摘 要：文章介绍了SPHERIZONE聚丙烯工艺生产双峰产品时的特点与问题。该工艺主反应器为多区循环反应器，生产双峰产品时温度控制较困难，应从阻隔液及吹扫气流量和下降段流速上进行优化控制。

关键词：spherizone；聚丙烯；双峰

中沙（天津）石化聚丙烯装置采用Lyondellbasell公司最新开发的“spherizone”工艺，由一条生产线生产均聚产品、无规共聚产品、抗冲共聚产品和三元共聚产品。设计年产45万吨（按8000小时计算）聚丙烯本色粒料。该工艺属气相法工艺，其主反应器为多区循环反应器和气相共聚反应器，其中多区循环反应器为一种新型式的反应器，也是该工艺技术的核心所在，反应器可分成两个反应区域，便于生产双峰产品。

1 国际上双峰聚丙烯生产工艺现状

目前已经工业化生产双峰聚丙烯的工艺主要有Borealis公司的北星双峰（Borstar）、LyondellBasell 公司spheripol和spherizone和 Dow公司的Unipol，据称Dow用Novolen工艺装置也开发过双峰聚丙烯产品[1]。上述工艺除spherizone外，都采用两个反应器生产双峰产品，spherizone工艺采用一个反应器进行双峰产品的生产。

2 多区循环反应器生产双峰产品的机理

多区循环反应器为气相反应器，可分为上升段和下降段两部分（如图1），聚合物颗粒在上升段被循环气流化并被输送至下降段，经下降段顶部内置旋风分离器分离后，在下降段靠重力下落，下降段为平推流形式的紧密床，在底部重新进入上升段。循环气在旋风分离器顶部排出，经压缩机及换热器后返回上升段底部，部分循环气随固体颗粒进入下降段。在生产双峰产品期间，在下降段顶部加入阻隔丙烯，使上升段气体不能进入下降段，从而使两部分气体组分不一样，在每个部分生成的聚合物分子量不同，从而实现双峰产品的生产。由于聚合物颗粒在两部分反复循环，使不同分子量聚合物反复包裹，微观上产品更加均一，性能优异稳定（如图2）。

2.1 在单峰聚丙烯生产时，由于并不需要阻隔作用，因此阻隔液分配器仅保持最低流量防止喷嘴堵塞，反应器上升段和下降段中氢气、共聚单体乙烯浓度相同。

2.2 生产双峰聚丙烯时，阻隔液使用液相丙烯，加大流量，来自阻隔液分离回收区T240的丙烯作为阻隔液的主要成份进入阻隔区。

根据产品类别的不同，基本分为以下三种情况。

2.2.1 生产熔体流动速率不同的均聚物。一般通过阻隔区丙烯进料，阻止上升段气体中的氢气进入下降段，使下降段氢气组分含量较低，生成低熔融指数的聚合物。阻隔区进料是T240丙烯和新鲜丙烯，T240丙烯来自反应器顶部，经阻隔液回收再重新进入反应器，调节该路丙烯量是反应器物料平衡的重要部分，在回收量大时T240液位升高，可提高再沸器蒸汽量，使丙烯经塔顶直接进入反应器循环气压缩机吸入段，可在流量不足时补充新鲜丙烯。氢气也来自反应器顶部，经阻隔液回收系统分离后重新按比例投入反应器下降段。

2.2.2 生产熔融指数相同，而下降段不含乙烯的无规共聚产品。由于阻隔区的作用，氢气及乙烯难以进入下降段。为维持熔融指数，需补充氢气，从而使下降段氢气浓度与上升段相同。而乙烯在反应器中被阻隔液阻挡，经阻隔液回收区被分离出来，重新进入多区反应器上升段。

2.2.3 在下降段生成低熔融指数，并且乙烯含量不同的无规产品。多区循环反应器的重要特点是能生产含不同乙烯含量的双子双峰无规共聚产品，该种产品已不同于传统意义的双峰产品。该种产品改善了刚性与抗冲性能之间的平衡，可用于挤出吹塑与热成型。

在生产该类产品时，阻隔区乙烯进料采用新鲜乙烯，而阻隔区中的乙烯在T240中由塔顶蒸出，进入反应器上升段。阻隔液由丙烯、氢气、新鲜乙烯组成。

3 双峰产品生产控制难点与问题

3.1 产品质量控制难点

对于生产均聚双峰产品，要求上升段气体中保持较高的氢气浓度，而下降段保持较低的氢气浓度，使两部位生成的聚合物分子量不同，达到双峰产品的质量要求，本工艺采用单一反应器，反应器内两部分压力是相同的，仅靠阻隔液进行隔断，因此实现这一目标有两方面手段：增加阻隔液流量和减小下降段流速。

3.1.1 增加阻隔液流量

增加阻隔液流量目的在于通过加入不含氢气的阻隔液（丙烯），使富氢的上升段气流被阻断，从下降段顶部经压缩机返回上升段底部，而阻隔液立即气化后随聚合物进入下降段，从而实现下降段氢气低浓度。缺点是大量丙烯气化吸热将使该部位温度骤降。

3.1.2 减小下降段物料流速

通过减小下降段底部蝶阀HV2300开度，使向下流动的物流速度减慢，有助于提高阻隔液气化时的气提效果，从而降低下降段氢气含量。但是下降段流速降低将使散热更加困难，下降段温度上升，易形成热点造成结块。

3.2 氢气浓度满足要求后对下降段温度及催化剂消耗的影响

下表列出了均聚生产和双峰生产时下降段由上至下12个温度监测点的情况

表中可见均聚生产时由上至下温度逐渐上升，但各层三个监测点温度一致，温度范围75.4-85.1℃。在双峰生产时各点温差大，这是因为为了控制下降段温度，如图一所示，四路吹扫气由气相丙烯转为液相丙烯，这样造成距吹扫气近的部位因丙烯气化温度极低，远的部位温度仍较高的状况。由于下降段固体聚合物较紧密，处于非流化状态，因此传热困难，温度难以均一。

温度的变化也造成了催化剂消耗的上升，双峰生产时催化剂消耗大幅度上升。根据Lyondellbasell相关资料，催化剂在75-80℃时活性最高，过低和过高的温度都将造成催化剂活性下降，这样在阻隔区附近以及吹扫气附近的低温将造成反应减弱，距吹扫气远的部位温度过高也会使反应下降。改善这一状况的方法是精细操作，尽量保持较低的阻隔液量、吹扫气量和较高的流速，使生产控制在满足双峰质量要求的临界点附近，其中的吹扫气采用经下游回收的较高温度的丙烯，阻隔液需求量比较大，以回收丙烯为主，温度较低的新鲜丙烯为辅，而下降段温度监测以低于90℃为宜，否则将有热点结块产生，易造成装置出料困难而停车。

3.3 多区循环反应器的操作难度大于液相环管反应器，气相流化床反应器及气相搅拌床反应器，这些反应器气（液、固）的流动为单一通道，单一方向，而多区循环反应器由下至上存在上升管和下降管两个并联的通道，正常情况下气流和聚合物在两部分沿顺时针方向运动，如果操作不当下降段物料也可以向上运动。因此，为保持固体在反应器内正常循环，务必使上升保持稀相输送状态，务必使下降段聚合物颗粒向下运动且保持紧密状态，其核心内容是防止下降段产生流化使床层膨胀。

4 结束语

多区循环反应器是一种新型的聚丙烯反应器，在单一反应器中可生产包含有不同熔体速率或不同乙烯含量的聚合物产品。为使其能稳定生产具有优异性能的双峰产品，必须优化控制其阻隔液流量、吹扫气流量及下降段流速，控制的关键是防止下降段温度过高或过低，以防范结块危险并减少催化剂用量。

参考文献

[1]张宇.双峰聚丙烯生产工艺[J].石化技术，2005，12（2）：57.

作者简介：王刚（1970-），男，汉族，天津，1992年毕业于天津理工学院化学工程专业，学士学位，工程师，主要从事聚丙烯生产技术工作。endprint