淤浆法高密度聚乙烯装置异丁烷的降耗分析与对策

刘 升，王景方，秦尚静，刘 健

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）

淤浆法高密度聚乙烯装置异丁烷的降耗分析与对策

刘 升，王景方，秦尚静，刘 健

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）

针对300 kt/a高密度聚乙烯装置上异丁烷消耗一直较高的状况，通过对装置溶剂回收系统的分析，探讨了影响异丁烷消耗的因素。运行结果表明，降低异丁烷消耗的方法主要有：降低冷冻压缩机入口压力至120 kPa、提高低压溶剂回收系统压力、降低低压脱气仓使用的氮气量、提高溶剂回流罐的压力、优化调整脱重塔控制模式及参数。通过操作优化和技术攻关，该装置的异丁烷消耗已由最初的334.6 kg/h降至230～240 kg/h，低于设计值（277 kg/h）。

高密度聚乙烯；异丁烷；降耗；稀释剂；溶剂回收

陕西延长中煤榆林能源化工有限公司300 kt/ a高密度聚乙烯（HDPE）装置采用的是INEOS公司Innovene S 淤浆环管工艺。该工艺以乙烯为主要原料，1-己烯/1-丁烯为共聚单体，异丁烷为反应稀释剂及溶剂，利用两台环管反应器生产密度为936～963 kg/m3的高密度双峰/单峰聚乙烯产品。采用的催化剂包括钛系与铬系两种，产品覆盖注塑、吹塑、薄膜、管材、单丝及电缆等应用范围［1］。但装置使用初期，存在异丁烷消耗居高不下的状况。

本工作针对淤浆法HDPE装置上异丁烷消耗一直较高的状况，通过对溶剂回收系统的分析，探讨了影响异丁烷消耗的因素，并提出了相应的降耗措施。

1 工艺简介

Innovene S 淤浆环管工艺［2］HDPE装置的工艺流程见图1。从图1可看出，该工艺使用异丁烷为稀释剂和溶剂［3］，原料乙烯和共聚单体（1-己烯或1-丁烯）与催化剂在稀释剂异丁烷中进行聚合得到聚乙烯，当使用Ziegler-Natta催化剂时用氢气调节熔体流动指数，聚乙烯颗粒产品以浆料形式存在于异丁烷中。浆料从反应器［4］出来后经淤浆提浓、淤浆加热器（E3001）加热、高压闪蒸器（V4001）和低压脱气仓（V4003）闪蒸，实现聚乙烯粉料和稀释剂的分离，粉料通过闭合氮气回路输送到后系统。粉料在后系统中与添加剂混合，然后经熔融、造粒，得到合格优质的聚乙烯颗粒［5］。

图1 HDPE装置的工艺流程Fig.1 Process fow diagram of high density polyethylene(HDPE) installation.TEAL：triethyl aluminum；HPSR：high pressure solvent recovery；LPSR：low pressure solvent recovery.

2 溶剂回收

从V4001分离出的溶剂气体被简单冷凝后，95%以上的循环稀释剂在高压溶剂回收（HPSR）系统中被回收并循环返回反应器，剩余溶剂由低压溶剂回收（LPSR）系统回收并循环使用［6］。

从V4003顶部排出的气体经罗茨风机（A5002）加压（约0.21 MPa），再进入丙烯制冷成套设备冷冻机组（A5001），在低温下（约-35 ℃）通过丙烯进行冷凝。冷凝后的气体进入气液分离器（V5005）中，将氮气和其他轻质气体与液态溶剂（异丁烷）进行分离［7］。液体溶剂由泵送回反应器循环使用。为了更好地进行冷量优化，该冷态液体流过错流换热器，在气体进入制冷成套设备之前对混合气体进行预冷却。不凝气的一部分用作V4003中部的反吹气，多余气体排放到火炬［8］。

溶剂回收系统排放气经预冷直接进入冷冻系统进行溶剂冷凝回收。LPSR系统的回收流程［9］见图2。

从图2可看出，进入冷冻系统进行溶剂回收和未反应的原料物流包括溶剂回流罐（V5001）顶部气、脱重塔（C5004）顶部气、脱轻塔（C5002）顶部排放气等。其中，V5001为HPSR系统溶剂洗涤塔的塔顶回流罐，C5004主要用于脱除系统中的重惰性组分，C5002脱除溶剂中的轻组分并为催化剂配制提供纯净的异丁烷。

图2 LPSR系统的回收流程Fig.2 Process fow diagram of LPSR system.V5001：refux tank；A5001：refrigerating unit；A5002：Roots blower.

3 影响异丁烷消耗的因素及降耗措施

异丁烷作为稀释剂和溶剂并不参与反应，溶剂进行循环时，若回收系统的回收能力和回收效率较低，则异丁烷不能完全回收，因此提高异丁烷的回收效率是降低异丁烷消耗的关键［10］。影响异丁烷消耗的因素主要有以下几点。

3.1 冷凝温度的影响

LPSR系统主要通过深冷冷凝的方式回收异丁烷，深冷冷凝温度直接决定了异丁烷的回收率，降低冷凝温度是降低异丁烷消耗最直接有效的方式，即优化A5001的操作和参数，其中，最主要的控制参数是A5001压缩机的入口压力。压缩机入口压力对冷凝温度的影响见表1。由表1可看出，随入口压力的降低，冷凝温度下降。这是因为，在较低压力下，冷冻机制冷剂的饱和温度也较低，产生的冷量将增加，在其他因素不变的情况下可降低冷凝温度。而在其他参数不变的状态下，降低冷凝温度可减少不凝气中异丁烷的含量，从而减少异丁烷排放量，达到降低异丁烷消耗的目的。由于冷冻机组设计安装后，设计操作范围也基本固定，压缩机入口压力有一定的操作范围，因此不能持续降低压缩机入口压力来降低冷凝温度，压缩机入口压力最多降至120 kPa。

表1 压缩机入口压力对冷凝温度的影响Table 1 Efect of the intake pressure of compressor on the condensing temperature

3.2 压力的影响

LPSR系统主要通过深冷冷凝异丁烷，但增压也可起一定作用。通过罗茨风机把低压脱气仓顶部气体从0.035 MPa加压至0.21 MPa，使LPSR系统压力控制在0.21 MPa左右。提高LPSR系统压力可降低不凝气中异丁烷的含量，LPSR系统压力对不凝气排放量的影响见图3。

由图3可看出，随压力的升高，排放量降低。LPSR系统排放主要由氮气、异丁烷、乙烯和乙烷等组成。排放气降低意味着异丁烷排放量减少。LPSR系统是一个加压深冷的过程，增大压力，在温度不变的情况下排放气中异丁烷的含量降低，冷凝异丁烷量增加，排放气量降低。随压力的提高，冷凝的异丁烷液体中乙烯含量将增加，乙烯排放量将会有一定降低，也有利于降低乙烯单耗。但受A5002的影响，LPSR系统压力的提高幅度有限，因此降低异丁烷消耗的能力有限。

图3 LPSR系统压力对不凝气排放量的影响Fig.3 Efect of the LPSR system pressure on the noncondensable gas emission.

3.3 LPSR系统中氮气含量的影响

由于低压脱气仓V4003底部利用氮气对粉料中的烃类进行脱除，因此LPSR系统的气体中含较多氮气，而氮气在冷冻过程中不能冷凝，消耗大量冷量，故氮气含量越高，冷凝温度越高，异丁烷排放量也越大。为降低异丁烷消耗，可适度降低V4003使用的氮气量。

3.4 HPSR系统中溶剂回流罐压力的影响

HPSR系统中V5001回流罐顶排放气通过LPSR系统回收异丁烷，排放气主要由氢气、乙烯、乙烷和异丁烷等组成。V5001的压力对LPSR系统排放量的影响见图4。

图4 V5001的压力对LPSR系统排放量的影响Fig.4 Relationship between the pressure of V5001 and the LPSR emission.

从图4可看出，提高V5001的压力可降低排放量，同时可降低HPSR系统流向LPSR系统不凝气的含量。这主要是因为，随V5001压力的升高，C2排放量降低，从而使进入LPSR系统中的C2量减少，排放量降低，异丁烷消耗也随之降低。其次，适当提高V5001的压力，可提高循环异丁烷中的乙烯含量，降低乙烯排放进入LPSR系统的量，从而降低乙烯的消耗量。V5001的压力调整范围为0.6～1.0 MPa。

3.5 脱重塔的优化

脱重塔（C5004）是填料塔，主要是用于脱除系统中的重组分（主要是己烷）；重组分来源主要有两方面：一是共聚单体1-己烯与氢气反应的生成物；二是Ziegler-Natta催化剂使用的己烷溶剂。该塔顶部排放气通过LPSR系统回收异丁烷，底部重组分排火炬。C5004的运行效果直接决定了底部排放的火炬量：工艺优化之前，C5004采用间歇操作，通过手动控制底部排放阀进行操作，因此异丁烷排放较多，消耗较大。运行优化后，C5004改为连续运行，通过双控制器自动控制底部排放。优化前后C5004的排放对比见表2。从表2可看出，C5004底部排放主要是重组分，在0.4 MPa、90 ℃的条件下，重组分含量约为83%（w）；当提高温度并降低压力后，底部排放中异丁烷含量（w）为6.16%～11.35%，重组分含量（w）为88%～93%。按C5004底部最小排放量27 kg/h计算，优化后每月减少异丁烷排放大约1 600 kg。调整后C5004系统自动控制，温度波动更小，运行平稳。由于减少了人为开关阀门的排放，实际减少的排放量将比上述计算值更多。尤其对于密度较低的钛系产品，由于1-己烯浓度较高，己烷化增加，C5004底部排放量增加，降低的异丁烷消耗量将远高于计算值（1 600 kg/月）。

表2 优化前后C5004的排放对比Table 2 Comparison of the C5004 emissions before and after the optimization

4 优化前后异丁烷消耗的对比

优化前后异丁烷的平均消耗量见图5。从图5可看出，通过操作优化和技术攻关，异丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，2015年9月和10月异丁烷消耗基本稳定在230～240 kg/h，低于设计值（277 kg/h），说明优化改进取得了较好的成效。

图5 优化前后异丁烷的平均消耗量Fig.5 Average consumption of isobutane before and after the optimization.

5 结论

1）降低异丁烷消耗的方法主要有：降低冷冻压缩机入口压力至120 kPa、提高LPSR系统压力、降低V4003使用的氮气量、提高V5001压力、优化调整C5004控制模式及参数，即将C5004改为连续运行，通过双控制器自动控制底部排放。

2）通过操作优化和技术攻关，该装置的异丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，低于设计值（277 kg/h）。

［1］Cornelia V. 聚烯烃手册［M］. 2版. 北京：中国石化出版社，2005：1 - 19．

［2］师洪俊，毛炳权，范继宽，等. 合成树脂及塑料技术全书［M］. 北京：中国石化出版社，2006：40 - 74．

［3］陈顺利，王健，刘志军，等. Hostalen高密度聚乙烯聚合工艺粘壁物结构剖析及原因分析［J］. 石油化工，2009，38（10）：1111 - 1115．

［4］方建国，徐凤梅. 天津HDPE反应区设备布置优化研究［J］.石油化工技术与经济，2010，26（5）：5 - 9．

［5］李兵. 高密度聚乙烯技术进展［J］. 当代化工，2006，35（5）：322 - 326．

［6］崔春霞. 高密度聚乙烯装置低压溶剂回收系统分析［J］. 广州化工，2012，40（20）：120 - 122.

［7］单薇. Aspen Plus模拟软件在淤浆法聚乙烯装置异丁烷溶剂回收系统中的应用［J］. 精细石油化工进展，2013，14（5）：54 - 57．

［8］王常鸿. 高压罗茨风机在尾气回收系统中的应用［J］. 化工设备与管道，2011，48（6）：38 - 40.

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［10］刘文鹏，胡远涛，李艳微，等. 气相流化床工艺异戊烷降耗浅谈［C］//全国聚乙烯生产技术交流会论文集. 厦门：全国聚烯烃树脂行业组织秘书处，2014：224 - 227．

（编辑 邓晓音）

德国Belectric OPV公司开发出新型半透明有机薄膜太阳能电池

日经テクノロジ-online（日），2015 - 12 - 21

德国Belectric OPV公司开发出新型半透明有机薄膜太阳能电池，其转换率达到5%（50 W/m2）以上，目前在半透明型太阳能电池产品中属转换率高的。该公司计划将该太阳能电池的模块作为建材一体成型（BIPV）的产品来供货。

这次开始量产的太阳能电池模块颜色为灰色，应用在一种半透明有机薄膜太阳能电池上。构成模块的材料与德国Merck公司的有机薄膜太阳能电池用的材料品牌一致，是一种新型材料，商品名为“Lisicon”。公司设想新产品的用途将作为大厦外墙上的发电材料使用。欧盟要求今后建筑物到2021年全部实施近零能建筑“NZEB”，也就是使实际能耗接近零。这次开发的太阳能电池就能满足这种用途的要求。

Evonik公司推出用于复合材料零部件高效生产的Vestanat 聚丙烯

Rubb World，2015 - 11 - 31

Evonik公司推出用于复合材料零部件高效生产的Vestanat 聚丙烯（PP）。由于复合材料的生产工艺是复杂和成本密集的，迄今为止还不可能利用这些玻璃纤维的全部潜能。在VESTANAT PP方面，Evonik公司目前已经开发出一种简化流程管理且还节省材料和成本的技术。

Evonik公司战略创新的焦点将在复合材料、膜和医疗技术等方面。一种常用的轻型结构复合材料的生产工艺是树脂传递模塑，但这只允许间歇，而不是连续的零部件生产。采用预浸料坯生产是连续的。预浸料坯是使用树脂和交联剂预浸过的玻璃纤维。普通预浸料坯只可以在-20 ℃下存储并且很黏。

这种配方确保预浸料坯不再是黏的，以及对材料的交联过程产生影响。通过使用VESTANAT PP，交联特别快。该新技术的其他优点包括基质体系的极好的力学性能；这允许产生如同使用其他体系相同的零部件属性，但使用更少量的材料。通过这种方式，使用VESTANAT PP可以大大简化从玻璃纤维或碳纤维到成品零部件的生产工艺。还可以降低成本，且最终导致更有效的潜在的玻璃纤维的工业利用。

通过等离子功能化和聚合制负载抗生素的聚丙烯治疗用网状物

Biomaterials，December 2015

疝气修补术是在普通外科中最常见的手术之一，及其相关并发症通常与感染等有关。在腹部疝气修补术位置附近提供抗生素加载的治疗用网状物可能是控制与外科手术植入物相关的感染的一种方法。然而， 装载的药物数量受聚丙烯（PP）的低润湿性限制。研究人员使用等离子体来定制PP网状物的表面性质，获得高负荷的氨苄青霉素，而保护所需未改性的试样的生物属性和赋予其抗菌活性。证明了新的表面化学性质和改善的润湿性导致3倍的抗生素加载。随后，似聚乙二醇（PEG）干燥涂层与低压等离子体沉积于四乙醇二甲醚上，允许维持高的药物加载量和保存细胞特性（如趋药性、附着力和形态学）。在这项研究中，2种不同的等离子体工艺（等离子体功能化和等离子体聚合）用于一种新途径，设计用于预防和疝气修补术感染的局部疗法的PP网状物。

日本Kaneka公司开发出发泡聚苯乙烯板材新牌号

石油化学新报（日），2015（4970）：7

日本Kaneka公司开发出挤出发泡聚苯乙烯板材新牌号“Kanelite泡沫FX”产品，并在2016年开始上市销售。

“Kanelite泡沫FX”产品是在“Kanelite泡沫超级EX”产品的基础上，利用辐射传热控制技术，把高浓度的高隔热性发泡剂分散到材料上制备而成，其热传导率达到0.22 W/（m·K），是一种高性能隔热材料，隔热性能相当于最高等级的F级。比公司以往牌号“Kanelite泡沫超级E-Ⅲ”产品的隔热性能提高了20%，比“Kanelite泡沫超级EX”产品的隔热性能提高了10%。同时除了与以往的牌号具有20 N/cm2相同优良的压缩特性外，还实现了非卤发泡剂和污染物排零放的安全性和环保性。

公司预计新产品将从2016年开始上市销售，产品将在其鹿岛工厂和大阪工厂2个生产基地进行生产。由于材料的隔热性能提高了，除了达到了住宅等建筑物节能的目标外，隔热材料的厚度也可以降低20%，达到降低成本的目的。

Reduction of isobutane consumption of slurry high density polyethylene installation

Liu Sheng，Wang Jingfang，Qin Shangjing，Liu Jian
（Shaanxi Yanchang Coal Yulin Energy and Chemical Co. Ltd，Yulin Shaanxi 718500， China）

Aimed at high isobutane consumption in a 300 kt/a slurry high density polyethylene unit，the inf uence factors were investigated by the analysis of the solvent recovery system. The results showed that the methods were ef ective in reducing the isobutane consumption：reducing the entrance pressure of refrigeration compressors to 120 kPa，increasing the low pressure solvent recovery system pressure to decrease the nitrogen use level of low pressure degassing warehouse，increasing the solvent ref ux tank pressure，and optimizing and adjusting the de-heavies column control modes and parameters. Through the optimization， the isobutane consumption was reduced from 334.6 kg/h to 230-240 kg/h，which was lower than the design value(277 kg/h).

high density polyethylene；isobutane；reduction of consumption；diluent；solvent recovery

1000 - 8144（2016）04 - 0486 - 05

TQ 316

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.04.018

2015 - 11 - 04；［修改稿日期］2015 - 12 - 28。

刘升（1978—），男，陕西省榆林市人，大学，工程师，电话 15353383555，电邮 liu_sheng@ycynh.com。