气相法聚丙烯工艺技术对比分析

2017-03-05 07:21:00李建神华榆林能源化工有限公司719000
化工管理 2017年22期
关键词:粉料床层工艺技术

李建(神华榆林能源化工有限公司, 719000)

气相法聚丙烯工艺技术对比分析

李建(神华榆林能源化工有限公司, 719000)

气相法聚丙烯工艺技术是一种重要的技术,是聚丙烯生产中的主要工艺,研究气相法聚丙烯工艺技术,从工艺的催化剂单元、反应单元以及粉料后处理单元等三大方面着手,对气相法聚丙烯工艺技术进行细致地分析。

气相法;聚丙烯工艺;技术

1 催化剂单元

催化剂单元是气相法聚丙烯工艺技术的重要组成部分,发挥着重要的作用。Novolen工艺主催化剂是一种暗灰色的固体粉末,主要由钛、镁(硅)氯、内给电子体和烃等组成。使用丙烯或矿物油配置。主要使用的进口主催化剂为PTK4320和LYNX1010两种,Innovene工艺催化剂是质量分数30%的悬浮液,主要使用的进口催化剂是CDi和P100两种,;Unipol工艺催化剂为悬浮液,主要使用的进口催化剂是SHCA320、SHCA330、C601等。

催化剂单元对比主要体现在两方面,第一,催化剂活性对比,调查研究显示,影响催化剂活性较大的因素,包括煤化工艺生产材料,其中会对催化剂活性产生不利影响的因素主要有二氧化碳、一氧化碳、硫、甲醇、水、氧等有毒物质,因此,为确保催化剂活性,采取必要的保护措施十分必要。在气相法聚丙烯工艺技术中,通常设计丙烯精制系统,保证丙烯中杂质含量符合要求,以免降低催化剂活性。第二,催化剂流程对比,Innovene工艺较为简单,主催化剂是先卸料到催化剂进料罐,然后通过加料罐泵送到反应器中去。Unipol工艺催化剂系统与Innovene工艺相似,但是Unipol工艺具备两套催化剂配套系统,方便在生产不同牌号产品时切换主催化剂种类。Novolen工艺催化剂流程比较复杂,催化剂为固体粉末,需要与液相丙烯混合成悬浮液,再通过加料泵输送至反应器。

2 粉料后处理单元

粉料后处理单元需要从两方面着手,第一,脱气尾气回收系统的对比,Unipol工艺粉料后处理单元的重要组成部分就是脱气尾气分离系统,可以将反应尾气中的氢气、乙烯与丙烯、丙烷等成分进行有效的分类,在分离之后再将丙烯返回到反应系统。Novolen工艺与Innovene工艺相似,设计有膜回收系统,脱气尾气经过膜分离单元有效将氮气和丙烯分离,分离后丙烯返回烯烃装置回炼,氮气返回脱气仓作为进化氮气使用。第二,净化系统对比。Unipol工艺、Innovene工艺和Novolen工艺的失活与净化系统相同,都需要使用含蒸汽的氮气对粉料进行处理。在处理过程中使用蒸汽进行处理,保证使用的催化剂可以有效的失活。在进行净化处理时,可以用氮气对粉料进行汽提,可以析出粉料中的溶解烃,使溶解烃可以通过尾气回收系统回收,进入到烯烃分离装置进行下一步处理,可以达到对丙烯进行有效的处理的目的。

3 反应单元

3.1 相对分子质量对比

相对分子质量对比是反应单元的重要组成部分,通过相对分子质量对比,可以了解Unipol工艺、Innovene工艺以及Novolen工艺,之间的不同,下面从这三个方面进行详细的阐述。第一,Unipol工艺的反应模型是全混流模型,调查研究显示,聚丙烯粉料在反应器中的停留时间,具有一定的分布规律,主要沿正态分布,如此一来,会导致粉料在反应器中的停留时间过短或者过长,保证粉料的相对分子质量分布均匀合理。第二、Innovene工艺,聚丙烯粉料的粒径会随着反应时间的延长而发生变化,反应时间越长,聚丙烯粉料粒径会逐渐变大,会推动整个床层的移动。在理论上讲,床层会呈柱塞流移动,使聚丙烯粉料在反应器中具有相同的停留时间,以便在搅拌叶片的转动下沿反应器进行混流,使3~4个混流反应器可以共同工作,且不会发生催化剂短路,因此,用Innovene工艺生产的聚丙烯粉料的相对分子质量分布较窄[1]。第三,Novolen工艺,聚丙烯粉料在螺带式搅拌器的作用下,会向上移动,直到休止角限后,才会向下流,流到反应中心,移出反应器,保证聚丙烯粉料在反应器停留的时间相同,但是,也存在一些问题,聚丙烯粉料极易受到螺带移动、出料管位置偏心的影响,使催化剂在反应器中的停留时间并不相同,影响了聚丙烯粉料的相对分子质量,使聚丙烯粉料相对分子质量分布相对较窄。

3.2 工艺流程对比

对Novolen工艺、Innovene工艺以及Unipol工艺的流程进行对比,可以对反应单元进行详细的了解,下面进行详细的阐述。第一,Unipol工艺,Unipol工艺的工艺流程较为简单,反应单元由反应器、循环气压缩机、换热器、PDS系统组成,主要依靠顶部膨大的流化床反应器与催化剂,使其在床层中自下而上的循环,有效进行聚合反应,生成聚丙烯粉料。聚丙烯粉料在循环中可以持续反应,使聚丙烯粉料的粒径不断增大。但是,由于反应器横截面增大,会减小气体流速,在重力作用的影响下,聚丙烯粉料会沿着反应器器壁下沉,实现气固,将粉料移出反应系统。第二,Novolen工艺,Novolen工艺的工艺流程也较为复杂,其主要反应单元是由旋风分离器、换热器、丙烯循环泵、反应器循环气压缩机、气液分离罐等组成的。采用带搅拌器的立式反应器,液相丙烯在压力3MPa、温度80℃的情况下进料,使反应床层流化,达到良好的聚丙烯粉料的分散效果与换热效果,确保聚丙烯粉料可以向第二反应器出料,反应热经换热器移出反应系统[3]。第三,Innovene工艺,Innovene工艺的工艺流程较为复杂,其反应单元主要是由喷射器、过顶分离罐、过顶冷却器、开车加热器、过顶旋风分离器、反应器、急冷液泵、循环气压缩机、气锁出料系统组成。采用搅拌器反应器,喷撒到床层上的催化剂进入聚丙烯粉料床层,使其可以与丙烯进行反应,生成聚丙烯粉料。在此情况下,新生成的聚丙烯粉料的粒径也在不断增大,会推动整个床层移动,使其向反应出料口移动,通过气锁出料系统向第二反应器出料,循环气使氢气均匀分布到床层各个层面,自下而上穿透床层,使床层松动但不流动,反应热经换热器移出反应系统。

3.3 抗冲产品质量对比

Unipol工艺较为简单,第一反应器与第二反应器之间设计PDS转移系统,可以避免第一反应器中的氢气流窜,窜入到第二反应器之中。

Novolen工艺较为特殊,反应器之间也没有气锁,主要依靠压差的作用,在压差的作用下,可以使第一反应器中的聚丙烯粉料直接随着气相进入第二反应器,向第二反应器中引入大量氢气,会出现氢气含量无法控制等问题影响抗冲产品质量。

Innovene工艺的的第一和第二反应器之间设有气锁,主要是利用尾气压缩机抽取尾气的方式清除气锁中的尾气,用气相丙烯对聚丙烯粉料进行汽提,消除粉料中的氢气,尽最大可能将第二反应器的氢气含量降到最低,达到保证第二反应器氢气平衡的目的,因此,Innovene工艺生产的聚丙烯抗冲质量较好,产品最为稳定。

3.4 生产能力

Novolen工艺与Innovene工艺在扩能潜力方面大致相同,在不更换反应器的情况下,可以在超过设计操作弹性上限后,出现以下后果,第一,提高出料量,使反应器的床层高度维持正常,缩短反应停留时间,缩小聚丙烯粒径尺寸,降低催化剂活性、增加细粉量,增加生产成本、降低产品质量。 Unipol工艺则与以上两种工艺存在较大的差别,反应体积需足够大,工艺扩能潜力较小。

3.5 生产连续性

在生产连续性方面三种工艺存在较大的差异,其中Novolen工艺的第一反应器器壁易形成粘壁料,在搅拌器的刮壁作用下,产生大块料,造成出料不畅。急冷液从反应器底部和顶部分别进入,气化后撤出反应热,因此床层温度梯度小,不易产生局部热点。反应器只设有一条出料线,一旦堵塞,需立即中断连续生产[2]。其中Innovene工艺与Unipol工艺的生产连续性较好,设计了冗余的气锁出料系统,可以在一定程度上提高Innovene工艺的连续性,不可否认的是,其中Unipol工艺的生产连续性是最好的。生产连续性直接影响到聚丙烯产品的质量,在反应单元发挥了重要的作用,是研究各种生产工艺,加深对气相法聚丙烯工艺技术的了解的关键。

4 结语

总而言之,气相法聚丙烯工艺技术在聚丙烯生产过程中表现出了巨大的优势,不仅操作简易,工艺流程简单,还具有较好的生产灵活性与较高的安全性,在聚丙烯新增产能中占据重要的位置,发挥重要的作用,达到了降低成本的目的,提升了市场的竞争力。可见,本文研究的气相法聚丙烯工艺技术具有重要的价值,对促进气相法聚丙烯工艺技术的发展,提升聚丙烯生产的效率与质量,不断创新,不断发展,达到理想的聚丙烯生产效果具有重要意义,对促进聚丙烯生产,提高企业的经济效益也十分重要。

[1]张伟.不同工艺技术生产的聚丙烯产品特点及市场应用比较[J].广东化工,2015,(14):81-83.

[2]杨韬.气相法聚丙烯工艺技术对比[J].石化技术,2015,(02):97-98+104.

[3]曾铮,胡冰洁,刘慧杰,陶玉林.聚丙烯生产工艺技术进展[J].化工时刊,2015,(07):49-53.

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