煤基石脑油裂解丙烯在聚丙烯生产中粉料结块问题及处理

李建伟 王 林

（国家能源集团宁夏煤业公司烯烃二分公司，国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤炭化学工业技术研究院,宁夏 银川 750411）

国家能源集团宁夏煤业集团有限责任公司烯烃二分公司聚丙烯装置，采用LUMMUS NOVOLEN工艺技术，设计生产能力为60万t/a，共有两条生产线。装置所用原料丙烯来自世界上首套以煤基石脑油为原料的乙烯装置，自2017年9月投料试车以来，聚合反应活性维持在15000—20000，同时存在粉料结块情况。粉料结块问题将造成卸料线堵塞，粉料处理系统的下料旋转阀卡塞[1]，严重时会将旋转阀卡停，影响装置稳定运行的同时，对旋转阀等设备造成硬性损伤。

烯烃二分公司聚丙烯装置与烯烃一分公司的两套聚丙烯装置选用工艺相同，但烯烃一分公司聚丙烯装置反应活性维持在30000～35000，且结块情况很少发生。烯烃一分公司原料丙烯来自上游MTP装置，而烯烃二分公司原料丙烯来自上游裂解装置，这是两者之间最主要的不同之处。

1 原料分析

为了解石脑油裂解装置生产的丙烯组分，烯烃二分公司委托中石化北京化工研究院对原料丙烯进行了详细检测，通过与设计指标对比，并未发现有异常组分。见表1。

北京化工研究院对原料丙烯共进行了10个大项117种组分进行了检测，并未发现有异常组分的存在。通过数据对比，北京化工研究院分析的项目较为全面，但检测精度较低。为此，我公司委托科莱恩化工（中国），对原料丙烯进行更深一步的检测。

表1 原料丙烯主要组分分析

科莱恩化工使用原料丙烯进行小试，并收集聚合反应后的气相组分，检测后发现反应后的气相组分中含有不饱和的顺式2-丁烯和3-甲基-1-丁烯，而在原料丙烯中并未检测到该组分。这可能是原料丙烯中杂质含量不高。

烯烃二分公司在对丙烯进行小试时，在反应结束后的反应器出现绿色或淡黄色油状物。通过丙烯闪蒸的方式，烯烃二分公司收集到油状物样品并寄往上海石油化工研究院进行检测，发现油状物中含有大分子类的含氧化合物。见图1。

图1 油状物组分检测结果

2 反应器运行情况

自2017年装置投料试车至今，烯烃二分公司使用的催化剂有格雷斯LYNX1010、科莱恩POLYMAX、营口向阳CS-G和任丘利和PG共四种，使用过程中均存在反应器粉料结块问题，且结块情况为间歇式，集中在某个时间段内出现。见图2。

图2 反应器出料系统出料输出趋势图

反应器出现结块时，从下料旋转阀处取出的块料可以看出，块料多为片状形式，而非类球状块料。

由此可以判断，反应器结块问题与催化剂关系不大，应为原料组分变化造成的粉料结块。

3 结块原因

粉料在反应器内出现结块，一般原因有三种：等规度偏低，粉料发黏；反应不均匀，床层内有局部热点；原料杂质多，反应过程中有静电产生[2]。等规度偏低时，粉料多以“板结式”块料出现，块料边角较为分明。床层内有局部热点时，粉料以熔融的方式结块，块料多呈类球状。反应过程中出现大量静电时，粉料会吸附在反应器壁上，形成片料后脱落。

根据聚丙烯的反应机理，不饱和烃类对聚合反应的主要影响是反应活性，与结块问题关系不大。从装置现场取出的片料来看（图3），反应器内应该是出现大量静电，导致粉料吸附在器壁上产生的片料[3]。

图3 旋转阀处块料形状

参照Unipol聚乙烯反应器静电产生的机理，反应器内出现大量杂质时，烷基铝与杂质反应产生大量的反应电荷，致使粉料吸附在器壁上产生片料。结合原料分析时，烯烃二分公司原料丙烯的组成较为复杂，且含有大分子含氧化合物。聚合反应活性偏低，为维持反应活性，反应器内三乙基铝的加入量较设计值高出25%左右。这些条件为静电的产生创造了条件，与现场取出片料的现状相对应。

4 处理建议

结合对聚丙烯装置块料产生的原因分析，应从两个角度来处理：对原料进行精制处理，脱除杂质；在反应过程中抑制静电的产生。在工业生产过程中，可以参考以下三点措施。

1）优化上游丙烯精制系统的操作条件。可通过降低上游负荷，增大丙烯精馏系统的回流比，满足丙烯原料的精制要求。

2）优化聚丙烯装置原料丙烯的精制系统。可通过测试不同吸附剂对含氧化合物的净值效果，选择适用烯烃二分公司的吸附剂，在丙烯精制系统中增加吸附脱除工序。

3）在聚丙烯反应器内加入抗静电剂。根据现有工艺流程，在硅烷储罐中增加抗静电剂，改善反应器内静电环境，减少反应器片料的产生。