降低Hostalen低压淤浆工艺聚乙烯装置协议品量的方法

郭云亮，池 亮，刘爱民，李连鹏

(中国石油吉林石化公司 乙烯厂，吉林 吉林 132022)

聚乙烯(PE)具有优良的加工性能、耐低温性、耐化学腐蚀性以及化学稳定好等优点，广泛地应用于农业、建筑业、石化行业和渔业等领域。聚乙烯是合成树脂中应用最广泛的品种，其生产能力长期居各塑料品种的第一位，在中国聚乙烯的消费结构主要包括薄膜、注塑制品、中空制品以及管材等。

聚乙烯树脂主要包括高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和一些特殊性能的产品。从聚合工艺来讲，聚乙烯的主要生产工艺有气相法的Unipol工艺，Innovene G工艺，Spherilene工艺和Borealis工艺等，溶液法的Sclairtech工艺和Dowlex工艺；淤浆法的Hostalen工艺，Chevron Phillips环管工艺，CX工艺以及Innovene S工艺等[1-5]。其中Hostalen淤浆工艺主要用来生产HDPE产品，由于其生产的产品具有出众的机械性能和加工性能等优点，在国内市场上的认可度相对较高，越来越多的石化企业引进了Hostalen淤浆生产装置，以满足国内用户的需求。

1 Hostalen低压淤浆工艺介绍

20世纪60年代中期，德国Hoechst公司开发了Hostalen聚乙烯工艺，目前该工艺为利安德巴塞尔工业公司(LyondellBasell)所有。Hostalen淤浆聚合工艺采用两台搅拌釜式反应器进行并联或串联聚合(见图1)，定制生产出高附加值的聚乙烯产品。Hostalen技术最突出特点是把最终产品的性能与聚合工艺过程完美地结合，该工艺可制备具有双峰分子量分布并且在高分子量PE链上具有高含量共聚单体的HDPE产品[6-7]。

图1 Hostalen聚合工艺流程

Hostalen工艺高密度聚乙烯装置由原料精制、聚合单元、粉料处理及输送、己烷精馏与回收、己烷储存与烷基铝稀释、挤压造粒、产品掺混及输送、夹套水、冷冻及公用工程等单元组成。聚合反应以乙烯为原料、1-丁烯为共聚单体、氢气为分子量调节剂、己烷为分散剂。

2 Hostalen低压淤浆工艺产品介绍

Hostalen工艺高密度聚乙烯装置可生产高强度薄膜料、压力管道材料、吹塑和注塑料、拉丝料、瓶盖料等高性能产品。高密度聚乙烯树脂具有良好的耐热性、耐寒性、化学稳定性，还具有较高的刚性和韧性，且机械强度好。可采用注射、挤出、吹塑和旋转成型等方法成型塑料制品[8-10]。

3 协议品产生过程

化工产品根据所执行的产品标准的规定，其质量等级可分为优级(等)品、一级(等)品、合格品；质量不符合产品标准的化工产品，根据使用价值的不同，可分为协议品、过渡料和劣质品。

协议品指的是非关键项目指标不合格但具有较高使用价值的不合格品，在化工销售企业与用户达成一致意见，签订定向销售协议的情况下进行产品降级出厂销售，一般协议品的价格低于合格品价格。因此，降低协议品比例可以提高装置竞争力，为企业创造效益。

协议品的产生主要因装置运行波动造成，比较典型的有以下五方面。一是原料质量波动，二是操作调整不及时，三是设备设施故障，四是各单元岗位间信息沟通不及时，五是添加剂问题。

4 降低协议品量的方法

(1)稳定控制聚合反应单元，加强产品质量监控。聚合反应过程是产品质量优劣的决定性环节，在实际操作过程中要依据中间过程分析结果，维持反应器内稳定的氢气乙烯比和丁烯乙烯比，减少粉料熔融指数和密度的波动，以保证良好且稳定的产品质量(Hostalen低压淤浆工艺中，熔融指数通过调节氢气用量或催化剂用量控制氢气乙烯比来实现，密度通过调节丁烯用量实现)，摸索建立反应参数与中控分析数据对应关系，依据此关系对运行参数进行必要的优化调整，缩小参数波动范围，防止产品质量超标。

氢气终止聚合反应，调控聚合物产品分子量。理论上，氢气和乙烯单体的比率越高，聚合反应越易终止，反应器内获得聚合物的分子量越低，相应的熔融指数越高。经过一段时间的收集，第一反应器氢气乙烯比和熔融指数数据见表1。其中，氢气乙烯比数据依据反应器在线分析中氢气分压和乙烯分压的比值计算得出；熔融指数为反应器淤浆样品，利用GB/T 3682.1—2018分析方法进行表征，条件为190 ℃、5 kg。

表1 第一反应器(R1)参数与中控分析数据对应关系

依据表1数据，获得图2。从中较为直观看出随着氢气乙烯比的增加，淤浆聚合物的熔融指数越高，与理论一致。此外，对于串联模式，氢气闪蒸罐压力越高，第二反应器中氢气浓度越高，链终止反应越容易，分子量越低，熔融指数越高。

P氢气/P乙烯图2 第一反应器(R1)参数与中控分析数据对应关系

(2)借鉴以往事故事件处理经验，完善应急预案，提高岗位员工应急水平。通过事故事件及应急处置培训提高班组岗位员工应急处置能力，避免或减少装置生产波动次数，降低协议品产生。

日常培训中要明确产品质量控制要求及原料质量出现异常时的处理思路。让各级管理人员、技术人员以及班组操作人员熟知岗位职责，清楚装置波动(事故)状态下，参数调整的方向和重要程度。

(3)加强关键设备及重要机组状态监测，提高机电仪专业日常维护水平，做好重要设备备品备件管理，推行预知性检修，减少机电仪故障造成装置波动等原因产生协议品。

反应器搅拌桨、淤浆泵、离心机、粉料输送风机、造粒机组等关键设备，要建立特保特护制度，指派专人定期巡检。

(4)优化己烷精制系统和丁烯回收系统运行方式。己烷是聚合反应的分散剂、丁烯为共聚单体，其质量的好坏，对产品质量影响同样较大。

己烷精制系统主要工艺流程见图3，应严格控制己烷蒸汽加热量等工艺参数保证己烷精馏塔对轻组分的脱除效果，使己烷中的不饱和烃达到要求。

图3 己烷精制系统主要工艺流程

加强对己烷及回收丁烯水含量监控，强化对己烷蒸发器壳程压力、精馏塔液位、回收丁烯洗涤塔底温等重点部位监控，保证己烷和回收丁烯质量稳定，主要工艺参数控制范围见表2。

表2 己烷精制系统主要参数控制范围

(5)加强各岗位之间的信息沟通，通过平稳生产运行来减少产品质量波动。重点监控己烷、回收丁烯中水含量，合理安排固定床(塔)切换周期，一般分子筛吸附塔不超过1个月，保证杂质脱除效果。

回收丁烯系统尽量长周期引入聚合反应，生产稳定情况下避免回收丁烯切除。如由于生产调整要求切除回收丁烯，应及时上提纯丁烯量保证熔融指数和密度合格，引入回收丁烯前反应岗位与回收岗位做好沟通，引入回收丁烯时要及时下调纯丁烯量保证指数和密度合格。

(6)加强造粒系统控制，避免粒料拖尾。造粒机组开停车时，模板一定要清理干净(尤其是开车切粒机合车前)，及时调整进刀压力、切粒机转速、颗粒水水温等参数。依据切粒模板使用情况，定期更换模板；停车时，务必检查切刀是否锋利，及时调整切刀与模板的配合间隙。

(7)消除造粒色粒问题。造粒色粒通常在造粒开停车阶段产生，尤其在更换模板或切刀后极易产生色粒，如模板填充不完全或填充时间过短。为避免色粒混入成品仓应采取以下措施。一是每次更换造粒模板后，务必保证模板填充完全，将模板内杂质完全置换，待经模板后的树脂颜色恢复正常方可进行合车；二是做好日常粒子检查，发现黑色粒子，立即切入不合格仓，避免不合格料混入成品仓；三是平稳控制熔融泵波动，保持树脂对混炼机螺杆的支撑和润滑。防止因压力大幅波动，造成混炼机腔体内盲区碳化物受压力波动影响脱落，然后混入熔融树脂并造粒，生成黑色粒子；四是根据造粒停、开车间隔时间，保证好开车初期粒子送入不合格品仓的时间，防止开车初期由于置换不彻底，造成零星黑色粒子混入成品仓，引起产品质量问题。

(8)加强与销售公司以及下游客户的交流联系，通过定期走访或从销售公司处了解下游客户加工使用情况，依据反馈意见进行工艺优化调整，不断提升产品质量，避免产品质量投诉，减少装置协议品的产生。

5 总 结

生产装置协议品的大量产生，既影响企业经济效益，又影响品牌形象。全面分析协议品产生原因，通过优化工艺过程控制，可以从根本上降低装置协议品产生量。对于Hostalen装置，加强产品质量的控制，要从全方位、多角度去优化控制，不仅关注聚合反应参数，还要关注己烷精制、丁烯回收、风送造粒等系统的运行情况。此外淤浆泵、离心机、造粒机组等关键设备要重点监控，避免设备故障引起的产品质量波动。不断提高技术和操作人员的应急水平，同样有助于减少装置波动次数，降低装置协议品产生量。