蔣志魁 （中國(guó)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

一、概述

UNIPOL聚乙烯工藝在國(guó)內(nèi)氣相法聚乙烯工藝中占據(jù)主導(dǎo)地位，目前，國(guó)內(nèi)許多聚烯烴廠家也在逐漸采用UNIPOL聚丙烯工藝，該類型工藝技術(shù)具有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備少、流程短、投資少、易操作和產(chǎn)率高等特點(diǎn)，具有很高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的UNIPOL聚乙烯和UNIPOL聚丙烯的市場(chǎng)占有份額逐年提高。市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也必將隨著裝置的增多而愈加的劇烈，對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的裝置來(lái)說(shuō)，在裝置現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上提高裝置的運(yùn)行負(fù)荷是提高裝置競(jìng)爭(zhēng)力的最為有效的手段，通常對(duì)于聚烯烴裝置來(lái)說(shuō)，聚烯烴流化床反應(yīng)器的負(fù)荷可以提高至110%～115%，例如一套生產(chǎn)負(fù)荷37.5t/h的聚烯烴裝置，其負(fù)荷可以提高至42t/h～44t/h，造粒工段擠壓機(jī)的負(fù)荷一般也在聚合工段負(fù)荷的120%左右（45t/h～48t/h），那么產(chǎn)品出料系統(tǒng)的效率和負(fù)荷變成了制約裝置負(fù)荷提高的關(guān)鍵因素。

二、UNIPOL聚烯烴PDS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

聚烯烴裝置是以流化床反應(yīng)器為核心的氣固相聚合技術(shù)。在流化床反應(yīng)器中，循環(huán)氣壓縮機(jī)提供氣體循環(huán)的動(dòng)力，所有原料以氣體（或液滴狀）形式與處于流化床中分散的固相狀態(tài)的催化劑相接觸，按照聚合反應(yīng)機(jī)理，在催化劑表面形成聚烯烴長(zhǎng)鏈分子。循環(huán)的氣體帶走反應(yīng)床層的熱量，并最終通過(guò)循環(huán)回路上的換熱器帶走反應(yīng)熱量。反應(yīng)器內(nèi)的樹(shù)脂數(shù)量通過(guò)床層重量和料位控制PDS系統(tǒng)間歇出料來(lái)維持，從而維持床層重量穩(wěn)定，負(fù)荷穩(wěn)定。通常每個(gè)反應(yīng)器對(duì)應(yīng)2套PDS系統(tǒng)，對(duì)于低堆積密度或單線能力較大的反應(yīng)器，也可增加PDS系統(tǒng)的套數(shù)。每套PDS包括1個(gè)產(chǎn)品罐（PC），1個(gè)產(chǎn)品吹出罐（PBT），12個(gè)自動(dòng)控制閥和2個(gè)共用交叉閥。如下圖所示，其流程為反應(yīng)器內(nèi)密相輸送樹(shù)脂從反應(yīng)器底部在壓差的作用下排到產(chǎn)品室（PC），氣體返回進(jìn)入反應(yīng)器樹(shù)脂床層的頂部。相同的，PC罐在壓差的作用下降粉料樹(shù)脂輸送至PBT罐，PBT罐再輸送至產(chǎn)品受槽或其它系統(tǒng)，單套運(yùn)行時(shí)，PC和PBT罐中的氣體排放至產(chǎn)品受槽，兩套PDS交叉運(yùn)行時(shí)，PC和PBT氣體先通過(guò)“W”和“X”交叉閥門互為升降壓，少量的氣體排放至接收倉(cāng)。兩套PDS交叉運(yùn)行效率降低，但氣體排出量較少，有利于降低產(chǎn)品單耗。

三、PDS系統(tǒng)的負(fù)荷影響因素及優(yōu)化改造方案

1、反應(yīng)器的冷凝量影響及優(yōu)化

高負(fù)荷運(yùn)行下的聚烯烴反應(yīng)器通常在冷凝態(tài)下運(yùn)行，即隨著反應(yīng)器的運(yùn)行負(fù)荷升高，進(jìn)入反應(yīng)器底部的循環(huán)氣溫度會(huì)越來(lái)越低，某一程度下，循環(huán)氣溫度會(huì)低于循環(huán)氣本身的露點(diǎn)溫度，從而使進(jìn)入反應(yīng)器的循環(huán)氣內(nèi)產(chǎn)生小液滴，反應(yīng)器的負(fù)荷越高，循環(huán)氣內(nèi)產(chǎn)生的冷凝液體越多。在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，冷凝量一般維持在8%～10%，冷凝量超過(guò)10%以上是，反應(yīng)器就進(jìn)入了深度冷凝狀態(tài)，在深冷狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)器的出料同時(shí)會(huì)帶入部分液相進(jìn)入到PDS系統(tǒng)中。c隨著PDS系統(tǒng)壓力的逐步降低，氣體也會(huì)隨之氣化，導(dǎo)致PDS系統(tǒng)壓力升高，從而使得PDS交叉泄壓的時(shí)間增加，甚至?xí)?dǎo)致PDS超壓停運(yùn)。PDS的運(yùn)行效率就會(huì)下降，影響其出料負(fù)荷。反應(yīng)器的冷凝量不是一個(gè)直接可以控制的參數(shù)，通常的影響因素有反應(yīng)器負(fù)荷、反應(yīng)溫度、循環(huán)氣量、反應(yīng)器入口溫度、循環(huán)氣組成、組分的熱焓等。冷凝百分含量的技術(shù)如下：隨著反應(yīng)器負(fù)荷的提高，冷凝量會(huì)隨之升高，一般調(diào)整冷凝量的最簡(jiǎn)單方法是略微提高床層溫度來(lái)保證冷凝量維持在一個(gè)合適范圍內(nèi)，從而保證PDS系統(tǒng)的出料效率及負(fù)荷。

2、粉料性質(zhì)的影響和優(yōu)化

作為PDS系統(tǒng)的輸送介質(zhì)，粉料的物料性質(zhì)是影響PDS出料效率的關(guān)鍵因素。粉料的性質(zhì)取決于催化劑本身的性質(zhì)及反應(yīng)器產(chǎn)品質(zhì)量控制。

聚烯烴粉料形成的過(guò)程是烯烴物料在催化劑表面聚合反應(yīng)的過(guò)程，那么催化劑顆粒的形狀就決定了粉料顆粒的形狀，依聚丙烯工藝為例，使用進(jìn)口催化劑時(shí)生產(chǎn)出來(lái)的均聚產(chǎn)品堆積密度在0.28～0.30g/ml，粉料為不規(guī)則顆粒狀。在相同的接料時(shí)間和循環(huán)時(shí)間內(nèi)，隨著粉料堆積密度的增大，PDS出料效率會(huì)增加。目前，國(guó)產(chǎn)聚烯烴催化劑技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，其催化劑顆粒規(guī)則性要優(yōu)于進(jìn)口催化劑，如國(guó)內(nèi)某些廠家生產(chǎn)的催化劑粒型較為規(guī)整，所生產(chǎn)的產(chǎn)品粉料堆積密度可以達(dá)到0.34～0.38g/ml，PDS的出料效率可以提高5%左右。

3、PDS運(yùn)行方式及閥門設(shè)定時(shí)間的優(yōu)化

PDS系統(tǒng)的運(yùn)行方式包括兩種，第一種運(yùn)行方式為每套PDS獨(dú)立運(yùn)行，也叫交替運(yùn)行模式，即不投用兩套PDS系統(tǒng)之間的交叉閥門（如上圖，PC罐交叉閥門：W，PBT罐交叉閥門：X），每套PDS通過(guò)自身配置的泄壓或升壓閥門（泄壓閥門：L、M，升壓閥門：J、P閥組）來(lái)泄壓或升壓至聯(lián)鎖滿足壓力，該運(yùn)行方式下PC罐和PBT罐均需要較長(zhǎng)的升壓或降壓時(shí)間，第二種運(yùn)行方式為兩套PDS交叉運(yùn)行，該運(yùn)行方式下，需將交叉閥門W和X投至“AUTO”模式下，兩套PDS的PC罐和PBT罐可以在運(yùn)行過(guò)程中互為升降壓，此種方式略微降低了PDS的運(yùn)行效率，但可以大大降低反應(yīng)器的氣體排出量。

PDS閥門的設(shè)定時(shí)間是PDS系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，也是影響PDS出料效率的關(guān)鍵參數(shù)之一，需要設(shè)定時(shí)間的閥門包括：控制PC罐接料時(shí)間的B閥，PC罐之間的氣相平衡閥W閥，PC出料至PBT的閥門D閥，PBT罐之間的氣相平衡閥X閥，下表是某套年產(chǎn)30萬(wàn)噸聚丙烯裝置典型的閥門設(shè)定時(shí)間：

閥門B W D X閥門用途PC罐接料反應(yīng)器樹(shù)脂閥門PC罐之間氣相平衡閥門PC出料至PBT罐閥門PBT罐之間氣相平衡閥門典型的設(shè)定時(shí)間42s 33s 37s 33s

典型的設(shè)定時(shí)間多數(shù)不適合實(shí)際生產(chǎn)裝置的要求，過(guò)于寬松的時(shí)間設(shè)定可以滿足PDS系統(tǒng)的基本運(yùn)轉(zhuǎn)，卻大大降低了PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷。尤其是隨著PDS系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，閥門內(nèi)漏情況會(huì)逐步增加，PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷很難滿足裝置正常負(fù)荷下的運(yùn)行。在反應(yīng)器工況或PDS系統(tǒng)工況發(fā)生變化時(shí)，通常需對(duì)PDS系統(tǒng)的閥門設(shè)定時(shí)間進(jìn)行重新的優(yōu)化來(lái)保證PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷穩(wěn)定，

1.B閥的時(shí)間優(yōu)化，在PDS系統(tǒng)首次裝填時(shí)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)敲擊的方式來(lái)判斷PC罐的裝填情況，通常PC罐的粉料要達(dá)到裝填體積的95%～100%為最佳。

2.W閥、X閥的時(shí)間優(yōu)化，PC罐或PBT罐壓力平衡是優(yōu)化W閥和X閥設(shè)定時(shí)間的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

3.D閥的時(shí)間優(yōu)化，在一定的B閥接料時(shí)間下，D閥的時(shí)間不會(huì)變化太大，PC罐的核料位低低報(bào)警出現(xiàn)，D閥延遲5～10秒關(guān)閉。

4、閥門壽命的影響及閥座材質(zhì)的選擇

由于PDS系統(tǒng)工藝技術(shù)的特點(diǎn)，通常PDS閥門會(huì)面臨如下的挑戰(zhàn)：1.極高的動(dòng)作頻率和循環(huán)次數(shù)。閥門由PDS控制系統(tǒng)控制每年動(dòng)作次數(shù)約50萬(wàn)次，頻繁的動(dòng)作對(duì)閥門及所有附件需要極高的可靠性。2.大量聚合產(chǎn)品顆粒，對(duì)閥門密封面的極度磨損。3.高壓差，對(duì)閥門的沖刷嚴(yán)重。4.閥門開(kāi)關(guān)時(shí)快速動(dòng)作。要求6″口徑及以下的閥門，開(kāi)關(guān)時(shí)間在1.5秒內(nèi)，6″口徑以上的閥門，開(kāi)關(guān)時(shí)間在2.5秒內(nèi)。這樣可以在排料時(shí)減少對(duì)流化床反應(yīng)的影響。[1]針對(duì)閥門的這些特點(diǎn)，PDS閥門極易出現(xiàn)故障，閥門的壽命嚴(yán)重影響PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷。因此PDS系統(tǒng)對(duì)閥門的要求極為嚴(yán)格。目前，世界上生產(chǎn)該種閥門的廠家有德國(guó)的ARGUS公司、美國(guó)的Neles-Jamesbury公司以及日本的KTM公司，其中德國(guó)的ARGUS公司和日本的KTM公司閥座采用軟閥座或金屬閥座，美國(guó)的Neles-Jamesbury公司的閥門均為金屬閥座。各公司閥門閥座的形式如下：

閥門AA A B C D E G G G H J M W X ARGUS公司Metal Soft Metal Soft Metal Metal Metal Metal Soft Metal Metal Metal Metal KTM公司metal Soft Metal Soft Metal Metal Metal Metal Soft Metal Metal Metal Metal Neles-Jamesbury公司Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal

通常情況下，使用PEEK或lyton材料的軟閥座也是可以接受的，只是其使用壽命要小于金屬閥座閥門。金屬閥座的閥門壽命一般在2～3年，軟閥座閥門的壽命一般不超過(guò)2年。無(wú)論何種材質(zhì)的閥座，超過(guò)其使用壽命時(shí)，一定要對(duì)閥門進(jìn)行檢修，來(lái)保證閥門的正常運(yùn)行，保證PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷穩(wěn)定。

5、PDS系統(tǒng)的改造及運(yùn)行周期的優(yōu)化

PDS的運(yùn)行周期包括PDS工作時(shí)間和等待時(shí)間，PDS系統(tǒng)的等待時(shí)間是PDS系統(tǒng)作為疲勞容器的安全要求，如何有效的降低PDS的工作時(shí)間是提高PDS運(yùn)行效率和負(fù)荷的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)以下PDS系統(tǒng)的改造來(lái)有效的降低PDS工作時(shí)間，提高PDS效率和負(fù)荷。

1.增大輸送協(xié)助氣的流量，減少粉料輸送時(shí)間。增加瞬時(shí)輸送氣的流量至原來(lái)的2倍，提高輸送粉料樹(shù)脂至下游設(shè)備的流量，減少輸送時(shí)間。

2.減少輸送管線的彎頭數(shù)量，加快粉料輸送。三個(gè)彎頭足夠滿足粉料輸送線的布置，一個(gè)彎頭布置在PBT罐下方，一個(gè)彎頭連接輸送管線至產(chǎn)品接受倉(cāng)框架，一個(gè)彎頭進(jìn)入產(chǎn)品接受倉(cāng)。

3.取消PC/PBT交叉閥管線的限流孔板，可控的打開(kāi)交叉閥門（W、X），減少交叉升降壓時(shí)間。將交叉管線的限流孔板取消，設(shè)定在進(jìn)行交叉升降壓操作時(shí)，交叉閥W、X初始開(kāi)度15～20%，并維持幾秒鐘的時(shí)間，之后以一定的斜率全開(kāi)至100%。預(yù)計(jì)PC罐壓力平衡時(shí)，W閥的設(shè)定時(shí)間可以降至15秒左右，PBT罐壓力平衡時(shí)，X的設(shè)定時(shí)間可以降至10秒左右。

通常經(jīng)過(guò)上述的改造與優(yōu)化，PDS的運(yùn)行周期可以減少30～40秒，PDS的效率和負(fù)荷可以提高20%左右。

四、結(jié)論

隨著煤化工行業(yè)和催化劑技術(shù)的發(fā)展，聚烯烴市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈劇烈，裝置的生產(chǎn)負(fù)荷也隨之而擴(kuò)大，從原來(lái)的不足10萬(wàn)噸/年，到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)單套最大負(fù)荷裝置已達(dá)45萬(wàn)噸/年，催化劑國(guó)產(chǎn)化的種類也多種多樣，且需要頻繁切換生產(chǎn)多種牌號(hào)的聚烯烴產(chǎn)品來(lái)及時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)的需求，這些都要求裝置穩(wěn)定高負(fù)荷運(yùn)行才能多創(chuàng)效益，PDS系統(tǒng)作為反應(yīng)器的“后路”，其效率和負(fù)荷尤為關(guān)鍵。

通過(guò)合理的調(diào)控反應(yīng)器的參數(shù)，減少對(duì)PDS系統(tǒng)的影響；改進(jìn)催化劑的性質(zhì)，生產(chǎn)出優(yōu)良性質(zhì)的粉料；選擇合理的PDS運(yùn)行方式，根據(jù)生產(chǎn)工況及時(shí)的優(yōu)化PDS閥門時(shí)間；選擇長(zhǎng)壽命的PDS閥門，并制定合理的維護(hù)和檢修措施來(lái)延長(zhǎng)閥門的壽命；對(duì)PDS系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，減少PDS的運(yùn)行周期，有效的提高催化劑的效率和負(fù)荷。通過(guò)這些優(yōu)化和改造，可以將裝置PDS系統(tǒng)的效率和負(fù)荷提高至130%，來(lái)確保裝置的穩(wěn)定高負(fù)荷運(yùn)行。

[1]陳星賞.聚烯烴裝置產(chǎn)品排料閥的特性及長(zhǎng)周期運(yùn)行的對(duì)策[J].科技與企業(yè) 2011，（7）。