摘 要：本文分析了氣相法聚乙烯反應(yīng)器中靜電的形成及對反應(yīng)造成的危害，并根據(jù)不同的靜電產(chǎn)生的原因分析了靜電的消除方法，靜電產(chǎn)生后應(yīng)采取有效地措施進行預(yù)防，及時消除靜電才能保證裝置運行情況良好。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；反應(yīng)器；靜電；消除

武漢乙烯線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置采用氣相法冷凝工藝。該工藝投資少，工藝簡單，主要通過反應(yīng)氣體循環(huán)過程中在催化劑的作用下聚合生成原粒聚乙烯樹脂，循環(huán)氣起到反應(yīng)和提供流化的作用。在流化狀態(tài)下，顆粒與顆粒，顆粒與壁面以及顆粒與氣體之間存在不斷的碰撞和摩擦，原料中存在的雜質(zhì)在與活化劑三乙基鋁反應(yīng)的過程中會分別生成正負靜電引發(fā)劑，因此，不可避免地會造成靜電的產(chǎn)生和積累。

產(chǎn)生的靜電會嚴重影響流化床內(nèi)的流體流動行為，形成死區(qū)和溝流，并造成顆粒團聚、粘壁甚至熔融結(jié)片等現(xiàn)象的發(fā)生。當靜電積累到一定程度，還可能引起火花放電甚至爆炸。

反應(yīng)器的靜電情況對我們能否順利開車成功有著很大的影響，它也是開車平穩(wěn)后操作人員需要注意的最重要的參數(shù)之一，因此弄清楚流化床反應(yīng)器中靜電的產(chǎn)生機理對我們今后的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。

1 靜電的產(chǎn)生

一般來說，產(chǎn)生電荷和消除電荷是同時進行的，整個系統(tǒng)的帶電情況遵循電荷守恒定律：聚合電荷=產(chǎn)生電荷一消除電荷。在流化床反應(yīng)器中，循環(huán)氣中的粉料在反應(yīng)器中主要存在兩種接觸方式，分別是粉料與粉料之間的接觸以及粉料與反應(yīng)器壁之間的接觸。粉料之間的接觸發(fā)生在同一種材料之間并且隨機發(fā)生的，因此會產(chǎn)生偶極電荷粒子的分布；粉料與反應(yīng)器壁接觸時會在接觸點產(chǎn)生同性電荷，直到他們之間的電壓達到平衡值。通常這兩種方式產(chǎn)生的靜電量能被異性電荷中和，或是產(chǎn)生的少量較弱的靜電能被反應(yīng)器的接地及出料系統(tǒng)的出料帶出，所以這種方式產(chǎn)生的靜電對操作影響基本上可以忽略不計。

而在反應(yīng)器使用鈦系催化劑時，需要向反應(yīng)器內(nèi)注入還原劑三乙基鋁，其化學(xué)式為Al（C2H5）3。如果系統(tǒng)中存在雜質(zhì)與三乙基鋁反應(yīng)，則產(chǎn)生靜電引發(fā)劑，破壞反應(yīng)器內(nèi)的靜電平衡而產(chǎn)生問題。三乙基鋁在反應(yīng)器中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)系統(tǒng)中一般的常見的帶電雜質(zhì)有：水、甲醇、乙醇、氧氣等，其中水是負靜電引發(fā)劑，后三者是正靜電引發(fā)劑。本裝置中產(chǎn)生靜電影響的一般是水和氧氣。根據(jù)分析和實踐證明，氧氣主要來源于氮氣，隨著氮氣中的氧含量增加，正靜電也增加。水主要來源于共聚單體，水含量增加，負靜電也增加。

另外，樹脂中細粉量過多、過細，也會加劇靜電的產(chǎn)生，粒徑最小、灰分含量最高的細顆粒對靜電壓的影響最為顯著。因此，控制反應(yīng)器的粒徑分布對于反應(yīng)器中的靜電情況也有一定的影響。

2 靜電對反應(yīng)器的危害及預(yù)防

2.1 靜電對反應(yīng)器造成的危害

聚乙烯流化床反應(yīng)器易產(chǎn)生靜電的這一特點決定了反應(yīng)將始終處于靜電的環(huán)境中進行。聚乙烯粉料在反應(yīng)器中受到浮力，重力，拖曳力以及靜電力的作用。浮力和重力的作用維持流化床的流化狀態(tài)床層的料位。靜電力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子從器壁上脫開的。帶電樹脂顆粒產(chǎn)生的電場使粒子向反應(yīng)器壁方向運動。起初，氣泡和固體運動產(chǎn)生的拖曳力比靜電力占有主導(dǎo)地位。原料精制系統(tǒng)精制效果下降時進入流化床反應(yīng)器的雜質(zhì)含量會不斷升高，聚合靜電會在反應(yīng)器中不斷累積。當靜電超過拖曳力時，在反應(yīng)器壁上便會形成含有催化劑的正在聚合著的樹脂粉層。

由于反應(yīng)器壁上的樹脂粉層與流化氣體沒有足夠的接觸，因此，反應(yīng)熱的移出是有限的。其結(jié)果使反應(yīng)器壁上的細粉熔融并粘結(jié)在反應(yīng)器壁上，其它的顆粒粘附在融化層上，直至顆粒尺寸逐漸增大，從反應(yīng)器壁上掉下來為止。另外，反應(yīng)器的特殊擴大段設(shè)計使細粉由于料位或氣速控制不當，而沉積在膨脹段的斜坡上，易于形成結(jié)片。當產(chǎn)生的樹脂重力大于靜電力和流化力時，從器壁上落下，落到分布板上，形成結(jié)塊和引起其它問題。

2.2 操作中對靜電的預(yù)防

應(yīng)器中靜電形成的機理，我們就可以結(jié)合這些原因來預(yù)防靜電的形成以及盡快的消除靜電。在流化床反應(yīng)器上安裝三個靜電檢測裝置，分別檢測因射流和氣墊的存在而空隙率大、靜電壓較低的“分布板區(qū)”，顆粒濃度和電荷密度較大、靜電壓較高，且氣流曳力最小、顆粒極易粘壁的“滯留區(qū)”以及細顆粒揚析量較多、壁面附近靜電壓較高、顆粒粘壁現(xiàn)象嚴重的“料位區(qū)”的靜電情況來檢測反應(yīng)器的靜電情況。根據(jù)反應(yīng)靜電情況及時采取相應(yīng)的措施操作。盡量減少靜電對反應(yīng)造成的不良影響，靜電對反應(yīng)器的影響主要包括反應(yīng)開車時以及在正常操作過程中。

開車初期存在過高的靜電如果無法及時消除會造成床層流化狀態(tài)的惡化，甚至?xí)斐煞磻?yīng)器開車的失敗。停車時反應(yīng)器壁暴露空氣之前如果沒有水解床層，樹脂粉料中殘存的三乙基鋁等雜質(zhì)會和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成會誘導(dǎo)靜電的物質(zhì)，在開車時反應(yīng)器循環(huán)升溫的過程中會產(chǎn)生較高的靜電。因此在停車后要加入一定量的水充分水解床層。水解床層時水和粉料中殘存的三乙基鋁反應(yīng)會生成醇類物等吸附在反應(yīng)器壁上在下一次反應(yīng)開車時產(chǎn)生正靜電。不過這些靜電隨著脫水的進行會自行減弱甚至消失。反應(yīng)器在開車前要進行充分的脫水和脫氧，若不夠充分，也會因為反應(yīng)器靜電過高而造成開車失敗。

在正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電主要是由于原料中的雜質(zhì)含量超標以及靜電的積累造成的。因此在反應(yīng)過程中要嚴格控制原料中的雜質(zhì)含量，防止過量的水，氧，醇等進入反應(yīng)器。因此要緊密監(jiān)視各精制床層溫度的變化，及時進行精制床層的再生和切換保證良好的脫水脫氧效果。在日常的操作過程中也要注意精心操作，防止操作過程中帶入水和氧等雜質(zhì)進入反應(yīng)器產(chǎn)生過多的靜電。例如在雨天處理反應(yīng)器儀表故障或拔出催化劑時如果帶入水或者氧氣進入反應(yīng)器會造成靜電值升高。另外在反應(yīng)系統(tǒng)改變工藝流程時也要小心操作防止工藝參數(shù)的劇烈波動引起靜電平衡的破壞。

為了減少反應(yīng)器靜電造成的粉料粘壁現(xiàn)象，可以在反應(yīng)器初始開車時對反應(yīng)器壁進行化學(xué)處理，對反應(yīng)器壁表面鍍鉻可以減少樹脂粉料在粉料上的結(jié)塊。

3 反應(yīng)器出現(xiàn)靜電時采取的主要措施

目前產(chǎn)生靜電后的主要方法是向反應(yīng)器中注入對應(yīng)的抗靜電劑來消除反應(yīng)中過量的靜電，主要原理是通過往反應(yīng)器中注入水來消除過量的正靜電，往反應(yīng)器中注入醇來消除過量的負靜電。由于水和醇本身也是產(chǎn)生反應(yīng)器靜電的物質(zhì)，因此在加入抗靜電劑的過程中一定要控制好加入量，緩慢加入抗靜電劑，防止靜電反相的發(fā)生?？轨o電劑的注入點距反應(yīng)器分布板越近，抗靜電系數(shù)越好。本裝置中的抗靜電劑注入點位于循環(huán)氣進入反應(yīng)器的入口管線上。

當反應(yīng)器中靜電較小時，主要需要穩(wěn)定工藝參數(shù)，降低催化劑注入量的同時提高三乙基鋁加入量，并密切注意靜電情況以及反應(yīng)器壁溫的變化，小心加入靜電消除劑，正電加水負電加甲醇，加入量由小到大，同時給反應(yīng)器一定的防空量以利于靜電的消除。當反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生高于2000V以上的靜電時，并且靜電持續(xù)不下，在注入靜電消除劑后不起作用時，應(yīng)立即注入終止劑CO終止反應(yīng)。靜電產(chǎn)生時三乙基鋁的加入量應(yīng)適當增加，并要首先降低或停止催化劑的加入。

4 結(jié)語

對流化床反應(yīng)器中的靜電形成機理和靜電的消除方法的研究還遠遠沒有達到先進水平，國內(nèi)的裝置生產(chǎn)情況跟國外先進水平相比還有一段距離，我們要加強對靜電問題的理論研究，并結(jié)合今后生產(chǎn)中的各種實際問題，不斷總結(jié)經(jīng)驗。盡量減少靜電對反應(yīng)器造成的危害，實現(xiàn)裝置運行的安全穩(wěn)定。

參考文獻：

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[2]張子成.流化床反應(yīng)器的靜電與結(jié)片的消除方法[J].煉油與化工，2007，2（18）：24-26

作者簡介：池洋，助理工程師。