(神華寧煤集團烯烴二分公司，寧夏靈武 750411)

神華寧煤集團45萬噸/年聚乙烯裝置概況及試車分析

田東鵬

(神華寧煤集團烯烴二分公司，寧夏靈武 750411)

本文介紹了神華寧煤集團45萬噸/年聚乙烯裝置概況、工藝特點、主要工藝流程和產(chǎn)品方案?？偨Y(jié)裝置原始投料試車情況，統(tǒng)計了裝置試車過程中的原料消耗，并對試車原料單耗高的原因進行分析，為裝置后續(xù)生產(chǎn)提供有力支持。

聚乙烯，Unipol技術(shù)，催化劑，產(chǎn)品方案，試車分析

1 裝置概況

神華寧煤集團烯烴二分公司聚乙烯裝置是神華寧煤煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用項目的主工藝裝置之一，該裝置采用美國UNIVATION公司UNIPOL低壓氣相流化床聚乙烯技術(shù)[1-3]。該工藝以乙烯為主要原料，1-丁烯和1-己烯為共聚單體[4-5]，在高活性催化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚乙烯產(chǎn)品。

本裝置采用單線操作，設(shè)計年操作時間為8000h，年生產(chǎn)能力為45萬噸聚乙烯顆粒樹脂，操作彈性為設(shè)計能力的60%～110%。可生產(chǎn)線性低密度和高密度聚乙烯樹脂，設(shè)計的產(chǎn)品方案共15個牌號，產(chǎn)品密度范圍為0.918g/cm3～0.965g/cm3，熔融指數(shù)范圍為0.05～155，可用于生產(chǎn)薄膜、包裝袋、容器、管材等制品。

2 裝置特點

2.1 Unipol聚乙烯技術(shù)

美國Univation公司的Unipol氣相法PE技術(shù)，自1968年首套裝置工業(yè)化以來，至今全球具有100多套生產(chǎn)裝置，產(chǎn)能超過12000kt/a。該技術(shù)工藝流程簡單，設(shè)備臺數(shù)少，技術(shù)指標先進、操作、維修及建設(shè)費用低，而且擴能改造容易[6]；由于固態(tài)和淤漿催化劑及茂金屬催化劑的高活性，聚合物中鈦的殘留量為1mg/kg～3mg/kg，產(chǎn)品不需脫除催化劑殘留，對環(huán)境污染較小[7-9]；用單一反應(yīng)器可生產(chǎn)高、中、線性低密度的聚乙烯產(chǎn)品；反應(yīng)器內(nèi)部無設(shè)備，通過擴展的上部進行氣固分離，不需旋風(fēng)分離器或其它氣固分離設(shè)備；采用冷凝態(tài)和超冷凝態(tài)聚合操作方式，極大地提高了反應(yīng)器的撤熱能力，從而使反應(yīng)器處理能力得到很大程度的提高[10]；排放氣回收產(chǎn)生的單體可以返回反應(yīng)系統(tǒng)，原料單耗低。

2.2 本裝置工藝節(jié)能設(shè)計

本裝置采用低能耗和低物耗的工藝技術(shù)，合理利用裝置內(nèi)的能量，在保證裝置長期穩(wěn)定運行的前提下節(jié)約了能源。原料乙烯在進脫CO塔之前，與乙烯脫氧床出來的熱乙烯換熱，充分利用乙烯脫氧反應(yīng)的反應(yīng)熱預(yù)熱乙烯后進脫CO塔，節(jié)省了蒸汽耗量；粉料樹脂下料系統(tǒng)輸送氣采用回收系統(tǒng)壓縮尾氣，只在回收系統(tǒng)故障時采用氮氣作為輸送氣，節(jié)省了氮氣消耗；排放氣回收的單體可以直接返回反應(yīng)系統(tǒng)，使原料單耗降低，同時排放氣回收還采用了低溫壓縮冷凝回收工藝，節(jié)省了投資和能耗；在裝置Ⅲ型停車工況下，循環(huán)氣壓縮機利用自身出口氣體驅(qū)動維持至少10min的工作時間，這解決了工藝的爆聚問題，也減少了EPS電源的設(shè)置，節(jié)約了能源。

3 裝置主要工藝過程

Unipol聚乙烯工藝流程圖如圖1所示，工藝過程主要包括原料精制、催化劑配制、聚合反應(yīng)、粉料脫氣、擠出造粒等[11-12]。乙烯和共聚單體加入流化床反應(yīng)器，在Ziegler-Nata鈦系催化劑/鉻系催化劑/茂金屬催化劑/雙峰催化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)溫度85℃～110℃、壓力約2.41MPa。聚合粉料通過PDS裝置間歇排出，經(jīng)過脫氣后進行造粒。

圖1 Unipol聚乙烯工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of Unipol polyethylene

3.1 原料精制單元

3.1.1 乙烯精制

乙烯作為聚合反應(yīng)的主要原料，在催化劑的作用下通過陰離子配位聚合得到聚乙烯。本裝置使用的乙烯由裂解裝置產(chǎn)生，進入裝置后分別經(jīng)過脫氧、脫一氧化碳、干燥、脫二氧化碳，凈化后的乙烯純度達到質(zhì)量分數(shù)99.95%以上，然后計量加入聚合反應(yīng)器。

3.1.2 共聚單體精制

本裝置所使用的共聚單體包括1-丁烯和1-己烯，1-己烯作為共聚單體由于其較長的側(cè)鏈，使產(chǎn)品具有更高的韌性和強度。共聚單體進入裝置后通過脫氣塔除去O2、CO、CO2等輕組分雜質(zhì)，然后經(jīng)過共聚單體泵加壓后通過干燥器干燥，精制后的1-丁烯純度達到質(zhì)量分數(shù)99.0%以上，1-己烯純度達到質(zhì)量分數(shù)98.5%以上，計量送入聚合反應(yīng)器，參與聚合反應(yīng)。

3.1.3 異戊烷精制

液態(tài)異戊烷進入裝置后通過脫氣塔，塔頂排出的含有O2、CO、CO2等輕組分雜質(zhì)的少量氣體排放到火炬系統(tǒng)，異戊烷從塔底流出后經(jīng)過冷卻、加壓、干燥后純度達到質(zhì)量分數(shù)95.0%以上，計量加入聚合系統(tǒng)。

3.2 催化劑單元

本工藝根據(jù)產(chǎn)品牌號不同使用的催化劑有鈦系淤漿催化劑、淤漿BMC雙峰催化劑和鉻系干粉催化劑。

3.2.1 鈦系催化劑

本裝置使用的鈦系淤漿催化劑[13-14]是UCAT-J型齊格勒-納塔催化劑，主要用于生產(chǎn)膜級和注塑級LLDPE和注塑級HDPE產(chǎn)品。

鈦系淤漿催化劑原漿裝在可以重復(fù)利用的專用鋼瓶中，在氮氣保護下儲運。在卸料前鋼瓶在滾動機上連續(xù)滾動24h，確保催化劑顆粒完全分散懸浮在礦物油中，用氮氣壓送至淤漿進料罐，在進料罐中連續(xù)攪拌防止催化劑沉降。鈦系催化劑淤漿原漿進入反應(yīng)器之前需要通過正三己基鋁(T3)和1-氯二乙基氯化鋁(DC)還原，T3首先在管道混合器與催化劑原漿接觸，混合物進入T3混合罐中進一步攪拌反應(yīng)；然后混合物與DC在管線混合器中接觸，進入DC混合罐中充分攪拌還原；最后通過高壓氮氣將還原的催化劑淤漿計量壓送至聚合反應(yīng)器參與反應(yīng)。

3.2.2 雙峰催化劑

本裝置使用的雙峰催化劑[15]是BMC-200和BMC-300，用于生產(chǎn)高密度雙峰聚乙烯樹脂，樹脂產(chǎn)品主要用于HD吹塑膜和大口徑HD管。

雙峰淤漿催化劑裝在可以重復(fù)利用的專用鋼瓶中，在氮氣保護下儲運。在卸料前鋼瓶在滾動機上連續(xù)滾動24h，確保催化劑顆粒完全分散懸浮在礦物油中，用氮氣壓送至淤漿進料罐，在進料罐中連續(xù)攪拌防止催化劑沉降。通過可變速調(diào)節(jié)的催化劑進料泵循環(huán)或計量加入聚合反應(yīng)器。

3.2.3 鉻催化劑

本裝置使用的鉻系干粉催化劑[16-17]是K-100，該催化劑生產(chǎn)的產(chǎn)品撕裂強度大，沖擊強度和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能好，主要用于生產(chǎn)HD膜和HD耐壓管。

鉻系催化劑通過兩臺標準型的Mark V催化劑加料器加入反應(yīng)器的，催化劑靠重力從催化劑儲罐流入催化劑加料器，然后通過高壓氮氣將催化劑計量壓送至聚合反應(yīng)器。

3.3 聚合反應(yīng)

聚合反應(yīng)系統(tǒng)由反應(yīng)器、循環(huán)氣冷卻器和循環(huán)氣壓縮機組成。在裝置開車時，需要預(yù)先向反應(yīng)器中裝入一定料位的PE粉料作為種子床，在一定的壓力下啟動循環(huán)氣壓縮機將種子床流化，種子床經(jīng)過脫水置換后加入助催化劑三乙基鋁(T2)[18]進行滴定和鈍化，然后將乙烯、氫氣、共聚單體等原料加入聚合反應(yīng)器，最后向反應(yīng)器中注入催化劑開始聚合反應(yīng)生成聚乙烯樹脂粉料。

聚合反應(yīng)溫度由循環(huán)氣系統(tǒng)控制，開車時通過蒸汽加入循環(huán)氣將反應(yīng)器溫度升高，從而啟動聚合反應(yīng)；正常生產(chǎn)時通過循環(huán)氣將聚合反應(yīng)熱帶出，由循環(huán)氣冷卻器撤走熱量。反應(yīng)壓力通過乙烯進料控制，乙烯聚合生成固相后反應(yīng)器壓力會降低，通過控制乙烯進料維持壓力穩(wěn)定。反應(yīng)器料位通過粉料排放控制，本裝置有兩條粉料產(chǎn)品出料系統(tǒng)，兩條出料系統(tǒng)相繼交替操作將粉狀樹脂產(chǎn)品間歇地從反應(yīng)器卸料至粉料脫氣倉。

3.4 粉料脫氣

粉料脫氣倉由兩部分組成，上部分用于脫除烴類，下部分用于水解殘留在樹脂中的烷基鋁。在脫氣倉上部粉料溫度接近于反應(yīng)器的溫度，操作壓力略高于大氣壓，小于35kPag，并通入氮氣來脫除溶解于粉料樹脂中的烴類，通過料位控制來維持脫氣所需的充分的停留時間，吹掃氮氣與烴類從脫氣倉頂部排出至回收系統(tǒng)。在脫氣倉下部加入氮氣與蒸汽混合氣水解樹脂中殘余的烷基鋁，氣體從側(cè)線排出經(jīng)過濾后排至火炬。脫氣后的粉料通過帶有切刀的旋轉(zhuǎn)下料器控制料位并將結(jié)塊或片狀物料破碎，然后經(jīng)過震動分級篩分離回收塊狀物料，合格的粉料樹脂送至擠出造粒系統(tǒng)。

3.5 添加劑和擠壓造粒

樹脂通過脫氣倉下部的振動篩后靠重力進入樹脂緩沖料斗，經(jīng)過樹脂粉末換向閥、樹脂經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥與固體添加劑一同進入樹脂/添加劑給料器，粉料樹脂和固體添加劑經(jīng)混煉機進料斗/排氣過濾器進入混煉機，在混煉機熔化并混合，熔融的聚合物直接進入熔融泵，然后進入水下切粒機形成顆粒產(chǎn)品。粒料通過切粒水輸送至大塊剔除器初步脫水并除去塊料，然后進入顆粒干燥器進一步脫水并干燥，干燥的顆粒進入顆粒振動篩，將過大和不合格的顆粒分離回收，合格粒料通過質(zhì)量流量計送到摻混系統(tǒng)。

粒料經(jīng)過摻混保證同一批次質(zhì)量均一，經(jīng)采樣分析合格后的聚乙烯粒料通過風(fēng)送系統(tǒng)輸送至包裝料倉進行包裝、碼垛。

4 產(chǎn)品方案

本裝置可以生產(chǎn)線性低密度和高密度聚乙烯顆粒樹脂，總共15個牌號，其中LLD吹塑膜牌號2個，LLD注塑牌號2個，HD注塑牌號4個，HD大零件吹塑牌號3個，HD吹塑膜牌號2個，HD管材牌號2個。產(chǎn)品的物理性能及應(yīng)用如表1所示。

表1 產(chǎn)品的主要物理性能及應(yīng)用Table 1 The main physical properties and applications of the products

5 試車總結(jié)

該裝置于2017年7月完成試車，開車種子床樹脂為中石化廣東茂名分公司DJM-1820粉料樹脂，試車生產(chǎn)樹脂牌號為LLD注塑產(chǎn)品DNDA-8320，試車過程中操作溫度、壓力達到設(shè)計要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格，共計生產(chǎn)聚乙烯粒料515t。

裝置試車期間主要物料消耗統(tǒng)計如表2所示，可以看出，試車期間主要物料單耗明顯高于設(shè)計值，原因分析如下：

(1)乙烯、1-丁烯、異戊烷、氫氣單耗高是因為裝置開車精制系統(tǒng)建液位、精制塔補充液位，反應(yīng)器開車建立循環(huán)消耗原料。

(2)主催化劑、三正己基鋁、一氯二乙基鋁單耗高的原因是催化劑系統(tǒng)初次在線還原，為了避免系統(tǒng)中雜質(zhì)影響催化劑活性，還原劑過量加入；而且裝置試車過程中催化劑系統(tǒng)進行了兩次在線還原。

(3)三乙基鋁單耗高是因為反應(yīng)器床層初次鈍化使用量大。

(4)循環(huán)水和電力消耗高的原因是反應(yīng)器試車負荷較低，未能滿負荷生產(chǎn)。

表2 裝置試車期間主要物料消耗統(tǒng)計Table 2 Main material consumption statistics during device commissioning

6 結(jié)語

本裝置采用美國UNIVATION公司UNIPOL低壓氣相流化床聚乙烯技術(shù)，設(shè)計生產(chǎn)能力大，連續(xù)操作時間長，操作彈性大。采用低能耗和低物耗的工藝技術(shù)，合理利用裝置內(nèi)的能量，在保證裝置長期穩(wěn)定運行的前提下節(jié)約了能源。裝置可生產(chǎn)線性低密度和高密度聚乙烯樹脂，設(shè)計的產(chǎn)品方案共15個牌號，產(chǎn)品密度范圍為0.918g/cm3～0.965g/cm3，熔融指數(shù)范圍為0.05～155，可應(yīng)用于吹塑、注塑、管材等成型工藝。裝置于2017年7月完成試車，操作條件達到設(shè)計要求，生產(chǎn)出合格的聚乙烯產(chǎn)品。

[1] 王景良，滕文鵬，趙禮民，等.高強度薄膜專用HDPE的生產(chǎn)[J].合成樹脂及塑料，2014，31(4)：40-42.

[2] 宋占國.Unipol聚乙烯流化床靜電產(chǎn)生及控制方法[J].精細與專用化學(xué)品，2011，19(8)：37-41.

[3] 蔡志強.Unipol氣相法聚乙烯技術(shù)進展與啟示[J].合成樹脂及塑料，2005，22(1)：58-62.

[4] 王景良.注塑用線性聚乙烯專用樹脂的生產(chǎn)[J].煉油與化工，2016，27(4)：19-20.

[5] 王根.UNIPOL聚乙烯工藝反應(yīng)冷凝態(tài)模式淺析及切換要點[J].河南化工，2014，31(5)：45-47.

[6] 栗文革.Unipol PEf反應(yīng)器注入催化劑后無反應(yīng)的現(xiàn)象分析[J].合成樹脂及塑料，2001，18(5)：15-17.

[7] 鄧世強，房廣信，何小龍，等.HDPE工藝技術(shù)進展[J].合成樹脂及塑料，2002，19(5)：48-53.

[8] 杜威，王登飛，郭峰，等.全密度聚乙烯工業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣州化學(xué)，2011，36(2)：59-64.

[9] 展宗瑞.淺談全球主要聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[J].廣東化工，2014，41(17)：124-125.

[10] 高春雨.我國聚烯烴生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].合成樹脂及塑料，2012，29(1)：1-5.

[11] 張麗霞.Unipol氣相法聚乙烯工藝技術(shù)進展[J].合成樹脂及塑料，2013，30(4)：70-74.

[12] 王國強.淺談Unipol氣相法聚乙烯工藝技術(shù)的特點與進展[J].中國化工貿(mào)易，2014(13)：153.

[13] 陳玉龍.漿液催化劑在聚乙烯冷凝模式下應(yīng)用的優(yōu)勢[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2009，27(6)：544-547.

[14] 石志儉.聚乙烯催化劑的研究進展[J].齊魯石油化工，2012，40(1)：54-58.

[15] 郎笑梅，徐艷，趙增輝，等.Unipol氣相法全密度聚乙烯催化劑及聚合產(chǎn)品技術(shù)最新進展[J].石油化工，2010，39(增刊)：468-470.

[16] 寧英男，丁萬友，殷喜豐，等.Unipol工藝聚乙烯Ziegler-Natta催化劑研究及應(yīng)用進展[J].化工進展，2010，29(4)：649-653.

[17] 寧英男，姜濤，張麗，等.氣相法聚乙烯工藝技術(shù)及其催化劑進展[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2008，26(5)：480-485.

[18] 劉宏吉，凌勇，翟輝，等.T2(三乙基鋁)在UNIPOL工藝中的應(yīng)用[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2004，21(2)：26-28.

GeneralInformationandTrial-start-upAnalysisofShehuaNingxiaCoalIndustryCompany(SNCG)450kt/aPolyethyleneUnit

TIAN Dong-peng

(Second branch olefin company of SNCG，Lingwu 750411，Ningxia，China)

The general information，process characteristics，main flowchart and production plan were introduced for SNCG 450kt/a polyethylene unit. We summarized the plant trial-strat-up situation，the raw material consume during trial-strat-up，and analyzed the reasons of high unit consumption of raw materials，which providing strong support for production.

polyethylene，unipol technology，catalyst，product program，trial strat-up analysis

TQ 325.1+2