劉浪，高勝利，劉升，李國(guó)軍

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西靖邊718500）

陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司生產(chǎn)高密度聚乙烯（HDPE），產(chǎn)品覆蓋注塑、吹塑、薄膜、管材、單絲及電纜等應(yīng)用范圍[1]。生產(chǎn)過(guò)程采用INEOS公司的INNOVENES淤漿環(huán)管工藝，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為30萬(wàn)t/a。本工藝以乙烯為主要原料，以1-己烯/1-丁烯為共聚單體，以異丁烷為反應(yīng)稀釋劑及溶劑，采用鈦系或鉻系催化劑，使用兩臺(tái)環(huán)管反應(yīng)器生產(chǎn)密度為936～963 kg/m3的高密度雙峰/單峰聚乙烯產(chǎn)品。但在使用不同催化劑切換產(chǎn)品牌號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)生軸流泵功率上漲，旋液分離器堵塞，高壓閃蒸罐下料不暢等問(wèn)題，影響裝置的穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

本工作通過(guò)分析造成堵塞的塊料，并結(jié)合聚合反應(yīng)過(guò)程，探討了使用不同催化劑切換產(chǎn)品牌號(hào)時(shí)發(fā)生問(wèn)題的原因，并提出了應(yīng)對(duì)措施。

1 聚合反應(yīng)單元簡(jiǎn)介

HDPE裝置工藝流程如圖1所示。HDPE裝置聚合反應(yīng)單元主要由環(huán)管反應(yīng)器R3001/2、旋液分離器V3001A/B、淤漿加熱器E3001A/B、高壓閃蒸罐V4001和低壓閃蒸罐V4003組成。加熱后的漿料進(jìn)入高壓閃蒸罐，90%以上的溶劑被閃蒸，粉料再經(jīng)過(guò)低壓閃蒸罐進(jìn)一步脫氣后被送到下游系統(tǒng)進(jìn)行造粒包裝。

2 轉(zhuǎn)產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題描述

2017年1月4日，HDPE裝置由齊格勒牌號(hào)T60-800轉(zhuǎn)產(chǎn)鉻系牌號(hào)HD5502S，13:50反應(yīng)器注入鉻系催化劑，10 min后軸流泵功率迅速出現(xiàn)上漲后很快又恢復(fù)正常，此后反應(yīng)順利進(jìn)行，負(fù)荷32 t/h。將V4001壓力由0.83 MPa升高至0.91 MPa，此時(shí)兩個(gè)SAS能維持V4001料位不再上漲。在此期間，現(xiàn)場(chǎng)6次打開(kāi)V4003手孔檢查，其中3次發(fā)現(xiàn)大小不同的8塊塊料。由此判斷V4001中有塊料導(dǎo)致SAS下料不暢。

圖1 HDPE裝置聚合單元簡(jiǎn)圖

3 原因分析

3.1 聚合物塊料樣品剖析

聚合物本身的性能及其結(jié)構(gòu)是塊料產(chǎn)生的最直接因素，其中相對(duì)分子質(zhì)量是最重要的影響因素，這從熔融指數(shù)上可以體現(xiàn)。而從聚合物中的無(wú)機(jī)殘余物鉻、硅及鋁、鈦（來(lái)自于催化劑和助催化劑）含量可以反映出催化劑、助催化劑對(duì)塊料產(chǎn)生的影響。

從V4003手孔格柵處取出的塊料大致可以分為兩類，其中一類聚合物發(fā)綠為樣品1，另一類聚合物為正常顏色為樣品2。

對(duì)樣品1、樣品2分別取三片進(jìn)行剖析，平均數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1可以看出，樣品1熔融指數(shù)極低，鉻含量及鋁、鈦含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值，說(shuō)明開(kāi)車階段鉻系催化劑活性較差。樣品2為鉻系產(chǎn)品正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的聚合物，且塊料外觀呈白色且顆粒粗糙，符合鉻系產(chǎn)品的特性。

表1 樣品分析與HDPE產(chǎn)品對(duì)比

3.2 軸流泵功率上漲原因分析

從樣品1中高含量的Ti、Al殘留，這期間產(chǎn)生大量的低聚物及細(xì)粉，這些細(xì)粉吸附在葉輪上很難消除，因此兩個(gè)反應(yīng)器的軸流泵功率一直有緩慢持續(xù)上漲趨勢(shì)，如圖1所示。

圖2 轉(zhuǎn)產(chǎn)過(guò)程中軸流泵功率變化情況

從圖2可以看出，鈦系牌號(hào)產(chǎn)品T60-800與鉻系牌號(hào)產(chǎn)品HD5502S的粒徑分布差別很大，其他特性也截然不同，表現(xiàn)在顆粒形態(tài)、堆密度、流動(dòng)性等，這也造成了軸流泵功率的上漲。

圖3 HDPE產(chǎn)品HD5502S和T60-800粒徑分布對(duì)比

3.3 旋液分離器堵塞原因分析

在HD5502S生產(chǎn)開(kāi)始建立反應(yīng)階段，為了延長(zhǎng)催化劑在反應(yīng)器中的停留時(shí)間來(lái)保證催化劑的活性，降低了反應(yīng)器的溶劑沖洗流量。兩個(gè)反應(yīng)器的集管異丁烷進(jìn)料都保持在5 t/h左右，旋液分離器入口沖洗流量FIC30167也降低到只有3t/h，軸流泵的密封沖洗也由的700 kg/h降低至500 kg/h，而V3001B頂部回流流量FIC30182仍然維持在18 t/h，導(dǎo)致旋液分離器底部的壓力控制閥長(zhǎng)時(shí)間維持在較小開(kāi)度，很容易使得反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)粉在旋液分離器錐部聚積黏連結(jié)塊，最后導(dǎo)致旋液分離器堵塞，失去提濃作用。

3.4 高壓閃蒸罐下料不暢原因分析

裝置在2016年8月大檢修期間，將V4001人孔內(nèi)膽拆除導(dǎo)致V4001內(nèi)壁有盲區(qū)（有孔），在生產(chǎn)鈦系牌號(hào)時(shí)殘留在此的三乙基鋁與鉻系開(kāi)車時(shí)產(chǎn)生的細(xì)粉繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生塊料。其次，1月6日在切換旋液分離器時(shí)導(dǎo)致V4001頂部超溫，最高溫度達(dá)到92℃，很容易使低熔點(diǎn)的低分子量聚合物熔融結(jié)塊。這些塊料最終堵塞V4001排料管線，導(dǎo)致V4001料位一直上升。

此外，旋液分離器產(chǎn)生的塊料也有可能通過(guò)淤漿帶到高壓閃蒸罐內(nèi)，導(dǎo)致V4001下料不暢。

4 工藝優(yōu)化措施

為避免鈦系轉(zhuǎn)產(chǎn)鉻系牌號(hào)過(guò)程中出現(xiàn)類似的問(wèn)題，總結(jié)了以下處理及優(yōu)化措施。

（1）在不同系列催化劑轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)，在反應(yīng)器內(nèi)注入足量的殺死氣CO以期將反應(yīng)徹底殺死。具體為兩個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行兩次殺死，第一次殺死兩個(gè)反應(yīng)器各注入3MPa殺死氣（鋼瓶壓力下降3MPa），緊接著進(jìn)行第二次殺死，鋼瓶壓力下降2MPa。

（2）殺死反應(yīng)后在倒空內(nèi)固體的過(guò)程中，反應(yīng)器進(jìn)大量異丁烷進(jìn)行循環(huán)（根據(jù)淤漿加熱器的負(fù)荷，必要時(shí)投用兩個(gè)淤漿加熱器），并置換足夠長(zhǎng)的時(shí)間保證殘留在各個(gè)角落的殘留物完全置換出反應(yīng)器。

（3）在鉻系牌號(hào)開(kāi)車時(shí)，兩個(gè)反應(yīng)器集管異丁烷進(jìn)料要保證在7t/h以上，旋液分離器頂部淤漿泵P3003返回量保證在最低（15 t/h左右），避免由于壓力控制閥開(kāi)度過(guò)小導(dǎo)致高濃度淤漿在旋液分離器錐部聚積發(fā)生結(jié)塊。

（4）保證反應(yīng)器、旋液分離器、淤漿加熱器、高低壓閃蒸罐等設(shè)備光滑無(wú)死角，無(wú)劃痕，避免粉料、催化劑及助催化劑在此聚積發(fā)生結(jié)塊。

（5）原料中的雜質(zhì)可能優(yōu)于乙烯與鉻催化劑反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑活性降低，因此在鉻系牌號(hào)開(kāi)車前根據(jù)V5001液位提前2～3天引入新鮮異丁烷、1-己烯等原料，使其在鈦系生產(chǎn)時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)充分循環(huán)。

（6）優(yōu)化SAS程序，確保粉料在V4001中沒(méi)有停留時(shí)間。

（7）每次開(kāi)車期間對(duì)V4003人孔進(jìn)行檢查確認(rèn)，確保脫氣倉(cāng)里沒(méi)有塊料。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)HDPE裝置鈦系T60-800轉(zhuǎn)產(chǎn)鉻系HD5502S出現(xiàn)的軸流泵功率上漲，旋液分離器堵塞及高壓閃蒸罐下料不暢等問(wèn)題全面分析，并從殺死、倒空、引料以及鉻系開(kāi)車操作等方面提出了處理和優(yōu)化措施。截至目前，采取這些措施后，裝置沒(méi)有發(fā)生過(guò)本文所述類似問(wèn)題，有效地保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，以及設(shè)備的安全。

[1]Cornelia V.聚烯烴手冊(cè)[M].2版.北京:中國(guó)石化出版社,2005.