聚丙烯是目前世界上聚烯烃塑料的一个主要品种, 为了满足复杂市场对聚丙烯产品性能的需求, 生产装置需要频繁地进行不同牌号的切换, 一个月内就要进行多次。在牌号切换过程中要伴随大量过渡时间和不合格的过渡料产生, 牌号切换带来的经济损失是十分巨大的。从经济角度看, 生产装置必须设法减少过渡料的数量, 同时尽可能减少过渡时间, 达到节能降耗, 从而才能在目前激烈的市场竞争中胜出。
1 工艺简介
Spherizone聚丙烯是Lyondell Basell公司在Spheripol工艺的基础上开发的最新一代聚丙烯生产技术。Spherizone聚丙烯主反应器是多区气相循环反应器, 由于反应器中有阻隔液的存在达到了单一反应器出现两个不同气体组成的反应区域。在切换牌号方面, 由于Spherizone聚丙烯聚合反应停留时间短, 相比其它聚合工艺来说, 牌号切换较快, 牌号切换费用较低。若能在此优势基础上, 通过优化操作减少切换时产生的过渡料, 经济效益是相当可观的。
2 氢气对切换的影响
对于聚丙烯而言, 质量性能指标有熔融指数、等规度、乙烯含量、二甲苯可溶物、乙烯在二甲苯可溶物中的含量、二甲苯可溶物的特性粘度, 较重要的质量性能指标就是熔融指数。聚丙烯均聚产品中, 生产牌号主要是由熔融指数不同来区分的, 共聚产品中, 牌号间除了乙烯含量不同, 主要是由熔融指数不同来定牌号的。由上可知, 聚丙烯生产牌号主要是由熔融指数多少来决定的。
聚丙烯牌号切换简单的说就是聚丙烯从一个规格的熔融指数切换到另一个规格熔融指数的过程, 反应系统氢气浓度由一个值切换到另一个值的过程。在反应系统工况不变的情况下, 牌号切换主要就是调节反应系统氢气进料量和排放量的过程, 其中最主要是控制氢气进料量, 氢气进料量控制的优劣直接影响反应系统氢气浓度变化的速度, 氢气进料量决定着牌号切换时间和过渡料的多少, 因此, Spherizone聚丙烯牌号切换最重要的就是对氢气的调节。
3 切换优化
在中沙石化Spherizone聚丙烯装置运行四年多时间里, 总结出了影响牌号切换时间和过渡料多少的主要因素:氢气浓度、主催化剂进料量、Donor进料量及氢调性、反应速率、负荷大小、造粒添加剂、反应压力、反应温度、反应停留时间、乙烯进料量、反应系统存料量、过渡料仓料位、惰性气体浓度等, 其中最重要、最直接的就是氢气浓度。
下面分享一下Spherizone聚丙烯装置牌号切换的一点优化经验, 以下均是在其它工艺参数、系统工况不变情况下的操作, 主要通过改变多区反应器中氢气进料量来影响氢气浓度完成牌号切换。参考日常数据积累可知各个牌号所需氢气浓度和氢气进料量, 对于生产负荷有差距的切换, 依据同一牌号系统氢气浓度不变和氢气与丙烯进料量比值不变, 可估算出所需氢气进料量方便操作。
由低向高熔融指数牌号切换时, 在熔融指数相差小于15g/min时, 氢气进料量提至高熔融指数牌号正常氢气进料量的1.5-2.5倍, 当系统氢气浓度大于高熔融指数牌号正常氢气浓度10-15%时, 减小氢气进料量至正常值完成操作。在熔融指数相差大于15g/min时, 氢气进料量提至高熔融指数牌号正常氢气进料量的1.2-1.8倍, 当氢气浓度大于高熔融指数牌号正常氢气浓度5%-10%时, 减小氢气进料量至正常值完成操作。
Spherizone聚丙烯在均聚反应系统中有氢气汽提塔, 可汽提氢气及轻组分气返回乙烯装置。在高向低熔融指数牌号切换时, 首先关闭氢气进料, 然后提高返回乙烯装置氢气量, 加快反应系统氢气浓度下降速度, 当氢气浓度小于低熔融指数牌号正常氢气浓度10-15%时, 恢复去乙烯氢气返回量并提氢气进料量至正常值完成操作。
基于Spherizone聚丙烯工艺多区气相循环反应系统的客观原因, 在反应系统氢气浓度变化时, 要关注反应系统内各气体组分分压情况, 反应系统各个工艺参数的调整一定要及时准确, 保证多区循环系统的平稳运行, 达到即安全又快速的牌号切换。
以上牌号切换操作可减小牌号过渡时间约5-10%, 以中沙石化450kt/a聚丙烯为例, 假设平均牌号切换时间为8h, 产生过渡料约为410t。若减小切换时间5%, 则可少产生过渡料约为20.5t, 若每月平均切换2次, 每年直接减小产生过渡料约为492t, 而且减小切换时间还会相应的减小装置能耗物耗, 为公司带来巨大的经济效益。
4 结语
聚丙烯产业作为我国的支柱产业, 尽快提高聚丙烯的生产技术水平是国家的战略需求。随着市场经济的发展, 聚丙烯牌号切换越来越频繁, 为了应对多样性的市场需求, 生产装置必须提高生产效率, 降低牌号切换过程中的损耗, 从而提高公司在聚丙烯市场的竞争力, 如何减少牌号切换损耗, 成为目前业界急需解决的问题。而Spherizone聚丙烯正是在这种战略需求的基础上应运而生的具有Spherizone特点的新工艺。本文总结出了在Spherizone聚丙烯牌号过渡中氢气的影响和优化操作, 通过对多区气相循环反应器中氢气浓度的优化控制快速达到熔融指数至目标值, 保证牌号切换快速安全进行, 把切换时间和过渡料都降到最低点, 对提高经济效益、节能降耗有积极意义。
摘要：Spherizone聚丙烯牌号切换时间主要取决于熔融指数变化的速度, 而反应系统氢气浓度是最直接影响熔融指数的因素。因此, 氢气浓度的调节在聚丙烯牌号切换过程中是至关重要的。本文简单介绍了氢气在Spherizone聚丙烯牌号切换中的影响, 以及在切换过程中一些优化操作。
关键词：Spherizone聚丙烯,氢气,牌号切换,熔融指数
参考文献
[1] 王龙龙.聚丙烯牌号切换优化算法研究及软件实现[D].浙江工业大学硕士学位论文, 2010.4.
[2] 荚亮.聚丙烯连续生产过程的牌号切换研究[D].浙江大学硕士学位论文, 2006.5.