气相聚丙烯装置长周期稳定运行措施研究

＊田军涛

（中石化北京燕山分公司 北京 102500）

1.INNOVENE工艺的气相聚丙烯装置概述

当前世界聚烯烃产品需求持续增长，我国成为亚洲最大的聚烯烃产品消费市场。随着我国聚丙烯工业迅速发展，聚丙烯产品生产能力和产量不断增加，消费量稳步增长。目前，国内高端聚丙烯产品产量还不能满足下游实际需求，每年仍需大量进口。做好聚丙烯装置安全稳定长周期运行对提升产量、满足聚丙烯市场需求具有重要意义。

聚丙烯装置在实际生产运行中，INNOVENE气相法工艺由于工艺流程简单、单线生产能力较大、成本低，得到了相关企业的青睐。但是，在气相聚丙烯装置运行中，容易受到原材料、催化剂等多种因素的影响，容易造成反应器在实际运行过程中，温度出现较大波动，不利于整个装置长周期稳定运行，同时还会出现聚合物细粉和结块现象，造成设备运行出现堵塞等现象，产生较多质量问题，并影响工艺技术的应用效果，难以保证装置运行的安全可靠性。因此，人们不断加大气相聚丙烯装置的研究力度，结合其实际运行情况，提出基于INNOVENE工艺技术的气相聚丙烯装置长周期稳定运行措施。

INNOVENE聚丙烯工艺主要是在反应器床层中利用液相丙烯气化吸收控制反应温度，并对过顶冷凝器内循环气尾气的液化量进行控制，从而达到对反应器系统压力控制目的。同时，对第一和第二反应器内的进料类型、比例进行控制，形成无规共聚物、抗冲共聚物等。INNOVENE工艺的核心部分主要包含原料精制和催化剂单元、第一和第二反应单元、粉料转移、脱气和净化单元、产品造粒、均化、输送单元等。

气相聚丙烯装置相关原材料精制之后，选择高品质的催化剂，将其投入到反应器内，从而发生聚合反应，并发挥相关工艺技术的应用价值，提高聚丙烯产品制作的有效性。聚丙烯属于优质的合成树脂，具有独特的物理、化学特性、无味无毒、材料应用广泛，同时能够利用烯烃聚合技术，聚合丙烯获得产品。聚丙烯工艺技术结合聚合方式，主要包含多种方法，而聚合催化剂的不断创新和应用，在很大程度上优化聚丙烯生产工艺技术，具有更加显著的节能降耗效果，节约成本，保证产品安全质量和使用性能符合各项标准[1]。气相法工艺流程较为简单，投资小、单线生产水平高，得到人们的认可和青睐。

2.影响装置长周期运行的因素

（1）反应器温度波动大。反应器正常操作中，实现反应温度的串级控制，并保持在波动范围处于0～5℃之间。但是，装置生产运行过程中，发现部分位置的温度波动相对较大，对装置运行带来不良影响。而反应温度的工艺参数受到多种因素的影响，尤其是催化剂浓度、进料量，当其中一个量出现变化，均会引起反应温度出现较大波动。

聚合反应温度受到催化剂进料量和浓度的影响，从而在聚合反应过程中对催化剂控制不当，会引发装置长周期运行问题。催化剂应用中，当工作人员为结合实际情况科学设定进料量的对应数值，容易在催化剂单元运行中，产生一定程度管线堵塞现象，对反应器内的温度带来较大影响，当温度波动较大的情况下，不利于装置长周期稳定运行。

（2）聚合物细粉问题。当聚合颗粒规格不符合要求，在气相聚丙烯装置运行的过程中被携带脱离反应器而产生了聚合物细粉，成为气相聚丙烯工艺中十分常见的问题。聚合物细粉较多的情况下，大大增加了过滤器的负荷，对滤袋的使用年限和效率产生很大影响，当其通过过滤器进入到下游设备时，对设备安全稳定运行带来很大影响。如，循环气压缩机在实际运行过程中，聚合物细粉较多，经常堵塞入口过滤器，同时增加活塞、气缸表面的磨损程度，导致设备密封磨损和泄漏，难以保证产品生产质量和效率[2]。

（3）聚合物结块问题。气相聚丙烯工艺出现聚合物结块问题，在很大程度上降低聚合物质量，损坏设备，甚至造成装置停止运行。当料位控制不合理，出现反应不均匀的情况，容易发生聚合物结块现象。料位是十分关键的工艺参数，对聚合物反应控制具有较大影响，当其过低的情况下，出现局部结块现象；过高时，在搅拌桨叶的顶端容易出现不流动区域，形成块料，影响装置长周期运行。

3.气相聚丙烯装置长周期稳定运行的措施

（1）改进设备。气相聚丙烯装置运行过程中，为提高其运行的安全稳定性，工作人员应结合实际情况，不断改进和优化设计。如，选择循环气精密过滤器，发挥其重要作用，安装在循环气压缩机的入口位置，从而有效清除循环气内进入的细粉。过滤器选择中，保持其为聚丙烯材质，并优化配置两台过滤器，保持气相聚丙烯装置运行生产过程中，其中一台进行正常生产使用，另一台进行备用。过滤器使用过程中，保持3～6个月及时更换，保持设备安全、高质量运行，同时在过滤器内增设差压报警装置，结合生产要求，预先设定相适应的报警值。循环气压缩机经过改进，安装过滤器后投入使用，有效提高其运行的平稳性，避免入口位置过滤器位置发生堵塞问题，并且有效预防机械密封发生磨损和泄漏等问题，提高设备运行质量和效率[3]。

反应器卸料阀设备在实际运行中，主要是细粉在一定程度上磨损密封填料，从而损坏生产过程中的卸料阀。细粉颗粒小，能够顺利进入到卸料阀的密封填料，其温度能够达到80℃，与反应温度接近，而阀体为环境温度，温差增大，受到热胀冷缩的影响，密封填料磨损更加严重。因此，工作人员在卸料阀设备使用过程中，需要合理控制其开关频率，并在冬季保持每间隔15天进行拆卸和检修，其他季节保持45天左右进行拆修即可。同时，工作人员选择适宜的电伴热装置，按照相关标准规范，合理安装在卸料控制阀上，促进其保持良好的运行状态，防止由于温差较大损坏卸料阀，有效降低设备故障问题。

（2）优化技术。气相聚丙烯装置实际运行过程，在不同生产负荷、牌号下，合理控制相应的铝硅和铝镁比，借助APC先进过程控制系统，针对性调整工艺技术，保障反应器中的不同组分浓度符合标准要求。如，丙烷浓度对气相聚丙烯装置的稳定运行具有较大影响，需要在技术优化过程中，合理管控原料丙烯内的丙烷含量，更多关注回收系统内丙烷的外送量，保证反应器中的丙烷浓度始终保持平衡的状态，避免丙烷浓度超过允许范围，影响气相聚丙烯装置运行水平。

气相聚丙烯装置运行中，工作人员做好反应器循环气的优化控制，保证表观气速，在多种负荷下，相对应的循环气冷凝量在合理范围内。另外，工作人员更多关注反应器的实际状态，确保其气液比始终处于动态平衡和相对稳定的状态，优化控制反应器，保持处于稳定状态下，再增加催化剂，并合理调整切刀转速、模板和筒体温度等各项工艺技术参数，提高气相聚丙烯装置长周期稳定运行质量和效率[4]。

气相聚丙烯装置工艺技术优化过程中，需要工作人员重视原料精制，结合工艺技术标准和要求，提高气相聚丙烯装置原有的丙烯、氢气和氮气质量。工作人员在实际操作中，可以借助在线分析仪、采样分析等措施，全面监控上游装置的原料，详细分析并掌握原料内丙烯、CO、CO2、醇类等各项杂质的具体含量。另外，工作人员借助丙烯精制塔，有效脱除气相聚丙烯装置原有材料丙烯中内的含硫类物质。结合气相聚丙烯装置的实际需求，分析原料的实际情况，合理开展综合评估工作，按照要求合理换剂，保障反应器始终处于安全可靠的运行状态。

（3）合理选择催化剂。催化剂是气相聚丙烯装置的核心技术之一，工作人员应结合实际情况合理选择催化剂，配置相适应的外给电子体。工作人员在催化剂选择中，做好各项对比分析工作，保持其性能稳定，具有较高的活性和性价比。当催化剂不同时，需要结合其特点和应用需求，配置相适应的外给电子体。适合的外给电子体在聚丙烯产品等规度调节方面具有良好的应用效果，同时在聚合反应控制中发挥十分重要的作用，有效防止聚合反应过程中出现各项问题，同时避免反应超温结块，最大程度规避气相聚丙烯装置运行风险。

选择高质量的催化剂，适当调整反应器催化剂进料的具体位置，在气相聚丙烯装置运行过程中，减少细粉的形成。例如：主催化剂间的温度低于20℃的情况下，受到矿物油黏度的影响，生成较多块料，增加阀门、旋转下料阀卡塞问题的发生概率。通过选择合适的催化剂，应用专利商特定的高活性催化剂，改造主催化剂间的采暖系统，合理控制环境温度，更换活性稍差的催化剂，能够有效解决该问题。

在聚合反应的过程中，需要原料丙烯与催化剂进行直接接触，有效释放出其活性。装置运行中，通过前端进料加入催化剂，存在部分原料和助催化剂未完全接触，从而被携带，脱离反应器，而催化剂持续进行反应，但是在这个过程中缺乏相适应的反应条件，从而形成细粉。同时，全部催化剂都在前端加入，增加了反应器前端反应剧烈程度，造成撤热不均产生块料。因此，对催化剂进料位置进行改进，从反应器前端和中部同时进料，有效减少催化剂被携带脱离反应器的现象，避免细粉的产生，并有效促进催化剂更加充分释放活性[5]。同时，也减少了反应器前端剧烈反应程度，使整个反应器反应均匀，降低了反应器结块风险。

工作人员不仅要选择适宜的催化剂，还应当结合实际情况，合理调整助催化剂的掺入量。助催化剂在聚合反应中，基于载体表面和催化剂内的氯化钛发生反应，还原钛的价态到+3，形成络合物，聚合反应的活性中心为钛。催化剂在实际应用过程中需要和助催化剂进行完全接触发生反应，充分释放出催化活性。因此，工作人员优化助催化剂的掺入量，提高催化剂活性释放的合理性和平稳性，防止活性出现较多波动，形成较多细粉。当助催化剂掺入量较多情况下，在装置运行过程中，会进入到下游单元，与装置系统内的微量氧发生反应，从而对于过滤器内的滤袋具有相应的氧化作用，在很大程度上缩短了滤袋应用周期，对气相聚丙烯装置长周期稳定运行产生不良影响。

（4）管理科学化。为了实现气相聚丙烯装置长周期稳定运行，工作人员应不断加强设备的科学化管理力度，保障各项设备的安全可靠性，同时做好设备的巡检和维护工作。气相聚丙烯装置的管理、操作和维护人员在实际工作中定时上岗巡检，填写相应的台账记录，详细记录检查时间、各项参数、故障问题及处理措施、结果等各项内容。同时，工作人员对于关键零部件和阀门等进行重点管理，高度重视备品备件安全质量的管控，全面分析主电机、模板等相关部件日常运行中常见的问题，并制定相适应的解决措施，全面处理气相聚丙烯装置长周期稳定运行的各项影响因素，提高其运行效果。工作人员在气相聚丙烯装置运行中不仅关注设备的科学化管理，还需要重视原料质量的管理，保持原材料自身质量符合气相聚丙烯装置运行要求，提高其运行效果。

（5）运行效益分析。本气相聚丙烯装置为INNOVENE工艺的气相聚丙烯装置，通过改进设备、优化技术、合理选择催化剂、管理科学化的措施，保障该装置长周期稳定运行，提高了装置运行质量和效率。气相聚丙烯装置长周期稳定运行，有效减少了反应波动造成的装置停工，减少了原料丙烯放空及环境污染，提高装置产量和质量，创造了更多经济效益。以28万t/a的聚丙烯生产装置进行计算，每年由于减少装置停工原料丙烯放空损失、装置非计划停工造成的产量损失，以及造成的环境污染损失、产品质量波动损失等，能够产生1000万元左右经济效益，经济性较高，产生良好的社会效益。

4.结束语

气相聚丙烯装置长周期稳定运行过程中，工作人员需结合装置实际情况和运行条件，详细分析影响装置长周期运行存在的问题，并通过多种有效措施，提高设备生产运行的安全稳定性，提高各项技术应用效果。同时，装置运行中，工作人员结合生产要求，合理选择催化剂，并做好科学化管理工作，减少丙烯单耗，促进气相聚丙烯装置长周期稳定运行，创造更多社会效益和经济效益。