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單環管工藝聚丙烯裝置聚合催化劑應用研究

已有人閱讀此文 - 2021-08-16 10:00 -

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蒲城清潔能源化工有限責任公司成立于2008年11月，由陜西煤業化工集團和中國長江三峽集團共同出資設立。

一期180萬t/a甲醇、70萬t/a聚烯烴項目以長焰煤為原料，采用了美國GE公司8.7MPa水煤漿加壓氣化、德國Linde公司低溫甲醇洗、英國Davy公司甲醇合成、陜煤化集團擁有自主知識產權的DMTO-Ⅱ甲醇低碳制烯烴、惠生工程（中國）公司預切割+油吸收烯烴分離、美國Univation公司的Unipol低壓氣相聚合乙烯、意大利Basell公司的Spheripol液相聚合丙烯、美國KPS公司 AGCU硫回收及尾氣處理等國內外先進的工藝技術，以煤為原料，經水煤漿加壓氣化制取合成氣，經變換、凈化及甲醇合成得到中間產品甲醇，采用DMTO二代技術生產乙烯、丙烯并經聚合最終生產聚乙烯、聚丙烯產品。主要產品為：30萬t/a聚乙烯、40萬t/a聚丙烯、3.17萬t/a硫磺、1.43萬t/a混合C4產品、0.54萬t/a混合C5+產品等。

40萬t/a聚丙烯裝置采用意大利Basell公司的 Spheripol液相聚合丙烯單環管反應器技術，此生產能力的工藝技術為國內首次引進。本裝置引進聚合催化劑為BASELL公司ZN111-4型齊格勒-納塔催化劑，并以三乙基鋁為助催化劑，有機硅烷為第三組分，可以生產包括均聚、無規共聚和抗沖共聚在內的多種牌號聚丙烯產品。

裝置開工后，存在環管反應器軸功率波動問題，使用國產CS-2-B催化劑也同樣存在此問題，經過與催化劑供應商分析原因改進后，基本解決此問題。

1 試驗部分

1.1 原料

ZN118 催化劑，市售；CS-2-B催化劑，營口市向陽催化劑有限責任公司；丙烯、乙烯、氫氣：聚合級，蒲城清潔能源化工有限責任公司，經精制處理；二環戊基二甲氧基硅烷（Donor）純度大于 95％，山東魯晶化工有限公司；三乙基鋁（Teal），純度大于 96％，營口市向陽催化劑有限責任公司。

1.2 測試方法

測試方法參考Q/PH 0003—2015以及國家標準。

1.3 裝置應用

使用CS-2-B型催化劑生產3種均聚聚丙烯牌號，其生產操作參數見表1。

2 結果與討論

2.1 3種均聚牌號產品物性

2.1.1 均聚PP牌號HP550J

采樣日期為2018年1月1日，執行標準Q/PH 0003— 2015，聚合物物性檢測分析結果見表2。從檢測結果可以看出產品各項指標均達到優等品水平。

2.1.2 均聚PP牌號HP500N

采樣日期為2018年1月22日，聚合物物性檢測分析結果見表3。

從表3可知，此牌號聚合物生產控制穩定，產品指標達到預期目標。

2.1.3 均聚PP牌號HP552R

采樣日期為2018年1月24日，聚合物物性檢測分析結果見表4。

該牌號產品生產穩定，達到預期要求。

2.2 環管反應器軸流泵功率波動

2.2.1 問題原因分析

聚丙烯環管反應循環泵是聚丙烯裝置聚合反應的關鍵設備，該泵為美國進口產品，價格昂貴。在生產中，隨著環管密度提高，會出現軸流泵功率波動，嚴重影響了生產負荷和設備的正常運行。通過研究發現以下3點為主要原因。

生產高熔體流動速率牌號產品時軸動率波動較大，這是因為環管進料H2 量較大，大量H2進入環管之后，與催化劑迅速反應，H2 在進料中為氣泡狀態，占據一定空間。當大量H2與催化劑快速反應后，使原來H2在環管中所占空間迅速消失，這樣就得由四周的液相丙烯快速來填補這一空間，會在從催化劑進料處至環管軸流泵處產生一定壓力波，直至傳遞至環管軸流泵處，對軸流泵產生沖擊，從而造成軸流泵功率波動，此類現象和泵的氣蝕現象有些類似。

軸流泵自身機械原因，造成P201軸功率波動。大軸流泵P201因葉輪松動，電機、泵體軸承磨損，電機、泵體的基礎固定螺栓松動等原因，軸流泵P201本身存在機械故障，造成P201軸功率波動。

催化劑本身原因，粉料粒度大小不均，循環不良，造成P201軸功率波動。個別批次催化劑生產過程中反應生成的聚合物粒徑大，粉料粒度大小不均，漿液循環不均勻，造成P201軸功率波動增大。

2.2.2 解決方案

1）生產高熔體流動速率牌號產品時，先將環管密度降下來，再提催化劑沖程。這樣調整之后，反應平衡不會輕易被打破，這樣就可以有效降低軸功率波動的次數。

2）設備原因通過巡檢及時發現并處理。

3）催化劑本身原因，穩定催化劑的顆粒度，保證粉料粒徑分布均勻，可以減少軸功率波動。在相同生產負荷及環管密度的情況下，通過比較發現聚合物粉料平均粒徑較小對軸功率波動影響小。聚合物粉料篩分對比見表5。