聚乙烯裝置冷凝劑異戊烷回收工藝優化

中國石油天然氣有限公司蘭州石化有限公司（以下簡稱蘭州石化）300噸/a的全密度聚丙烯裝置采用美國univation公司的unihol技術。以烯為主要原料，以丁烯或丁烷為單位。通過多次反應制備反應氣體（乙醚、1-羧酸和氫）。1設備說明1.1流化床反應器,把表面工質納入反應單元來自界區的氣相乙烯依次通過數個精制(或分子篩)床層,脫除其中所含的微量硫化物、炔烴、一氧化碳、氧氣、水、二氧化碳和其他極性化合物等雜質,送至反應單元;來自界區的共聚單體、異戊烷、氮氣經過精制后,在一定的溫度、壓力、催化劑和助催化劑作用下,進入流化床反應器進行聚合,同時放出大量熱量,循環氣通過循環回路,撤出反應熱;粉料樹脂通過產品排出系統輸送至脫氣倉,脫除的烴類氣體進入回收單元,回收的液相烴送回反應器循環使用,回收氣作為產品排出系統粉料樹脂的輸送氣,具體流程見圖1。1.2蒸發潛熱補充顯熱裝置運行過程中,隨著反應產率的增加,循環氣冷卻器需要撤出更多熱量,才能保證穩定的熱平衡狀態,即循環氣冷卻器出口溫度逐漸下降,當出口溫度低于循環氣露點溫度時,在循環氣冷卻器中將使部分重組分冷凝,此時聚合操作為冷態操作。當循環氣為氣相和冷凝液的混合物,循環氣夾帶霧狀液滴進入反應器底部并通過分布板,在床層中與樹脂混合并汽化,帶走大量的熱量,即用蒸發潛熱補充顯熱撤熱式中:m式中:m裝置采用的誘導冷凝劑異戊烷被循環氣帶入床層汽化,提高了循環氣露點異戊烷的汽化,消除了部分顯熱,從而提高了反應器的產率及循環氣撤熱能力。冷卻器中氣體熱焓的變化見表1。2裝置能耗分析2007年生產線型低密度聚乙烯DFDA7042期間,異戊烷的單耗為6～8kg/h,高于工藝設計值,裝置能耗超過國內同類裝置。鑒于此,本工作通過對裝置中產品排出系統、產品脫氣系統、尾氣回收系統進行工藝優化,提高異戊烷回收使用率,降低新鮮異戊烷進料量,使異戊烷的單耗達到或低于工藝設計值。3工藝優化3.1調整產品排出系統的出料時間,調整產品排出系統的出料次數裝置生產運行中發現,產品排出系統出料不均勻,產品罐的填充率不高,氣相組分損失大,造成了異戊烷的損耗較大。針對此現象,在反應器平穩控制床高和床重的基礎上,將產品排出系統的KV-4101-1B出料時間由原來25s調整到38s。通過調整產品排出系統KV-4101-1B出料時間,樹脂出料次數由原來的15次/h降低到12次/h;樹脂在產品罐的填充率由60%提高到80%,其填充量由每次1.03t提高到1.38t(見表2)。增加產品排出系統KV-4101-1B的出料時間,樹脂在產品罐的填充量也得到提高,延長循環氣通過KV-4101-1G返回到反應器的時間,減少反應器氣相損失,降低了異戊烷的單耗。3.2入脫氣倉內壓力控制不穩定在產品排出系統中,粉料向脫氣倉輸送時載氣壓力控制閥的開度一直維持在35%,大量輸送氣及氣相組分進入脫氣倉導致其壓力控制不穩定。當脫氣倉壓力超過火炬閥設定時,火炬閥自動打開排放,造成脫氣系統回收氣大量損耗,降低了異戊烷的回收率。在保證產品排出系統正常出料的情況下,將載氣流量控制閥的開度由35%調整為13%,這樣既穩定了脫氣倉壓力又減少了回收氣向低壓火炬的排放量,提高冷凝劑異戊烷的回收率。3.3氮氣吹掃量的確定工藝優化前,脫氣倉氮氣吹掃量為1600Nm在滿足工藝操作要求和保證脫氣倉中烴含量合格(小于50μg/g)的前提下,工藝將脫氣倉氮氣吹掃量由1600Nm3.4異戊烷的回收反應在冷凝模式下操作,異戊烷濃度大,粉料粒子在增長過程中大量吸附異戊烷,增加脫氣單元對粉料中異戊烷脫除難度,不利于回收系統對異戊烷的回收。同時,大量異戊烷進入反應器未能及時汽化,殘留的液相異戊烷聚集于分布板上與粉料形成黏狀物,在反應器中易結塊。異戊烷濃度小,反應在低負荷下運行,反應器中氣相組分的露點低,反應在冷態與干態之間波動,長時間在此條件下操作,易使反應器分布板堵塞。裝置經過半年的探索,將反應器中異戊烷體積分數降至4.5%～5.0%,為冷態操作下的最佳控制范圍。3.5不同冷凝劑對異戊烷的補加裝置開車初期,高壓集液罐壓力設定為1.15MPa,高壓集液罐冷凝回收的液體組分較少,大部分烴類組分排向火炬系統。為了保證反應器中冷凝劑異戊烷的濃度,必須大量補加新鮮的異戊烷,所以冷凝劑異戊烷單耗一直較高。冷凝過程中,高壓使分子間距變小,容易使氣態異戊烷凝結成液態,同時提高了液體的沸點,使其在低溫下更容易轉化為液態。將高壓集液罐壓力提高至1.45MPa,保證在高壓低溫條件下的冷凝效果,液相回收率提高,進入反應器的回收液循環量增加,提高烴類組分的回收率,從而降低了新鮮異戊烷的補加量。3.6維修和維護冗余氣泵的入口閥，提高工作效率3.7倉排火炬閥、反應器排火炬閥裝置在長周期運行中,因部分閥頻繁動作而關不到位(如脫氣倉排火炬閥、反應器排火炬閥),造成反應器、脫氣倉中的氣相異戊烷大量損失。通過對脫氣倉排火炬閥、反應器排火炬閥進行檢修,防止了異戊烷的損失,降低冷凝劑異戊烷的單耗。4無砂區通過以上改進措施,回收液進料量由工藝優化前的1.152t/h提升至1.932t/h。反應器補加的新鮮異戊烷進料量由189.2kg/h降低至68.2kg/h,異戊烷的單耗由優化前的6.0～8.0kg/t降低到1.3～2.5kg/t,達到了裝置的設計水平。5回收氣壓縮機回收率低通過優化產品排出系統KV-4101-1B出料時間,降低脫氣倉氮氣吹掃量,控制冷凝劑異戊烷在反應器中的濃度,顯著降低了新鮮異戊烷的加入量。另外,通過檢修回收氣壓縮機閥片,調整高壓集液罐壓力,提高了回收液的進料量,使異戊烷單耗達到裝置開車以來最好水平。由于回收氣壓縮機長周期運轉,本體閥片受到磨損,做功不完全,液相烴回收率降低,大量