劉曉亮

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽　471012)

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聚丙烯裝置干燥系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行分析

劉曉亮

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽471012)

摘要：洛陽石化140 kt/a聚丙烯裝置于2013年1月31實(shí)現(xiàn)一次開車成功，開工后由于操作經(jīng)驗(yàn)匱乏，干燥系統(tǒng)運(yùn)行不平穩(wěn)，旋風(fēng)分離器分離效果差，細(xì)粉收集器D507滿罐，分離池細(xì)粉排放量大，洗滌水換熱器E502入口過濾器頻繁堵塞。通過分析，優(yōu)化干燥系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，解決了E502頻繁堵塞問題，對國內(nèi)同類裝置初次開工、干燥系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：聚丙烯 ； 細(xì)粉 ； 優(yōu)化 ； 干燥系統(tǒng)

洛陽石化140 kt/a聚丙烯裝置是洛陽分公司油品質(zhì)量升級改造項(xiàng)目中的新建裝置，采用中國石化工程建設(shè)公司(SEI)第二代國產(chǎn)環(huán)管聚丙烯工藝技術(shù)(ST技術(shù))，是一種液相本體法的工藝技術(shù)，該工藝技術(shù)是國內(nèi)外最先進(jìn)和最主要的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)之一，具有投資少、原料消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好、產(chǎn)品性能范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。由一條聚合生產(chǎn)線、一條造粒生產(chǎn)線和兩條包裝線構(gòu)成，采用兩組串聯(lián)的液相環(huán)管反應(yīng)器生產(chǎn)聚丙烯均聚物。裝置流程包括：原料丙烯精制、催化劑及助催化劑配置、聚合反應(yīng)、丙烯與聚丙烯的閃蒸分離回收、聚丙烯粉料的汽蒸與干燥、粉料緩沖料倉、聚丙烯粉料造粒、成品包裝和碼垛、氫氣純化系統(tǒng)。其中環(huán)管反應(yīng)部分分為兩個(gè)單元，預(yù)聚合單元及聚合單元，在預(yù)聚合單元完成預(yù)聚合反應(yīng)并保護(hù)催化劑，在聚合反應(yīng)單元，丙烯與主催化劑作用生產(chǎn)聚丙烯?？捎糜诟咚貰OPP專用料、聚丙烯管材料、透明聚丙烯專用料、流延聚丙烯薄膜料、纖維料的開發(fā)生產(chǎn)，共可生產(chǎn)25種牌號的均聚聚丙烯產(chǎn)品。擠壓造粒機(jī)組由大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司設(shè)計(jì)制造，為國產(chǎn)第一臺(tái)不帶齒輪泵的造粒機(jī)組，具有國內(nèi)先進(jìn)水平。裝置于2013年1月31日實(shí)現(xiàn)一次開車成功。

1干燥系統(tǒng)流程

聚丙烯粉料經(jīng)閃蒸脫氣后進(jìn)去汽蒸罐D(zhuǎn)501進(jìn)行殘余催化劑活性中心失活，失活后粉料中含有少量水分，干燥工段主要將粉料中該部分微量水除去，采用熱氮?dú)庋h(huán)干燥法。粉料由頂部進(jìn)入，熱氮?dú)鈴牡撞窟B續(xù)流過流化床干燥器D502。流化床干燥器為一立式桶狀容器，上部為擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)，底部安裝孔篩板，即氮?dú)夥峙淦?。?dāng)聚合物通過干燥器內(nèi)的螺旋通道時(shí)，熱氮?dú)馐咕酆衔锂a(chǎn)生流化，與粉料進(jìn)行逆向接觸，傳遞熱量，將聚合物中的水分帶走。容器內(nèi)的螺旋鋼板，使粉料呈活塞形式移動(dòng)，D502內(nèi)部構(gòu)造圖見1。T502為板式洗滌塔，洗滌介質(zhì)為循環(huán)水，通過板式換熱器E502降低循環(huán)水的溫度至45 ℃，以除去循環(huán)氮?dú)庵械臍鈶B(tài)水。

圖1　D502結(jié)構(gòu)

粉料中冷凝水汽化所需要的大部分熱量由聚合物本身從100～105 ℃冷卻到75～80 ℃所釋放的熱量，少部分熱量由干燥器底部的熱氮?dú)夤┙o。循環(huán)氮?dú)鈴母稍锲黜敳苛魅胄L(fēng)分離器S502中，以除去氮?dú)庵袏A帶的聚合物細(xì)粉，從S502中分離出的細(xì)粉收集到細(xì)粉收集器D507中，通過粉料風(fēng)送系統(tǒng)輸送至造粒機(jī)。氮?dú)怆x開旋風(fēng)分離器后進(jìn)入干燥器洗滌塔T502，以洗去氮?dú)庵械乃趾蛫A帶的微量聚合物細(xì)粉，洗滌塔T502頂部出來的氮?dú)饨?jīng)除霧器D508后進(jìn)入干燥器鼓風(fēng)機(jī)C502A/B，經(jīng)翅片式換熱器E503用蒸汽加熱至105～110 ℃后進(jìn)入D502，氮?dú)庋h(huán)利用。

干燥系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2　干燥系統(tǒng)流程圖

2開工后干燥工段現(xiàn)狀

投產(chǎn)以來，裝置一直使用中國石化催化劑公司的第四代高效球型催化劑-DQC系列催化劑，催化劑活性高，達(dá)到40 000 gPP/gCat。預(yù)聚反應(yīng)器R200工藝參數(shù)按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行控制，預(yù)聚合效果不好。操作人員缺乏參數(shù)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，聚合反應(yīng)產(chǎn)生較多的聚丙烯細(xì)粉。進(jìn)入干燥、洗滌系統(tǒng)后，細(xì)粉分離、洗滌效果差，導(dǎo)致T502溫度波動(dòng)大；旋風(fēng)分離器S502滿罐，分離效果差，細(xì)粉收集器D507滿罐；E502入口過濾器頻繁堵塞，廢料量大，丙烯單耗升高；D508霧沫分離器內(nèi)濾網(wǎng)堵塞，需定期隔離清理。同時(shí)，帶有細(xì)粉的氣體進(jìn)入加熱器、洗滌塔冷卻水，由于細(xì)粉附著在設(shè)備及管線的內(nèi)壁上，使設(shè)備的換熱能力降低。由于細(xì)粉的產(chǎn)生可造成閥門、管線堵塞或設(shè)備故障，輕則需要切換清理，重則裝置停車，影響裝置平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。干燥系統(tǒng)關(guān)鍵控制點(diǎn)見表1。

表1　干燥系統(tǒng)關(guān)鍵控制點(diǎn)

3影響系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的原因及優(yōu)化措施

3.1　預(yù)聚合效果

要降低T502洗滌水中細(xì)粉的含量，首先應(yīng)降低裝置細(xì)粉的產(chǎn)生。裝置細(xì)粉主要是由丙烯單體和催化劑在第一、第二反應(yīng)器中進(jìn)行劇烈反應(yīng)，釋放大量熱使球形催化劑破碎而產(chǎn)生的。為了減少催化劑的破碎，第二代國產(chǎn)環(huán)管聚丙烯工藝設(shè)計(jì)了預(yù)聚合反應(yīng)器R200。主催化劑與丙烯在R200中進(jìn)行較緩和的預(yù)聚合反應(yīng)，在催化劑表面形成很薄的一層聚丙烯保護(hù)膜，以提高催化劑的強(qiáng)度，有效防止催化劑在主反應(yīng)器R201、R202中進(jìn)行劇烈反應(yīng)時(shí)催化劑顆粒破裂，產(chǎn)生較多的細(xì)粉。

預(yù)聚合溫度對催化劑活性有較大影響，聚合反應(yīng)速率隨溫度上升而上升，反應(yīng)溫度過低不利于催化劑表面保護(hù)膜形成，會(huì)導(dǎo)致催化劑顆粒后路劇烈反應(yīng)時(shí)破碎量增加，聚丙烯細(xì)粉量增加。反應(yīng)溫度過高使預(yù)聚合效果增強(qiáng)，催化劑表面保護(hù)膜變厚，機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)，但在主反應(yīng)器中催化劑的活性減弱，裝置催化劑單耗升高。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)牌號的不同，控制不同預(yù)聚合溫度，在保證催化劑活性的同時(shí)也改善聚丙烯顆粒的粒徑分布，達(dá)到有效地減少產(chǎn)品細(xì)粉含量的目的。

預(yù)聚合反應(yīng)溫度對顆粒分布的影響見表2。

表2　預(yù)聚合反應(yīng)溫度對顆粒分布的影響

由表2可以看出，降低預(yù)聚合反應(yīng)器溫度，355 μm及以下的細(xì)粉含量明顯減少，預(yù)聚合溫度控制在18～22 ℃為宜。

3.2　循環(huán)熱氮?dú)饬?/h2>

D502循環(huán)熱氮?dú)饬坑闪_茨風(fēng)機(jī)C502出入口回流閥開度大小控制，開工初期，由于缺乏操作經(jīng)驗(yàn)，操作人員將回流閥全關(guān)，循環(huán)氮?dú)饬窟_(dá)到10 000～12 000 kg/h。粉狀及顆粒狀聚丙烯進(jìn)入D502后，未充分干燥即被氮?dú)獯罅繆A帶至旋風(fēng)分離器S502中，導(dǎo)致S502滿罐，S502未設(shè)計(jì)高料位報(bào)警儀表，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。細(xì)粉分離效果差，大量聚丙烯細(xì)粉進(jìn)入T502，進(jìn)而進(jìn)入P502A/B入口管線，堵塞換熱器E502，每天清理達(dá)12次之多，甚至堵塞羅茨風(fēng)機(jī)C502A/B入口霧沫分離器D508內(nèi)濾網(wǎng)。

循環(huán)氮?dú)饬康拇笮〔坏珱Q定D502流化床的流化狀態(tài)，而且決定聚丙烯粉料的干燥效果。D502干燥器內(nèi)的圓筒形構(gòu)件，使得聚丙烯粉末在干燥器內(nèi)的移動(dòng)具有一定的方向性，增加了物料在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間和干燥質(zhì)量。循環(huán)氮?dú)饬刻呷菀资沽骰渤霈F(xiàn)“騰涌”，甚至變成輸送床，聚丙烯粉料進(jìn)入D502后不能沿特定方向流動(dòng)，停留時(shí)間變短，顆粒分散在氮?dú)庵袏A帶走，裝置開工初期D502流化床即屬于該種現(xiàn)象。氮?dú)饬刻蛣t容易使流化床出現(xiàn)“溝流”，甚至變成固定床，熱氮?dú)鈴姆哿祥g的間隙通過，與粉料不能充分接觸，傳熱面積小，傳熱速率低，干燥效果差，出口粉料中帶水，影響造粒機(jī)運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量。

由于洛陽分公司丙烯產(chǎn)量限制，140 kt/a聚丙烯裝置開工后生產(chǎn)負(fù)荷控制在13.5 t/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷17.5 t/h)。根據(jù)裝置工藝參數(shù)設(shè)計(jì)控制值，結(jié)合低負(fù)荷生產(chǎn)實(shí)際情況，先穩(wěn)定控制D502料位在正常值，現(xiàn)場通過D502頂部及中部視窗觀察D502流化效果，在保證流化平穩(wěn)，床層溫度70～80 ℃基礎(chǔ)上，穩(wěn)步調(diào)整循環(huán)氮?dú)饬浚獨(dú)饬孔罱K控制在3 000～4 000 m3/h，干燥系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，粉料流動(dòng)性好，水含量滿足要求，D502粉料全分析數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3　D502粉料全分析

表4　D502粉料篩分?jǐn)?shù)據(jù)

3.3　S502細(xì)粉分離控制程序

S502細(xì)粉分離由I508程序自動(dòng)控制，按照設(shè)定時(shí)間順序控制HV530A、HV530B、HV530C、HV530D閥門開關(guān)，安全、平穩(wěn)地將旋風(fēng)分離出的細(xì)粉輸送至PK801系統(tǒng)。程序中兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間為S502分離、D507進(jìn)料時(shí)間T1，D507下料至PK801時(shí)間T2。裝置開工后，多次出現(xiàn)粒料輸送系統(tǒng)PK801停運(yùn)，聯(lián)鎖啟動(dòng)停運(yùn)I508程序，HV530A、HV530B、HV530C、HV530D全部關(guān)閉。PK801啟動(dòng)正常后，操作人員監(jiān)控不到位，未及時(shí)投用I508程序，HV530A長時(shí)間處于關(guān)閉位置，S502內(nèi)分離出的細(xì)粉不能及時(shí)排空、滿罐，大量細(xì)粉進(jìn)入T502系統(tǒng)。

I508程序運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，分離時(shí)間T1不能太長，太長容易使大量細(xì)粉積存于粉料緩沖罐D(zhuǎn)508內(nèi)，一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)不能將D507內(nèi)粉料排空。太短則使單位時(shí)間內(nèi)程序運(yùn)行次數(shù)增加，氮?dú)?、儀表風(fēng)消耗量增加，影響裝置能耗。根據(jù)裝置生產(chǎn)負(fù)荷、D502篩分?jǐn)?shù)據(jù)，將T1與T2充分結(jié)合起來進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，可使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化。經(jīng)過不斷摸索，將T1由開工時(shí)的40 s增大到110 s，T2由30 s縮短至20 s，既能保證細(xì)粉充分分離，又能保證一個(gè)周期內(nèi)D507粉料排空。操作人員現(xiàn)場通過HV530A關(guān)閉瞬間，打開導(dǎo)凝閥(1)確認(rèn)，HV530B關(guān)閉瞬間，打開導(dǎo)凝閥(2)確認(rèn)S502、D508均保持在空罐操作狀態(tài)。

3.4　E503換熱器換熱效果

E503為翅片式換熱器，循環(huán)氮?dú)庵袏A帶有細(xì)粉、微量水會(huì)使細(xì)粉不斷黏附在翹片上，使換熱器內(nèi)列管淤堵，影響換熱效果，造成熱氮?dú)鉁囟冗_(dá)不到工藝要求，裝置蒸汽消耗量大，能耗升高。隨裝置運(yùn)行時(shí)間的增長，工況逐步惡化，最終造成聚丙烯粉料含水量高，影響造粒機(jī)的正常運(yùn)行，切粒機(jī)切粒效果差，出現(xiàn)長尾粒，成品聚丙烯顆粒出現(xiàn)氣泡多、顏色發(fā)白等。

國內(nèi)同類裝置多次出現(xiàn)因E503換熱效果差、D502出口粉料中水含量超標(biāo)、后路粉料輸送困難等問題，裝置被迫停工處理。為保證裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行，聚丙烯裝置計(jì)劃檢修期間增上一臺(tái)翅片式換熱器，并且增大換熱面積。正常生產(chǎn)時(shí)候一用一備，換熱器效果差時(shí)及時(shí)切換清理。新建裝置在建設(shè)初期即考慮設(shè)計(jì)兩臺(tái)換熱器，避免裝置運(yùn)行中進(jìn)行停工改造。

3.5　T502循環(huán)洗滌水量

洗滌塔T502底部有一根立管來維持T502恒定的液位，當(dāng)T502底部的頁面高出該立管的頂部時(shí)，循環(huán)水溢流將分離出的細(xì)粉帶出，排至細(xì)粉隔離池。循環(huán)洗滌水量的大小通過P502A/B出口閥開度控制，循環(huán)量過大，細(xì)粉在塔底未充分從洗滌水中分離出來，便隨著洗滌水進(jìn)入換熱器E502，易造成E502入口過濾器堵塞。循環(huán)量太小，氮?dú)庵械募?xì)粉不能充分被洗滌干凈。

T502循環(huán)洗滌水量設(shè)計(jì)為60 t/h，洗滌水在T502內(nèi)停留時(shí)間約為7 min。在保證循環(huán)氮?dú)庵屑?xì)粉洗滌效果基礎(chǔ)上，兼顧考慮洗滌水停留時(shí)間、分離效果，逐步調(diào)整洗滌水循環(huán)量。經(jīng)過一段時(shí)間的摸索，將洗滌水量由設(shè)計(jì)的60 t/h降低至45 t/h，洗滌水在T502內(nèi)的停留時(shí)間由設(shè)計(jì)的7 min延長至12 min，聚丙烯細(xì)粉從洗滌水中充分分離出來，降低霧沫分離器D508內(nèi)濾網(wǎng)堵塞次數(shù)。同時(shí)P502A/B出口洗滌水量降低，減少P502A/B電耗，直接降低裝置能耗。

4結(jié)論

通過一系列優(yōu)化措施實(shí)施，裝置干燥系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，聚丙烯細(xì)粉含量降低，粉料干燥效果良好，保證造粒機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，洗滌水換熱器E502入口過濾器清理次數(shù)由嚴(yán)重時(shí)8次/天降低至1次/周，降低維修人員勞動(dòng)強(qiáng)度。細(xì)粉分離池、污水池清理的粉料，由開工初期的3 t/月降低至0.5 t/月，丙烯單耗由1 004.2 kg/t降低至1 003 kg/t。裝置氮?dú)庀目偭坑?00 m3/h降低至450 m3/h，E503蒸汽消耗減少100 kg/h。D508霧沫分離器清理次數(shù)由1次/2月降低至1次/4月。

作者簡介：劉曉亮(1978- )，男，從事聚丙烯工藝技術(shù)管理工作，電話：(0379)66997662。

收稿日期：2015-03-02

中圖分類號：TQ051.892

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)06-0038-04