液相小本体聚合系统

液相小本体聚合系统

张汉斌王书军

张汉斌王书军（中石化河南油田分公司南阳石蜡精细化工厂）

摘要：南阳石蜡精细化工厂针对聚丙烯装置聚合釜搅拌系统、撤热系统的弊端，适时进行了技术改造，并对工艺及操作参数进行了一系列优化，取得了较好效果，为液相小本体聚合工艺的技术进步进行了有益的探索和尝试。

关键词：聚合釜搅拌及撤热系统技术改造优化

1技术改造的主要内容

本次改造方案一方面是在现有基础上改变聚合釜夹套进水位置和进水方式，更换内冷管等技改手段增大聚合釜的传热面积，改善其撤热效果；另外是通过改造聚合釜内搅拌螺带，增强反应后期釜内物料的湍流程度，使其在釜内原来仅有的轴向流动基础上增加介质的径向流动，以使聚合釜内温度分布更加均匀，使反应热能够顺利撤出，并使气液界面及时更新以保证氢气调节效果。

1.1搅拌系统改造根据小本体聚合生产的这种特点，为提高搅拌效果，进一步改善物料传热过程，对原来的搅拌器进行了以下改造：一是将双螺带改为新型螺袋，螺带外经变小。目的是加强物料的返混，并在能使反应后期搅拌负荷降低，使搅拌电流减小；二是对搅拌横梁进行改进使得釜内聚丙烯粉料在轴向运动的基础上增加径向运动，加强粉料的流动，改善换热效果；三是将搅拌轴末端外径车小，相当于增加釜底内搅拌，消除了原搅拌轴对釜底搅拌效果差的问题。

1.2聚合釜撤热水系统改造聚合釜撤热水系统主要由内冷管撤热和夹套撤热，内冷管处于聚合釜内部，换热效果明显，因此本次改造主要是增加能冷管得换热面积和对夹套进水改造。一是内冷管的改造：由于聚合釜原来的4根指形管式的内冷管换热面积较小，仅为5.3m2，不能满足撤热需要。本次将其改为n型管，相当于8根内冷管，换热面积增加到8.5m2，撤热效果明显提高。二是夹套进水改造：原聚合釜夹套进水口仅有1个，且为径向开口，本次改造将夹套进水改为双向切线进水，并将进水口位置改在聚合釜的最下端，使得原聚合釜底的死水区水循环得以建立，换热面积增加。

2聚合釜技术改造后工艺及操作条件的优化

2.1聚合反应温度和压力的优化该厂改造前由于聚合釜传热面积不足，聚合反应前期反应热无法及时被撤出，使聚合反应的温度和压力不易控制，因此生产中一般靠上限操作，对聚丙烯产品的单釜产量和质量，以及安全生产有较大影响。以2007年为例，聚合反应压力平均控制在3.5MPa，聚合釜中部温度控制在76℃，出现安全阀起跳6次，出现聚丙烯高温料3釜（次）。

聚合釜改造后，换热面积增加，撤热效果得到明显改善，这使提高聚合反应速度成为可能，通过对聚合釜实际运行情况进行统计分析，得出聚合釜最适当的反应压力和反应温度应该控制在3.3—3.4MPa和73-74℃。

2.2聚合釜投料顺序对聚合反应的影响及现状根据聚合岗位操作法，聚合釜投料时“三剂”严格按照：活化剂-DDS-催化剂先后加入。改造前由于聚合釜搅拌器只是进行轴向搅拌，且釜底基本搅拌不到，因此为防止催化剂沉底，丙烯底料要求投2.0t，然后再投活化剂，这样活化剂加入较晚，除杂效果受到影响，为保证聚合反应平稳进行，只有增加催化剂和活化剂的用量，催化剂为78g/釜，活化剂为850ml/釜。

改造后，使得聚合釜内聚丙烯粉料在轴向运动的基础上增加径向运动，加强粉料的流动；并通过将搅拌轴末端外径车小，相当于增加釜底内搅拌，消除了原搅拌轴对釜底搅拌效果差的弊端。这样就使得催化剂沉底的可能性大大降低，因此，可以通过减少底料投釜量，由原来的2.0t降到1.5t，相当于提前加入活化剂，使其有更充分的时间与原料中的杂质反应，除杂更彻底，避免了催化剂中毒失活，保证了催化剂的活性，使催化剂得率得到提高。这样不仅使相同的配比情况下，聚丙烯转化率增加，而且，由于活化剂的提前加入，更好的保护了催化剂，使得催化剂单釜用量降低。

2.3选择适当的切换给水时机优化升温速度控制适当的升温速度是决定聚合反应引发效果的关键因素，升温速度太快和过慢都对聚合反应有不利影响。改造前由于受聚合釜传热和撤热效果的限制，聚合釜升温时，往往升温较慢，往往约在30分钟左右，使部分催化剂中毒失活，活化剂加入量较大。为了保证聚合反应热的撤出，总是选择较早的切换时机，通常在聚合釜压力2.5MPa时开始给循环水进行撤热，使活性中心不能够完全形成，延缓了反应的速度，使聚合反应时间较长，平均需要5.0h/釜才能结束聚合反应,使各种消耗较高。

聚合釜撤热系统改造后，使适当加快升温速度、提高反应速度成为可能。通过试生产分析总结，将聚合釜升温速度控制在22min，切换压力控制在2.8MPa最合适，通过2008年4-11月份的生产运行，由于升温时间减少，蒸汽消耗量降低；由于切换时机得当，聚合反应平稳，聚合反应速度提高，反应时间缩短，使投釜量提高，日处理量增大，装置加工量得到提升。

2.4优化聚合釜高压回收后的压力改造前聚合釜底部存在一搅拌盲区，为保证聚丙烯喷料较完全，操作中总是把高压丙烯回收后的聚合釜压力控制得较高，平均在1.6MPa，使高压丙烯回收不彻底，最终是这部分丙烯放入气柜，经压缩机压缩进入储罐，再自压进入气体分馏装置进行二次分馏，每一环节都是加工损失增大，各项消耗提高。

改造后聚合釜搅拌轴末端外径缩小，相当于增加釜底内搅拌，消除了原搅拌轴对釜底搅拌效果差的弊端，使高压丙烯能够回收的更彻底，在聚合反应结束后，高压丙烯回收至聚合釜的压力为1.3MPa最恰当，使更多的丙烯得以回收，并被直接投入聚合釜生产，避免了进入低压回收系统造成的储运损失，二次加工损失等，并减少了低压丙烯压缩的电耗、丙烯膜分离系统的电耗，二次进入气体分馏装置的水、电和蒸汽消耗，实现了节能降耗，降低装置加工损失的目的。

2.5优化三剂配比降低化工料消耗在聚合釜改造前由于其传热效果较差，升温比较慢，使部分催化剂失活；又因投料时活化剂加入较晚，其对原料的除杂不彻底，为保证聚合反应正常进行，也就必须提高催化剂用量，因此，这是三剂配比较高，平均水平是：催化剂78g/釜，活化剂850ml/釜，第三组分150ml/釜。

聚合釜改造后传热效果明显改善，缩短了升温阶段时间，减少了丙烯底料的加入量，是活化剂提前投入釜内，使原料性质得到保证，活性中心更容易形成，降低三剂配比成为可能，催化剂用量降到65g/釜，活化剂用量降至700ml/釜，第三组分DDS用量降至130ml/釜。三剂消耗降低，节约了化工料消耗，降低了生产成本，增加了市场竞争力。

3改造效果

2008年4月，通过对聚合釜撤热系统和搅拌系统实施技术改造和工艺及操作参数的优化，聚丙烯单釜产量由100袋增为116袋；聚丙烯产品熔融指数稳定，045牌号聚丙烯由改造前仅为80%提高到96%，产品质量良好；加工损失由改造前的8.0%降到7.84%；“三剂”及动力消耗有较大程度降低；生产运行安全平稳度得到提高。

参考文献：

[1]李玉贵，陈宁观等编著.液相本体法聚丙烯生产及应用.中国石化出版社.1992年9月第1版.