聚乙烯气相流化床反应器内静电生成原因分析及预防措施

聚乙烯气相流化床反应器内静电生成原因分析及预防措施

赵向东

（大庆石化公司塑料厂，黑龙江省大庆市 163000）

摘要：在石油化化企业聚乙烯生产过程中，气相流化床反应器是较为重要生产设备，涉及较为复杂的工艺应用。然而，在实际生产过程中由于受到诸多方面因素的影响，导致反应器内部产生静电而对整个生产环节造成不良影响，不利于生产效率的提升，甚至会引发严重的安全事故。基于此，文章主要对石油化工企业聚乙烯气相流化床反应器内静电产生的原因进行了分析，并对相关预防措施进行了有效探讨，以供参考。

关键词：流化床；聚乙烯；静电结片；预防

前言

我国某石油化工乙烯生产企业生产低密度聚乙烯装置采用的是工业化的气相流化床的先进生产技术，在气相流化床反应器内采用的是一种以钛为活性的固体粉末催化剂。在气相流化床反应器中，乙烯、丁烯-1(或己烯-1)等原料，在 H2的调节作用下，最终反应生成聚乙烯树脂产品。仍然，由于受到诸多方面因素的影响，在气相流化床反应器中常常会出现结片现象，较为严重的结片现象会导致反应器排料系统发生堵塞，或者是导致流化丧失。对此，需要停车进行反应器内部结片的清除，但是每次停车都会导致产量损失，以及对反应器清理也需要消耗大量的维修费用，进而为企业造成较为严重的经济损失。而通过降低静电电荷在流化床反应器中的聚集现象，对于减少反应器结片发生次数有着较为重要的作用。因此，做好对工业聚乙烯气相流化床反应器内静电产生的有效预防，对于提高生产效益，降低生产成本有着较为重要的现实意义。

一、反应器结构和床层流化相关概述

流化床反应器的组成部分主要包括有：筒体、顶部球形封头、膨胀段、底部椭圆形封头、分布板等。流化床内的气体经过分布板之后，上升到达膨胀段，在直径不断扩大的影响下，气体速度开始下降，进而使得树脂粉末发生沉降，实现固气分离。流化床反应器的底部封头大多为半球形结构，在底部设置有循环气体的入管口，为确保入口气流到达底部封头之后能够实现均匀分布，需要在入口上部焊接气体导流环板，实现对死区的有效消除。

采用压缩机来对聚乙烯装置的循环气进行压缩升压，再在底部的一体圆环作用下均匀地进入分布板，然后以合适的流化速度经过树脂床层。流化状态会受到流化速度的一定影响，一般来说，若是流化速度为0.43 ~0. 625m/s时，反应器内部会出现双循环现象，并且出现“死区”；若是流化速度为0.625 ~0.73m/s，则反应器内部呈现的是单循环现象，无明显“死区”现象。在进行正常生产过程中，在对循环气流速度进行把控时，需要结合对产品平均粒径、堆积密度等多方面因素进行分析、考虑。

二、聚乙烯反应器 结片现象

聚乙烯反应器结片现象，主要表现为在器壁产生结片，或者是在扩大段出现结片。就实际生产情况而言，导致流化床反应器产生结片主要是由于出现过量静电积累所导致。在金属与绝缘接触是会产生不同的带电特点，聚乙烯颗粒和反应器避免发生接触、摩擦之后，会使反应金属壁面带上正电电荷。同时，不论聚乙烯颗粒总体带电量是正还是负，每一颗粒表面都会同时存在正、负电荷。若是静电力比气体对颗粒产生的吸附力大，颗粒将会被吸附在壁面，同时颗粒又会对其他颗粒产生吸附能力，最终在反应器壁面形成不硫化层。随着颗粒的继续反应，产生的热量导致颗粒熔粘结成为结片。当结片“成长”到一定重量会掉落在分布板上，造成分布板以及出料管线堵塞，削弱流化床的反应状态，进而导致反应器停车。

三、流化床反应器结片的静电产生原因分析

（一）进料杂质含量较大

在M-1催化剂反应器中，采用三乙基铝为助催化剂会混入氧水醇、酮、醚等杂质，这些杂质会与三乙基铝反应产生静电引发剂。若是一些能够引发静电杂质进入反应器，则会导致静电电压的明显增加，进而产生静电结片现象，最终导致流化反应停车。

（二）相关环节未对反应器未进行水解

在进反应之前的床层在与空气接触之前，应事先将其中的三乙基铝进行水解，以免三乙基铝和空气接触反应生成难挥发的醛、酮类，这些物质能够诱导静电产生。同时若是反应前的床层存储温度过高，将会导致粉料粘结成块，并且若是粉料中残存共聚单体、冷凝机等浓度过高，也会导致粉料粘结成块。同时在反应料中，也会降解产生小分子物质，进而对流化反应产生不良影响。

（三）压缩机密封油泄漏进入反应系统

在正常反应情况下，反应的工艺介质会在循环压缩机迷官密封的作用下与压缩机密封油隔离开来，但是若是迷宫密封发生故障，极易导致密封油泄漏进入工艺气体当中，导致循环气冷却器与分布板发生堵塞，同时也会导致提高静电电荷生成的杂质量大幅增加。

（四）原料精制床层温度失稳

在反应过程中，需要保持原料精制床层温度均匀、稳定，才能获得较好的杂质去除效果。一旦床层温度与目标值发生较大太多，可将会使得反应器中的静电发生较大波动。例如乙烯干燥床床温发生较大波动，会导致聚乙烯车间反应器出现较大的静电波动，进而导致装置降负荷。

（五）反应在露点附近操作

在冷凝操作模式下，装置若是在露点(55℃ )附近±3℃进行操作，也极易产生静电，导致结块堵塞。

四、工业聚乙烯气相流化床反应器静电预防措施

（一） 反应器化学处理法

反应器化学处理方法，主要是通过对反应器壁进行改善来实现系统反应的连续性。其过程主要是将二茂铬溶液在热氮气循环作用下注入空反应器完成。

（二）杂质含量控制

对反应原料杂质含量进行控制是预防静电最为有效的方法。在气相流化床工艺反应中，对于原料中杂质含量的规定较为严格，必须严格按照工艺标准来对乙烯、氢气、共聚单体、氮气、冷凝剂戊烷油等进入反应器之前，必须设置杂质消除的精制床层，实现对杂质含量的有效控制。

（三）水解法与钝化法

反应装置中静电剂含量会随着三乙基铝氧化而增加，但是不会有效细粉作用而产生粘结。但是反应器，和未反应之前的反应装置的水解会导致细粉粘结增加，能够有效降低静电引发剂产生量。因此，在反应器打开、粉料与空气接触之前进行水解，以及在反应过程中进行三乙基铝氧化钝化，都能够有效降低静电生成。

（四）静电中和法

在工业聚乙烯生产反应器中采用抗静电方式向反应器中注水，或者注入甲醇等方式进行反应器中静电中和，能够有效降低静电含量，而不会对产品质量造成较大影响。水、甲醇的加入需要采用调节阀进行控制，注入位置应设置在循环气冷却器出口处。同时，三乙基铝加入量也需根据静电变化进行实时调整。

（五）冷凝操作方法

采用冷凝操作能够有效降低静电生成量，尤其是通过对冷凝液浓度进行控制、调整，能够实现对反应其入口气体露点与冷凝分率有效改变，进而实现对反应器内部导电情况的改变，消除静电电荷。

（六）循环气压缩机干气密封方法

在循环气压缩机密封结构中，采用高压氮气来取代密封油进行压缩机与工艺期望他分离，以免杂质漏入反应器中而引起静电问题。

参考文献：

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