低压聚乙烯装置简介和重点部位及设备

　　一、装置简介

　　(一)装置发展及类型

　　1．装置发展

　　低压装置始于20世纪50年代中期，Ziegler、Natta等人发现了金属有机络合引发体系，在较低的压力和温度下，制得了高密度聚乙烯(1953—1955)。低级烯烃得到了利用，在高分子合成方面进入了新的领域。

　　自我国1979年引进三井油化的CX(淤浆法)工艺以来，国内(扬子、大庆、兰州、燕化)共计四套采用三井技术生产高密度聚乙烯装置。三井油化的CX工艺是淤浆聚合生产HDPE树脂的著名工艺，工艺成熟，与气相法生产的IIDPE、高压法生产的LDPE并驾齐驱。产品覆盖面广，同一种催化剂体系，通过改变产品的相对分子质量、相对分子质量分布、密度，可以生产出薄膜、吹塑、注塑、窄带、单丝、管材等一系列产品。

　　2．装置的主要类型

　　低压聚乙烯装置采用两条生产线，装置的核心部分为四台聚合釜，四台聚合釜可以串联也可以并联生产。

　　(二)装置单元组成与工艺流程

　　1．组成单元

　　本装置按工艺流程可分为以下七个部分：

　　(1)催化剂配制进料系统；(2)聚合系统；(3)分离干燥系统；(4)混炼造粒系统；(5)溶剂回收系统；(6)低聚物处理系统；(7)公用工程。

　　2．各单元作用及流程介绍

　　低压聚乙烯装置工艺流程见图5—1。

　　(1)催化剂配置进料系统

　　BCH(国内生产的四氯化钛催化剂)主催化剂通过罐车运至车间，通过氮气加压至BCH储罐中。每次配置由储罐顶部加氮气压至计量罐，再进入稀释罐顶部加溶剂HX进行稀释。搅拌均匀后，通过进料泵加入聚合釜。

　　AT(三乙基铝)助催化剂由AT储罐压至计量罐，通过计量压至稀释罐中，搅拌均匀后，通过进料泵加入聚合釜。

　　(2)聚合系统

　　由界区引入的1.8MPa气态乙烯通过减压至1．2MPa，通过乙烯预热器，由中压蒸气加热至40℃，然后在乙烯流量控制阀按规定流量加入烃蒸气循环管线后进入聚合釜。由界区引入的2．8MPa氢气经减压至1。2MPa，加入烃蒸气循环管线后进入聚合釜。由界区引入的1．8MPa液态丙烯进入丙烯蒸发器，被低压蒸汽加热气化，压力控制在1．4MPa，气化丙烯按规定比例加入烃蒸气循环管线后进入聚合釜，串联牌号产品需用丁烯—1进行调节密度时，就将液态丁烯—1分批引入丁烯—1储罐中，通过输送泵送至蒸发器，被低压蒸汽气化，压力控制在1．2MPa，按规定比例加入烃蒸汽循环管线后进入聚合釜。

　　乙烯、丙烯或丁烯—1、氢气，先与循环烃蒸气混合，通过8根进料管进入聚合釜底部，由搅拌器充分搅拌，通过催化剂作用在己烷溶剂中进行聚合反应，生成具有规定浓度的浆液。聚合反应为放热反应，聚合反应生成的热量约80％由己烷蒸发潜热除去，其余热量通过聚合釜夹套的冷却水带走。聚合温度通过控制循环气流量而控制在规定值。未反应的夹带有大量己烷的循环气被送至釜顶冷凝器，将己烷冷凝下来后流人己烷接受罐，通过己烷凝液输送泵返回聚合釜，其中部分冲洗气相出口管线，部分冲洗聚合釜分液盘，余下部分用来控制液位。循环气由循环气鼓风机返回聚合釜。聚合釜浆液溢流进入浆液稀释罐，在此被分成液相和气相，气相通过平衡管返回聚合釜，液相被送人闪蒸罐，经减压闪蒸，闪蒸气经换热器冷却，被冷凝下的己烷回到闪蒸罐。未冷凝气体由闪蒸气压缩机升压至1．2MPa，经冷凝，液体进人集液罐，分离出的己烷送入母液罐，未冷凝气体返回乙烯装置进行回收。进行串联牌号生产时，第一闪蒸罐中的浆液通过泵送至第二聚合釜。当在并联操作时，两个釜的浆液都进入第二闪蒸罐，第二闪蒸罐中的浆液由泵经控制后送人离心机进行分离处理。

　　(3)分离干燥系统

　　从聚合过来含有浓度30％浆液连续进入卧式沉降离心机，进料由调节阀控制，既能保证液位的平稳又能够保证离心机电流、扭矩不会超高。离心机的转鼓为圆锥形，浆液由进料管引入内转鼓中间锥体部分，在内转鼓高速旋转产生离心作用，通过锥体的8个孔，甩人外转鼓并随之旋转。内转鼓转速1432r／rain，外转鼓转速1450r／rain。内外转鼓在行星摆线齿轮差速器的作用下产生18r／min的差速，相当于18r／rain的螺旋进料器。湿饼从固相口卸出，湿饼的湿含量为30％(质量)，母液从溢流口溢出，其固含量小于0．2％(质量)，溢流口的高度根据牌号的不同和固含量的分析结果进行调整。湿饼经螺旋加料器送到干燥机，母液流至母液罐，经母液输送泵加压后，70％返回聚合釜，30％送至己烷回收单元。

　　经离心机分离出的湿饼送人干燥机进行干燥处理，用低压蒸汽进行加热，使干燥机出口聚合物的温度保持在98—102℃，以保证粉末中挥发物含量小于0．3％(质量)，干燥出的己烷随干燥循环气与物料逆向接触，从进料侧带走。聚乙烯粉末停留约30rain离开干燥机。来自干燥机中含有少量细小聚乙烯粉末的混合气体，进入干燥器洗涤，内有三层塔板，用以去除气体中的聚乙烯粉末。被收集来的聚乙烯粉末和冷凝下来的己烷通过泵回收到第二闪蒸罐。气体经干燥冷凝器冷却后，由干燥气风机加压，一部分气体经冷却器冷却和干燥气体除沫分离器除沫后，由干燥气体加热器加热后进人干燥机，另一部分气体进入压缩机吸人罐，经压缩机加压至0．3MPa后供给干燥机的填料函进行吹扫。

　　(4)造粒系统

　　来自干燥机的聚乙烯粉末，经旋转阀，由风机送到旋风分离器分离，粉末进入料仓。料仓中的粉末经闸阀、旋转阀进入计量称计量后进人单螺旋输送器。液体稳定剂加入液体稳剧剂储罐中，利用自身重力流人储罐，利用输送泵加入到螺旋输送器。固体稳定剂按比例加入到混合器，混合均匀后送到储罐中，然后经旋转阀进入计量称计量加入螺旋输送器。由一区来的凝液加至水稳定剂罐，由泵按配比加人到螺旋输送器。粉末在螺旋输送器与各种稳定剂混合，进入混炼机料斗，在混炼机加热混炼均匀后由齿轮泵送至换网器过滤，经模板挤出即被高速旋转的切刀切成直径3mm的颗粒，由颗粒水泵将颗粒送至块料分离器分离大块料，合格后颗粒进入干燥器进行干燥，干燥后进人颗粒振动筛除去不合格颗粒，合格颗粒进入料斗，再经旋转阀，由颗粒输送风机送至料仓，合格品经掺合15min，由颗粒输送风机送至刨装料斗进行包装。

　　(5)回收系统

　　来自母液罐的母液，视生产需要，分别切至己烷汽提塔或粗己烷罐。母液罐(粗己烷罐)中母液由泵送至预热器，预热后进人己烷汽提塔进行蒸馏分离。汽提塔再沸器的中压蒸汽流量控制调节。当釜液位浓度偏高，黏度过大，传热差时，启动泵强制再沸器物料流动。塔田力由气相出料控制阀来控制，压力为0．3MPa，在第一块塔板上引入高压己烷进行冲洗，以防气相夹带低聚物和粉末，通过差压报警，检查塔板的工作状态，以防堵塔。塔顶部的己烷蒸气经塔顶冷凝器冷却，依靠重力流人接受槽中，接受槽内装有挡板以增强己烷和水的分离作用，使己烷和水分层，水的排除由调节阀控制。己烷层的液位通过脱水塔的进料阀控制。接受槽中含有水的己烷由泵送至脱水塔的第一块塔板，低压蒸汽通过调节阀通人再沸器，塔中物料30％在此气化。塔顶出来的蓟烷蒸气液进行冷凝。塔底由泵送至冷却器进行冷凝，冷凝后送至精己烷罐。精己烷罐中的己烷由泵加压后到干燥器进行干燥，干燥后进过滤器至用户。

　　(6)低聚物系统

　　经过塔处理后残存与塔底的低聚物由泵加压至2．8MPa，进入闪蒸预热器加热。低聚物溶液从闪蒸罐顶部进入，进行减压闪蒸。闪蒸气返回塔，闪蒸罐内有高压蒸气盘管进行加热。低聚物靠自身压力进入去活器，去活后用泵送往低聚物储罐。

　　(7)公用工程系统

　　①密封油系统

　　密封油系统分为高压密封油和低压密封油。是供给聚合釜搅拌、稀释罐搅拌、闪蒸罐搅拌、罗茨风机密封。压力靠氮气进行调节。

　　②冷冻系统

　　本系统由冷冻机、盐水罐、泵组成。在盐水罐中配制含乙二醇36％的盐水，由盐水泵经冷冻机组的冷却器进行冷却至—1O℃，然后供给各盐水冷却器，回收己烷，盐水升温至O℃后返回盐水罐。

　　③仪表风系统

　　仪表风压缩机将界区来的仪表风压缩至1．9MPa，并储存在储罐中作为应急用仪表风。

　　④分子筛再生系统

　　己烷干燥器中的分子筛到一定的周期就要进行再生，再生采用氮气，用循环风机保持压力0．1MPa，并进行加热至200℃，送人分子筛干燥器进行分子筛再生。冷却后经风机进行⑤蒸汽和冷凝液回收系统

　　本装置有高压蒸汽、中压蒸汽、低压蒸汽三种。本系统低压蒸汽由高压蒸汽凝液和低压蒸汽凝液减压产生。

　　⑥火炬系统

　　本装置所有工艺设备上的安全阀紧急排放和紧急泄压排放的不凝气体都排人火炬系统。

　　3．工艺流程图

　　低压聚乙烯装置工艺流程图如图5—1所示。

　　(三)化学反应过程

　　主要反应

　　乙烯在低压状态下，经催化剂作用聚合成高密度聚乙烯的反应机理说法甚多，其中以阴离子配位聚合的机理较为成熟，目前已得到较为普遍的承认。

　　在阴离子配位聚合反应中，催化剂之所以有活性，是因为它的分子结构中含有金属—烷基键，乙烯及共聚单体可以迅速地插人金属—烷基键之间，而生成长键高聚物，其过程分为下列三步：

　　①链引发。其过程可概括为：扩散(包括溶解)一吸附(包括络合、极化)一插入。

　　②链增长一扩散(包括溶解)一吸附(包括络合、极化)一插入。

　　③链终止一增长中的聚乙烯链因各种原因而停止增长，在生产过程中一般添加氢使链

　　(四)主要操作条件

　　聚合温度：(85±3)℃

　　聚合压力：0．25-0．7MPa

　　离心机扭矩：<20kg•m

　　离心机电流：<23A

　　粉料干燥温度：97-99℃

　　混炼机电流：<237A

　　蒸馏塔压力：(0．3±0．05)MPa

　　蒸馏塔液位：50％-70％

　　(五)原料及产品性质

　　1．主要原料性质

　　主要原料包括乙烯、丙烯、1—丁烯、氢气等。

　　(1)乙烯化学式：CH₂＝CH₂

　　乙烯规格>99．96％

　　危险特性：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

　　危害处理：发生泄漏，人员应该迅速撤离至上风处，切断气源。并隔离至气体散尽，应急理时应戴呼吸器，穿防护服。

　　(2)丙烯化学式：CH₃CH＝CH₂

　　丙烯规格：>99．6％

　　危险特性：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

　　危害处理：发生泄漏，人员应该迅速撤离至上风处，切断气源。并隔离至气体散尽，应急处理时应戴呼吸器，穿防护服。

　　(3)1—丁烯

　　1—丁烯规格>99．0％

　　危险特性：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

　　危害处理：发生泄漏，人员应该迅速撤离至上风处，切断气源。并隔离至气体散尽，应急处理时应戴呼吸器，穿防护服。

　　(4)氢气化学式：H₂

　　氢气规格：氢≥90％

　　化学危险性：与空气混合形成爆炸性混合物，遇明火即会引起燃烧爆炸。爆炸极限：4．1％-74．1％(体积)。气体比空气较轻，在室内储存与使用时易爆炸。

　　2．主要产品

　　聚乙烯其粉末系爆炸性粉尘，易产生静电，要注意输送系统必须在氮气保护下进行。

　　二、重点部位及设备

　　(一)重点部位

　　1．反应系统

　　主要由聚合釜、风机组成。原料气在这里采用淤浆法聚合反应。

　　安全要求：处理催化剂泄漏时要用跖石、黄沙灭火。禁止使用水、泡沫灭火。消防人员应穿戴铝或石棉层服装和面罩。处理己烷时务必戴上手套和面罩，着火时应用泡沫、干粉等灭火。发现气体泄漏时应及时切断进料阀。

　　2．回收系统

　　主要由蒸馏塔、气提塔组成。将三区分离出的母液进行回收利用。

　　安全要求：杜绝跑、冒、滴、漏，严禁随地排放物料。避免储罐超温超压。

　　3．分离系统

　　主要由离心机、干燥机组成。将聚合的浆液进行分离和干燥。

　　安全要求：杜绝跑、冒、滴、漏，严禁随地排放物料。避免储罐超温超压。处理己烷时务必戴上手套和面罩，着火时应用泡沫、干粉等灭火。

　　4．造粒系统

　　主要由造粒机组组成。将粉末造粒。

　　安全要求：本系统机械操作较多，因此在操作时必须佩戴好防护用品，稳定及配制人员必须戴好防尘口-罩。为了防止粉末物料系统的粉尘爆炸，系统内必须进行氮封。经常清除粉尘，防止粉尘飞扬污染环境及引起粉尘爆炸。

　　(二)重点设备

　　1．聚合釜

　　特点：容积80m3，采用两支点悬挂轴，轴上部设受液盘，下部有三档开式滑轮搅拌器，最下档搅拌器下装有稳定器，增加阻逆，减少轴端摆动量。

　　2．离心机

　　工作原理是转鼓在1450r／min高速转动下，将聚乙烯粉末与己烷分离，差速器使转鼓与螺旋差速18r／min，螺旋把分离的粉末推出机端，落人料斗，己烷从另一端流下。

　　3．干燥机

　　干燥机头部采用螺旋输送机，把含有30％己烷的聚合物送人转筒，在回转过程中物料从高端走向低端，由蒸汽管加热，己烷汽随循环干燥气带出，干粉由尾端出料。

　　4．造粒机

　　本装置采用神户制钢生产的造粒机，缸体与螺旋直径从加料段、混合段到熔融输送段采取变径设计，较适用于淤浆法CX工艺的HDPE低指数松散密度的特点，有利于进料，输送段直径小，有利于降低能耗。