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单环管工艺聚丙烯装置聚合催化剂应用研究

已有人阅读此文 - 2021-08-16 10:00 -

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蒲城清洁能源化工有限责任公司成立于2008年11月，由陕西煤业化工集团和中国长江三峡集团共同出资设立。

一期180万t/a甲醇、70万t/a聚烯烃项目以长焰煤为原料，采用了美国GE公司8.7MPa水煤浆加压气化、德国Linde公司低温甲醇洗、英国Davy公司甲醇合成、陕煤化集团拥有自主知识产权的DMTO-Ⅱ甲醇低碳制烯烃、惠生工程（中国）公司预切割+油吸收烯烃分离、美国Univation公司的Unipol低压气相聚合乙烯、意大利Basell公司的Spheripol液相聚合丙烯、美国KPS公司 AGCU硫回收及尾气处理等国内外先进的工艺技术，以煤为原料，经水煤浆加压气化制取合成气，经变换、净化及甲醇合成得到中间产品甲醇，采用DMTO二代技术生产乙烯、丙烯并经聚合最终生产聚乙烯、聚丙烯产品。主要产品为：30万t/a聚乙烯、40万t/a聚丙烯、3.17万t/a硫磺、1.43万t/a混合C4产品、0.54万t/a混合C5+产品等。

40万t/a聚丙烯装置采用意大利Basell公司的 Spheripol液相聚合丙烯单环管反应器技术，此生产能力的工艺技术为国內首次引进。本装置引进聚合催化剂为BASELL公司ZN111-4型齐格勒-纳塔催化剂，并以三乙基铝为助催化剂，有机硅烷为第三组分，可以生产包括均聚、无规共聚和抗冲共聚在内的多种牌号聚丙烯产品。

装置开工后，存在环管反应器轴功率波动问题，使用国产CS-2-B催化剂也同样存在此问题，经过与催化剂供应商分析原因改进后，基本解决此问题。

1 试验部分

1.1 原料

ZN118 催化剂，市售；CS-2-B催化剂，营口市向阳催化剂有限责任公司；丙烯、乙烯、氢气：聚合级，蒲城清洁能源化工有限责任公司，经精制处理；二环戊基二甲氧基硅烷（Donor）纯度大于 95％，山东鲁晶化工有限公司；三乙基铝（Teal），纯度大于 96％，营口市向阳催化剂有限责任公司。

1.2 测试方法

测试方法参考Q/PH 0003—2015以及国家标准。

1.3 装置应用

使用CS-2-B型催化剂生产3种均聚聚丙烯牌号，其生产操作参数见表1。

2 结果与讨论

2.1 3种均聚牌号产品物性

2.1.1 均聚PP牌号HP550J

采样日期为2018年1月1日，执行标准Q/PH 0003— 2015，聚合物物性检测分析结果见表2。从检测结果可以看出产品各项指标均达到优等品水平。

2.1.2 均聚PP牌号HP500N

采样日期为2018年1月22日，聚合物物性检测分析结果见表3。

从表3可知，此牌号聚合物生产控制稳定，产品指标达到预期目标。

2.1.3 均聚PP牌号HP552R

采样日期为2018年1月24日，聚合物物性检测分析结果见表4。

该牌号产品生产稳定，达到预期要求。

2.2 环管反应器轴流泵功率波动

2.2.1 问题原因分析

聚丙烯环管反应循环泵是聚丙烯装置聚合反应的关键设备，该泵为美国进口产品，价格昂贵。在生产中，随着环管密度提高，会出现轴流泵功率波动，严重影响了生产负荷和设备的正常运行。通过研究发现以下3点为主要原因。

生产高熔体流动速率牌号产品时轴动率波动较大，这是因为环管进料H2 量较大，大量H2进入环管之后，与催化剂迅速反应，H2 在进料中为气泡状态，占据一定空间。当大量H2与催化剂快速反应后，使原来H2在环管中所占空间迅速消失，这样就得由四周的液相丙烯快速来填补这一空间，会在从催化剂进料处至环管轴流泵处产生一定压力波，直至传递至环管轴流泵处，对轴流泵产生冲击，从而造成轴流泵功率波动，此类现象和泵的气蚀现象有些类似。

轴流泵自身机械原因，造成P201轴功率波动。大轴流泵P201因叶轮松动，电机、泵体轴承磨损，电机、泵体的基础固定螺栓松动等原因，轴流泵P201本身存在机械故障，造成P201轴功率波动。

催化剂本身原因，粉料粒度大小不均，循环不良，造成P201轴功率波动。个别批次催化剂生产过程中反应生成的聚合物粒径大，粉料粒度大小不均，浆液循环不均匀，造成P201轴功率波动增大。

2.2.2 解决方案

1）生产高熔体流动速率牌号产品时，先将环管密度降下来，再提催化剂冲程。这样调整之后，反应平衡不会轻易被打破，这样就可以有效降低轴功率波动的次数。

2）设备原因通过巡检及时发现并处理。

3）催化剂本身原因，稳定催化剂的颗粒度，保证粉料粒径分布均匀，可以减少轴功率波动。在相同生产负荷及环管密度的情况下，通过比较发现聚合物粉料平均粒径较小对轴功率波动影响小。聚合物粉料筛分对比见表5。