1 概述
聚乙烯裝置是將乙烯單體聚合成聚乙烯產(chǎn)品。
聚乙烯裝置按一個系列設(shè)計(jì)，生產(chǎn)能力30萬噸/年， 操作時間8000小時/年，生產(chǎn)全密度聚乙烯。
聚乙烯生產(chǎn)裝置包括單體凈化(根據(jù)需要設(shè)置)、預(yù)聚合、聚合、聚合物后處理和造粒等生產(chǎn)單元。
2 工藝技術(shù)方案的選擇
2.1國內(nèi)外工藝技術(shù)概況
目前，能生產(chǎn)全密度聚乙烯的工藝有漿液法、氣相法和溶液法三種聚合工藝。各種工藝都有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，都有好的產(chǎn)品，成熟的工藝路線。各種工藝的技術(shù)擁有者都在加大研發(fā)力度改善各自的工藝及產(chǎn)品，開發(fā)茂金屬催化劑樹脂和易加工樹脂，拓寬各自產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
國內(nèi)目前還沒有生產(chǎn)聚乙烯產(chǎn)品的成熟技術(shù)，幾乎所有大規(guī)模聚乙烯裝置都是引進(jìn)國外專利技術(shù)，其產(chǎn)品涵蓋了整個聚乙烯產(chǎn)品。引進(jìn)當(dāng)前先進(jìn)、可靠的專利技術(shù)和部分關(guān)鍵設(shè)備是必不可少的，引進(jìn)方式可以是購買工藝設(shè)計(jì)包或基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)。
高壓法聚乙烯工藝一般用來生產(chǎn)低密度聚乙烯(LDPE)。第一套采用高壓法工藝生產(chǎn)LDPE工業(yè)裝置于1939年投產(chǎn)，目前已發(fā)展為釜式法和管式法兩種。高壓法聚乙烯工藝能生產(chǎn)各種通用LDPE。1995年世界高壓LDPE(HP LDPE)生產(chǎn)能力約為17.12 Mt，兩種方法的生產(chǎn)能力大致相等。目前，釜式法和管式法單線******生產(chǎn)能力達(dá)0.20 Mt/a，乙烯單耗由1.05 t降至1.01 t，LDPE質(zhì)優(yōu)品率達(dá)98%，反應(yīng)壓力為122～303 MPa，反應(yīng)溫度為130～350℃。由于高壓法工藝只能生產(chǎn)低密度聚乙烯(LDPE)，不符合一套裝置生產(chǎn)全部聚乙烯種類的要求，本研究不予考慮。
能生產(chǎn)全密度聚乙烯的工藝有以下三種。
（1）漿液法聚合工藝
淤漿法工藝是生產(chǎn)高密度聚乙烯的重要方法。此法工業(yè)化時間早，工藝技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量較好，聚合中乙烯溶于脂肪烴稀釋劑，生成的聚乙烯懸浮于其中，反應(yīng)壓力、溫度較溫和，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為95％～98％，可生產(chǎn)超高分子量的產(chǎn)品和雙峰產(chǎn)品。該工藝按反應(yīng)器形式分為攪拌釜式聚合和環(huán)管聚合兩種。
① 攪拌釜式聚合工藝
該工藝的代表有德國Hoechst工藝和日本三井油化工藝。Hoechst公司首創(chuàng)的攪拌釜式工藝使用兩個反應(yīng)器，主催化劑為乙氧基鎂為載體的TiCl4，助催化劑為有機(jī)鋁，正己烷作為溶劑，乙烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%。該工藝?yán)酶淖兇呋瘎┙M分的方法調(diào)節(jié)產(chǎn)品的分子量，用共聚單體調(diào)節(jié)產(chǎn)品密度，產(chǎn)品的熔體指數(shù)為0.2-80g/10min，密度范圍在0.942-0.965g/cm3，其優(yōu)勢產(chǎn)品是管材專用料和超高分子量的MDPE。
② 環(huán)管聚合工藝
環(huán)管聚合工藝的典型代表是美國的Phillips工藝。該工藝采用鉻系催化劑，以異丁烷為稀釋劑，乙烯在環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)聚合，用軸流泵使淤漿組分循環(huán)，用夾套冷卻水撤除反應(yīng)熱，通過精確控制反應(yīng)溫度保證產(chǎn)品質(zhì)量。該工藝具有建設(shè)費(fèi)用少，操作成本低，反應(yīng)物不易粘在反應(yīng)器壁上等優(yōu)點(diǎn)，可生產(chǎn)分子量很高的產(chǎn)品，分子量分布可寬可窄，產(chǎn)品密度范圍0.92-0.97 g/cm3。
（2）溶液聚合工藝
溶液聚合工藝在聚合時，單體和生成的聚合物都溶于溶劑，要求較高的聚合溫度和壓力，可生產(chǎn)密度范圍在0.918～0.960g/cm3，分子量分布從寬到窄的各種聚乙烯產(chǎn)品。該工藝采用的反應(yīng)器是一種小型攪拌釜，乙烯和辛烯等共聚單體在環(huán)己烷溶劑中聚合，單體在反應(yīng)器中的停留時間很短，一般僅為2分鐘，因此牌號切換容易，過渡料少，操作靈活。由于產(chǎn)品要經(jīng)過脫溶劑和脫共聚單體等后處理工序，所以產(chǎn)品質(zhì)量非常好，膠體和灰分含量極低，但工藝流程相對較長，投資高。此外，由于采用辛烯等高碳烯烴作為共聚單體，產(chǎn)品的物理機(jī)械性能非常好，適用于高端消費(fèi)領(lǐng)域。該工藝的主要代表是Dow化學(xué)的Dowlex工藝和加拿大NOVA化學(xué)公司的Sclairtech工藝。
（3）氣相聚合工藝
氣相聚合不使用溶劑，工藝簡單，流程短，投資少，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品品種可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而具有較強(qiáng)的競爭力。************套氣相法工業(yè)裝置1975年投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為25 kt/a。在0.7～2.0 MPa和80～100℃條件下操作，生產(chǎn)HDPE，HMW HDPE和乙烯與1-丁烯/己烯/4-甲基-1-戊烯的共聚物L(fēng)LDPE，MDPE和VLDPE。氣相法工藝以美國UCC公司的Unipol工藝(氣相流化床反應(yīng)器)、英國BP公司的Innovene工藝(氣相流化床反應(yīng)器)及Basell公司的Spherilene工藝(環(huán)管預(yù)聚合加雙氣相流化床反應(yīng)器)為代表。乙烯氣體通過反應(yīng)器在催化劑作用下直接聚合(或預(yù)聚合)，得到干燥粉料。
氣相法中Spherilene工藝，不用冷凝模式操作就可達(dá)到與其它采用冷凝模式操作的氣相法工藝相當(dāng)?shù)臅r空產(chǎn)率，因而反應(yīng)器停留時間短；具有較高的傳熱效率和物料流動速度，因而Spherilene流化床反應(yīng)器的體積只相當(dāng)于普通非冷凝態(tài)操作的氣相流化床反應(yīng)器的1/3。牌號切換時產(chǎn)生的等外品過渡料也只是普通氣相法工藝的一半。
催化劑是聚合技術(shù)的核心。目前工業(yè)生產(chǎn)線性聚乙烯HDPE/LLDPE用的催化劑主要有鉻基催化劑、鈦基催化劑和茂金屬催化劑3類。此外，還有一類正在開發(fā)中的非茂金屬單中心催化劑。
?。?）鈦基(齊格勒-納塔，Z/N)催化劑是50年代開發(fā)的，經(jīng)過不斷改進(jìn)和提高，目前第4代Z/N催化劑已在工業(yè)裝置上使用。漿液(釜式反應(yīng)器)法、溶液法和氣相流化床工藝都用這種催化劑。溶液法裝置用這種催化劑，其活性較高，每克鈦可生產(chǎn)聚乙烯500 kg以上。氣相流化床裝置亦用這種催化劑，其活性也能達(dá)此標(biāo)準(zhǔn),聚乙烯殘鈦量為1～3 μg/g。由于Z/N催化劑的改進(jìn)，現(xiàn)已能夠提高產(chǎn)品的熔體流動指數(shù)和密度，并可以加寬相對分子質(zhì)量分布，因而可以替代某些早期使用的鉻基催化劑。目前世界上大多數(shù)HDPE生產(chǎn)裝置都使用這種催化劑。
?。?）鉻基催化劑是50年代開發(fā)的，用于生產(chǎn)HDPE。改性的鉻基催化劑是在制備前或制備過程中，對鉻化合物或載體進(jìn)行化學(xué)改性后制得的，目的是改變HDPE樹脂的分子結(jié)構(gòu)。目前漿液(環(huán)管反應(yīng)器)法和氣相流化床法裝置都用這種催化劑。
?。?）茂金屬單中心催化劑是1976年發(fā)現(xiàn)的新一代有效聚烯烴催化劑，1991年使用該催化劑的年產(chǎn)15 kt聚乙烯(m-PE)的工業(yè)試驗(yàn)裝置投產(chǎn)，其主要特點(diǎn)是：
①對乙烯及α-烯烴的聚合催化活性高，均相茂金屬催化劑對乙烯的聚合催化活性比目前的有效Z/N催化劑高兩個數(shù)量級,負(fù)載化的茂金屬催化劑活性雖有所降低，但仍與常規(guī)有效催化劑相當(dāng)或稍高。
②具有單一催化活性中心，用其所得聚合物的相對分子質(zhì)量分布較均一，分布指數(shù)在2左右(用一般催化劑在5左右)，特別適用于生產(chǎn)合成纖維和薄膜，同時還能通過兩種茂金屬催化劑的混合作用，或茂金屬催化劑與傳統(tǒng)Z/N催化劑的混合使用，生產(chǎn)具有雙峰相對分子量分布的聚烯烴，所得共聚物中共聚單體分布均勻，因而可提高共聚物性能或節(jié)省共聚單體用量。
③能催化聚合α-烯烴生成間規(guī)聚合物，如作工程塑料用的間規(guī)聚苯乙烯(s-PS)、低溫抗沖擊性和透明性很好的間規(guī)聚丙烯(s-PP)等。茂金屬催化劑首先用于氣相法聚乙烯裝置，后來也用于漿液法聚乙烯裝置和生產(chǎn)VLDPE，ULDPE，以及相對密度為0.880～0.932的高壓低密度聚乙烯裝置。1991年開始用茂金屬催化劑生產(chǎn)m-PE，主要是相對密度為0.885～0.910的LLDPE和相對密度為0.860～0.885的彈性體。目前是生產(chǎn)替代高醋酸乙烯含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙丙橡膠和熱塑性聚氨酯等一些專用材料。1995年世界上用茂金屬催化劑生產(chǎn)聚合物的生產(chǎn)能力為868 kt，其中m-PE 453 kt，m-PP 307 kt，s-PS 15 kt，EPDM 90 kt。估計(jì)實(shí)際產(chǎn)量為150～200 kt，1996年有明顯增加。
?。?）非茂金屬單中心催化劑是在茂金屬催化劑進(jìn)入市場以后新開發(fā)的另一類非茂金屬單中心有效催化劑。目前已經(jīng)知道的有兩種：一種是稱為Versipol的過渡金屬催化劑，這種鎳鈀基新催化劑不僅比用茂金屬催化劑的能耗低，而且還能生產(chǎn)從高密度到低密度、相對分子量分布更寬的聚乙烯，預(yù)計(jì)3～5年后工業(yè)應(yīng)用，初期目標(biāo)是生產(chǎn)LLDPE，以后是生產(chǎn)具有LDPE加工性能和LLDPE物理機(jī)械性能的聚乙烯通用產(chǎn)品；另一種是高活性的鐵基和鈷基新催化劑，不僅在活性和聚合物性能控制方面等于或高于茂金屬催化劑，還具有生產(chǎn)范圍更廣聚合物的潛力，對乙烯低聚成α-烯烴有很高的活性(高于目前生產(chǎn)α-烯烴所用的其它催化劑)，對α-烯烴的選擇性在99%以上，且催化劑耐用，生產(chǎn)過程簡單，容易操作，生產(chǎn)成本低。
2.2工藝技術(shù)方案的比較和選擇
能生產(chǎn)全密度聚乙烯的三種生產(chǎn)工藝的比較見表7-1。
能生產(chǎn)全密度聚乙烯的三種工藝和反應(yīng)器在經(jīng)濟(jì)上均具有競爭力，技術(shù)上都比較可靠，目前都在世界各地轉(zhuǎn)讓了多套專利技術(shù)并正在運(yùn)行中，各專利商正在努力完善各自的技術(shù)，目的是以小的投入(包括投資、消耗、操作費(fèi)用)產(chǎn)出好的產(chǎn)品，力爭取得技術(shù)上的良好地位。
綜合分析投資、消耗、產(chǎn)品范圍、生產(chǎn)成本等因素，氣相法稍好于漿液法。雖然溶液法產(chǎn)品質(zhì)量好，但投資和消耗都較高。
本報(bào)告暫以氣相法工藝中的Spherilene技術(shù)為參考，最終技術(shù)選取還應(yīng)通過進(jìn)一步技術(shù)交流和比較確定。
表7-1 三種生產(chǎn)工藝的比較
序號 | 方案 指標(biāo) | 氣相法 | 漿液法 | 溶液法 | |||
Unipol I, Innovene, spherilene | Mitsui, Phillips | Dowlex, Sclairtech | |||||
1 | 技術(shù)來源 | 單流化床反應(yīng)器 環(huán)管＋雙流化床反應(yīng)器 | 雙攪拌釜式 環(huán)管反應(yīng)器 | 雙攪拌聚合釜 | |||
2 | 產(chǎn)品范圍 | MI=0.05~155 d=0.915~0.965 注塑、薄膜、吹塑、單絲、電纜料、管材等，可生產(chǎn)全密度牌號。 | MI=0.01~35 d=0.918~0.972 注塑、薄膜、吹塑、單絲、管材等，可生產(chǎn)全密度牌號。 | MI=0.15~150 d=0.915~0.965 注塑、薄膜、吹塑、單絲等，可生產(chǎn)全密度牌號。 | |||
3 | 優(yōu)點(diǎn) | 工藝簡單，流程短，設(shè)備臺數(shù)少 操作條件溫和 生產(chǎn)能力不受粘度和溶解度問題限制，因而各種牌號都可以全負(fù)荷生產(chǎn) 乙烯既作為單體、傳熱介質(zhì)又可使反應(yīng)器流化 反應(yīng)器大，生產(chǎn)能力大 不需要除蠟和溶劑 反應(yīng)器可交替生產(chǎn)HDPE和LLDPE 投資低，一般比同規(guī)模溶液法低8％，比同規(guī)模漿液法低6% | 工藝簡單，流程短，設(shè)備臺數(shù)少 操作條件溫和 單體轉(zhuǎn)化率高，單程轉(zhuǎn)化率在90％以上 產(chǎn)品分子量范圍寬。 通過使用串連反應(yīng)器，可以生產(chǎn)適宜管材的雙峰樹脂，撤熱容易 高表面積比和紊流模式流動促使熱通過大口徑套管傳遞
| 反應(yīng)器體積小，反應(yīng)條件和聚合物性質(zhì)控制比較容易 停留時間短（不到2min），牌號切換時過渡料少 溫度控制范圍比漿液法可氣相法寬，便于控制產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 可生產(chǎn)性能優(yōu)良的C8共聚產(chǎn)品 因沒有粘壁問題和形態(tài)控制問題，因而對產(chǎn)品的密度無限制 可生產(chǎn)MWD非常窄的，適宜注塑的樹脂 工藝易實(shí)現(xiàn)自控，可精確地控制分子量 乙烯轉(zhuǎn)化率高，單程轉(zhuǎn)化率90％以上，氣體循環(huán)（或壓縮費(fèi)用）少 | |||
4 | 缺點(diǎn) | 牌號切換時容易產(chǎn)生大量的等外品 催化劑對空氣和水等毒物十分敏感，微量的水和空氣會降低催化劑效率，提高產(chǎn)品灰分 乙烯的單程轉(zhuǎn)化率只有2％，冷凝法操作可以提高 停留時間長，大于2～4h | 由于樹脂的膨脹問題，限制了密度低于940g/cm3聚合物的生產(chǎn)能力 如果聚乙烯溶解，就會出現(xiàn)反應(yīng)器結(jié)垢現(xiàn)象 反應(yīng)器停留時間長（1～4h） 與氣相法相比，使用稀釋劑 需要高純度乙烯 | 流程長，設(shè)備臺數(shù)多 反應(yīng)系統(tǒng)粘度高，造成反應(yīng)器均勻性問題 由于溶液粘度隨聚合物含量增加而增加很快，因而反應(yīng)器系統(tǒng)的固體含量低于漿液法，生產(chǎn)低MI產(chǎn)品將受到限制 與氣相聚合相比，溶劑回收過程耗能較多 因操作壓力高，因而投資較高 三廢較多，有蠟、溶劑排出、分子篩廢料和聚合物碎屑產(chǎn)生 需要從聚合物中脫出催化劑殘余 | |||
5 | 主要技術(shù)參數(shù) | 反應(yīng)器操作壓力：1.5-3.0MPa 反應(yīng)器操作溫度：50-120℃ 工藝條件由齊格勒催化劑、鉻式催化劑以及復(fù)合金屬催化劑的密度而定 | 反應(yīng)器操作壓力：3-4MPa 反應(yīng)器操作溫度： 70-85℃（LLDPE） 90-100℃（HLDPE） 高密度聚乙烯采用鉻式催化劑 | 反應(yīng)器操作壓力： 4.1-14.0MPa 反應(yīng)器操作溫度：180-300℃
| |||
6 | 消耗（反應(yīng)部分） | 原料消耗 | 單耗/磅產(chǎn)品 | 原料消耗 | 單耗/磅產(chǎn)品 | 原料消耗 | 單耗/磅產(chǎn)品 |
乙烯（磅） | 0.931-0.934 | 乙烯（磅） | 0.927 | 乙烯（磅） | 0.938 | ||
丁烯-1（磅） | 0.079 | 丁烯-1（磅） | 0.083 | 丁烯-1（磅） | 0.08 | ||
異丁烷（加侖） | 0.0011 | 環(huán)己烷（加侖） | 0.0018 | ||||
氫，純（磅） | 0.00006 | 氫，純（磅） | 0.00006 | 氫，純（磅） | 0.00006 | ||
公用工程 | 單耗/磅產(chǎn)品 | 公用工程 | 單耗/磅產(chǎn)品 | 公用工程 | 單耗/磅產(chǎn)品 | ||
電（kWh） | 0.160-0.188 | 電（kWh） | 0.170-0.189 | 電（kWh） | 0.0998 | ||
冷卻水，Gal | 0.019-0.025 | 冷卻水，Gal | 0.0322 | 冷卻水，Gal | 0.0292 | ||
蒸汽（磅） | 0.0001-0.0002 | 蒸汽（磅） | 0.00035 | 蒸汽（磅） | 0.0011 | ||
燃料氣，MMBtu | 0.0002 | 燃料氣，MMBtu | 0.0003 | ||||
7 | 投資 | 投資低 | 比氣相法高10-30％ | 比氣相法高20-50％ | |||
2.3 引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備
聚乙烯裝置擬引進(jìn)Spherilene專利技術(shù)和基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)，國內(nèi)工程公司完成詳細(xì)工程設(shè)計(jì)，引進(jìn)設(shè)備主要為專利設(shè)備，其它設(shè)備國內(nèi)生產(chǎn)。最終工藝商將由商務(wù)談判決定。
3 工藝流程說明
本研究中聚乙烯裝置參照氣相法中Spherilene聚乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，生產(chǎn)全密度聚乙烯。聚乙烯生產(chǎn)裝置包括單體凈化(根據(jù)需要設(shè)置)、預(yù)聚合、聚合、聚合物后處理和造粒等生產(chǎn)單元。
乙烯經(jīng)乙烯供應(yīng)加熱器加熱后進(jìn)入裝有催化劑的脫乙炔塔，在塔中使乙炔與氫氣反應(yīng)，除去乙炔。除去乙炔的乙烯經(jīng)中間熱交換器和預(yù)熱器后進(jìn)入脫一氧化碳床和脫二氧化碳床。脫除操作可在常溫亦可在升溫條件下進(jìn)行。脫除了CO和CO2的乙烯進(jìn)入干燥器脫水。兩個干燥器可切換運(yùn)轉(zhuǎn)，切換下來的干燥器用加熱的氮?dú)庠偕稍锖蟮囊蚁嚎s至適宜壓力后去反應(yīng)系統(tǒng)。
共聚單體丁烯、己烯在壓力下經(jīng)共聚單體脫氣塔脫除輕組分，脫除的氣體去火炬，脫氣之后的共聚單體冷卻后經(jīng)共聚單體泵送至共聚單體干燥器，以除去水和其它不純物質(zhì)。干燥器交替工作。干燥后的共聚單體去反應(yīng)系統(tǒng)。
氫氣經(jīng)脫氧預(yù)熱器預(yù)熱后在氫氣脫氧器中除去氧，再送入氫氣脫氧后冷卻器冷卻。冷卻后的氫氣再送入氫氣干燥器脫水，兩干燥器交替工作。經(jīng)上述處理的氫氣部分去脫炔床，部分去反應(yīng)系統(tǒng)。
氮?dú)饨?jīng)脫氧預(yù)熱器預(yù)熱后在催化劑床中除去氧，再送入冷卻器進(jìn)行冷卻。冷卻后的氮?dú)馑腿氲獨(dú)飧稍锲髅撍?，?jīng)上述處理的純凈氮?dú)饨?jīng)壓縮機(jī)升壓，并送入反應(yīng)器。與此同時，部分氮?dú)馊渲摎庀到y(tǒng)。
稀釋劑丙烷自丙烷加熱器加熱后，送入丙烷干燥器脫水，脫水后的丙烷去反應(yīng)系統(tǒng)。
催化劑主要由鹵化鈦合物固體活性催化劑、助催化劑烷基鋁和給電子體化合物配制而成，用惰性輕烴丙烷做稀釋劑。
催化劑活化單元由兩布組成：第一步，催化劑漿液同兩種助催化劑在一個小的攪拌釜（預(yù)接觸點(diǎn)）中混合；第二步，活化的催化劑混合物從預(yù)接觸點(diǎn)溢出，用冷液丙烷混合后，去預(yù)聚合單元。
催化劑混合物與氫氣、乙烯和共聚單體送到漿液環(huán)管預(yù)聚合反應(yīng)器中，在短停留時間內(nèi)發(fā)生預(yù)聚合，反應(yīng)在低溫條件下進(jìn)行，大限度地去除增長例子的聚合反應(yīng)熱，以便在第一步聚合階段確保球形粒子形態(tài)的控制。
從環(huán)管預(yù)聚合反應(yīng)器出來的聚合物漿液直接進(jìn)入第一反應(yīng)系統(tǒng)，新鮮的原料乙烯、氫氣和共聚單體也進(jìn)入第一反應(yīng)器。由于催化劑是經(jīng)預(yù)聚物（預(yù)聚物粒子已增長足夠）帶入氣相反應(yīng)器的，氣相反應(yīng)器可從空置狀態(tài)開始，不需種子樹脂，減少了過渡時間。預(yù)聚物在第一反應(yīng)器產(chǎn)生繼續(xù)聚合，產(chǎn)生的聚合物粉料連續(xù)不斷從其底部排出到第一產(chǎn)品出料料斗。從第一產(chǎn)品出料料斗頂部過濾出來的氣體通過排放氣壓縮機(jī)進(jìn)入分離單元。
分離單元包括初餾塔和汽提塔。初餾塔回收重共聚單體，汽提塔回收氫氣和乙烯。從初餾塔底部出來的重共聚單體循環(huán)回到第一反應(yīng)器，從汽提塔頂部出來的氫氣和乙烯可去第一反應(yīng)器也可去第二反應(yīng)器，汽提塔側(cè)線乙烯去火炬，汽提塔底部餾出物液相丙烷泵回預(yù)聚合單元。
由第一產(chǎn)品出料料斗脫氣的聚合物送到第二反應(yīng)器，同時補(bǔ)充新鮮的乙烯、共聚單體和氫氣，但并不再加入新的催化劑。由于送到第二反應(yīng)器的是已充分增長的聚合物粒子，該反應(yīng)器中的聚合條件較為苛刻。第二反應(yīng)器產(chǎn)生的聚合物進(jìn)入第二產(chǎn)品出料料斗，由第二產(chǎn)品出料料斗頂部過濾出來的氣體經(jīng)再次壓縮后循環(huán)回第二反應(yīng)器，底部出來的聚合物被送到汽蒸單元。
第二產(chǎn)品出料料斗底部出來的聚合物進(jìn)入汽蒸器，脫除單體和使催化劑失活，蒸汽經(jīng)冷凝和壓縮之后，所有的烴類都可在界區(qū)回收或者循環(huán)回排放氣干燥單元下游的聚合單元。
從汽蒸器底部出來的濕聚合物靠重力流到一個密閉循環(huán)的氮?dú)飧稍锎玻瑵竦獨(dú)饨?jīng)氮?dú)饷撍稍?，再?jīng)氮?dú)饧訜崞骷訜岷笱h(huán)回干燥器。干燥的聚合物氣動輸送到添加劑添加和擠出單元。
聚合物粉料經(jīng)稱量后由螺桿加料器加入混煉機(jī)，同時固體添加劑也計(jì)量進(jìn)入混煉機(jī)，再進(jìn)入擠出機(jī)。樹脂經(jīng)混煉、熔融、水下切粒、干燥后進(jìn)入分選機(jī)。粗料和細(xì)料被分出后，聚乙烯顆粒風(fēng)送至摻混和儲存系統(tǒng)。再風(fēng)送去包裝。
4 主要設(shè)備選擇
本裝置的設(shè)備數(shù)量較少，工藝介質(zhì)無腐蝕。除料倉材料采用鋁合金外，大部分設(shè)備材料為碳鋼，成品料倉及氣體輸送管道由鋁合金制造，少數(shù)設(shè)備采用不銹鋼材料，非標(biāo)設(shè)備國內(nèi)均能制造。為了保證質(zhì)量和滿足專利上的技術(shù)要求，關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)由取得ASME認(rèn)證的制造廠按照ASME規(guī)范制造提供。
本裝置主要設(shè)備包括第一反應(yīng)器，第二反應(yīng)器，排放氣壓縮機(jī)，汽蒸器，氮?dú)飧稍锎?，造粒機(jī)組，粉料輸送系統(tǒng)，粒料輸送系統(tǒng)，包裝機(jī)等。
為了節(jié)省投資，對國內(nèi)技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠的設(shè)備應(yīng)國內(nèi)采購，國內(nèi)不能滿足要求的關(guān)鍵設(shè)備和專利設(shè)備，如排放氣壓縮機(jī)、擠出造粒機(jī)、特殊儀表、特殊閥門、自控系統(tǒng)等擬從國外采購。
5 消耗指標(biāo)
聚乙烯裝置的消耗指標(biāo)見下表7-2：
表7-2 聚乙烯裝置的消耗表
序 號 | 名 稱 及 規(guī) 格 | 單位 | 小時消耗 | 備注 |
1 | 乙烯 | t | 36.27 | |
丁烯-1+己烯-1 | t | 3.03 | ||
2 | 氫氣 | kg | 3.89 | |
3 | 催化劑 | kg | 2.92 | |
4 | 助催化劑 | kg | 35.02 | |
5 | 添加劑 | kg | 62.26 | |
6 | 循環(huán)水Δt=10℃ | t | 5180 | |
7 | 脫鹽水 | t | 5.8 | |
8 | 電 | |||
380V | kWh | 3900 | ||
10kV | kWh | 11100 | ||
9 | 蒸汽1.0MPa | t | 13.96 |
6排放物指標(biāo)
6.1排放氣體
排放點(diǎn) | 廢氣排放量 | 污染物排放狀況 | 排放規(guī)律 | 治理措施 | |
名稱 | 濃度mg/Nm3 | ||||
脫氣倉排氣 | 0.75t/h | 烴 氮?dú)?/p> | 77% vol 23% vol | 連續(xù) | 送火炬 |
排放氣回收緩沖罐 | 0.75t/h | 烴 氮?dú)?/p> | 45% vol 55% vol | 連續(xù) | 送火炬 |
6.2 排放液體
排放點(diǎn) | 廢氣排放量 | 污染物排放狀況 | 排放規(guī)律 | 治理措施 | |
名稱 | 濃度mg/Nm3 | ||||
工藝廢水 | 3～5 | COD BOD5 | 150~200 50~100 | 連續(xù) | 送污水處理站 |
6.3 廢棄固體
固廢名稱 | 排放量t/a | 主要成分 | 排放規(guī)律 | 治理措施及去向 |
造粒廢料 | 200t/a | 廢樹脂 | 間斷 | 作為副產(chǎn)品外售 |
輸送和包裝系統(tǒng) | 6kg/h | 廢樹脂 | 間斷 | |
聚合反應(yīng)器 | 10 t/ a | 反應(yīng)混合物 | 間斷 | 次品出售 |
干燥器 | 15 t/ a | 分子篩干燥劑 | 間斷 | 填埋 |
脫氧器 | 15 t/ a | 含鋅、銅廢催化劑 | 間斷 |
聚丙烯裝置
1 概述
聚丙烯裝置是將丙烯單體聚合成聚丙烯產(chǎn)品。
聚丙烯裝置按一個系列設(shè)計(jì)，生產(chǎn)能力30萬噸/年， 操作時間8000小時/年，生產(chǎn)均聚合共聚聚丙烯。
聚丙烯生產(chǎn)裝置包括單體凈化(根據(jù)需要設(shè)置)、聚合、聚合物脫氣河回收、添加劑進(jìn)料和擠出等生產(chǎn)單元。
2 工藝技術(shù)方案的比較與選擇
2.1國內(nèi)外工藝技術(shù)概況
從五十年代聚丙烯漿液法技術(shù)工業(yè)化以來，聚丙烯生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展。相繼開發(fā)成功了本體聚合、氣相聚合工藝和各種有效催化劑，優(yōu)化了工藝流程，裝置投資及生產(chǎn)成本大大降低。八十年代以來，由于催化劑體系的進(jìn)一步發(fā)展，聚丙烯的工藝流程不斷完善，各種工藝公用工程的消耗量進(jìn)一步下降，在聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量提高的同時降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了建設(shè)投資。
聚丙烯生產(chǎn)工藝，按照反應(yīng)器的型式和反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)的不同，可分為三大類：
（1）漿液法工藝
漿液法工藝是將丙烯溶于惰性烴類稀釋劑（如丁烷、戊烷、己烷、庚烷或壬烷）中進(jìn)行聚合。按反應(yīng)器形式劃分有如下專利技術(shù)：
連續(xù)式攪拌床反應(yīng)器：Hoechst、Mitsui等工藝;
間歇式攪拌床反應(yīng)器：三菱工藝；
環(huán)管反應(yīng)器：Solvay工藝；
沸騰丁烷反應(yīng)器：殼牌工藝。
由于催化劑體系的發(fā)展和其活性的大幅度提高，九十年代以后的新建大型聚丙烯裝置已基本不使用漿液法。但目前世界上一些漿液法工藝的聚丙烯裝置仍在操作，用來生產(chǎn)合金型的高質(zhì)量特種樹脂。
