聚丙烯多區循環反應器的調控原則

李江龍

關鍵詞：聚丙烯;多區循環反應器;Spherizone

1 工藝簡介

多區循環反應器技術（MZCR）是Basell公司在Spheripol工藝基礎上開發的一種全新的聚烯烴生產技術，2002年l0月，Basell公司在意大利公開了MZCR工藝，注冊商標為Spherizone。多區循環反應器可通過阻隔液實現單一反應器的分區，使聚合物粒子在單一反應器的2個反應區中連續循環，每一循環周期遠小于聚合物粒子在反應器內的平均停留時間。2個反應區的壓力相同，但溫度和以及氣相組成包括共聚單體和氫氣濃度不同。這種反應器改變了聚合物粒子的生長機理，因而MZCR生產的聚合物許多基本性質如剛性、熔體強度、沖擊強度與剛性比、熱封性等均得到顯著改善。

2 工藝調控原則

2.1 上升段的控制

①上升段聚合物高度湍流和內部固體“反射”效應的作用下幾乎可以保持等溫。因此，其溫度應與 TICA2311控制的溫度保持一致;

②影響上升段性能的另一操作參數是密度：它決定于固體循環速率和流化氣體的表觀速率。固體再循環速率越大，反應器上升段的密度和固體的流量越高;反過來，如果通過調整 C250 導流葉片來提高表觀速率，會導致上升段密度的下降;

③通過改變HV2300 的位置可以調整固體再循環速率和上升段密度。該操作通常用于大范圍的調整;

④通過改變HV2300（通過 FICA 2301）計量氣的流量來微調固體再循環速率。計量氣體流量越高，固體再循環速率越高;

⑤由于流經FICA 2302（HV2300下游）的流量對于固體流動影響較小，因此可以保持不變;

⑥為了降低上升段中的密度，可以通過開大C250的導流葉片或增加HV2322的開度以增加氣體速率（提高表觀速率）;

⑦上升段中的密度范圍通常保持在190-200 kg/mP3P之間。

2.2 下降段的控制

①下降段的運行可以看作是流動的堆積床，因此，密度并不是最主要的控制參數。由LICA2301控制最頂部（汽提）的料位，并對LV2301A， B 或者 C進行控制;

②監測FICA2301和FICA 2302 非常重要，因為可以確保將下降段的聚合物輸送到上升段中。如果這兩個儀表中有任何一個損壞且不能按照需要的流率輸送聚合物，聚合物循環就會出現危險，而且會形成塊狀聚合物;

③下降段上部的料位必須足夠低，以避免從頂部排出的氣體中夾帶聚合物，同時（至少在雙峰模式下）料位至少要能覆蓋阻隔液的注射噴嘴，以便上升段的氣體有效地從聚合物中汽提出來。在單峰生產過程中，根據產品工藝說明可放棄此要求;

④隨時監測下降段的溫度。按照如上所討論的根據產品工藝說明通FICA2301 或者 HV2300改變固體循環速率以保持其值在正常的操作范圍中;

⑤關于溫度，對于下降段上部應監測TIA2304和TIA2305，對于下降段下半部應監測TIA2306/2307/2308和TIA2309;

⑥下降段底部的密度應接近堆積床的密度，大約為480kg/m3。

2.3 多區循環反應器的溫度控制

從下降段到上升段的溫度分布控制是不相同的。溫度是反映反應程度的最簡單的指標。溫度升高意味著反應速率加快，這個過程需要精確監控并用計算機檢驗，以避免出現聚合物阻塞。溫度控制主要在上升段中實現，同時對下降段溫度控制有直接影響。

2.3.1 上升段的溫度控制

從溫度控制的角度看，MZCR（多區循環反應器）的上升段與GPR（氣相反應器）類似。通過換熱器E230，以及作用在夾套水供應管線上的TICA2311來實現控制。正常的溫度范圍跨度在60℃-85℃之間。通過Basell交付的獨特的高效催化劑可以使MZCR達到最佳溫度。它對聚合物中全同立構聚合物的百分比有直接影響。

2.3.2 下降段的溫度控制

下降段中不能直接控溫。根據反應速率和聚合物流量，可使下降段實現絕熱增溫。當然，在雙峰運行中，當將液體丙烯流注入到下降段頂部時，升溫將會稍微有些緩和。

各種不同的TIA提供所需要的持續監控。下降段和上升段之間的操作溫度差在15℃-20℃之間。典型值范圍為85℃-95℃。超過預先規定的極限值時，根據需要通過IS2301注入CO，同時關閉所有的單體進料。為了調整溫度分布，可根據如上所述調整HV2300和FV2301的開度。

2.4 多區循環反應器的壓力控制

在正常條件下，壓力控制的基本原理建立在 GPR （氣相反應器） 概念上：MZCR 壓力升高意味著反應中的單體沒有消耗完畢。需要減少反應器中丙烯進料。反過來，MZCR 壓力降低意味著反應中單體消耗速率超過了給料速率。需要增加反應器的丙烯進料。

3 單峰操作原則

在單峰模式下，反應器的上升段和下降段生產同一種聚合物（上升段和下降段的成分保持相同）。因此，不需進行任何阻隔。然而，由于氫氣、乙烯和丙烯消耗速率的不同，沿下降段的摩爾組成會有所不同。因此，阻隔液分配器（經由FICA2304或FICA2311）只需要有最小的流量便可避免阻塞。大部分的液體丙烯被直接輸送到R230 流化回路中（E230下游）。而且，由于不需要特別使用純丙烯沖洗 GC（氣相色譜儀）和壓力探頭，所以所有的沖洗點可能需要使用PK320壓縮機輸送的氣體來沖洗。在這種情況下，總管中的新鮮丙烯可作為備用。最后，反應器正常操作中并不需要使用T240、T241及其輔助設備進行阻隔液的制備，大量的丙烯在T241中冷凝后，經過P240A/B輸送由FV2421A/B控制返回E230下游。同時只有少量的丙烯進入T240，保持E242提供最小的蒸汽流量，從底部排除系統中丙烷。開、停車時，或在催化劑中毒的情況下（導致反應速率明顯下降），未反應的丙烯應該回收到原料罐中。

4 雙峰操作原則

在雙峰模式中，多區循環反應器的上升段和下降段生產兩種不同的物料。聚合物和氣體從上升段流向下降段，并在下降段的旋風分離器中對固體進行分離。然后在第二個專用區將聚合物中富含氫氣的氣體汽提出來。反應器中帶有10個噴射點，經計量的飽和液相丙烯從 T240 經過 FICA2303 被輸送到反應器中作為阻隔液。通過與熱的聚合物接觸而蒸發，然后大部分丙烯氣將沿反應器向下流動，替代了來自上升段的循環氣體。一小部分丙烯氣經過聚合物堆積床由下向上運動將富含的氫氣與向下流動的固體分離開，在反應器兩個區中形成密封層。另外，部分精制的新鮮丙烯可直接經由FICA2304加入到阻隔液中。

5 總結

多區循環反應器是Spherizone聚丙烯工藝的核心反應器，多區循環反應器調控的好壞會直接影響到裝置運行的穩定性及產品的質量。中沙（天津）石化有公司自2010年1月開車以來，經過長時間的摸索，總結出了一套行之有效的調控方法，為裝置長周期穩定運行，保證產品質量奠定了基礎。

參考文獻：

[1]余學恒，劉健，洪定義，等.聚丙烯一原理、工藝和技術[M].北京：中國石化出版社，2011.

[2]孫春燕，劉偉，費建奇，等.多區循環反應器技術及在烯烴聚合中的應用[J].合成樹脂及塑料，2004，21（3）：73-75.