降低氣相流化床聚乙烯裝置原料單耗的措施

張靜宇，霍金蘭，高芙蓉

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊 718500）

陜西延長中煤榆林能源化工有限公司線型低密度聚乙烯（LLDPE）裝置采用美國Univation公司的Unipol氣相流化床聚乙烯生產工藝，裝置年生產能力為300 kt，年操作時數為8 000 h，可生產密度為0.915～0.965 g/cm3的聚乙烯。裝置于2014年7月15日開車，目前主要生產線型低密度聚乙烯DFDA-7042、高密度聚乙烯DGDA-6094。本工作主要針對裝置原料單耗較高的問題，分析影響單耗的因素，并提出相應的降耗措施。

1 工藝簡介

Unipol氣相流化床聚乙烯生產工藝LLDPE裝置主要原料為乙烯、共聚單體（1-丁烯與1-己烯）、異戊烷、氫氣、氮氣。主要催化劑包括UCAT-J型、SLC-S型、SEGI型等淤漿催化劑，助催化劑三乙基鋁（T2），還原劑三正己基鋁（T3）和一氯二乙基鋁（DC）。工藝流程主要包括原料精制單元、催化劑加料單元、聚合反應單元、脫氣單元、排放氣回收單元、粉料輸送單元及造粒單元等。原料經過精制系統脫除氧氣、一氧化碳、二氧化碳、醇類等雜質后進入反應器。反應器中加入催化劑在一定溫度、壓力條件下進行聚合，得到的粉料合格后進入脫氣單元，脫除粉料中夾雜的烴類物質，同時將殘余的催化劑等失活。經過脫氣后的粉料通過粉料輸送單元進入擠壓造粒單元熔融，切粒，成型，最后包裝。

2 影響原料單耗的原因

2.1 開停車次數頻繁

開停車是影響單耗的一個重要因素，統計2014年開車以來停車原因，主要包括反應器靜電停車、設備突停停車、晃電停車等。裝置開停車一次的損失計算如下。

乙烯直接排放量：反應器體積為867 m3，循環氣管線直徑為1.4 m，長度約為80 m，體積123 m3，總壓為2 150 kPa，溫度為85 ℃，下同。乙烯摩爾分數為31.5%。由PV=nRT（P為壓力，Pa；V為體積，m3；n為物質的量，mol；R為理想氣體常數；T為熱力學溫度，K），得到乙烯排放量約為6.31 t。

1-丁烯直接排放量：1-丁烯摩爾分數為12.1%。由PV=nRT得到1-丁烯排放量約為4.85 t。

則總排放量為6.31+4.85=11.16 t。

2.2 原料再生床層頻率不合理

精制系統是脫除雜質的保障，床層脫除雜質的原理為物理吸附和化學反應。床層再生有固定時間，一般按裝置設計負荷（37.5 t/h）進行再生。但由于裝置長期處于低負荷（24.0 t/h）運行，經過床層的物料量未達到設計所需物料量，床層未達到飽和狀態，此情況下進行再生，會造成物料浪費。

2.3 排放氣回收參數控制不合理

排放氣回收系統是指由反應器抽出的循環氣（包括乙烯、1-丁烯、異戊烷等）經過脫氣倉到排放氣回收系統進行回收?；厥赵頌榧訅?、降溫。將氣相原料壓縮為液相原料輸送回反應器重新利用。脫氣倉控制壓力高導致脫氣倉頂部排放量增大，以及排放氣回收壓縮機二段出口壓力控制低，使回收物料量減少，均會造成物料浪費。

2.4 進退冷凝操作不合理

反應器進退冷凝期間，存在反應器頂部大量排放物料以保證反應器壓力穩定、排放氣回收系統排放物料以保證反應器內異戊烷組分控制要求、控制進退冷凝操作時間以及反應器事故停車等特殊情況，如不進行合理調整，均會造成大量物料排放，單耗增加。

2.5 產品出料系統（PDS）下料與精制系統脫雜控制不合理

PDS下料頻率、下料時間以及兩套PDS系統相互平衡狀態直接影響反應器向后續系統排放的物料量。1-丁烯脫氣塔的作用是脫除系統內雜質，頂部需長期排放雜質及物料，如不進行優化控制，將長期存在物料排放浪費情況。

2.6 振動篩排除廢料較多

振動篩作用是篩出反應器生成的片料、塊料，以減少后續系統堵塞現象。反應器內產生片料、塊料較多會增加振動篩廢料產生。振動篩下料時間不合理會造成振動篩堵塞，從而導致合格粉料浪費。

2.7 造粒系統控制未優化至最佳狀態

造粒系統由于設備或人為操作等原因造成非計劃停車次數頻繁，同時，具體的操作參數控制未達到最優狀態，直接造成成品料浪費。

3 降低原料單耗的措施

3.1 降低開停車次數

裝置開停車物料排放量大是裝置單耗高的重要原因。生產期間應分別從內操控制、外操巡檢、工藝工況、設備運行狀況、人為操作等多方面進行排查、控制，減少開停車次數，并根據裝置停車經驗制定有效的停車預案，將損失降至最低。

3.2 在保證精制系統雜質符合要求的情況下，優化床層再生頻率

在保證精制系統雜質符合要求的情況下，根據床層實際精制量，降低再生頻率達到降耗的目的。降低精制器再生頻率，低負荷下1-丁烯干燥床再生由30天1次延長至70天1次，乙烯干燥床再生由30天1次延長至55天1次，減少原料的排放。優化再生操作，精制床充液由滿罐并床改為液位為85%并床，減少原料排放。

3.3 減少脫氣倉排放量，調控排放氣回收系統二段出口壓力，增加回收液量

由脫氣倉到排放氣回收系統中間過程減少循環氣體排放可增加回收系統的回收量。調整脫氣倉氮氣吹掃量，避免脫氣倉頂部火炬排放。從圖1可以看出：氮氣吹掃量由1 400 kg/h降至1 000 kg/h，脫氣倉實際壓力降至設計壓力以下，排放量明顯減少，脫氣倉氣體不外排，全部回收至排放氣回收系統。

圖1 脫氣倉氮氣調節Fig.1 Nitrogen regulation in degassing chamber

從圖2可以看出：增加排放氣回收壓縮機二段出口壓力，排放氣回收量增加。根據排放氣回收壓縮機一段入口溫度，逐步對壓縮機相關參數進行調節，保證壓縮機正常運行情況下，提高二段出口壓力，從而增加排放氣回收量。

圖2 排放氣回收壓縮機壓力對回收量的影響Fig.2 Impact of vent recovery compressor pressure on recovery volume

3.4 制定詳細的進退冷凝操作步驟，減少排放

通過裝置多次進行進退冷凝操作，總結經驗，確定操作過程中的具體步驟，減少物料的排放。

（1）進冷凝前關閉反應器高壓氮氣進料閥，逐漸降低反應器總壓控制值，由2 150 kPa降至2 050 kPa。

（2）進冷凝時，提前將反應器內異戊烷摩爾分數由2.2%升至2.5%，快速進冷凝，減少因異戊烷濃度提高引起反應器總壓升高導致的原料排放。

（3）退冷凝時，提前降低需要排放的排放氣回收系統的回收罐液位，由50%降至20%，減少新鮮異戊烷和1-丁烯的進料量，可使因需要快速降低異戊烷濃度所引起的反應器原料排放量下降。

（4）退冷凝前，提前將反應器內異戊烷摩爾分數由7.2%降至6.5%，縮短原料排放時間。

（5）控制異戊烷加入速度，降低靜電波動，避免非計劃停車。

3.5 減少PDS循環氣的排放及精制系統原料的排放

（1）出料時間優化調整［1］，增加填充率，減少乙烯排放。通過對PDS下料時間進行優化調節，每小時可減少出料一次，帶出乙烯并排放，以5.85 kg/次計算，則少排放乙烯5.85×8 000=46.8 t/a。

（2）降低反應器內乙烯濃度，減少乙烯排放。由于反應器內循環氣被帶出反應器進入脫氣倉后，再次進入到排放氣回收系統，排放氣回收系統只能對1-丁烯和異戊烷進行增壓、降溫回收，乙烯無法進行回收，因此，減少反應器內乙烯含量，則可相應減少乙烯的排放量。在催化劑活性不受影響的情況下逐步使反應器內乙烯摩爾分數由最初的32%降至28%，不影響聚合和催化劑活性，且降低了PDS出料時攜帶乙烯的排放量。

（3）降低1-丁烯脫氣塔頂部排放設定值，減少1-丁烯排放。脫氣塔頂部排放量由12.3 kg/h降至8.0 kg/h，如再繼續降低排放量，脫氣塔頂部溫度將波動，無法保持正常平穩態。在調節期間，定期對1-丁烯雜質含量進行檢測，雜質含量均在正常要求范圍內。

3.6 調控反應器參數，減少振動篩不合格粉料的產生量

（1）對影響催化劑活性原因進行攻關，得出控制催化劑活性的措施，減少片料、塊料生成。

（2）降低反應器中1-丁烯濃度［2］，既降低反應器內1-丁烯與乙烯摩爾比，減少黏料的產生，密度越小，粉料越黏。

（3）調節振動篩下料時間設定值，降低振動篩堵塞情況。

從圖3可以看出：振動篩廢料排放量由5月份的24袋降至10月份的5袋，很大程度減少了廢料量的產生。

圖3 2017年4—11月振動篩廢料排放量Fig.3 Waste emissions of vibration sieve from April to November in 2017

3.7 調節造粒系統的控制參數，減少成品料的損失

（1）增加摻混料倉換向閥保溫，減少因閥門無法轉動而停車的次數。因冬天溫度較低，摻混料倉換向閥經常因油溫較低、流動性差而無法正常旋轉，因此，造成切倉失敗，造粒停車。為解決此問題，給換向閥加保溫，使其可以正常旋轉，解決造粒因此問題經常停車事件，減少開車時不合格料的產生。

（2）調節切粒機轉速，減少碎屑料的產生。切粒機轉速由195 r/h逐漸降至190 r/h，碎屑料產生量逐漸降低，每月可減排碎屑料3 t。

4 優化前后原料單耗的對比

2017年4—7月原料單耗為未優化單耗。10—12月單耗為優化后單耗。從圖4看出：單耗由1.039 t/t降至1.008 t/t甚至更低，專利商提供設計單耗為1.017 t/t，單耗已降至設計值之下，效果較好。

圖4 改進前后原料單耗的變化趨勢Fig.4 Change trend of raw material unit consumption before and after improvement

5 結論

a）原料單耗高的原因主要包括開停車次數頻繁、原料再生床層頻率不合理、排放氣回收參數控制不合理、進退冷凝操作不合理、PDS下料與精制系統脫雜控制不合理、振動篩排除廢料較多、造粒系統控制未優化至最佳狀態。

b）降低單耗的措施主要包括降低開停車頻次、優化床層再生頻率、增加回收液量、優化進退冷凝操作步驟、減少PDS循環氣的排放及精制系統原料的排放、減少不合格粉料的產生量、調節造粒系統的控制參數、減少成品料的損失。

c）通過精心控制與不斷優化操作，單耗明顯降低，達到降低原料單耗的目的。