浆液外循环技术在聚乙烯装置上的应用及改进

2006年1月　　PetrochemicalTechnology&Application　　　Jan.2006

工业技术(40～42)

浆液外循环技术在聚乙烯装置上的应用及改进高嵩,李倩倩(中国石油辽阳石化公司烯烃厂,辽宁辽阳111003)

摘要:中国石油辽阳石化公司首次在国内通过采用浆液外循环技术提高聚乙烯装置的生产能力。应用初期,外循环泵和聚合釜需频繁停车清理。经过三个阶段的技术改造和操作条件优化,外循环系统停车次数下降,运行周期上升710h,聚乙烯生产能力比采用浆液外循环技术前平均增加1.7t/h。最佳操作条件:循环量400m3/h;聚合反应温度大于83℃;外循环出入口温差3～4℃;循环泵出口压力1.2～

1.3MPa。

关键词:聚乙烯;浆液外循环;技术改造

中图分类号:TQ325.1+2　　文献标识码:B　　文章编号:1009-0045(2006)01-0040-03

　　中国石油辽阳石化公司聚乙烯装置采用德国赫斯特公司淤浆法聚合工艺。为通过增强撤热能力而提高聚合反应器的生产能力,2001年新建B线时为聚合反应器配套设计了浆液外循环系统。B线于2001年10月建成投产,由于乙烯生产能力的提高,浆液外循环系统于2003年2月24日开始投用。浆液外循环系统在国内聚乙烯装置上应用尚属首例。1　工艺流程①

向保持不改。外循环系统的压力、流量、温度等

工艺参数通过浆液循环量调节。2　开车初期系统运行情况及存在问题

浆液外循环系统于2003年2月24日首次试运转获得成功,聚合反应器最大投料量达到6.2t/h。然而,在运行初期的几个月时间里,外循环系统开停车频繁,严重影响着聚合反应器的平稳运行,暴露出一些问题。

外循环泵运转异常　外循环系统运行几天至十几天后,浆液外循环泵工作电流由25～26A

3

下降至20～21A,流量由800m/h下降至3003

m/h,需频繁清理和检修。循环泵的清理周期为4h/次,检修周期20h/次,严重影响着外循环系统的长周期稳定运行。外循环泵塑化是影响外循环系统长周期运行的主要因素。浆液进入外循环泵时温度较高,泵叶轮高速运转时也会产生大量热量,泵叶轮上很容易产生塑化物,塑化物的沉积量随运转时间的延长而增大,造成循环泵工作电流下降。

聚合反应器运行异常　聚合反应器内的物料严重结块,黏壁现象严重,生产负荷下降,聚合

浆液外循环系统工艺流程如图1所示。

图1　聚乙烯装置浆液外循环工艺流程

　　沿切线方向将悬浮状外循环聚合物浆液从

聚合反应器2/3高度处抽出,经过浆液外循环泵升压后进入外循环换热器,与循环冷却水换热后从反应器下部1/3高度处沿切线方向返回聚合反应器。外循环换热器采用管壳式,外循环浆液走管程,冷却介质走壳程。物料流向与聚合反应器搅拌方向一致,浆液在聚合反应器内的流动方

①收稿日期:2005-06-22;修回日期:2005-09-27

作者简介:高嵩(1972—),男,工程师,辽宁辽阳人,1994年毕业于大连理工大学,长期从事聚乙烯生产技术管理工作。

　第1期　　　　　　　　　高嵩等1浆液外循环技术在聚乙烯装置上的应用及改进・41・

反应器需频繁清理,一般约3个月清理1次,每次至少需停车60h。

后系统堵塞　悬浮液过滤器和悬浮液输送泵需频繁清理,严重时每10min就需清理1次过滤器,1～2min清理1次输送泵。3　技术改造与操作条件优化3.1　第一阶段

80℃,将外循环换热器出口温度由78℃降低至

75℃,使塑化块出现的可能性减少;(5)将外循环

泵前部母液引入冲洗泵腔,冲洗量可调,可起到局部降温和冲刷双重作用,使循环泵塑化的频率减少。

经过一、二阶段改造,外循环系统运行水平逐渐好转,停车次数减少,平均运行周期延长到20天左右,但循环泵的塑化及反应器的生产能力下降问题仍然存在。3.3　第三阶段

第一阶段改造过程于2003年3月至8月进行,具体措施为:(1)将外循环泵叶轮抛光,使叶轮黏料塑化的速率降低;(2)修订循环泵清理操作规程,原来采取拆卸对轮并抽出叶轮,更改为拆卸泵的入口管线,以便使检修时间缩短;(3)适当调整外循环泵壳体与叶轮后部之间的间隙,以使“拉丝”现象出现的几率减少;(4)降低外循环泵入口悬浮液温度,防止因物料高温而造成塑化;(5)将外循环泵回流管规格由DN100加粗为DN150,通过增大回流量降低外循环系统对聚合反应器的影响。3.2　第二阶段

第三阶段技术改造自2004年4月开始,具体

措施为:(1)严格将聚合反应器内部浆液的浓度控制为24%～25%;(2)在保证产品质量的前提下,尽量降低聚合反应器内部催化剂的浓度;(3)将外循环泵前入口管线母液冲洗量控制在2～3m/h;(4)在外循环泵电流为24～26A,出口压力为1.2～1.3MPa条件下,通过调节外循环回釜阀及

3

回流阀开度,将回流量控制在400m/h左右,可保证外循环系统和聚合系统平稳运行;(5)将聚合反应温度调节至83℃以上,并严格将外循环进出口温差控制在3～4℃。

值得指出的是,乙烯在聚合反应器中的转化率随聚合釜温度的下降而降低。聚合反应温度为80℃时,乙烯单体在聚合反应器内的转化率较低,外循环时容易在泵腔内继续反应而生成塑化物。将聚合反应温度提高到83℃以上,可有效减少单体在外循环系统发生聚合反应。2004年8月份以来一直将聚合温度控制在84.0～84.5℃。外循环进出口温差越大,对聚合反应器的影响也越大;过小时达不到预期的撤热效果。实际生产中将外循环换热器出口温度控制在79.5～80.0℃。4　改造效果

2003年外循环系统共运行10个月,开工率94.9%,累计停车49次,其中因外循环系统造成

3

运行结果表明,单纯改造外循环泵系统效果

并不理想,因为未充分考虑聚合反应控制问题及反应器内部的传质传热。停用浆液外循环系统,聚合反应器的搅拌效果非常理想,反应器内部温度分布均匀且梯度很小。启用外循环系统,

3

700～800m/h高循环量会对反应器的搅拌流型产生影响,使反应器内部的温度梯度增大,形成局部高温区,在反应器内部生成各种几何尺寸的塑化块。部分塑化块加速黏附在反应器内壁、搅拌桨及搅拌轴外表面,另一部分塑化块进入外循环系统,造成外循环泵塑化堵塞。频繁清理外循环泵无法解决根本问题。

第二阶段技术改造于2003年9月至2004年3月进行,具体措施为:(1)将反应器内部浆液的浓度由原26%～27%降低至23%～25%,同时定期取样分析浆液浓度,以改善反应器内部的传热传质状况,降低温度分布梯度;(2)在保证产品质量的前提下,降低聚合反应器内部催化剂的浓度,减少局部爆聚的可能性;(3)根据反应器的生产能力,继续调整外循环泵的回流量,以降低外循环系统对反应器的影响,并寻找最佳匹配方案;(4)将聚合反应器的工作温度由82℃降低至

的聚合反应器停车6次。2004年外循环系统共

运行12个月,开工率为98.35%,累计停车15次。大检修开车后,自2004年7月27日至2005年1月31日,B线聚合反应器一直保持高负荷平稳运行,运转周期长达6个月,生产负荷高达6.2t/h。2003年及2004年外循环系统运行情况对

比如表1所示。

・42・

表1　外循环系统运行情况对比

项　目外循环系统　停车/次　运行时间/h

　影响聚合系统停车/次　造成聚合釜停车/h　累计开工率/%增加产量

3

石　化　技　术　与　应　用　　　　　　　　　　　　　　　第24卷　

2003年

3～12月2004年1～10月

对比结果

496517619994.99.776

157227314197.710.841

-34710-3-582.81.065外循环系统选用的进出料阀门经常产生开关不到位情况,无法及时将外循环系统从聚合反应器系统切换出来进行清理和检修,只能使聚合反应器停车,影响装置产量。2003年,因外循环阀门原因造成的聚合反应器停车3次,2004年1次。7　改进方向/kt

首先要进一步优化工艺操作,在提高外循环系统运行周期的同时,尽量减少聚合反应器的清理次数。其次,评选适合浆液外循环系统使用的阀门,使外循环系统的开停车操作不影响聚合系统的正常运行。第三,外循环换热器内部物料的彻底清理时间约为50h/次,如果与聚合反应器的清理时间不一致,必将对外循环系统的开工率产生影响,备用1组外循环换热器可解决这个矛盾。

　3:平均以1.5t/h计。

　　2005年停车次数明显下降,前8个月共停车2次:1月外循环系统停车1次,清理聚合反应器

及换热器;2-3月没有停车;4月停车1次,清理聚合反应器;5-8月没有停车。5　技术经济分析

启用浆液外循环系统,聚合反应器的生产负荷可达6.2t/h,比启用前增加0.7～2.7t/h,平均增加1.7t/h。生产时间按8000h/a计算,可增产1.360万t/a,经济效益显著。

与聚合反应器相比,浆液外循环系统具有体积小、设备投资少、工艺流程简单等优势。如果通过增加聚合反应器的容积实现1.7t/h生产能力,与聚合反应器相配套的进出料管线、反应撤热、电气仪表及安全设施的设备投资均很大。浆液外循环系统只包括外循环泵、外循环换热器和进出料阀门,设备投资远比同负荷聚合反应器小。另外,外循环系统的工艺控制点远比聚合反应器少,操作过程也比控制聚合反应器简单得多。6　技术缺陷

8　结束语

聚乙烯浆液外循环技术虽然在中国石油辽

阳石化公司聚乙烯装置上获得了应用,可使聚合釜的生产能力显著提高,但也存在一些问题,有待继续改进。今后继续改进的目标将是进一步提高外循环系统运行周期和平稳率,减少聚合反应器的清理次数。

　　编者按:中国石油辽阳石化公司在国内首次采用浆液外循环技术,通过增强撤热能力而提高聚合反应器的生产能力,技术本身具有优越性毋庸置疑,虽然目前应用还不成熟,尚存在运行周期较短、开停车频繁等问题,编者祝愿,随着技术改造的不断深入,浆液外循环技术必将在聚乙烯装置上发挥出应有的重大贡献。刊登本文的目的在于一方面为打算采用该技术的企业提供参考,另一方面号召广大工程技术人员为完善、提高该技术献计献策。相关文献链接:

[1]刘柏平.反应器内聚合物粘壁行为分析:HDPE浆液外循环

浆液外循环系统对聚合反应器影响很大。首先,外循环系统对聚合反应器原有的搅拌流型和浆液的传质传热均会造成很大影响,使反应器内部的挂壁现象加剧,为保证装置的生产负荷不得不停车清理聚合釜,2003年停车3次,2004年停车2次。其次,聚乙烯浆液外循环技术在国内尚不成熟,外循环出料管线(DN300)和进料管线(DN250)直径均较大且浆液介质特殊,原设计为

冷却撤热技术改造[J].石油化工高等学校学报,1998,11

(2):5-9.

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ABSTRACTS

chemicalCompany,CNPC,Lanzhou730060,China)

Abstract:Inordertodecreaseenvironmentalpollution,work2ingstrengthandincreasethemixingqualityofcatalystprod2uct,thepipelineairveysystemwasdesignedformicrosphereunitofcatalystfactoryinLanzhouPetrochemicalCompany.ConveyingmediumwasLB-1typeadditivewithsolidstatepowder,conveyinglevelwas20t/h,conveyinghighlevelwas36m,windpressurewas0.3MPa.Thedesigncalculateionresultsshowedthatontheconditionsofmixingratio20themassflowofairwas1t/h,theinnersizeofpipewas125mm,pneumaticratewas26.4m/s,thepressuredropofsys2temwas196.52kPa.Theproductionpracticeindicatedthattheconveyingsystemrunnedwellandgoodbenefitswereob2tained.

Keywords:pipelineairveysystem;catalyst;microsphereunit;design

PETROCHEMICALTECHNOLOGY&APPLICATION

Bimonthly　Volume24,　No.1　Jan.　2006

Abstract:ThetechniquesofslurryoutsidecirculationwereappliedinLiaoyangPetrochemicalCompanytoimprovepro2ductioncapability.Atthebeginning,circulatingpumpandre2actorhadneedtoshutdownandbecleanedfrequently.Through3stagesoftechnicalimprovementandoptimizingop2erationconditions,theshutdowntimesofoutsidecirculationsystemwerereduced,devicerunningtimeincreased710h,PEproductioncapabilityincreased1.7t/h.Optimizedopera2tionconditionswereobtainedthatcirculatingloadwas4003

m/h,polymerizationtemperaturewasmorethan83℃,differenceintemperatureoutsidecirculationsystembetweeninletandoutletwas3～4℃,outletpressureofcirculatingpumpwas1.2～1.3MPa.

Keywords:polyethylene;slurryoutsidecirculation;techni2calremouding

TechnicalremouldingofaccelerantCBSunit

1,322

ChenShaohua,GaoWeihong,YuanJinbo

(1.SchoolofChemicalEngineering,TianjinUniver2sity,Tianjin,300072,China;2.OrganicFactoryofLanzhouPetrochemicalCompany,CNPC,Lanzhou730060,China;3.AcrylicAcidPlantofLanzhouPetrochemicalCompany,CNPC,Lanzhou730060,China)

Abstract:ThetechnicalremouldingofaccelerantCBSpro2ductionunitinLanzhouPetrochemicalCompanywereintro2duced.Byaddingoxidationreactor,thecapacityofunitin2

creasedfrom1.5kt/ato2.0kt/a.Theoxidationreaction

4

conditionswereoptimizedbyL9(3)orthogonaltests.There2sultsofremouldingshowedthattheconsumptionofwaterde2creasedfrom110t/tto65t/t,electricitydecreasedfrom370kWh/tto321kWh/t,andsteamdecreasedfrom8.2t/tto7.0t/trespectively,theinitialmeltingpointofproductin2creasedfrom98.9℃to100.5℃.

Keywords:accelerant;CBS;N-cyclohexyl-2-benzothia2zolesulfonamide;technicalremoulding

ProgressinresearchofbiologicaltreatmentofVOCs

QinChaoyuan,QiaoTongsen

(1.LanzhouLubrizolLanlianAddtiveCoLtd,Lanzhou730060,China;2.PetrochemicalResearchInstituteofLanzhouPetrochemicalCompany,Pet2roChina,Lanzhou730060,China)

Abstract:Thetreatmentmethods,principle,processflow,re2

searchandapplicationstatusofbiopurificationofVOCswereintroduced.Comparedwithtraditionaltreatmentmethodofad2sorption,combustion,electricalarc,absorption,membraneseparationandcondensation,biopurificationhadhighVOCsremovalrate,lowoperationcost,maintainencecostandeney2gycostrelatively,noorlittlesecondarypollution.AllofthoseshowedthatbiopurificationofVOCshadawidedevelopmentandindustrialapplicationprospects.

Keywords:VOCs;wastegaspurifyication;bioadsorption;biofiltration;biotricking

Debottlleneckingremouldingofacetonitrileex2tractionbutadieneplant

1112

DaiXudong,ZhangYinde,GaoJun,SongZimin,

21

MaZhi,DaYanling

(1.SyntheticRubberFactoryofLanzhouPetro2chemicalCompany,PetroChina,Lanzhou730060,China;2.SchoolofChemicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Abstract:Theremouldingof45kt/aacetonitrileextractionbutadieneplantinSyntheticRubberFactoryofLanzhouPet2rochemicalCompanywasintroduced.Byadoptingadvancedtechnology,themaxinmumthruputofC4wasincreasedfrom8.6t/hto11.0t/h,thelossrateofbutadienedecreasedfrom17%to5%,theconsumptionofenergydecreasedfrom389kg/tto335kg/t,themassfractionofacetonitrileandvinyl

-6

acetyleneinbutadienewasdecreasedfrom46×10and14

-6-6-6

×10to12×10and9×10respectively.Theoutputofbutadieneincreasedmorethan10ktin2004.

Keywords:butadiene;C4;acetonitrile;extraction;debottle2neckingremoulding

HydrotreatingcatalystandprocessofproductingcleaningdieselfuelabroadAiZhongqiu

(CangzhouPetroleumandChemicalCompany,SIN2OPEC,Cangzhou061000,China)

Abstract:Hydrotreatingcatalystsandprocessofproducingcleandieselfuelabroadwereintroduced.SomesuggestionintheresearchanddevelopmentofhydrotreatingcatalystsandtechnologiesinChinaweregiven.

Keywords:dieseloil;hydrogenation;cleanfuel;catalyst;process;review

Progressindesulfurizationtechnologyfortrans2portfuelsZengXiaojun

(CatalystPlantofLanzhouPetrochemicalCompany,PetroChina,Lanzhou730060,China)

Abstract:Thequalitystandardofworldfuelswasintroduced.Thetransportfuelsincludeddifferentsulfurcompoundsandsomekindsofthemwereextremelydifficultfordeepdesulfu2rization.Theprogressofseveraldesulfurizationtechnologyandmechanismwerereviewed,especiallyemphasizedtheprocessofhydrogenatingdesulfurizationandadsorptiondesul2furizationandrelevantadsorbentswithdifferentcharacteris2tics.Itwaspointedoutthatadsorptiondesulfurizationtech2niquefordieselfuelsshouldhadbroadprogressinthefuture.Keywords:cleanfuel;gasoline;dieseloil;desulfurizationtechnology;hydrogenatingdesulfurization;biologicaldesulfu2rization;oxidativedesulfurization;adsorptiondesulfurization

ApplicationandimprovementofslurryoutsidecirculationinpolyethyleneunitGaoSong,LiQianqian

(OlefinPlantofLiaoyangPetrochemicalCompany,PetroChina,Liaoyang111003,China)