聚乙烯气相流化床生产优化分析

生产能力45万・是国内单套生产能力较大的装置之一 列举了装置开I：至今气相流化床反应器生产过程遇到 的一些实际问题，提出处理措施.总结了一些与反应器操作相关过程优化调整的方法和经验，为同类型装置生 产提供借鉴和参考：关键词：聚乙烯；流化床；聚合反应；优化控制中图分类号：TQ 325 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2019）03-0609-04Production Optimization and Fault Analysis of Polyethylene Gas Phase Fluidized BedZHANG Bai-vun, LVMing, FENG Wei-zhong(PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 11300& China)Abstract: A petrochemical company's low-density polyethylene unit adopts UNIVATION's UNIPOL gas-phase fluidized bed polyethyleiie production process, with an annual designed production capacity of 450 ()00 tons. In this paper, some practical problems in the production process of gas phase fluidized bed reactors were listed, and treatment

measures were proposed. Some methods and experiences of process optimization and adjustment related to reactor

operation were summarized, which could provide some reference for the production of same type of equipments.Key words: Polyethylene; Fluidized bed: Polymerization; Optimization controlUNIPOL气相流化床生产匸艺是目前广泛采用 的气相法聚乙烯技术，具有流程短、压力低、操作

条件温和等优点。本装置采用该生产工艺，生产能

降低调整难度：如出现短时间的反应温度较高波动

情况，可手动调整反应温度设定值并提前、正向跟

进，缩短调温水阀自动调整时间 调整过当的问题 是过高的诱导冷凝剂浓度会加速分布板堵塞，过高 的流化气速会增加细分带出量.过高的冷却水量将

力高且开工生产时间长，在实际控制中注意各项操 作条件的优化控制，使反应器稳定生产并不断降低

能耗、物耗，保证了产品质量的合格稳定Y为温度进一步升高的调整带来难度，因此优化调整

1聚合反应温度控制优化调整是否有效的撤除聚合反应热是制约气相流化床

应在合理范围内进行调整措施无法满足撤热，应 降低生产负荷。对已出现温度持续上升的情况，应

降低催化剂量，使反应重新回到正常状态而不是强 行维持高负荷生产：以生产基础树脂DJM-1820为 例，优化调整情况如表1所示.反应器生产能力的主要因素，不能有效控制反应热 将带来爆聚风险「环境高温生产是一个较长的阶段.

应提前检查调温水换热器、调温水阀的「.作状态、 分布板是否堵塞而需要清理的情况:空气高湿度减

2原料杂质控制优化措施气相流化床单程转化率低.反应器的体积要比 其他L艺的体积大很多：对原料杂质含量的严苛要 求是气相流化床反应器的特点之一超标的杂质会

弱了冷却水的水汽脱热效果，应同时注意环境高温、

高湿度叠加造成的水温升高现象.提前做好反应的 调整冋包括提前增加诱导冷凝剂注入量、增加冷

却水流量、提高循环气压缩机导叶开度和提高反应

器压力增强撤热能力等方法如调温水冷水控制阀

毒化催化剂，影响催化剂的效能，引发反应器内严

重的静电波动，恶化时引发的爆聚反应将给反应器

的清理带来难度，复时间较长：因此控制原料中

已处在较高开度.可小幅度提高反应温度设定值，

收稿日期：2019-01-02 作者何介：张佰运（1985-）,男，黑龙江人.工程师，2009年毕业于东北石油大学，研究方向：从事石油化工生产技术工作〉E-mail：

zhangby.fssh@petroch ina.com.cn通讯作者：吕明（1987-）.男.工程师.硕士研究生，研究方向：从事石油化工设备管理工作E-mail： lnfslvming@163.com当 代 化 工6102019年3月

蘇的含量十分重要，技术姜求对原料中常见杂质 控制在0.1 ppm以下，实际控制则会更低(表1)叫表1高温生产阶段反应主要优化数据Table 1 Main optimization data of high temperature

production stage reaction项冃优化前优化后冷却水量/(t-h'1)8 7009 800导叶开度,％62.5诱亍冷凝剂浓度12.112.9反应器压力/kPa2 2X02 290反应温度/3：84.5

852.1原料精制床再生周期及再生时间优化装置需要床层精制的物料包括乙烯、共聚单体、

诱导冷凝剂和氮气，各项功能精制床共计1()个实 际生产中应按照操作法对各精制床层定期再生，再 生周期的确定要综合以下几个因素：原料杂质浓度、

原料流量累积值、专利商再生周期要求、床层填料

厂商技术数据、反应器静电和催化剂活性变化情况

并目.要兼顾考虑生产能耗要求反应器的实际情况

是所有因素中最重要的一项，即使床层还未到再生 时间.如反应出现由原料杂质影响导致的异常情况

时.应立即切换床层为避免忽然出现原料杂质大

屋超标无法处理的隐患，一般精制床实际再生周期

要低于计算值和「.艺专利要求，为应对突发情况提 供有效余量但为了避免过频的再生造成床层寿命

缩短和高能耗问题，应综合考虑各因素，确定床层

再生周期现以装置最大精制床-乙烯干燥C-2112

为例.数据如表2所示表2生过程动力、原料消耗及再生周期Table 2 Regeneration process power, raw material

consumption and regeneration cycle氮气消耗/kNm'电耗增加/(kgEo-l ')再生期间生产树脂/t263.20.513 512.68氮气消耗增加/

(kgEo-t ')乙烯损失人再生周期优化前/后/d9.087330/90一次再生消耗约增加：35 1 2.68 x ( 9.087+0.51 ) =3.37 x 104kgEo如生产负荷稳定，优化再生周期后，年减少消

耗：8 x3.37x 104=2.696 x I05 kgEo原料精制床再生涉及能耗增加的步骤包括冷吹 扫、热吹扫、加热再生、恒温和冷却5个过程，消

耗氮气和电能具有用量大和时间长的特点再生前 的泄压则引起物耗的增加本装置在床层泄压完成后采取逐渐升温的方式直接进入热吹扫,省去了冷

吹扫步骤:精制床再生的节能降耗优化主要通过优

化再生周期.另外一项内容就是优化再生时间：再 生要求合格标准是以每一步的操作是否达到规定时

间，但核心是以温峰全部冇效通过来确定原设计

热吹扫和加热再生过程加热器设定温度较低，由于

管路长度原因以及环境低温引起的热损失问题，使

到达精制床层的加热温度不足.导致实际加热时间

远高于规定时间,造成氮气的浪费：以C-2112为例，

进行优化的情况如表3所示表3 C-2112加热温度及再生时间优化Table 3 C・2112 heating temperature and regeneration time

optimization项冃优化前优化后热吹打时间/h3016.5热吹加热器温度比150250再生加热器温度/3：25028()加热再生时间/h2218氮气消耗总ft/kNn；278.2212.42.2生产过程对原料杂质监控及分析调整原料精制控制不应局限于对各项参数的分析.

还应对生产中的异常变化多查找原因有些看似与

杂质控制不相关操作的分析、监控和优化调整手段 对原料指标的控制起到了非常关键的作用总结以

下几点：(I)界区原料高温导致的床层解析界区原料 波动常见现象为流眩、压力、温度和杂质含量变化

其屮原料温度的升高会对装置精制床产生一定的解

吸附作用，床层使用时间越久.原料温度越高则导

致的解析作用越强也越容易发生反应器杂质禽量超

标的风险特别是干燥床脱附带出的大量水进人反 应器引起的负静电波动对于这种问题，除及时联

系调整以外，还要将床层隔离岀系统，待温度正常

后投用：(2 )产品出料系统PDS大小头清理和精制床 调肓板期间，短节置换不合格引入的杂质：气相流

化床反应器常常因为产生结块现象而堵塞PDS大

小头，管线打开前应做好阀门的关闭隔离注意雨

'齐天气对短节、垫片等部件的水分带入影响，在大

小头复位过程中应对管线多次氮气升降压置换合

格，保证氧气和水不被带入回收系统，进而重新进

入反应器：精制床短节的复位也应该进行有效的置 换操作(3 )除对界区原料和在线仪表监护以外，还要 经常对装置内各关键点采样分析监控装置生产的张佰运.等：聚乙烯气相流化床生产优化及故障611 第48卷第3期

某一阶段.发现反应静电出现异常波动.同时反应

器产生的块料量异常增加.对共聚单体单元的采样 对比分析后发现脱气单元岀现水值增高的现象.经 过全面排查，发现了脱气塔塔顶冷却器内漏问题 同时建龙了对原料定期离线采样分析的监控制度，

先后发现了氮气压缩机冷却器多处内漏、氮气内窜 油和压缩机仪表风进入氮气系统的问题，保证了原 料的质量并及时发现仪表失灵问题.(4) 装置生产发现每当挤压造粒系统停车处 理后，反应器都会产生正静电波动现象经过长时

间的跟踪分析发现是E1线问题引起该情况E1线 是装置原工艺要求挤压机停车后，为防止脱气仓粉

料板结而进行粉料循环的流程流程中要通过不能

有效密封的粉料振动筛，循环后携带的空气进入回

收系统.最后返回反应器，引起了反应器氧气浓度

增高和lE静电波动情况发生\"装置对E1采取停用 措施，该问题得到解决挤压机停车后的粉料主要

通过采种子床保证了脱气仓粉料的流动性(5) 回收系统停车处理后，重新并入系统前需

要对回收气相和液相排火炬置换.不可以认为短时

间的停机不影响杂质带入|413粉料树脂排料系统PDS优化本装置有两套PDS排料系统，每套包含两个两

级产品排料系统，共4条出料线。正常情况下，两 个排料系统以交义模式进行操作.气体在PDS罐之 间转移以减少离开反应器的气体量：排料时间的增

加首先要防止PC出料罐满进料对阀门的损坏

依据PC填充率计算：rj =-----------Fs x p x rx 100%其中：〃一填充率；F—反应负荷，t/h：

s—总出料次数；

p—堆积密度：K—PC罐容积。产品出料由反应器床高床重控制，所以当反应 负荷提高以后，总出料次数相应也会增加，由公式

可知：当堆积密度升高时，填充率下降，应适当提

高出料时间；提高堆积密度会降低出料次数.降低

设备的损耗；装置设计时，过小的PC罐容积将限

制反应负荷的进一步提咼一3.1 PDS出料时间调整优化正常生产应尽可能增加PC罐出料时间.通过 增加罐内粉料填充率来减少反应器内固定比例的原料气进入回收系统，达到降低物耗的目的另外一 种增加岀料时间的操作是当某一条出料线发生阀f J

或大小头堵塞故障处理时.为了尽可能的满足反应 器的出料需求，需要将在用线岀料时间延长同吋摘

除交叉平衡.虽然造成了原料的浪费但是保证了故

障线处理时间和反应器的稳定运行化为了生产控制需要，对PDS出料设定时间也冇 很多减少的情况\"例如反应器内出现很多块料的情

况，为了尽可能的将块料多排出反应器，避免块料

长吋间停留.造成流化状态变差.需要降低出料设

定时间.增加出料频次另外.当发生反应器压力

较高或需要置换反应器杂质时.一般通过降低出料 时间来解决除特殊情况并不会采用通过反应器直

接向脱气仓或低压火炬泄放的形式来调节反应器压 力和控制反应器杂质浓度因为直接排放的同时会

造成排放阀的乙烯吹扫气大量排放，引起物耗增加 反应器高负荷生产时.粉料、原料气和催化剂在流

化床内停留时间变短，引起反应器内催化剂活性的

降低 进入PDS系统后.催化剂因保持较高活性而 继续发生反应，出料时间设定过长会导致出料系统

内产生较多块料该阶段形成的块料与反应器内热

点形成的块料有明显区别.呈个体形状大小均匀.

施外加力容易破损.断面为粉料颗粒状对比效果

图如图1所示：图1 PDS内形成块料(左)与反应器内形成块料(右)Fig.l Formed block in the PDS (left) and formed block in

the reactor (right)此时应根据现场排出的块料情况做出调整.采

取降低PDS出料时间来增加出料频次和增加床重两 种方法调整期排岀的过多反应气体会被膜回收深 冷单元回收，不会增加过多物耗曲。3.2 PDS系统阀门故障处理措施单条排料系统包括A、E、G、H和J,以及两 条线间平衡线阀门W、X共10个阀门完成」次完

整的排料过程.按照装置设计生产能力56.25T/H时 的统计，单条线阀门开关次数约为19~21次/h.其

中平衡阀W.X动作次数增加一倍 高频次的动作 容易导致阀门经常出现故障.包括阀门执行机构损612当 代 化 工2019年3月

坏和仪表线路、限位开关故障:因此应该优化调整， 同等负荷下增加排料时间.减少阀门动作次数来降

作用对PDS系统特殊的阀门故障处理应该引起足 够重视，采取有效的方法调整.避免阀门故障导致 更大的反应问题发生需要特殊强调的是：由于气

相流化床的特殊性，当流化床已经出现了较明显的 恶化并进一步发展时.不应再争取恢复正常的操作,

低阀门故障率。各阀门故障中.E、W、X的故障 处理较为关键，常出现关信号不到位引起的两条线 同时停止出料状况.如正处在高负荷生产阶段将快

速引起高料位和髙床重，引发反应器停车风险出 现这类问题应通过仿真或仪表处理.最先保证获得

而是应该考虑执行终止程序，将故障降低并彻底解

决也是一种有效的应对事故状态的优化手段阀门关闭信号，不影响另外…条线出料的前提下再

进行现场的处理.参考文献：I I邓竹文.流化体法聚乙烯I：艺技术比絞小化I：设讣.2006.16

(4) : 9-13.1 2］武众.聚乙烯气相流化床生产技术进展［J］.当代石油石化，1996(7*

4结论气相流化床的撤热情况影响负荷的高低和安全

23-2&3］胜再梅.胜兆泉.聚乙烯装置静电原因分析及预防［J］.河南化T..

201X).7:36-37.生产，尤其是环境高温调整困难阶段，更加应该重

视优化操作原料杂质的控制尤为关键，包括精制

［4］ R明.李成龙,乍程.线性低密度聚乙烯装置冷凝态技术研究分

床和相关的操作控制和调整，对精制床的再生应进 行有效的时间优化.降低装置能耗、物耗水平PDS 出料时间的优化不但可以降低流化气的损失.而且

可以起到减少阀门的故障率和降低反应废料产生的析卩|.化学 2016(4)： 53-55.is］张內国.气相流化床聚乙烯反应系统运行连续性探索川石油化r.

2001.30 ( 7 ) ： 5-9.［6］刘秀兰,1：.树芳.气相流化床聚乙烯装置排放气回收T.艺的改进［J］石油化 T.设计.2003.20 ( 3 ) ： 5-7.(上接第6()8页)原料的蜡潜含■量决定和了蜡收率，通过比 对，现阶段的蜡收率与原料蜡含量还有一定差距 这就需要从精细操作着手，避免由于生产波动带来

为重要.这就需要掌握关键技术.在已成熟的工艺

I:改进提高.挖潜增效，扬长避短，持续增进经济

效益和技术水平，利用近些年出现的新设备、新技

术，提高装置整体竞争力，采用新技术、开发新产

的蜡损失。酮苯脱蜡脱油装置通过生产调整，现已基本实

胡、拓展新业务，提高产品竟争力，在环保方面努 力推进清洁生产.持续调整产品结构和产业结构.

现了单脱生产，但装置的能耗高于原设计为单脱的

装置二为进一步节能降耗、优化生产，装置还需要 进行适当的丁艺动改，除此之外，引进先进的集成

在润滑油、蜡产业链上取得更大突破参考文献：:I 侯祥麟•中国炼油技术［M］.北京：中国石化出版社，1991.控制系统、自动温洗滤机系统、节能变频设备使用

等，都是行之有效的节能措施另外,生产的调整要以原料的分析数据为依据, 要根据分析数据变化及时调整操作.努力实现高质

［2］侯晓明.润滑油基础油生产装置技术手册［M］.北京：中国石化出版

社,2014.［3 刘家明.炼油装置「.艺与「•程［M］」匕京：中国石化出版社.2017.

丨4 水犬德•现代润滑油生产I.艺［M］.北京：中国石化出版社,1997.

［5」江泽政.润滑油溶剂脱蜡［M］.北京:中国仃化出版II., 1994.量、高收率的目标1.6］梁朝林.溶剂脱蜡［M］.北京：中国石化出版社,2011.4结束语随着市场竞争的不断加剧，企业需要转型和提

高，装置更要适应不断变化的形势，特别是“可持

［7］爷贺,孙福奇,陈洋,等•原料对酮苯装置蜡结晶的影响［J］.当代

化 II. 2017, 46(4)： 629-632.〔8］沈大建•荆门石化的酮苯装置技术改造［J］.当代化I., 2011, 40(5)：

481-483.续、绿色、低碳”发展对于酮苯脱蜡脱油装置来说尤