神华宁煤集团45万吨/年聚乙烯装置概况及试车分析

(神华宁煤集团烯烃二分公司，宁夏灵武 750411)

神华宁煤集团45万吨/年聚乙烯装置概况及试车分析

田东鹏

(神华宁煤集团烯烃二分公司，宁夏灵武 750411)

本文介绍了神华宁煤集团45万吨/年聚乙烯装置概况、工艺特点、主要工艺流程和产品方案。总结装置原始投料试车情况，统计了装置试车过程中的原料消耗，并对试车原料单耗高的原因进行分析，为装置后续生产提供有力支持。

聚乙烯，Unipol技术，催化剂，产品方案，试车分析

1 装置概况

神华宁煤集团烯烃二分公司聚乙烯装置是神华宁煤煤化工副产品深加工综合利用项目的主工艺装置之一，该装置采用美国UNIVATION公司UNIPOL低压气相流化床聚乙烯技术[1-3]。该工艺以乙烯为主要原料，1-丁烯和1-己烯为共聚单体[4-5]，在高活性催化剂的作用下发生聚合反应，生成聚乙烯产品。

本装置采用单线操作，设计年操作时间为8000h，年生产能力为45万吨聚乙烯颗粒树脂，操作弹性为设计能力的60%～110%。可生产线性低密度和高密度聚乙烯树脂，设计的产品方案共15个牌号，产品密度范围为0.918g/cm3～0.965g/cm3，熔融指数范围为0.05～155，可用于生产薄膜、包装袋、容器、管材等制品。

2 装置特点

2.1 Unipol聚乙烯技术

美国Univation公司的Unipol气相法PE技术，自1968年首套装置工业化以来，至今全球具有100多套生产装置，产能超过12000kt/a。该技术工艺流程简单，设备台数少，技术指标先进、操作、维修及建设费用低，而且扩能改造容易[6]；由于固态和淤浆催化剂及茂金属催化剂的高活性，聚合物中钛的残留量为1mg/kg～3mg/kg，产品不需脱除催化剂残留，对环境污染较小[7-9]；用单一反应器可生产高、中、线性低密度的聚乙烯产品；反应器内部无设备，通过扩展的上部进行气固分离，不需旋风分离器或其它气固分离设备；采用冷凝态和超冷凝态聚合操作方式，极大地提高了反应器的撤热能力，从而使反应器处理能力得到很大程度的提高[10]；排放气回收产生的单体可以返回反应系统，原料单耗低。

2.2 本装置工艺节能设计

本装置采用低能耗和低物耗的工艺技术，合理利用装置内的能量，在保证装置长期稳定运行的前提下节约了能源。原料乙烯在进脱CO塔之前，与乙烯脱氧床出来的热乙烯换热，充分利用乙烯脱氧反应的反应热预热乙烯后进脱CO塔，节省了蒸汽耗量；粉料树脂下料系统输送气采用回收系统压缩尾气，只在回收系统故障时采用氮气作为输送气，节省了氮气消耗；排放气回收的单体可以直接返回反应系统，使原料单耗降低，同时排放气回收还采用了低温压缩冷凝回收工艺，节省了投资和能耗；在装置Ⅲ型停车工况下，循环气压缩机利用自身出口气体驱动维持至少10min的工作时间，这解决了工艺的爆聚问题，也减少了EPS电源的设置，节约了能源。

3 装置主要工艺过程

Unipol聚乙烯工艺流程图如图1所示，工艺过程主要包括原料精制、催化剂配制、聚合反应、粉料脱气、挤出造粒等[11-12]。乙烯和共聚单体加入流化床反应器，在Ziegler-Nata钛系催化剂/铬系催化剂/茂金属催化剂/双峰催化剂的作用下发生聚合反应，反应温度85℃～110℃、压力约2.41MPa。聚合粉料通过PDS装置间歇排出，经过脱气后进行造粒。

图1 Unipol聚乙烯工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of Unipol polyethylene

3.1 原料精制单元

3.1.1 乙烯精制

乙烯作为聚合反应的主要原料，在催化剂的作用下通过阴离子配位聚合得到聚乙烯。本装置使用的乙烯由裂解装置产生，进入装置后分别经过脱氧、脱一氧化碳、干燥、脱二氧化碳，净化后的乙烯纯度达到质量分数99.95%以上，然后计量加入聚合反应器。

3.1.2 共聚单体精制

本装置所使用的共聚单体包括1-丁烯和1-己烯，1-己烯作为共聚单体由于其较长的侧链，使产品具有更高的韧性和强度。共聚单体进入装置后通过脱气塔除去O2、CO、CO2等轻组分杂质，然后经过共聚单体泵加压后通过干燥器干燥，精制后的1-丁烯纯度达到质量分数99.0%以上，1-己烯纯度达到质量分数98.5%以上，计量送入聚合反应器，参与聚合反应。

3.1.3 异戊烷精制

液态异戊烷进入装置后通过脱气塔，塔顶排出的含有O2、CO、CO2等轻组分杂质的少量气体排放到火炬系统，异戊烷从塔底流出后经过冷却、加压、干燥后纯度达到质量分数95.0%以上，计量加入聚合系统。

3.2 催化剂单元

本工艺根据产品牌号不同使用的催化剂有钛系淤浆催化剂、淤浆BMC双峰催化剂和铬系干粉催化剂。

3.2.1 钛系催化剂

本装置使用的钛系淤浆催化剂[13-14]是UCAT-J型齐格勒-纳塔催化剂，主要用于生产膜级和注塑级LLDPE和注塑级HDPE产品。

钛系淤浆催化剂原浆装在可以重复利用的专用钢瓶中，在氮气保护下储运。在卸料前钢瓶在滚动机上连续滚动24h，确保催化剂颗粒完全分散悬浮在矿物油中，用氮气压送至淤浆进料罐，在进料罐中连续搅拌防止催化剂沉降。钛系催化剂淤浆原浆进入反应器之前需要通过正三己基铝(T3)和1-氯二乙基氯化铝(DC)还原，T3首先在管道混合器与催化剂原浆接触，混合物进入T3混合罐中进一步搅拌反应；然后混合物与DC在管线混合器中接触，进入DC混合罐中充分搅拌还原；最后通过高压氮气将还原的催化剂淤浆计量压送至聚合反应器参与反应。

3.2.2 双峰催化剂

本装置使用的双峰催化剂[15]是BMC-200和BMC-300，用于生产高密度双峰聚乙烯树脂，树脂产品主要用于HD吹塑膜和大口径HD管。

双峰淤浆催化剂装在可以重复利用的专用钢瓶中，在氮气保护下储运。在卸料前钢瓶在滚动机上连续滚动24h，确保催化剂颗粒完全分散悬浮在矿物油中，用氮气压送至淤浆进料罐，在进料罐中连续搅拌防止催化剂沉降。通过可变速调节的催化剂进料泵循环或计量加入聚合反应器。

3.2.3 铬催化剂

本装置使用的铬系干粉催化剂[16-17]是K-100，该催化剂生产的产品撕裂强度大，冲击强度和耐环境应力开裂性能好，主要用于生产HD膜和HD耐压管。

铬系催化剂通过两台标准型的Mark V催化剂加料器加入反应器的，催化剂靠重力从催化剂储罐流入催化剂加料器，然后通过高压氮气将催化剂计量压送至聚合反应器。

3.3 聚合反应

聚合反应系统由反应器、循环气冷却器和循环气压缩机组成。在装置开车时，需要预先向反应器中装入一定料位的PE粉料作为种子床，在一定的压力下启动循环气压缩机将种子床流化，种子床经过脱水置换后加入助催化剂三乙基铝(T2)[18]进行滴定和钝化，然后将乙烯、氢气、共聚单体等原料加入聚合反应器，最后向反应器中注入催化剂开始聚合反应生成聚乙烯树脂粉料。

聚合反应温度由循环气系统控制，开车时通过蒸汽加入循环气将反应器温度升高，从而启动聚合反应；正常生产时通过循环气将聚合反应热带出，由循环气冷却器撤走热量。反应压力通过乙烯进料控制，乙烯聚合生成固相后反应器压力会降低，通过控制乙烯进料维持压力稳定。反应器料位通过粉料排放控制，本装置有两条粉料产品出料系统，两条出料系统相继交替操作将粉状树脂产品间歇地从反应器卸料至粉料脱气仓。

3.4 粉料脱气

粉料脱气仓由两部分组成，上部分用于脱除烃类，下部分用于水解残留在树脂中的烷基铝。在脱气仓上部粉料温度接近于反应器的温度，操作压力略高于大气压，小于35kPag，并通入氮气来脱除溶解于粉料树脂中的烃类，通过料位控制来维持脱气所需的充分的停留时间，吹扫氮气与烃类从脱气仓顶部排出至回收系统。在脱气仓下部加入氮气与蒸汽混合气水解树脂中残余的烷基铝，气体从侧线排出经过滤后排至火炬。脱气后的粉料通过带有切刀的旋转下料器控制料位并将结块或片状物料破碎，然后经过震动分级筛分离回收块状物料，合格的粉料树脂送至挤出造粒系统。

3.5 添加剂和挤压造粒

树脂通过脱气仓下部的振动筛后靠重力进入树脂缓冲料斗，经过树脂粉末换向阀、树脂经旋转阀与固体添加剂一同进入树脂/添加剂给料器，粉料树脂和固体添加剂经混炼机进料斗/排气过滤器进入混炼机，在混炼机熔化并混合，熔融的聚合物直接进入熔融泵，然后进入水下切粒机形成颗粒产品。粒料通过切粒水输送至大块剔除器初步脱水并除去块料，然后进入颗粒干燥器进一步脱水并干燥，干燥的颗粒进入颗粒振动筛，将过大和不合格的颗粒分离回收，合格粒料通过质量流量计送到掺混系统。

粒料经过掺混保证同一批次质量均一，经采样分析合格后的聚乙烯粒料通过风送系统输送至包装料仓进行包装、码垛。

4 产品方案

本装置可以生产线性低密度和高密度聚乙烯颗粒树脂，总共15个牌号，其中LLD吹塑膜牌号2个，LLD注塑牌号2个，HD注塑牌号4个，HD大零件吹塑牌号3个，HD吹塑膜牌号2个，HD管材牌号2个。产品的物理性能及应用如表1所示。

表1 产品的主要物理性能及应用Table 1 The main physical properties and applications of the products

5 试车总结

该装置于2017年7月完成试车，开车种子床树脂为中石化广东茂名分公司DJM-1820粉料树脂，试车生产树脂牌号为LLD注塑产品DNDA-8320，试车过程中操作温度、压力达到设计要求，产品质量合格，共计生产聚乙烯粒料515t。

装置试车期间主要物料消耗统计如表2所示，可以看出，试车期间主要物料单耗明显高于设计值，原因分析如下：

(1)乙烯、1-丁烯、异戊烷、氢气单耗高是因为装置开车精制系统建液位、精制塔补充液位，反应器开车建立循环消耗原料。

(2)主催化剂、三正己基铝、一氯二乙基铝单耗高的原因是催化剂系统初次在线还原，为了避免系统中杂质影响催化剂活性，还原剂过量加入；而且装置试车过程中催化剂系统进行了两次在线还原。

(3)三乙基铝单耗高是因为反应器床层初次钝化使用量大。

(4)循环水和电力消耗高的原因是反应器试车负荷较低，未能满负荷生产。

表2 装置试车期间主要物料消耗统计Table 2 Main material consumption statistics during device commissioning

6 结语

本装置采用美国UNIVATION公司UNIPOL低压气相流化床聚乙烯技术，设计生产能力大，连续操作时间长，操作弹性大。采用低能耗和低物耗的工艺技术，合理利用装置内的能量，在保证装置长期稳定运行的前提下节约了能源。装置可生产线性低密度和高密度聚乙烯树脂，设计的产品方案共15个牌号，产品密度范围为0.918g/cm3～0.965g/cm3，熔融指数范围为0.05～155，可应用于吹塑、注塑、管材等成型工艺。装置于2017年7月完成试车，操作条件达到设计要求，生产出合格的聚乙烯产品。

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GeneralInformationandTrial-start-upAnalysisofShehuaNingxiaCoalIndustryCompany(SNCG)450kt/aPolyethyleneUnit

TIAN Dong-peng

(Second branch olefin company of SNCG，Lingwu 750411，Ningxia，China)

The general information，process characteristics，main flowchart and production plan were introduced for SNCG 450kt/a polyethylene unit. We summarized the plant trial-strat-up situation，the raw material consume during trial-strat-up，and analyzed the reasons of high unit consumption of raw materials，which providing strong support for production.

polyethylene，unipol technology，catalyst，product program，trial strat-up analysis

TQ 325.1+2