年产29万吨LDPE生产工艺毕业设计

湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 1 -毕 业 设 计 成 果 报 告 书二 零 一 六 年 二 月湖 南 石 油 化 工 职 业 技 术 学 院专 业 名 称 ：系 部班 级学 生 姓 名 号 ：指 导 老 师 石 化 技 术 工 程 系石 油 化 工 生 产 技 术石 化 3139 班杨 红 斌张 雄 飞201311109341湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 2 -目录1.绪论 .41.1 聚乙烯（PE）的概述 .41.1.1 聚乙烯的主要用途 .41.2 设计规模及原料规格 .51.2.1 设计规模 .51.2.2 主要原料规格 .51.3 国内外的现状及发展前景 .61.3.1 国外的现状 .61.3.2 国内的现状 .61.3.3 发展前景 .71.4 课题的目的及意义 .71.4.1 目的 .71.4.2 意义 .82.生产工艺 .82.1 LDPE 生产工艺的概述 .82.2 主要工艺流程如下： .92.3 LDPE 工艺选择 .102.4 过氧化物的选择 .102.4.1 过氧化物种类 .10本装置所用过氧化物为引发剂共四种,分别为 TBPPI TBPEH TBPIN DTBP 其性能见下表 ： .102.4.2 过氧化物和氧气引发的不同点 .122.4.3 过氧化物的安全与防护 .123.物料衡算 .143.1 基础数据 .143.1.1 乙烯规格 .143.1.2 催化剂进料对产品 MFR 的影响 .153.2 物料衡算 .153.2.1 聚合反应机理 .153.2.2 反应器物料衡算 .164.能量衡算 .174.1 能量衡算总述 .174.2 基础数据 .184.3 各设备能量衡算 .184.3.1 加料段热量衡算 .184.3.2 进行反应段能量衡算 .19湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 3 -5.设备选型 .205.1 选型原则 .205.1.1 满足工艺要求 .205.1.2 设备成熟可靠 .205.2 反应器选型 .205.2.1 反应器容积和生产能力的确定 .205.2.3 反应器技术特性表 .215.3 其他设备的选型 .216.成果特点 .227.收获与体会 .22参考文献 .24湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 4 -1.绪论1.1 聚乙烯（PE）的概述聚乙烯结构:CH 2 =CH2+CH2=CH2+.CH2CH2CH2CH2.简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的CH 2单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯(CH 2=CH2)的加成聚合而成的。在工业上，也包括乙烯与少量 烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯（PE ）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚乙烯（LDPE） 、线型低密度聚乙烯（LLDPE） 、高密度聚乙烯（ HDPE）及一些具有特殊性能的产品。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。也适用于各种浆点、粉点、撒粉、涂布机及喷胶机产品；广泛用于服装、服装面料复合、制鞋、包装、书籍、无线装订、儿童玩具、家电等行业。1.1.1 聚乙烯的主要用途（1）加工应用聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。（2）薄膜应用低密度聚乙烯广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。1975 年以来，高压低密度聚乙烯薄膜也得到发展，它的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。此外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。（3）中空制品高压低密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。如牛奶瓶、去污剂瓶；湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 5 -（4）管板材挤出法可生产聚乙烯管材，高压低密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设；挤出的板材可进行二次加工；也可用发泡挤出和发泡注射法将高压低密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料；防护套（例如缆索护套） 。（5）纤维中国称为乙纶，一般采用低压聚乙烯作原料，纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索，或纺成短纤维后用作絮片，也可用于工业耐酸碱织物。超高强度聚乙烯纤维（强度可达 34GPa） ，可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。（6）杂品用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等；电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等；制造结构件时要用高密度聚乙烯。1.2 设计规模及原料规格1.2.1 设计规模本工艺设计规模为年产 29 万吨聚乙烯，年实际工作日为 355 天，每小时产能为 35 吨。1.2.2 主要原料规格表 1-1 乙烯原料规格序号 名称 含量1 乙烯 99.8%2 乙炔 5ppm3 水分 10ppm4 硫 5ppm5 氧 5ppm6 一氧化碳 10ppm7 二氧化碳 10ppm8 氢 10ppm湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 6 -1.3 国内外的现状及发展前景1.3.1 国外的现状2008 年，全球 PE 生产能力约为 3580 万 t。其中北美、西欧、中东和中国的生产能力占到了全球总能力的 67.5%。从 2008 年 9 月开始，世界 PE 产能开始明显增长，预计到 2014 年,全球 PE 的生产能力将达到 5013 万 t。在产能增长地区，中东地区产能增长较快。到 2011 年，中东 PE 在全球产能中的比例从之前的 7%增至 14%，中国成为了目标市场，而欧洲则成为了一个备选市场。在2008 年到 2011 年间，亚太地区的 PE 产能年增 7%，新项目主要位于中国、印度和韩国，未来中国将继续成为动力源泉。目前，全球 PE 的消费量已达到了 1971.0 万 t/a。PE 的主要消费地区仍然集中在中东、美国、西欧及中国。预计到 2014 年，中东和加拿大将成为 PE 最大的出口国，主要进口国家为西欧和中国。1.3.2 国内的现状近几年，我国 PE 市场高速增长，产销量不断提高。2009 年，我国 PE 的消费量达到了约 470 万 t。到 2010 年消费量达到 524.6 万 t，2014 年将达到 713.6万 t。预计未来 5 年，PE 在各地区消费的增长速度有快有慢。相对而言，华南地区及华东地区发展较快。目前，我国 PE 主要用于生产薄膜、日用塑料制品、塑料包装箱及容器等制品。预计未来几年，我国薄膜、塑料零件及管材的需求仍将旺盛，电线电缆的需求也将保持较快增长，PE 总体消费结构不会有太大变化，塑料薄膜的比例将略有增加，日用塑料制品的比例会略有下降。目前我国 PE 用量已列于五大通用塑料原料之首，中国已成为世界 PE 的最大进口国和第二大消费国。目前沙特阿拉伯、美国、新加坡、韩国及加拿大已成为中国进口 PE 五大前沿产地，占中国进口总量的近 68.23%。与此同时，中国台湾省、马来西亚及日本等周边国家及地区近年也在大规模扩建装置，这部分装置除了满足他们自身需求外，主要是为了向中国及内地出口。由于这些国家及地区与中国地域接近，产品生产成本低、性能良好等，对中国的 PE 产品构成了比西方发达国家更大的威胁。湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 7 -1.3.3 发展前景预计未来几年，中东将逐步成为石化产品出口的新霸主。近年来，中东国家利用得天独厚的油气资源大力发展石化工业, 在全球所占市场份额快速增长。据海湾地区的业内专家预计，到 2020 年，海湾地区乙烯产能占全球总产能的比例将增长到 15%，在全球石化工业中处于领先位置。中东国家在地理位置、海运和基础设施建设三方面占有一定的优势，因而在国际乙烯市场上将有较强的竞争力。到 2010 年，中东地区出口到中国的 PE 达到了 200 万 t，补充了国内近 50%的缺口。这对国内相关 PE 企业造成较大冲击。一般贸易和进料加工贸易方式仍是我国 PE 进出口最主要的贸易方式。尽管近几年国内 PE 产能增长很快，但产能仍然满足不了需求。由于国产能力的扩容，PE 的进口量增长速度开始放缓，但进料加工在进口原料中的主导地位反映出我国国产 PE 在外贸加工中的竞争弱势，证明国外制品企业对国产原料的质量尚存疑问。虽然全球聚烯烃产能增长很快，但全球新增产能仍将主要集中在中东地区，该地区虽然拥有最低的原料成本，但在中国市场的价格却不一定是最低。目前中国国内市场已全面对外开放，成为世界 PE 供应商角逐的主战场，中国 PE 进口量占世界贸易总量的 30%。因此，中国 PE 需求的增长对全球 PE 市场影响重大。另一方面，我国 PE 的发展前景却不宜过于乐观。因为中国面临中东及周边地区和国家的竞争压力愈来愈大。相比之下，我国 PE 产能、产量、产品质量和工艺技术与国外存有较大差距,主要表现在：通用料多，专用料少；中低档产品多,高档产品少；技术含量低、附加值低的产品多，利润高、附加值高的产品少；生产技术相对落后，企业建设重点滞留在扩大规模上，高强度 PE 棚膜和管材 80%还依靠进口，PE 品种仍单一。未来几年是我国 PE 工业发展的机遇期, 同时也是产品结构调整的重要时期，提高我国 PE 整体竞争力显得十分重要。我们要加强产品与市场的有机结合，在进一步提高 PE 产量规模的同时，提高 PE 生产技术水平。1.4 课题的目的及意义1.4.1 目的我们作为大学准毕业生于毕业设计时选取高压低密度聚乙烯生产工艺设计，湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 8 -具有非同一般的意义。其内容包括：回顾大学所学知识；查阅先进的资料文献；熟悉化工生产的特点；了解先进的聚乙烯生产技术。对生产聚乙烯的工艺流程能够驾轻就熟，能够对工艺设计完成物料衡算、能量衡算，以及设备和管道尺寸选型与设计。1.4.2 意义聚乙烯作为化工产业，有着较长的产业链：原油-石脑油-乙烯-聚乙烯-塑料制品，影响价格的因素从原油到塑料制品，纷繁复杂。既要考虑到原油价格波动对聚乙烯成本的影响，又要考虑到下游制品对聚乙烯的需求，同时还要兼顾产业链中间环节的供需状况。供求关系是决定价格的根本，但市场对终端产品价格的承受能力是上下游成本顺利传导的关键。从 2008 年固定资产投资来看，聚乙烯产业目前面临着投资过剩、需求大幅萎缩的困境。但是供应过剩的根源还在于需求的锐减。由于美国次代危机已经开始影响全球的实体经济，国内外市场的经济发展开始放缓，塑料制品的需求大大减弱，出口增速逐月递减，2008 年下半年以来，塑料制品出口每月累计同比增速已经降至了 2001 年以来的低点，供过于求的矛盾在需求层面开始显现。2009 年，随着世界经验的复苏，聚乙烯产业有所恢复，新技术，新产品的开发与应用迫在眉睫。2.生产工艺2.1 LDPE 生产工艺的概述目前世界上拥有聚乙烯技术的公司很多，拥有 LDPE 技术的有 7 家，LLDPE 和全密度技术的企业有 10 家，HDPE 技术的企业有 12 家。从技术发展情况看，高压法生产 LDPE 是 PE 树脂生产中技术最成熟的方法，釜式法和管式法工艺技术均已成熟，目前这两种生产工艺技术并存。发达国家普遍采用管式法生产工艺。此外，国外各公司普遍采用低温高活性催化剂引发聚合体系，可降低反应温度和压力。高压法生产 LDPE 将向大型化、管式化方向发展。低压法生产 HDPE 和 LLDPE，主要采用钛系和铬系催化剂，欧洲和日本多采用齐格勒型钛系催化剂，而美国多采用铬系催化剂。目前世界上主要应用的聚乙烯生产技术现简单介绍。湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 9 -2.2 主要工艺流程如下：（1）乙烯压缩乙烯在一定的压力下进入装置，经过一次/增压压缩机的压缩到 270-280bar，与高压回路的高压循环气一起进入二次机，二次机将乙烯升压至反应压力，然后送入反应器进行聚合反应。（2）引发剂配制和注入桶装的过氧化物用溶剂（异十二烷）将过氧化物溶解、稀释，然后由泵送入混合罐中，再放到相应的注入罐中。用注入泵注入到反应的不同区域。（3）聚合经预热的乙烯分成两股物流进入预热器，被加热后汇成一股进入反应器，聚合反应在过氧化物的引发下进行，聚合反应的聚合物和未反应的气体经过脉湖南石油化工职业技术学院 29 万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺- 10 -冲阀排出，经过冷却器的冷却后，进入高压分离器。（4）高压和低压循环气体处理高压分离器顶部排出的乙烯经过高循系统，将低聚物蜡分离出来，乙烯返回二次机入口，聚合物排入低压分离器。乙烯从低压分离器的顶部排出，经过冷却、分离后，将残余的蜡分离出来，乙烯进入增压机，聚合物排入挤压机。（5）挤压造粒添加剂（抗结块剂和爽滑剂）在挤压过程中直接加入挤压机，聚合物在离开挤压机后，经水下切粒，颗粒经过脱水和干燥，由风送系统送入脱气仓。（6）脱气、储存、和包装颗粒被送入脱气仓，空气由底部加入，使乙烯的浓度降到安全值，脱气后的颗粒被送入储存料仓中，合格的产品被送入包装。2.3 LDPE 工艺选择本设计采用高压气