聚乙烯装置冷凝剂异戊烷回收工艺优化

聚乙烯装置冷凝剂异戊烷回收工艺优化

中国石油天然气有限公司兰州石化有限公司（以下简称兰州石化）300吨/a的全密度聚丙烯装置采用美国univation公司的unihol技术。以烯为主要原料，以丁烯或丁烷为单位。通过多次反应制备反应气体（乙醚、1-羧酸和氢）。1设备说明1.1流化床反应器,把表面工质纳入反应单元来自界区的气相乙烯依次通过数个精制(或分子筛)床层,脱除其中所含的微量硫化物、炔烃、一氧化碳、氧气、水、二氧化碳和其他极性化合物等杂质,送至反应单元;来自界区的共聚单体、异戊烷、氮气经过精制后,在一定的温度、压力、催化剂和助催化剂作用下,进入流化床反应器进行聚合,同时放出大量热量,循环气通过循环回路,撤出反应热;粉料树脂通过产品排出系统输送至脱气仓,脱除的烃类气体进入回收单元,回收的液相烃送回反应器循环使用,回收气作为产品排出系统粉料树脂的输送气,具体流程见图1。1.2蒸发潜热补充显热装置运行过程中,随着反应产率的增加,循环气冷却器需要撤出更多热量,才能保证稳定的热平衡状态,即循环气冷却器出口温度逐渐下降,当出口温度低于循环气露点温度时,在循环气冷却器中将使部分重组分冷凝,此时聚合操作为冷态操作。当循环气为气相和冷凝液的混合物,循环气夹带雾状液滴进入反应器底部并通过分布板,在床层中与树脂混合并汽化,带走大量的热量,即用蒸发潜热补充显热撤热式中:m式中:m装置采用的诱导冷凝剂异戊烷被循环气带入床层汽化,提高了循环气露点异戊烷的汽化,消除了部分显热,从而提高了反应器的产率及循环气撤热能力。冷却器中气体热焓的变化见表1。2装置能耗分析2007年生产线型低密度聚乙烯DFDA7042期间,异戊烷的单耗为6～8kg/h,高于工艺设计值,装置能耗超过国内同类装置。鉴于此,本工作通过对装置中产品排出系统、产品脱气系统、尾气回收系统进行工艺优化,提高异戊烷回收使用率,降低新鲜异戊烷进料量,使异戊烷的单耗达到或低于工艺设计值。3工艺优化3.1调整产品排出系统的出料时间,调整产品排出系统的出料次数装置生产运行中发现,产品排出系统出料不均匀,产品罐的填充率不高,气相组分损失大,造成了异戊烷的损耗较大。针对此现象,在反应器平稳控制床高和床重的基础上,将产品排出系统的KV-4101-1B出料时间由原来25s调整到38s。通过调整产品排出系统KV-4101-1B出料时间,树脂出料次数由原来的15次/h降低到12次/h;树脂在产品罐的填充率由60%提高到80%,其填充量由每次1.03t提高到1.38t(见表2)。增加产品排出系统KV-4101-1B的出料时间,树脂在产品罐的填充量也得到提高,延长循环气通过KV-4101-1G返回到反应器的时间,减少反应器气相损失,降低了异戊烷的单耗。3.2入脱气仓内压力控制不稳定在产品排出系统中,粉料向脱气仓输送时载气压力控制阀的开度一直维持在35%,大量输送气及气相组分进入脱气仓导致其压力控制不稳定。当脱气仓压力超过火炬阀设定时,火炬阀自动打开排放,造成脱气系统回收气大量损耗,降低了异戊烷的回收率。在保证产品排出系统正常出料的情况下,将载气流量控制阀的开度由35%调整为13%,这样既稳定了脱气仓压力又减少了回收气向低压火炬的排放量,提高冷凝剂异戊烷的回收率。3.3氮气吹扫量的确定工艺优化前,脱气仓氮气吹扫量为1600Nm在满足工艺操作要求和保证脱气仓中烃含量合格(小于50μg/g)的前提下,工艺将脱气仓氮气吹扫量由1600Nm3.4异戊烷的回收反应在冷凝模式下操作,异戊烷浓度大,粉料粒子在增长过程中大量吸附异戊烷,增加脱气单元对粉料中异戊烷脱除难度,不利于回收系统对异戊烷的回收。同时,大量异戊烷进入反应器未能及时汽化,残留的液相异戊烷聚集于分布板上与粉料形成黏状物,在反应器中易结块。异戊烷浓度小,反应在低负荷下运行,反应器中气相组分的露点低,反应在冷态与干态之间波动,长时间在此条件下操作,易使反应器分布板堵塞。装置经过半年的探索,将反应器中异戊烷体积分数降至4.5%～5.0%,为冷态操作下的最佳控制范围。3.5不同冷凝剂对异戊烷的补加装置开车初期,高压集液罐压力设定为1.15MPa,高压集液罐冷凝回收的液体组分较少,大部分烃类组分排向火炬系统。为了保证反应器中冷凝剂异戊烷的浓度,必须大量补加新鲜的异戊烷,所以冷凝剂异戊烷单耗一直较高。冷凝过程中,高压使分子间距变小,容易使气态异戊烷凝结成液态,同时提高了液体的沸点,使其在低温下更容易转化为液态。将高压集液罐压力提高至1.45MPa,保证在高压低温条件下的冷凝效果,液相回收率提高,进入反应器的回收液循环量增加,提高烃类组分的回收率,从而降低了新鲜异戊烷的补加量。3.6维修和维护冗余气泵的入口阀，提高工作效率3.7仓排火炬阀、反应器排火炬阀装置在长周期运行中,因部分阀频繁动作而关不到位(如脱气仓排火炬阀、反应器排火炬阀),造成反应器、脱气仓中的气相异戊烷大量损失。通过对脱气仓排火炬阀、反应器排火炬阀进行检修,防止了异戊烷的损失,降低冷凝剂异戊烷的单耗。4无砂区通过以上改进措施,回收液进料量由工艺优化前的1.152t/h提升至1.932t/h。反应器补加的新鲜异戊烷进料量由189.2kg/h降低至68.2kg/h,异戊烷的单耗由优化前的6.0～8.0kg/t降低到1.3～2.5kg/t,达到了装置的设计水平。5回收气压缩机回收率低通过优化产品排出系统KV-4101-1B出料时间,降低脱气仓氮气吹扫量,控制冷凝剂异戊烷在反应器中的浓度,显著降低了新鲜异戊烷的加入量。另外,通过检修回收气压缩机阀片,调整高压集液罐压力,提高了回收液的进料量,使异戊烷单耗达到装置开车以来最好水平。由于回收气压缩机长周期运转,本体阀片受到磨损,做功不完全,液相烃回收率降低,大量