一、裝置簡(jiǎn)介
(一)裝置發(fā)展及類(lèi)型
1，裝置發(fā)展
高壓聚乙烯發(fā)現(xiàn)于1933年，從1939年開(kāi)始工業(yè)化，至今已有70年的歷史。
1970年我國(guó)第一套高壓聚乙烯生產(chǎn)裝置在蘭州化學(xué)工業(yè)公司建成，規(guī)模為3．6X104t／a，
單系列設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1X104t／a。
燕化從日本住友化學(xué)株式會(huì)社引進(jìn)的18X104t／a釜式法高壓聚乙烯裝置于1976年建成。單系列設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6X104t／a。雙釜串聯(lián)操作，使單程轉(zhuǎn)化率由單一反應(yīng)器的16％左右提高到20％以上(最高可達(dá)24％)，動(dòng)力消耗和物料消耗也有較大降低，因而生產(chǎn)成本也降低。
我國(guó)現(xiàn)有的五套管式法LDPE裝置除上海石化的老裝置引進(jìn)較早外，其他的裝置為近幾年新引進(jìn)的，工藝比較先進(jìn)，自控系統(tǒng)完備，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，與老裝置相比有明顯優(yōu)勢(shì)。其他四套技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5—1。
2．裝置的主要特點(diǎn)
目前，全世界LDPE產(chǎn)品中約有55％是管式法生產(chǎn)的，其余45％為釜式法生產(chǎn)的。兩種工藝各有特點(diǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品也各有側(cè)重。比如，釜式法生產(chǎn)的LDPE長(zhǎng)支鏈支化程度較高由于長(zhǎng)支鏈影響聚合物的分子量分布和改善流變性能(如溶液黏度、黏彈性能)，因此長(zhǎng)支鏈支化程度高使得樹(shù)脂易于加工，常用作擠壓涂層和高強(qiáng)度的工業(yè)用重包裝膜；管式法生產(chǎn)的樹(shù)脂則有更多的短鏈支化，光學(xué)性能好，適宜作透明的包裝薄膜。兩種工藝的特點(diǎn)比較如表5-2所示。
(二)裝置單元組成與工藝流程
1．組成單元
高壓聚乙烯裝置的基本組成單元為：壓縮，聚合，切?？账蛦卧?。各單元作用介紹如下：
(1)壓縮單元
從低壓分離罐出來(lái)的未反應(yīng)的低壓循環(huán)乙烯氣通過(guò)聚合物分離罐、排放氣冷卻器、排放氣冷卻中間分離罐、排放氣最終冷卻器，經(jīng)過(guò)分離和降溫后，從排放氣壓縮機(jī)一段人口分離罐進(jìn)入排放氣壓縮機(jī)(共分三段)。低壓循環(huán)乙烯氣經(jīng)排放氣壓縮機(jī)由0．05MPa(表)加壓到3．3MPa(表)。然后和乙烯裝置送來(lái)的3．2-3．5MPa(表)，30℃的新鮮乙烯經(jīng)過(guò)一次壓縮機(jī)測(cè)壓到26～30MPa(表)再和高壓分離器分離出來(lái)并經(jīng)高壓循環(huán)系統(tǒng)冷卻和除蠟的未反應(yīng)的高田循環(huán)氣一同進(jìn)入二次壓縮機(jī)。
排放氣壓縮機(jī)出口氣體分成兩股，一股氣體去一次壓縮機(jī)，另一股氣體返回乙烯精制或去火炬，以保持系統(tǒng)內(nèi)惰性氣體的含量處于合理范圍之內(nèi)。一次壓縮機(jī)出口氣體一股與高固循環(huán)系統(tǒng)返回的氣體混合后進(jìn)人二次壓縮機(jī)，另一股氣體作為急冷物流進(jìn)入高壓泄料閥后的管線(xiàn)，以冷卻經(jīng)高壓泄料閥后的高溫物流。
二次壓縮機(jī)是用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)置平衡型兩段壓縮機(jī)，每段均有6個(gè)汽缸。乙烯氣由20～30MPa(表)增壓至240-310MPa(表)。然后送人反應(yīng)器。
(2)聚合單元
?、俜磻?yīng)器系統(tǒng)
從二次壓縮機(jī)出來(lái)的乙烯氣體，分三路進(jìn)入反應(yīng)器。第一路為主物流，先進(jìn)入，正常生產(chǎn)中，要保持40％以上的最小流量。預(yù)熱器為超高壓套管式換熱器。乙烯氣體被加熱到引發(fā)溫度。另外兩路作為反應(yīng)器的第一和第二側(cè)線(xiàn)進(jìn)料，分別經(jīng)第一側(cè)流冷卻器和第二側(cè)流冷卻器冷卻到15℃后進(jìn)入反應(yīng)器。
反應(yīng)器共有五個(gè)引發(fā)劑注人點(diǎn)。過(guò)氧化物的注入，很快使注人點(diǎn)的溫度上升到最高溫度(峰值溫度)。反應(yīng)器分成5個(gè)反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)器中的溫度分布是根據(jù)產(chǎn)品的要求來(lái)設(shè)定的。反應(yīng)器是用高壓管夾套中流動(dòng)的有壓力的水來(lái)冷卻的，并與反應(yīng)物料成逆流，這是一個(gè)閉路公用水系統(tǒng)。夾套水的溫度可以在35—200℃之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，這主要取決于操作方式和反應(yīng)段的不同。在正常的操作中，通過(guò)熱交換夾套水要帶走盡可能多的熱量，但在反應(yīng)建立階段，夾套水用來(lái)加熱公用水系統(tǒng)包括公用水膨脹罐、冷卻器、加熱器和循環(huán)水泵。
反應(yīng)器一般在300MPa(表)的壓力下運(yùn)行，反應(yīng)器中的氣體和聚合物處于同一相。反應(yīng)器的壓力靠其尾部的高壓排放閥來(lái)控制，高壓排放閥可用周期性的脈沖變化來(lái)操作。反應(yīng)器在脈沖方式下操作，這種反應(yīng)器稱(chēng)之為脈沖反應(yīng)器。當(dāng)聚合物的黏度增大(低MI樹(shù)脂)或反應(yīng)物流中的聚合物濃度增大，聚合物從溶液中分離出來(lái)的趨勢(shì)增大，由于黏度增大，反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢影響了熱交換，同時(shí)降低了轉(zhuǎn)化率，為了提高低MI產(chǎn)品(MI<0．7g／10min)的轉(zhuǎn)化率，必須采用脈沖出料。
萬(wàn)一發(fā)生機(jī)械和工藝故障時(shí)，一個(gè)自動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)會(huì)使反應(yīng)停止。通過(guò)一個(gè)放空閥和爆破片向大氣放空來(lái)保護(hù)反應(yīng)器。為了在反應(yīng)器緊急放空時(shí)減小噪音和防止聚合物粉塵擴(kuò)散，設(shè)置有一個(gè)緊急放空系統(tǒng)。
?、诟邏悍蛛x器(HPS)與高壓循環(huán)系統(tǒng)
在反應(yīng)器的高壓排放閥后，未反應(yīng)的氣體與聚合物的混合物被注入的新鮮乙烯急冷。與使用產(chǎn)品冷卻器相比較，采用急冷技術(shù)冷卻熱的聚合物大大地提高了最終產(chǎn)品的薄膜性能。本裝置所生產(chǎn)的LDPE樹(shù)脂的最大特點(diǎn)是凝膠(導(dǎo)致薄膜缺陷的主要因素)含量低。
冷卻后的混合物進(jìn)入高壓分離器，在這里進(jìn)行聚合物和氣體的第一次分離。分離出來(lái)的未反應(yīng)的乙烯氣體從分離器頂部出來(lái)進(jìn)入高壓循環(huán)系統(tǒng)，聚合物從底部排出進(jìn)入低壓分離器。
從高壓分離器出來(lái)的氣體首先通過(guò)中壓廢熱鍋爐，將氣體冷卻至約210℃，產(chǎn)生的中壓蒸汽用于反應(yīng)器預(yù)熱器預(yù)熱。之后，再通過(guò)低壓廢熱鍋爐，產(chǎn)生低壓蒸氣，冷卻到約180℃。經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐后，未反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)一系列的冷卻器和分離器，冷卻到300℃，除去低聚物后，氣體返回二次壓縮機(jī)人口，循環(huán)使用。
(3)切?？账蛦卧?/p>
聚乙烯和未反應(yīng)的乙烯經(jīng)低壓卸料閥進(jìn)人低壓分離器，在低分中再次分離。聚乙烯經(jīng)閘板閥進(jìn)入主擠壓機(jī)。聚乙烯在主擠壓機(jī)中與來(lái)自輔助擠壓機(jī)的母粒和來(lái)自液體添加劑系統(tǒng)的液體添加劑混合。經(jīng)篩網(wǎng)后從磨板中擠出被切刀切成約Φ3mmX3mm的聚乙烯顆粒，再由顆粒水送到脫水器中脫水，之后進(jìn)入干燥器干燥。經(jīng)過(guò)干燥的聚乙烯經(jīng)振動(dòng)篩分級(jí)后合格顆粒用螺桿壓縮機(jī)空氣輸送人摻混料倉(cāng)。聚乙烯在經(jīng)過(guò)摻混凈化后，再用壓縮風(fēng)輸送到儲(chǔ)存料倉(cāng)，凈化后待包裝。
(4)主要輔助系統(tǒng)
本崗位的主要輔助系統(tǒng)包括引發(fā)劑的配制和注入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)劑／共聚單體注入系統(tǒng)，公用水系統(tǒng)，液壓?jiǎn)卧?，下面分別予以說(shuō)明。
?、僖l(fā)劑的配制和注人系統(tǒng)
乙烯的自由基聚合用有機(jī)過(guò)氧化物作引發(fā)劑，過(guò)氧化物在溶劑(丙烯或已烷)中(Exxon專(zhuān)有技術(shù))混合稀釋加入反應(yīng)器。純引發(fā)劑加入后通過(guò)泵注入配制罐，在有攪拌的條件下溶解在溶劑中，混合后，過(guò)氧化物的溶液送至進(jìn)料罐。所有的罐要用氮封，過(guò)氧化物混合物從進(jìn)料罐到注入泵之間的輸送靠氮壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
引發(fā)劑注入泵將過(guò)氧化物溶液加壓至高于其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的反應(yīng)壓力，分5點(diǎn)注入反應(yīng)器。
?、谡{(diào)節(jié)劑／共聚單體注入系統(tǒng)
調(diào)節(jié)劑加入反應(yīng)器進(jìn)料中，用來(lái)控制產(chǎn)品的分子量，以得到所要求的產(chǎn)品的性能。調(diào)節(jié)劑是以與高壓循環(huán)氣體一樣的壓力約30MPa(表)加人系統(tǒng)的，調(diào)節(jié)劑由隔膜泵增壓至循環(huán)氣壓力后加入二次壓縮機(jī)的人口。
共聚單體VA用共聚單體注入泵注入到二次機(jī)的入口，與乙烯一起壓縮后進(jìn)人反應(yīng)器系統(tǒng)。
?、酃盟到y(tǒng)是、個(gè)多功能的調(diào)溫水系統(tǒng)，它能進(jìn)行冷卻或加熱操作。將水溫控制在35～200℃之間。公用水系統(tǒng)包括公用水膨脹罐，冷卻器，加熱器和循環(huán)水泵。為了防止對(duì)高壓管線(xiàn)的腐蝕損害，使用鍋爐給水。
?、芨?、低壓凝液系統(tǒng)
從本裝置高壓／中壓凝液總管來(lái)的凝液進(jìn)人高壓凝液罐，產(chǎn)生的低壓蒸汽進(jìn)入低壓蒸汽總管，其凝液則進(jìn)入低壓凝液罐中，通過(guò)液位控制器將高壓凝液罐的液位控制在合適位置。同時(shí)，本裝置的低壓凝液也排到低壓凝液罐中，低壓凝液罐的出口有兩臺(tái)低壓凝液泵，將凝液送到界區(qū)外管網(wǎng)回收。泵的出口總管上有控制閥，將低壓凝液罐液位控制在合適位置。
