一、裝置簡介

　　(一)裝置發展及類型

　　1．裝置發展

　　低壓裝置始于20世紀50年代中期，Ziegler、Natta等人發現了金屬有機絡合引發體系，在較低的壓力和溫度下，制得了高密度聚乙烯(1953—1955)。低級烯烴得到了利用，在高分子合成方面進入了新的領域。

　　自我國1979年引進三井油化的CX(淤漿法)工藝以來，國內(揚子、大慶、蘭州、燕化)共計四套采用三井技術生產高密度聚乙烯裝置。三井油化的CX工藝是淤漿聚合生產HDPE樹脂的著名工藝，工藝成熟，與氣相法生產的IIDPE、高壓法生產的LDPE并駕齊驅。產品覆蓋面廣，同一種催化劑體系，通過改變產品的相對分子質量、相對分子質量分布、密度，可以生產出薄膜、吹塑、注塑、窄帶、單絲、管材等一系列產品。

　　2．裝置的主要類型

　　低壓聚乙烯裝置采用兩條生產線，裝置的核心部分為四臺聚合釜，四臺聚合釜可以串聯也可以并聯生產。

　　(二)裝置單元組成與工藝流程

　　1．組成單元

　　本裝置按工藝流程可分為以下七個部分：

　　(1)催化劑配制進料系統；(2)聚合系統；(3)分離干燥系統；(4)混煉造粒系統；(5)溶劑回收系統；(6)低聚物處理系統；(7)公用工程。

　　2．各單元作用及流程介紹

　　低壓聚乙烯裝置工藝流程見圖5—1。

　　(1)催化劑配置進料系統

　　BCH(國內生產的四氯化鈦催化劑)主催化劑通過罐車運至車間，通過氮氣加壓至BCH儲罐中。每次配置由儲罐頂部加氮氣壓至計量罐，再進入稀釋罐頂部加溶劑HX進行稀釋。攪拌均勻后，通過進料泵加入聚合釜。

　　AT(三乙基鋁)助催化劑由AT儲罐壓至計量罐，通過計量壓至稀釋罐中，攪拌均勻后，通過進料泵加入聚合釜。

　　(2)聚合系統

　　由界區引入的1.8MPa氣態乙烯通過減壓至1．2MPa，通過乙烯預熱器，由中壓蒸氣加熱至40℃，然后在乙烯流量控制閥按規定流量加入烴蒸氣循環管線后進入聚合釜。由界區引入的2．8MPa氫氣經減壓至1。2MPa，加入烴蒸氣循環管線后進入聚合釜。由界區引入的1．8MPa液態丙烯進入丙烯蒸發器，被低壓蒸汽加熱氣化，壓力控制在1．4MPa，氣化丙烯按規定比例加入烴蒸氣循環管線后進入聚合釜，串聯牌號產品需用丁烯—1進行調節密度時，就將液態丁烯—1分批引入丁烯—1儲罐中，通過輸送泵送至蒸發器，被低壓蒸汽氣化，壓力控制在1．2MPa，按規定比例加入烴蒸汽循環管線后進入聚合釜。

　　乙烯、丙烯或丁烯—1、氫氣，先與循環烴蒸氣混合，通過8根進料管進入聚合釜底部，由攪拌器充分攪拌，通過催化劑作用在己烷溶劑中進行聚合反應，生成具有規定濃度的漿液。聚合反應為放熱反應，聚合反應生成的熱量約80％由己烷蒸發潛熱除去，其余熱量通過聚合釜夾套的冷卻水帶走。聚合溫度通過控制循環氣流量而控制在規定值。未反應的夾帶有大量己烷的循環氣被送至釜頂冷凝器，將己烷冷凝下來后流人己烷接受罐，通過己烷凝液輸送泵返回聚合釜，其中部分沖洗氣相出口管線，部分沖洗聚合釜分液盤，余下部分用來控制液位。循環氣由循環氣鼓風機返回聚合釜。聚合釜漿液溢流進入漿液稀釋罐，在此被分成液相和氣相，氣相通過平衡管返回聚合釜，液相被送人閃蒸罐，經減壓閃蒸，閃蒸氣經換熱器冷卻，被冷凝下的己烷回到閃蒸罐。未冷凝氣體由閃蒸氣壓縮機升壓至1．2MPa，經冷凝，液體進人集液罐，分離出的己烷送入母液罐，未冷凝氣體返回乙烯裝置進行回收。進行串聯牌號生產時，第一閃蒸罐中的漿液通過泵送至第二聚合釜。當在并聯操作時，兩個釜的漿液都進入第二閃蒸罐，第二閃蒸罐中的漿液由泵經控制后送人離心機進行分離處理。

　　(3)分離干燥系統

　　從聚合過來含有濃度30％漿液連續進入臥式沉降離心機，進料由調節閥控制，既能保證液位的平穩又能夠保證離心機電流、扭矩不會超高。離心機的轉鼓為圓錐形，漿液由進料管引入內轉鼓中間錐體部分，在內轉鼓高速旋轉產生離心作用，通過錐體的8個孔，甩人外轉鼓并隨之旋轉。內轉鼓轉速1432r／rain，外轉鼓轉速1450r／rain。內外轉鼓在行星擺線齒輪差速器的作用下產生18r／min的差速，相當于18r／rain的螺旋進料器。濕餅從固相口卸出，濕餅的濕含量為30％(質量)，母液從溢流口溢出，其固含量小于0．2％(質量)，溢流口的高度根據牌號的不同和固含量的分析結果進行調整。濕餅經螺旋加料器送到干燥機，母液流至母液罐，經母液輸送泵加壓后，70％返回聚合釜，30％送至己烷回收單元。

　　經離心機分離出的濕餅送人干燥機進行干燥處理，用低壓蒸汽進行加熱，使干燥機出口聚合物的溫度保持在98—102℃，以保證粉末中揮發物含量小于0．3％(質量)，干燥出的己烷隨干燥循環氣與物料逆向接觸，從進料側帶走。聚乙烯粉末停留約30rain離開干燥機。來自干燥機中含有少量細小聚乙烯粉末的混合氣體，進入干燥器洗滌，內有三層塔板，用以去除氣體中的聚乙烯粉末。被收集來的聚乙烯粉末和冷凝下來的己烷通過泵回收到第二閃蒸罐。氣體經干燥冷凝器冷卻后，由干燥氣風機加壓，一部分氣體經冷卻器冷卻和干燥氣體除沫分離器除沫后，由干燥氣體加熱器加熱后進人干燥機，另一部分氣體進入壓縮機吸人罐，經壓縮機加壓至0．3MPa后供給干燥機的填料函進行吹掃。

　　(4)造粒系統

　　來自干燥機的聚乙烯粉末，經旋轉閥，由風機送到旋風分離器分離，粉末進入料倉。料倉中的粉末經閘閥、旋轉閥進入計量稱計量后進人單螺旋輸送器。液體穩定劑加入液體穩劇劑儲罐中，利用自身重力流人儲罐，利用輸送泵加入到螺旋輸送器。固體穩定劑按比例加入到混合器，混合均勻后送到儲罐中，然后經旋轉閥進入計量稱計量加入螺旋輸送器。由一區來的凝液加至水穩定劑罐，由泵按配比加人到螺旋輸送器。粉末在螺旋輸送器與各種穩定劑混合，進入混煉機料斗，在混煉機加熱混煉均勻后由齒輪泵送至換網器過濾，經模板擠出即被高速旋轉的切刀切成直徑3mm的顆粒，由顆粒水泵將顆粒送至塊料分離器分離大塊料，合格后顆粒進入干燥器進行干燥，干燥后進人顆粒振動篩除去不合格顆粒，合格顆粒進入料斗，再經旋轉閥，由顆粒輸送風機送至料倉，合格品經摻合15min，由顆粒輸送風機送至刨裝料斗進行包裝。

　　(5)回收系統

　　來自母液罐的母液，視生產需要，分別切至己烷汽提塔或粗己烷罐。母液罐(粗己烷罐)中母液由泵送至預熱器，預熱后進人己烷汽提塔進行蒸餾分離。汽提塔再沸器的中壓蒸汽流量控制調節。當釜液位濃度偏高，黏度過大，傳熱差時，啟動泵強制再沸器物料流動。塔田力由氣相出料控制閥來控制，壓力為0．3MPa，在第一塊塔板上引入高壓己烷進行沖洗，以防氣相夾帶低聚物和粉末，通過差壓報警，檢查塔板的工作狀態，以防堵塔。塔頂部的己烷蒸氣經塔頂冷凝器冷卻，依靠重力流人接受槽中，接受槽內裝有擋板以增強己烷和水的分離作用，使己烷和水分層，水的排除由調節閥控制。己烷層的液位通過脫水塔的進料閥控制。接受槽中含有水的己烷由泵送至脫水塔的第一塊塔板，低壓蒸汽通過調節閥通人再沸器，塔中物料30％在此氣化。塔頂出來的薊烷蒸氣液進行冷凝。塔底由泵送至冷卻器進行冷凝，冷凝后送至精己烷罐。精己烷罐中的己烷由泵加壓后到干燥器進行干燥，干燥后進過濾器至用戶。

　　(6)低聚物系統

　　經過塔處理后殘存與塔底的低聚物由泵加壓至2．8MPa，進入閃蒸預熱器加熱。低聚物溶液從閃蒸罐頂部進入，進行減壓閃蒸。閃蒸氣返回塔，閃蒸罐內有高壓蒸氣盤管進行加熱。低聚物靠自身壓力進入去活器，去活后用泵送往低聚物儲罐。

　　(7)公用工程系統

　　①密封油系統

　　密封油系統分為高壓密封油和低壓密封油。是供給聚合釜攪拌、稀釋罐攪拌、閃蒸罐攪拌、羅茨風機密封。壓力靠氮氣進行調節。

　　②冷凍系統

　　本系統由冷凍機、鹽水罐、泵組成。在鹽水罐中配制含乙二醇36％的鹽水，由鹽水泵經冷凍機組的冷卻器進行冷卻至—1O℃，然后供給各鹽水冷卻器，回收己烷，鹽水升溫至O℃后返回鹽水罐。

　　③儀表風系統

　　儀表風壓縮機將界區來的儀表風壓縮至1．9MPa，并儲存在儲罐中作為應急用儀表風。

　　④分子篩再生系統

　　己烷干燥器中的分子篩到一定的周期就要進行再生，再生采用氮氣，用循環風機保持壓力0．1MPa，并進行加熱至200℃，送人分子篩干燥器進行分子篩再生。冷卻后經風機進行⑤蒸汽和冷凝液回收系統

　　本裝置有高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽三種。本系統低壓蒸汽由高壓蒸汽凝液和低壓蒸汽凝液減壓產生。

　　⑥火炬系統

　　本裝置所有工藝設備上的安全閥緊急排放和緊急泄壓排放的不凝氣體都排人火炬系統。

　　3．工藝流程圖

　　低壓聚乙烯裝置工藝流程圖如圖5—1所示。

　　(三)化學反應過程

　　主要反應

　　乙烯在低壓狀態下，經催化劑作用聚合成高密度聚乙烯的反應機理說法甚多，其中以陰離子配位聚合的機理較為成熟，目前已得到較為普遍的承認。

　　在陰離子配位聚合反應中，催化劑之所以有活性，是因為它的分子結構中含有金屬—烷基鍵，乙烯及共聚單體可以迅速地插人金屬—烷基鍵之間，而生成長鍵高聚物，其過程分為下列三步：

　　①鏈引發。其過程可概括為：擴散(包括溶解)一吸附(包括絡合、極化)一插入。

　　②鏈增長一擴散(包括溶解)一吸附(包括絡合、極化)一插入。

　　③鏈終止一增長中的聚乙烯鏈因各種原因而停止增長，在生產過程中一般添加氫使鏈

　　(四)主要操作條件

　　聚合溫度：(85±3)℃

　　聚合壓力：0．25-0．7MPa

　　離心機扭矩：<20kg•m

　　離心機電流：<23A

　　粉料干燥溫度：97-99℃

　　混煉機電流：<237A

　　蒸餾塔壓力：(0．3±0．05)MPa

　　蒸餾塔液位：50％-70％

　　(五)原料及產品性質

　　1．主要原料性質

　　主要原料包括乙烯、丙烯、1—丁烯、氫氣等。

　　(1)乙烯化學式：CH₂＝CH₂

　　乙烯規格>99．96％

　　危險特性：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。

　　危害處理：發生泄漏，人員應該迅速撤離至上風處，切斷氣源。并隔離至氣體散盡，應急理時應戴呼吸器，穿防護服。

　　(2)丙烯化學式：CH₃CH＝CH₂

　　丙烯規格：>99．6％

　　危險特性：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。

　　危害處理：發生泄漏，人員應該迅速撤離至上風處，切斷氣源。并隔離至氣體散盡，應急處理時應戴呼吸器，穿防護服。

　　(3)1—丁烯

　　1—丁烯規格>99．0％

　　危險特性：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。

　　危害處理：發生泄漏，人員應該迅速撤離至上風處，切斷氣源。并隔離至氣體散盡，應急處理時應戴呼吸器，穿防護服。

　　(4)氫氣化學式：H₂

　　氫氣規格：氫≥90％

　　化學危險性：與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明火即會引起燃燒爆炸。爆炸極限：4．1％-74．1％(體積)。氣體比空氣較輕，在室內儲存與使用時易爆炸。

　　2．主要產品

　　聚乙烯其粉末系爆炸性粉塵，易產生靜電，要注意輸送系統必須在氮氣保護下進行。

　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　1．反應系統

　　主要由聚合釜、風機組成。原料氣在這里采用淤漿法聚合反應。

　　安全要求：處理催化劑泄漏時要用跖石、黃沙滅火。禁止使用水、泡沫滅火。消防人員應穿戴鋁或石棉層服裝和面罩。處理己烷時務必戴上手套和面罩，著火時應用泡沫、干粉等滅火。發現氣體泄漏時應及時切斷進料閥。

　　2．回收系統

　　主要由蒸餾塔、氣提塔組成。將三區分離出的母液進行回收利用。

　　安全要求：杜絕跑、冒、滴、漏，嚴禁隨地排放物料。避免儲罐超溫超壓。

　　3．分離系統

　　主要由離心機、干燥機組成。將聚合的漿液進行分離和干燥。

　　安全要求：杜絕跑、冒、滴、漏，嚴禁隨地排放物料。避免儲罐超溫超壓。處理己烷時務必戴上手套和面罩，著火時應用泡沫、干粉等滅火。

　　4．造粒系統

　　主要由造粒機組組成。將粉末造粒。

　　安全要求：本系統機械操作較多，因此在操作時必須佩戴好防護用品，穩定及配制人員必須戴好防塵口-罩。為了防止粉末物料系統的粉塵爆炸，系統內必須進行氮封。經常清除粉塵，防止粉塵飛揚污染環境及引起粉塵爆炸。

　　(二)重點設備

　　1．聚合釜

　　特點：容積80m3，采用兩支點懸掛軸，軸上部設受液盤，下部有三檔開式滑輪攪拌器，最下檔攪拌器下裝有穩定器，增加阻逆，減少軸端擺動量。

　　2．離心機

　　工作原理是轉鼓在1450r／min高速轉動下，將聚乙烯粉末與己烷分離，差速器使轉鼓與螺旋差速18r／min，螺旋把分離的粉末推出機端，落人料斗，己烷從另一端流下。

　　3．干燥機

　　干燥機頭部采用螺旋輸送機，把含有30％己烷的聚合物送人轉筒，在回轉過程中物料從高端走向低端，由蒸汽管加熱，己烷汽隨循環干燥氣帶出，干粉由尾端出料。

　　4．造粒機

　　本裝置采用神戶制鋼生產的造粒機，缸體與螺旋直徑從加料段、混合段到熔融輸送段采取變徑設計，較適用于淤漿法CX工藝的HDPE低指數松散密度的特點，有利于進料，輸送段直徑小，有利于降低能耗。