一、裝置簡介
(一)裝置發(fā)展及類型
1，裝置發(fā)展
高壓聚乙烯發(fā)現(xiàn)于1933年，從1939年開始工業(yè)化，至今已有70年的歷史。
1970年我國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。其他四套技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表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長支鏈支化程度較高由于長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)，因此長支鏈支化程度高使得樹脂易于加工，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
從低壓分離罐出來的未反應(yīng)的低壓循環(huán)乙烯氣通過聚合物分離罐、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的3．2-3．5MPa(表)，30℃的新鮮乙烯經(jīng)過一次壓縮機(jī)測壓到26～30MPa(表)再和高壓分離器分離出來并經(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，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控制，高壓排放閥可用周期性的脈沖變化來操作。反應(yīng)器在脈沖方式下操作，這種反應(yīng)器稱之為脈沖反應(yīng)器。當(dāng)聚合物的黏度增大(低MI樹脂)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的趨勢增大，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。通過一個(gè)放空閥和爆破片向大氣放空來保護(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。分離出來的未反應(yīng)的乙烯氣體從分離器頂部出來進(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。
從高壓分離器出來的氣體首先通過中壓廢熱鍋爐，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，再通過低壓廢熱鍋爐，產(chǎn)生低壓蒸氣，冷卻到約180℃。經(jīng)過廢熱鍋爐后，未反應(yīng)氣體經(jīng)過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)中與來自輔助擠壓機(jī)的母粒和來自液體添加劑系統(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。聚乙烯在經(jīng)過摻混凈化后，再用壓縮風(fēng)輸送到儲(chǔ)存料倉，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)，液壓單元，下面分別予以說明。
?、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)過氧化物作引發(fā)劑，過氧化物在溶劑(丙烯或已烷)中(Exxon專有技術(shù))混合稀釋加入反應(yīng)器。純引發(fā)劑加入后通過泵注入配制罐，在有攪拌的條件下溶解在溶劑中，混合后，過氧化物的溶液送至進(jìn)料罐。所有的罐要用氮封，過氧化物混合物從進(jìn)料罐到注入泵之間的輸送靠氮壓來實(shí)現(xiàn)。
引發(fā)劑注入泵將過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)高壓管線的腐蝕損害，使用鍋爐給水。
④高、低壓凝液系統(tǒng)
從本裝置高壓／中壓凝液總管來的凝液進(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。
