聚丙烯装置产品细粉问题原因分析及解决措施_苗杰.pdf

2023年07月|1291 细粉问题的危害1.1 堵塞反应系统换热器本车间所用聚丙烯生产工艺为液相本体与气相本体聚合相结合的工艺，其中液相聚合釜与气相聚合釜需要通过水冷器换热，取走聚合釜内产生的反应热。液相聚合釜上部空间的气相丙烯进入水冷器E508 中，气相丙烯在 E508 中与低温的循环水换热，冷凝成液相丙烯后回到聚合釜控制液相聚合釜的温度和压力。气相聚合釜的气相丙烯进入水冷器 E510中，气相丙烯在 E510 中与低温的循环水换热，冷凝成液相丙烯后再经冷凝液泵 P507 增压打入气相聚合釜控制气相聚合釜温度。液相聚合釜的水冷器 E508 以及气相聚合釜的水冷器 E510，气相丙烯进入水冷器管程而循环水进入水冷器壳程。当聚丙烯装置产生细粉问题后，由于反应过程中产生的聚丙烯细粉质量较轻，会随着气相丙烯进入水冷器 E508 以及 E510 管束中，堵塞管束。水冷器管束被堵塞后，管程容积及换热面积降低，进入水冷器的气相丙烯量减少，换热量0 引言聚丙烯是一种性能优异的合成树脂，具有无毒、无害、方便存储、便于生产、易加工成型等优良特点。经过几十年的发展，目前聚丙烯已广泛应用于化工、医药、汽车、包装等领域，聚丙烯产品与人们的生活息息相关，对于聚丙烯的研究也有了较大进展1-4。目前，在各国已开发出的各种聚丙烯合成工艺中，液相本体聚合工艺、气相本体聚合工艺、液相本体与气相本体聚合相结合的工艺5-8。本车间在初次开车成功 6 个月后，开始发现产出的聚丙烯粉料产品带细粉较多，同时装置生产过程中也发现部分设备带有细粉。产品中出现较多细粉，会造成市场对本公司聚丙烯产品的认可度降低，客户对产品的使用体验变差；设备中带有细粉会影响装置的正常生产，导致出现设备故障频繁、装置产量降低、产品不合格(主要表现为产品的熔融指数难以提高)等一系列问题。因此，解决聚丙烯细粉问题显得尤为重要。聚丙烯装置产品细粉问题原因分析及解决措施苗杰1,2(1.北京惠尔三吉绿色化学科技有限公司，北京 100089；2.哈密恒有能源化工科技有限公司，新疆 哈密 839000)摘要：针对聚丙烯车间出现的细粉问题，总结了细粉问题对装置运行的影响，主要包括堵塞设备、影响回收系统运行、影响产品质量、危害人员健康及生产安全。分析了形成细粉问题的原因，包括主催化剂机械强度不足、丙烯中杂质含量较多、聚合反应转化率低等。提出了细粉问题的解决措施，包括保护主催化剂的颗粒，减少原料丙烯中的杂质，提高聚合反应转化率等，同时针对细粉问题对装置运行的影响，提出了技改方案。关键词：聚丙烯；细粉；催化剂；转化率；技改中图分类号：TQ320.61 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)19-0129-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.19.035Cause Analysis and Solution of Fine Powder Problem in Polypropylene PlantMIAO Jie(1.Beijing Huiersanji Green Chem-Techn Co.,Ltd.,Beijing 100089,China;2.Hami Hengyou Energy Chemical Technology Co.,Ltd.,Hami 839000,China)Abstract:In view of the fine powder problem in the polypropylene workshop,the influence of the fine powder problem on the operation of the plant is summarized,mainly including blocking the equipment,affecting the operation of the recovery system,affecting the product quality,endangering the health of personnel and production safety.The reasons for the formation of fine powder were analyzed,including the insufficient mechanical strength of the main catalyst,the high content of impurities in propylene,and the low conversion of polymerization reaction.The measures to solve the problem of fine powder are proposed,including protecting the particles of main catalyst,reducing impurities in raw propylene,improving the conversion of polymerization reaction,etc.At the same time,the technical transformation scheme is proposed for the impact of fine powder on the operation of the unit.Keywords:polypropylene;powder;catalyst;conversion rate;technical transformation设备运维130|2023年07月1.4 对高压回收系统的影响未反应的丙烯气经低压系统回收并经丙烯回收压缩机 K503 压缩后打入高压洗涤塔中进行回收，进入高压洗涤塔 C503 的丙烯中所含的杂质会被洗入塔釜，塔釜需定期排液，将塔釜中积攒的聚丙烯粉尘随液相丙烯一同排至收集设备中。但过多的聚丙烯细粉会残留在 C503 塔釜中，影响塔底液位计的准确指示以及再沸器的正常运行。运行期间发现，细粉问题发生后不久，高压洗涤塔的双法兰液位计指示超上限，不能显示实际液位值；塔底温度逐渐降低，增大塔底再沸器热源流量，塔底温度未见升高。检修期间发现，高压洗涤塔的塔釜中残存聚丙烯粉尘较多，双法兰液位计的下法兰口管口处被聚丙烯细粉堵塞，并且部分聚丙烯细粉残留在塔底再沸器管束外壁，结成了一层硬塑料壳。1.5 产品质量降低聚丙烯产品中细粉的增多，导致客户使用评价变差。产品中的细粉增多之后，部分客户反馈使用时粉尘较大，由于聚丙烯粉料产品是 25 kg/袋的定量包装，因此产品中粉尘增多必然造成使用时损失增大。同时聚丙烯粉料产品使用时飘散的细粉也会造成环境的污染以及危害生产安全。细粉问题严重时，发生过部分客户索赔以及退货的问题。1.6 影响身体健康及生产安全细粉问题发生后，聚丙烯产品中细粉比例明显增多。包装单元反馈，自细粉问题发生后，包装秤下料口的工作人员深受其害。本车间包装单元使用的是半自动包装，包装工序包括定量称量、套袋、缝纫、喷码、码垛，但套袋以及码垛工作是由人工完成的。当包装秤中定量好的聚丙烯粉料落入袋中时，聚丙烯产品中的细粉在冲击力的作用下就会反冲至空中，继而落到套袋人员身上，危害包装单元工作人员的身心健康。并且，聚丙烯产品中细粉增多使得整个包装单元厂房环境中充斥着大量的聚丙烯粉尘，这些聚丙烯粉尘在包装单元厂房中与空气直接接触，增大了发生粉尘爆炸的可能性。因此，聚丙烯产品中细粉的增多也会危害工作人员的身体健康，并且增大发生粉尘爆炸的危险性。2 产生细粉问题的原因2.1 主催化剂机械强度不足聚丙烯的反应是在主催化剂的活性中心上进行的，主催化剂主要由活性组分 TiCl4及载体 MgCl2组降低，E510 丙烯冷后温度明显升高。液相聚合釜及气相聚合釜中的反应热无法及时取出，造成两台反应器中发生暴聚现象，形成结块，造成停工。检修期间发现，水冷器 E508 及 E510 管束中存在较多的聚丙烯细粉，每台水冷器有约 1/2 管束被聚丙烯细粉堵塞。1.2 堵塞冷凝液泵过滤器气相聚合釜的反应热是靠外部水冷器 E510 取走的。气相聚合釜中的气相丙烯进入水冷器 E510 管程中与壳程的循环水换热后冷凝为液相丙烯，冷凝后的液相丙烯经冷凝液泵 P507 增压后打入气相聚合釜控制反应温度。细粉问题出现后，冷凝液泵开始频繁出现抽空现象，表现为泵出口压力不稳定，忽高忽低，继而导致气相聚合釜内飞温，造成停工。切换冷凝液泵备泵后情况好转，但仅能维持 2 天左右，2 天后依然发生同样问题，必须频繁切泵。切泵后将原泵的入口过滤器打开，发现过滤器已被聚丙烯细粉堵满。同时，冷凝液泵运行过程中还发现，泵入口的聚丙烯细粉虽然可以被入口过滤器拦截一部分，但仍有部分极细的细粉可以穿过过滤器的滤网，随着液相丙烯被一同被带入后路。由于冷凝液泵 P507 机械密封依靠泵出口丙烯进行冲洗，故当聚丙烯装置发生细粉问题后，这些穿过泵入口过滤器滤网的聚丙烯细粉有一部分也会随着泵出口冲洗丙烯进入冷凝液泵的机械密封。聚丙烯细粉进入机械密封后，会造成机械密封损坏，导致机泵出口压力不稳，无法正常运行，必须切换备用泵，同时更换机封，造成损失。1.3 对低压回收系统的影响本装置气相聚合釜将聚丙烯粉料及未反应丙烯气排入两级旋风分离器后，聚丙烯粉料与未反应丙烯气分离，未反应丙烯气被回收入低压回收系统。之后，未反应气依次进入丙烯气缓冲罐、袋滤器、油洗塔净化后经丙烯回收压缩机增压打入高压回收系统。聚丙烯细粉增多后，会附着在袋滤器 M503 的滤袋外表面上，即使袋滤器设置了吹扫气，这些细粉也很难被吹落。长此以往，袋滤器的滤袋被破坏，粉尘随丙烯气进入油洗塔。聚丙烯细粉进入油洗塔 C502 后，过多的细粉会堵塞油洗泵 P508 及旁滤泵 P509 的入口过滤器，导致切泵频繁，并且损坏机泵的机械密封；丙烯回收压缩机 K503 一级入口压力逐渐变为负值(表压)，开大入口阀也无济于事，只能切换压缩机后清理入口过滤器，入口过滤器打开后发现滤网有黏料。检修期间发现，袋滤器 M503 的滤袋几乎全部竖向开裂破损，油洗塔底部残留较多黏料，双法兰液位计的下法兰管口被聚丙烯黏料堵塞。2023年07月|131剂利用率不高，聚丙烯颗粒则长得越小14-15。并且，反应器后路的聚丙烯残存更多，会在后路继续发生反应甚至将催化剂带到产品中，增加库存产品发生降解的可能。由于初始开工时，装置人员经验不足，操作水平较低，而聚合反应的放热比较剧烈，较难控制，为防止发生暴聚等异常情况，降低了液相和气相聚合釜的反应条件。因此，考虑较低的聚合反应条件也是造成产品带有大量细粉的原因。发生细粉问题时，本装置的反应条件如下：液相聚合釜料位控制 2 500 mm，反应压力控制 2.95 MPa；气相聚合釜反应压力控制1.8 MPa，料位控制电流 910 A。3 解决措施3.1 减少导致催化剂颗粒破碎的可能聚丙烯细粉问题发生后，车间对催化剂的滚动、加注等过程做了改进。首先，对备用催化剂的滚动时间做出规定，在计划向装置催化剂罐加入催化剂前12 h 才开始滚动催化剂，降低了催化剂在震动筛上的滚动时间。其次，严格控制主催化剂罐的液位，主催化剂罐液位由原先的控制 4055 cm 改为 2540 cm，每班检查一次主催化剂罐液位，减少催化剂在罐内的停留搅拌时间。最后，规定螺杆泵的螺杆使用时间，向厂家购买螺杆备件，新更换的螺杆使用时间超过 3 个月时，需严格注意反应系统、低压回收、高压回收系统以及包装单元中聚丙烯的细粉情况，如观察到这些位置细粉增多，则应及时更换螺杆，并且螺杆使用时间超过 6 个月则必须更换一次。3.2 解决原料丙烯中杂质含量过高问题目前本装置原料丙烯中的杂质主要为水，若要产出合格产品，需要着重解决水含量过高的问题，而丙烯中水含量的降低主要依靠精制系统。精制系统由固碱粗脱水以及分子筛精脱水两部分组成。如要在精制系统提高脱水效率，只能更换频