高密度聚乙烯生产工艺

高密度聚乙烯生产工艺

中沙（天津）采用国外的废浆法生产效率，设计生产能力为30万吨。InnoveneS工艺采用两台双环管反应器生产单峰/双峰聚乙烯产品,由原料精制、催化剂配置、聚合反应、固体浓缩及高低压闪蒸、溶剂回收、风送、造粒、公用工程等单元组成。聚合反应在两个串联的双环管式反应器中进行,聚合物颗粒悬浮于含有乙烯、氢气和共聚单体混合物的异丁烷稀释剂中,混合物浆料从第二反应器中被送出至高、低压闪蒸系统中进行聚合物固体颗粒与稀释剂异丁烷的分离。被分离出的固体粉料最后由造粒机组生产出合格的高密度聚乙烯成品粒料,稀释剂异丁烷及共聚单体在溶剂回收单元实现回收再利用。作为新引进工艺技术,在做好新技术消化吸收基础上,如何进一步优化装置生产运行、降本增效以提高产品竞争力,成为装置管理面临的主要课题。1降低生产成本和优化措施1.1降本主体的确定图1、图2分别为装置某月原辅料、燃动力成本分解图。从图1可看出原辅料成本中排在前三位的分别是乙烯、三剂、异丁烷,三剂成本包括主催化剂、助催化剂及添加剂,正常生产过程中三剂的加入量通常都是稳定的,因此原辅料降本的优化对象确定为乙烯和异丁烷。从图2可看出燃动力成本中排在前四位的分别是电、循环水、氮气、蒸汽,因这四种燃动力成本所占比例高,确定其为燃动力降本的优化对象。1.2减少措施1.2.1降低乙烯泄漏损失的措施1)乙烯消耗乙烯是聚合反应的主要原料,本装置总物耗中99%为乙烯单耗,因此降低装置物耗的优化目标定为降低乙烯单耗。表1为装置某月乙烯消耗走向分析表,从表1中可以看出乙烯损耗主要为三部分,其中58.24%为回收单元乙烯排火炬损失、29.32%为乙烯压缩机泄漏损失、12.01%为装置开停车乙烯排放损失。本装置受工艺技术设计中回收单元的温度、压力等限制,从反应器出来的乙烯在回收单元无法实现回收再循环回反应器。回收单元的乙烯组分有通过脱乙烷塔排往上游乙烯装置和通过膜回收后直接排放至火炬两个去向。要降低排火炬乙烯损失量只能从源头治理,即在保证催化剂活性的前提下适当降低反应器乙烯浓度,以降低反应器排放至回收单元的乙烯量,从而减少膜回收火炬排放损失量。本装置使用的乙烯压缩机为往复式压缩机,因活塞杆密封填料性能达不到要求,压缩机运行时通过填料泄漏至火炬的乙烯每天最大可达4t,需要定期更换压缩机密封填料以减少泄漏乙烯损失。如果仅为了降低乙烯泄漏量而过于频繁更换填料则势必增加装置检修成本,经过测算后确定在泄漏量达到3t/天时即更换新密封填料,此节点为降低检修成本和降低乙烯泄漏损失之间的最佳平衡点。因牌号切换需求,装置每月需停车24小时进行牌号的不连续切换,开停车过程中反应器内的乙烯经过回收单元部分排放至乙烯装置,部分直接排放火炬造成乙烯损失。通过优化开停车方案,停车过程中通过提前停止己烯注入以降低反应器乙烯浓度的措施来降低停车乙烯损失,开车前将停车时注入的CO彻底置换以保证开车过程快速建立反应并提产率至正常值可降低开车乙烯损失。2)异丁烷消耗异丁烷的作用为聚合反应溶剂,随聚乙烯粉料从反应器排出的异丁烷在回收单元可实现大部分异丁烷的回收。表2为装置某月异丁烷消耗走向分析表,从表中可以看出异丁烷损耗主要为三部分,其中46.52%为排火炬损失、30.24%为脱乙烷塔排放损失、23.25%为中间处理膜排放损失。异丁烷排火炬损失包括回收压缩机活塞杆密封填料泄漏和膜回收尾气排放两部分,因活塞杆密封填料性能达不到要求回收压缩机填料异丁烷泄漏量每天达7t。回收压缩机为四列往复式压缩机,经活塞杆密封填料泄漏的物料通过隔离腔排火炬线排放至火炬。经与压缩机厂家交流后制定了增加泄漏气返回一段入口的改造措施,但投用该改造流程后存在压缩机入口滤网频繁堵塞的问题。经过分析确定入口滤网频繁堵塞的原因为泄漏气中夹带的填料磨损物堵塞滤网,之后对泄漏气回收流程进行了优化,将原泄漏气返回压缩机入口滤网的流程改为直接返回入口缓冲罐,解决了滤网频繁堵塞的问题。改造后装置异丁烷单耗由15kg/tPE降低至10kg/tPE,降低1/3。此外,通过将膜回收排火炬压力设定值由1470Kpa提高至1500Kpa及降低低压闪蒸罐吹扫氮气流量100Kg/h两项措施,可有效的降低膜回收尾气排放量,进而降低装置异丁烷排火炬损失。通过降低进料量、提高塔顶冷却器冷却水流量两项措施降低脱乙烷塔排放造成的异丁烷损失;中间处理膜异丁烷排放损失降低通过适当降低第一反应器新鲜异丁烷进料量以及提高中间处理单元洗涤塔塔顶冷却器量项措施实现。1.2.2降低循环水用量1)电耗装置三分之一电耗产生于挤压造粒机组,因此降低电耗应主要从造粒机组着手。挤压造粒机组电耗调节余地大的设备为混炼机,树脂在混炼机内的混炼状态极大地影响着混炼机电机的功耗。本装置选用KOBEL的挤压造粒机组,采用节流闸门来控制筒体内树脂的混炼程度,闸门开度过小树脂混炼过度将极大地增加电耗。因此应该据不同牌号的熔融指数、密度,控制不同的闸门开度及熔融泵入口压力,保证挤压机组在最佳比能耗下运行,通过优化后挤压机组电耗最高降低了50kW/tPE。装置粒料风送系统的风机也是高耗电设备,因此在产品质量稳定的前提下将掺混时间由4小时缩短至1小时,减少掺混风机使用时间也能降低装置电耗2)循环水降低循环水用量主要从以下几方面着手:(1)建立每台换热器管理台帐,在不同的负荷、气温下及时调节各换热器的水量,使其出入口温差由4℃增大至6℃;(2)各换热器进出口跨线加保温,在冬季不需投用跨线也能满足防冻防凝要求,此项措施可节约循环水80t/h;(3)定期对装置循环水大户反应器夹套水板换和造粒颗粒水板换进行清理,以保证其换热效果,降低循环水用量。3)氮气本装置正常运行期间的氮气主要用户包括铬催化剂活化炉、低压闪蒸罐、粉料风送系统。氮气使用的优化管理主要采取了以下几项措施:(1)活化炉使用的氮气经过PSA氮气精制包进行精制,通过延长运行周期以减少吸附罐的切换次数,在保证精制包出口氮气质量合格的前提下减少精制包氮气排放大气次数;(2)在不活化铬催化剂期间停用氮气精制包,可降低氮气排大气损失约300kg/h;(3)低压闪蒸罐吹扫氮气分为两部分,上部使用膜回收单元回收的氮气,膜回收返回氮气量不足时用新鲜氮气补充,下部使用新鲜氮气。因此通过将膜回收尾气排放压力设定值提高20kPa~30kPa来增加返回低压闪蒸罐氮气气量,减少新鲜氮气补充量;(4)在风送系统烃含量满足安全要求前提下尽可能降低风送系统的新鲜氮气加入量。4)蒸汽本装置界区供有高压蒸汽(3.5MPa)、中压蒸汽(1.0MPa)、低压蒸汽(0.4MPa)三种品质的蒸汽,其中高压蒸汽用于挤压造粒单元,其用量约900Kg/h已远低于设计值,中压蒸汽用于反应器开车加热器,正常生产时不使用,因此蒸汽优化对象为用量最大的低压蒸汽。低压蒸汽优化措施包括:(1)建立疏水器使用台帐并定期检查其工作状况,避免疏水器出现蒸汽直通的现象;(2)提高反应器外固,降低浆料加热器蒸汽用量;(3)定期高压水清理浆料加热器内壁结垢,提高换热效率以降低蒸汽用量;(4)优化洗涤塔C5001及脱乙烷塔C5002操作参数,降低其蒸汽用量;(5)生产低己烯浓度或部分铬系牌号时脱己烷塔采用间歇运行的方式,即反应器己烷浓度累计至一定浓度时投用脱己烷塔,其他时候停用脱己烷塔以降低其蒸汽消耗。2绩效评估措施2.1减少重新切换过适过量根据市场需求不断地切换牌号是聚合物装置的常规操作模式,也是创造产品效益的必需手段。通常本装置牌号切换有两种切换方式,铬系单峰与铬系单峰之间的连续切换,以及铬系单峰与齐格勒双峰之间的不连续切换。不同的产品牌号切换过程中因工艺参数、产品性能指标的差异会产生相当量的过渡料。本装置每年进行牌号切换超过30次,产生的过渡料总量相当大,占总产量近9%,产生较大的经济损失,因此将降低牌号切换过程中过渡料的产生量定为增效措施之一。降低牌号切换过程中产生的过渡料包括以下优化措施:1)对指数、密度适度超调,使得切换过程缩短约4个小时;2)提前提升反应温度和加入己烯,降低不连续切换开车过程的过渡料;3)降低催化剂浆料罐液位以减少不同催化剂的混合量,减少连续切换过程的过渡料。2.2装置运行可靠性差对于大型石化装置,持续平稳生产是降低能耗物耗的最有效手段。本装置自2010年投产以来装置运行可靠性较差,多次发生非计划停车。通过采取操作调整、工艺参数优化、工艺管理制度完善、设备预知性维护等优化管理措施,装置运行可靠性得到极大提高,非计划停车次数与优化前相比有较大幅度降低,减少了装置开停车造成的效益损失。2.3经济效益分析经过各项优化措施的实施,HDPE装置物耗、异丁烷消耗、能耗、过渡料、开停车损失等指标均有了大幅度降低,年产生效益