聚乙烯催化剂装置方案和设计说明

乙烯聚合催化剂装置方案设计说明书青岛科大伊科思软件技术有限公司

吉林联力分公司2004年10月乙烯聚合催化剂装置可行性研究报告一、概论气相法聚乙烯由于具有工艺简单、流程短、投资少、运行费用低和装置柔性大等突出的优点，所以自60年代实现工业化以来，已在世界聚乙烯工业的发展中占有极其重要的地位。在乙烯气相聚合过程中，乙烯聚合催化剂始终是发展的核心问题之一。20世纪70年代后，由于众多高效催化剂开发出来并在工业生产中得到应用，PE生产技术也出现了快速的发展。我国有十二套LLDPE生产装置中，其中UNIPOL工艺的LLDPE装置有齐鲁、天津、大庆、吉化、中原、茂名广州、杨子八套UNIPOL工艺气相法聚乙烯生产装置。气相法聚合已成为PE树脂发展的主流，而气相法聚乙烯催化剂的生产与开发，也是气相法聚乙烯生产和发展的关键。目前，吉化聚乙烯装置所用的催化剂主要依靠国内其它聚乙烯催化剂生产厂家提供。长此下去，一则聚乙烯装置的扩能与生产受制于人；二则增加了企业的生产成本；同时也制约了吉化聚乙烯产品技术开发和创新。为了打破目前吉化聚乙烯装置所使用的聚乙烯催化剂对外依赖，开发和生产出具有吉化特色的聚乙烯催化剂，以摆脱聚乙烯催化剂的对外依赖性，厂与龙山化工厂共同联合开发和筹建一套年产50吨/年的聚乙烯催化剂生产装置，以对吉化公司聚乙烯装置为销售方向。二、 工艺简要说明首先将一定量的硅胶放入脱水器内，以热水加热脱水，然后将脱水后的硅胶送入催化剂配制罐内，再加入活性组分配制成产品。在助剂配制罐内，加入的四氢呋喃溶液用热水加热，当罐内温度达到60度时，向罐内分别加入氯化镁、氯化钛原料混合搅拌，然后将混合好的氯化镁、氯化钛四氢呋喃溶液送至催化剂配制罐内与活化好硅胶进行混合搅拌，再将催化剂搅拌罐升温。当催化剂搅拌罐内达到一定温度时，蒸出回收四氢呋喃溶液，直到将配制罐内的四氢呋喃全部蒸净到四氢呋喃回收罐内。再向催化剂配制罐内加入异戊烷和三乙基铝混合搅拌，之后用同样方法将配制罐升温，将异戊烷完全回收到异戊烷储罐内，配制罐内存留的固体粉末物质就是乙烯聚合催化剂产品。流程示意图

三、产品和原料性能1、产品：乙烯聚合催化剂为黄色粉末，易氧化失活氧化时有微热放出，不燃烧。2、化工生产原料及物性A、硅胶规格wt%SiO299.3（最小）FeO230.05（最大）NaO20.12（最大硫化物0.10（最大Mg0.20（最大）Ca0.15（最大AlO230.20（最大）NaO+Mg+Ca总和0.322（最大）总挥发物（954C）10（最大）表面积（在538°C下活化）280〜355m?/g孔体积 1.55〜2.1cm3/g物性外观：白色粉末状态：无定形比重：2.1（HO=1）2气味：无堆积密度：0.25〜0.35g/cm3水中溶解度：不溶稳定性：稳定B：异戊烷物性沸点：27.8°C蒸汽压：95.97kPa蒸汽密度：2.5（空气=1）比重：0.62（HO=1）2在水中溶解度：不计外观及气味：白色透明，轻微汽油味，非粘性液体挥发性组分：100%（体积百分率）规格比重：0.619〜0.629（在15.6C下）纯度：95%wt（最小）其它烃类（包括正戊烷）总和5%wt（总和）酸度：2（最大）HO：2X10-6（最大）2C：三乙基铝（TEAL）规格E丁基：wt%7.0最大（以正三丁基铝计）氢化物：wt%0.8最大（以AlH）计3物性25°C下的状态及颜色透明无色液体稳定性与HO2剧烈反应与空气立即着火冰点（两种晶态）-455C-46.8C熔点-58C沸点185C燃烧热（25C下的净燃烧热）42383J/g与HO的反应热（25C下）24225J/g临界温度447C临界压力3.3MPa密度：25C下0.835g/cm闪点：自燃（在空气中）D、三氯化钛（TiClAA）3物性化学式：3TiCl1AlCl33分子量：596.15外观：紫色粉末堆积密度：0.9612〜1.0253g/cm3

晶体结构：六方晶体立体密排规格TiCl3wt%76〜78TiCl4wt%0.8（最大）总铁wt%0.05（最大粒度V10微米20%wt最大V100微米94%最小、V150微米100%E、二氯化镁物性：外观：白色有光泽的六面晶体化学式：MgCl2分子量：95.2比重：2.316〜2.33g/cm2溶解度g/100cm3HO54.25（2（20C下）72.7（100C）醇 7.40（30C）熔点：714 °C正常沸点（NBP）: 1437C腐蚀性：较强（液体）规格钠1.0%最大

CaMgO1.0%0.5%最大F、四氢咲喃（THF）物性分子量72.108沸点66C冰点-108.5C比重（HO=1）（20°CT）20.898g/cm蒸汽密度（Air=1）2.49在水中溶解度几乎不溶外观及气味水状白色液体有脂味闪点-14.4C自然温度321C在空气中燃烧范围（25C）2〜11.8%反应性：与空气或O长期接触成生过氧化物2规格过氧化物0.0150%wt（最大）丙酮0.05%wt最大）异丙醇0.05%wt最大）正丙醇0.05%wt最大）正丁醇0.05%（最大）HO0.03%wt（最大）2四、环保措施因为大气中的水和氧气都是聚乙烯催化剂的毒物，如果催化剂产品接触了水和氧气，催化剂就会失去活性，产品就会报废，所以整个聚乙烯催化剂生产工艺都是在氮气保护下的密封系统内完成的（包括催化剂产品的运输），绝对不允许设备及工艺管线的泄漏。从以上对催化剂产品的生产要求可知，催化剂生产的整个工艺特性，决定了不会对环保产生不良的影响。在催化剂的生产过程中因为工艺的需要，操作上会进行必要的升降压操作和设备容器、管线的吹扫置换，在吹扫置换过程中，有微量的异戊烷和四氢呋喃残液会被氮气带出，因为催化剂装置有火炬排放总管，所有被带出的微量液体被送入火炬塔系统燃烧，不直接排入大气，不会影响到环境。在催化剂生产过程中，难免会出现不合格的产品。以为催化剂产品中，有95%以上的成分是固体硅胶，其它5%的主要有镁、钛等物质，对环境不会产生不良影响。为了绝对保护环境，催化剂装置在设计施工中，专门设计了催化剂废品处理池，将催化剂废品统一放入处理池内加水使催化剂失活、氧化、沉淀处理，沉淀下的废催化剂送堆埋场堆埋。在生产过程中，绝大部分液体原料如四氢呋喃、异戊烷等都是循环利用。如果装置需要检修或根据生产要求，需要批量更换这些原料时，一般都是返回原料生产厂家或交给有处理能力的厂家代为处理，从而杜绝了因为更换原料而造成的乱排乱放现象，而影响或破坏到环境。五、市场分析从目前气相法聚乙烯催化剂市场来看，尽管国内已有几套催化剂生产装置，聚乙烯催化剂的生产仍有较大的获利空间。就吉化乙烯来看，吉化聚乙烯装置生产能力为30万吨聚乙烯树脂/年，聚乙烯催化剂的需求量（固体）活性按4000--4500kg.PE/kg.CAT计算（冷凝态下），每年仅吉化聚乙烯生产装置就需要聚乙烯催化剂（固体）68—75吨/年的用量。六、装置投资及利润分析1、装置投资从市场利润预测分析来看，尽管聚乙烯催化剂的利润十分可观，但是聚乙烯催化剂装置的设备总投资却并不是很高。根据目前聚乙烯催化剂市场需求情况分析，若建设一套50吨/年的催化剂生产装置，总投资大约在800—900万元。聚乙烯催化剂生产装置总图布置：见附图聚乙烯催化剂生产装置的设计、设备、仪表等装置总投资建设费用情况见下表：催化剂装置项目建设预算表项目 "内容价格（万元）备注自动化仪表40

自动控制系统（DCS）55活化炉70配制罐60阀门50管线、管件、钢结构80脱氧催化剂及分子筛100防爆电子称20其它容器设备150厂房、房屋、土建费用100施工安装费用50其它费用50总计825上表催化剂装置的投资费用约在825万元，不包括蒸汽、氮气、仪表风等公用工程系统投资。聚乙烯催化剂（固体）的生产成本约为