年产5万吨高密度聚乙烯聚合工段基本工艺设计

摘要：本文重要内容为生产高密度聚乙烯装置中聚合阶段工艺流程设计、工艺计算、物料和能量衡算及重要设备计算。本工艺聚合机理属于阴离子配位聚合。乙烯单体是具备π-π共轭体系烯类单体，处在络合状态铝钛活性中心，使乙烯单体双键上电子云密度减少，从而打开乙烯双键，使乙烯单体不断在铝钛活性中心处聚合。当前，工业生产高密度聚乙烯办法重要有液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反映器中相态类型）。本设计选用工艺是日本三井石化公司低压淤浆法生产高密度聚乙烯，该工艺以高纯度乙烯为重要原料，丙烯或1-丁烯为共聚单体，己烷为溶剂，采用高效催化剂，在72～85℃条件下进行低压聚合反映。聚合淤浆经分离干燥，混炼造粒得到各种性能优良HDPE产品。在聚合反映釜计算中，一方面由重要反映方程式和转化率拟定物料质量，再由质量换算体积从而拟定反映釜容积。另一方面，依照反映类型、目及物性特性拟定反映釜类型和冷凝器类型。核心字：高密度聚乙烯催化剂工艺反映釜冷凝器目录1.绪论 11.1聚乙烯概述 11.2高密度聚乙烯概述 51.3聚乙烯发呈现状 81.4生产工艺研究新进展 92.生产方案拟定 132.1生产工艺简介 132.2生产工艺拟定 213.生产流程简述 243.1流程简述 243.2工艺流程简图 264.工艺计算书 274.1物料衡算 274.2热量衡算 294.3第二釜顶冷凝器 315.重要设备工艺计算及设备选型 335.1第二釜式反映聚合釜(R-202) 335.2第二釜顶冷凝器 355.3重要装置设备一览表 386.原材料、辅助原料规格及消耗定额 416.1重要原材料及辅助原料规格 416.2原材料、辅助原料消耗定额 447.产品后期解决 487.1杂志影响及消除 487.2包装与储运 497.3回收运用再生解决技术 498.结论 52设计体会及收获 53参照文献 54道谢 551.绪论1.1聚乙烯概述[1]1.1.1聚乙烯简介1.1.1.1聚乙烯基本概述聚乙烯英文名称为：polyethylene，简称PE，是乙烯经聚合制得一种热塑性树脂。其构造式CH2=CH2+CH2=CH2+······→—CH2—CH2—CH2—CH2······聚合压力大小：高压、中压、低压；聚合实行办法：淤浆法、溶液法、气相法；产品密度大小：高密度、中密度、低密度、线性低密度；产品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量。1.1.1.2聚乙烯种类LDPE：低密度聚乙烯、高压聚乙烯。高压聚乙烯柔软性,伸长率,冲击强度和渗入性较好，一半以上用于薄膜制品，另一方面是管材、注射成型制品、电线包裹层等。LLDPE：线形低密度聚乙烯。MDPE：中密度聚乙烯、双峰树脂。HDPE：高密度聚乙烯、低压聚乙烯。低压聚乙烯熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好电性能和耐辐射性，适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件。UHMWPE：超高分子量聚乙烯。分子量达到3000000～6000000线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯性能优秀，冲击强度非常高，耐疲劳,耐磨，适于制作减震,耐磨及传动零件，工程塑料，也可以用来做防弹衣。改性聚乙烯：CPE、交联聚乙烯（PEX）。1.1.2聚乙烯性能1.1.2.1物理性能聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡，为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，闪点231℃，具备优越介电性能。比重为0.94～0.96g/cm3,成型收缩率为1.5～3.6%成型温度为140～220℃。它具备优良耐低温性能(最低使用温度可达-70～聚乙烯吸水性小,电绝缘性能优良，但对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感，耐热老化性差。透水率低，对有机蒸汽透过率较大。聚乙烯透明度随结晶度增长而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。常温下不溶于任何已知溶剂中，70℃1.1.2.2化学性能聚乙烯有优秀化学稳定性，化学稳定性好,能耐大多数酸碱侵蚀(不耐具备氧化性质酸),室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优秀光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。1.1.2.3成型特性聚乙烯性质因品种而异，重要取决于分子构造和密度。采用不同生产办法可得不同密度(0.91～0.96g/cm3）产物。聚乙烯可用普通热塑性塑料成型办法加工。用途十分广泛，重要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等高频绝缘材料。聚乙烯成型特性为：1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不适当用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选取浇口位置,防止产生缩孔和变形.2.收缩范畴和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.3.加热时间不适当过长,否则会发生分解.4.软质塑件有较浅侧凹槽时,可强行脱模.5.也许发生融体破裂,不适当与有机溶剂接触,以防开裂1.1.3生产办法[1]重要办法为：液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反映器中相态类型）。国内重要采用齐格勒催化剂淤浆法。此外也可分为高压法、低压法、中压法三种。高压法用来生产低密度聚乙烯，这种办法开发得早，用此法生产聚乙烯至今约占聚乙烯总产量2/3,但随着生产技术和催化剂发展，其增长速度已大大落后于低压法。低压法就其实行办法来说，有淤浆法、溶液法和气相法。淤浆法重要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不但可以生产高密度聚乙烯，还可通过加共聚单体，生产中、低密度聚乙烯，也称为线型低密度聚乙烯。近年来，各种低压法工艺发展不久。中压法仅菲利浦公司至今仍在采用，生产重要是高密度聚乙烯。1.1.4聚乙烯技术[2]聚乙烯(PE)是合成树脂中产量最大品种，由于性能优秀而广泛应用于工业、农业及寻常生活用品等领域。随着国内国民经济持续迅速发展，对PE产品数量和牌号等不断提出新规定。乙烯技术进步和生产能力迅速提高，为PE生产能力迅速增长提供了充分原料保证。近年来，国内PE生产能力始终以令人瞩目速度持续发展。当前，国内已拥有PE生产装置41套，拟建和在建装置12套，其中，气相法PE工艺占主导地位。，国内PE生产能力为7.21Mt/a，装置开工率达90%。预测，国内PE生产能力将达13.09Mt/a，装置开工率为78%。，国内进口PE5.136Mt，占国内需求总量46.8%，PE进口量居五大通用塑料之首。1.1.4.1催化剂技术PE技术迅速发展在很大限度上得益于催化剂性能不断改进和提高，催化剂对聚合物微观和宏观构造均有重要影响，直接决定了产品性质和应用。PE催化剂发展至今，已经形成Ziegler-Natta催化剂(简称Z-N催化剂)、铬系催化剂、茂金属催化剂等各种催化剂共同发展格局。国内从20世纪60年代初开始聚烯烃催化剂研究和开发，在Z-N催化剂国产化方面获得了很大进地中华人民共和国石油化工股份有限公司(简称中华人民共和国石化)北京化工研究院和上海化工研究院(分别简称北化院和上化院)分别开发了合用于气相法PE生产工艺固体催化剂BCG、SLC-G系列和淤浆进料催化剂BCS、SLC-S系列，并先后在多套PE装置上得到应用。国内茂金属催化剂开发始于20世纪90年代初，石科院和北化院共同研究制备APE-1茂金属催化剂已经进行了釜式淤浆法工艺、环管淤浆法工艺及气相流化床工艺中试实验，并进行了气相流化床工艺装置工业应用实验。铬系催化剂、非茂金属催化剂和复合催化剂领域研究和开发工作也获得了很大进步，上化院开发SCG-3/4/5铬系催化剂，可应用于UnipolPE生产工艺，生产中档相对分子质量分布和宽相对分子质量分布LLDPE及HDPE树脂，催化剂性能稳定，可以完全取代同类进口催化剂。1.1.4.2工艺技术PE生产工艺重要以气相法和淤浆法为主。随着PE产量逐年提高，其生产技术也得到较大改进和提高。PE催化剂技术国产化带动了PE装置国产化进程。在消化、吸取引进技术基本上，国内已自主设计和建造了某些大型PE装置。此外，国内自主研发了浆液法乙烯聚合技术，并在北京和上海分别建成了生产装置，可生产超高相对分子质量PE产品，较好地满足了国内下游加工公司需求。当前，中华人民共和国石化集团上海工程有限公司和浙江大学等单位正在进行200kt/a釜式淤浆法PE工艺开发。1.1.4.3新产品开发PE催化剂和生产工艺技术进步为开发新牌号提供了较好平台。将来PE树脂应用将集中在包装、农业、建筑和电线电缆等领域。其中，薄膜仍将是PE最大应用领域。己烯基共聚PE产品问世以来，已占领了PE各种用途专用树脂高品位市场，极具竞争力。预测，国内市场己烯基共聚PE产品潜在需求量将达3.7Nt左右。随着对PE产品微观构造结识不断深化及分析表征手段不断更新和进步，各石化公司已逐渐具备了创新开发新产品基本和条件。近年来，中华人民共和国石化成功开发了土工专用树脂、中空容器树脂、农用功能用膜系列专用树脂、PE100管材系列专用树脂、管式法LDPE高透明树脂、收缩膜树脂、高速挤出涂层、大口径PE双壁波纹管和高速通信电缆绝缘专用树脂等新牌号产品。此外，由于合成树脂高性能化技术发展与聚合催化剂、聚合工艺、工程技术创新及树脂微观构造分析和表征密切有关，因此，PE树脂新产品开发是诸多技术集成成果，是一项涉及多学科系统工程。1.1.4.4发展展望[4]催化剂是整个聚合技术核心。如今PE催化剂发展已不但着眼于高催化活性，而更侧重于开发制备具备更优秀性能聚合物催化剂，如茂金属催化剂、后过渡金属催化剂及复合催化剂等。近年来，在各种工艺并存同步，新技术不断涌现，涉及共聚技术、冷凝及超冷凝技术、双峰技术、不造粒技术及原位法技术等新技术开发，极大地增进了世界PE工业发展。特别是采用共聚技术对低压PE工艺改进后，HDPE和LLDPE共聚单体从1-丁烯向高档α--烯烃(1-己烯、1-辛烯和4-甲基-1-戊烯)转变，使树脂具备更高整体韧性和强度。随着新型共聚催化剂开发以及冷凝态和超冷凝态技术应用，许多公司已经可以经济有效地生产高档α-烯烃共聚LLDPE树脂[4]。世界PE生产发展总趋势是不断开发和使用新技术，提高高性能和高附加值产品牌号比例及减少成本。同步，装置规模进一步朝着大型化方向发展。1.1.4.5建议[5]a．通过近年持续开发，国产PE催化剂已形成多品种、系列化产品，可以基本满足国内各种工艺PE装置生产规定。此后，一是要继续改进和提高既有催化剂性能，满足PE装置生产规定；二是变化和调节催化剂研究开发方向，从注重追求催化剂高活性、减少催化剂应用成本等，转到更加注重改进和提高催化剂性能，更好地适合于生产不同类型高附加值新产品方向上来；三是在继续巩固Z-N催化剂研发优势同步，加快开发具备自主知识产权新一代催化剂，加大茂金属催化剂、单活性中心非茂催化剂、铬系催化剂以及具备双功能复合型催化剂研发力度，最大限度地满足PE新产品开发和生产需求。b.集成近几年来PE重要单元技术开发成果，组织开发具备自主知识产权大型PE装置工艺技术，以适应百万吨级乙烯项目发展规定。重要涉及开发200kt/a以上规模并带有外循环冷凝工艺淤浆祛PE工艺技术，400kt/a气相法PE技术等。c.注重PE新产品开发。进一步发挥已有技术优势，以树脂微观构造表征分析为基本，创新开发具备高附加值和高性能新产品。在新产品开发过程中，强化市场开发和技术支持环节，更加注重产品加工应用等有关技术研究，为下游加工客户提供快捷、周到技术服务。d.要加快塑料技术中心建设，加快完善研发配套设施，建设中试实验装置。为新型催化剂、新工艺、新产品研究和开发提供保障，增进国产化聚烯烃成套技术开发，以应对将来日益激烈市场竞争和挑战。1.2高密度聚乙烯概述1.2.1高密度聚乙烯简介[1]1.2.1.1高密度聚乙烯基本概述高密度聚乙烯，英文名称为“HighDensityPolyethylene”，简称为“HDPE”。HDPE是一种结晶度高、非极性热塑性树脂。原态HDPE外表呈乳白色，在微薄截面呈一定限度半透明状。PE具备优良耐大多数生活和工业用化学品特性。某些种类化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具备好防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具备较好电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很合用于电线电缆。各种级别HDPE独有特性是四种基本变量恰当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途HDPE品级；在性能上达到最佳平衡。1.2.1.2理化性质高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941～0.960。它具备良好耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具备较高刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度220～260C。对于分子较大材料，熔化温度范畴在200～250C之间。HDPE是一种由乙烯共聚生成热塑性聚烯烃。虽然HDPE在1956年就已推出，但这种塑料还没达到成熟水平。这种通用材料还在不断开发其新用途和市场。1.2.2重要特性1.2.2.1密度这是决定HDPE特性重要变量，虽然被提到4种变量的确起到互相影响作用。乙烯是聚乙烯重要原料，少数其他共聚单体，如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯，也经惯用于改进聚合物性能，对HDPE，以上少数单体含量普通不超过1％～2％。共聚单体加入轻微地减小了聚合物结晶度。这种变化普通由密度来衡量，密度与结晶率呈线性关系。美国普通分类按ASTMD1248规定，HDPE密度在0．940g/ml以上；中密度聚乙烯（MDPE）密度范畴0．926～0．940g/ml。1.2.2.2分子量较高分子量导致较高聚合物粘度，但是粘度也与测试所用温度和剪切速率关于。用流变或分子量测量对材料分子量进行表征。HDPE品级普通具备分子量范畴是40000～300000，重均分子量大体与熔融指数范畴相相应，即从100～0.029/10min。普通地，更高MW（更低熔融指数MI）增强了熔体强度、更好韧性和ESCR，但是更高MW使加工过程更难或且需要更高压力或温度。分子量分布（MWD）：PEWD依照使用催化剂和加工过程而有从窄到宽不同。1.2.2.3添加剂抗氧剂加入可防止聚合物在加工过程中降解，并防止制成品在使用中氧化。抗静电添加剂用于许多包装品级以减少瓶子或包装物对灰尘和污物粘附。特定用途需要特殊添加剂配方，例如与电线、电缆用途有关铜抑制剂。1.2.2.4生产和催化剂PE最普通生产办法是通过淤浆或气相加工法，也有少数用溶液相加工生产。所有这些加工过程都是由乙烯单体、a-烯烃单体、催化剂体系（也许是不止一种化合物）和各种类型烃类稀释剂参加放热反映。氢气和某些催化剂用来控制分子量。淤浆反映器普通为搅拌釜或是一种更惯用大型环形反映器，在其中料浆可以循环搅拌。当乙烯和共聚单体（依照需要）和催化剂一接触，就会形成聚乙烯颗粒。除去稀释剂后，聚乙烯颗粒或粉粒被干燥并按剂量加入添加剂，就生产出粒料。带有双螺杆挤出机大型反映器当代化生产线，可每小时生产PE40000磅以上。新催化剂开发为改进新级别HDPE性能作出贡献。两种最惯用催化剂种类是菲利浦铬氧化物为基本催化剂和钛化合物一烷基铝催化剂。1.2.3加工办法[3]PE可用很宽不同加工法制造。以乙烯为重要原料，丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体，在催化剂作用下，采用淤浆聚合或气相聚合工艺，所得到聚合物经闪蒸、分离、干燥、造粒等工序，获得颗粒均匀成品。涉及诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，吹塑、注塑和滚塑。1.2.3.1挤塑用于挤塑生产品级普通具备不大于1熔体指数和中宽到宽MWD。在加工过程中，低MI可获得适当熔体强度。更宽MWD品级更适于挤塑，由于它们具备更高生产速度，较低模口压力并且熔体断裂趋势减少。PE有许多挤塑用途，如电线、电缆、软管、管材和型材。管材应用范畴从用于天然气小截面黄管到48直径用于工业和都市管道厚壁黑管。大直径中空壁管用作混凝土制成雨水排水管和其他下水道管线代替物增长迅速。板材和热成型：许多大型野餐型冷藏箱热成型衬里是由PE制成，具备韧性、重量轻和耐用性。其他片材和热成型产品涉及挡泥板、槽罐衬里、盘盆防护罩、运送箱和罐。一种大量增长迅速片材应用是地膜或池底村里，这是基于MDPE具备韧性、耐化学性和不渗入性。1.2.3.2吹塑在美国销售HDPE1/3以上用于吹塑用途。这些范畴从装漂白剂、机油、洗涤剂、牛奶和蒸馏水瓶子到大型冰箱、汽车燃料箱和筒罐。吹塑品级特性指标，如熔体强度、ES～CR和韧性，与用于片材和热成型应用级相似，故相似品级可以采用。注射-吹塑通惯用于制造更小容器，用于包装药物、洗发液和化妆品。这种加工过程一种长处是生产瓶子自动去边角，不需象普通吹塑加工那样后期修整环节。尽管有某些窄MWD品级用于改进表面光洁度，普通使用中宽到宽MWD品级。1.2.3.3注塑HDPE有数不清应用，范畴从可重复使用薄壁饮料杯到5－gal罐，消费国内生产HDPE1/5。注塑品级普通熔体指数5～10，有具备韧性较低流动性品级和具备可加工性较高流动性品级。用途涉及日用品和食品薄壁包装物；有韧性、耐用食品和涂料罐；高抗环境应力开裂应用，如小型发动机燃料箱和90－gal垃圾罐。1.2.3.4滚塑采用这种加工法材料普通被粉碎成粉末料，使其在热循环中熔融并流动。滚塑使用两类PE：通用和可交联类。通用级MDPE/HDPE普通密度范畴从0.935到0.945g／ml，具备窄MWD，使产品具备高冲击性和最小翘曲，其熔体指数范畴普通为3～8。更高高性能滚塑应用系运用其化学可交联品级独特性能。这些品级在模塑周期第一段，流动性好，而后交联以形成其卓越抗环境应力开裂性、韧性。耐磨性和耐气候性。可交联PE唯一合用于大型容器，范畴从500－gal运送各种化学品储罐到0－gal农用储箱。1.2.3.5薄膜PE薄膜加工普通用普通吹膜加工或平挤加工法。大多数PE用于薄膜，通用低密度PE（LDPE）或线性低密PE（LLDPE）都可用。HDPE薄膜级普通用于规定优越拉伸性和极好防渗性地方。例如，HDPE膜惯用于商品袋、杂货袋和食物包装。1.3世界聚乙烯工业发展概况[5]

1.3.1聚乙烯发呈现状上世纪90年代，世界聚乙烯工业经历了迅速发展时期，产能平均增幅达到约6.0%，特别是亚洲和中东地区石化工业发展，为世界聚乙烯工业发展带来了机遇。聚乙烯始终是世界需求量最大通用塑料，从近十年发展状况来看，尽管需求增长低于聚丙烯，但其年均增长率仍达到了约6.3%。聚乙烯树脂需求迅速增长得益于如下几种方面，一是由于经济增长和开辟新应用领域；二是世界包装产品变革，使得聚乙烯薄膜在几乎所有产品包装物中得到广泛应用。同步HDPE在技术上突破使得其在管材、中空等领域中得到广泛应用。依照预测，在将来5年内世界聚乙烯树脂需求仍将保持较高增幅，年均增长率将达到约4.5%。

将来聚乙烯树脂应用领域仍将集中在包装、农业、建筑和电线电缆等方面。其中薄膜仍是聚乙烯最大用途。将来聚乙烯薄膜将更加专业化、扭结包装膜、收缩包装膜、缠绕包装膜、贴体包装膜、充气包装膜、高阻透性膜（阻气、阻光等）、高耐热性膜、选取渗入膜、保鲜膜、抗菌膜等产品应用比例将逐渐增大。

双峰技术使得HDPE产品在薄膜和管材领域得到广泛应用。双峰技术于前打开了高密度聚乙烯薄膜市场，当前其在管道应用中又获得了巨大发展。双峰聚乙烯较好地解决了产品既具备良好力学性能，又便于加工这一矛盾，在薄膜、建材、管道、吹塑成型用料、注塑成型用料、电线电缆等领域均有广泛应用。

茂金属聚乙烯应用将不断扩大。依照记录，当前世界茂金属和单活性中心SSC催化剂生产聚乙烯约为150万吨/年，其中用于食品包装约占36%，非食品包装约占47%，其她方面（医药、汽车和建筑等）约占17%。茂金属LLDPE（mLLDPE）当前约占LLDPE总消费量15%，预测到这一比例将达到约22%。此后mLLDPE年均消费增长率将高于LLDPE，达到约15%。由于mLLDPE产品有更好性能，许多发达国家纷纷采用mLLDPE代替常规LLDPE。依照预测，在将来发达国家LLDPE产量增长近一半将来自于mLLDPE。

涂层用LDPE市场前景辽阔。聚乙烯树脂涂层生产重要集中在复合彩印领域。随着人们对产品包装注重，包装工业发展极大地带动了聚乙烯涂层增长，且可加工品种不断增长，已应用到纸板、聚酯膜、玻璃纸、聚丙烯膜、聚丙烯编织袋、胶带、布等各种材质；新品如离型纸、食品包装制品、建筑用水泥包装等，其中离型纸作为一种新型材料广泛应用于商标、标签、胶粘带及广告纸等方面。

1.3.2生产工艺研究新进展

长期以来，在聚乙烯生产工艺技术领域，始终是各种工艺并存，各展其长。当前并存液相法工艺有Nova公司中压法工艺、Dow化学公司低压冷却法工艺和DSM公司低压绝热工艺。应用最为广泛浆液法工艺是科诺科菲利浦斯、索尔维公司环管工艺和赫斯特、日产化学、三井化学搅拌釜工艺。气相法工艺重要有Univation公司Unipol工艺、BP公司Innovene工艺和Basell公司Spherilene工艺。近年来，在各工艺技术并存同步，新技术不断涌现。其中冷凝及超冷凝技术、不造粒技术、共聚技术、双峰技术、超临界烯烃聚合技术以及反映器新配备等新技术开发，极大地增进了世界聚乙烯工业发展。1.3.2.1冷凝及超冷凝技术冷凝及超冷凝技术是UCC、Exxon化学和BP公司开发，是指在普通气相法PE流化床反映器工艺基本上，使反映聚合热由循环气体温升和冷凝液体蒸发潜热共同带出反映器，从而提高反映器时空产率和循环气撤热一种技术。冷凝操作可以依照生产需要随时在线进行切换，使装置可以在投资不需要增长太大状况下大幅度提高装置生产能力，装置操作弹性大，使得该技术具备无可比拟优越性。通过采用该技术不但将单线最大生产能力从22.5万吨/年提高到45万吨/年以上，并且进一步减少了单位产品投资和操作费用，操作稳定性也得到了进一步提高。

1.3.2.2不造粒技术随着催化剂技术进步，当前已浮现了直接由聚合釜中制得无需进一步造粒球形PE树脂技术。直接生产不需造粒树脂，不但能省去大量耗能挤出造粒等环节，并且从反映器中得到低结晶产品不发生形态变化，这样有助于缩短加工周期、节约加工能量。Montell公司Spherilene工艺采用负载于MgCl2上钛系催化剂，由反映器直接生产出密度为0.890-0.970g/cm3PE球形颗粒，产品涉及LDPE、LLDPE和HDPE，甚至在不减少装置生产能力状况下生产VLDPE和ULDPE。由于省去了造粒工序，可使装置投资减少20%。该工艺把淤浆法预聚技术与气相流化床技术结合起来，反映先在一种小环管反映器中进行，然后预聚物持续通过一种或两个短停留时间气相流化床，两个气相流化床中可控制及维持完全独立气体构成，温度和压力可独立控制，实现了产品设计更大灵活性。

1.3.2.3共聚技术采用共聚技术对PE进行改性近年来得到长足发展。低压PE工艺明显进展之一就是HDPE和LLDPE共聚单体从1-丁烯向高档α-烯烃(1-己烯、1-辛烯和4-甲基-1-戊烯)转变。普通以为长链单体共聚LLDPE比短链单体共聚树脂具备更高整体韧性和强度，且长链单体对LLDPE树脂性能改进峰值处在1-己烯与1-辛烯之间，而1-辛烯共聚LLDPE韧性最佳。随着新型具备良好共聚性能催化剂开发成功，以及冷凝态和超冷凝态进料技术应用，许多公司已可以经济、有效地生产高档α-烯烃共聚LLDPE树脂。如Mobil公司在气相流化床反映器中釆用茂金属催化剂，在与Z-N催化剂相似条件下，用1-己烯共聚生产超强LLDPE，其透明度甚至好于LDPE，雾度约为6%，而普通LLDPE雾度约为16%，而冲击强度高达7.85N。Dow公司Dowlex辛烯共聚LLDPE同样具备类似性能。1.3.2.4反映器新配备近来，开发大型管式反映器是生产LDPE趋势，釜式工艺变得越来越过时，但是2台釜式反映器串联操作技术开发，使釜式反映器工艺生产费用可与管式反映器竞争。住友化学在这种反映器配备方面较有经验，其不但使用这种配备方式在日本生产LDPE，并且将该技术转让给巴西Opptroquimica公司。2台釜式反映器串联可使乙烯生成PE转化率至少提高35％，装置产量提高达50％，同步生产同量PE电力消耗减少，从而生产每吨PE可变生产费用可减少约25％。

1.3.2.5双峰技术双峰聚乙烯是指相对分子质量分布曲线呈现两个峰值聚乙烯树脂，双峰树脂可以在获得优越物理性能同步改进其加工性能。当前，生产双峰树脂办法重要有熔融共混、反映器串联、在单一反映器中使用双金属催化剂或混合催化剂等办法。当前生产商重要采用串联反映器办法，重要代表有Univation公司UnipolⅡ工艺、Basell公司反映器串联气相Spherilene工艺、Borealis公司Borstar工艺、Phillips、Mitsui、Basell、Solvay等开发淤浆法串联反映器生产工艺等。单反映器法是通过开发具有各种活性中心催化剂体系，在一种反映器内合成双峰相对分子质量分布聚乙烯树脂。单反映器法可以减少投资成本，但催化剂费用较高，开发难度大，并且产品性能会受到一定限制。Univation公司采用单反映器，成功试产了双峰HDPE。1.3.2.6原位法技术工业上生产LLDPE普通是在反映器中加入一定比例α-烯烃（如-丁烯、1-己烯和1-辛烯）与乙烯进行共聚，这些单体均由乙烯齐聚生成。原位共聚是在反映体系中，以乙烯为唯一原料，运用齐聚催化剂实现乙烯齐聚生成共聚α-烯烃，然后运用共聚催化剂使之与乙烯共聚，制备LLDPE。采用原位共聚可以简化生产工艺，减少生产成本，运用这种办法还可以通过变化齐聚催化剂与共聚催化剂组合、配比及加入方式、助催化剂用量等反映条件达到对聚合物进行分子剪裁和调控产品构造和性能目。

1.3.2.7激光法技术[10]新近，意大利佛罗伦斯大学非线性光谱实验室研究人员开发出一种以激光作催化剂，高压法生产结晶聚乙烯(PE)新工艺。该工艺操作简朴，聚合物收率高，结晶度高，适于大规模应用。普通状况下，烯烃可在极高压力下完毕聚合，但这种条件下生成聚合物多为高度分枝非结晶材料。而采用激光催化新工艺可在较低压力下完毕聚合，并生成完全结晶PE聚合物。反映中通过光吸取过程使分子形态发生变化，非常有助于生成线性高聚物。除可改进PE性能外，这种新工艺还不需涉及催化剂使用与后解决，从主线上解决了环保问题。2.生产方案拟定2.1生产工艺简介2.1.1生产工艺简介[11]高密度聚乙烯(HDPE)因其综合性能优良,原料来源丰富，成本较低而得到广泛应用。HDPE于70年代开始推向市场，产品密度为0.94～0.97g/cm3，习惯称之为聚乙烯(PE)第二代产品。当前，双峰技术浮现带来新市场发展。采用双峰技术生产树脂，高分子量某些有较高强度，低分子量某些使树脂加工性能更好，其产品性能明显优于普通宽分子量分布树脂，被称作新一代HDPE产品。HDPE是当前世界生产能力和需求量位居第三大类聚烯烃品种。HDPE生产技术有种，即淤浆法、气相法和溶液法。淤浆法依照反映器不同，分为釜式反映与管式反映2种工艺路线。HDPE产品重要用途为膜料、压力管、大型中空容器和挤压板材。2.1.1淤浆法是最早开发生产技术，技术工艺比较成熟，产品性能好，反映压力较低，易于控制，但撤热问题始终制约着单线生产能力提高。环管反映器产生较好地解决了撤热问题，提高了单线生产能力。当前，采用釜式反映生产厂家，为了提高单线生产能力，采用浆液外循环办法。a.北欧北星Borealis工艺北欧化工公司北星双峰Borealis工艺可以采用Ziegler-Natta(Z-N)催化剂，也可用单中心催化剂，用环管反映器和气相反映器串联组合生产双峰型线型低密度聚乙烯(LLDPE)和HDPE(见图1)。产品密度为0.918～0.970g/cm3，熔体流动指数(MI)为0.1～100.0g/10min该工艺中环管反映器和气相反映器彼此是完全独立，容易控制各自反映条件，从而拓宽产品范畴。气相反映器不再添加新鲜催化剂，无粘釜现象，不会生成片状、块状聚合物。这套反映系统可以灵活生成双峰型和单峰型产品，分子量分布可以从窄到宽变化可以依照最后产品规定,生产出各种用途牌号。如规定一定强度管材、膜泡稳定薄膜、高耐环境应力开裂性和刚性吹塑制品等。这种被称为“Borstar”工艺双峰PE技术，是Borealis公司芬兰Neste公司10近年前开发。据称，其BC200型催化剂也是双峰PE技术核心。该催化剂在聚合反映全过程始终有高活性，不同聚合反映阶段同一活性中心上可以生长出分子量大小不同分子链，此特性是控制双峰分子量分布核心。这种PE新工艺具备新思路，重要特点有:(1)应用Z-N和单中心催化剂可以在每一种反映环节中精准、重复性地生产出具备特定分子构造产品。(2)可以互相独立地在一种反映器中生产出极低分子量产品，而在此外一种反映器中生产出具备极高分子量产品。(3)可以在任何一种反映器中加人共聚单体而不影响其她反映器中反映，同步共聚单体加人不会影响该反映器中产品分子量。(4)具备很大灵活性，能生产从很低密度到很高密度PE，涉及那此可以代替此前在高压反映器中生产低密度聚乙烯(LDPE)。(5)可以迅速、简朴地投人生产，并且可以很以便地转产范畴很宽其她系列产品。(6)低生产成本，低投入资本。北欧双峰型BC200催化剂是用氧化硅为载体Z-N催化剂，不但适于双峰产品生产，并且也适于单峰产品生产，催化剂寿命长。在所有工艺条件下，它具备活性高、聚合寿命长、颗粒形态非常好、高密度共聚和氢敏感性、再制备性能好等长处。新开发BC210型催化剂，生产树脂分子量分布更宽;以Bc250型有更稳定高活性。使用北欧双峰HDPE薄膜产品，在机械性能相似时，薄膜厚度减少，优良韧性和脆性性能相平衡，刚性与抗穿刺性提高，在横向纵向上均有很高扯破强度薄膜质量进一步改进，使薄膜厚度偏差小、凝胶少、薄膜外观好。双峰薄膜产品有:FB1460和FB1550，应用于商品包装、购物袋等领域，密度为0.948～0.965g/cm3。双峰吹塑产品牌号有:BB2581,其MI为28g/10min，密度为0.958g/cm3，重要应用在日用及工业用化学品包装箱瓶。双峰注射成型牌号重要用于化学品包装，其耐环境应力开裂性、冲击强度等综合性能好，用于制造直径793mm、壁厚53mm1995年，Borlealis工艺工业规模装置初次在芬兰投人使用，生产能力为200kt/a。另2条生产线在阿联酉AbuDhabi,单线最大能力为450kt/a。国内上海石油化工股份有限公司引进生产能力为250kt/a装置已于4月投产。当前，该工艺已能生产出MI为7g/10min高密度双峰产品MH-702。当前，世界上采用这种工艺总生产能力达1.5Mt/a左右。b.三井石化工艺[12]日本三井石化公司低压淤浆法生产HDPE和中密度聚乙烯(MDPE)工艺叫CX工艺。CX工艺通过调节反映器，而不变化催化剂体系可以生产双峰型树脂，分户量分布可以自由调节，且容易控制，生产树脂MI范畴也很宽。采用新开发高效催化剂结合先进聚合工艺和控制系统使生产十分稳定。单一催化剂体系和简朴聚合操作，使产品牌号切换容易，周期短，切换时不符合规格产品少。该工艺以高纯度乙烯为重要原料，丙烯或1-丁烯为共聚单体，己烷为溶剂，采用高效催化剂，在72～85℃条件下进行低压聚合反映。聚合淤浆经分离干燥，混炼造粒得到各种性能优良HDPE产品(见图2)。该工艺生产产品MI为0.01～50.00g/10min，分子量分布可从窄到很宽,密度为0.93～0.97g/cm3。重要产品有：高密度薄膜7000F、注塑产品2200J和吹塑中空产品5200B。由于此工艺是采用内循环式反映器和旋转式干燥窑进行树脂干燥，限制了产量进一步提高，最大生产能力为当前，世界上采用和正在建设中ＣＸ工艺生产线共有33条，总生产能力达3.3Mt/a。c.Hostalen工艺Hostalen工艺是德国Hostalen公司用搅拌釜和重烷烃稀释剂生产HDPE工艺。当前,Hostalen公司PE某些重组入Basell公司。Hostalen工艺采用2个并联或串联反映器淤浆法聚合工艺，用相似催化剂，可以生产分子量分布从窄到宽高性能PE树脂(见图3)。在该工艺中，催化剂仅加人第一种反映器，聚合反映分散介质为正己烷，在高活性Z-E催化剂作用下进行，留在聚合物中催化剂残渣含量很少，因而不需脱活和去除催化剂。催化剂、分散介质、单体和氢加人到反映器1，进行第一步聚合反映;然后，浆液进人反映器2。要生产双峰型产品，则要在与反映器1不同条件下进行第二步聚合反映，反映器2也加人乙烯、丁烯和补充分散介质，通过控制可以得到高性能PE树脂。串联反映器工艺可以生产“定做”产品，分子量分布从窄到宽，产品MI从不大于0.01g/10min(双峰产品）到不不大于50.00g/10min(单峰产品)均可；还可生产双峰HDPE合金。淤浆法釜式反映器持续聚合工艺特点是：（1）操作压力和操作温度低。（2）双釜反映器可通过采用并联及串联不同形式生产单峰及双峰产品，并能生产高质量及特殊用途产品。（3）工艺操作弹性高，稳定性好且生产灵活,产品牌号转换快，时间短（约半天时间）。（4）对原料乙烯及共聚单体纯度规定不高，不需要精制系统。（5）共聚单体采用丙烯、1-丁烯既可生产分子量分布宽产品，也可生产分布窄产品。（6）采用己烷作溶剂，回收单元简朴。(7)高活性体系催化剂已开发,THE、THT、THB、三种催化剂生产技术可转让，THS催化剂不转让生产技术，只出售催化剂。(8)新型催化剂具备氢调敏捷度高、共聚性能好、粉末产品颗粒大、分布均匀，聚合釜不易粘壁。(9)反映器容积可达185m3，采用外盘管及外冷却器2(10)设有1-丁烯回收装置，以减少其耗量。Hostalen工艺HDPE产品应用范畴有:(1)膜料产品:HF7740F2是中分子量及分子量分布窄产品，MI为(1.8±0.4)g/10min,密度为(0.944±0.002)g/cm3，重要用于生产拉伸膜、袋料和纤维。(2)管材产品:HN5010T2N,MI为(0.45±0.05)g/10min,密度为，可(0.945±0.002)g/cm3,可制成直径1600mm、长30m管道，具备高刚性、高模量、高韧性和耐环境应力开裂性高。(3)大型中空容器产品:HM8255,MI为(0.35±0.06)g/10min,密度为(0.952±0.002)g/cm3,，其耐环境应力开裂性和外观表面均非常好，重要用于制约500L大型中空容器。当前，世界上正在运营和建设中Hostalen工艺工业装置共有21套，最大生产能力为380kt/a(巴西PortoAlegre厂)。用Hostalen工艺每年生产产品总量接近2.3Mt。d.Phillips环管工艺Phillips石油公司使用环管反映器生产全密度PE树脂。其MI从2～200g/10min，密度为0.92～0.97g/cm3，分子量分布从极窄到极宽。该工艺采用高活性催化剂在异丁烷淤浆中进行聚合反映;MI和分子量分布由催化剂、操作条件和氢气控制，密度由共聚单体加人来调节。共聚单体涉及1-丁烯，1-己烯，戊烯和1-辛烯。由于采用高活性催化剂，因而省去了催化剂脱除。在聚合反映中不会形成蜡状或其她副产物,因而减少了影响环境排放物(见图4)。乙烯、异丁烷、共聚单体和催化剂被持续地加人环管反映器中，在温度低于100℃、压力约4Mpa、停留时间约1h条件下发生聚合反映。乙烯单程转化率不不大于97%。闪蒸反映器流出物，从气态物流中分离出固体树脂。PE当前，世界上该工艺正在生产或建设中生产线有82条，占世界生产能力34%。2.1.1.气相法是近几年发展起来技术，有较好共聚性及氢调敏感性，故可生产不同用途产品。重要特点是工艺流程短，不使用溶剂，不需要溶剂回收工序，反映热靠循环乙烯带走，有3种催化剂体系，在一条生产线上可生产全密度PE。a.UCC工艺UCCUnipol工艺采用低压气相流化床反映器、适当固态和淤浆催化剂生产宽分子量分布LLPDE/HDPE。产品为自由流动粒料，通过选取适当催化剂和调节反映条件控制树脂MI和分子量分布，通过控制共聚单体来控制产品密度。由于老式催化剂和茂金属催化剂高活性，不需脱除催化剂。产品密度为0.915～0.970g/cm3，MI从不大于0.1g/10min到不不大于200.0g/10min，牌号合用于薄膜、吹塑、管材、滚塑和其她挤出制品。采用气相流化床聚合反映工艺特点是:(1)操作压力低、温度较高工艺设备材料以碳钢为主，投资较低。(2)该工艺可在同一装置上既生产LLDPE,也生产HDPE，密度覆盖面大(0.915～0.970g/cm3)。(3)聚合物分子量分布涉及了从非常窄到非常宽范畴。(4)催化剂体系涉及钦系和铬系，即M、F、S。(5)茂金属催化剂是被广泛公认已商业化催化剂体系，用于生产ExxpolTMHPRmlLLDPE高机械性能膜以及生产ExxpolEZPHPRmlLLDPE易加工树脂。该技术由于使用茂金属催化剂体系，可以在诸多领域取代高压LDPE。(6)工艺具备很大灵活性，且工艺简朴，操作稳定、容易，弹性大。(7)对原料纯度规定高，因而所有原料均要精制。(8)不需用溶剂，因而减少了溶剂回收系统。(9)能耗低，维修和运营费用低，是经济工艺技术。(10)UCC和Exxon公司共同开发了复合型茂金属催化剂，在单个反映器中即可生产分子量分布宽双峰产品，当前正在实验中。(11)回在改扩建装置中，可采用Univation冷凝技术使装置生产能力提高到160%(液/气混合进料)，采用超冷凝技术使装置生产能力提高到250%(液体进料)。当前，国内Unipol工艺大某些生产装置已经采用国产冷凝技术进行了改扩建，超过装置原设计能力120%～200%。茂名石化乙烯工业公司已成功地使用了冷凝技术，并应用国产SCG-1催化剂，活性为5kg/g左右。Unipol工艺是应用较多工艺，当前世界上正在运营或建设中装置有90套，单线最大生产能力为450/kt/a。世界年总产量约为5MtbBP工艺BP公司在低压和低温下用气相流化床法生产LLDPE和HDPE见图5。Z-N催化剂被直接注人反映器，而铬催化剂在活化后被直接注人反映器，铬催化剂可生产出分子量分布宽产品,并支持Z-N催化剂生产出分子量分布窄产品。对工艺气体构成和条件进行持续和自动地调节，可以精准地控制产品性质。反映器在设计上保证了混合良好和温度不变。反映床操作条件较缓和，压力为2MPa，温度为75～100℃。聚合物颗粒在流化床反映器中生成，流化气体是乙烯、共聚物、氢气和氮气混合物。从反映器出来细聚合物颗粒与出口气体被旋风分离器收集，被循环送入反映器。这一特点保证了这些颗粒不在反映回路循环，否则它们会堵塞压缩机、换热器和反映器格栅。同样，它也可以防止产品受污染。未反映气体经冷却，从液体分离器中分离出来，经压缩机返回反映器，在设定温度下保持聚合物颗粒生成。催化剂与产品混合在一起，不需任何脱除工序。反映器和其她大某些设备是由碳钢制成。聚合物粉末经排出系统提取，并在一种简朴脱气段通过循环氮气从有关工艺气中分离出来。聚合粉末用气体输送到后解决段，在造粒和存储前加入添加剂。该工艺可以生产分子量分布较宽LDPPE和HDPE产品。LDPPE用于薄膜、注塑、旋转成型和挤塑。窄分子量HDPE可提供高级别注塑料，宽分子量HDPE用于吹塑、管材、薄膜和其她挤塑用途。中华人民共和国石油兰州石化公司和独山子石化公司都是采用BP工艺生产PE，生产能力为60kt/a。该工艺反映温度为80℃，压力为2MPa，在BP流化床中反映生成PE产品质量优良，销售稳定，在世界范畴内采用此工艺正在运转、设计或建造中生产线有30余条，生产能力从50kt/a到300kt/a。2.1.1.溶液法最大特点是高压聚合反映后产物是以熔融状态浮现，可以直接去造粒。该法生产时间短，只需几分钟，聚合釜容积小，时空产率高，但反映不易控制。在溶液法工艺中，聚合物也能溶解在反映溶剂中，此反映溶剂普通为环己烷。有3种类型反映器，即中压反映器（加拿大DuPont公司）、低压冷却型反映器（美国道化学公司）和绝热反映器（荷兰DSM公司）。加拿大，DUPont公司Sctartech工艺操作温度为300℃，操作压力为13.8MPa。使用环己烷作溶剂，运用反映热输人额外能量能使聚合物脱挥发分为最小。该工艺重要特点是:反映无需冷冻，反映停留时间短，普通少于2min，乙烯转化率为95%，，无凝胶产品，采用环己烷作溶剂，操作简朴，催化剂组分在制备过程中无化学反映。国内抚顺乙烯化工有限公司80kt/t装置属于此类工艺。1989年开车初期，该装置运营不好，反映器操作不稳定，后经催化剂系统由脱挥工艺改造为非脱挥工艺，当前装置运营平稳。产品品种多，质量好。全世界该工艺有13条生产线正在生产和建设中，生产能力将近2Mt/aDSM公司溶液法工艺特点是停留时间仅几分钟，整个反映过程短于30min，因而，产品牌号切换快，采用各种共聚单体，操作弹性大，但反映控制难度大。由于是绝热反映，故反映进料要预先冷却。全世界有5套专利生产装置在运营。2.1.23种HDPE技术比较综合上述3种HDPE技术可见:淤浆法工艺比较成熟，一是淤浆法创造了双峰PE技术；二是淤浆法可以生产易加工高强度薄膜和某些吹塑中空容器；三是可以做出高强度级别唯一管材PE100，节约材料和能源可达到30%。但此办法工艺流程长，有溶剂回收单元，还产生某些低聚物蜡。气相法也是比较引人注目技术。工艺流程短，没有溶剂，不需要回收单元，且粉料可直接进行干燥和脱气，使用茂金属催化剂可生产HDRmlLDPE高机械性能膜和EZPmlLDPE易加工树脂;当前，产品重要在高强度薄膜和通讯电缆料方面有特长。在PE双峰技术和茂金属催化剂产品方面，美国Exxon公司不出售此技术。溶液法是高压聚合反映后产物，压力高，温度高，时空产率高，但反映不易控制。HDPE是性能优秀通用型树脂，重要消费领域是制作薄膜、中空容器、管材、电缆、板材等,吹塑成型制中空容器是HDPE应用重要方面。据称，Hostalen工艺已能生产出7kL中空容器。特别是近年来开发双峰PE，大大拓宽了应用领域，使本来生产加工较难薄膜、管材有了突飞猛进发展。薄膜变得易加工，拉伸强度(横向/纵向)得到提高管材己在制造质量上有所突破，可以生产出最小强度10MPa(即PE100)管材面向市场，并保证50a以内不龟裂、不损坏,在建筑材料和石油化工领域得到广泛应用。2.2生产工艺拟定2.2.1生产工艺概述日本三井石化公司低压淤浆法生产HDPECX工艺。通过调节反映器，而不变化催化剂体系可以生产双峰型树脂，分户量分布可以自由调节，且容易控制，生产树脂MI范畴也很宽。采用新开发高效催化剂结合先进聚合工艺和控制系统使生产十分稳定。单一催化剂体系和简朴聚合操作，使产品牌号切换容易，周期短，切换时不符合规格产品少。2.2.2反映原理[9]本工艺聚合机理属于阴离子配位聚合。乙烯单体是具备π-π共轭体系烯类单体，处在络合状态铝钛活性中心，使乙烯单体双键上电子云密度减少，从而打开乙烯双键，使乙烯单体不断在铝钛活性中心处聚合。总乙烯聚合反映式如下：nCH2=CH2-[CH2-CH2]n-+829kcal/㎏PE其过程分为下列三步：(1)链引起--可概括为：扩散(涉及溶解)--吸附(涉及络合、极化)--插入。Cat-RCat-RCat-RCat-CH2-CH2-RCH2=CH2CH2=CH2CH2=CH2注：R为烷基(2)链增长--扩散(涉及溶解)--吸附(涉及络合、极化)--插入。Cat-CH2-CH2-RCat-CH2-CH2-RCat-CH2-CH2-RCH2=CH2CH2=CH2CH2=CH2Cat-CH2-CH2-CH2-CH2-R(3)链终结--增长中聚烯链会因各种因素而停止增长，在生产过程中普通添加氢而使链终结。Cat-CH2-CH2CH2……CH2R+H2Cat-H＋CH3CH2……CH2R2.2.2.1并联聚合实质上就是两个聚合釜并联使用，并联聚合方式有两种类型，一种是各聚合釜中生成聚合物特性(MFR、D、分子量分布等)基本相似；另一种类型是各釜中生成聚合物特性完全不同。a.并联A聚合这种聚合方式，使用两个聚合釜生产出具备相似特性聚合物，如下图所示(以R-201/221为例)：R-201V-223M-301R-221对于生产聚合物来说，这种聚合方式给出较窄分子量分布和较高熔融指数。采用这种方式生产牌号如下：原生产线生产牌号：1600J、2100J、2200J、2208J、3300F、5000SCX新工艺生产牌号：1600J、50200、50300、45200b.并联B聚合这种聚合方式实质上是由两个操作条件不同聚合釜并联而成，在R-201里生产聚合物具备较高MFR值，而R-221里生产聚合物具备低MFR值。R-201(高MFR)V-223M-301R-221(低MFR)与并联A聚合不同之处是：可控制产品分子量分布。采用这种方式生产牌号如下：原生产线生产牌号：5200S、5200BCX新工艺生产牌号：5000SR、5000SF2.2.2.2串联聚合串联聚合是采用两个聚合釜，在R-201中生成聚合物MFR较高，来自R-201淤浆在进入R-221迈进行闪蒸，然后进入R-221进一步聚合后生成低MFR产品，两釜内聚合反映速率按恰当比例调节。R-201(高MFR)→V-203→R-221(低MFR)→V-223→M-301这种聚合方式合用于生产分子量分布宽产品。采用这种方式生产牌号如下：原生产线生产牌号：6200B、6100MCX新工艺生产牌号：3000B、5300B、6500B、8200B、8300B、9200B、5000H、7000F、7700F、6000M、7000M、8000F、8500F、5100B、5305E

3.生产流程简述3.1流程简述从界区引入1.2∼1.4㎫乙烯经PIC－202(PIC－2202)减压至1.2㎫。进入乙烯预热器E－231(E－2231)，有中压蒸汽加热到40℃，然后在FRC-221/241(FRC-2221/2241)控制下，加入到循环气管线，最后与循环气一起被加入到乙烯管线，然后进入气体循环管线当用丙烯作共聚单体时，从界区引入液态丙烯在LICA－201(LICA－2201)控制下，加入到丙烯蒸发器E－232(E－2232)，由低压蒸汽汽化并被加热到35℃，压力为1.4㎫，在FIC－222/242(FIC－2222/2242)含水率≤5pmm己烷，在FIC－224/244(FIC－2224/2244)控制下加入聚合釜中，用以控制聚合釜内淤浆液浓度。此外各催化剂管线上均设有己烷喷嘴，在催化剂停止加料时，通过高压己烷冲洗，可防止催化剂管线堵塞。来自300#分离，干燥母液，一某些在FIC－225/245(FIC－2225/2245)控制下，直接循环进入聚合釜，用以控制釜内浆液浓度；另一某些在FIC－226/246(FIC－2226/2246)控制下，以2吨/小时量冲洗聚合釜溢流管，防止溢流管堵塞。来自100#PZ和AT等催化剂在各自计量泵控制下，以规定速率加入聚合釜。乙烯、丙烯、氢气，先与循环气混合，然后通过8根气体注入管进入聚合釜R－201/221(FIC－2201/2221)底部，加到聚合釜原料气由带三层涡轮搅拌器充分分散，通过催化剂作用，在己烷溶剂中进行聚合反映，生成具备规定浓度浆液。聚合釜压力由氢气分压和乙烯分压构成，原料气通入釜低还起到提高聚合物作用。聚合反映釜预热热量约80%有己烷蒸发潜热除去；别的热量约%20通过聚合釜夹套冷却水带走。未反映夹带有大量己烷气循环气体送至聚合釜釜顶冷凝器E－201/221(E－2201/2221)，己烷被冷却之后流入己烷接受罐V－205/225(V－2205/2225)，在V－205/225(V－2205/2225)中被分离成己烷凝液和循环气体。循环气体则由循环气鼓风机C－201A/B/C(C－221A/B/C)、C－2201A/B/C(C－2221A/B/C)升压至高于吸入压力0.07㎫后返回聚合釜。V－205/225(V－2205/2225)中己烷由凝液循环泵P－202A/B(P－222A/B)、P－2202A/B(P－2222A/B)送回聚合釜，其中一某些在FIC－217/237(FIC－2217/2237)控制下，以10吨/小时流量冲洗聚合釜R－201/221(R－2201/2221)分液盘，一某些在FIC－213/233(FIC－2213/2233)控制下，以6吨/小时流量冲洗气体出口管线，余下某些由LICA－211/231(LICA－22112231)控制V－205/225(V－2205/2225)液位保持在40%前提下，返回到聚合釜。聚合釜温度通过调节阀TRCS－221/241(TRCS－2221/2241)控制循环气流量在正常值，以保证聚合釜撤热。在正常操作时，聚合釜循环气风量普通控制在3000∼5000Nm3∕h之内。在正常生产中，聚合釜出料完全是靠溢流来进行，因此不需控制液位，但是在正常生产中应特别注意聚合釜液位变化，防止因溢流管线堵塞导致聚合釜液位升高，如有此类事故应及时停车解决。反映釜淤浆经溢流管流到稀释罐V－202/222(V－2202/2222)，气相某些通过平衡管返回到聚合釜，液相某些通过液位调节阀LICA－222/242(LICA－2222/2242)送入闪蒸罐V－203/223(V－2203/2223)减压闪蒸。闪蒸汽先经闪蒸汽冷凝器E－202/222(E－2201/2222)冷凝，再经闪蒸汽盐冷器E－223(E－2223)冷却，冷凝下来己烷返回到闪蒸罐，未凝气体由闪蒸汽压缩机C－222(C－2222)升压至1.0㎫，经排放分离罐V－229(V－2229)缓冲，其中一某些气体通过FRC－251/252(FRC－2251/2252)分别送回聚合釜R－201/202(R－2201/2221),用以回收乙烯，别的再通过排出气体冷却器E－228(E－2228)冷却，凝液返回到V－229(V－2229)，未凝气体通过PIC－252(PIC－2252)控制下，送入母液罐V－301(V－2301).。V－203/223(V－2203/2223)压力分别由PIS－222/242(PIS－2222/2242)进行显示，正常操作应在0.04㎫如下。在进行串联牌号生产时，V－203(V－2203)中浆液通过第一浆液输送泵P－201(P－2201)送至第二聚合釜R－221(R－2221)，而在并联生产时，第一淤浆稀释罐V－202(V－2202)浆液直接进入第二闪蒸罐V－223(V－2223)，通过第二浆液输送泵P－221(P－2221)，经LICS－243(LICS－2243)控制送入离心机，进行分离解决。聚合釜熔融指数重要通过氢气加料和催化剂进料速度来控制；密度由共聚单体加料速度进行控制；分子量分布是通过聚合釜恰当排列和淤浆掺合比来控制。3.2工艺流程简图简易工艺流程图如下：4.工艺计算书4.1物料衡算4.1.1计算根据按生产牌号5000S规定，所需原料配例如下[6]：丙烯/乙烯：1.30～1.50氢气/乙烯：0.60～0.80己烷母液/乙烯：0.70～0.80纯己烷/己烷母液：1.20～1.30反映条件：温度：85℃压力:0.4~0.6㎫淤浆密度：0.949～0.953g/㎤淤浆浓度：350g/L转化率：93.09%损失率：2%设计条件：产量：五万吨操作方式：一年工作日8000小时4.1.2衡算系统方框图（图4-1-1-1乙烯丙稀氢气己烷母液（HX-ML）聚乙烯（PE）D-201己烷（HX）D-201乙烯纯己烷（HX）丙烯氢气图4-1-计算基准：以1小时计，由原料配比，结合实际，去中间值进行计算聚合机理：催化剂78催化剂78~85℃，0.29~0.89CH2－CH2nCH2=CH2n+829㎉CH2=CH2基本数据：(g/mol)乙烯分子质量：28.05丙烯分子质量：42.08己烷分子质量：86.17氢气分子质量：18.02由产量及转化率知：每小时生产聚乙烯（PE）：由生产聚乙烯（PE）得即乙烯总进料量为9399.5059kg/h由上述聚合机理及工艺流程可知：两台聚合釜属于并联生产方式，每台聚合釜物料进料配比同样,则每台聚合釜乙烯进料量为G乙烯/2=6713.9328/2=3356.9664kg/h则聚合釜(R-201)进料如下（kg/h）：进料量：由原料配比知：丙烯／乙烯：1.4氢气/乙烯：0.7己烷母液／乙烯：0.75纯己烷／乙烯：0.9375乙烯进料：丙烯进料：氢气进料：己烷母液：纯己烷：进料总量：出料量：乙烯出料丙烯出料氢气出料出口己烷及母液总量出口聚乙烯量=出口总量：物料衡算表序号物料名称进料量Kg/h进料量比例出口量Kg/h出口量比例1乙烯3356.96640.2101164.82710.01532丙烯4699.75300.29404699.75300.29413氢气2349.87650.14712349.87650.14714己烷母液2517.72480.15765664.88080.33775纯己烷3147.1560.19126聚乙烯//31250.20587总量16071.476716004.3374由物料平衡关系知：该装置为持续生产,则：由上表数据可知物料平衡。4.2热量衡算4.2.1反映放热由反映机理[9]CHCH2－CH2nCH2=CH2催化剂78~CH2=CH2催化剂78~85℃，0.29~0.89知1cal=4.187J4.2.2带入热量乙烯：进料温度40℃丙烯：进料温度35℃氢气：进料温度20℃HX-ML：进料温度60℃HX：进料温度20℃[6]4.2.3带出热量乙烯：出料温度85℃丙烯：出料温度85℃氢气：出料温度85℃己烷母液：出料温度85℃[6]假设总过程热量损失为5%，则4.2.4己烷蒸发潜热依照工艺流程知：聚合反映釜中80%余热热量由己烷蒸发潜热吸取己烷(HX)：85℃下，汽化潜热：r=27.64kJ/mol[6]己烷物料量：则己烷质量：4.2.5冷却水吸取依照工艺流程知：聚合反映釜中20%预热热量由聚合釜夹套冷却水带走水：20℃下：85℃下：焓变：热量衡算表入料热量出料热量序号项目106KJ/h序号项目106KJ/h1乙烯1.79361乙烯0.10752丙烯0.63552丙烯1.1343氢气9.98353氢气12.2074HX-ML2.05994HX-ML5.23235HX2.0375HX己烷蒸发5.84586反映放热10.8476水吸取1.461427.356损失1.367825.9882由上表数据可知：热量平衡。4.3第二釜顶冷凝器4.3.1计算基准：以1h为基准，只进行热量衡算，拟定冷凝所需冷却水量4.3.2计算根据[7]：将第二聚合釜产生85℃循环气体经釜顶冷凝器（E-2221）冷凝并冷却至20℃，此时己烷成液态。用190℃水(MC)冷却，水升温后变为190℃饱和水蒸汽(MS)衡算系统简图（图4-2-1）：循环气（g）20℃己烷(l)+循环气85℃MS190℃图4.2.1釜顶冷凝器衡算85℃乙烯：20℃～85℃丙烯：20℃～85℃氢气：20℃～85℃己烷：20℃~85℃85℃时己烷汽化潜热热量衡算方程式：冷却水：190℃时汽化热由以上计算可知：冷凝己烷需冷却水量5.重要设备工艺计算及设备选型5.1第二釜式反映聚合釜(R-202)持续釜式反映体积计算公式为：Vr=Q0×τ式中Vr反映釜有效体积，m3Q0反映器入口或出口液体体积流量，m3/s、m3/min或m3/hτ空时，即物料在釜内平均停留时间，s、min、h5.1.1设计根据[6]反映釜出口液体质量流量为：停留时间τ＝5h5.1.2设计过程由前面产品规格知：取中间值，则淤浆密度为：反映釜出口液体体积流量为：持续釜式反映体积为：在拟定搅拌器容积时，应考虑物料在容器内充装比列，即装料系数，其值普通取0.6~0.8[7]，该反映釜设计选用中间值：得反映器实际体积：原则椭圆封头体积为0.131D3，h封=D/4h为釜体直边高度，H为反映器釜体总高度，则H=h+2×h封=h+D/2=1.5D取H/D=1.5，则有h=D取釜体直边高度：釜体实际高度：筒体用钢板卷制，容器公称直径按(GB9019-88)规定选用，则该筒体直径取其为：D0=3600mm进而筒体高度取为：H=1.05×D0=1.05×3600=3780mm[8]按国标来进行筒体上部椭圆型封头设计，椭圆封头设计按（JB/T-4737-95）选用，公称直径(DN)为3600mm时，椭圆封头曲面高度h1为900mm，直边高度h2为50mm[8]。通过查阅有关资料知，85℃下，己烷粘度：0.293mPa·S依照搅拌目选型：该工艺流程聚合机理：气-液相分散及在其中强化传质和进行化学反映，由于己烷为反映母液，其粘度较低，为低粘物体为湍流，采用六叶折叶式圆盘涡轮式搅拌器。5.1.3内压圆筒壁厚设计设计条件:设计压力：Pc=0.5MPa设计温度：t=85℃筒体内径Di=3600mm腐蚀裕量：C2=1.5焊缝系数：Φ=1.0筒体材料：16MnR设计计算：查《化工容器及设备简要设计手册》压力容器设计参数应用压力表[8]，得16MnR在设计温度下许用应力壁厚计算：设计壁厚：查钢板厚度负偏差(GB710、GB711、GB713、GB912)/mm取钢板负偏差C1＝0.8mm名义壁厚：圆整后取名义壁厚:检查=8mm，没有变化故筒体取名义壁厚=8mm适当5.1.4椭圆封头壁厚设计设计条件：内压(凹面)椭圆封头设计压力：Pc=0.5㎫设计温度：t=85℃筒体内径：Di=曲面深度：hi=900mm腐蚀裕量：C2=1.5焊缝系数：Φ=1.0筒体材料：16MnR按原则椭圆封头设计(封头用两块钢板焊后成型)设计计算：查《化工容器及设备简要设计手册》压力容器设计参数应用压力表[8]，得在设计温度下许用应力计算壁厚：设计壁厚：查钢板厚度负偏差(GB710、GB711、GB713、GB912)/mm取钢板负偏差名义壁厚：圆整后取名义壁厚：=8mm有效壁厚：Se(7.7mm)>0.15%Di(5.4mm)故该原则椭圆封头名义壁厚：=8mm适当并且原则椭圆封头名义壁厚与筒体取名义壁厚相等，则设计合理5.2第二釜顶冷凝器5.2.1设计根据该系统热负荷为：热流体(己烷)温度变化t1=85℃t2=冷流体水温度变化T1＝190℃T2＝壳程走循环蒸气，管程走冷却水5.2.2设计过程Δt2=T2－t2=190－20=170℃Δt1=T1－t1=190－85=则：Δt2/Δt2=170/105=1.62≤2可采用算术平均温度差代替对数平均温度差[9]，即Δtm=(Δt1＋Δt1)/2=(170+105)/2=137.5管程及壳程物料在定性温度下参数表5-2-2物性数据：管程（冷却水）：t=190密度：ρ=876kg/m3比热容：Cp=4.46kJ/(kg•K)粘度：μ=0.1442mPa·S导热系数：λ=0.6699W/(m2·℃)壳程（循环气）：t=（85+20）/2=52.5密度：ρ=659kg/m3比热容：Cp=2.31kJ/(kg·K)粘度：μ=0.1821mPa·S导热系数：λ=0.0927W/(m2·℃)由1J＝2.778×10-7kw/h知：=1.1539×107kJ/h=1.1539×107×103×2.778×10-7＝3205.5kw依照两流体状况，取传热系数为K=800W/(m2·℃)[10]，由＝S×K×Δtm知：由于，因而需考虑热补偿。据此，由换热器系列原则中选定浮头式（内导流）换热器：其规格如下表:壳径:500mm管子尺寸:公称压强：管长:3.0m公程面积:26m2管子总数管程数:4管子排列法:正方形斜转实际总传热面积：若选取该型号换热器，则规定过程总传热系数为:5.2.3核算总传热系数 5.2.3.1