年产2万吨聚丙烯车间生产工艺设计(5)

2019-08-01 23:58

年产2万吨聚丙烯车间生产工艺设计

CO2 10PPM(max) COS 0.2PPM(max) 总硫 10PPM(wt)(max) 水 10PPM(wt)(max) 1.2.2丙烯保安精制及氢气压缩

经过预精制后的丙烯,杂志含量仍然较高,不能满足聚合级丙烯的规格要求,主要是因为丙烯中的H2O、COS、CO及砷等杂质对催化剂产生中毒作用,降低催化剂活性。因此必须经过保安精制。 聚合级丙烯要求: 组分 mol% 丙烯 99.5%(m.h) 丙烷 平衡

不凝组分(H2,N2,CH4) 100PPM(max) 乙烷 200PPM(max) 氧 2PPM(max) CO 0.05PPM(max) CO2 5PPM(max) COS 0.02PPM(max) 总硫 1PPM(wt)(max) 水 2PPM(wt)(max) 砷 0.03PPM(max)

来自罐区的液态丙烯,在以D302料位控制器(LIC331)控制的丙烯流量(FQAC004)下送到丙烯保安精制单元。

丙烯首先进入游离水分离器D701,分离出丙烯中的游离水。D701下部液包设有蒸汽加热盘管,丙烯从上部出口引出,富集的水在LIC714的控制下,排入水收集器D702,通过D702内蒸汽盘管的加热,使水中少量的丙烯汽化到BDL,D702下部还设有N2管线,可以通过鼓泡充分带走水中的丙烯,防止排放的水里丙烯含量过高。而水则通过HV712定期排至地沟。

然后从D701顶部出来的丙烯经HV711进入T701进料/顶部出料换热器E703

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预热(充分利用T701底部出料的热量),之后,从T701顶部进入T701。脱除丙烯中所含的CO、CO2及其它少量的轻组分,T701的操作压力通常是2.2MPa。在反应器紧急事故加入阻聚剂CO而失活的情况下,需打开P302A/B至E703管线上的手阀将来自P302A/B的含CO丙烯进入T701,将CO气提出来,在这种情况下,其操作压力应设定为2.0MPa。在冬季,进入T701之前,必须通过T701进料线上的蒸汽夹套对新鲜的原料丙烯进行预热处理,使其温度到达45℃左右。E703后还有一条来自E302的支线主要是为了对T701系统进行气相丙烯置换。 T701的气相组分自塔顶流冷凝器E701,E701用冷却水做冷介质,它保证了一定的冷凝量。气相丙烯经E701冷凝后,靠重力流回T701,回流量由PIC713控制PV713来实现,目的是为了保证T701的操作压力。在E701中大部分丙烯被冷却下来,少量丙烯、丙烷和CO集聚在其中,当E701液位LI712低报时(说明惰性组分含量高),就可通过FV712排至界区,这样就达到除去CO的目的。T701底部设有再沸器E702,E702以低压蒸汽为加热介质,通过控制返回的蒸汽冷凝液量保证一定的塔底温度,从而保证一定的汽化量。

从T701底部送出的丙烯再E703中冷却,并在E704中进一步冷却后,在T701的液位控制(LIC711)送望COS脱除塔T702A/B,在塔中将H2S和COS脱除,T702的操作压力为2.2MPa左右。T702A/B两塔内填充脱硫催化剂,与COS反应生成稳定的络合物,不能再生,因此T702A/B需定时更换催化剂。除第一个塔中的催化剂达到饱和需要更换时采用第二个塔单独操作外,正常情况两塔串联操作。根据每个塔的设计容量和丙烯中的最大COS含量计,其设计操作周期约为半年,塔采用的催化剂为活性氧化锌脱硫剂。更换催化剂后,更换后的塔串在未更换塔后面。T702A/B塔顶有一条来自E302的气相丙烯线,它用于T702A/B的气相丙烯置换。

从T702A/B出来的丙烯进入丙烯干燥塔T703A/B,对丙烯进行脱水干燥,以保证丙烯中水的含量小于2PPM(wt),该塔所用的填料为3Ao分子筛(可再生),设计操作周期3—4年。3Ao分子筛吸附剂除去水分,若下游的湿度分析仪AT712报警,说明分子筛吸附的水分已饱和,这时需要再生。即将E713加热的氮气从顶部和中部引入T703A/B,热氮就可把水汽带走,这是一开路循环。只有一塔再生时才单塔操作,正常时两塔串联操作。两塔塔顶有一条来自E302的气相丙烯

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线,用于T703A/B的气相丙烯置换。

塔T703A/B和氮气加热器E713是干燥系统的组成部分。

经过干燥后的丙烯进入AsH3脱除塔T704A/B两塔通常也为串联操作,只有当第一个塔中的催化剂饱和需要更换时,另一个塔才进行单独操作,跟换后的塔串在未更换塔之后。T704A/B催化剂设计操作周期2-3年,催化剂初步定为 R3-12。两塔顶也有一条来自E302的气相丙烯线。

最后,精制后的丙烯经F701过滤后送到丙烯原料罐D302中。F701上的PDI701可监视F701的工作情况,若PDAH751高报,说明F701堵,应及时处理。

1.3 预聚合与液相本体聚合

1.3.1预接触罐(D201)

在催化剂配剂和计量单元送来的主催化剂以及给电子体和三乙基铝按一定的比例送至催化剂预接触罐D201。在D201中A201搅拌罐使催化剂体系充分掺合,混合均匀并使催化剂的反应中心活化。

D201操作压力为3.4MPa,操作温度10℃,其温度控制是通过夹套循环水的补充冷冻水量来实现的,由泵P203给夹套水提供循环动力。

为了保证D201的密封性,引用了一股高压冲洗填料密封冲洗油用量用一根毛细血管恒定,流量限定在200~300㎝3/hr,由于流量低不利于控制,故又引用冷冻水冷却冲洗油以增大黏度,降低流速。 1.3.2 Z203系统

Z203A/B是线型混合器,其作用就是将混合好的三种催化剂与冷丙烯充分混合,催化剂进料是插到Z203A/底部的,保证了来自E201的丙烯将催化剂及时带走。并使催化剂均匀分散在丙烯中。为了保证预聚合反应进出物料管线的畅通,进入Z203A/B的流量丙烯不得低于2500Kg/hr,这股丙烯流量由FIC204控制。 1.3.3 预聚合反应器(R200)

预聚合反应器(R200)体积为0.44m3.

为了能使聚合物颗粒尺寸均匀,形状达到要求,就需要催化剂颗粒形状也均匀。由于以MgCL2为载体的TICL4催化剂,在温度升高时会爆裂,因此不能直接将其加入到R200中,要先在较低温度下进行预聚合,这样就可以在催化剂的表面包

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裹上一层薄薄的聚丙烯。而在温度突然高升到反应所需的70℃时不会爆裂,保证了颗粒粒度,防止了大量细粉的生成。 R200的操作条件如下:

温度:20℃,压力:304MPa,停留时间:约四分钟。

R200主要有两股进料:一股来自Z203A/B,其中含有一定量的催化剂混合物和聚丙烯,这是反应主物料;另一股是冲洗泵P200的机械密封面的丙烯。R200为满环管操作,用轴流泵P200打循环以达到均匀混合的目的。反应器内物流的流速为4m/s.来自Z203A/B的物料经Z211A/B进入到R200,这两根管悬互为备用,一旦运行线堵塞,可立即切至备用线,物料通过HV223A/B排向R201,当发生紧急事故时,可通过HV223/2将小环管中物料排至排放系统。R200顶部设有PV201在R200进行吹扫,置换,气密等操作时,可通过该阀向D601排放。在R200进液相丙烯时,可从此阀排出的丙烯温度是否持续在0℃以下,判断R200内是否已充满(TE223检测)。

R200的反应热是由泵P204所建立的夹套冷却水循环系统来撤除的。其循环水量保持恒定。R200的温度控制是通过补充冷却水的量来实现的。 1.3.4 聚合反应条件 反应温度:70℃ 反应压力:3.3~3.4MPa 停留时间:1.5hr

淤浆浓度:50%(以重量计) 1.3.4.1 丙烯供料到聚合反应器R201

从丙烯过滤器F201A/B来的丙烯,在D201的密度控制DIC241与FIC203的串级控制下进入R201。 这部分丙烯分成五股:

(1) 在FIC204控制下,经E201换热至10℃的丙烯经Z203A/B进入R200。 (2) 在FIC241控制下,丙烯去冲洗泵P201。 (3) 在FIC221控制下,丙烯去冲洗泵P200。

(4) 在PIC231控制下,液相丙烯经E203蒸发后由顶部进入D202。 (5) 在总流量控制下,液相丙烯经阀FV203被直接送到R201。

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1.3.4.2 氢气供料到聚合反应器R201

氢气在一定加量范围内能提高反应活性,而作为分子量调节剂,它主要控制产品的熔融指数。在本装置中,氢气经F202A/B过滤后加入到总丙烯物流中,通过在线分析控制AIC201分析丙烯中氢气浓度。并根据产品牌号所要求的氢气浓度与所分析的值相比较来调节氢气加入量,这个调节是通过AI201与FIC201来串级控制的。为了满足不同产品的牌号的需求的用量,设置了两个不同量程的氢气加入流量控制,分别为FIC201A-FV201A,FIC201B-FV201B,使控制更加精确。 1.3.4.3 反应系统的保压

反应通过保压罐D202来维持压力,保证整个系统处于过冷态。D202的压力是通过E203加热蒸发丙烯得到的。这股丙烯是由PIC231来控制的,若D202中压力升高,PIC231自动关小PV231减少汽化量;反之,PV231会开大。当D202中压力过高时,PIC230调节不能使压力有效降低时,由PIC230来打开PV232向BDL排放。D202还通过FIC232向闪蒸管线提供200Kg/hr的吹扫丙烯。D202上设置了液位测量变送系统,由LIC231控制R201的出料,D202底部还通过HC2365与R201相连,这样,实现了上述控制。 1.3.4.4 反应器中的浆液密度

控制反应器中聚合物的浓度仅仅是为了浆液循环的能量限制。工业经验表明,在70℃的反应温度下,反应器内的浆液浓度达到560-565Kg/m3前,反应器轴流泵均可正常运行,超过这个密度,轴流泵P201的功率消耗会迅速上升,浆液流速下降,浆液密度不均匀造成生产不稳定,难以控制。无国密度过低,则生产能力提不上去。且给后面工段回收丙烯增加了负荷。因此在生产中要获得释放较高的生产率,总是将浆液密度尽可能地设定高一些,这是由DIC241串级控制丙烯进FIC203来实现的,浆液浓度维持在50%,一般情况下,进入反应器的单体是生成聚合物1.8~1.9倍。 1.3.4.5 轴流泵(P201)

泵P201和泵P200一样,是桨式轴流泵,它是R201内物料循环的唯一动力,也是实现该工艺的关键。为了使泵P201正常工作,设置了丙烯冲洗,目的是要在轴流泵的轴承外部加入新鲜丙烯,形成新鲜丙烯屏障,防止聚丙烯粉末进入轴承,损坏设备。

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