高密度聚乙烯生產工藝

高密度聚乙烯生產工藝

中沙（天津）采用國外的廢漿法生產效率，設計生產能力為30萬噸。InnoveneS工藝采用兩臺雙環(huán)管反應器生產單峰/雙峰聚乙烯產品,由原料精制、催化劑配置、聚合反應、固體濃縮及高低壓閃蒸、溶劑回收、風送、造粒、公用工程等單元組成。聚合反應在兩個串聯(lián)的雙環(huán)管式反應器中進行,聚合物顆粒懸浮于含有乙烯、氫氣和共聚單體混合物的異丁烷稀釋劑中,混合物漿料從第二反應器中被送出至高、低壓閃蒸系統(tǒng)中進行聚合物固體顆粒與稀釋劑異丁烷的分離。被分離出的固體粉料最后由造粒機組生產出合格的高密度聚乙烯成品粒料,稀釋劑異丁烷及共聚單體在溶劑回收單元實現(xiàn)回收再利用。作為新引進工藝技術,在做好新技術消化吸收基礎上,如何進一步優(yōu)化裝置生產運行、降本增效以提高產品競爭力,成為裝置管理面臨的主要課題。1降低生產成本和優(yōu)化措施1.1降本主體的確定圖1、圖2分別為裝置某月原輔料、燃動力成本分解圖。從圖1可看出原輔料成本中排在前三位的分別是乙烯、三劑、異丁烷,三劑成本包括主催化劑、助催化劑及添加劑,正常生產過程中三劑的加入量通常都是穩(wěn)定的,因此原輔料降本的優(yōu)化對象確定為乙烯和異丁烷。從圖2可看出燃動力成本中排在前四位的分別是電、循環(huán)水、氮氣、蒸汽,因這四種燃動力成本所占比例高,確定其為燃動力降本的優(yōu)化對象。1.2減少措施1.2.1降低乙烯泄漏損失的措施1)乙烯消耗乙烯是聚合反應的主要原料,本裝置總物耗中99%為乙烯單耗,因此降低裝置物耗的優(yōu)化目標定為降低乙烯單耗。表1為裝置某月乙烯消耗走向分析表,從表1中可以看出乙烯損耗主要為三部分,其中58.24%為回收單元乙烯排火炬損失、29.32%為乙烯壓縮機泄漏損失、12.01%為裝置開停車乙烯排放損失。本裝置受工藝技術設計中回收單元的溫度、壓力等限制,從反應器出來的乙烯在回收單元無法實現(xiàn)回收再循環(huán)回反應器?；厥諉卧囊蚁┙M分有通過脫乙烷塔排往上游乙烯裝置和通過膜回收后直接排放至火炬兩個去向。要降低排火炬乙烯損失量只能從源頭治理,即在保證催化劑活性的前提下適當降低反應器乙烯濃度,以降低反應器排放至回收單元的乙烯量,從而減少膜回收火炬排放損失量。本裝置使用的乙烯壓縮機為往復式壓縮機,因活塞桿密封填料性能達不到要求,壓縮機運行時通過填料泄漏至火炬的乙烯每天最大可達4t,需要定期更換壓縮機密封填料以減少泄漏乙烯損失。如果僅為了降低乙烯泄漏量而過于頻繁更換填料則勢必增加裝置檢修成本,經過測算后確定在泄漏量達到3t/天時即更換新密封填料,此節(jié)點為降低檢修成本和降低乙烯泄漏損失之間的最佳平衡點。因牌號切換需求,裝置每月需停車24小時進行牌號的不連續(xù)切換,開停車過程中反應器內的乙烯經過回收單元部分排放至乙烯裝置,部分直接排放火炬造成乙烯損失。通過優(yōu)化開停車方案,停車過程中通過提前停止己烯注入以降低反應器乙烯濃度的措施來降低停車乙烯損失,開車前將停車時注入的CO徹底置換以保證開車過程快速建立反應并提產率至正常值可降低開車乙烯損失。2)異丁烷消耗異丁烷的作用為聚合反應溶劑,隨聚乙烯粉料從反應器排出的異丁烷在回收單元可實現(xiàn)大部分異丁烷的回收。表2為裝置某月異丁烷消耗走向分析表,從表中可以看出異丁烷損耗主要為三部分,其中46.52%為排火炬損失、30.24%為脫乙烷塔排放損失、23.25%為中間處理膜排放損失。異丁烷排火炬損失包括回收壓縮機活塞桿密封填料泄漏和膜回收尾氣排放兩部分,因活塞桿密封填料性能達不到要求回收壓縮機填料異丁烷泄漏量每天達7t。回收壓縮機為四列往復式壓縮機,經活塞桿密封填料泄漏的物料通過隔離腔排火炬線排放至火炬。經與壓縮機廠家交流后制定了增加泄漏氣返回一段入口的改造措施,但投用該改造流程后存在壓縮機入口濾網(wǎng)頻繁堵塞的問題。經過分析確定入口濾網(wǎng)頻繁堵塞的原因為泄漏氣中夾帶的填料磨損物堵塞濾網(wǎng),之后對泄漏氣回收流程進行了優(yōu)化,將原泄漏氣返回壓縮機入口濾網(wǎng)的流程改為直接返回入口緩沖罐,解決了濾網(wǎng)頻繁堵塞的問題。改造后裝置異丁烷單耗由15kg/tPE降低至10kg/tPE,降低1/3。此外,通過將膜回收排火炬壓力設定值由1470Kpa提高至1500Kpa及降低低壓閃蒸罐吹掃氮氣流量100Kg/h兩項措施,可有效的降低膜回收尾氣排放量,進而降低裝置異丁烷排火炬損失。通過降低進料量、提高塔頂冷卻器冷卻水流量兩項措施降低脫乙烷塔排放造成的異丁烷損失;中間處理膜異丁烷排放損失降低通過適當降低第一反應器新鮮異丁烷進料量以及提高中間處理單元洗滌塔塔頂冷卻器量項措施實現(xiàn)。1.2.2降低循環(huán)水用量1)電耗裝置三分之一電耗產生于擠壓造粒機組,因此降低電耗應主要從造粒機組著手。擠壓造粒機組電耗調節(jié)余地大的設備為混煉機,樹脂在混煉機內的混煉狀態(tài)極大地影響著混煉機電機的功耗。本裝置選用KOBEL的擠壓造粒機組,采用節(jié)流閘門來控制筒體內樹脂的混煉程度,閘門開度過小樹脂混煉過度將極大地增加電耗。因此應該據(jù)不同牌號的熔融指數(shù)、密度,控制不同的閘門開度及熔融泵入口壓力,保證擠壓機組在最佳比能耗下運行,通過優(yōu)化后擠壓機組電耗最高降低了50kW/tPE。裝置粒料風送系統(tǒng)的風機也是高耗電設備,因此在產品質量穩(wěn)定的前提下將摻混時間由4小時縮短至1小時,減少摻混風機使用時間也能降低裝置電耗2)循環(huán)水降低循環(huán)水用量主要從以下幾方面著手:(1)建立每臺換熱器管理臺帳,在不同的負荷、氣溫下及時調節(jié)各換熱器的水量,使其出入口溫差由4℃增大至6℃;(2)各換熱器進出口跨線加保溫,在冬季不需投用跨線也能滿足防凍防凝要求,此項措施可節(jié)約循環(huán)水80t/h;(3)定期對裝置循環(huán)水大戶反應器夾套水板換和造粒顆粒水板換進行清理,以保證其換熱效果,降低循環(huán)水用量。3)氮氣本裝置正常運行期間的氮氣主要用戶包括鉻催化劑活化爐、低壓閃蒸罐、粉料風送系統(tǒng)。氮氣使用的優(yōu)化管理主要采取了以下幾項措施:(1)活化爐使用的氮氣經過PSA氮氣精制包進行精制,通過延長運行周期以減少吸附罐的切換次數(shù),在保證精制包出口氮氣質量合格的前提下減少精制包氮氣排放大氣次數(shù);(2)在不活化鉻催化劑期間停用氮氣精制包,可降低氮氣排大氣損失約300kg/h;(3)低壓閃蒸罐吹掃氮氣分為兩部分,上部使用膜回收單元回收的氮氣,膜回收返回氮氣量不足時用新鮮氮氣補充,下部使用新鮮氮氣。因此通過將膜回收尾氣排放壓力設定值提高20kPa~30kPa來增加返回低壓閃蒸罐氮氣氣量,減少新鮮氮氣補充量;(4)在風送系統(tǒng)烴含量滿足安全要求前提下盡可能降低風送系統(tǒng)的新鮮氮氣加入量。4)蒸汽本裝置界區(qū)供有高壓蒸汽(3.5MPa)、中壓蒸汽(1.0MPa)、低壓蒸汽(0.4MPa)三種品質的蒸汽,其中高壓蒸汽用于擠壓造粒單元,其用量約900Kg/h已遠低于設計值,中壓蒸汽用于反應器開車加熱器,正常生產時不使用,因此蒸汽優(yōu)化對象為用量最大的低壓蒸汽。低壓蒸汽優(yōu)化措施包括:(1)建立疏水器使用臺帳并定期檢查其工作狀況,避免疏水器出現(xiàn)蒸汽直通的現(xiàn)象;(2)提高反應器外固,降低漿料加熱器蒸汽用量;(3)定期高壓水清理漿料加熱器內壁結垢,提高換熱效率以降低蒸汽用量;(4)優(yōu)化洗滌塔C5001及脫乙烷塔C5002操作參數(shù),降低其蒸汽用量;(5)生產低己烯濃度或部分鉻系牌號時脫己烷塔采用間歇運行的方式,即反應器己烷濃度累計至一定濃度時投用脫己烷塔,其他時候停用脫己烷塔以降低其蒸汽消耗。2績效評估措施2.1減少重新切換過適過量根據(jù)市場需求不斷地切換牌號是聚合物裝置的常規(guī)操作模式,也是創(chuàng)造產品效益的必需手段。通常本裝置牌號切換有兩種切換方式,鉻系單峰與鉻系單峰之間的連續(xù)切換,以及鉻系單峰與齊格勒雙峰之間的不連續(xù)切換。不同的產品牌號切換過程中因工藝參數(shù)、產品性能指標的差異會產生相當量的過渡料。本裝置每年進行牌號切換超過30次,產生的過渡料總量相當大,占總產量近9%,產生較大的經濟損失,因此將降低牌號切換過程中過渡料的產生量定為增效措施之一。降低牌號切換過程中產生的過渡料包括以下優(yōu)化措施:1)對指數(shù)、密度適度超調,使得切換過程縮短約4個小時;2)提前提升反應溫度和加入己烯,降低不連續(xù)切換開車過程的過渡料;3)降低催化劑漿料罐液位以減少不同催化劑的混合量,減少連續(xù)切換過程的過渡料。2.2裝置運行可靠性差對于大型石化裝置,持續(xù)平穩(wěn)生產是降低能耗物耗的最有效手段。本裝置自2010年投產以來裝置運行可靠性較差,多次發(fā)生非計劃停車。通過采取操作調整、工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝管理制度完善、設備預知性維護等優(yōu)化管理措施,裝置運行可靠性得到極大提高,非計劃停車次數(shù)與優(yōu)化前相比有較大幅度降低,減少了裝置開停車造成的效益損失。2.3經濟效益分析經過各項優(yōu)化措施的實施,HDPE裝置物耗、異丁烷消耗、能耗、過渡料、開停車損失等指標均有了大幅度降低,年產生效益