劉 升，王景方，秦尚靜，劉 健

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

淤漿法高密度聚乙烯裝置異丁烷的降耗分析與對(duì)策

劉 升，王景方，秦尚靜，劉 健

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

針對(duì)300 kt/a高密度聚乙烯裝置上異丁烷消耗一直較高的狀況，通過對(duì)裝置溶劑回收系統(tǒng)的分析，探討了影響異丁烷消耗的因素。運(yùn)行結(jié)果表明，降低異丁烷消耗的方法主要有：降低冷凍壓縮機(jī)入口壓力至120 kPa、提高低壓溶劑回收系統(tǒng)壓力、降低低壓脫氣倉(cāng)使用的氮?dú)饬?、提高溶劑回流罐的壓力、?yōu)化調(diào)整脫重塔控制模式及參數(shù)。通過操作優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān)，該裝置的異丁烷消耗已由最初的334.6 kg/h降至230～240 kg/h，低于設(shè)計(jì)值（277 kg/h）。

高密度聚乙烯；異丁烷；降耗；稀釋劑；溶劑回收

陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司300 kt/ a高密度聚乙烯（HDPE）裝置采用的是INEOS公司Innovene S 淤漿環(huán)管工藝。該工藝以乙烯為主要原料，1-己烯/1-丁烯為共聚單體，異丁烷為反應(yīng)稀釋劑及溶劑，利用兩臺(tái)環(huán)管反應(yīng)器生產(chǎn)密度為936～963 kg/m3的高密度雙峰/單峰聚乙烯產(chǎn)品。采用的催化劑包括鈦系與鉻系兩種，產(chǎn)品覆蓋注塑、吹塑、薄膜、管材、單絲及電纜等應(yīng)用范圍［1］。但裝置使用初期，存在異丁烷消耗居高不下的狀況。

本工作針對(duì)淤漿法HDPE裝置上異丁烷消耗一直較高的狀況，通過對(duì)溶劑回收系統(tǒng)的分析，探討了影響異丁烷消耗的因素，并提出了相應(yīng)的降耗措施。

1 工藝簡(jiǎn)介

Innovene S 淤漿環(huán)管工藝［2］HDPE裝置的工藝流程見圖1。從圖1可看出，該工藝使用異丁烷為稀釋劑和溶劑［3］，原料乙烯和共聚單體（1-己烯或1-丁烯）與催化劑在稀釋劑異丁烷中進(jìn)行聚合得到聚乙烯，當(dāng)使用Ziegler-Natta催化劑時(shí)用氫氣調(diào)節(jié)熔體流動(dòng)指數(shù)，聚乙烯顆粒產(chǎn)品以漿料形式存在于異丁烷中。漿料從反應(yīng)器［4］出來后經(jīng)淤漿提濃、淤漿加熱器（E3001）加熱、高壓閃蒸器（V4001）和低壓脫氣倉(cāng)（V4003）閃蒸，實(shí)現(xiàn)聚乙烯粉料和稀釋劑的分離，粉料通過閉合氮?dú)饣芈份斔偷胶笙到y(tǒng)。粉料在后系統(tǒng)中與添加劑混合，然后經(jīng)熔融、造粒，得到合格優(yōu)質(zhì)的聚乙烯顆粒［5］。

圖1 HDPE裝置的工藝流程Fig.1 Process fow diagram of high density polyethylene(HDPE) installation.TEAL：triethyl aluminum；HPSR：high pressure solvent recovery；LPSR：low pressure solvent recovery.

2 溶劑回收

從V4001分離出的溶劑氣體被簡(jiǎn)單冷凝后，95%以上的循環(huán)稀釋劑在高壓溶劑回收（HPSR）系統(tǒng)中被回收并循環(huán)返回反應(yīng)器，剩余溶劑由低壓溶劑回收（LPSR）系統(tǒng)回收并循環(huán)使用［6］。

從V4003頂部排出的氣體經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)（A5002）加壓（約0.21 MPa），再進(jìn)入丙烯制冷成套設(shè)備冷凍機(jī)組（A5001），在低溫下（約-35 ℃）通過丙烯進(jìn)行冷凝。冷凝后的氣體進(jìn)入氣液分離器（V5005）中，將氮?dú)夂推渌p質(zhì)氣體與液態(tài)溶劑（異丁烷）進(jìn)行分離［7］。液體溶劑由泵送回反應(yīng)器循環(huán)使用。為了更好地進(jìn)行冷量?jī)?yōu)化，該冷態(tài)液體流過錯(cuò)流換熱器，在氣體進(jìn)入制冷成套設(shè)備之前對(duì)混合氣體進(jìn)行預(yù)冷卻。不凝氣的一部分用作V4003中部的反吹氣，多余氣體排放到火炬［8］。

溶劑回收系統(tǒng)排放氣經(jīng)預(yù)冷直接進(jìn)入冷凍系統(tǒng)進(jìn)行溶劑冷凝回收。LPSR系統(tǒng)的回收流程［9］見圖2。

從圖2可看出，進(jìn)入冷凍系統(tǒng)進(jìn)行溶劑回收和未反應(yīng)的原料物流包括溶劑回流罐（V5001）頂部氣、脫重塔（C5004）頂部氣、脫輕塔（C5002）頂部排放氣等。其中，V5001為HPSR系統(tǒng)溶劑洗滌塔的塔頂回流罐，C5004主要用于脫除系統(tǒng)中的重惰性組分，C5002脫除溶劑中的輕組分并為催化劑配制提供純凈的異丁烷。

圖2 LPSR系統(tǒng)的回收流程Fig.2 Process fow diagram of LPSR system.V5001：refux tank；A5001：refrigerating unit；A5002：Roots blower.

3 影響異丁烷消耗的因素及降耗措施

異丁烷作為稀釋劑和溶劑并不參與反應(yīng)，溶劑進(jìn)行循環(huán)時(shí)，若回收系統(tǒng)的回收能力和回收效率較低，則異丁烷不能完全回收，因此提高異丁烷的回收效率是降低異丁烷消耗的關(guān)鍵［10］。影響異丁烷消耗的因素主要有以下幾點(diǎn)。

3.1 冷凝溫度的影響

LPSR系統(tǒng)主要通過深冷冷凝的方式回收異丁烷，深冷冷凝溫度直接決定了異丁烷的回收率，降低冷凝溫度是降低異丁烷消耗最直接有效的方式，即優(yōu)化A5001的操作和參數(shù)，其中，最主要的控制參數(shù)是A5001壓縮機(jī)的入口壓力。壓縮機(jī)入口壓力對(duì)冷凝溫度的影響見表1。由表1可看出，隨入口壓力的降低，冷凝溫度下降。這是因?yàn)?，在較低壓力下，冷凍機(jī)制冷劑的飽和溫度也較低，產(chǎn)生的冷量將增加，在其他因素不變的情況下可降低冷凝溫度。而在其他參數(shù)不變的狀態(tài)下，降低冷凝溫度可減少不凝氣中異丁烷的含量，從而減少異丁烷排放量，達(dá)到降低異丁烷消耗的目的。由于冷凍機(jī)組設(shè)計(jì)安裝后，設(shè)計(jì)操作范圍也基本固定，壓縮機(jī)入口壓力有一定的操作范圍，因此不能持續(xù)降低壓縮機(jī)入口壓力來降低冷凝溫度，壓縮機(jī)入口壓力最多降至120 kPa。

表1 壓縮機(jī)入口壓力對(duì)冷凝溫度的影響Table 1 Efect of the intake pressure of compressor on the condensing temperature

3.2 壓力的影響

LPSR系統(tǒng)主要通過深冷冷凝異丁烷，但增壓也可起一定作用。通過羅茨風(fēng)機(jī)把低壓脫氣倉(cāng)頂部氣體從0.035 MPa加壓至0.21 MPa，使LPSR系統(tǒng)壓力控制在0.21 MPa左右。提高LPSR系統(tǒng)壓力可降低不凝氣中異丁烷的含量，LPSR系統(tǒng)壓力對(duì)不凝氣排放量的影響見圖3。

由圖3可看出，隨壓力的升高，排放量降低。LPSR系統(tǒng)排放主要由氮?dú)?、異丁烷、乙烯和乙烷等組成。排放氣降低意味著異丁烷排放量減少。LPSR系統(tǒng)是一個(gè)加壓深冷的過程，增大壓力，在溫度不變的情況下排放氣中異丁烷的含量降低，冷凝異丁烷量增加，排放氣量降低。隨壓力的提高，冷凝的異丁烷液體中乙烯含量將增加，乙烯排放量將會(huì)有一定降低，也有利于降低乙烯單耗。但受A5002的影響，LPSR系統(tǒng)壓力的提高幅度有限，因此降低異丁烷消耗的能力有限。

圖3 LPSR系統(tǒng)壓力對(duì)不凝氣排放量的影響Fig.3 Efect of the LPSR system pressure on the noncondensable gas emission.

3.3 LPSR系統(tǒng)中氮?dú)夂康挠绊?/p>

由于低壓脫氣倉(cāng)V4003底部利用氮?dú)鈱?duì)粉料中的烴類進(jìn)行脫除，因此LPSR系統(tǒng)的氣體中含較多氮?dú)猓獨(dú)庠诶鋬鲞^程中不能冷凝，消耗大量冷量，故氮?dú)夂吭礁?，冷凝溫度越高，異丁烷排放量也越大。為降低異丁烷消耗，可適度降低V4003使用的氮?dú)饬俊?/p>

3.4 HPSR系統(tǒng)中溶劑回流罐壓力的影響

HPSR系統(tǒng)中V5001回流罐頂排放氣通過LPSR系統(tǒng)回收異丁烷，排放氣主要由氫氣、乙烯、乙烷和異丁烷等組成。V5001的壓力對(duì)LPSR系統(tǒng)排放量的影響見圖4。

圖4 V5001的壓力對(duì)LPSR系統(tǒng)排放量的影響Fig.4 Relationship between the pressure of V5001 and the LPSR emission.

從圖4可看出，提高V5001的壓力可降低排放量，同時(shí)可降低HPSR系統(tǒng)流向LPSR系統(tǒng)不凝氣的含量。這主要是因?yàn)?，隨V5001壓力的升高，C2排放量降低，從而使進(jìn)入LPSR系統(tǒng)中的C2量減少，排放量降低，異丁烷消耗也隨之降低。其次，適當(dāng)提高V5001的壓力，可提高循環(huán)異丁烷中的乙烯含量，降低乙烯排放進(jìn)入LPSR系統(tǒng)的量，從而降低乙烯的消耗量。V5001的壓力調(diào)整范圍為0.6～1.0 MPa。

3.5 脫重塔的優(yōu)化

脫重塔（C5004）是填料塔，主要是用于脫除系統(tǒng)中的重組分（主要是己烷）；重組分來源主要有兩方面：一是共聚單體1-己烯與氫氣反應(yīng)的生成物；二是Ziegler-Natta催化劑使用的己烷溶劑。該塔頂部排放氣通過LPSR系統(tǒng)回收異丁烷，底部重組分排火炬。C5004的運(yùn)行效果直接決定了底部排放的火炬量：工藝優(yōu)化之前，C5004采用間歇操作，通過手動(dòng)控制底部排放閥進(jìn)行操作，因此異丁烷排放較多，消耗較大。運(yùn)行優(yōu)化后，C5004改為連續(xù)運(yùn)行，通過雙控制器自動(dòng)控制底部排放。優(yōu)化前后C5004的排放對(duì)比見表2。從表2可看出，C5004底部排放主要是重組分，在0.4 MPa、90 ℃的條件下，重組分含量約為83%（w）；當(dāng)提高溫度并降低壓力后，底部排放中異丁烷含量（w）為6.16%～11.35%，重組分含量（w）為88%～93%。按C5004底部最小排放量27 kg/h計(jì)算，優(yōu)化后每月減少異丁烷排放大約1 600 kg。調(diào)整后C5004系統(tǒng)自動(dòng)控制，溫度波動(dòng)更小，運(yùn)行平穩(wěn)。由于減少了人為開關(guān)閥門的排放，實(shí)際減少的排放量將比上述計(jì)算值更多。尤其對(duì)于密度較低的鈦系產(chǎn)品，由于1-己烯濃度較高，己烷化增加，C5004底部排放量增加，降低的異丁烷消耗量將遠(yuǎn)高于計(jì)算值（1 600 kg/月）。

表2 優(yōu)化前后C5004的排放對(duì)比Table 2 Comparison of the C5004 emissions before and after the optimization

4 優(yōu)化前后異丁烷消耗的對(duì)比

優(yōu)化前后異丁烷的平均消耗量見圖5。從圖5可看出，通過操作優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān)，異丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，2015年9月和10月異丁烷消耗基本穩(wěn)定在230～240 kg/h，低于設(shè)計(jì)值（277 kg/h），說明優(yōu)化改進(jìn)取得了較好的成效。

圖5 優(yōu)化前后異丁烷的平均消耗量Fig.5 Average consumption of isobutane before and after the optimization.

5 結(jié)論

1）降低異丁烷消耗的方法主要有：降低冷凍壓縮機(jī)入口壓力至120 kPa、提高LPSR系統(tǒng)壓力、降低V4003使用的氮?dú)饬?、提高V5001壓力、優(yōu)化調(diào)整C5004控制模式及參數(shù)，即將C5004改為連續(xù)運(yùn)行，通過雙控制器自動(dòng)控制底部排放。

2）通過操作優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān)，該裝置的異丁烷消耗已由334.6 kg/h降低至230～240 kg/h，低于設(shè)計(jì)值（277 kg/h）。

［1］Cornelia V. 聚烯烴手冊(cè)［M］. 2版. 北京：中國(guó)石化出版社，2005：1 - 19．

［2］師洪俊，毛炳權(quán)，范繼寬，等. 合成樹脂及塑料技術(shù)全書［M］. 北京：中國(guó)石化出版社，2006：40 - 74．

［3］陳順利，王健，劉志軍，等. Hostalen高密度聚乙烯聚合工藝粘壁物結(jié)構(gòu)剖析及原因分析［J］. 石油化工，2009，38（10）：1111 - 1115．

［4］方建國(guó)，徐鳳梅. 天津HDPE反應(yīng)區(qū)設(shè)備布置優(yōu)化研究［J］.石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2010，26（5）：5 - 9．

［5］李兵. 高密度聚乙烯技術(shù)進(jìn)展［J］. 當(dāng)代化工，2006，35（5）：322 - 326．

［6］崔春霞. 高密度聚乙烯裝置低壓溶劑回收系統(tǒng)分析［J］. 廣州化工，2012，40（20）：120 - 122.

［7］單薇. Aspen Plus模擬軟件在淤漿法聚乙烯裝置異丁烷溶劑回收系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 精細(xì)石油化工進(jìn)展，2013，14（5）：54 - 57．

［8］王常鴻. 高壓羅茨風(fēng)機(jī)在尾氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 化工設(shè)備與管道，2011，48（6）：38 - 40.

［9］Bulkatov A N. Comparative analysis of various polyethylene production technologies［J］. Chem Petro Eng，2008，44（7/8）：429 - 432.

［10］劉文鵬，胡遠(yuǎn)濤，李艷微，等. 氣相流化床工藝異戊烷降耗淺談［C］//全國(guó)聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)論文集. 廈門：全國(guó)聚烯烴樹脂行業(yè)組織秘書處，2014：224 - 227．

（編輯 鄧曉音）

德國(guó)Belectric OPV公司開發(fā)出新型半透明有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池

日經(jīng)テクノロジ-online（日），2015 - 12 - 21

德國(guó)Belectric OPV公司開發(fā)出新型半透明有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換率達(dá)到5%（50 W/m2）以上，目前在半透明型太陽(yáng)能電池產(chǎn)品中屬轉(zhuǎn)換率高的。該公司計(jì)劃將該太陽(yáng)能電池的模塊作為建材一體成型（BIPV）的產(chǎn)品來供貨。

這次開始量產(chǎn)的太陽(yáng)能電池模塊顏色為灰色，應(yīng)用在一種半透明有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池上。構(gòu)成模塊的材料與德國(guó)Merck公司的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用的材料品牌一致，是一種新型材料，商品名為“Lisicon”。公司設(shè)想新產(chǎn)品的用途將作為大廈外墻上的發(fā)電材料使用。歐盟要求今后建筑物到2021年全部實(shí)施近零能建筑“NZEB”，也就是使實(shí)際能耗接近零。這次開發(fā)的太陽(yáng)能電池就能滿足這種用途的要求。

Evonik公司推出用于復(fù)合材料零部件高效生產(chǎn)的Vestanat 聚丙烯

Rubb World，2015 - 11 - 31

Evonik公司推出用于復(fù)合材料零部件高效生產(chǎn)的Vestanat 聚丙烯（PP）。由于復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝是復(fù)雜和成本密集的，迄今為止還不可能利用這些玻璃纖維的全部潛能。在VESTANAT PP方面，Evonik公司目前已經(jīng)開發(fā)出一種簡(jiǎn)化流程管理且還節(jié)省材料和成本的技術(shù)。

Evonik公司戰(zhàn)略創(chuàng)新的焦點(diǎn)將在復(fù)合材料、膜和醫(yī)療技術(shù)等方面。一種常用的輕型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝是樹脂傳遞模塑，但這只允許間歇，而不是連續(xù)的零部件生產(chǎn)。采用預(yù)浸料坯生產(chǎn)是連續(xù)的。預(yù)浸料坯是使用樹脂和交聯(lián)劑預(yù)浸過的玻璃纖維。普通預(yù)浸料坯只可以在-20 ℃下存儲(chǔ)并且很黏。

這種配方確保預(yù)浸料坯不再是黏的，以及對(duì)材料的交聯(lián)過程產(chǎn)生影響。通過使用VESTANAT PP，交聯(lián)特別快。該新技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)包括基質(zhì)體系的極好的力學(xué)性能；這允許產(chǎn)生如同使用其他體系相同的零部件屬性，但使用更少量的材料。通過這種方式，使用VESTANAT PP可以大大簡(jiǎn)化從玻璃纖維或碳纖維到成品零部件的生產(chǎn)工藝。還可以降低成本，且最終導(dǎo)致更有效的潛在的玻璃纖維的工業(yè)利用。

通過等離子功能化和聚合制負(fù)載抗生素的聚丙烯治療用網(wǎng)狀物

Biomaterials，December 2015

疝氣修補(bǔ)術(shù)是在普通外科中最常見的手術(shù)之一，及其相關(guān)并發(fā)癥通常與感染等有關(guān)。在腹部疝氣修補(bǔ)術(shù)位置附近提供抗生素加載的治療用網(wǎng)狀物可能是控制與外科手術(shù)植入物相關(guān)的感染的一種方法。然而， 裝載的藥物數(shù)量受聚丙烯（PP）的低潤(rùn)濕性限制。研究人員使用等離子體來定制PP網(wǎng)狀物的表面性質(zhì)，獲得高負(fù)荷的氨芐青霉素，而保護(hù)所需未改性的試樣的生物屬性和賦予其抗菌活性。證明了新的表面化學(xué)性質(zhì)和改善的潤(rùn)濕性導(dǎo)致3倍的抗生素加載。隨后，似聚乙二醇（PEG）干燥涂層與低壓等離子體沉積于四乙醇二甲醚上，允許維持高的藥物加載量和保存細(xì)胞特性（如趨藥性、附著力和形態(tài)學(xué)）。在這項(xiàng)研究中，2種不同的等離子體工藝（等離子體功能化和等離子體聚合）用于一種新途徑，設(shè)計(jì)用于預(yù)防和疝氣修補(bǔ)術(shù)感染的局部療法的PP網(wǎng)狀物。

日本Kaneka公司開發(fā)出發(fā)泡聚苯乙烯板材新牌號(hào)

石油化學(xué)新報(bào)（日），2015（4970）：7

日本Kaneka公司開發(fā)出擠出發(fā)泡聚苯乙烯板材新牌號(hào)“Kanelite泡沫FX”產(chǎn)品，并在2016年開始上市銷售。

“Kanelite泡沫FX”產(chǎn)品是在“Kanelite泡沫超級(jí)EX”產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，利用輻射傳熱控制技術(shù)，把高濃度的高隔熱性發(fā)泡劑分散到材料上制備而成，其熱傳導(dǎo)率達(dá)到0.22 W/（m·K），是一種高性能隔熱材料，隔熱性能相當(dāng)于最高等級(jí)的F級(jí)。比公司以往牌號(hào)“Kanelite泡沫超級(jí)E-Ⅲ”產(chǎn)品的隔熱性能提高了20%，比“Kanelite泡沫超級(jí)EX”產(chǎn)品的隔熱性能提高了10%。同時(shí)除了與以往的牌號(hào)具有20 N/cm2相同優(yōu)良的壓縮特性外，還實(shí)現(xiàn)了非鹵發(fā)泡劑和污染物排零放的安全性和環(huán)保性。

公司預(yù)計(jì)新產(chǎn)品將從2016年開始上市銷售，產(chǎn)品將在其鹿島工廠和大阪工廠2個(gè)生產(chǎn)基地進(jìn)行生產(chǎn)。由于材料的隔熱性能提高了，除了達(dá)到了住宅等建筑物節(jié)能的目標(biāo)外，隔熱材料的厚度也可以降低20%，達(dá)到降低成本的目的。

Reduction of isobutane consumption of slurry high density polyethylene installation

Liu Sheng，Wang Jingfang，Qin Shangjing，Liu Jian
（Shaanxi Yanchang Coal Yulin Energy and Chemical Co. Ltd，Yulin Shaanxi 718500， China）

Aimed at high isobutane consumption in a 300 kt/a slurry high density polyethylene unit，the inf uence factors were investigated by the analysis of the solvent recovery system. The results showed that the methods were ef ective in reducing the isobutane consumption：reducing the entrance pressure of refrigeration compressors to 120 kPa，increasing the low pressure solvent recovery system pressure to decrease the nitrogen use level of low pressure degassing warehouse，increasing the solvent ref ux tank pressure，and optimizing and adjusting the de-heavies column control modes and parameters. Through the optimization， the isobutane consumption was reduced from 334.6 kg/h to 230-240 kg/h，which was lower than the design value(277 kg/h).

high density polyethylene；isobutane；reduction of consumption；diluent；solvent recovery

1000 - 8144（2016）04 - 0486 - 05

TQ 316

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.04.018

2015 - 11 - 04；［修改稿日期］2015 - 12 - 28。

劉升（1978—），男，陜西省榆林市人，大學(xué)，工程師，電話 15353383555，電郵 liu_sheng@ycynh.com。