楊加義，李瑞龍，田廣華，唐建兵，吳榮煒，王俊杰，李建偉

（1.國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)烯烴二分公司，寧夏 銀川750411；2.國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)煤炭化學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院，寧夏 銀川750411）

引 言

國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)烯烴二分公司（簡(jiǎn)稱烯烴二分公司）采用Novolen工藝生產(chǎn)的聚丙烯產(chǎn)品，以400萬t/a煤炭間接液化項(xiàng)目生產(chǎn)的石腦油為原料，經(jīng)石腦油裂解、烯烴轉(zhuǎn)化（OCU）等工序生產(chǎn)原料丙烯，共有60萬t/a產(chǎn)能，兩條生產(chǎn)線：第一條生產(chǎn)線聚丙烯產(chǎn)能24萬t/a，由兩臺(tái)聚合反應(yīng)器串聯(lián)操作，生產(chǎn)抗沖共聚物、無規(guī)共聚物和均聚物；第二條生產(chǎn)線聚丙烯產(chǎn)能36萬t/a，由兩臺(tái)聚合反應(yīng)器并聯(lián)操作，生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物。丙烯聚合為聚丙烯工藝包括原料精制、聚合反應(yīng)、粉料凈化、擠壓造粒、成品包裝等工序。循環(huán)氣冷凝器位于聚合反應(yīng)工序，反應(yīng)過程中，通過循環(huán)氣冷凝器對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部釋放的反應(yīng)熱進(jìn)行撤熱[1]。

在生產(chǎn)聚丙烯牌號(hào)為1 100 N產(chǎn)品過程中，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氣冷凝器保溫層局部被燒焦，器壁局部嚴(yán)重超溫。對(duì)Novolen工藝裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過程中遇到的循環(huán)氣冷凝器超溫問題進(jìn)行原因分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，現(xiàn)介紹如下。

1 循環(huán)氣冷凝工藝及存在的問題

1.1 循環(huán)氣冷凝工藝

循環(huán)氣冷凝工藝流程示意圖見圖1。來自反應(yīng)器的循環(huán)氣，于68℃進(jìn)入循環(huán)氣冷凝器殼程，在2.9 MPa壓力和管束冷卻水的作用下，大部分丙烯被冷卻為液相，通過液位控制，自底部循環(huán)丙烯泵被送回反應(yīng)器繼續(xù)參與反應(yīng)，頂部氣相進(jìn)入緩沖罐后，緩沖罐液相部分與循環(huán)氣冷凝器底部液相共同送回反應(yīng)器，頂部氣相通過壓縮機(jī)壓縮后，返回反應(yīng)器進(jìn)料線。

圖1循環(huán)氣冷凝工藝流程示意圖

1.2 存在問題

在生產(chǎn)過程中，循環(huán)氣冷凝器出口側(cè)器壁表面溫度高，器壁出現(xiàn)約2 m2的局部燒焦區(qū)域，使用測(cè)溫槍檢測(cè)，溫度最高達(dá)267℃（正常運(yùn)行溫度為20℃～30℃）。通過調(diào)整循環(huán)氣壓縮機(jī)出口流量，提高冷凝器液位等措施，溫度降低到200℃以下，但對(duì)比正常工況，依然處于超溫狀態(tài)，并且高溫點(diǎn)位置不斷變化，問題沒有徹底解決，為保證生產(chǎn)安全，隨即對(duì)聚合反應(yīng)器進(jìn)行停車處理。

2 循環(huán)氣冷凝器超溫原因分析

為明確循環(huán)氣冷凝器內(nèi)部物料變化，對(duì)循環(huán)氣冷凝器進(jìn)出口物料進(jìn)行了組分分析，結(jié)果如表1所示。

表1循環(huán)氣冷凝器進(jìn)出口物料組分分布%

從表1可以看出，循環(huán)氣冷凝器出口丙烷體積分?jǐn)?shù)由進(jìn)口的5.19%提高到16.02%。由于丙烷的沸點(diǎn)為-42.09℃，丙烯的沸點(diǎn)為-47.04℃，丙烷在冷凝器中的冷凝率高于丙烯，因此從氣相中丙烷濃度大幅提高可知，在循環(huán)氣冷凝器中生成了大量的丙烷。

由于冷凝后氣相出口部位丙烯體積分?jǐn)?shù)為43.07%，氫氣體積分?jǐn)?shù)為40.49%，循環(huán)氣冷凝器氣相中丙烯及氫氣濃度在整個(gè)反應(yīng)回路系統(tǒng)中最高、溫度最低，壓力2.9 MPa。循環(huán)氣進(jìn)入冷凝器后，隨著丙烯不斷冷凝，從進(jìn)口到出口，氣相丙烯濃度逐漸降低，氫氣濃度逐漸升高。循環(huán)氣冷凝器橫截面示意圖見圖2（根據(jù)工藝包并簡(jiǎn)化得到的橫截面示意圖）。

從圖2可以看出，冷凝器內(nèi)部折流板間的物料通道從進(jìn)口到出口逐漸變窄。在靠近冷凝器氣相出口處為氫氣濃度最高點(diǎn)，此處也是壁溫超溫的集中分布區(qū)域。

圖2循環(huán)氣冷凝器橫截面示意圖

循環(huán)氣冷凝器殼體材質(zhì)為09MnNiDR，鈀、鎳、錳、鐵等金屬或金屬氧化物均可作為加氫反應(yīng)催化劑[2-6]，同時(shí)系統(tǒng)循環(huán)氣還攜帶三乙基鋁。在長(zhǎng)期高濃度氫氣的作用下，循環(huán)氣冷凝器內(nèi)壁生成了還原態(tài)的金屬及金屬氧化物。因此，在循環(huán)氣冷凝器出口位置發(fā)生了丙烯加氫反應(yīng)，生成丙烷并放出大量反應(yīng)熱，反應(yīng)式見式（1）。

3 解決措施

為阻止加氫反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，裝置停車后采用強(qiáng)制通入空氣氧化、使還原態(tài)金屬失活的措施，對(duì)冷凝器進(jìn)行處理。冷凝器退料過程中，由底部導(dǎo)淋排出的部分雜質(zhì)與空氣劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生火花，說明高濃度氫氣還原氛圍下的活性物質(zhì)遇氧氣后，發(fā)生劇烈反應(yīng)放熱，并且與循環(huán)氣冷凝器中的鋁引發(fā)鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)生火花。經(jīng)空氣氧化處理后系統(tǒng)恢復(fù)，生產(chǎn)運(yùn)行正常，問題得到解決。

還可以將循環(huán)氣冷凝器進(jìn)行退料、泄壓，完成工藝交出，對(duì)設(shè)備內(nèi)壁進(jìn)行酸洗鈍化處理。首先，對(duì)工藝介質(zhì)接觸面（設(shè)備內(nèi)壁）用水進(jìn)行清洗，加入酸液浸泡，直至酸液中的鐵離子濃度穩(wěn)定，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗，使設(shè)備內(nèi)表面的活性物質(zhì)得以去除。其次，使用氧化劑對(duì)設(shè)備內(nèi)表面進(jìn)行鈍化，使設(shè)備內(nèi)表面形成穩(wěn)定、致密的鈍化膜，從而提高設(shè)備殼體內(nèi)表面的穩(wěn)定性，避免發(fā)生加氫反應(yīng)。

4 結(jié) 語

烯烴二分公司Novolen工藝聚丙烯裝置循環(huán)氣冷凝器壁溫超溫的問題，主要是由于冷凝器內(nèi)部氣相組分中存在高濃度的氫氣和丙烯，在運(yùn)行壓力溫度下，通過器壁上的鐵、鎳等金屬的催化作用，發(fā)生加氫放熱反應(yīng)，釋放的熱量導(dǎo)致器壁超溫，該問題可以通過對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)制通空氣、使催化劑氧化失活的方式有效解決，還可以通過酸洗鈍化對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底處理。