后进入单环管反应器R200进行预聚合。
1)预接触流量控制过程描述 ① TEAL进料
TEAL通过FIC1102控制向D201进料,其进料量是由R201丙烯进料FIC2003来控制。 ② DONOR进料
DONOR通过FIC1201控制向D201进料,从DONOR与TEAL混合后经Z212至D201这段管线的长度约1米,以保证在和催化剂接触之前二者能够充分反应。DONOR进料量是由R201丙烯进料FIC2003来控制,因此也是关系TEAL进料的函数即TEAL/DONOR比率,依据产品牌号要求,TEAL/DONOR(wt)设定而不同。
③ 催化剂进料
催化剂通过FIC1503控制向D201进料。催化剂进料量根据催化剂活性和所需要的聚合物产量来确定,可通过D108A/B液位差来核实。
2)预聚合控制过程描述
预聚合反应在单环管反应器R200中进行。R200体积约0.64m3,通过轴流泵P200使液相丙烯、聚合物、催化剂浆液在其中循环运转。R200丙烯进料的流量和温度必须加以控制。丙烯进料温度TIC2001通过调节进入E201的冷冻水量控制为10℃。预聚合温度通过TIC2201串级控制TIC2202调节进入R200夹套的冷冻水来实现。如果环管反应器超压,通过PIC2201打开PV2201将压力泄向排放系统。
一旦出现P200停车或高压、高温等无法控制的故障,为了避免爆聚,反应器设有联锁,自动隔离R200,并通过紧急排放阀将环管反应器内的物料排放至排放系统。
(2)本体聚合
来自R200的物料进入第一环管反应器R201,新鲜丙烯也进入此环管反应器,聚合物浆液的密度通过调节进入第一环管反应器的丙烯量控制。从第一环管反应器R201出来的聚合物浆液通过“带式连接”(P202出口→P202进口)连续进入第二环管反应器R202继续反应。环管反应器平均停留时间约1.5小时,浆液密度保持在560kg/m3。标准的均聚和无规共聚物操作条件是:反应温度70℃,反应压力3.4 MPa,浆液浓度50%(wt)。
1)R201丙烯进料有四路
① 丙烯通过FIC2004调节FV2004经Z203A/B进入R200。 ② 丙烯通过FIC2201调节FV2201冲洗P200。 ③ 丙烯通过FIC2401调节FV2401冲洗P201。
④ 丙烯通过DIC2401串级控制FIC2003调节FV2003进入R201,包括上述①、②、③的冲洗丙烯和新鲜丙烯。
2)R202丙烯进料有三路
① 丙烯通过FIC2501调节FV2501冲洗P202。
② 丙烯通过PIC2301调节PV2301经E203进入反应器缓冲罐D202。
③ 丙烯通过DIC2501串级控制FIC2301调节FV2301进入R202,包括上述①、②的冲洗丙烯和平衡
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两个反应器压差的丙烯。
一旦催化剂浆料浓度HIC1507和生产量被确定,催化剂进料量就由计算机计算确定并通过调节液压油泵P108A/B的冲程自动控制催化剂进料量。R200的丙烯进料量由FIC2004控制,通常设定为1000㎏/h,这可保证管线内浆液流速达到2m/s以上,防止管线堵塞。R201的丙烯进料量由DIC2401串级控制FIC2003调节FV2003实现,FIC2003既调节R201的丙烯进料量,也调节R200的丙烯进料量。DIC2401还能够通过串级控制FIC2003进一步串级控制FIC1201和FIC1102调节TEAL/C3=比率和TEAL/DONOR比率。R202的丙烯进料量由 DIC2501串级控制FIC2301调节FV2301直接进入R202,另外有一部分用于系统压力控制的汽化丙烯从D202进入R202。
环管反应器的压力由E203进行控制,保持稳定且不能低于3.4MPa,压力变送器安装在与R202相连的D202顶部。
R202的聚合物浆料排放通过LIC2301调节LV2301实现,同时也实现了D202液位控制。
环管反应器上设有催化剂失活系统,反应需尽快停止时使用。含2%CO的N2气直接注入各环管反应器中;如果有充足的时间来停止反应时,则可使用10%CO的N2气直接注入进料丙烯管线中。
从R202排出的聚合物浆料经闪蒸线进入闪蒸罐D301,在D301中未反应的丙烯单体汽化后与聚合物粉料分离。
聚合反应温度控制由反应器夹套水循环撤热实现。冷却水系统包括板式换热器E208和E209、夹套水循环泵P205A/B和P206,利用P205A/B循环的R201夹套水通过板式换热器E208撤除反应热,利用P206/P205B循环的R202夹套水通过板式换热器E209撤除反应热,通过E208、E209的夹套水量由TIC2402、TIC2502分别调节TV2402A/B、TV2502A/B控制。夹套水系统内充满脱盐水,并与D203连接,为避免夹套结垢影响换热效果,要求D203必须进行N2封保护,同时定期补加钝化剂。装置开车时,反应器夹套水通过E204加热。
分析采样时,必须采取适当的安全防护措施。切不可将采样瓶充满液体,因为液体受热时,体积发生膨胀,会使采样瓶破裂或爆炸。采样前,先放空以排除存留的碳氢化合物。
丙烯、氢气、乙烯不可直接向大气排放,因为它们排放大气时,摩擦产生的静电会造成严重的后果。 1.1.3.3 300单元(聚合物脱气和丙烯回收) (1)聚合物闪蒸和高压丙烯回收
从反应器排出的聚合物浆液含有53.3%(重量比)的固体聚合物,由于大量的液相丙烯和固相聚合物一同被排出,所以必须对液相丙烯进行回收。
在环管反应器R202出料阀LV2301控制下,聚合物浆液进入闪蒸线进行闪蒸。环管反应器至闪蒸罐间压力的下降促使丙烯汽化(环管反应器压力最小3.4MPa,闪蒸罐为1.8 MPa),聚合物浆液通过环管反应器和闪蒸罐之间的一段带有蒸汽夹套的直径不断增大的管线(用于丙烯膨胀蒸发和限制流速),来确保丙烯完全汽化。通过D301顶部气相丙烯出口温度TIC3001串级控制PIC3001进行调节,这一操作手段使闪蒸能力调节成为可能,同时确保闪蒸线管壁温度尽可能的低。除了气相丙烯出口温度控制外,气相丙烯排出量FIC3001串级控制FIC2404调节闪蒸线的冲洗丙烯量,从而获得最小的气相传输流速,保证固体聚合物的稳定传输,而不用考虑如何调节环管浆液出料量。如果D301闪蒸系统发生故障,从环管反应器排出的聚合物浆液可通过三通阀
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HV3001送入排放系统。
聚合物粉料在闪蒸罐D301内与气相丙烯分离,如同旋风分离器一样,聚合物粉料和气相丙烯呈切线方向进入D301,动力分离器A301用于提高分离效率,防止大部分的细粉存在于气相丙烯中。聚合物粉料被收集在D301底部,并由LIC3001控制LV3001出料。
从闪蒸罐D301出去的物流走向:来自D301顶部的气相丙烯进入高压洗涤回收系统;来自D301底部的聚合物粉料进入F301。
所有从脱气单元包括PK301系统回收的单体均送入高压循环丙烯洗涤塔T301。T301内装有塔盘,向上的气流与回流的液相丙烯在此逆流接触,以除去其中夹带的细粉。T301底部装有再沸器E303,可保证T301稳定的回流量。T301液位LIC3201串级控制FIC3202调节FV3202进入E303的热水流量。E303所用工艺水(90℃)由P501A/B送入,T301含聚合物粉末的液相重组分通过FV3204排出经小闪线进入F301。T301顶部大部分气相丙烯组分进入E301,另一部分T301顶部气相丙烯,作为袋滤器F301反吹气。
聚合物闪蒸和高压丙烯回收系统在中压范围内进行操作(1.8MPa),丙烯和丙烷等的气液混合物要保持高流量,工艺操作温度为60~80℃,要高于丙烯组分的闪蒸点。
在D301底部有一条采样线,采样线末端配有一取样罐Z302,用于收集D301排出的聚合物粉料。先将聚合物粉料夹带的气相丙烯排放,然后用钢瓶装CO2置换Z302使聚合物粉料中夹带的TEAL失活,接着用N2气置换,最后从Z302中取出聚合物粉料样品。
注意:为确保采样管线畅通,每次D301取样结束,都需要用工艺气体或N2气吹扫采样管线,不得使用CO2气体。
(2)低压脱气和循环丙烯压缩回收
生产均聚或无规共聚牌号产品时,聚合物粉料从D301直接排入F301。夹带少量气相组分(丙烯、丙烷等)的聚合物粉料在F301中继续进行气固分离。
F301底部聚合物粉料通过LIC3101调节LV3101以重力下料方式进入汽蒸器D501,气相组分(丙烯、丙烷等)经袋滤器过滤后从F301顶部排出,再经F302A/B进一步过滤后进入低压循环丙烯洗涤塔T302。在T302中,气相组分(丙烯、丙烷等)和白油/ATMER163(体积比1∶1)混合液逆流接触,除去气相组分夹带的催化剂细粉及所含的TEAL,ATMER163与TEAL反应产生稳定的液态油溶性络合物。当油中铝含量超过1.6%(wt)时必须被更换。气相组分经T302塔顶冷却器E304进入D304与油分离后进入PK301。
在不同生产工况下,经PK301压缩的气相组分送到如下系统: 1)生产均聚或无规共聚牌号产品时去T301。
2)无论何种工况下,PK301压缩的气相组分都作为袋滤器F301吹扫的补充反吹气。 3)为确保PK301运行平稳,通过PIC3401调节PV3401控制PK301入口返回气量。
在F301以及相关设备中含有高浓度的易燃碳氢化合物气体,如丙烷、丙烯,因而整个系统要在微正压状态下操作,避免氧气或空气进入系统形成爆炸混合物,在系统投用前,必须进行N2吹扫,当 F301超压时,通过PIC3101调节PV3101向火炬线放压。
丙烷、丙烯和乙烯气体虽然无毒,但它们会造成窒息。在任何区域都要防止这些气体在管内、下水道或死角处大量累积,达到危险程度。PK301系统分离出的油和凝液返回T302。
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(3)丙烯进料系统
D302中的丙烯大部分来自于原料精制单元,小部分来源于丙烯循环回收系统。P301A/B将丙烯送入环管反应器,P301A/B在任何时候都需要一个恒定的流量,因此一部分丙烯经过E305冷却后返回D302。D302的压力可通过E302蒸汽加热,丙烯汽化生成气相丙烯来维持。
丙烯进料系统含有大量易燃丙烯,注意防止其泄漏。排放至大气中的液相丙烯迅速汽化,能引起周围温度急剧下降,对皮肤和眼睛造成伤害。采样时,应穿戴好个人防护用具,例如:手套、面罩。采样瓶中不能完全充满液体,因为丙烯受热膨胀,会撑破采样瓶。
D302 设置了检测仪表来检测设备正常运行,液位过高或过低时都会有报警。由于丙烯易燃易爆,所以丙烯泄漏是十分危险的。它的比重高于空气,将滞留在地面,并于低洼处聚集。 1.1.3.4 500单元(聚合物汽蒸、干燥)
(1)汽蒸
F301的聚合物粉料在重力作用下进入汽蒸器D501,汽蒸器的主要作用有两点: 1)使聚丙烯粉料中残余的催化剂、TEAL、DONOR失活。 2)回收聚丙烯粉料中的挥发性组分(丙烯、丙烷等)。
所用蒸汽必须不含CO、CO2及轻组份杂质,否则需处理这些杂质。
蒸汽分三路进入D501,大部分蒸汽通过D501下部和底部的蒸汽分布器加入,另一部分通过D501上部的环形分布器加入。通过D501下部的主分布器筛板提供与聚合物粉料接触的主要蒸汽流量。通过D501底部的副分布器筛板提供附加蒸汽,防止聚丙烯粉料走短路直接进入干燥器D502。D501上部的环形分布器用于特殊形状粉料(特别是片状的)汽蒸时使用。
残余催化剂的分解会产生HCl,如果有水的存在会具有很高的腐蚀性。因此汽蒸器外部设有低压蒸汽夹套,保证D501内壁水蒸汽不会冷凝。D501材质选用特种防腐合金。
汽蒸器D501是一个带低速搅拌器A501的立式桶状容器。A501用来搅拌粉料,使粉料和蒸汽充分接触,同时防止粉料架桥,帮助聚丙烯粉料以柱塞流的形式通过整个容器。
汽蒸器的设计主要不是用来获得一个充分的搅拌或流化效果的,相反,是为了获得一个膨胀床。 汽蒸器D501中的聚丙烯粉料通过LIC5001调节LV5001控制料位,这个料位能保证聚丙烯粉料达到A501搅拌器的上部叶片位置,如果低于这个料位,由于聚丙烯粉料停留时间的减少,汽蒸效率会下降。汽蒸器的汽蒸效率还和蒸汽的流速有关,流速应控制在使聚丙烯粉料流化的最小速度之下。
D501中的聚丙烯粉料在重力和较小的压差作用下,排向干燥器D502。
以水蒸汽为主要成分,并有少量挥发性烃类的气相组分(丙烯、丙烷)从D501顶部排出,排出气中夹带的聚丙烯细粉经旋风分离器S501分离,聚丙烯细粉通过喷射器C503返回D501。干净的气体自S501顶部进入汽蒸器洗涤塔T501,与自上而下的水逆流接触,P501A/B为T501的回流泵。回流液和塔温尽可能保持较高的温度,以便尽可能多地汽提烃类组分。
含挥发性烃类组分的饱和蒸汽经塔顶冷凝器E501部分冷凝后,液相组分通过T501上部塔盘溢流到4寸管中进行气液分离,烃类组分和少量水蒸汽自管上部进入汽蒸器尾气压缩机PK501,工艺水从管底部进入P501A/B入口。轻组分从T501顶排出进入PK501。
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