聚丙烯生产中丙烯循环回收改进及应用

化工进展l18CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2003年第22卷第2期聚丙烯生产中丙烯循环回收改进及应用黄新平中国寰球工程公司,北京100029)摘要介绍了在环管反应器本体聚合工艺技术中对丙烯循环回收工艺路线的改进和应用情况,并与原工艺路线做了较详细的比较。在同类工艺技术的聚丙烯裝置中采用改进的丙烯循环回收方法,可节省工程建设投资,缩短施工周期,降低相关设备的运行负荷和操作费用,具有推广应用的前景。关键词聚丙烯,丙烯,循环回收,改进,应用中图分类号TQ221.21+2文献标识码A文章编号1000-6613X2003)2-018-04在聚丙烯生产领域,聚丙烯装置绝大部分采用过滤、压缩等设备能力不足,而需要更换或改造相的是 Basell公司( MOTELI与BASF的合并公司,应的设备,使得投资大幅度增加,施工周期延长,原为意大利 HIMONT公司)的 Spheripol聚丙烯工而影响总的经济效益。艺技术,装置主要包括催化剂制备、聚合反应、聚作者在多年聚丙烯工艺技术研究中发现,环管合物脱气和丙烯循环回收、汽蒸及干燥、挤压和造反应器本体聚合工艺技术的丙烯循环回收中的小循粒等工艺单元。在聚合物脱气和丙烯循环回收的工环工艺路线可以优化改进,即将高压洗涤塔底部含艺单元中,主要设备有闪蒸罐、袋式过滤器〔简称有少量聚丙烯粉末的浆料丙烯,由现工艺经过一条袋滤器入丙烯保护过滤器(简称保护过滤器)低小闪蒸线汽化后,连续返送到袋滤器进行气固分离压丙烯洗涤塔〔简称低压洗涤塔)循环丙烯压缩的小循环,改进为将这股物料用浆料泵升压送至环机(简称循环压缩机)高压丙烯洗涤塔(简称高管反应器直接回收,减少大循环的物料量,从而降压洗涤塔)等。从聚合工段排出的大量聚丙烯〔质低袋滤器、保护过滤器、低压洗涤塔、循环压缩量分数53%)和液态单体丙烯〔质量分数47%)机、高压洗涤塔的负荷,同时还可以降低操作能经过一条闪蒸管线(又称大闪蒸线)进入闪蒸罐使耗。此种构思于19年11月,在中国寰球工程公丙烯闪蒸汽化,并在此将聚丙烯与气态丙烯单体分司承担的某项聚丙烯装置扩能改造工程中得以离。从闪蒸罐分离岀的聚丙烯和夹带的部分丙烯单实施体流入袋滤器再进行气固分离,固相流入下游进汽蒸干燥处理,袋滤器分离出的气态丙烯经过保热1改进开发过滤器过滤、低压洗涤塔洗涤、循环压缩机压缩后作者参与扩能改造的这套聚丙烯装置,原技术与闪蒸罐中分离出的气态丙烯一并送入高压洗涤塔为环管反应器本体聚合聚丙烯工艺,采用的是原意洗涤,塔顶排出气经冷凝器冷凝,冷凝液一部分回大利 HIMONT公司 Spheripol技术,要求将产能由流,一部分送入丙烯进料罐,和新丙烯一起再由丙60kva(8.5vh)提高到90kU/a(12.5υ/h),扩烯供料泵送入聚合工段聚合,形成一个大循环,从能1.5倍。而实现聚丙烯生产工艺中的丙烯单体的循环回收针对这个要求,该项目的业主多次进行高负荷在此过程中,为防止高压丙烯洗涤塔底部物料累达标试验,发现第一瓶颈是本体聚合环管反应器至积,现有的工艺是将塔底物料(含有少量洗下聚丙聚合物脱气的大闪蒸线。为更有效地测试各设备能烯粉末的浆料丙烯)经过一条小闪蒸线汽化后,连力,在一次装置停车检修期间先脱这个瓶颈,然后续返送到袋滤器的入口,并入大循环的物流再进行再中国煤化工果发现设备瓶颈为本体气固分离、洗涤、压缩等大循环过程,形成一个,聚合YHCNMHG回收单元以及尾气压循环。丙烯单体在袋滤器、保护过滤器、低压洗涤缩及应益、气压缩机这两部分的改塔、循环压缩机及高压洗涤塔之间进行的小循环收稿日期2002-01-06。加大了设备的处理量,设备投资及能耗大。尤其是作者简介黄新平(1957-),男,高级工程师。电话010对该类技术的聚丙烯装置扩能改造,往往因洗涤、64286-80145。黄新平:聚丙烯生产中丙烯循环回收改进及应用造方案在此不论述施工周期长。因此,如何改造丙烯循环、回收单元对于丙烯循环、回收单元,不论从计算还是高成为该聚丙烯装置扩能项目继改造环管反应器改造负荷试验看,存在的瓶颈所牵涉的设备比较多,方案后的又一个改造的关键点。如:闪蒸罐、袋式过滤器、保护过滤器、循环压缩1.1改进方案比较机、低压洗涤塔、高压洗涤塔、高压洗涤塔再沸丙烯循环、回收单元的改造方案有两种:其器、高压洗涤塔冷凝器、高压洗涤塔回流泵、供料依照原装置 Spheripol工艺技术的丙烯循环、泵等。如若按原丙烯循环、回收的方法改造,所需回收方法改扩建(简称原技术);其二,按改进的改造或更换的设备较多,相应的工程建设投资较丙烯循环、回收新方法进行改扩建(简称新方法大,其中循环丙烯压缩机为需引进的成套机组,需根据丙烯循环、回收工段相关设备物料平衡计算,花80~100万美元引进。因改造或更换设备多,相原60kt/a规模、按原技术扩建到9kt/a规模和按应的管道、仪表改造、更换量和钢结构、设备基础新方法扩建到9kt/a规模要求的相关设备处理量改造量也随之增加,安装工程量非常大,需要的比较如表1。表1扩建前后丙烯循环、回收相关设备处理量比较表kt/a装置有关90kt/a扩建装置原90kt/a扩建装置(新设备处理量技术有关设备方法洧关设备设备名称单体处理增量单体处理增量D/kg h处理量②/kgh处理量③/kgh倍数②倍数③÷①聚合物单体聚合物单体聚合物单体闪蒸罐8338,37305,812507.510960.712507,510960.71.501,50袋式过滤器8338.31600.612507.52400.912507.51600.9保护过滤器1288低压丙烯洗涤塔1392.12088.21288.21.500.93循环丙烯压缩机0.93高压丙烯洗涤塔7697.410746高压丙烯洗涤塔冷凝器12597,4171461.36高压丙烯洗涤塔再沸器50006500111高压丙烯洗涤塔回流泵回流量6500181.18循环量7097,41064698461.39至袋式过滤器的小闪蒸管线1.600.00高压丙烯洗涤塔底浆料泵供料泵15609.323458.822658.81.45根据计算可以看出,对环管反应器本体聚合工机功率下降80kW,高压丙烯洗涤塔冷凝器冷却负艺技术聚丙烯装置的扩能改造,用改进的丙烯循环荷下降312MJ/h,取消小闪蒸管线蒸汽加热负荷回收新方法,将产能由60kt提高到90kt,其丙烯312M/h,这3项综合节省能耗标油33.4kg/h循环、回收工段的设备袋滤器、保护过滤器、低压(目前,裝置操作实际节省能量见2.2节)如果加洗涤塔、循环压缩杋、髙压洗涤塔、髙歴洗涤塔冷大髙压丙烯洗涤塔塔底至反应器旳物料量,还会更凝器、高压洗涤塔再沸器、高压洗涤塔回流泵、小进一步地降低高压洗涤塔冷凝器旳冷凝负荷、再沸闪蒸管线、供料泵的负荷均低于用原循环回收方法器的加热负荷和丙烯供料泵的输送负荷。的改造所需负荷。其中,保护过滤器、低压洗涤从上述比较来看,丙烯循环、回收单元扩能改塔、循环压缩杋的负荷下降38.31%,甚至低于原造,仅需换一台大的闪蒸罐和增加髙压洗涤塔冷凝装置ω0kt产能的相应设备的负荷;袋式过滤器气器换执而积按要求丙烯供料泵需要并联一台大相负荷下降33.33%,等于原装置60kt产能的相流中国煤化工前已经完成了这个工应设备的负荷;高压洗涤塔负荷下降6.93%;高作。CNMHG和其他设备负荷虽说压洗涤塔冷凝器和回流泵负荷下降4.6%;供料下降较少,但经计算均能满足改扩建要求。另外泵负荷下降3.4%;小闪蒸管线没有负荷。用改进为将高压洗涤塔塔底含聚丙烯粉末的浆料丙烯输送的丙烯循环回收新方法,同时还降低操作能耗,虽至反应器,需增加两台浆料泵。然增加的浆料泵电机功率为22kW,但循环压缩电根据这个方案和采用原工艺技术改扩建丙烯循1202003年第22卷环回收单元比较可节省投资(不包括袋滤器和丙烯气蚀供料泵的节省〔6)浆料泵将塔底物料增压,送至反应器,在设备费921.5万元人民币(其中循环压缩机按入口处采用特殊阀门,并用新丙烯冲洗80万美元计),材料费(包括钢结构)48.5万元人民币,安装费(包括拆除)万元人民币,其他2应用情况和效果费用138万元人民币。合计1186万元人民币2.1应用工程的情况安装工程量的减少,使施工周期缩短至少10本项目改进的丙烯循环回收新方法,已于天。避免因岀售丙烯原料造成的利润损失约306万2000年用于某聚丙烯装置扩能改造项目上,生产元人民币,(以项目业主提供的依据,丙烯岀售价能力由60kt/a提高到90kta,而丙烯循环回收工格按2890元计,聚丙烯售价按4500元计,生产段因采用本项目开发的工艺技术仅增添两个小流量成本按590元计,每吨减少损失为1020元,产量浆料泵,避免了更换价值80~100万美元的循环丙按12.5t/h,均不含税烯压缩机,避免了更换低温碳钢压力容器高压丙烯因而,将改进技术用于扩建改造同类技术旳聚洗涤塔和低压丙烯洗涤塔以及配套的冷凝器、再沸丙烯装置是有效的、实用的,可节约30%的投资,器以及回流泵、保护过滤器等一系列设备,使总投并可避免因工期造成的经济损失,同时降低操作能资控制在2774万元以内。与用原 Spheripol技术方耗。对于新建同类技术的聚丙烯装置同样可降低与法相比,节约投资约1186万元人民币。在该公司小循环有关的一系列设备的负荷,减少设备投资,全厂大检修期的一个月内完成施工安装和试车,并并降低操作能耗次投料开车成功,且达到扩能的全负荷,此项1.2改进设计避免因出售丙烯原料而将要造成的经济损失约306装置能力由60ka扩建到90kt/a,用于高压万元人民币。目前该装置超负荷运转,达到了丙烯洗涤塔塔底输送聚丙烯粉末的丙烯量为80013.5υh(近100kta)的生产能力,且装置运行kg/h。该股物料的特性和处理要求如下状况良好。以此计算,创造了万吨生产规模投资仅1)聚丙烯粉末内的催化剂仍有活性,会继续745.7万元的好水平;实现了产能提幅大、投资发生聚合反应,流动不畅或流速缓慢会因聚合粘低、施工周期短的目标。壁、结团堵塞管道以70~100kt/a环管反应器本体聚合聚丙烯装(2)压力1.8MPa(表压)48℃处于饱和置为例,不论扩能改造还是新建,采用本项目开发状态的工艺技术,将使丙烯循环压缩机负荷下降约3)量小,与反应器的压差大(ΔP=1.6~35%~40%,低压丙烯洗涤塔、丙烯保护过滤器负1.7MPa);荷和袋滤器气相负荷均下降约35%-40%,高压4)必须稳流量连续送出丙烯洗涤塔负荷下降约7%~10%,丙烯供料泵负5)循环水、供电、仪表风故障和火灾时,必荷下降约3%~5%,本工段除闪蒸罐外,其他设须停止向反应器供料备负荷也略有下降。因此,在环管反应器本体聚合针对这些特点,在设计中采用如下措施聚丙烯装置上采用本项目开发的工艺技术,对于降1)选用小流量、高扬程旳高速离心浆料泵,低设备投资、降低生产操作能耗具有非常高的经济两台并联,且运转泵故障时另一台泵联锁自启动,意义。实现不断流;并兼顾加大该股物料的流量,可更进2.2应用工程的效果步降低高压洗涤塔再沸器热负荷和冷凝器冷却2.2.1解决了丙烯供料泵能力不足的问题负荷原装置中的丙烯供料泵(即扩能改造之前车间2)泵和管线有死端或缓流处用新鲜丙烯冲并联的设备)能力最大为26t/h,按原技术扩建要洗,用于防堵求该泵原正常操作能力为26t/h若不更换,该泵(3)采用适当的控制量恒定系统,使反的商Y口中国爆化击反电图(图(4)设置一套完善的停泵、关阀联锁系统,并2.5,〖,以泵的负荷,使该泵操与装置紧急停车联锁回路相通,当发生电故障、仪作弹性增大。表风故障、循环水故障以及火灾时,该浆料泵参于2.2.2提高了装置运行时间,减少了停车次数反应器紧急停止进料联锁1)提高了袋式过滤器的使用寿命由于高压〔5)采用一套工艺措施,以保证泵的进口不洗涤塔洗下的聚丙烯细粉不再循环到袋式过滤器,黄新平:聚丙烯生产中丙烯循环回收改进及应用使滤袋接触的聚丙烯细粉量大大减少;并避免了因涤塔的蒸汽消耗约150kg/hs由高压洗涤塔至袋滤器小闪蒸线挂壁需要大量丙烯综合节省能耗:电58kW/h、循环水50t/h、冲洗对滤袋的沖击,使滤袋寿命超过395天(395低压蒸汽350kg/h折合标油44.5kg/h天是指2001年4月20日~2002年5月21日停车消灭缺项的时间,并不是因袋式过滤器的滤袋和高3推广应用前景压洗涤塔再沸器故障而停工。),创造了裝置滤袋使目前,在中国拥有的聚丙烯装置生产工艺以环用的最长寿命。管反应器本体聚合工艺技术居多,其装置规模大都2)延长了高压洗涤塔再沸器的使用时间原在丌0kt/a以下,随着市场需求的增加和经济的发装置的高压洗涤塔再沸器经常因聚丙烯细粉挂壁而展,这种规模小于100k的聚丙烯装置都将面临影响了加热效果,改造后,减少了再沸器的负荷着扩能改造。在进行扩能的同时往往也因为在现有〔约减少汽化丙烯800~1700kg/h)当再沸器达的聚合物脱气和丙烯循环回收工艺过程中,因高压到一定程度的挂壁时仍然能够维持髙压洗涤塔旳运洗涤塔、袋滤器至循环丙烯压缩杋旳丙烯气量的增行。使该设备连续使用周期超过了395天仍可加而造成压缩、洗涤等设备能力不足,所以相应的使用。改造将会增加一大块投资,并延长施工周期,以致2.2.3降低了能耗影响经济效益。采用本技术可以很好的解决上述问1〕用浆料泵把髙压洗涤塔塔底浆料丙烯送至题,从而达到减少投资、降低能耗、缩短工期、提反应器直接回收,不再用高压洗涤塔至袋滤器之间高经济效益的目的。另外,从生产现场反馈信息表的小闪蒸线,避免了约800kg/h的丙烯汽化,节明,应用该技术还大大延长了袋式过滤器中滤袋的约蒸汽200kg/he使用寿命和高压洗涤塔再沸器连续使用时间,从而(2)因为减少了小闪蒸线和高压洗涤塔再沸器延长整个装置运行周期。的汽化丙烯量,同时相应地减少了高压洗涤塔塔顶将本项目所开发的技术用到新建的同类技术的冷凝器1700~1900t/h的冷凝负荷,节省冷却水聚丙烯装置中,同样可以降低设备投资和能耗。因消耗量50t/h。而,本项目改进开发的丙烯循环回收新方法具有广3)循环压缩机负荷降低。按原技术改扩建,阔的应用前景。循环压缩机的电机功率需要240kW,采用改进技术,压缩机负荷不增加,仍沿用原160kW电机,扣注:这项改进的丙烯循环回收工艺技术已申报除增加的浆料泵电机负荷2kW,节省电能58kW/ao国家专利1(4)减少了后续单元汽蒸干燥工段中汽蒸洗涤参考文献塔內热水加热所需的蒸汽消耗。高压丙烯洗涤塔再沸器的热源来自于汽蒸器洗涤塔的工艺热水,该工1黄新平.一种聚丙烯生产中丙烯循环回收方法[P]Z艺热水由蒸汽加热。采用改进技术减少了再沸器的011360356,2001汽化量,降低了热负荷,相应的也降低了汽蒸器洗Improve Process Technique and Application for Propylene recycleRecovery in Polypropylene plantHuang XinpingChina Huanqiu Contracting Engineering Corp. Beijing 100029)Abstract This article introduces the improvement and appolymerization process technique of loop reactors and compawill save the investment in engineering construction andTHEnvlene rervrle recovery in中国煤化工technique in detail. ItCNMHGIload and costrelated equipment to adopt this propylene recycle recovery technique in the propylene plant of similar processtechnique. This new technique will have a bright future in popularization and applicationKeywords polypropylene propylene recycle recovery improvement application编辑黄丽娟)