聚丙烯装置丙烯净化工序设备布置及配管设计

聚丙烯装置丙烯净化工序设备布置及配管设计

摘要：聚丙烯是由丙烯单体聚合反应制得的一种高分子化合物，是一种通用合

成树脂（或通用合成塑料），具有许多优良的特性和加工性能，并易于通过共聚、共混、填充、增强等工艺措施进行性能改进，在国民经济和日常生活中占有越来

越重要的地位。基于此，本文对聚丙烯装置丙烯净化工序设备布置及配管设计进

行了分析。

关键词：丙烯；净化；立式；设备布置；配管

引言：

UNIPOL工艺采用气相流化床催化生产聚丙烯，是目前应用最广泛的聚丙烯工业化工艺。原料丙烯中携带的硫（COS、H２S等）、H２O、AS、Ｐ、CO、CH４

和不饱和烃等杂质会严重影响催化剂和助催化剂的活性和选择性，因此，必须在

丙烯聚合反应前设置净化单元，降低杂质的含量。

吸附是多孔固体表面选择性吸着气体和液体的物理现象，是一种常见的传质

分离方法。吸附剂吸附饱和后可采用降压或高温再生后重复使用，两个吸附床层

交替进行吸附－再生循环可实现连续吸附分离操作。

丙烯净化通常采用多台立式固定床设备装填多种固体吸附剂和催化剂，直接

吸附杂质或者将杂质催化反应成易于分离的物质，达到逐步、逐级脱除原料丙烯

中多种杂质的目的。本文通过某UNIPOL工艺聚丙烯项目工程实例，在实现工艺

性能、满足安全生产、方便安装操作检修要求的前提下，总结了丙烯净化工序立

式固定床设备组布置和并联设备多操作工况配管设计的要点和经验，为类似项目

的设计提供参考。

1.工艺流程

本项目丙烯净化工艺流程见图１，脱气塔为板式塔，精馏出塔顶的轻组分杂

质排入火炬。其余净化设备均为立式固定床设备。本装置不需设固碱罐和脱硫罐。只有一级干燥罐和二级干燥罐，均为2台并联。分别设立在精馏塔前后。采用物

理吸附，需要去除二甲醚，甲醇和其它极性分子。最后设过滤器。一、二级干燥

罐装填高效吸水剂，吸附穿透时间为15d，脱硫罐内脱硫吸附剂穿透时间为30d。当一台罐内吸附剂吸附饱和、失去净化能力后，通过阀门将此设备隔离出净化系统，并联的另一台进入正常操作状态。对隔离的床层进行降压退料后通入高温氮

气再生，吸附剂在高温、低压环境中释放吸附的杂质恢复吸附能力。一、二级干

燥器再生需要不同温度的热氮气分两步进行。二级干燥器再生后重新装填前需要

提前进行预载，防止过量丙烯通过放出大量的热烧坏床层。

图１ UNIPOL工艺丙烯净化流程

2.设备布置

2.1丙烯脱气塔的停车或者排空

在脱气塔停车之前，塔底中的液面应该落到低点，这将确保塔底中有足够的

液体提供给塔盘。当对脱气塔进行降压运行时，确保有水流经过脱气塔冷凝器壳

程进行排水，这是为了防止如果在排气过程中出现低温时，促使水结冰而导致外

壳损伤。无论何时，都需要对丙烯脱气塔进行排放，塔底中剩余的丙烯可以转移

到放空回收设施，直至塔底（LA2L-2008-4）中的液面联锁装置关闭丙烯泵。此时，

塔底升级的丙烯可以排放到火炬。

2.2丙烯净化过程中的容器加压

丙烯净化区中的设备在低于-10。C的温度下的额定值仅为0.932MPag。因此，当温度低于-10。C时，无论如何，不能将设备加压到第二额定值0.932MPag。在

吹净或者降压过程中，当温度由于丙烯蒸发到氮气中，而有可能降至-70。C时，

这一规定对于固定床容器显得尤为关键。

2.3丙烯干燥器再生和预载运行

液体丙烯从干燥器（C-2016或C-2018）出来，通过管线P-20BO3缓慢加压进

行再生，再进入客户的OSBL设施，该运行的启动力来自PCV-2016-11的高纯度氧，这一排放工序耗时大约一个小时。从干燥器中排出液体丙烯后，对于干燥器床进

行一次暖吹净，促使残余的丙烯从床上脱离。氮流向下流经干燥器床通过再生限

流孔板流入火炬。当丙烯从干燥器床上脱开后，应该启动杂质水等清除程序。把

干燥器床入口处氮的温度提高到290。C，进行再生工序。暖吹净工序和加热工序

都在0.241Mpag的压力条件下进行。加热工序结束后，启动床冷却工序，通过在0.241Mpag的压力提哦啊见下促使室温氮流经干燥器床进行干燥器床的冷却。当

加热的床温降至45。C或者是更低时，把丙烯预装入干燥器床。

2.4分子筛床更换

大约每三至五年需要更换丙烯干燥器中的分子筛，从工艺分离出来以后，容

器应该排净液体，把容器中的气体排放到火炬，用氮进行暖吹净，时间与再生运

行中使用的时间相同。如果分子筛被倒在密闭的料筒，放置在阳光下，那么对于

吸附剂上方空气中的残留丙烯来说，不能超过爆炸限制。通过在打开容器前进行

一次气体安全检查。安全检查必须在保持容器35KPag的压力一小时后进行。用

测爆仪在排放管线末端取样从容器中出来的排放气流。测爆仪显示的读数必须低

于空气中丙烯最低限制的25%。气体安检完成之后，必须促使筛子物质水合。要

进行水合工序是因为用过的吸附剂遇水会发热，促使其吸附的碳氢化合物被释放。此时可以将水合过的分子筛物质导入料筒当中。

3.配管设计

3.1设计实例

以一级干燥罐为例，介绍高、低温压交变工况并联设备的配管设计。一级干

燥罐有３种设计工况：①90℃和2.9MPA（ｇ）的正常吸附工况；②-46℃和

0.93MPA（ｇ）的降压放空工况；③340℃和0.931MPA（ｇ）的高温再生工况。

每台吸附床15d要进行１次吸附－降压－再生循环操作。与设备管口相连的管线

也同步经历常温高压－低温低压－高温低压交变工况。一级干燥罐相连管道的配

管设计见图４。丙烯是易燃易爆危化品，管线间设置多个阀门防止内漏发生危险。从图中可以看出，与设备顶部和底部管口相连管道在与管口垂直的平面上做成“π”形，以增加柔性，满足循环“热胀冷缩”的应力需要。管道尽量短，且通过“步步高”或“步步低”的走向避免了产生难以封闭、排入火炬的低点。阀门集中布置在并联

设备中间，阀杆位于距地面或平台500～1700ｍｍ之间，方便操作。罐顶人孔上方管道设置可拆，方便打开人孔和装卸吸附剂。

图４一级干燥罐配管设计

3.2设计要点

根据介质特性和高、低温压交变工况并联设备的操作特点，配管应满足以下要求：①管

道集中布置在设备一侧，避开吸附剂装卸区域；②管道走向有足够柔性，进行多工况应力计

算分析，避免冷热相连的管线应力超标以及对并联设备造成损坏；②阀门分别在罐顶平台