抗冲共聚聚丙烯生产工艺主要操作控制参数分析

抗冲共聚聚丙烯生产工艺主要操作控制参数分析
摘要：针对液相本体聚合法聚丙烯装置的工艺特点和过程控制需求，设计了浓
度控制器、质量控制器、产量控制器和牌号切换控制策略。

基于先进控制软件APC-Suite建立了聚丙烯装置先进控制系统。

工业应用结果表明：先进控制系统可
提高生产装置的氢气浓度、反应器密度，产品质量等关键工艺指标的平稳性，减
少牌号切换时间，降低操作人员劳动强度，进而获得显著的经济效益。

关键词：聚丙烯；氢气浓度；反应器密度；先进控制
1.聚丙烯分析
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。

丙烯聚合反应机理较为复杂，原料纯度、催化剂类型、生产负荷、蒸汽温度、进料流量等的变化都会对聚合反应产生影响。

聚合生产过程具有明显的非线性、
大滞后、强耦合特性，在负荷调整或产品牌号切换时，容易产生调节不及时，工
艺参数波动大等问题，常规控制策略难以解决这类控制问题，需要依赖操作人员
的经验来保证装置经济运行要求。

以预测控制、智能控制和软测量为核心技术的
先进控制策略可以较好地解决复杂过程控制问题，实现过程协调控制与优化运行，已在国内外炼油、石化和化工行业得到了广泛的应用。

先进控制系统可以明显提
升装置运行平稳性，稳定产品质量，提高产品收率，降低装置消耗。

液相本体法聚丙烯装置的控制难点之一是反应器的稳定控制。

反应器常规控
制系统设计有反应器温度串级控制、反应器分压串级控制、进料氢气浓度串级控
制等。

从实际运行情况看，反应器分压、进料氢气浓度控制效果不理想，波动幅
度大，需要操作人员经常干预。

反应器分压串级控制是通过调整新鲜丙烯进料量
来控制反应器分压。

反应器分压表征了反应器内部固含量，受到反应器聚合反应
产率、新鲜丙烯进料量、物料停留时间等的影响，再加上反应器容积较大，调节
通道存在较大的时间常数。

进料氢气浓度串级控制通过调节氢气进料量来控制氢
气浓度，并将新鲜丙烯进料量作为前馈变量，保证氢气进料量和新鲜丙烯进料量
符合一定的比率要求。

在实际生产过程中，不同的生产负荷和产品牌号对于氢气
量需求存在明显差异。

一般而言，生产负荷越高，需要的氢气量越大，生产负荷
越小，需要的氢气量越小；熔融指数高的牌号，需要的氢气量大，熔融指数低的
牌号，需要的氢气量小。

此外，丙烯本身就带有一部分氢气，该部分氢气浓度变化，也会影响到氢气浓度的稳定控制。

液相本体法聚丙烯装置的控制难点之二为
产率控制和产品质量控制。

常规控制系统设计中，聚合反应产率主要依赖调整催
化剂流量来加以控制；产品质量一般需要根据化验分析值的变化来调节反应器内
丙烯、氢气浓度。

聚合反应产率控制和产品质量控制都需要依赖操作人员的经验，很难保证调节的一致性和控制的平稳性。

由于聚丙烯装置工艺过程复杂，前后单
元之间关联紧密，产品牌号切换频繁，常规控制很难处理这类复杂过程控制问题，因此迫切需要采用先进控制软件来建立聚丙烯装置先进控制系统。

2.抗冲共聚聚丙烯生产工艺主要操作控制参数
2.1丙烯脱气塔的停车与排空
在脱气塔停车之前，塔底的液面应该落到低点，促使塔底有充足的液体提供
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结冰而导致外壳损伤。

无论何时需要对
丙烯脱气塔进行维护时，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，塔底剩余的丙烯可以排放
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°的温度下的额定值仅为0.932MPag。

因此，
当温度低于-10°时，无论如何，都不能把设备加压到第二额定值0.932MPag。

在
吹净或者是降压过程中，当温度低于丙烯蒸发到氮气中而有可能降至-70°时，这
一规定对于固定容器显得尤为重要。

2.3丙烯干燥其再生和预载运行
液体丙烯从干燥器（C-2016或者C-2018）出来，通过管线P-20B03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PCL-2016-11的高纯度氮。

这一排放工序耗时大约一个小时左右。

从干燥器中排出液体丙烯后，对干燥
床进行一次暖吹净，促使残余的丙烯从床上脱离。

从再生氮加热器（E-2114）出
来的氮流在120°时应该设置一定的数值。

氮流向下流经干燥器床通过限流孔板流
入火炬。

当丙烯从欧冠干燥器床上脱开后，应该启动杂质清除程序。

把干燥器床
入口处氮气的温度提高到290°进行再生工序。

暖吹净工序和加热工序都在
0.241MPag的压力条件下降进行。

加热工序结束后，启动床冷却工序。

通过在
0.241MPag的压力条件下使室温氮流经干澡器床进行干级器床的
冷却。

当加热的床温降至45°C或更低时，把丙烯预装入干燥器床。

2.4低温的可能
在大气中丙烯的沸点为-45.5°C。

所有的主要设备，除了那些工作温度更低的外，都指定了双重压力，温度级别，丙烯在这些设备中以液态形式存在运转。

第
一级别为低至10°C，第二级别为-46°C，0.931MPag。

当液体加载到设备里出现意
外的压降时，第二级别保护了碳钢设备不被损坏。

这一工艺管道须在-46°C的情
况下作应力分析。

在-46°C,0.931Mpag的条件下对其进行应力分析之前，请勿修改不与此设备相关的丙烯工艺管件。

丙烯干燥时，在床层再生的保温冲洗一步温度
可能低至70°C。

这些容器被指定了第三级别，即-70°C,0.932Mpag。

与干操器相连
的工艺管道须在-70°C的情况下作应力分析。

在-70°C，0.932Mpag的条件下对其
进行应力分析之前，请勿修改不与此设备相关的丙烯工艺管件。

不可将液态丙烯
从管线或者容器中放空移除。

任何悄况下都不能用氮气“风干”液态丙烯，否则温
度会降低至-100°C(丙烯分压降低的缘故)。

2.5再生时防止碳氢化合物在床层之间流动
再生时床层之间的泄露，如碳氢化合物从使用中的床层经过再生氮气集管倒
流回在进行再生的床层，将导致危险的放热行为。

为有效解决该种危险事故，在
实际操作过程中应该注意以下几点。

第一，所有的阀门必须正确安装，再生循环
必须正确操作。

第二，不要同时再生与预载两个床层。

第三，将分子筛隔离进行
再生的阀门上必须贴上于相关的警示标签，警告分子筛正在进行再生。

结语：
生产系统操作人员经过培训和试运行之后，逐渐乐于接受这种系统，来投入
日常的工艺管理，来控制生产参数，来产生更大的效益。

参考文献:
[1]贾世奇,袁飞.无规共聚聚丙烯管力学性能影响因素的研究[J].塑料工
业,2009,37(11):38-40.
[2]刘强,王霞,谢克锋,宋赛楠,黄安平.无规共聚聚丙烯的发展及应用[J].广东化工,2011,38(11):51-53.。