气相法聚乙烯反应器静电的形成原因及消除方法

摘 要：本文分析了气相法聚乙烯反应器中静电的形成及对反应造成的危害，并根据不同的静电产生的原因分析了静电的消除方法，静电产生后应采取有效地措施进行预防，及时消除静电才能保证装置运行情况良好。

关键词：聚乙烯；反应器；静电；消除

武汉乙烯线性低密度聚乙烯（LLDPE）装置采用气相法冷凝工艺。该工艺投资少，工艺简单，主要通过反应气体循环过程中在催化剂的作用下聚合生成原粒聚乙烯树脂，循环气起到反应和提供流化的作用。在流化状态下，颗粒与颗粒，颗粒与壁面以及颗粒与气体之间存在不断的碰撞和摩擦，原料中存在的杂质在与活化剂三乙基铝反应的过程中会分别生成正负静电引发剂，因此，不可避免地会造成静电的产生和积累。

产生的静电会严重影响流化床内的流体流动行为，形成死区和沟流，并造成颗粒团聚、粘壁甚至熔融结片等现象的发生。当静电积累到一定程度，还可能引起火花放电甚至爆炸。

反应器的静电情况对我们能否顺利开车成功有着很大的影响，它也是开车平稳后操作人员需要注意的最重要的参数之一，因此弄清楚流化床反应器中静电的产生机理对我们今后的生产有着至关重要的意义。

1 静电的产生

一般来说，产生电荷和消除电荷是同时进行的，整个系统的带电情况遵循电荷守恒定律：聚合电荷=产生电荷一消除电荷。在流化床反应器中，循环气中的粉料在反应器中主要存在两种接触方式，分别是粉料与粉料之间的接触以及粉料与反应器壁之间的接触。粉料之间的接触发生在同一种材料之间并且随机发生的，因此会产生偶极电荷粒子的分布；粉料与反应器壁接触时会在接触点产生同性电荷，直到他们之间的电压达到平衡值。通常这两种方式产生的静电量能被异性电荷中和，或是产生的少量较弱的静电能被反应器的接地及出料系统的出料带出，所以这种方式产生的静电对操作影响基本上可以忽略不计。

而在反应器使用钛系催化剂时，需要向反应器内注入还原剂三乙基铝，其化学式为Al（C2H5）3。如果系统中存在杂质与三乙基铝反应，则产生静电引发剂，破坏反应器内的静电平衡而产生问题。三乙基铝在反应器中发生的主要反应如下：

反应系统中一般的常见的带电杂质有：水、甲醇、乙醇、氧气等，其中水是负静电引发剂，后三者是正静电引发剂。本装置中产生静电影响的一般是水和氧气。根据分析和实践证明，氧气主要来源于氮气，随着氮气中的氧含量增加，正静电也增加。水主要来源于共聚单体，水含量增加，负静电也增加。

另外，树脂中细粉量过多、过细，也会加剧静电的产生，粒径最小、灰分含量最高的细颗粒对静电压的影响最为显著。因此，控制反应器的粒径分布对于反应器中的静电情况也有一定的影响。

2 静电对反应器的危害及预防

2.1 静电对反应器造成的危害

聚乙烯流化床反应器易产生静电的这一特点决定了反应将始终处于静电的环境中进行。聚乙烯粉料在反应器中受到浮力，重力，拖曳力以及静电力的作用。浮力和重力的作用维持流化床的流化状态床层的料位。静电力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子从器壁上脱开的。带电树脂颗粒产生的电场使粒子向反应器壁方向运动。起初，气泡和固体运动产生的拖曳力比静电力占有主导地位。原料精制系统精制效果下降时进入流化床反应器的杂质含量会不断升高，聚合静电会在反应器中不断累积。当静电超过拖曳力时，在反应器壁上便会形成含有催化剂的正在聚合着的树脂粉层。

由于反应器壁上的树脂粉层与流化气体没有足够的接触，因此，反应热的移出是有限的。其结果使反应器壁上的细粉熔融并粘结在反应器壁上，其它的颗粒粘附在融化层上，直至颗粒尺寸逐渐增大，从反应器壁上掉下来为止。另外，反应器的特殊扩大段设计使细粉由于料位或气速控制不当，而沉积在膨胀段的斜坡上，易于形成结片。当产生的树脂重力大于静电力和流化力时，从器壁上落下，落到分布板上，形成结块和引起其它问题。

2.2 操作中对静电的预防

应器中静电形成的机理，我们就可以结合这些原因来预防静电的形成以及尽快的消除静电。在流化床反应器上安装三个静电检测装置，分别检测因射流和气垫的存在而空隙率大、静电压较低的“分布板区”，颗粒浓度和电荷密度较大、静电压较高，且气流曳力最小、颗粒极易粘壁的“滞留区”以及细颗粒扬析量较多、壁面附近静电压较高、颗粒粘壁现象严重的“料位区”的静电情况来检测反应器的静电情况。根据反应静电情况及时采取相应的措施操作。尽量减少静电对反应造成的不良影响，静电对反应器的影响主要包括反应开车时以及在正常操作过程中。

开车初期存在过高的静电如果无法及时消除会造成床层流化状态的恶化，甚至会造成反应器开车的失败。停车时反应器壁暴露空气之前如果没有水解床层，树脂粉料中残存的三乙基铝等杂质会和空气中的氧气发生反应生成会诱导静电的物质，在开车时反应器循环升温的过程中会产生较高的静电。因此在停车后要加入一定量的水充分水解床层。水解床层时水和粉料中残存的三乙基铝反应会生成醇类物等吸附在反应器壁上在下一次反应开车时产生正静电。不过这些静电随着脱水的进行会自行减弱甚至消失。反应器在开车前要进行充分的脱水和脱氧，若不够充分，也会因为反应器静电过高而造成开车失败。

在正常生产过程中产生的静电主要是由于原料中的杂质含量超标以及静电的积累造成的。因此在反应过程中要严格控制原料中的杂质含量，防止过量的水，氧，醇等进入反应器。因此要紧密监视各精制床层温度的变化，及时进行精制床层的再生和切换保证良好的脱水脱氧效果。在日常的操作过程中也要注意精心操作，防止操作过程中带入水和氧等杂质进入反应器产生过多的静电。例如在雨天处理反应器仪表故障或拔出催化剂时如果带入水或者氧气进入反应器会造成静电值升高。另外在反应系统改变工艺流程时也要小心操作防止工艺参数的剧烈波动引起静电平衡的破坏。

为了减少反应器静电造成的粉料粘壁现象，可以在反应器初始开车时对反应器壁进行化学处理，对反应器壁表面镀铬可以减少树脂粉料在粉料上的结块。

3 反应器出现静电时采取的主要措施

目前产生静电后的主要方法是向反应器中注入对应的抗静电剂来消除反应中过量的静电，主要原理是通过往反应器中注入水来消除过量的正静电，往反应器中注入醇来消除过量的负静电。由于水和醇本身也是产生反应器静电的物质，因此在加入抗静电剂的过程中一定要控制好加入量，缓慢加入抗静电剂，防止静电反相的发生。抗静电剂的注入点距反应器分布板越近，抗静电系数越好。本装置中的抗静电剂注入点位于循环气进入反应器的入口管线上。

当反应器中静电较小时，主要需要稳定工艺参数，降低催化剂注入量的同时提高三乙基铝加入量，并密切注意静电情况以及反应器壁温的变化，小心加入静电消除剂，正电加水负电加甲醇，加入量由小到大，同时给反应器一定的防空量以利于静电的消除。当反应器内产生高于2000V以上的静电时，并且静电持续不下，在注入静电消除剂后不起作用时，应立即注入终止剂CO终止反应。静电产生时三乙基铝的加入量应适当增加，并要首先降低或停止催化剂的加入。

4 结语

对流化床反应器中的静电形成机理和静电的消除方法的研究还远远没有达到先进水平，国内的装置生产情况跟国外先进水平相比还有一段距离，我们要加强对静电问题的理论研究，并结合今后生产中的各种实际问题，不断总结经验。尽量减少静电对反应器造成的危害，实现装置运行的安全稳定。

参考文献：

[1]邓世强.静电对Unipol反应器的影响[J].石油化工技术经济，1992，3（08）：72-75

[2]张子成.流化床反应器的静电与结片的消除方法[J].炼油与化工，2007，2（18）：24-26

作者简介：池洋，助理工程师。