Novolen工艺聚丙烯装置循环气冷凝器超温问题分析及改进

杨加义，李瑞龙，田广华，唐建兵，吴荣炜，王俊杰，李建伟

（1.国家能源集团宁夏煤业烯烃二分公司，宁夏 银川750411；2.国家能源集团宁夏煤业煤炭化学工业技术研究院，宁夏 银川750411）

引 言

国家能源集团宁夏煤业烯烃二分公司（简称烯烃二分公司）采用Novolen工艺生产的聚丙烯产品，以400万t/a煤炭间接液化项目生产的石脑油为原料，经石脑油裂解、烯烃转化（OCU）等工序生产原料丙烯，共有60万t/a产能，两条生产线：第一条生产线聚丙烯产能24万t/a，由两台聚合反应器串联操作，生产抗冲共聚物、无规共聚物和均聚物；第二条生产线聚丙烯产能36万t/a，由两台聚合反应器并联操作，生产均聚物和无规共聚物。丙烯聚合为聚丙烯工艺包括原料精制、聚合反应、粉料净化、挤压造粒、成品包装等工序。循环气冷凝器位于聚合反应工序，反应过程中，通过循环气冷凝器对反应器内部释放的反应热进行撤热[1]。

在生产聚丙烯牌号为1 100 N产品过程中，发现循环气冷凝器保温层局部被烧焦，器壁局部严重超温。对Novolen工艺装置在生产运行过程中遇到的循环气冷凝器超温问题进行原因分析，并进行了相应的改进，现介绍如下。

1 循环气冷凝工艺及存在的问题

1.1 循环气冷凝工艺

循环气冷凝工艺流程示意图见图1。来自反应器的循环气，于68℃进入循环气冷凝器壳程，在2.9 MPa压力和管束冷却水的作用下，大部分丙烯被冷却为液相，通过液位控制，自底部循环丙烯泵被送回反应器继续参与反应，顶部气相进入缓冲罐后，缓冲罐液相部分与循环气冷凝器底部液相共同送回反应器，顶部气相通过压缩机压缩后，返回反应器进料线。

图1循环气冷凝工艺流程示意图

1.2 存在问题

在生产过程中，循环气冷凝器出口侧器壁表面温度高，器壁出现约2 m2的局部烧焦区域，使用测温枪检测，温度最高达267℃（正常运行温度为20℃～30℃）。通过调整循环气压缩机出口流量，提高冷凝器液位等措施，温度降低到200℃以下，但对比正常工况，依然处于超温状态，并且高温点位置不断变化，问题没有彻底解决，为保证生产安全，随即对聚合反应器进行停车处理。

2 循环气冷凝器超温原因分析

为明确循环气冷凝器内部物料变化，对循环气冷凝器进出口物料进行了组分分析，结果如表1所示。

表1循环气冷凝器进出口物料组分分布%

从表1可以看出，循环气冷凝器出口丙烷体积分数由进口的5.19%提高到16.02%。由于丙烷的沸点为-42.09℃，丙烯的沸点为-47.04℃，丙烷在冷凝器中的冷凝率高于丙烯，因此从气相中丙烷浓度大幅提高可知，在循环气冷凝器中生成了大量的丙烷。

由于冷凝后气相出口部位丙烯体积分数为43.07%，氢气体积分数为40.49%，循环气冷凝器气相中丙烯及氢气浓度在整个反应回路系统中最高、温度最低，压力2.9 MPa。循环气进入冷凝器后，随着丙烯不断冷凝，从进口到出口，气相丙烯浓度逐渐降低，氢气浓度逐渐升高。循环气冷凝器横截面示意图见图2（根据工艺包并简化得到的横截面示意图）。

从图2可以看出，冷凝器内部折流板间的物料通道从进口到出口逐渐变窄。在靠近冷凝器气相出口处为氢气浓度最高点，此处也是壁温超温的集中分布区域。

图2循环气冷凝器横截面示意图

循环气冷凝器壳体材质为09MnNiDR，钯、镍、锰、铁等金属或金属氧化物均可作为加氢反应催化剂[2-6]，同时系统循环气还携带三乙基铝。在长期高浓度氢气的作用下，循环气冷凝器内壁生成了还原态的金属及金属氧化物。因此，在循环气冷凝器出口位置发生了丙烯加氢反应，生成丙烷并放出大量反应热，反应式见式（1）。

3 解决措施

为阻止加氢反应继续进行，装置停车后采用强制通入空气氧化、使还原态金属失活的措施，对冷凝器进行处理。冷凝器退料过程中，由底部导淋排出的部分杂质与空气剧烈反应，产生火花，说明高浓度氢气还原氛围下的活性物质遇氧气后，发生剧烈反应放热，并且与循环气冷凝器中的铝引发铝热反应，产生火花。经空气氧化处理后系统恢复，生产运行正常，问题得到解决。

还可以将循环气冷凝器进行退料、泄压，完成工艺交出，对设备内壁进行酸洗钝化处理。首先，对工艺介质接触面（设备内壁）用水进行清洗，加入酸液浸泡，直至酸液中的铁离子浓度稳定，并对系统进行清洗，使设备内表面的活性物质得以去除。其次，使用氧化剂对设备内表面进行钝化，使设备内表面形成稳定、致密的钝化膜，从而提高设备壳体内表面的稳定性，避免发生加氢反应。

4 结 语

烯烃二分公司Novolen工艺聚丙烯装置循环气冷凝器壁温超温的问题，主要是由于冷凝器内部气相组分中存在高浓度的氢气和丙烯，在运行压力温度下，通过器壁上的铁、镍等金属的催化作用，发生加氢放热反应，释放的热量导致器壁超温，该问题可以通过对系统强制通空气、使催化剂氧化失活的方式有效解决，还可以通过酸洗钝化对系统进行彻底处理。