浅析气相流化床聚丙烯细粉偏高的原因与控制

摘 要：本文阐述了气相流化床工艺中细粉多对反应及相关系统的影响，并通过分析三剂、原料以及工艺操作导致聚丙烯产生细粉的原因，通过调整三剂用量，提高原料纯度，优化工艺操作等有效措施减少细粉的产生，降低由于细粉多导致的危害，从而保证反应及相关系统长周期平稳运行。

关键词：气相流化床;聚丙烯;细粉;三剂;原料;操作

1 概述

随着煤化工行业的迅速崛起及工艺技术的迅猛发展，气相流化床工艺在聚烯烃生产中占据的份额举足轻重。气相流化床工艺简单、经济，具有高的可靠性、操作弹性、安全性及环境友好性。该工艺只用较少的设备就能生产出包括均聚、无规共聚和抗冲共聚物在内的全范围产品;工艺操作灵活，调节范围大;由于反应器具有良好的返混特性，使得产品的性能保持均一;因为装置设备较简单且数量少而使维护维修工作量小，可靠性提高。该工艺主要包括公用工程系统、原料精制系统、反應系统、脱气回收系统、挤压造粒系统、风送系统及包装单元等。

随着聚烯烃行业的遍地开花，对于现在已经运行的装置来说，如何让装置长期稳定运行变得尤为重要。通常在装置生产运行中，反应系统细粉含量多少是影响装置稳定运行的一个重要因素。细粉含量多将会影响到脱气回收系统、挤压造粒系统、风送系统等稳定运行。

2 细粉的危害

细粉产生的源头是装置的反应器，细粉含量增加，会导致反应系统循环气换热器压差高，堵塞换热器，聚合反应撤热效果差，气相流化床的流化效果不好，易产生静电及出现结片现象;细粉进入到产品出料系统中，容易卡塞出料系统的阀门，长时间会磨损阀门的阀体与阀芯，导致阀芯与阀体间间隙过大或阀杆断裂，产品出料系统无法出料，装置被迫降负荷或停车;细粉进入脱气系统，在接收仓被气流夹带造成过滤器压差高，甚至堵塞滤芯，影响气固分离效果，进而导致回收气压力波动，影响回收系统稳定运行。在产品净化仓被蒸汽和氮气夹带造成过滤器压差高堵塞，影响残留催化剂失活效果，容易造成脱气系统结块，影响装置稳定运行;细粉进入丙烯回收系统引起回收气压缩机入口过滤网及级间过滤网堵塞，因吸入压力不足而导致联锁停车。同时细粉也易粘连在回收气压缩机级间换热器上，导致换热效果变差进而造成温度高联锁停车，损坏压缩机。回收系统停运，将会影响丙烯的回收，使得装置丙烯单耗上升;细粉在挤压造粒单元的水中积聚会导致造粒问题并使干燥机性能不佳。细粉会给散装物料输送系统带来问题（如过滤器堵塞等），还可能影响螺杆填充度，导致空气滞留及过早熔融。而过滤出的细粉多，需要经常人工收集处理，不仅污染了环境还增加了产品单耗及人工成本。

3 细粉偏高的主要原因

反应器是产生细粉的源头，细粉偏多会对装置稳定运行造成影响，而造成反应器内细粉偏高的主要原因包括原料不纯、催化剂本身原因、三乙基铝和给电子体的加入量、工艺操作不当等。下面就引起反应器内细粉偏高的一些主要原因进行分析：

3.1 原料丙烯、氮气、氢气、乙烯

从上游装置来的原料丙烯、氮气、氢气、乙烯中的水、氧、一氧化碳等杂质对于聚丙烯催化剂来说属于毒物。若杂质含量偏高，会造成催化剂部分失活、收率降低，易产生粒径偏小的聚丙烯颗粒细粉。

3.2 催化剂本身原因

装置使用的Ziegler-Natta高效载体催化剂，主要由内给电子体、MgCl2负载的TiCl4和烷基铝活化剂、聚合时外加的给电子体组成。在该催化体系中，TiⅣ被还原为TiⅢ，TiⅢ是主要活性中心。该催化剂呈球状，催化剂本身的粒径分布影响聚丙烯产品的粒径分布，聚丙烯产品颗粒的球形基本按载体催化剂的球形进行复制、放大生成。当催化剂本身细粉较多时，生成的聚丙烯细粉含量也多。因此，在催化剂制备、存放及运输过程中，要避免接触空气及强烈机械撞击等情况，尽量控制催化剂的粒径分布均匀，减少催化剂本身细粉含量。催化剂活性越低，产生的聚丙烯细粉越多。

3.3 铝硅比与铝钛比

在聚丙烯生产过程中，一般比较重视铝硅比的调整。通过改变给电子体的加入量来调节反应器的铝硅比，以达到控制聚丙烯等规度的目的。铝硅比越高，给电子体加入量越低，等规指数越低，聚合物越不易结晶，无规物含量越高，韧性越好，不易崩裂产生细粉。等规指数越高，越易产生细粉。

装置通过改变三乙基铝的加入量来调节反应器的铝钛比，三乙基铝用量对催化剂的活性以及形成产品的形态也有较大的影响。主催化剂是与烷基铝发生络合反应后才对丙烯聚合有催化作用。如果三乙基铝用量控制不当，主催化剂的活性金属将不能得到充分的利用，不仅影响了催化剂的收率，对聚丙烯产品的粒径分布也有一定影响。对于同一催化剂来说，产生细粉的量与催化剂的收率成反比。主催化剂浓度不变，改变三乙基铝的加入量，催化剂收率最高时的三乙基铝用量为最佳值。该最佳值随系统中杂质含量变化而变化，杂质含量上升该值增大。当系统状态稳定时，三乙基铝用量小于或大于最佳值都会降低催化剂的收率，尽管最终产品的熔融指数值范围可能相同，但相对分子质量分布却发生了变化。因为在这种情况下对于每一颗催化剂颗粒来说，直接的影响就是聚合物的链增长几率降低，由此导致聚合物细粉量增加。

3.4 工艺操作不当

在实际生产过程中，反应器床层温度、反应器床重、反应气速、生产负荷等因素均会对细粉含量产生影响。反应器床层温度偏低，会造成催化剂活性偏低，进而导致反应器细粉含量偏高。反应器床重越低及生产负荷越高，会造成催化剂在反应器内的停售时间变短，导致反应器产生细粉偏多。反应器内气速过大，粉料在反应器内碰撞及摩擦加剧，会导致反应器内产生较多细粉。

4 细粉偏高的改进措施

通过上述对反应器内细粉偏高的原因分析与现象总结，可以通过以下相关措施对反应器内细粉含量偏高做好监控和调整，来控制反应器内细分含量在正常范围内：

4.1 原料纯度的监控

上游原料纯度是本装置细粉含量偏高的第一环节，所以应及时联系上游装置进行检查分析，确定原料中水、氧、一氧化碳含量在正常范围内，并且监控本装置的原料精制系统，确认脱氧脱水等精制系统正常工作。在上游装置进行相应调整时，本装置可根据情况对反应及回收等系统进行调整，待上游原料恢复后再逐渐恢复正常控制。

4.2 催化剂的选择

载体化ziegler-Natta催化剂的载体强度、粒径分布对PP粒径分布有明显的影响。选择强度高、粒径分布均匀的载体，是保证催化剂在使用过程中不易破碎，降低聚丙烯粉料中细粉量的重要措施。

4.3 铝硅比与铝钛比

选取合适的三剂对于细粉含量的控制有明显效果，适时调整反应器铝硅比与铝钛比，对细粉产生有控制效果。

4.4 工艺操作的优化

合理控制反应温度，避免由于温度偏差造成的细分增多，升降负荷缓慢有序，避免由于快速调整反应参数造成反应波动，导致细粉增多。适当调整气速，避免细粉夹带，导致反应波动细粉增多。增加粉料在反应器的停留时间，即提高反应器床重，尽可能的消耗反应器中过量的催化剂。

5 结束语

反应器中细粉含量在正常范围内对反应及各系统十分重要，细粉增多不仅增加物料单耗，降低设备使用寿命，同时影响装置的长周期平稳运行。通过以上分析，我们发现可以通过做好原料纯度的监控、选用合适催化剂、控制合适铝硅比和铝钛比、工艺操作的优化可有效的降低反应器中细粉的产生，保证生产长周期平稳运行。

参考文献：

[1]刘星，杨积渊，刘升，高志争.有效降低聚丙烯装置细粉产量的方法及措施[J].石油化工，2016，45（5）.

[2]蔡榕峰，刘彦昌.聚丙烯装置细粉产生的原因及影响[J].合成树脂及塑料，2002，19（4）：42.

[3]洪定一.聚丙烯-原理、工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2002.

作者简介：

邢宇（1986- ），助理工程师，长期从事气相流化床聚丙烯工艺操作。