溶液法聚乙烯装置1-辛烯的效能提升应用

宁鲁宾 王宏亮 冯建勤（抚顺石化公司乙烯化工厂）

乙烯化工厂聚乙烯装置采用加拿大公司专利技术，设计产能8×104t/a。是国内唯一一套溶液法聚乙烯装置。发挥溶液法优势开发辛烯共聚产品[1]，填补了国内空白，改变了我国辛烯共聚产品完全依靠进口的现状。但由于技术和设备原因，每个生产周期后，需排出约20 t粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，粗1-辛烯杂质含量较高，无法作为共聚单体再次使用。长期生产下去，会造成粗1-辛烯的积累。

如果粗1-辛烯能够得到充分的二次利用，对于减轻储存压力和降本增效都大有收益。因此我们提出，1-辛烯共聚生产时利用粗1-辛烯作为配制液体添加剂的溶剂，利用液体添加剂注入点在反应器下游，不会影响聚合反应，且液体添加剂注入量小且缓，对回收区的影响不会太大。同时粗1-辛烯不再经过精馏塔精制，精馏塔加热蒸汽量得到降低，达到提高1-辛烯利用率，降低蒸汽消耗，达到降本增效目的。

1 化工工艺节能降耗的必要性

1.1 实现可持续发展

化工工艺生产中往往会造成资源的大量消耗。因此，化学工业稳步发展，就必须具有能源，我国虽然是能源大国，但目前也面临着资源短缺的问题，仅依靠国内的能源已经满足不了市场的需求。尤其是天然气、石油非再生资源缺乏日趋严重，使我国在未来的能源供应上难度越来越大。石油资源的短缺，化工企业受到影响远远大于其他行业。所以减少能源浪费，降低损耗，对化学产业至关重要，它关系着化学工业在未来能否稳定发展[2]。

1.2 有利于降低企业成本

化工企业能源节约可以提高企业经济效益，化工企业的产品尤其是耗能多的产品，它的生产成本往往会浪费大量的资源。因此，减少能源浪费，降低损耗，就能降低产品生产成本，在浪费资源相等的基础上能增加产品生产份额，为企业带来更多利润。

1.3 有利于实现对环境的保护

化工企业的节能降耗有利于实现对环境的保护，节约能源即减少能源的开发，这样能降低二氧化硫、烟、尘等的产生。空气中的污染物包括粉尘、二氧化硫、二氧化氮，二氧化碳等。温室效应、酸雨、空气悬浮颗粒、光化学污染等都是这些污染物引起的。所以，要节约能源，减小损耗，保护好环境[3]。

2 1-辛烯共聚生产聚乙烯的流程

为了满足1-辛烯共聚生产需求，对聚乙烯装置进行了部分适应性改造，1-辛烯共聚流程见图1。主要有：增加PV2030A至HB塔再沸器高压蒸气管线；增加P-GA-210泵至1-辛烯储罐的退料线；增加一台1-辛烯退料冷却器、1-辛烯退料罐，1-辛烯储罐用装置原有的环己烷储罐V-FA-416C；增加两台1-辛烯进料泵，1-辛烯进料控制用原有的丁烯共聚流量阀及流量表（FV-1002A/B）；增加1-辛烯在线分析仪一台；在V-FA-205和E-EA-203之间增加P-209泵的跨线，使高压凝液不再经过P-209泵体，直接通过压差进入E-EA-203；增加了从环氧乙烷车间引入的高压水线，高压水通过TV-4114控制进入BH-401，将过热高压蒸汽脱过热为饱和蒸汽。

图1 1-辛烯共聚流程图Fig.1 Copolymerization process of 1-octene

3 粗1-辛烯的产生及利用

3.1 低沸物精制塔（LB塔）的控制

LB塔压力控制在1 800～1 900 kPa，如果塔压低将导致塔底出料温度低，HB塔操作困难，可以减少丁烯循环量至2 500 kg/h，同时可以适当补充FE，以尽快恢复LB塔的操作。只有塔压稳定了，参数调整才能平稳。控制EA-203出口温度TI-2032在205～210℃，如果超过范围会引起LB塔波动[4]。由于1-辛烯共聚，产量只有7 t/h，LB塔内未反应乙烯非常少，可以忽略，因此1-辛烯共聚LB塔塔盘温度分布同29系列有很大不同，进料点21层以上塔盘即精馏段塔盘温度分布，没有明显梯度变化，特别是顶部三层塔盘温度非常接近。如果按生产29系列操作，用回流控制顶部三层温度，会发现LB塔波动非常大。操作要点是在丁烯回路物料平衡后，且LB塔第22层塔盘温度在200～210℃时[5]，只需监控V-FA-206罐液位，并用回流进行调控，即可平稳操作LB塔。LB塔主要控制参数见表1。

表1 LB塔主要控制参数Tab.1 Main control parameters of LB tower

3.2 高沸物精制塔（HB塔）的控制

环己烷物料平衡后，HB塔主要监控塔釜液位。通过PV-2030A微调HB塔再沸器自产蒸汽[6]加热量，将HB塔塔釜液位控制在50%～60%，可保证HB塔顶采出物料1-辛烯浓度平稳。HB塔再沸器加热蒸汽改为高压蒸汽，PV-2030A和FV-2131串联，因为FV-2131压力设计等级在2 600 kPa且在下游，因此采用将FV-2131开至100%，由PV-2030A控制HB塔再沸器加热量。

随着1-辛烯共聚的进行，HB塔塔釜1-辛烯浓度逐渐累积，温度逐渐增高。当塔釜温度升至214℃时（塔压680 kPa，回流21 t/h），HB塔盘温度由下至上明显升高，当塔顶温度升至165℃时，HB塔趋于稳定。只有1-辛烯在SH中浓度达到一定值时才会形成共沸，为避免HB塔釜液位波动过大，在塔釜温度升至214℃前，适当降低塔釜加热量[7]。HB塔主要控制参数见表2。

表2 HB塔主要控制参数Tab.2 Main control parameters of HB tower

3.3 粗1-辛烯的产生与积累

生产1-辛烯共聚产品，由于精馏塔稳定运行时HB塔顶温度高于1-辛烯的沸点，因此溶剂环己烷和1-辛烯会同时从HB塔塔顶采出，形成1-辛烯和环己烷的混合物。在装置从1-辛烯共聚聚乙烯产品切换到均聚聚乙烯产品时，HB塔塔顶溶剂已不能满足均聚物生产需求。因此每个生产周期后，会通过回收区退料流程排出20 t左右粗1-辛烯到1-辛烯退料罐，由于粗1-辛烯杂质含量高，需要送至回收区高沸塔塔釜进行精馏提纯，为了降低粗1-辛烯对高沸塔塔顶采出溶剂纯度的影响，以1 t/h的流量引入。高沸塔正常进料来自低沸塔塔底出料，温度230℃，而粗1-辛烯由1-辛烯退料罐引入，温度30℃，势必会增加高沸塔再沸器高压蒸汽的消耗。由于粗1-辛烯杂质含量较高，直接进入回收区HB塔塔釜，虽然小流量引入，但是高沸塔操作出现波动，势必会造成HB塔塔顶采出溶剂纯度下降，不但增加催化剂消耗，也易造成塔顶采出物料1-辛烯比例不稳定，影响产品质量，粗1-辛烯不能有效得以利用。

3.4 粗1-辛烯的高效利用

1-辛烯共聚生产，添加剂的配制与2911系列产品采用同样的配制流程和环己烷溶剂。不同的是，1-辛烯共聚添加剂按2∶4∶5的配比进行配置，添加剂含量5 000 mg/kg；2911系列产品，添加剂按1∶1配制，浓度300 mg/kg。由于1-辛烯共聚添加剂浓度大，高温有利于液体添加剂的充分溶解，以防止添加剂容易析出堵塞管线。由于环己烷沸点80.7℃，温度高则出现沸腾溶剂蒸发泄漏，在封闭的配制间内积存，易发生事故。由于添加剂的配制温度控制范围过小，实际生产过程多次发生添加剂堵塞管线，影响添加剂的注入，导致产品质量差。

随着生产的进行，逐渐摸索出一定规律。添加剂配制温度控制偏高些，添加剂不容易发生堵塞。经过反复试验，确定将开车初始两罐添加剂配置温度电加热器[8]仍然控制在70±3℃，之后添加剂配制温度控制在70～80℃[9]。经分析，这是因为开车初期配置添加剂时用的溶剂是纯环己烷，生产过程中，配制添加剂的环己烷会含有2%的1-辛烯，其沸点高于纯环己烷的80.7℃，所以配置罐温度控制在80℃左右不会出现溶剂沸腾现象，由于控制温度范围的扩大，降低了添加剂温度控制难度，进而降低了添加剂堵塞情况的发生。但是并没有彻底解决添加剂堵塞问题。同时又提出利用生产副产物粗1-辛烯，作为配置添加剂的溶剂，控制温度可以进一步升高，控制范围又可进一步扩大。

通过分析化验和实际操作，粗1-辛烯更适合作为添加剂的溶剂。不同溶剂沸点与实际使用效果见表3。

表3 不同溶剂沸点与实际使用效果Tab.3 Boiling points of different solvents and actual use effects

4 项目实施及效果

1）建立流程模拟。冷辛烯进料为1 000 kg/h，温度30℃，塔釜辛烯根据出料量，油脂塔进料大约为5.5 t/h，若HB塔釜液位维持稳定则进入高沸塔釜的量大约为5.5 t/h，结果两股物流混合后温度大约为206℃。冷辛烯加入后塔釜温度变化流程模拟见图2。

图2 冷辛烯加入后塔釜温度变化流程模拟Fig.2 Flow simulation of temperature change of tower kettle after the addition of cold octene

2）不加入冷辛烯。若不加入辛烯时，条件为将214℃辛烯加热至225℃，使用高压蒸汽（3.7 MPa）减压后压力为2.2 MPa。3.7 MPa高压蒸汽温度为245℃，2.2 MPa蒸汽温度为217℃。辛烯不同压力下的泡点温度见图3。

图3 辛烯不同压力下的泡点温度Fig.3 Bubble point temperature of octene at different pressures

3）建立流程。进入再沸器虹吸管流量为20 t/h辛烯，温度由214℃加热升至228℃，其高压蒸汽消耗量为5 235 kg/h。高压蒸汽消耗量流程图见图4。

图4 高压蒸汽消耗量流程图Fig.4 Flow chart of high pressure steam consumption

4）加入辛烯。加入辛烯流量为1 t/h时高沸塔塔釜温度会下降至206℃，此时仍需保证再沸器出口温度维持228℃。除进口温度之外其他条件均不改变，根据模拟程序计算蒸汽消耗量为8 192 kg/h。

5）经济效益。在相同的再沸器出口温度下，加入辛烯流量为1 t/h，高沸塔再沸器高压蒸汽消耗量为3 t/h，20 t粗1-辛烯共计消耗60 t高压蒸汽。即粗1-辛烯配置添加剂高效利用后，当高压蒸汽价格为234.38元/t时，每个生产周期可以节约14 062.8元。同时，降低高压蒸汽消耗的同时又降低了高沸塔的处理量，保证装置经济平稳运行。

2016年检修期间，增加粗1-辛烯配制添加剂流程，实际投资20 000元。2017年5月22日生产1-辛烯共聚产品首次投用，生产周期10 d，共配置添加剂溶液18 t，没有发生一起添加剂堵塞事故，粗1-辛烯被有效利用，达到了响应国家号召，清洁生产[10]的目的。粗1-辛烯的利用率90%，产生的经济效约35.4万元。

5 结论

1）在操作层面，由于添加剂的注入点在反应釜的下游，粗1-辛烯的杂质不会对聚合反应、催化剂耗量造成直接影响；因添加剂注入量小，速度慢，返回回收区的粗辛烯流量很小，回收区HB塔控制平稳，塔顶采出物料纯度没有受到影响，并且粗1-辛烯可以充分利用聚合反应放出的热量，高温状态返回回收区LB塔分离再进入HB塔精制，可以将粗1-辛烯对HB塔操作的影响降至最低，保证了HB塔塔顶采出纯度，也降低高压蒸汽耗量。

2）通过生产实践，粗1-辛烯配置添加剂流程无需大刀阔斧的改造，在生产1-辛烯共聚聚乙烯过程中，一个生产周期内，共用粗1-辛烯配置液体添加剂20罐，未发生管线堵塞现象，同时反应区、回收区操作平稳，配制添加剂效果好的同时也解决了粗1-辛烯积累的难题，现场投资小、收益大，值得推广。