聚丙烯(環(huán)管法)工藝生產(chǎn)方案

聚丙烯（環(huán)管法）工藝生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)任務(wù)書.21、聚丙烯的合成工設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1概述… 1.2多釜串聯(lián)仿真實(shí)驗(yàn)…………1.3環(huán)管法工藝介紹 4多釜串聯(lián)與環(huán)管法工藝評價(jià)運(yùn)行方案計(jì)……82.1密度控制范圍 2.2原料的進(jìn)料量 3聚丙烯生產(chǎn)開車、停車方案4聚丙烯生產(chǎn)運(yùn)行方案……… 3..3..5..72、環(huán)管法生產(chǎn)聚丙烯……..8……..9………9..113、參考文獻(xiàn)………..………..12設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)10萬噸聚丙烯（環(huán)管法）生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的：讓學(xué)生所學(xué)的聚丙烯合成工藝?yán)碚撆c聚丙烯的生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系，使學(xué)生得到動手操作能力、故障處理能力、工藝協(xié)調(diào)及工藝管理能力的綜合訓(xùn)練。三設(shè)計(jì)任務(wù)：1、 設(shè)計(jì)項(xiàng)目：聚丙烯生產(chǎn)運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)；2、 設(shè)計(jì)工藝：環(huán)管法液相本體聚合工藝；3、 設(shè)計(jì)產(chǎn)能：年產(chǎn)10萬噸；4、 設(shè)計(jì)范圍：生產(chǎn)工藝的正常開車，正常運(yùn)行，正常停車。四、設(shè)計(jì)工藝條件:進(jìn)料比R200：R201=l：10預(yù)聚釜R200：T=18?，P=3.5MPa3環(huán)管高H=9m，體積V=0.46m,物料流速=4m/s，停留時間二4min。聚合釜R201：T=70?,P=3.2MPa3環(huán)管高H=30m，體積V=45m，物料流速=78m/s，停留時間=1.5h，終點(diǎn)用密度控制射線檢測，轉(zhuǎn)化率55%-65%。五、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、 聚丙烯的合成工藝1.1概述；1.2多釜串聯(lián)氣液組合生產(chǎn)聚丙烯的仿真實(shí)驗(yàn)；1.3環(huán)管法氣液組合聚合工藝的介紹；1.4多釜串聯(lián)與環(huán)管法兩種工藝的評價(jià)。2、 環(huán)管法生產(chǎn)聚丙烯運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)重點(diǎn)密度控制范圍；設(shè)計(jì)原料的進(jìn)料量；設(shè)計(jì)聚丙烯生產(chǎn)開車、停車方案；設(shè)計(jì)聚丙烯生產(chǎn)運(yùn)行方案。六、設(shè)計(jì)要求：1、 給出聚合工藝的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展史；2、 給出多釜串聯(lián)與環(huán)管法聚合工藝的差異及優(yōu)缺點(diǎn)；3、 給出環(huán)管法聚合工藝流程及終點(diǎn)控制、原料流量等工藝參數(shù)4、 給出完整的開機(jī)方案、運(yùn)行方案及停機(jī)方案。年月日1.1聚丙烯作為一種通用的合成樹脂自問世以后得到迅速發(fā)展，其發(fā)展速度超過了其它通用樹脂，近十年來平均增長率在10%~20%之間，到2010年我國的聚丙烯總生產(chǎn)能力將達(dá)到1000萬噸，實(shí)際生產(chǎn)量達(dá)到800萬噸以上，僅次于聚乙烯呵聚氯乙烯，居第三位。聚丙烯的生產(chǎn)工藝主要有三種工藝，即溶劑法，液相本體法和氣相法，雖然世界上聚丙烯生產(chǎn)約20%的生產(chǎn)能力任然采用溶劑法工藝，但從80年代起，溶劑法已處于停滯狀態(tài)，除已建成的老裝置在運(yùn)行外，新建裝置基本上都采用液相本體法呵氣相法工藝，尤其是液相本體法工藝發(fā)展迅猛，裝置規(guī)模和生產(chǎn)能力都在逐漸增大，液相本體法在世界聚丙烯生產(chǎn)中已占有越來越重要的作用，代表著20世紀(jì)90年代國際上聚丙烯生產(chǎn)的新技術(shù)，新水平。液相本體法工藝是在液態(tài)丙烯中發(fā)生聚合反應(yīng)生產(chǎn)聚丙烯的液相本體法聚丙烯最早由Pillips石油公司發(fā)明，并于1964年由美國Dart公司首先采用第一代三氯化鈦催化劑及釜式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。70年代以后，許多大的化工公司，如三本三井油化，美國Elpas。公司等都實(shí)現(xiàn)了液相本體聚丙烯工業(yè)化，早期的液相本體法工藝，由于催化劑活性低，需脫灰和脫無歸物工序，與傳統(tǒng)溶劑法工藝類似。1975年，三井油化與Himout公司聯(lián)合開發(fā)成功，HY-HS催化劑，實(shí)現(xiàn)了不脫灰工藝，并使聚合物規(guī)整度足夠高。80年代初期，第二代HY-HS-II催化劑問世，使不脫灰，不脫無歸物并進(jìn)，從而使不造粒工藝成為可能，成為聚丙烯工業(yè)的一個里程碑。按反應(yīng)器形式劃分有液相釜式反應(yīng)器如Exxon，Mitsui，Shell，住友，Rexche等專利技術(shù)，液相環(huán)管反應(yīng)器如Basell,Hoechat,Solvay，Phillps等專利技術(shù)。氣相法工藝丙烯直接氣相聚合生產(chǎn)相的聚合物產(chǎn)品,氣相法稱為第三代工藝,采用流化技術(shù),丙烯在氣相中聚合,有巴斯夫公司在1969首先工業(yè)化。自70年代后期發(fā)展很快,被認(rèn)為是最有希望的工藝。按反應(yīng)器形式劃分有下列專利技術(shù)：氣相流化床反應(yīng)器:Unipol,住友工藝;氣相立式攪拌床反應(yīng)器：Novolen工藝;氣相臥式攪拌床反應(yīng)器：Amoco,Chisso工藝.現(xiàn)有聚丙烯生產(chǎn)工藝中,傳統(tǒng)的溶劑法工藝所占的比例在明顯下降,本體法工藝依然保持著優(yōu)勢,而氣相法工藝發(fā)展迅速,液氣相組合工藝也發(fā)展起來了。本體法—?dú)庀喾ńM合工藝也是最先進(jìn)的聚丙烯工藝之一。1.21.2.1（1）工藝流程說明LlGHlLlGHl原料丙烯經(jīng)D001A/B固堿脫水器粗脫水，D002羰基硫水解器、D003脫硫器掊去羰基硫及H2S，然后進(jìn)入二條可互相切換的脫水、脫氧、再脫水的精制線：D004A/B氧化鋁脫水器，D005A/BNi催化劑脫氧器、D006A/B分子篩脫水器，經(jīng)上述精制處理后的丙烯中水份脫至lOPPm以下，硫脫至O.IPPm以下，然后進(jìn)入丙烯罐D(zhuǎn)007，經(jīng)P002A/B丙烯加料泵打入聚合釜。高效載體催化劑系統(tǒng)由A（Ti催化劑）、B（三乙基鋁）及C（硅烷）組成。A催化劑由A催化劑加料器Z101A/B加入D200預(yù)聚釜。B催化劑存放在D101B催化劑計(jì)量罐中，經(jīng)B催化劑計(jì)量泵P101A/B加入D200予聚合釜，B催化劑以100%濃度加入D200。這樣做的好處是可以降低干燥器入口揮發(fā)分的含量，但安全上要特別注意，管道的安裝、驗(yàn)收要特別嚴(yán)格，因?yàn)橐坏┬孤┚蜁稹催化劑的加入量非常小，必須先在D110A/B、C催化劑計(jì)量罐中配制成15%的已烷溶液，然后用C催化劑計(jì)量泵P104A/B打入D200。200單元：丙烯、A、B、C催化劑先在D200預(yù)聚釜中進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)，預(yù)聚壓力3.1-3.96MPA，溫度低于20?,然后進(jìn)入第1、2反應(yīng)器（D201、D202）在液態(tài)丙烯中進(jìn)行淤漿聚合，聚合壓力3.1-3.96MPA，溫度70-67?。由D民02排出的淤漿直接進(jìn)入第3反應(yīng)器D203進(jìn)行氣相聚合，聚合壓力2.8-3.2MPA，溫度80?。聚合物與丙烯氣依靠自身的壓力離開第3反應(yīng)器D203進(jìn)入旋風(fēng)分離器D301、3D302-1、-2，分離聚合物之后的丙烯氣相經(jīng)油洗塔T301洗去低聚物、烷基鋁、細(xì)粉料后經(jīng)壓縮機(jī)C301加壓與D203未反應(yīng)丙烯一起，進(jìn)入高壓丙烯洗滌塔T302，分離去烷基鋁、氫氣之后的丙烯回至丙烯罐D(zhuǎn)007,T302塔底的含烷基鋁、低分子聚合物、已烷及丙烷成分較高的丙烯送至氣分以平衡系統(tǒng)內(nèi)的丙烯濃度，一部分重組分及粉料氣化后回至T301入口，T302的氣相進(jìn)丙烯回收塔T303回收丙烯。1.2.2裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)以仿DCS操作為主，而對現(xiàn)場操作進(jìn)行適當(dāng)簡化，以能配合內(nèi)操（DCS）操作為準(zhǔn)則，并能實(shí)現(xiàn)全流程的開工，正常運(yùn)行，停工及事故處理操作；調(diào)節(jié)閥的前后閥及旁路閥如無特殊需要不做模擬；泵的后閥如無特殊需要不做模擬；對于一些現(xiàn)場的間歇操作（如化學(xué)藥品配制等）不做仿真模擬；其中開工操作從各裝置進(jìn)料開始，假定進(jìn)料前的開工準(zhǔn)備工作全部就緒。本單元仿真培訓(xùn)軟件仿真范圍如下：200單元：丙烯聚合反應(yīng)以下單元工段不在本軟件仿真范圍內(nèi)000單元：丙烯原料的精制100單元：催化劑的配制與計(jì)量300單元：丙烯回收及產(chǎn)品的汽蒸干燥公用工程系統(tǒng)及其附屬系統(tǒng)不進(jìn)行過程定量模擬，只做部分事故定性仿真（如仿突然停水、電、汽、風(fēng)；工藝聯(lián)鎖停車；安全緊急事故停車）；壓縮機(jī)的油路和水路等輔助系統(tǒng)不做仿真模擬。所有各公用工程部分：水、電、汽、風(fēng)等均處于正常平穩(wěn)狀況。現(xiàn)場手動操作的閥、機(jī)、泵等，根據(jù)開車、停車、事故設(shè)定以及現(xiàn)場設(shè)備切換的需要等進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)場應(yīng)實(shí)現(xiàn)其基本操作及顯示功能。由現(xiàn)場提供的物料平衡數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。1.3該氣液組合工藝采用兩個環(huán)管反應(yīng)器。一個為預(yù)聚合環(huán)管反應(yīng)器，另一個為均聚合環(huán)管反應(yīng)器。下圖為環(huán)管反應(yīng)器工藝流程示意簡圖：5桶裝的固體催化劑在裝置內(nèi)要用烴油和脂配制成混合均勻的催化劑膏，然后用液壓操作的催化劑注入器加入反應(yīng)器系統(tǒng)。助催化劑和給電子體分別用計(jì)量泵加入預(yù)聚合反應(yīng)器，3種催化劑高效載體催化劑系統(tǒng)由A（Ti催化劑）、B（三乙基鋁）及C（硅烷）組成。在進(jìn)入預(yù)聚合反應(yīng)器之前先在D200內(nèi)與接觸混合活化，是不同的催化劑顆粒和單個催化劑顆粒內(nèi)部具有相同的催化活性，然后注入預(yù)聚合反應(yīng)起Z200，同時加入經(jīng)換熱器E200降溫的低溫丙烯。Z200預(yù)聚合反應(yīng)器是一個小的環(huán)管反應(yīng)器，較低溫度下，催化劑被生成的少量聚丙烯包裹，以提高催化劑顆粒的機(jī)械強(qiáng)度，避免在主反應(yīng)階段因強(qiáng)度聚合反應(yīng)而使催化劑顆粒破碎。預(yù)聚合也能顯著提高催化劑的活性。預(yù)聚合后的催化劑淤漿進(jìn)入環(huán)管反應(yīng)器Z201，在此加入單體丙烯和調(diào)節(jié)分子量的氫氣。一部分的丙烯進(jìn)行了聚合，余下的丙烯仞為液態(tài)而作為固體聚合物的稀釋劑。循環(huán)泵使淤漿高速循環(huán)并混合均勻，以防止固體沉積和改進(jìn)傳熱效果。聚合反應(yīng)的壓力為3.2Mpa,反應(yīng)溫度為70?左右。與老工藝相比，該工藝的聚合溫度有所提高，催化劑的活性更高，產(chǎn)品的結(jié)晶度和等規(guī)度指數(shù)更高。用冷卻水夾套導(dǎo)出反應(yīng)熱，通過板式換熱器用循環(huán)冷卻水將聚合熱撤出反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)的壓力、溫度和淤漿濃度都是自動監(jiān)測和自動控制的。若要生產(chǎn)抗沖擊性的聚丙烯一般在經(jīng)Z201流出的聚丙烯漿液經(jīng)加熱器加熱后送入第一個閃蒸器，由第一閃蒸器流出的含有催化劑的聚丙烯，進(jìn)入氣相的反應(yīng)器，它由一個或兩個串聯(lián)的密相流化床組成，在此反應(yīng)器中具有活性的聚丙烯與送入的乙烯，丙烯以及分子量調(diào)節(jié)劑氫氣進(jìn)入嵌段共聚。1.4*：環(huán)管法采用液相法環(huán)管反應(yīng)器便可生產(chǎn)出聚合物,若再結(jié)合氣相法密相流化床反應(yīng)器，則可生產(chǎn)高抗沖擊性聚合物。而選用多釜串聯(lián)則相當(dāng)于選擇了氣相液相組合法。相比而言環(huán)管法可選性強(qiáng)。兩種方法都能將氣相和液相法組合。*優(yōu)點(diǎn)：有很高的反應(yīng)器時-空產(chǎn)率(可達(dá)400kgPP/h.m3)；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)要求低，反應(yīng)器的容積較小，投資少，設(shè)計(jì)制造簡單，由于管徑小，即使壓力較高，管壁也較?。粠A套的反應(yīng)器直腿部分可作為反應(yīng)器框架的支柱，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低了6投資；由于反應(yīng)器容積小，停留時間短，產(chǎn)品切換快，過渡料少；聚合物顆粒懸浮于丙烯液體中，聚合物與丙烯之間有很好的熱傳遞。采用冷卻夾套撤出反應(yīng)熱單位體積的傳熱面積大，傳熱系數(shù)大，環(huán)管反應(yīng)器的總體傳熱系數(shù)高達(dá)1600W/(m2.?)；環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的漿液用軸流泵高速循環(huán)，流體流速高達(dá)7m/s，因此可以使聚合物淤漿攪拌均勻，催化劑體系分布均勻，聚合反應(yīng)條件容易控制而且可以控制得很精確，產(chǎn)品質(zhì)量均一，不容易產(chǎn)生熱點(diǎn)，不容易粘壁，軸流泵的能耗也較低；反應(yīng)器內(nèi)聚合物漿液濃度高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%)，反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率高，均聚的丙烯單程轉(zhuǎn)化率為50%-60%。以上這些特點(diǎn)使環(huán)管反應(yīng)器很適宜生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物。*優(yōu)點(diǎn)：(a)在通過預(yù)聚和動態(tài)過濾使全部的催化劑顆粒都能處理的非常均勻。預(yù)處理和進(jìn)料系統(tǒng)具有很高的可靠性。(b)串聯(lián)的多級反應(yīng)系統(tǒng)可以有效的降低催化劑的“短路現(xiàn)象”。(c)在液相反應(yīng)器和氣相反應(yīng)器沒有發(fā)現(xiàn)影響連續(xù)操作的聚合物掛壁現(xiàn)象。(d)大量液態(tài)丙烯依靠氣相聚合的反應(yīng)熱進(jìn)行氣化，降低了蒸汽的消耗量。(e)選擇的催化劑具有極高的活性，其轉(zhuǎn)化率高達(dá)300-800KgPP/gTi,且具有很長的持續(xù)活性。缺點(diǎn)：管路多而復(fù)雜，工藝反應(yīng)系統(tǒng)和工藝流程設(shè)計(jì)較復(fù)雜，因較高的投資使之難以適宜大規(guī)模的裝置的建設(shè)要求，具有一定的局限性。22.1:由任務(wù)書給出生產(chǎn)能力為13.890t/h,查資料知70?時，液態(tài)丙烯P1=500kg/m?，聚丙烯的密度p2=910kg/m?:v1P二m(v1+v2)=m/(m*45%p1+m*55%/p2)=665kg/m?P=m(vl+v2)=m(m*35%P1+m*65%p2)=703kg/m?則最終出料的密度范圍為665kg/m??703kg/m?2.7由總生產(chǎn)量13.89t/h又由轉(zhuǎn)化率為55%?65%取轉(zhuǎn)化率60%進(jìn)行計(jì)算,可算出：總的丙烯進(jìn)料=13.89t/h60%=23.15t/h又由進(jìn)料比R200：R201=1：10算出：R200的丙烯進(jìn)料量為23.15t/h*(1/11)=2.104t/h;R201的丙烯進(jìn)料量為(23.15t/h—2.104t/h)=21.05t/h;由催化劑的催化效率為300?800kg聚丙烯/gTi,取催化效率600kg聚丙烯/gTi進(jìn)行計(jì)算,則有;主催化劑Ticl4的進(jìn)料=13890kg/h600=23.2g/h鈦的相對分子質(zhì)量為142g/mol,則Ticl4的量46.24g/h由分子量調(diào)節(jié)劑H2的進(jìn)料量為單體丙烯進(jìn)料的0.05%?1%(體積分?jǐn)?shù))，取0.5%進(jìn)行計(jì)算,可算出分子量調(diào)節(jié)劑H2的進(jìn)料量為21.05t/hP(液態(tài)丙烯，70?)*0.5%=0.212m?/h進(jìn)料出料R200液態(tài)丙烯進(jìn)料：2.104t/h聚丙烯出料13.89t/hR201液態(tài)丙烯進(jìn)料：21.046t/h液態(tài)丙烯出料9.4t/h2.3引氣態(tài)丙烯進(jìn)系統(tǒng)R200置換現(xiàn)場啟動氣態(tài)丙烯進(jìn)料閥POP2010開FIC200閥將丙烯引入R200壓力達(dá)0.5MPa后關(guān)FIC200開現(xiàn)場火炬閥放空至0.05Mpa關(guān)現(xiàn)場火炬閥開FIC201閥，將氣態(tài)丙烯引入R201當(dāng)PIA201達(dá)0.5MPa時，關(guān)FIC201閥開HIC201閥放空放至0.05MPa,關(guān)HC201開FIC201，升壓PI201指示為0.7MPa后，關(guān)FIC2018開FIC211引氣相丙烯PIA211指示為0.7MPa后，關(guān)FIC211(1)關(guān)氣態(tài)丙烯進(jìn)料閥POP2010開液態(tài)丙烯進(jìn)料閥POP2000開E200BWR入口閥開R200夾套BW入口閥(5)調(diào)節(jié)FCI200為4M/S當(dāng)PI200指示為4.0MPa時，開現(xiàn)場釜底閥開MS閥，釜底TIC200升溫(8)調(diào)節(jié)TIC200，控制釜溫為小于18?(9)開泵P200開FIC201，向R201進(jìn)液態(tài)丙烯⑵現(xiàn)場開E201CWR入口閥(3)調(diào)節(jié)FCI202為78M/S開泵P201開MS閥，釜底TIC201升溫(6)調(diào)節(jié)TIC20