聚乙烯装置操作工培训教材
4#聚乙烯装置操作工培训教材
第二校
石化塑料事业部
目录
第一章25万吨/年双峰工艺（BORSTAR）聚乙烯装置第一节概述
第二节工艺原理
第三节工艺流程
第四节技术特点
第二章工艺操作
第一节质量控制
第二节基本操作
第三节产品的切换
第四节正常开、停车
第五节异常情况判断处理
第三章设备
第一节4PE装置设备概述
第二节专用机、泵介绍
第四章电器、仪表
第一节自动控制水平
第二节主要仪表系统
第三节仪表选型
第四节安全技术措施
第五节动力供应
第五章操作案例
第一章25万吨/年双峰工艺（BORSTAR）聚乙烯装置
第一节概述
石油化工股份塑料事业部4PE装置是石化四期工程70万吨乙烯改造项目的主体装置，系引进北欧化工公司“BORSTAR”双峰聚乙烯专利技术，可生产双峰LLDPE至HDPE的全密度聚乙烯产品，且具有生产自然色和黑色产品的能力。本装置设计生产能力为25万吨/年，运转时数为8000小时/年，操作弹性为70%～110%。产品密度围为（918～970）kg/m3；熔体流动速率围为2(MFR21)～100(MFR2)；分子量分布围为5～30。共可生产六大类型、21个牌号的产品，其中：薄膜料6个、吹塑料3个、挤出涂层料1个、管材料5个、电(光)缆护套料2个、注塑料4个，其中管材料和电(光)缆护套料为黑色产品。
表1-1 设计品种年产量分类比例
品种比例
薄膜料30％
吹塑料25％
管材料20％
电(光)缆护套料15％
注塑料5％
挤出涂层料5％
北星双峰聚乙烯工艺技术基于串联的淤浆环管反应器和流化床气相反应器，由一个预聚合反应器、一个环管反应器及一个气相反应器组成的多个反应器串联，各反应器的反应条件完全独立，采用北欧化工公司自行开发的齐格勒-纳塔(Ziegler-Natter)型催化剂（BCM40G、BCM25E）生产所有产品。该工艺核心是在环管反应器中以超临界丙烷为稀释剂进行乙烯聚合反应，所生成的产物连
续送入串联的气相反应器中进一步反应，生成低密度、高分子量的聚乙烯产品基料，整个工艺过程高度灵活，易于控制聚乙烯分子量和共聚单体分布宽度。通过优化聚乙烯主、支链的结构及分子量的分布，使所生产的聚乙烯聚合物成为双峰型聚乙烯聚合物。通过调节共聚单体的含量可以控制密度，可生产HDPE、MDPE和LLDPE等聚合物，本工艺除了可控制共聚单体含量外，还可控制共聚单体的分布。
本装置聚乙烯牌号覆盖面较广，产品在不同的应用中显示出优良的性能。选用廉价的丁烯-1作为共聚单体，能达到比任何单峰产品更优异的性能。例如：产品可用于要求较高的、更高压力级别的管子（如PE100管道）或增大管道管径、减薄管道壁厚，由于双峰聚乙烯的强度较高，因而相比可节省30%~50%以上的材料。在生产线性低密度聚乙烯薄膜中，菱形袋和层压膜要比典型的LD/HD或LD/LLD混合物节省31-47%的材料。在一般的和家用化学品（HIC）中空吹塑制品应用中，要比典型的单峰牌号节省20-30%的材料。另一个性能是由于机械性能的提高，使得塑料制品循环利用率的程度提高。
根据工艺生产特点，该装置可分成7个区域。即：
表1-2 装置区域分布
0区公用工程
2区原料精制系统
3区预聚环管反应器/环管反应器
4区气相反应器
5区稀释剂回收系统
6区助催化剂系统
7区造粒、掺混和粒料贮存系统
第二节工艺原理
1.2.1 高效催化剂
双峰聚乙烯技术采用齐格勒-纳塔型催化剂。一般而言，齐格勒-纳塔催化剂是一种络合物，它是通过IV-V 族过渡金属化合物(卤化物、醇盐、烷烃或是芳基衍生物)和I-III族金属卤化物或芳基醇盐反应得到。前者被称为催化剂，后者为助催化剂。虽然对金属的选择围很大，但并不是所有的组合都具有活性，在实际生产中，使用钛化合物和烷基铝的组合体系。该催化剂对氧气和水特别敏感，因此它们必须严格地在惰性条件下进行制备。
最普通齐格勒-纳塔催化剂是钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、铪(Hf)、钴(Co)和镍(Ni)。这些金属中Ti 几乎是在PE生产中唯一应用于工业中的。这些金属一般以卤化盐的形式使用。优先选用的化合物为氯化钛(TiCl4)、三氯化钛(TiCl3)、三氯化钒(VCl3)和三氯氧化钒(VOCl3)。齐格勒-纳塔催化剂有部载体或无部载体。部载体通常是改善催化剂的结构，一般使用硅或氯化镁。
助催化剂为有机金属化合物，碳原子与金属原子键合在一起。优先选用的助催化剂为烷基铝。所有这些烷基金属都是可自燃的，必须储存于惰性状态下。当被碳氢化合物高度稀释，它们的活性会有所降低。
1.2.2 聚合原理
聚合反应被认为具有以下步骤：
●活性点的形成(A→B)：助催化剂与氯化钛反应。一个氯原子由助催化剂的烷基基团所取
代，从而形成碳-金属键。这样就产生了一个空的配位点；
●单体在空位进行配位(C)；
●单体插入到Ti-R键之间(D)；
●链增长：下一个单体配位到空位，以一个正在增长的聚合链为尾端(E→F)；
●链转移反应。
图1-1 聚合反应机理
由于存在配位步骤，齐格勒-纳塔和铬系催化剂也被称为配位聚合催化剂。
高分子链的持续增长和链增长的控制都是很重要的。当高分子链终止或从活性点上转移的时候，链增长就结束了。用齐格勒-纳塔催化剂，氢气(链转移剂)起链终止作用。氢气与乙烯的比值越高，聚合物的分子量越低，即MFR上升。链转移反应要消耗氢气。氢气/乙烯比值的升高会在一定程度上引起催化剂活性的下降，链向氢气转移后产生具有饱和键的聚合物。链转移反应过程如下：
齐格勒-纳塔催化剂的特点是在反应过程中链转移到氢气的步骤为控制步骤，反应器中形成的聚合物的分子量与反应器中氢气和乙烯的摩尔比成反比。聚合反应的温度升高会引起分子量下降，然而，与氢气的影响相比，温度只是一个很小的因素。
为了生产一定分子量的聚合物，不同的催化剂需要不同的氢气/乙烯比。需要用来控制聚合物分子量的氢气越少（低氢气/乙烯比），所用的催化剂对氢气越敏感。
共聚单体（丁烯-1）用来控制聚合物的密度。聚合物中共聚单体的含量越高，密度就越低。为生产一定密度的聚合物需共聚单体/乙烯比越低，所用催化剂对共聚单体的反应灵敏度越高。一般情况下，共聚单体的存在会提高齐格勒-纳塔催化剂的活性。
在共聚反应中，有多种链增长反应发生。
第三节工艺流程
1.3.1 原料精制