聚丙烯装置基础知识

1装置概述3

2技术分类及特点8

3装置设计基础8

4装置生产工艺原理26

5装置工艺流程说明29

6装置主要设备简介34

7装置主要控制回路简介45

8装置布置简介55

9装置三废排放简介55

1 装置概述

装置建设规模、组成及定员

建设规模

本装置建设规模为年产 30 万吨聚丙烯本色，设计操作弹性70%～110%。装置组成和设计分工

本装置各单元划分和装置主项见下表：

表聚丙烯装置各单元划分和装置主项表

装置定员和操作班次

1）装置的年操作时间为8000 小时，连续生产。

2）生产班次为五班三运转。

3）本项目定员生产管理和操作人员总定员54 人.

产品、副产品技术规格、产量、去向

产品方案

产品包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等

设计产量

――均聚物 214200t/a

――无规共聚物 25800t/a

――抗冲共聚物 60000t/a

总产量 300000 t/a

装置的设计小时产率为：

――均聚物： t/h

――无规共聚物： ~ t/h

――抗冲共聚物： t/h

装置预留有生产三元共聚产品改造用地。

产品经掺混后送OSBL 包装仓库。

原料、催化剂、添加剂规格和耗量

原料规格及年用量

1）丙烯

丙烯：≥ %

相态：气相

压力：

温度：常温

年用量：295465 吨

2）乙烯

乙烯：≥ %

相态：气相

压力：

温度：40℃

年用量：9870 吨

3）氢气

氢气：≥ %

相态：气相

压力：

温度：30℃

年用量：40 吨

催化剂、化学品、添加剂规格及用量

1）Zg 催化剂

外观：固体悬浮液

年用量：11 吨

2）助催化剂（三乙基铝）

外观：液体

年用量：33 吨

3）Cr 给电子体

外观：液体

年用量：27 吨

4）挤出添加剂

外观：固体

年用量：560 吨

5）过氧化物

外观：液态

年用量：24 吨

6）矿物油

外观：液体

年用量：6 吨

公用工程规格、来源和消耗1）公用工程名称

――蒸汽

――循环冷却水

――脱盐水

――生产给水

――生活给水

――高压消防水

――氮气

――仪表空气

――装置空气

――冷凝水

――热水

生产过程

来自界区的丙烯、乙烯、氢气烷等原料在原料供应及净化单元被净化，并被升压至需要的压力后经计量送反应单元。主催化剂、助催化剂（TEAL、给电子体）经压送和计量后也送入反应单元。当生产均聚产品或无规共聚产品时，单体或单体和共聚单体在第一反应器内发生聚合反应，当生产抗冲共聚产品时，在串连的第二反应器内发生聚合反应。反应单元生成的树脂粉料经脱气后，送挤压造粒。挤压造粒后的粒料产品经掺混，风送至界区外包装仓库的产品料仓。树脂输送及树脂脱气排放的放空气经压送冷冻、闪蒸、精馏、膜分离等，回收丙烯返回反应单元，回收富氮气部分用于协助产品输送和接受仓产品输送，部分排放至火炬；部分富丙烷液送界区外上游MTO 装置。

自动控制水平

本装置生产工艺流程复杂，过程变量控制精度要求高。为生产最合适的产品质量、数量和品种，有效地控制物耗和能耗，装置拟采用先进、高性能仪表及控制系统，使装置高效、连续、稳定、长周期运行。

本装置采用集散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS）、过程计算机系统（PCS）、先进过程控制（APC）等。

装置地理位置

PP 装置的用地位于神华煤制烯烃项目生产装置区，西侧为MTO装置，北侧为预留用地，西南侧为烯烃事业部联合中央控制室(CCR)，东侧为聚烯烃包装区，南侧为PE 装置。装置区地形较为平坦，地形为方形，共占地为52200 平方米（261 米*200 米）。

装置主要技术经济指标

聚丙烯装置的主要技术经济指标见下表：

表－1 聚丙烯装置主要技术经济指标

2 技术分类及特点

Unipol聚丙烯工艺是联碳公司（UCCP）和壳牌公司于二十世纪八十年代开发的一种气相流化床聚丙烯工艺，是将应用在聚乙烯生产上的流化床工艺移植到到聚丙烯生产中，并获得成功。该工艺采用高效催化剂体系，主催化剂为高效载体催化剂，助催化剂为三乙基铝、给电子体。

UNIPOL工艺具有简单、灵活、经济和安全的特点；该工艺只用很少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物在内的全范围产品，可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。因为使用的设备数量少而使维修工作量小，装置的可靠性提高。

由于流化床反应动力学本身的限制，加上操作压力低使系统中物料的贮量减小，使得该工艺比其它工艺操作安全，不存在事故失控时设备超压的危险。此工艺没有液体废料排出，排放到大气的烃类也很少，因此对环境的影响非常小，与其它工艺相比，该工艺更容易达到环保、健康和安全的各种严格规范。

该工艺的另一显著特点是可以配合超冷凝态操作，即所谓的超冷凝态气相流化床工艺（SCM）。由于液体含量多少是流化床稳定、形成聚合物结块的基本因素，因此该技术关键的操作变量是膨胀床的密度及膨胀松密度与沉降松密度的比例。由于超冷凝态操作能够最有效地移走反应热，它能使反应器在体积不增加的情况下提高2倍以上的生产能力，对于投资的节省是非常可观的。

抗冲共聚产品的乙烯含量可高达17%（橡胶含量大于30%）的抗冲共聚产品。

该工艺的核心设备为气相流化床反应器、循环气压缩机、循环气冷却器和挤压造粒机组。

流化床反应器是空心式容器，其顶部带有扩大段，底部带有分布板，第一反应器操作压力为，温度67℃，第二反应器操作压力为，温度70℃；循环气压缩机为单级、恒速、离心式压缩机。

3 装置设计基础

装置生产能力，产品，操作时间

本装置设一条年生产30万吨球状聚丙烯树脂的生产线。生产能力是根据每天24小时年8000小时的操作时间计算得出的(大约吨每小时) ，生产各类型的均聚物、无规共聚物、以及抗冲共聚物产品。

产品的包装线设置在聚丙烯装置界区外，每天操作16个小时，实行两班倒，一周七天运行

装置在没有影响产品性能前提下，其生产能力设计在额定能力的 60 - 110%

生产线的数量1条，30万吨的生产能力

吨/每小时的生产能力，8000小时/年。下表列出了每个系列产品的产率。

表－1 聚丙烯装置各系列产品的产率

设计能力30 万吨/年

挤压机能力42吨/每小时的挤压线能力是在产品的熔融指数为 g/10 min

到 g/10min, 吨/每小时 (130 % 额定能力) 的挤压能力是

在产品的熔融指数 g/10 min 或以上。

年操作时间8,000 小时

最终产品形式颗粒

聚合催化剂SHAC-201 or SHAC-320 （均聚物）

SHAC-205 （无规共聚物）

SHAC-320 or -330 for （抗冲共聚物）

向陶氏化学公司购买催化剂

生产能力的降低反应系统可在设计的额定能力的60%生产，个别反应能力可

以在 10%左右

反应器的紧急排放经由透平降压

原材料明细 UNIPOL 聚丙烯工艺过程是应用由业主所提供的丙烯、乙烯、

氢气和氮气来生产

产品类型依据于业主的要求：

70 % 均聚物

10 % 无规共聚物

20 % 抗冲共聚物

产品包装能力产品的包装线将被设置在聚丙烯装置界区外，每天操作16个

小时，实行两班倒，一周七天。系统包括4条包装线，每条

线1200条编织袋每小时的装袋量

产品设计基础每一种产品保证表在技术附件8，8-1章节；装置的设计基础

和范围由附件8的产品保证列表来设定

均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物

产品规格、产量和产品切换

表－1 聚丙烯装置年产量及产品牌号分配表

典型的聚丙烯牌号切换时间

一般切换时间是指完整的产品切换包括均聚/无规/抗冲产品的混合

表－2 典型的聚丙烯牌号切换时间

注释：

1)推荐的产品序列是从均聚物到无规再到抗冲再回到均聚物。从均聚物到无规物的切换是满负荷切换，从无规物到抗冲物也是满负荷切换。然而，从抗冲到均聚的切换，推荐要把反应系统内的所有抗冲树脂全部倒空。这个工艺要求给第一个反应器大约3-6个小时的时间来倒空所有的抗冲颗粒，然后再在第一个反应系统进行初步反应。

2)上表列出的切换时间表明从一个牌号切到另一个牌号所需时间，以及在稳定工况下生产切到新牌号的时间。

3)依据于工厂操作法、产品所有者的市场要求、顾客的需求，存储在箱内或料仓内合格与不合格产品量的变化是根据采取什么样的生产程序以及对稳定工况的定义。因此，所列出的切换时间（小时）有可能与合格与不合格产品时间不同（时间随着生产率的增加而增加）

4)同时根据工厂操作法，工厂间对合格与不合格产品的区分水平会有很大的不同，对于

一级切换，典型树脂分为A等级产品混入先前的切换产品中，以及B等级产品混入下游的产品牌号中。

对于二级切换来说，树脂分为A等级产品、B等级产品和不合格产品。

根据料箱或料仓的数量以及产品所有者所制定的相关市场策略，（所有者的市场要求和顾客需求）以及其他情况；合格产品升级为目标等级的数量会大大不同。这也同时应用在不合格产品升级到目标等级。

5)牌号间的切换时间很大程度上依据于产品的特性以及两个产品牌号间性能的不同。切换时间同时依据于下列的因素：:

生产程序

操作人员经验

联机分析设备的精确度

切换的激进程度（从一种气体的组成参数切换到另一种的困难程度）

所使用的切换工艺的水平

流程的预控制功能

粒化系统的性能

实验室测试的精确度

产品性能分析速度

诸如此类

6)上述信息表明了“典型”的UNIPOL?单元的切换时间，假定造粒系统不是切换时间的控制因素。

7)一级切换包括了从一个牌号到另一个牌号的产品性能的限定（从一个熔融指数到另一个熔融指数）。二级切换同时包括了多种产品性能的切换（如从一个熔融指数到另一个熔融指数和XS到XS，等等）

8)上表列出的典型的切换时间是假定工厂的操作法和市场规则相近的制定了产量结构的策略、最大化的市场需求的生产程序以及需求对最佳化的工厂操作的对接。

表－3 典型的聚合物性能规格

测试方法PPG 408(3)

(XRF)

PPG 408(3)

(XRF)

PPG 408(3)

(XRF)

PPG 408(3)

(XRF)

PPG 424

(GC)

PPG

505(4)

牌号总灰

份Ti(1)Mg(1)Al(1)Cl(1)VOC’s(1, 5)黄化

指数

ppmw ppmw ppmw ppmw ppmw Wt %

均聚

物

1001035300无规2001040350

共聚

物

1001020200

抗冲

共聚

物

原料

反应的主要原材料：

丙烯

乙烯

氢气 (做为一种链转移剂来控制分子量)

氮气超高活性催化剂 (SHAC?) 聚合催化剂

烷基铝(作为齐格—纳塔催化剂的助催化剂)

给电子体 (也叫做选择性的控制剂—SCA，UNIPOL 工艺用“N” donor, “D”

donor, 以及更先进的给电子体工艺— ADT)

除了反应区域的原料外，其他原料在造粒系统区域：

产品添加剂

过氧化物

专利商对聚合级原料规格的要求

表丙烯规格

组成单位(百万分之一、体积、最大值)含量

极性化合物

水< /

乙醇< /

氨< /

乙醛< /

MTBE< / 1

氧化物

氧气 / 1

一氧化碳< / 1

二氧化碳< / 2

表丙烯规格 (续表)

注：标记“*”号的杂质不会影响反应器的操作，一般来说，不需要在进入UNIPOL 反映系统前去除掉。

上表中对典型的杂质水平要求仅仅应用在单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入的杂质量。

表 2 乙烯规格

上表中对典型的杂质水平要求仅指单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入的杂

质。

表 3 氢气规格

质。

表 4 氮气规格

质。

专利商对聚合级原料规格的要求

表丙烯规格

表乙烯规格

表氢气规格

表氮气规格

原料供应条件

丙烯

表工艺中要求的丙烯供应条件：

乙烯

表工艺中要求的乙烯供应条件：

氢气

表工艺中要求的氢气供应条件：

3.4公用工程规格及供给条件

下面的公用工程由业主提供，参数如下：

1) 冷却水

供水压力, MPa (g) ～

回水压力, MPa (g)

供应温度, °C ≤32

回水温度, °C≤42

Cl-5倍于新鲜水的浓度

污垢系数, m2·K/W

2)脱盐水

压力, MPa (g) ≥

温度, °C Ambient

铁含量，≤ L

铜含量≤ L

传导率≤μs/cm (25 ?C)

二氧化硅≤ L

PH 7～8

3) 新鲜水

城市水厂供应.

供应压力～

温度, °C Ambient

总硬度 ( CaCO3) L

混浊度 3 degrees

Cl- 126mg/L

Fe L

SO42- 205 mg/L

固体 798 mg/L

4) 电功率

200kW 及以上交流, 10kV, 50Hz, 3 相，3线低于200kW 交流, 380V, 50Hz, 3 相,3线DCS 电力交流,220V 和直流,24V

5) 仪表风