气相法聚乙烯装置排放气回收工艺浅析

浅析全密度聚乙烯装置生产工艺摘要：聚乙烯的应用在当前时期的发展速度日益加快，为了充分应对我国各行业对于聚乙烯的应用需求，同时提升我国聚乙烯生产在国际上的竞争力，近年来，我国研究人员逐步加强了对于聚乙烯的研究，尤其是加强了对于全密度的聚乙烯的重视。

本文便是以全密度的聚乙烯作为主题，着重探讨了目前开展进行全密度的聚乙烯生产工作所应用的工艺状况。

关键词：全密度聚乙烯装置；工艺特点；工艺原理一、引言聚乙烯（PE）主要包括低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及一些具有特殊性能的产品。

由于LLDPE的分子结构与HDPE相似，也是呈线型，在生产工艺上与HDPE有部分相同之处，因此，可利用许多新设计的装置，通过改变进料组成和工艺参数生产0.910～0.970 g/cm3的全密度聚乙烯（简称LLDPE/HDPE swing units）。

全密度聚乙烯装置多数是以生产LLDPE为主，兼生产HDPE牌号的产品，具有相当大的灵活性及市场应变能力，因此全密度聚乙烯装置发展得很快，成为PE生产装置的一个发展趋势。

二、工艺特点全密度聚乙烯装置主要由原料精制系统、聚合反应系统、树脂脱气和排放气回收系统、造粒系统、风送系统及产品储存、包装系统等组成。

具有以下特点：2.1工艺简单聚合反应在较低温度、压力下进行，其工艺流程较短。

高催化活性和准确的分子量的控制，可始终如一地生产出高质量树脂，使系统兼有稳定性和灵活性。

2.2产品灵活根据市场的需要，较易调节产品质量和产量。

在生产能力不变的情况下，用单一的反应器可生产出各种不同密度的聚乙烯产品。

2.3操作方便流化床反应系统是UNIPOL聚乙烯工艺的核心，反应器可以在50-110％负荷下操作而不影响产品质量，操作弹性大，产品均匀，操作和控制简便。

2.4经济性强UNIPOL聚乙烯工艺流程短，设备简单，大多数设备采用碳钢，装置布置紧凑，占地面积小，从而大大降低了操作、维修和建设费用。

浅谈Unipol气相法聚乙烯工艺技术的特点与进展摘要：Unipol工艺是生产线型低密度聚乙烯的常用方法，是高效催化剂与气相流化床相结合的工艺。

UnipolⅡ工艺采用两个串联的反应器可生产双峰聚乙烯，但装置的设备投资大、使用效率低、操作费用高。

关键词：低密度聚乙烯Unipol 茂金属催化剂在气相法工艺中，美国Univation公司的低压气相流化床工艺（即Unipol工艺）是生产LLDPE最普遍的工业化工艺，气相法工艺具有不使用溶剂、工艺流程短、操作简单、投资少、生产成本低、产品范围广等优点，国内已投产的LLDPE 装置（包括全密度PE装置）主要采用Unipol工艺和Innovene工艺。

一、Unipol工艺流程Unipol技术的核心是：在流化床反应器中，精制后的乙烯和共聚单体在高活性催化剂的的作用下反应。

Unipol工艺一般包括催化剂配制单元、原料精制单元、反应单元、造粒单元和风送单元。

在装置开车时，需要预先向反应器中装入一定料位的PE粉料（称为种子床）。

在一定的压力下启动循环气压缩机，循环气体包括乙烯、1-丁烯（或1-己烯）、氢气、氮气及其他惰性气体1将种子床流化，在约89℃时进行种子床脱水置换。

脱水完成后向反应系统注入助催化剂三乙基铝（TEAL）进行滴定和钝化，然后将乙烯、氢气、共聚单体等原料加入反应系统，并按照所生产的产品要求建立起各组分的目标浓度，最后向反应器中注入催化剂。

粉料出料由流化床的料位来控制，产品通过出料系统从反应器间歇排入产品出料罐。

未反应的气体和氮气经保护过滤器排人乙烯回收系统，产品风送到粉料仓。

反应压力通过乙烯进料控制，气相乙烯在催化剂作用下生成固相的PE后，反应器压力下降，自动控制系统通过向反应系统补充乙烯来维持压力的恒定。

反应温度是通过循环气冷却器的冷却水来控制的，聚合产生的热量由未反应的气体带出，由循环气冷却器带走热量，然后返回反应器循环。

正常反应器的床重为34～35t粉料。

Unipol气相法聚乙烯工艺的分析与思考2019年7月| 2131.3 流程Unipol 工艺通常由催化剂配制部分、原料精制部分、化工反应部分、颗粒制作部分以及风送部分组成。

在工艺运行前，应当将PE 粉料，在实践中常常被称作种子床，将其投入到反应器中，确保到达一定的料位。

循环流化设备能够在压力作用下启动，之后流化PE 粉料，大概在89℃时进行基于PE 粉料的脱水处理。

脱水结束后，再通过催化剂配制部分将催化剂投入到反应器中，然后将乙烯循环气体加入到流化反应器中，同时依据化工生产要求构建其基于各个组成部分的反应目标。

流化床主要管理控制出料，所形成的铬系产品从反应设备口排出并直接投入出料罐中，未能进行充分反应的乙烯等循环气体通过过滤器进入到气体回收系统，确保整个流程的闭环生产，该工艺高效、便捷、易操作，且具有经济效益与环境效益。

工艺运行流程包括以下管控细节：在反应压力方面，乙烯进料环节应当重点管控反应压力，Unipol 气相法下的乙烯在催化剂影响下反应出固态PE 之后，反应器压力减弱，设备控制系统应当自动补入乙烯增加压力，进而确保压力平衡。

在反应温度方面，循环气体冷却装置是控制反应温度的关键，冷却器中含有冷却水，由于气相聚合产生的热量若有残余，冷却器能够将残余热量带入循环反应器，进而确保装置处于恒温状态，正常状态下，要求流化床反应压力是2.1MPa ，温度不能超过树脂黏结温度[2]。

2 关于Unipol气相法聚乙烯工艺的分析与思考2.1 以蒲洁能化公司为例解析Unipol装置现状Unipol 气相法聚乙烯工艺虽然具有成本低、耗能低等优势，但在单程转化、牌号转换用料以及原料纯度方面有较高要求，且较容易出现结块情况。

蒲洁能化公司经过对生产实践的研究，针对Unipol 装置进行了优化与改良，降低了能耗，提升产品质量。

具体而言，有以下四个方面：(1)通过分析流化床反应器出现硬块、熔床问题的原因，明确其主要成因是由于催化剂、原料杂质、共聚单体浓度、料位高低等控制、操作不当所致，应当制定相应的操作流程，确保职工严格依照流程进行操作。

浅谈Unipol气相法聚乙烯工艺技术的特点与进展摘要：Unipol工艺是生产线型低密度聚乙烯的常用方法，是高效催化剂与气相流化床相结合的工艺。

UnipolⅡ工艺采用两个串联的反应器可生产双峰聚乙烯，但装置的设备投资大、使用效率低、操作费用高。

关键词：低密度聚乙烯Unipol 茂金属催化剂在气相法工艺中，美国Univation公司的低压气相流化床工艺（即Unipol工艺）是生产LLDPE最普遍的工业化工艺，气相法工艺具有不使用溶剂、工艺流程短、操作简单、投资少、生产成本低、产品范围广等优点，国内已投产的LLDPE 装置（包括全密度PE装置）主要采用Unipol工艺和Innovene工艺。

一、Unipol工艺流程Unipol技术的核心是：在流化床反应器中，精制后的乙烯和共聚单体在高活性催化剂的的作用下反应。

Unipol工艺一般包括催化剂配制单元、原料精制单元、反应单元、造粒单元和风送单元。

在装置开车时，需要预先向反应器中装入一定料位的PE粉料（称为种子床）。

在一定的压力下启动循环气压缩机，循环气体包括乙烯、1-丁烯（或1-己烯）、氢气、氮气及其他惰性气体1将种子床流化，在约89℃时进行种子床脱水置换。

脱水完成后向反应系统注入助催化剂三乙基铝（TEAL）进行滴定和钝化，然后将乙烯、氢气、共聚单体等原料加入反应系统，并按照所生产的产品要求建立起各组分的目标浓度，最后向反应器中注入催化剂。

粉料出料由流化床的料位来控制，产品通过出料系统从反应器间歇排入产品出料罐。

未反应的气体和氮气经保护过滤器排人乙烯回收系统，产品风送到粉料仓。

反应压力通过乙烯进料控制，气相乙烯在催化剂作用下生成固相的PE后，反应器压力下降，自动控制系统通过向反应系统补充乙烯来维持压力的恒定。

反应温度是通过循环气冷却器的冷却水来控制的，聚合产生的热量由未反应的气体带出，由循环气冷却器带走热量，然后返回反应器循环。

正常反应器的床重为34～35t粉料。

57低密度聚乙烯装置在生产运行过程中，会排放出包含有丁烯-1、异戊烷、乙烯、甲烷、丁烷、氮气等成分的混合气体。

此时，若缺乏良好的回收工艺作为支持，将使得尾气中大量的有价值成分被浪费，不利于相关企业的经济性运行。

此外，随着我国工业领域中低密度聚乙烯装置的投产量级不断增加，市面上聚乙烯产品的价格竞争愈演愈烈。

在此背景下，企业只有寻找出有效的节能降耗与循环利用路径，降低聚乙烯产品的生产成本，才能在激烈的市场洪流中站稳脚跟。

据此，我们有必要对线性低密度聚乙烯装置的排放气回收工艺展开探究讨论。

一、线性低密度聚乙烯装置排放气回收工艺的基本类型冷凝法是线性低密度聚乙烯装置排放气回收中最常用的工艺类型，且在传统时期以两步冷凝法为主。

两步冷凝法的工艺流程为：首先，依托低压冷凝装置对尾气中一定量的液体进行回收。

然后，再对压缩机实施升压处理，由此形成高压力、低温度的装置内环境，对尾气中的大部分液体进行回收。

在此过程中，压缩机的出口压力值与尾气中液体的回收量级可呈现出同步增长的线性关系，即压缩机的出口压力值越高，其对低密度聚乙烯装置尾气中液体的回收效果就越好。

同时，由于压缩机处于积极的运行状态，冷凝装置的工作压力可被有效分担，从而达到降低冷凝剂用量的节能效果。

但需要注意的是，压缩机出口压力的大幅升高，是以压缩机运行功率的同步增长为代价的。

而冷凝装置工作压力、运行效率的降低，也会在一定程度上引发冷却水的高消耗问题。

从整体来看，两步冷凝法虽然能降低冷凝装置的运行功率与冷凝剂的用量，但其对压缩机、冷却水的运行影响也是比较明显的，所以并不能达到高水平的节能降耗回收效果。

为了解决两步冷凝法的缺陷问题，相关人员研发出了一种改良后的一步冷凝回收工艺。

与原工艺相比，一步冷凝法的主要区别在于删除了低压冷凝这一初期环节，即低密度聚乙烯装置尾气中液体的回收量级不再受到低压冷凝装置影响。

在此背景下，压缩机承担了绝大部分的液体回收任务，因此其功率会有所升高，但冷凝装置的运行耗电量会显著降低。

1聚乙烯排放气包括通过出料系统排出的反应气体（包括乙烯、共聚单体、冷凝剂、氢气等）及氮气吹扫气体。

排放气中各组分及其浓度根据生产工艺及生产牌号的不同而存在较大区别。

如果将有效组分进行分离，既可以实现排放气回收利用，又减少环境污染以及经济损失。

目前，传统的回收流程是将排放气进行多级压缩，然后进行低温冷凝回收烃类凝液。

随后，有机蒸汽膜分离技术在聚乙烯装置上开始大量应用，近几年来，无动力深冷分离技术在聚乙烯工艺排放气回收上成功应用。

这些技术的成功应用，大幅度提高了排放气中有效组分的利用。

1 压缩冷凝技术1.1 基本原理压缩冷凝法作为Unipol工艺中传统回收技术，首先排放气通过低压冷却器进行冷却，随后进行第一次压缩和冷凝，部分重烃冷凝后进行回收，对未冷凝的气体由回收气压缩机进行二次压缩，通过高压冷却器和冷凝器降温冷凝，气液混合物进入高压凝液罐进行气液分离，分离出的冷凝液与低压冷凝液通过泵送回反应系统进一步利用，而气体则排往火炬。

1.2 回收效果由于排放气中仅含有少量的可凝性烃，因此大量的不凝气被无效地压缩和冷却，从而影响了压缩冷凝技术的经济性。

图1为2012年兰州石化公司全密度聚乙烯装置1-丁烯单耗及装置物耗。

图1 2012年1-丁烯单耗及物耗通过分析全密度聚乙烯装置2012年全年1-丁烯单耗及物耗，1-丁烯平均单耗为83.93kg/t，物耗平均为1015.78kg/t，均处于较高水平。

压缩冷凝法主要有以下不足：1）回收效率较低，只能回收异戊烷和1-丁烯等相对分子质量较大的烃类；2）未冷凝的排放气中的吹扫气体的浓度达不到脱气仓的要求，因此无法循环利用而只能排放火炬系统；3）回收后尾气中仍有约12％的异戊烷、1-丁烯放至火炬燃烧。

2 膜分离技术2.1 简介膜分离技术包括有机蒸汽膜分离和氢气膜分离，有机蒸汽膜主要用于回收重烃，包括1-丁烯、异戊烷等。

氢气膜分离利用特殊高分子膜对氢气优先透过的特点，使气体中的氢气组分优先透过膜，其余组分被选择性截留，从而达到混合气体分离目的。

浅析排放气回收系统工艺流程和注意事项作者：栾爽来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第02期【摘要】排放气回收系统能提高原料乙烯及氮气的回收利用，降低全装置的物耗，提高生产的经济效益。

本文对大庆石化公司塑料厂全密度聚乙烯二套装置的排放气回收单元的工艺流程和注意事项进行了简单的介绍。

【关键词】排放气回收；工艺流程；注意事项中国石油大庆石化公司塑料厂全密度聚乙烯二套装置采用UNIVATION公司的UNIPOL 气相流化床聚乙烯冷凝技术生产工艺，其中排放气回收单元是一个主要组成部分，其主要目的是从脱气仓的排放气回收可冷凝的单体和ICA以提高单体利用率；回收不凝气体（氮气和轻烃）返回到产品吹扫罐作为辅助输送气以节约氮气；回收反应系统中未反应的大量烃类物质（排放到产品脱气仓的气体包含ICA、氮气、乙烯及共聚单体）以达到降低装置物耗，使和树脂一起排放的气体数量最少；减少环境污染。

一、排放气回收系统的工艺流程排放气回收系统的工艺流程可以概括总结为产品脱气仓的排放气流到排放气回收系统后，经过压缩、冷却、冷凝。

冷凝的液体经过回收被泵送回反应进料系统。

1.1压缩低压集液罐的气体被一个两级压缩机压缩，经过压缩机的每一段都要通过一个吸入罐和排出罐，为防止液体进入压缩机，两个吸入罐设有液位开关。

吸入罐液位高将使压缩机自动停车。

压缩机吸入口压力由二段排气线上的控制阀控制，这个阀把气体排回到吸入罐上游的一段吸入口以保持吸入压力。

冷冻压缩机压缩气相冷冻剂前，先经过油分离器，从冷冻剂中分离出大部分夹带的油后，经压缩在冷却器中冷凝成液体，然后进入蒸发器壳程蒸发，冷却循环的乙二醇/水混合液体。

气化的冷凝剂从高压冷凝器回到压缩机的吸入段继续循环。

1.2冷却冷却是通过冷却水系统和冰机制冷系统来实现的。

冷冻剂是由乙二醇与水的混合物，通过冷凝器和冰机进行循环使用。

通过入口保护过滤器的排放气被低压冷却器冷却，冷却器是水冷、管壳式换热器，冷凝的液体被收集到低压集液罐然后被泵送到级间集液罐。