企聚乙烯设计说明书方案书全方位设计说明书工艺设计说明书共.docx

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企聚乙烯设计说明书方案书全方位设计说明书工艺设计说明书共

某某公司

聚乙烯生产设计方案

1.建设项目概况

1.1.建设项目内部基本情况

生产方法及工艺技术水平

1.1.1.1.生产方法

聚乙烯装置采用Ineos公司的InnoveneTMS低压淤浆工艺。

该工艺包含两种催化剂系列，即铬催化剂和齐格勒催化剂。

齐格勒催化剂既可用于单峰产品也可用于双峰产品，主要是窄分子量分布的高密度聚乙烯产品；铬催化剂用于生产宽分子量分布的高密度聚乙烯产品。

1.1.1.2.工艺技术水平

（1）工艺路线

聚乙烯（LLDPE/HDPE）的工艺技术根据反应条件可以分为三大类：

气相工艺--在气相工艺中乙烯气体在流化床反应器（如Unipol工艺和BP工艺）或搅拌床反应器（如BASF工艺）中直接聚合生成固体聚合物。

淤浆法工艺--在淤浆法工艺中乙烯聚合形成悬浮在烃类稀释剂中的聚合物粒子。

淤浆法工艺反应器类型有搅拌釜反应器（如Hostalen）、两段反应的搅拌釜工艺（如三井）、用异丁烷稀释剂的连续流动的环管反应器（Phillips工艺、BP-InnoveneS工艺）。

溶液法工艺--在溶液法工艺中，溶解的乙烯聚合，形成也能溶解在反应溶剂（一般为环己烷或脂肪烃）中的聚合物。

溶液法有三种反应器类型，即中压（10.3MPa）反应器（如Nova）、低压（2.76MPa）冷却型反应器（如道化学）和低压绝热反应器（如DSM）。

聚合技术的进展主要归功于催化剂的进展，十多年来催化剂的活性及活性中心的控制手段已有明显的改进。

目前用于生产全密度聚乙烯的催化剂主要有三种类型；一种为铬基催化剂，是在硅胶或硅铝胶载体上浸渍铬络合物；另一种是钛基催化剂，是用化学键结合在含镁载体上的钛化合物；第三种是近年来开发的茂金属催化剂。

（2）国外工艺技术概况

目前世界上比较先进成熟的气相法工艺主要包括Univation公司的Uniopl工艺，BP公司的Innovene工艺和Basell公司的LupotechG工艺。

浆液法工艺主要包括，BP公司的InnoveneS工艺和BASELL公司的Hostalen工艺、Phillips工艺。

溶液法工艺主要包括Dow化学的Dowlex工艺和Nova公司的Sclair工艺。

气相法的特点是投资少，操作费用低，产品范围宽，反应器生产能力一般不受牌号限制，生产清洁，安全性好；缺点是反应器体积大，切换牌号时过渡料多，对原料中杂质含量要求苛刻，不能生产实质上的双峰高密度产品。

浆液法工艺特别适合于生产HDPE薄膜、吹塑、管材等树脂。

但低密度及高熔融指数（MI）聚合物如溶解在稀释剂中，会使反应器结垢，因而产品范围受到一定限制。

溶液法工艺反应器不会结垢，但反应产物离开反应器后易结垢堵塞。

溶液法反应温度高，便于控制产品结构；反应器体积小，切换牌号时过渡料少。

缺点是低熔融指数（MI）产品的生产能力受到限制；反应温度高，催化活性低，产品需用吸附剂脱除残余催化剂，废渣量较大。

几种浆液法工艺技术进行比较，见表1.1-1。

表1.1-1几种浆液法PE技术的比较

技术名称

CPC

InnoveneS

Hostalen

专利所有者

PHILLIPS

BP

BASELL

工业化时间

HDPE：

60年代初

LLDPE：

80年代

50年代中期

建设情况

82条反应线，1996年总产能为500万吨/年

28条反应线，总产能633.5万吨/年

最大单线能力（万吨/年）

18

32

40

反应器

型式

1台环管

双环管（8条腿）

2台搅拌釜（可串可并）

预聚

无

无

无

稀释剂

异丁烷

异丁烷

己烷

反应条件

温度（℃）

＜104

80-110

76-85

压力（MPa）

~4.0

2.5-4.0

0.26-0.9

催化剂

Cr系、Ti系

Cr系、Ti系

Ti系

反应器停留时间（h）

~1

1-1.5

1-3

反应撤热形式

夹套冷却

夹套冷却

夹套冷却

产品范围

密度（g/cm3）

0.923~0.970

>0.938

0.944~0.957

MI（g/10min）

＞100

0.01~45

0.01~50

分子量分布（MWD）

窄~宽

窄~宽

窄~宽

共聚单体

C4=-1,C6=-1,C8=-1,4-MP-1

C4=-1,C6=-1

C4=-1

产品特点

是HDPE管子及吹塑树脂的标准

适合生产管材、瓶，有极好的加工性能

双峰燃气管树脂在欧洲信誉很好

环保

有工艺废液

有工艺废液

（3）本项目工艺技术特点

a）聚合基本特点

InnoveneTMS低压淤浆工艺包含两种催化剂系列，即铬催化剂和齐格勒催化剂。

齐格勒催化剂既可用于单峰产品也可用于双峰产品；铬催化剂用于生产宽分子量分布的高密度聚乙烯（HDPE）产品。

因此，InnoveneTMS工艺可根据生产需要，既可生产单峰也可生产双峰高密度聚乙烯（HDPE）产品。

该工艺效率很高，反应器的乙烯转化率可达99~99.5%；通过调节每个反应器的单体与稀释剂的比率来控制固体的浓度；通过调节每个反应器的冷却水温度来控制反应器温度；通过调节反应器出口流量来控制反应器压力。

通过调整催化剂和单体的加入量可以十分容易地控制分子量的分布；使用齐格勒催化剂时通过控制加入的氢气量，可使产品的平均分子量在较宽范围内变化；通过加入共聚单体的数量，可控制产品的密度。

b）淤浆环管反应器

反应器是夹套环管式，在环管反应器的底部弯管处设有轴流泵，使反应产物在反应器内循环，浆液分散性好，传热效率高，因此反应器没有过热点，也不需要很大的传热面积；

反应得到的聚合物颗粒尺寸均匀，使工艺操作性能稳定（平均容积密度450kg/m3，平均颗粒尺寸300μm）；

操作范围宽（产品密度范围936~964kg/m3）；

能迅速改变反应器的操作条件（温度、组成）而不依赖于其它参数；

产品牌号转换容易；

反应停留时间短（约1~1.5h）；

没有“种子床”的装、卸；

c）双峰操作

能够调整每种产品的性能；

专利技术可实现良好的批次差异；

d）催化剂技术

催化剂具有非常高的活性；

无蜡产生，不需除蜡设备；

催化剂残渣非常少，无催化剂残渣清除工序；

采用轻稀释剂（异丁烷）：

分离简单，树脂脱气成本较低；

铬催化剂及INEOS齐格勒专利催化剂之间切换非常容易；

催化剂进料系统具有良好的进料均匀性；

溶剂回收系统简单、可靠耐用，能耗低；

该工艺的另一个显著特点是使用异丁烷作溶剂，保证在反应器内工艺状态最稳定；从而对产品质量有积极的影响，生成的聚合物粉末具有极好的颗粒性质，并可以允许生产高浓度的聚合物。

区域位置及生产

1.1.1.3.建设项目所在的地理位置

XXX化工集团公司YY万吨/年高密度聚乙烯装置是XXX化工集团公司在建工程的配套项目之一，位于XX省YY市ZZ区。

YY市位于XX省东部、YY市位于XX省东部，临近X海湾，为XX河冲击平原，地理位置在北纬X°Yˊ至X°Yˊ和东经X°Yˊ至X°Yˊ之间。

YY地区系沉积性退海平原，地势低洼，地面平均标高在2.8～3.2米左右。

项目位于YY市西北部ZZ区西部的规划石油化工区内，为在建工程工业用地；主装置区距其东侧聚丙烯装置区界线25.00m；距其南侧乙烯装置和第二循环水场的界线分别为44.00m和46.00m；距其西侧压力罐区的最近储罐为72.00m；距其北侧乙烯装置为70.00m；距其北侧聚合物仓库为30.55m。

具体位置见附图1装置位置图GL0000-01。

1.1.1.4.用地面积

装置布置在矩形场地内，该场地东、西向长250m，南、北向宽130m，占地面积为32500m2。

1.1.1.5.生产（储存）规模

装置年操作时数7560小时；装置年生产73个牌号（典型牌号12个）高密度聚乙烯产品30万吨；操作弹性60%-110%。

产品包装为25kg/袋的塑料编织袋包装，包装和储存仓库单元与ZZ万吨/年聚丙烯装置的包装和储存仓库单元共用一个包装仓库。

原辅材料及产品

1.1.1.6.原料

项目涉及的原料为乙烯、丁烯-1、氢气等，见表1.1-2。

表1.1-2项目涉及的原料一览表

序号

原料名称

单位

吨产品消耗定额（平均值）

消耗量（平均值）

备注

小时

年

1

乙烯

t

0.992

39.365

297600

2

氢气

t

1.23×10-4

0.00489

37

3

丁烯-1

t

0.0015

0.0595

450

4

己烯-1

t

0.0117

0.464

3510

5

异丁烷

t

0.0053

0.210

1592

1.1.1.7.辅助材料

项目涉及的辅助材料为催化剂、助剂和添加剂等，见表1.1-3。

表1.1-3项目涉及的辅助材料一览表

序号

类别

名称

单位

吨产品消耗定额（平均值）

消耗量（平均值）

备注

小时

年

2

催化剂、助催化剂

铬催化剂

kg

0.4*

16.193

79200

年运行4891小时

齐格勒催化剂

kg

0.067*

2.568

6800

年运行2648小时

三乙基铝

kg

0.157

6.042

16000

年运行2648小时

仅用于Zg催化剂牌号

3

聚合化学品

反应终止剂

瓶

2～10

抗静电剂:

ChemaxX-997

kg

0.001

0.044

108.345

仅用于Cr系催化剂牌号HD5502S和HM5411A，运行时间2466小时

4

挤出机添加剂

Irganox1010

t

86

Irganox1076

t

7.5

IrganoxB225

t

207

Irgafos168

t

79

IrgafosPEPQ

t

26

硬质酸钙

t

139

硬脂酸锌

t

59

Tinuvin622

t

1.5

Chinassorb944

t

14

DHBP7.5%IC5

t

6

总量

t

624

5

精制床催化剂

1/2"瓷球

m3

1.086

一次装填量，使用寿命3-5年

1/4"瓷球

m3

0.7705

一次装填量，使用寿命3-5年

1/8"瓷球

m3

0.1475

一次装填量，使用寿命3-5年

3A分子筛

t

0.342

一次装填量，使用寿命3-5年

NaOH球

t

0.17

一次装填量，使用寿命2年

1.1.1.8.产品

项目产品为高密度聚乙烯粉料或粒料；典型牌号产品见表1.1-4。

表1.1-4项目典型牌号产品一览表

序号

牌号

共聚单体

催化剂

小时产量t/h

年产量t/a

操作时数

类型

备注

1

薄膜料

J50-08

（1）

己烯-1

Zg

32

15000

469

双峰

双峰膜

J44-20

己烯-1

Cr

41

30000

732

单峰

中密度膜

J38-20

己烯-1

Cr

39

15000

385

单峰

中密度膜

2

吹模料

HD5502S

己烯-1

Cr

42

87000

2071

单峰

小吹膜

HM5411EA

己烯-1

Cr

38

15000

395

单峰

大吹膜

3

电线电缆保护套料

3.1

BPD4020

己烯-1

Cr

39

9000

231

单峰

电源或通讯电线冷热保护套

4

管料

4.1

PN-049-030-122

己烯-1

Zg

32

18000

563

双峰

PE100（自然料，压力管）

4.2

K44-08-122

己烯-1

Cr

39

33000

846

单峰

PE80（自然料，用于生活水管等）

5

无压管及电缆导管料

5.1

K38-20

己烯-1

Cr

39

9000

231

单峰

自然料

6

注模料

T60-800

丁烯-1/己烯-1

Zg

45

45000

1000

单峰

注模料

7

旋转模料

RMA740

丁烯-1

Zg

36

9000

250

单峰

旋转模料

8

单丝料

A4009MFN1325

己烯-1

Zg

41

15000

366

单峰

纤维/编织袋/光纤

9

合计

300000

7539

工艺流程及设备布置

1.1.1.9.工艺流程

（1）原料供应与精制

a）原料供应

聚合所需的原料乙烯和氢气来自乙烯装置；共聚单体丁烯-1或己烯-1由罐区通过管道输入到本装置内；溶剂异丁烷由罐区经管道送入本装置内。

b）原料精制

来自界区的异丁烷经干燥器（03-R-1401）活性氧化铝床层脱除含硫化合物和水。

处理后的异丁烷送到低压溶剂回流罐（03-V-5001）中，由泵（03-P-5003）送入系统中进行溶剂循环。

干燥器（03-R-1401）吸附剂用热氮气再生，循环使用周期约为60天。

丁烯-1经干燥器（24-R-1102）活性氧化铝床层脱除过氧化合物、MTBE和水。

处理后的丁烯-1贮存到丁烯-1缓冲罐（03-V-1102）中，再用丁烯-1注入泵（03-P-1101）输送到反应器中。

丁烯-1干燥器吸附剂用热氮气再生，循环使用周期为30天。

来自界区的己烯-1经干燥器（03-R-1103）活性氧化铝床层脱除水分。

处理后的己烯-1贮存到己烯-1缓冲罐（03-V-1103）中，用己烯-1注入泵（03-P-1102A/B）输送到反应器中。

己烯-1干燥器吸附剂用热氮气再生，循环使用周期为30天，再生时可以使用丁烯-1干燥器（03-R-1102）。

本装置乙烯正常运行不需要精制，一旦上游装置出现波动导致乙烯水含量超标时，可使氧化铝处理罐（03-R-5002）进行处理。

氧化铝处理罐（03-R-5002）还用于循环异丁烷的脱水处理。

c）助催化剂卸料

助催化剂通过约2m3的贮罐运送到本装置，其中两个贮罐安装在特殊的棚里，并配备排向沙坑的管线。

贮罐在氮封下操作，贮罐的放空排向烷基铝排空罐（03-V-1005），然后通过沙坑排到大气。

助催化剂由催化剂进料泵（03-P-1501A/B）来输送到反应器中。

（2）催化剂及催化剂活化

a）催化剂卸料

未活化的铬催化剂由氮气输送到活化器（03-R-2001）中。

活化器加料喷射器（03-J-2001）提供足够的真空使铬催化剂进入到活化器催化剂加料罐（03-V-2001）中，然后铬催化剂靠重力进入到活化器（03-R-2001）中。

b）铬催化剂活化

在活化反应循环的初级阶段，催化剂由氮气输送，温度上升，催化剂中的潮湿组分被除去；温度进一步上升到中间阶段，流化介质为空气，直至参与的有机物燃尽，催化剂被氧化成六价铬；最后阶段，流化床用氮气冷却。

流化床的温度由活化器流化气体预热器（03-F-2001）以及与活化器夹套相通的活化器加热炉（03-F-2002）、活化器流化床加热炉燃烧器（03-J-2002）、活化器加炉风机（03-K-2001）来共同控制。

活化循环的最后阶段，冷却下来的催化剂靠重力进入铬催化剂活动罐（03-V-2003A~J），然后在氮封下被送到聚合单元。

c）齐格勒催化剂

齐格勒催化剂在可重复使用的金属容器中以浆料形式运到本装置催化剂储存间中，然后通过叉车送至催化剂滚筒间中，用吊车放置到滚筒器（03-X-3001A/B）上，滚动催化剂到要求的时间，当催化剂日贮罐（03-V-3005）液位低时，用氮气管线将催化剂压送到催化剂日贮罐中。

（3）催化剂加料

a）铬催化剂：

活动罐中的活化铬催化剂卸料时，通过金属软管和工艺管线及氮气系统相连，将干粉催化剂压入到铬催化剂日贮罐（03-V-3007）中。

从这里一部分催化剂通过顺序控制系统制成浆料。

首先，催化剂进入铬催化剂卸料罐（03-V-3008），然后流入催化剂淤浆罐（03-V-3009）用低压溶剂稀释到一定的浓度。

少量的浆料被送到催化剂淤浆缓冲罐（03-V-3010），在那里经进一步稀释后用特殊的催化剂进料泵（03-P-3008）送到反应器中。

b）齐格勒催化剂

齐格勒催化剂的加料，采用同铬催化剂类似的程序。

齐格勒催化剂到达现场后必须装入滚筒器进行混合均匀。

然后送入齐格勒催化剂日贮罐（03-V-3005），使用一个类似铬系统的程序在淤浆罐内制备浆料，催化剂进入（03-V-3006），然后流入催化剂淤浆罐（03-V-3009）用低压溶剂稀释到一定的浓度，用特殊的催化剂进料泵（03-P-3008）送到反应器中。

c）催化剂类型的转换

当改变催化剂类型时不需要清洗和特殊的操作，只需将原类型的催化剂倒空就可装载新类型的催化剂。

因催化剂的特性差别很大，这些转换是不连续的。

催化剂类型转换时反应系统不需停车，形成的过渡料进入过渡料仓，再按比例掺混到牌号相近的产品中。

（4）聚合反应

聚合反应是在异丁烷溶剂的浆液中进行的。

反应器的操作温度80℃~110℃，操作压力2.5~4.0MPaG。

单体在稀释剂中溶解，催化剂和其它反应单体以液相形式进入反应器。

在溶剂中单体与催化剂接触，发生聚合反应产生白色PE粉末。

反应放出大量的热量，这些热量通过溶剂传给反应器夹套层的冷却水进行冷却。

反应器是基于淤浆环管原理，这种反应器直径较小，但比较长，管子末端彼此相连，形成一个较长的环管，通过轴流泵连续循环，反应器的温度由夹套里的循环水控制。

轴流泵03-P-3001和03-P-3002作为反应器的一部分安装在反应器的弯曲处，用来搅动反应器，是流体流动的推动器。

a）单峰操作模式

在单峰操作模式下，反应器使用铬或齐格勒催化剂。

催化剂注入第一个反应器（03-R-3001）中，通过调节聚合物浓度来控制产品质量。

使用铬催化剂时通过调节反应温度来控制聚合物的熔融指数，使用齐格勒催化剂时通过调节氢气浓度来实现。

通过调节每个反应器的单体与溶剂的比率来控制固体的浓度；通过调节每个反应器的冷却水温度来控制反应器温度；通过调节反应器出口流量来控制反应器压力。

根据产品配方控制每个反应器的操作条件。

每个反应器的组成（单体、共聚单体、氢气）、固体量、温度要单独控制。

生产单峰产品时，每个反应器的反应条件是相同的。

当生产单峰产品时，中间处理单元和固体提浓单元通过旁路越过。

在单峰模式下，每个反应器的产率在40%~60%之间。

b）双峰操作模式

双峰操作，反应采用齐格勒催化剂系统，反应控制原理和单峰模式相同。

但在生产双蜂产品时通过区分两个反应器的操作条件使得每段HDPE产品的性质不同，因此，每台反应器内的组分不同。

此外控制每段的比率非常重要，因此要控制每台反应器的产率。

双峰模式的反应器参数控制基本上与单峰的操作相同。

c）反应转换

连续的转换是最容易也是最有效的转换方式，并且容易操作。

这种转换通常包括熔融指数和密度的改变，通常结合催化剂的改变（例如由铬催化剂改换成另一种催化剂）。

d）改变催化剂

当停车时，催化剂停止进入反应器，反应器保持稳定的状态，到最后一刻产品质量完全保证，但在此时生产率非常低，所以会产生非常少的不合格产品。

用溶剂冲刷反应器直到几乎没有固体，同时用蒸汽加热循环水来保持反应器维持正常操作温度。

此时将引入新的催化剂，将乙烯加入到反应器中，反应重新开始，反应条件将被调整到适应新的产品和新的催化剂。

e）改变反应器的结构

单峰和双峰操作的转换，通常结合上面叙述的催化剂的改变，或发生在齐格勒催化剂系统。

这种转换要求重构双峰反应器的生产路线，这通常不需要设备和管线维护，但要求操作人员改变几个设备的排列并启动该设备。

通过停止催化剂的进入来进行催化剂的转换，但是要保持反应器的反应条件。

到最后一刻质量完全保证，但在此时生产率非常低，当反应器中几乎没有固体时，双峰重构实现，设备重新运行。

f）中间处理系统

中间处理包括固体提浓系统和中间处理系统两部分。

专有的固体提浓系统，用于第一个反应器部分浆液提浓，设备包括中间处理旋风分离器（03-V-3003）和泵（03-P-3005），本系统运用离心分离技术和InnoveneTMS的专利技术保证系统具有高的稳定操作。

中间处理系统包括一连串设计的设备来实现分离的几个平衡阶段，当浆料离开第一反应器的固体提浓系统后，在中间处理淤浆加热器（03-E-3004）中被加热到63~70℃，在大约1.0MPaG压力下进入中间处理淤浆罐（03-V-3004）闪蒸，从中间处理淤浆罐（03-V-3004）顶部出来的气体进入中间处理洗涤塔（03-C-3001），与循环的HSR物流和由中间处理洗涤塔冷凝器（03-E-3005）回流的异丁烷凝液接触。

产生的气体进入到膜回收系统（03-A-5001），在送入火炬系统之前进一步回收异丁烷。

处理后不含氢气的稀释剂和粉料通过中间处理淤浆泵（03-P-3006、03-P-3007）输送到第二反应器中。

g）反应器共用系统

本单元包括第二固体提浓系统和反应器温度控制系统。

当浆料离开第一、第二反应器后，在并联操作的淤浆加热器（03-E-3001A/B）中被加热到60~95℃，在大约0.6~1.025MPaG压力下进入高压闪蒸罐（03-V-4001）闪蒸。

反应器温度控制系统是一个闭路循环系统。

脱盐水通过反应器冷却水循环泵（03-P-3004A/B）和反应器冷却器（03-E-3002A/B）在反应器夹套内循环，聚合反应热在反应器冷却器内被移走。

h）终止系统

反应器床层温度高时手动或者自动引发终止，气态CO和N2组成的终止气体由钢瓶注入反应器进料系统使催化剂失活，终止反应。

（5）溶剂回收

离开反应器的溶剂被回收并返回到反应器，粉料则进入到脱气系统。

nnoveneTMS工艺溶剂循环系统包括高压溶剂回收（HPSR）和低压溶剂回收（LPSR）两个系统。

几乎所有的溶剂（>95%）在HPSR系统中被回收。

溶剂和粉料的分离主要在高压闪蒸罐（03-V-4001）中完成。

但由于从设备顶部出来的气相溶剂含有细粉，因此需要通过过滤器（03-S-4001A/B）来过滤。

03-S-4001A/B并联操作，清洗时采用特殊的返吹系统。

03-V-4001中的粉料则进入高压闪蒸排料罐（03-V-4002A/B），它起到隔离高压系统和低压系统的作用。

本系统采用闸斗仓原理在高压气体泄漏最少的情况下，将粉料从高压系统输送到低压脱气罐（03-V-4003）中进行脱气。

采用高压闪蒸罐冷凝器（03-E-5001）对闪蒸出的溶剂气体进行冷凝，冷凝后的溶剂靠重力排入到低压溶剂回收回流罐（03-V-5001），从这里通过低压溶剂回收循环泵（03-P-5003）一部分溶剂直接返回反应器；另一部分在贫异丁烷脱气塔（03-C-5002）中提纯，除去催化剂；还有一部分重新返回高压溶剂回收洗涤