溶剂淤浆法聚合过程中的连续反应流程说明

1.工艺流程

如图2-15所示，带搅拌的连续釜式反应器（CSTR）是工业生产过程中常见的单元设备。反应过程是丙烯聚合，此过程采用两釜并联进料、串联反应的流程。聚合反应在己烷溶剂中进行，所以称为溶剂淤浆法聚合。第一聚合釜D-201同时设有夹套冷却水散热和汽化散热，用以及时移走反应产生的大量热量。汽化散热是汽化气体经冷却器E-201进入D-207罐，D-207罐上部汽化空间的含氢（相对分子质量调节剂）未凝气体通过鼓风机C-201经插入釜底的气体循环管返回首釜D-201，形成丙烯气体压缩制冷回路来实现的。第二釜D-202采用夹套冷却和浆液釜外循环散热，浆液釜外循环管线上有一个换热器，用冷却水移走热量。

图2-15　连续反应流程图

连续反应工艺流程说明如下：新鲜丙烯经阀门V1进入储罐D-207；少量后续工段回收的循环丙烯经阀门V2进入储罐D-207，两种物流在储罐D-207中混合。混合后的物料再经泵P-201输送到第一聚合釜D-201。己烷经过阀门V6和阀门V7分别进入第一聚合釜D-201和第二聚合釜D-202。第一聚合釜D-201由阀门V8与阀门V9分别控制添加催化剂A和活化剂B。气相丙烯经阀门V10进入第二聚合釜D-202作为补充进料。少量氢气分别通过调节阀AIC-01和调节阀AIC-02进入两釜，控制聚丙烯熔融指数。熔融指数表征了聚丙烯的分子量分布，是操作过程中需要重点控制的指标。

2.主要设备的操作要点

第一聚合釜的主要操作点：超压或停车时使用的放空阀V11，釜底泄料阀V13，夹套加热热水阀V4，搅拌器电机开关M01，气体循环冷却手动调整旁路阀V3，鼓风机开关C01及备用鼓风机开关C1B。

第二聚合釜的主要操作点：超压或停车时使用的放空阀V12，釜底泄料阀V14，夹套加热热水阀V5，夹套冷却水阀V15，搅拌器电机开关M02，浆液循环泵电机开关P06。

储罐D-207的主要操作点：丙烯进料阀V1，循环液相回收丙烯进料阀V2，丙烯输出泵P-201开关P01及备用泵开关P1B。

3.冷态开车步骤

（1）检查并确保所有阀门处于关闭状态，各泵、搅拌和压缩机处于停机状态。

（2）将己烷进口阀V6的阀门开度调到50%，向第一聚合釜D-201充己烷。当液位达50%时，将调节器LIC-03投自动。

（3）将己烷进口阀V7的阀门开度调到50%，向第二聚合釜D-202充己烷。当液位达50%时，将调节器LIC-04投自动。

（4）开丙烯进料阀V1，向储罐D-207充丙烯。当液位达50%时，开泵P-201，将调节器LIC-02投自动。

（5）开鼓风机C-201A的开关C01。全开手操阀门V3，使丙烯气走旁路而暂不进入反应釜。手动调节TIC-03使其阀开度约30%，使冷却器E-201预先工作。

（6）开启第一聚合釜D-201的搅拌电机M01。打开催化剂阀V8和V9，开度都为50%。控制夹套热水阀V4的开度，使釜温逐渐上升至45～55℃左右诱发反应。关闭热水阀V4后观察釜温的变化。只要釜温继续上升则说明第一釜的反应已被诱发。反应放热逐渐加强，必须通过夹套冷却水系统来控制釜温的上升速度，即手动开TIC-04输出，向夹套送冷却水。逐渐关小旁路阀V3，加大气体循环冷却流量控制釜温，防止超温、超压及“暴聚”事故。将温度调节器TIC-04设定为（70±1）℃后投自动。

（7）开启第二聚合釜D-202的搅拌电机M02。将汽相丙烯补料阀V10的开度设置为50%。在第一聚合釜D-201反应的同时必须随时关注第二釜的釜温。因为第一釜的反应热会通过物料带到第二釜。有可能在第二釜即使没有用热水加热产生诱发反应，也会发生反应。正常情况下应调整夹套热水阀V5，使釜温上升至40～50℃左右诱发反应。如前所述，由于首釜的浆液进入第二釜所带来的热量会导致釜温上升，因此要防止过度加热。关闭热水阀后如果釜温继续上升，说明第二釜的反应已被诱发。同时反应放热逐渐加强，必须通过夹套冷却水系统进行冷却，即开夹套冷却水阀V15和浆液循环冷却系统，打开泵P-206电机开关P06，手动开启TIC-06输出，控制釜温。防止超温、超压及“暴聚”事故。将温度调节器TIC-06设定在（60±1）℃，投自动。

（8）待两釜温度控制稳定后，手动调整AIC-01，向首釜加入氢气，使熔融指数达6.5左右，投自动。

（9）在调整AIC-01的同时，手动调整AIC-02，向第二釜加入氢气，使熔融指数达6.5左右，投自动。

（10）开启循环液相丙烯阀V2，适当关小阀V1，使丙烯进料总量保持不变。

（11）微调各手动阀门及调节器，使本反应系统达到正常设计工况。

4.开车过程中的注意事项

在开车过程中，要密切关注两个聚合釜的温度变化。

对第一聚合釜：如果加热诱发反应过度，当开大冷却量仍无法控制温度时，应超前于温度尚未达90℃时暂停搅拌，或适当减小催化剂量等方法及时处理。一旦釜温达到100℃，软件就认定为“暴聚”事故，只能重新开车。如果加热诱发反应不足，当一关闭热水阀V4，釜温TIC-04就会下降。这时应继续开大V4强制升温，若强制升温还不能奏效，应检查是否在升温的同时错开了气体循环冷却系统或TIC-04有手动输出冷却水流量。必须关闭所有冷却系统，同时开大催化剂流量，直到反应诱发成功。

对第二聚合釜：与第一釜相同，如果加热诱发反应过度，开大冷却量仍然无法控制温度，这时应超前于温度尚未达到90℃时暂停搅拌，或用适当减小催化剂流量等方法及早处理。一旦釜温达到100℃，软件就认定为“暴聚”事故，只能重新开车。如果加热诱发反应不足，这时只要一关闭热水阀V5，釜温TIC-06就下降。应继续开启V5强制升温。若强制升温还不能奏效，应检查是否在升温的同时，错开了浆液循环冷却系统或V15有手动输出冷却水流量。必须全关所有冷却系统，甚至开大催化剂流量直到反应诱发成功。

5.停车参考步骤

（1）关闭D-202汽相丙烯加料阀V10。

（2）关闭A，B催化剂阀V8，V9。

（3）关闭丙烯进料阀V1。

（4）关闭循环液相丙烯阀V2。

（5）关闭D-201加己烷阀V6。

（6）关闭D-202加己烷阀V7。

（7）开启D-201放空阀V11。

（8）开启D-202放空阀V12。

（9）开启D-201泄液阀V13。

（10）开启D-202泄液阀V14。

（11）将调节器TIC-04置手动全开。

（12）将调节器TIC-06置手动全开。

（13）将调节器TIC-03置手动全开。

（14）将调节器LIC-02置手动全开。(www.xing528.com)

（15）将调节器LIC-03置手动全开。

（16）将调节器LIC-04置手动全关。

（17）将调节器AIC-01置手动全关。

（18）将调节器AIC-02置手动全关。

（19）关闭泵P-201。

（20）关闭泵P-206。

（21）关闭D-201搅拌。

（22）关闭D-202搅拌。

（23）将D-201、D-202和D-207的液位降至零。

（24）关闭气体循环阀V3。

（25）关闭压缩机C-201。

6.事故设置及排除

（1）催化剂浓度降低

事故现象：开始时D-201釜温有所下降，由于温度控制TIC-04的作用，使冷却量自动减少，温度回升。最终使聚丙烯浓度下降。导致第二釜也有相同现象。

处理方法：适当开大A，B催化剂量。

（2）催化剂进料增加

事故现象：开始时D-201釜温有所上升，由于温度控制TIC-04的作用，使冷却量自动加大，温度回落。最终使聚丙烯浓度上升。导致第二釜也有相同现象。

处理方法：适当关小A，B催化剂量。

（3）D-201出料阀堵塞

事故现象：D-201中液位上升。LIC-03的输出自动开大，但无法阻止液位继续升高。

处理方法：开T-1开关。

（4）D-202出料阀堵塞

事故现象：D-202中液位上升。LIC-04的输出自动开大，但无法阻止液位继续升高。

处理方法：开T-2开关。

（5）P-201停止运转

事故现象：D-207中液位上升。由于丙烯原料被切断，第一釜丙烯和聚丙烯浓度同时下降。

处理方法：开备用泵P1B开关，使备用泵运转投用。

7.思考题

（1）溶剂在丙烯聚合中起何作用？

（2）催化剂在丙烯聚合反应中起什么作用？丙烯聚合采用何种催化剂？

（3）丙烯聚合反应进行的快慢和哪些因素有关？

（4）聚丙烯熔融指数与相对分子质量有什么关系？如何控制？

（5）在丙烯聚合过程中为什么第一釜比第二釜反应剧烈？

（6）首釜采用气相循环冷却的作用原理是什么？和夹套水冷有何不同？如何调整冷却量？

（7）第二釜为什么用釜内浆液外循环冷却？

（8）冷态开车时如何控制夹套热水加热？为什么加热不能过度？

（9）反应过程中如果停止搅拌会出现什么情况？

（10）丙烯聚合为什么常用多釜串联工艺？

（11）聚合反应为什么常用低转化率工艺？未反应的丙烯如何处理？反应后溶剂如何处理？