InnoveneTMS 低压淤浆聚合工艺聚乙烯牌号切换方法

北方华锦化学工业股份有限公司聚乙烯装置采用比利时Ineos公司的InnoveneTMS低压淤浆聚合工艺，工艺流程示意见图1。单体及催化剂以液态进入反应器，在溶剂异丁烷中发生聚合，聚合产物提浓后进入粉料脱气单元，脱气后的粉料输送至造粒单元，从粉料脱气单元分离出的溶剂及单体进入溶剂回收单元进行分离后，循环回反应器重新利用。

InnoveneTMS工艺生产的高密度聚乙烯在吹塑、注塑、薄膜、管材等领域应用广泛。该工艺的特点之一就是牌号切换容易，可以在产生最少过渡产品或者几乎没有生产损失的情况下快速实现牌号切换。虽然该工艺在设计上考虑了装置经常进行牌号切换的要求，但因该装置投产时间较短， 技术人员积累的经验有限，在进行牌号切换时，出现了低压闪蒸罐结块堵塞、过渡产品过多及转产的产品质量不合格等问题。本工作对牌号切换原则、产生问题的原因以及顺利实现牌号切换的措施进行探讨，解决了牌号切换过程中的问题。

1 牌号切换分类及实施过的牌号切换

装置引进的生产牌号可以采用铬系催化剂及齐格勒-纳塔催化剂两种体系生产相对分子质量呈单峰及双峰产品。

1.1 同系列催化剂生产牌号间的切换

此切换类型为连续性切换，即装置不需要停车，仅更换新牌号所需的催化剂、调整反应控制参数即可。与其他切换方式相比，此类型的牌号切换最容易（同是采用齐格勒-纳塔催化剂生产的单峰或双峰产品间的切换不属于此类型）。

1.2 不同系列催化剂生产牌号的切换

该切换方式指齐格勒-纳塔催化剂与铬系催化剂之间的切换。因催化剂的特性差别很大，牌号切换是不连续的，但相对于同系列催化剂间的连续切换来说，时间较长，一般需要12～24h。

1.3 不改变催化剂体系，仅改变反应器的使用控制方案

该切换方式指单峰与双峰产品牌号间的切换。牌号切换时，需要启动或停止中间处理系统的设备，并且改变两台反应器的控制方案（如降低第二反应器的压力、改变反应器温度、调整氢气和1-己烯的注入量等），需要系统停止反应，并将系统倒空后进行，此种切换类型为不连续切换。

1.4 装置实施过的牌号切换

装置上已经实现过的牌号切换见表1。

2 牌号切换类型选择及切换原则

2.1 牌号切换类型选择标准

牌号切换类型选择标准：在尽可能减少生产能力损失、过渡产品产量最小、工艺风险最小化之间进行权衡。

2.2 牌号切换原则

产品牌号切换原则为：

1）与原产品牌号相比，切换为任何产品牌号都是改变了反应器内粉料的特性，在得到所需产品的同时满足反应器性能安全和稳定，并且选择最适宜的切换类型，以达到减少不合格产品的目的；

2）尽量在相同催化剂体系内进行切换，即连续型切换；

3）尽量选择密度和熔体流动速率差异小的牌号进行切换；

4）切换后的产品应尽可能进行长时间生产，避免频繁进行产品牌号切换；

5）不得从低密度（含1-己烯浓度高）产品牌号向双峰产品牌号切换；

6）避免高密度聚乙烯从较低密度聚乙烯牌号向较高密度聚乙烯牌号切换；

7）避免从反应器控制温度低的牌号向反应器控制温度高的牌号切换；

8）产品牌号切换前，尽量消耗掉上一牌号所使用的催化剂；

9）尽量在生产双峰产品后，生产密度偏低的高密度聚乙烯产品；

10）尽 量在生产双峰产品之前生产密度偏高的高密度聚乙烯产品；

11）牌号间连续切换之前，将略微降低环管反应器中的固体含量（即反应器中的聚乙烯粉末含量）。

3 牌号切换过程中出现的问题及原因分析

3.1 低压闪蒸罐内粉料结块

在采用齐格勒-纳塔催化剂生产T60-800向铬系催化剂EP30X生产HD5502S的切换过程中，出现过3次低压闪蒸罐内粉料结块问题。经过对结块粉料取样分析显示，粉料内含有残余的铝、钛、 硅、铬，并且粉料的密度较低，为0.940～0.952g/cm3，熔体流动速率为0.23～0.27g/10min。粉料内含有铝、钛证明系统中的原催化剂及助催化剂未能彻底脱除，共聚单体1-己烯浓度在单位时间内增长过快，使系统中的1-己烯分布不均匀，造成系统中产生较低密度聚乙烯产品，并且在低压闪蒸罐内结块。抗静电剂比催化剂提前2 h以4kg/h 向反应器注入，增加了系统中1-己烯的浓度，加大了系统粉料结块的机会。

3.2 过渡产品数量远多于给定经验值

在转产K44-11-122的过程中，因挤压造粒后粒料颗粒中带有黑色杂质，一般刚开始黑色杂质较多，随着时间的推移，粒料中的黑色杂质逐渐变少，但是时间较长，过渡产品数量非常大，远超出给定经验值500t。

3.3 转产后产品质量不合格

首次转产K44-11-122时，因生产经验不足，对转产可能出现的问题估计不足，因共聚单体即 1-己烯含水量超出装置设计要求，导致产品的熔体流动速率一直居高不下。为了使产品熔体流动速率能够达到企业标准的控制要求，采用连续降低反应温度的方法降低产品的熔体流动速率，最后虽然产品的熔体流动速率控制在要求范围内，但是因降温导致了聚合物内在分子聚合度的下降，聚合物的相对分子质量或聚合度一定要达到临界聚合度才能显示出适用的机械强度，聚合物在临界聚合度以上，聚合物的机械强度也随之增强。因为装置在生产K44-11-122时，反应温度降低导致了催化剂活性降低，使聚合物的聚合度降低，部分聚合物聚合度低于临界聚合度，产品的抗环境应力开裂时间等性能达不到使用要求，使装置生产的产品质量不合格。

4 牌号切换顺利进行的措施

如果想安全、顺利地实现装置的牌号切换工作，在进行不同系列催化剂（齐格勒-纳塔与铬系）间牌号切换时，需做到以下几点：

1）要尽量倒空系统中上一牌号的残余物，一般在轴流泵电流 稳定后，异丁烷循环6 h以上；

2）尽量倒空低压闪蒸罐中粉料，并且在投用新催化剂时，要在保证粉料输送系统烃含量不增加的情况下，尽可能将低压闪蒸罐内的粉料向后系统输送，避免结块；

3）控制系统中1-己烯的浓度增长速度，避免浓度增长过快，使系统中的1-己烯浓度分布不均匀，产生低聚物；

4）严格控制抗静电剂的加入时间，保证催化剂注入的同时向反应器注入抗静电剂；

5）在转产 K44-11-122时，提前做好准备，调整挤压机控制参数，避免因黑色杂质导致产生过多K44-11-122的过 渡产品；

6）在转产K44-11-122、以及共聚单体加入量大的产品牌号（如双峰产品）时，要保证原料再生反应器的处理能力，要提前一周对1-己烯含水量进行跟踪，如发现问题，及时终止转产计划，直至1-己烯含水量分析合格（质量分数小于25×10-6）后进行。

在转产及生产过程中，密切监视1-己烯含水量，并且制定应急措施，严格按照专利商提供的控制条件进行操作，如果出现熔体流动速率居高不下的情况，及时停止生产，转产其他牌号。

5 结论

a）Ineos公司的低压淤浆聚合工艺生产的产品应用领域广泛，产品牌号众多，牌号切换是贯穿装置生产的重要操作，以适应市场对不同牌号产品的需要。

b）掌握装置各牌号间的切换原则及切换的注意事项，是保证装置安全稳定生产的基础，做好切换前的准备工作，是保证牌号顺利转换的保障。

技术顾问 | 李德旭