1 聚丙烯装置生产工艺现状及工艺流程
1. 1 生产工艺现状
聚丙烯是与人们日常生活密切相关的通用树脂,根据反应介质和反应器构形, 聚丙烯装置分为三种基本类型: 一是本体工艺, 聚合反应在液体丙烯中进行,反应器为液体釜式反应器或环管反应器; 二是气相法工艺, 丙烯直接聚合生成固体聚合物, 反应器为流化床、卧式搅拌床和立式搅拌床; 三是浆液法工艺, 丙烯溶解在丁烷、戊烷、己烷、庚烷或壬烷等烃类稀释剂中,反应器为连续搅拌槽式反应器、间歇搅拌槽式反应器或环管反应器。目前世界约55% 的聚丙烯装置是本体法, 25% 是气相法, 20% 是浆液法。据统计, 截至1998年底, 我国共有113 套中、小型聚丙烯装置, 其中采用环管式反应器液相—气相本体组合工艺(Spheripo l)的约占45% , 采用釜式反应器液相—气相本体组合工艺(Hypo l) 的约占21% , 采用国内自行开发的液相本体环管法工艺的约占25% , 采用其他工艺的约占9%。
1. 2 工艺流程
在众多的聚丙烯生产方法中, 采用本体环管法技术生产的聚合物产品范围最宽, 包括均聚物、无规共聚物?三元共聚物和耐冲击共聚物, 是当代最具竞争力的生产方法之一。1995 年以来, 中国石化集团公司在pheripo l 工艺基础上, 研制开发了“7 万吨/年环管法聚丙烯成套技术”, 该技术以炼厂丙烯为原料, 包括催化剂、环管反应器等关键设备、全套工艺包括工程设计。目前在长岭、福建、九江、武汉、济南等炼厂已分别建成5 套各为7 万吨/年的环管聚丙烯装置, 装置运行良好, 标志着我国聚丙烯技术取得了突破性进展。国产本体环管法聚丙烯成套技术的生产工艺流程如下:
丙烯原料经保安精制系统脱水、脱氧后成为精丙烯, 经计量罐进入环管反应器, 主催化剂、活化剂、分子量调节剂、给电子体等也经过计量罐按一定比例加入反应器。液相丙烯在75 ℃、3. 5M Pa 压力下进行液相本体聚合反应, 3 h～ 6 h 后, 液相丙烯消失, 反应器内主要是聚丙烯固体颗粒和未反应的高压丙烯气体, 气相丙烯经冷却后由循环气压缩机回收利用。聚丙烯借丙烯回收后移动装置剩余的压力向闪蒸釜喷料, 将聚丙烯、气相丙烯以及聚丙烯吸附的丙烯分离, 得到不含丙烯的聚丙烯粉料, 通过干燥器通入空气进行干燥, 得到粉料聚丙烯产品。然后风送到挤压造粒区, 经挤压机造成颗粒, 再经风送到颗粒料仓进行均化, 均化后的颗粒再次由风送到包装厂房, 用包装机包成袋装成品入库。
2 本体环管法聚丙烯装置的消防设计
国产本体环管法聚丙烯装置工艺复杂, 各类管线、设备众多, 装置分为聚合区、挤压造粒厂房、颗粒料仓、成品包装、烷基铝储存、制氢站、丙烯预精制工段七个区块, 其中聚合区、烷基铝储存、制氢站、丙烯预精制属甲类生产。装置消防设计主要依据《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》, 并参照了Spheripo l 工艺的有关消防要求。
2. 1 建筑防火
聚丙烯装置的总平面布局、各工段间的防火间距、各工段的耐火等级、安全疏散设计应符合《石油化工企业设计防火规范》的规定。现仅讨论聚合区设备的建筑防火设计。聚丙烯聚合区为长方形, 中间为管廊, 两边是框架和设备, 一边是环管反应器框架, 一边是聚合物闪蒸干燥钢框架。按照规范要求, 设备承重钢框架的梁、柱应覆盖耐火层。在本装置中, 应将钢框架距地面6 m 以下的梁、柱喷涂防火涂料作为耐火层, 并应采用厚型、无机能适用于烃类火灾的防火涂料, 使其框架耐火极限大于1. 5 h, 以防止在火灾中因强度降低而造成装置的整体坍塌。
2. 2 工艺防火
2. 2. 1 防静电
聚丙烯浆液管线、粉料和颗粒输送管线、液态丙烯等输送管线应采取管道静电接地措施, 对防爆区的设备和非防爆区的关键设备也应采取静电接地保护。
2. 2. 2 防粉尘爆炸
聚丙烯粉料有引起粉尘爆炸的危险, 因而应采取有效措施防止粉尘的聚积。在装置中, 应使用密闭的氮气系统输送聚丙烯粉料, 对添加剂加料处等粉尘较多的地方, 应设置排风机, 及时将粉尘排出。
2. 2. 3 可燃气体探测
原料丙烯的蒸气相对密度大于1, 这样万一装置内某点发生泄漏, 很容易聚集在低洼区, 形成具有爆炸危险的混合物。因此在装置的周围及可燃气体较集中的地方应设置可燃气体探测器, 并将报警信号直接接入主控制室。
2. 2. 4 活化剂系统
聚丙烯装置的关键技术之一是催化剂, 目前, 我国自行研制成功的高效丙烯聚合催化剂, 实现了长周期稳定运转, 在合成催化剂过程时, 需使用三乙基铝作为活化剂。三乙基铝属烷基铝, 是一种有机铝化合物, 为无色透明液体, 属一级自燃化学危险品。三乙基铝在常温下能与空气中的氧反应放热自燃, 因而装卸及操作必须在氮气中进行, 并应始终保持正压, 防止吸入空气发生事故。
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