氣相法聚乙烯超冷凝工藝的開(kāi)發(fā).pdf

1、氣相法流化床工藝是生產(chǎn)聚乙烯(Polyethylene，PE)的主流工藝，具有流程簡(jiǎn)單、投資低、操作靈活、產(chǎn)品范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在聚乙烯生產(chǎn)領(lǐng)域具有重要的地位。傳統(tǒng)非冷凝態(tài)操作由于受循環(huán)氣體移熱能力的限制，流化床時(shí)空產(chǎn)率較低。采用冷凝態(tài)操作后，因循環(huán)氣體中含有冷凝液，流化床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)熱通過(guò)流化氣體的升溫顯熱和冷凝液體的蒸發(fā)潛熱共同移除，從而提高流化床反應(yīng)器的時(shí)空收率。但是冷凝態(tài)工藝對(duì)冷凝液量存在限制，這妨礙了流化床產(chǎn)能的進(jìn)一步提高。若要

2、進(jìn)一步增大冷凝液量同時(shí)使裝置穩(wěn)定運(yùn)行，需采用超冷凝工藝。目前超冷凝工藝尚不成熟，提高冷凝液量對(duì)于流化床運(yùn)行以及后續(xù)樹(shù)脂脫揮、排放氣回收等工序的影響尚無(wú)深入研究，這使得超冷凝工藝未得到推廣應(yīng)用。因此對(duì)氣相法聚乙烯超冷凝工藝的研究具有重要的意義。
　　 本文采用ASPEN流程模擬軟件和數(shù)學(xué)建模的方法，針對(duì)氣相法聚乙烯工藝聚合反應(yīng)單元、樹(shù)脂脫揮單元和排放氣回收單元進(jìn)行模擬計(jì)算，并在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上提出工藝改進(jìn)方案，期望開(kāi)發(fā)一種氣相法聚乙

3、烯超冷凝工藝，為工業(yè)流程優(yōu)化和工藝改造提供指導(dǎo)和依據(jù)。此外，采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)液體霧化現(xiàn)象進(jìn)行研究，提出一種新型的液體霧化狀態(tài)檢測(cè)方法。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 (1)基于Polymer Plus軟件建立氣相法聚乙烯超冷凝工藝聚合反應(yīng)單元模型。模擬研究發(fā)現(xiàn)，超冷凝工藝可使流化床時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到干法操作的2.5倍以上，同時(shí)在模型基礎(chǔ)上提出流化床循環(huán)管線改造方案，即通過(guò)將循環(huán)氣壓縮機(jī)從冷卻器入口移動(dòng)到氣液分離器之后的氣相流股，

4、能夠有效降低壓縮機(jī)的負(fù)荷和功耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果。
　　 (2)基于費(fèi)克擴(kuò)散定律、亨利定理、質(zhì)量守恒方程等基本理論建立聚乙烯樹(shù)脂脫揮單元的脫氣倉(cāng)數(shù)學(xué)模型，獲得脫氣倉(cāng)操作曲線并確定優(yōu)選操作條件。模擬研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)組分出口濃度隨氮?dú)饬髁康脑龃笙妊杆贉p小后趨于穩(wěn)定;延長(zhǎng)停留時(shí)間有利于樹(shù)脂脫揮;在限定組分出口濃度的前提下，停留時(shí)間與氮?dú)饬髁砍史聪嚓P(guān);降低脫氣倉(cāng)操作壓力可提高脫揮性能;沿床層從上往下?lián)]發(fā)組分濃度逐漸降低，床層上部濃度梯度

5、大于下部。研究結(jié)果可為工業(yè)脫揮單元操作、工藝優(yōu)化和改造提供指導(dǎo)。
　　 (3)基于Aspen Plus軟件對(duì)氣相法聚乙烯裝置排放氣回收單元進(jìn)行模擬，并提出三種新型排放氣回收單元改造方案。對(duì)傳統(tǒng)壓縮冷凝回收單元進(jìn)行模擬研究，發(fā)現(xiàn)提高壓力和降低冷凝溫度可以促進(jìn)排放氣組分的回收;基于氣體膜分離傳質(zhì)模型，在Aspen Plus中建立氣體膜分離模塊，同時(shí)提出基于氣體膜分離的新型排放氣回收單元，模擬發(fā)現(xiàn)可以提高各組分的回收率;提出基于冷凝液

6、循環(huán)回路的新型排放氣回收單元，模擬發(fā)現(xiàn)可提高乙烯等低沸點(diǎn)組分的回收率;提出基于氣體膜分離和冷凝液循環(huán)回路相耦合的新型排放氣回收單元，模擬發(fā)現(xiàn)各烴類組分回收率均達(dá)到90％以上，乙烯回收率大幅度提高，同時(shí)可將膜分離之后的排放氣尾氣返回至脫氣倉(cāng)循環(huán)使用，有效減少氮?dú)馐褂昧?，由此確定該新型回收單元為優(yōu)選改進(jìn)方案。
　　 (4)采用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)液體霧化狀態(tài)，提出一種液體霧化質(zhì)量的新型檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用聲發(fā)射技術(shù)，結(jié)合信號(hào)的功率