高压低密度聚乙烯装置反应分解原因及解决措施

[摘 要]针对高压低密度聚乙烯装置（LDPE）存在的反应超温分解问题，本文进行了深入的原因分析，并提出了具体可行的解决措施。

[关键词]LDPE；分解；解决措施

中图分类号：TQ316.322 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0049-01

1.装置简介及反应机理

1.1 装置简介

大庆石化公司塑料厂高压聚乙烯一套装置（LDPE1）采用德国伊姆豪逊专利。该装置以乙烯为原料，氧气作引发剂，丙烯、丙烷、丁烯-1作分子量调整剂，采用一热三冷四点进料的管式法反应。反应温度为280-315℃，反应压力为200-260MPa，最高单程转化率达32%。[1]

1.2 反应机理

聚合单体（乙烯）在超高压（210-270MPa）、高温度（270-330℃）条件下，在引发剂氧气的作用下，发生游离基型聚合反应。整个反应过程要经历链引发，链传递，链转移，链终止四个过程。

n（CH2=CH2） ～～CH2-CH2-CH2-CH2～～+H（散热）

由于纯氧作为引发剂，反应过程剧烈而不易控制，如果反应热不能及时撤出，就会发生剧烈的热分解反应，分解反应的发生伴有大量热的释放和聚合气体体积的成倍增加，造成反应器超温装置连锁动作停车。

2.超温分解原因分析

2.1 超温分解原因

造成高压聚乙烯一套装置反应超温分解的原因包括：引发剂氧气注入偏多、进料冷流气体串动、调整剂偏少、反应压力偏高、原料含杂志与反应一段粘壁等，通过对装置分解前的反应参数及原料分析结果看，造成高压聚乙烯一套装置反应超温分解的原因就是反应一段聚乙烯物料粘壁，反应热无法及时撤出，反应局部过热超温造成乙烯分解。

2.2 反应一段粘壁原因

在超高压管式反应器中，生成的低密度聚乙烯溶解在流动的乙烯中。如果乙烯气体流速慢或生产的聚乙烯指数偏低（粘度大）均会造成聚乙烯物料析出并附着在高压管式反应器表面而形成粘壁。造成大庆石化高压低密度聚乙烯装置反应一段粘壁的主要原因有：

1. 反应一段即高压低密度聚乙烯一套装置反应一峰管段流速偏低。由于高压低密度聚乙烯一套装置投产于1986年，开工时装置的主流（即一段气体）和三个冷流的气量未实现自动控制，操作人员仅凭操作经验手动控制差压阀（一段气体流量控制阀）和冷流阀的阀位，这往往造成了反应一峰管段气体流速偏低而操作人员未采取措施处理，时间长了反应一峰管段就形成了粘壁。

2. 频繁的开停车造成装置建立反应过程形成的低指数料粘附于反应一段而形成粘壁。

3. 牌号切换及反应波动过程中形成的低指数料粘附于反应一段而形成粘壁。

3.解决措施

3.1 针对反应一段粘壁的解决措施

1. 在反应控制平稳和产品质量稳定的前提下，合理调整主流（即一段气体）和冷流气量的平衡关系，通过观察主流（即一段气体）气体的入口温度判断主流（即一段气体）气量的变化，尽量保证主流气量高一些，以确保主流（即一段气体）气体流速的稳定。

2. 加强装置各个专业的配合和协调，提前消除生产隐患，尽量减少非计划停工次数，减少因为反复开停车造成的反应一段粘壁；开停工期间加强工艺控制和参数调整，减少反应产品在低指数区域的停留时间，从源头上杜绝粘壁。

3. 加强反应控制培训，减少反应波动和牌号切换过程反应产品在低指数区域的停留时间，杜绝因为操作原因造成的反应一段粘壁。

4. 改造现有的手动控制模式，自动控制主流及冷流管段进气量，从根本上解决因反应一段流速偏低而造成的反应一段粘壁（尚未实施）。

5. 改造现有的反应一段管线，通过减小反应一段管径来提高反应一段流速，进而消除反应一段粘壁（尚未实施）。

3.2 针对反应一段分解的解决措施

1.在开工初期和反应一段存在明显粘壁时，适当缩短反应器尾部脉冲阀的脉冲周期并适当增加脉冲阀动作的脉冲深度（脉冲过程的压降幅度）。

2.反应一段存在明显粘壁时，调高该段换热热水的压力，提高换热热水温度，来减弱或消除该段反应管粘壁。

3.反应一段存在明显粘壁时，开工时生产高指数牌号产品，减少开工初期的低指数产品产生量并可以减弱和消除反应一段粘壁。

4.优化高压循环气粘壁处理和排油操作，规定排油间隔时间和再次排油条件，减少因粘壁处理和排油操作带来的反应扰动和冷热流气量变化。

5.给装置现场的液压阀油缸和液压油管线加保温，根据原设计给液压系统加伴热，确保冬季极端天气下，液压控制系统平稳。

6. 优化脉冲阀的控制方式，增加脉冲阀开阀和关阀延时，增加脉冲过程对反应一段的冲刷作用，同时降低了脉冲作用带来的冷热流气量串动。

7. 在现有的手动操作条件下，在平稳操作的情况下，尽量减少对反应压力、差压阀阀位及冷流阀阀位的调整，减少由于平衡变化带来的气量变化和生产波动，消除可能带来的反应一峰粘壁的可能。

4.分析总结

总之，解决高压低密度聚乙烯装置的超温分解问题关键是避免和消除反应一段粘壁，通过技术改造实现反应一段气量和流速的稳定控制是解决反应一段分解问题的最佳手段。高压聚乙烯一套装置利用现有的操作条件，通过实施以上措施，找到了针对反应一段超温分解问题的最佳解决办法。2014年年末至2015年年初，高压聚乙烯一套装置已经连续实现两个长周期运行。

参考文献

[1] 高压一车间工艺技术规程，2012.12.

作者简介

张占宾，男，工程师，2005年毕业于大庆石油学院，现工作于大庆石化公司塑料厂高压一车间。