聚乙烯流化床反应器静电及结片的产生、控制方法

【摘 要】聚乙烯流化床反应器内静电是产生结片结块的主要原因，通过分析聚乙烯流化床反应器内形成静电的主要因素、原理以及分布规律，提出聚乙烯流化床产生静电及结片的控制方法。

【关键词】聚乙烯 流化床 静电 结片 控制

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-289-01

静电现象早已被人们发现，许多物体都会因摩擦而带静电，且静电问题及危害越来越引起人们的重视。在纺织、化工、炼油、塑料等行业中，因静电积累造成吸尘、电击，甚至产生火花后导致爆炸等恶性事故，从而造成了重大损失和灾难。据估计，我国石化企业静电事故产生的损失高达百万元。而聚乙烯流化床中，颗粒与颗粒之间、颗粒与壁面之间以及颗粒与气体之间存在反复碰撞、摩擦及分离，若流化介质为高绝缘性物质，则不可避免地会发生静电的产生与积累，产生的静电场会改变流化床内的流体行为，导致颗粒团聚、粘壁，形成死区和沟流等。当静电累积到一定程度，达到周围介质的击穿场强，还可能引起火花放电甚至爆炸。经典问题已经成为长期困扰气相法聚乙烯流化床生产过程中得突出技术难题。因此，研究聚乙烯气相流化床中静电产生机理以及静电特征具有非常重要的理论意义，而对于大庆石化分公司，生产中LLDPE装置采用UNIPOL低压气相流化床工艺，上述问题的研究和解决对于企业的安全生产具有重要的意义。

1、静电与结片

在聚乙烯生产过程中，具有一定粒径分布的树脂颗粒以粉体形式分散并悬浮于流化气体中。在同样的重量下，粉体表面积要比整块固体大得多，从而使聚乙烯颗粒表面与其他物体的接触机会大大增多，同时流化床内的颗粒处于与大地绝缘状态，这些特点均增大了流化床中静电产生和积累的可能性。聚乙烯流化床反应器中静电的产生主要有以下几种原因：颗粒与颗粒之间、颗粒与设备、颗粒与气体间的接触、碰撞、摩擦和分离引起静电，原料气和催化剂进料带入的电荷，助催化剂或活性催化剂与气体中微量杂质反应生成的物质改变了聚乙烯颗粒表面性质，从而引发高静电。

反应器内部器壁结片通常发生在流化气体分布板以上1/4D到3/4D（D为反应器直径）高度之间。流化床中存在双循环的流动系统，从而导致在这个高度上一个停滞区的存在。在这个停滞区里，反应物对避免的刮擦作用或沿器壁的曳力都最小，使得粒子更容易黏附在反应器壁上。而且Fujino等计算了在流化床的这个高度附近最高电压，表明在“停滞”区域颗粒受到较强的朝向壁面的吸引力。

结片主要分为热结片和冷结片两种类型。热结片是催化剂或富含催化剂的细粉附着在壁面时形成的。当这种结片发生时，反应热使壁面温度升高，当结片加厚且反应面从壁面移向结片表面时，壁面温度又开始降低。冷结片是由于器壁对聚合物颗粒的吸引力形成的，而不是催化剂或含催化剂的细粉。在被吸附的颗粒里聚合反应缓慢地继续进行放出的热量使得粒子温度升高，当粒子温度达到熔融温度时，熔融结片就会形成。

反应器内过量静电荷积累和反应器壁接片之间具有很大的联系。如果吸引带电粒子往壁面方向的静电力大于流化床内使粒子原理壁面的曳力，颗粒就会附着在反应器壁上。结片与壁面的分离会产生静电，结片脱落时会使结片处产生的静电吸引聚合物粒子，加速新的结片生成。

2、流化床内静电的分布

流化床内静电的分布取决于静电产生和耗散的机理。例如，若双极带电导致细颗粒带一种电荷，而大颗粒带相反电荷，那么可以想象流化床顶部的极性在很大程度上由细颗粒的极性决定。相反地，床底部的极性将会在很大程度上取决于大颗粒的极性。这种观察是流化床内粒径偏析的结果。

一个可以描述流化床内电荷分布的可能机理是静电产生于上升气泡附近的区域。随着颗粒之间的接触碰撞，一些粒子获得正电荷，其余的得到负电荷。当气泡向流化床顶部上升时携带带电粒子。气泡前端和尾流中颗粒的电荷分布是相等的，这与Park等得观察结果一致。在流化床顶部气泡破裂，带电粒子转移到乳相中。床内颗粒偏析表明小颗粒决定了流化床顶部的极性，大颗粒决定底部极性。顶部的一些带电粒子也会与反应器壁接触并向壁面传递电荷。由电荷守恒定律可知，在流化床的较低部分会有电荷向床内传递，或者电荷向地面的流动使得床和地面之间产生了一个电压差。

3、聚乙烯防止结片的控制

（1）根据反应抗结片调节原则图采取合适的方式

在抗结片调整原则图中，主要就反应器表皮温度发生异常的情况下采取的措施。反应器表皮温度低一般出现在开车期间，这主要由静电造成。此时应停止催化剂注入，保持Teal流量一小时，同时改变表观气速和提高乙烯分压等措施来调节反应器。当表皮温度高于反应温度是，应降低催化剂，保持Teal流量，等恢复正常后再进行提负荷；而当表皮温度达到树脂粘结温度时，应降低催化剂，保持Teal流量，等恢复正常后再进行提负荷；而当表皮温度达到树脂粘结温度时，需终止反应，维持反应温度，且用N2置换。

（2）调整反应器料位的设定

设定合适的料位以防夹带过多，以减少分布板的堵塞，床层料位一般控制在膨大段一下0.6-1M之间。因此料位的设定要根据流化床松密度的改变而作适当的调整、

（3）反应器在进诱导冷凝状态时应减少在露点附近过长时间操作

目前进诱导冷凝的操作法是连续提负荷直至通过露点，这种方法使反应在“发粘”区停留较长的时间。在适当的情况下应提高乙烯分压，在循环气入口温度离露点3-5℃时，降低表观气速SGV，使冷凝率为0-3%时，反应器入口混合物会成为浆糊状，流动性差，易粘壁并导致分布板堵塞。故在露点附近不能太久。

4、结论

防止流化床反应器的静电、结块在聚乙烯工艺控制中有着非常重要的意义，通过对反应器静电、结块原因的分析，总结出有效地预防措施，为以后的操作提供借鉴，对保证安全高效生产运行具有重要意义。

参考文献：

[1]崔小明，世界聚乙烯生产技术研究新进展，化工文摘2005，（2）：53～55；

【2】李延辉，浅析LLDPE装置消除静电的处理措施，浙江化工2001，增刊：：82～86；

【3】管义夫，静电手册，科学出版社，1981：51～53.