氣相法聚乙烯超冷凝工藝的開發(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，具有流程簡單、投資低、操作靈活、產(chǎn)品范圍廣等優(yōu)點，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)器的時空收率。但是冷凝態(tài)工藝對冷凝液量存在限制，這妨礙了流化床產(chǎn)能的進一步提高。若要

2、進一步增大冷凝液量同時使裝置穩(wěn)定運行，需采用超冷凝工藝。目前超冷凝工藝尚不成熟，提高冷凝液量對于流化床運行以及后續(xù)樹脂脫揮、排放氣回收等工序的影響尚無深入研究，這使得超冷凝工藝未得到推廣應(yīng)用。因此對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，針對氣相法聚乙烯工藝聚合反應(yīng)單元、樹脂脫揮單元和排放氣回收單元進行模擬計算，并在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上提出工藝改進方案，期望開發(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)射檢測技術(shù)對液體霧化現(xiàn)象進行研究，提出一種新型的液體霧化狀態(tài)檢測方法。本論文的主要研究內(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空產(chǎn)率達到干法操作的2.5倍以上，同時在模型基礎(chǔ)上提出流化床循環(huán)管線改造方案，即通過將循環(huán)氣壓縮機從冷卻器入口移動到氣液分離器之后的氣相流股，

4、能夠有效降低壓縮機的負荷和功耗，達到節(jié)能減排的效果。
　　 (2)基于費克擴散定律、亨利定理、質(zhì)量守恒方程等基本理論建立聚乙烯樹脂脫揮單元的脫氣倉數(shù)學(xué)模型，獲得脫氣倉操作曲線并確定優(yōu)選操作條件。模擬研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)組分出口濃度隨氮氣流量的增大先迅速減小后趨于穩(wěn)定;延長停留時間有利于樹脂脫揮;在限定組分出口濃度的前提下，停留時間與氮氣流量呈反相關(guān);降低脫氣倉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軟件對氣相法聚乙烯裝置排放氣回收單元進行模擬，并提出三種新型排放氣回收單元改造方案。對傳統(tǒng)壓縮冷凝回收單元進行模擬研究，發(fā)現(xiàn)提高壓力和降低冷凝溫度可以促進排放氣組分的回收;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到90％以上，乙烯回收率大幅度提高，同時可將膜分離之后的排放氣尾氣返回至脫氣倉循環(huán)使用，有效減少氮氣使用量，由此確定該新型回收單元為優(yōu)選改進方案。
　　 (4)采用聲發(fā)射技術(shù)檢測液體霧化狀態(tài)，提出一種液體霧化質(zhì)量的新型檢測方法。實驗研究發(fā)現(xiàn)，采用聲發(fā)射技術(shù)，結(jié)合信號的功率