张建新(万华化学集团股份有限公司，山东 烟台 264000)

1 洗涤塔取消背景

国产环管ST 工艺中，环管反应器排出的浆液进入闪蒸罐，闪蒸罐顶部为动力分离器，动力分离器本质上是一台由电机驱动的风扇，作用是阻止聚合物粉末随循环气排出。但这样的分离效果有限，不仅循环气中细粉含量较高，而且还容易出现密封泄露、搅拌电流过高等机械问题，导致生产不稳定。第五代Spheripol 工艺优化了动力分离器，将其替换为中压过滤器S300，过滤精度10μm，并使用气相丙烯进行脉冲式反吹，避免滤袋堵塞。这样的设计能够大幅降低循环气中的细粉含量。如此不仅避免了动力分离器经常出现的设备问题，还能够大幅减少循环气中夹带的细粉含量。

循环气经过动力分离器后进入高压洗涤塔C301, 目的是洗涤掉循环气体中夹带的细粉，避免进入后续系统，引发结结垢或堵塞等问题。由于Spheripol 工艺对动力分离器的优化，使得进入高压洗涤塔C301 的循环气中细粉含量减少，洗涤塔的作用减弱，所以专利商将高压洗涤塔C301 作为可选设备，并称在国外已有运行经验，但在国内目前尚无业绩。

图1 Spheripol聚丙烯流程图

2 工艺流程简述

高压洗涤塔C301 的压力设定值为1.85MPa，如果压力设定过高，则不能到达闪蒸脱气的效果，若压力设定过低，则无法通过循环水进行冷凝回收。而且在生产抗冲产品时也能与气相反应器保持0.4～0.7Mpa 的压差，使粉料可以顺畅地排放至气相反应器。C301 为筛板塔使用循环的液相丙烯进行洗涤，循环气经过洗涤除去细粉后，进入循环气冷凝器E301 的壳程。Spheripol聚丙烯流程如图1。与ST 工艺不同的是，第五代Spheripol 工艺中的洗涤塔C301 底部不设再沸器，洗涤塔的热量的来源是中压过滤器的循环气以及低压洗涤塔C302 经压缩机加压后的尾气，循环气温度为75～90℃(根据产品牌号控制温度，其中均聚产品：90℃；无规产品80℃；抗冲产品75℃)，循环气由塔底进入塔顶排出，随后进入循环气冷却器E301，E301 的凝液大部分进入丙烯进料罐回收，少部分经泵回流进入C301 顶部回流，回流量约9t/h，比ST 工艺回流量低，这也是为什么Spheripol 工艺能够取消C301 塔底换热器的原因。循环气中细粉被洗涤的同时循环气温度降至47℃左右，塔底液相丙烯和洗涤下来的细粉通过小闪蒸管线进入低压过滤器S301，S301 粉料排放到汽蒸器中，最终制成聚丙烯颗粒。排出的气体经过压缩机加压后，与循环气一起进入洗涤塔C301 中。这样就造成了大约2.5t/h 的丙烯在C301 和S301 之间不停的进行气化→压缩→洗涤→冷凝→气化的过程，如此往复循环，造成了蒸汽、电力消耗的增加。取消C301 后则不存在此循环，能够节省运行成本。

循环气冷却器E301 的作用是使气相丙烯冷凝，Spheripol和ST 工艺的控制模式是相同的。当洗涤塔压力升高时，P302排向D302 的压力控制阀开大，由冷凝器内排出的液相丙烯增多，冷凝器内壳程液位下降，列管暴露数量增多，气相丙烯冷凝速率加快，洗涤塔压力开始下降。当洗涤塔压力降低于设定值时，压力控制阀逐渐关小。冷凝器内液相丙烯增多，气相丙烯冷凝速率降低，塔压开始升高。可见循环气经过冷凝器壳程主要是考虑到洗涤塔C301 的压力控制问题。

3 细粉含量和运行成本分析

取消高压洗涤塔C301 后循环气经过滤器直接进入循环气冷却器E301 的壳程，由于取消洗涤塔，循环气中夹带的少量细粉持续进入换热气壳程中，可能引发E301 换热效率下降或堵塞问题，这是论证能否能够取消C301 的首要问题。其中最重要的是循环气中的细粉含量的问题。专利商给出了粉料产品中细粉含量的典型值，鉴于已经取消此洗涤塔的国外同类装置运行良好，这表明使用进口催化剂能够满足要求。但进口催化剂价格昂贵，以产能为300kt/a 的装置计算，每年的催化剂费用比国产催化剂高出2000 万元以上，所以国内聚丙烯装置在开车稳定后通常都会进行催化剂的国产化以降低生产成本，而国产催化剂细粉含量通常高于进口催化剂，所以必须要论证国产催化剂生产粉料的细粉含量是否能够满足专利商的要求。对此需开展小试实验对比国产催化剂和进口催化剂所生产的粉料的细粉含量，对比如表1。

从表1 数据对比看，使用国产催化剂生产的粉料中小于44μm 和44～105μm 的细粉含量均低于专利商给出的典型值。且对于其中大于10μm 的细粉，可以通过袋滤器除去，袋滤器的过滤效果为98%，从细粉数据分析，经过中压过滤器后，循环气中细粉含量低，高压洗涤塔C301 所洗涤的循环丙烯气中细粉含量少，洗涤效果不明显，初步判断C301 可以取消，且取消后仍可以使用国产催化剂。

取消高压洗涤塔后，细粉直接进入换热器E301，循环气进入E301 壳程的设计，主要是为了方便控制C301 压力并保证丙烯回流泵入口充满液相丙烯的需要。这一点环管聚丙烯工艺与其他聚丙烯工艺是不同的，应用广泛的Innovene 聚丙烯工艺中循环气都是进入换热器的管程进行冷凝的，由于管程的流通面积较小，循环气流速较快，其中夹带的细粉不容易堵塞换热器，这在众多的Innovene 工艺长期运行中已经得到了证明。但循环气进入壳程的流通面积较大，加上折流板的阻挡，死区较多。相较管程而言，更容易在器壁上造成结垢或堵塞。虽然能够进入换热器E301 的细粉含量很低。但在缺乏国内运行经验的情况下，日常生产中仍应密切注意E301 的换热效率，大检修时应抽出换热器管程进行仔细检查和彻底清理。若取消C301 后，细粉含量达到要求的情况下，冷凝器E301 壳程仍存在容易堵塞和结垢的问题，可考虑对此进行优化，使循环气进入E301 的管程，经冷凝后液相进入丙烯进料罐D302，不凝汽进入冷冻水换热器E310 进一步冷凝。但目前E301 的设备结构为多程式换热器，不满足循环气经管程冷却而不堵塞的条件，可根据需要考虑将E301 的形式改为单程换热器。

由于在取消C301 后，塔底细粉不再排入中压过滤器中，降低了中压过滤器排出尾气的细粉含量，这为取消低压洗涤塔C302 创造了条件。应当认识到这之间存在的因果关系，在不取消C301 的条件下单独取消C302 的做法是不可取的。C301 和C302 取消后不仅能够节省一次性投资500 万元左右，还能够节省运行成本约200 元/小时，同时还能够节省大量的白油和抗静电剂Atmer163，还可以节省废油(矿物油、Atmer163 与三乙基铝的络合物)的处理费用。取消洗涤塔后，需要在生产过程中关注换热器的换热效果以及循环气压缩机X301 的段间过滤器和阀片等运行情况，避免因催化剂、过滤器或预聚合条件等问题引起的生产不稳定的情况发生。

4 结语

由于Spheripol 工艺对动力分离器的优化，做好催化剂细粉含量的论证后，可以选择取消高压洗涤塔C301，由此可减少一次性投资约250 万元。取消C301 后，应重点关注E301 的换热效率问题。也可考虑将换热器设计为单程，将循环气引入E301管程，降低换热器堵塞的可能性。如果选择取消高压洗涤塔C301，则可同时取消低压洗涤塔C302，不仅降低生产成本，还可减少废油的处理量。细粉含量的控制是能否取消洗涤塔的重要因素，在保证过滤器效果、和产品细粉含量的前提下，取消两洗涤塔对装置是更为有利的。