聚丙烯装置基础知识.docx

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聚丙烯装置基础知识

XXX包头

煤化工公司

聚丙烯装

培训教材0版

SBCCC-180-T-30

第1页

共60页

聚丙烯装置培训资料

0版

供培训用

赵建保等

姜兴剑

闫国春

版次

说明

编制人

审核人

批准人

批准日期

编制部门

烯烃中心

发布日期

实施日期

本文件知识产权属神华包头煤化工公司所有，XX许可或批准，不得对公司以外任何组织或个人提供；任何外部组织或个人擅自获取、使用、转让文件的行为均属侵权。

本文件由文件编制部门负责解释。

1

装置概述

3

2

技术分类及特点

8

3

装置设计基础

8

4

装置生产工艺原理

26

5

装置工艺流程说明

29

6

装置主要设备简介

34

7

装置主要控制回路简介

45

8

装置布置简介

55

9

装置三废排放简介

55

1装置概述

装置建设规模、组成及定员

建设规模

本装置建设规模为年产30万吨聚丙烯本色，设计操作弹性70%-110%

装置组成和设计分工

本装置各单元划分和装置主项见下表：

表聚丙烯装置各单元划分和装置主项表

主项号

单元名称

备注

180-00

PP

装置界区总体

180-10

原料供应和净化单元

180-20

丙烯供应和净化单元

180-40

第一反应单兀

180-43

第二反应单元

180-50

树脂脱气和放空气回收单元

180-60

树脂和添加剂处理单元

180-70

挤压造粒单元

180-80

产品掺混和贮存单元

180-90

核心装置辅助区

184

PP

变电所

装置定员和操作班次

1）装置的年操作时间为8000小时，连续生产。

2）生产班次为五班三运转。

3）本项目定员生产管理和操作人员总定员54人.产品、副产品技术规格、产量、去向

产品方案

产品包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等

设计产量

均聚物214200t/a

无规共聚物25800t/a

抗冲共聚物60000t/a总产量300000t/a装置的设计小时产率为：

――均聚物：

t/h

――无规共聚物：

~t/h

――抗冲共聚物：

t/h装置预留有生产三元共聚产品改造用地。

产品经掺混后送OSBL包装仓库。

原料、催化剂、添加剂规格和耗量原料规格及年用量

1）丙烯

丙烯：

》%

相态：

气相

压力：

温度：

常温

年用量：

295465吨

2）乙烯

乙烯：

》%

相态：

气相

压力：

温度：

40C

年用量：

9870吨

3）氢气

氢气：

》%

相态：

气相

压力：

温度：

30C

年用量：

40吨催化剂、化学品、添加剂规格及用量

1）Zg催化剂

外观：

固体悬浮液年用量：

11吨

2）助催化剂（三乙基铝）外观：

液体年用量：

33吨

3）Cr给电子体外观：

液体年用量：

27吨

4）挤出添加剂外观：

固体年用量：

560吨

5）过氧化物外观：

液态年用量：

24吨

6）矿物油外观：

液体年用量：

6吨公用工程规格、来源和消耗

1）公用工程名称

――蒸汽――循环冷却水――脱盐水――生产给水――生活给水――高压消防水――氮气

仪表空气

装置空气

――冷凝水

——热水

生产过程

来自界区的丙烯、乙烯、氢气烷等原料在原料供应及净化单元被净化，并被升压至需要的

压力后经计量送反应单元。

主催化剂、助催化剂（TEAL、给电子体）经压送和计量后也送

入反应单元。

当生产均聚产品或无规共聚产品时，单体或单体和共聚单体在第一反应器内

发生聚合反应，当生产抗冲共聚产品时，在串连的第二反应器内发生聚合反应。

反应单元生成的树脂粉料经脱气后，送挤压造粒。

挤压造粒后的粒料产品经掺混，风送至界区外包

装仓库的产品料仓。

树脂输送及树脂脱气排放的放空气经压送冷冻、闪蒸、精馏、膜分离等，回收丙烯返回反应单元，回收富氮气部分用于协助产品输送和接受仓产品输送，部分排放至火炬；部分富丙烷液送界区外上游MTO装置。

自动控制水平

本装置生产工艺流程复杂，过程变量控制精度要求高。

为生产最合适的产品质量、数量和

品种，有效地控制物耗和能耗，装置拟采用先进、高性能仪表及控制系统，使装置高效、

连续、稳定、长周期运行。

本装置采用集散控制系统（DCS、安全仪表系统（SIS）、过程计算机系统（PCS、先

进过程控制（APC等。

装置地理位置

PP装置的用地位于神华煤制烯烃项目生产装置区，西侧为MTOI置，北侧为预留用地，西

南侧为烯烃事业部联合中央控制室（CCR），东侧为聚烯烃包装区，南侧为PE装置。

装置区

地形较为平坦，地形为方形，共占地为52200平方米（261米*200米）。

装置主要技术经济指标

聚丙烯装置的主要技术经济指标见下表：

表-1聚丙烯装置主要技术经济指标

催化剂

t/a

11

助催化剂（TEAL）

t/a

33

给电子体

t/a

27

挤岀添加剂（固体）

t/a

560

矿物油

t/a

6

过氧化物

t/a

24

精制床催化剂等

m3/5a

40

4

公用物料及消耗

低压蒸汽

t/h

10

蒸汽冷凝液

t/h

-9

氮气（＞

Nm3/h

1800

仪表空气

Nm3/h

980

装置空气

Nm3/h

最大600

脱盐水

m3/h

循环冷却水

m3/h

3250

生活水

m3/h

电

kW

20250

5

三废

废气（高压火炬气）

t/h

170

最大

废气（低压火炬气）

t/h

68

最大

废水

t/h

26

最大、间断

废渣（液）

t/a

313

其中300吨为PP不合格料，

可降级岀售

6

i=r疋贝

人

55

7

占地

m2

522000

8

运输量

运入干燥剂等

m3/5a

40

主催化剂、化学

品添加剂

t/a

661

运岀

废干燥剂等

m3/5a

40

聚丙烯产品

t/a

300,000

OSBL考虑

9

装置工程费用

万元

95956

2技术分类及特点

Unipol聚丙烯工艺是联碳公司（UCCP和壳牌公司于二十世纪八十年代开发的一种气相流

化床聚丙烯工艺，是将应用在聚乙烯生产上的流化床工艺移植到到聚丙烯生产中，并获得

成功。

该工艺采用高效催化剂体系，主催化剂为高效载体催化剂，助催化剂为三乙基铝、

给电子体。

UNIPO工艺具有简单、灵活、经济和安全的特点；该工艺只用很少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物在内的全范围产品，可在较大操作范围内调节操作条件

而使产品性能保持均一。

因为使用的设备数量少而使维修工作量小，装置的可靠性提高。

由于流化床反应动力学本身的限制，加上操作压力低使系统中物料的贮量减小，使得该工

艺比其它工艺操作安全，不存在事故失控时设备超压的危险。

此工艺没有液体废料排出，排放到大气的烃类也很少，因此对环境的影响非常小，与其它工艺相比，该工艺更容易达

到环保、健康和安全的各种严格规范。

该工艺的另一显著特点是可以配合超冷凝态操作，即所谓的超冷凝态气相流化床工艺

（SCM。

由于液体含量多少是流化床稳定、形成聚合物结块的基本因素，因此该技术关

键的操作变量是膨胀床的密度及膨胀松密度与沉降松密度的比例。

由于超冷凝态操作能够

最有效地移走反应热，它能使反应器在体积不增加的情况下提高2倍以上的生产能力，对

于投资的节省是非常可观的。

抗冲共聚产品的乙烯含量可高达17%（橡胶含量大于30%的抗冲共聚产品。

该工艺的核心设备为气相流化床反应器、循环气压缩机、循环气冷却器和挤压造粒机组。

流化床反应器是空心式容器，其顶部带有扩大段，底部带有分布板，第一反应器操作压力

为，温度67C，第二反应器操作压力为，温度70C;循环气压缩机为单级、恒速、离心式压缩机。

3装置设计基础

装置生产能力，产品，操作时间

本装置设一条年生产30万吨球状聚丙烯树脂的生产线。

生产能力是根据每天24小时年

8000小时的操作时间计算得出的（大约吨每小时），生产各类型的均聚物、无规共聚物、以及抗冲共聚物产品。

产品的包装线设置在聚丙烯装置界区外，每天操作16个小时，实行两班倒，一周七天运

行

装置在没有影响产品性能前提下，其生产能力设计在额定能力的60-110%

生产线的数量1条，30万吨的生产能力

吨/每小时的生产能力，8000小时/年。

下表列出了每个系列产品的产率。

表一1聚丙烯装置各系列产品的产率

生产率（t/hr）

生产时间（hr/yr）

年产量（t/yr）

均聚物

5,600

214,200

无规共聚物

800

25,800

抗冲共聚物

1600

60,000

总和

300,000

设计能力

30万吨/年

挤压机能力

42吨/每小时的挤压线能力是在产品的熔融指数为g/10min

至Ug/10min,吨/每小时（130%额定能力）的挤压能力是

在产品的熔融指数g/10min或以上。

年操作时间

8,000小时

最终产品形式

颗粒

聚合催化剂

SHAC-201orSHAC-320（均聚物）

SHAC-205（无规共聚物）

SHAC-320or-330for（抗冲共聚物）

向陶氏化学公司购买催化剂

生产能力的降低

反应系统可在设计的额定能力的60%生产，个别反应能力可

以在10%左右

反应器的紧急排放

经由透平降压

原材料明细

UNIPOL聚丙烯工艺过程是应用由业主所提供的丙烯、乙烯、

氢气和氮气来生产

产品类型

依据于业主的要求：

70%均聚物

10%无规共聚物

20%抗冲共聚物

产品包装能力

产品的包装线将被设置在聚丙烯装置界区外，每天操作16个

小时，实行两班倒，一周七天。

系统包括4条包装线，每条

线1200条编织袋每小时的装袋量

产品设计基础

每一种产品保证表在技术附件8,8-1章节；装置的设计基础

和范围由附件8的产品保证列表来设定

均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物

产品规格、产量和产品切换

表-1聚丙烯装置年产量及产品牌号分配表

产品牌号

应用

产品

类型

催化

剂t

熔融指数

（g/10min）

%产量百

分比

均聚物

L5E66

高透明性流延薄膜

H

201

5

L5E89

纺织纤维，编织袋，大袋，地毯

背衬

H

201

20

L5D49

高速纺丝

H

201

38

5

L5D98

BOP膜,金属化，470+m/min,8+

米宽

H

201

18

LDX5E30S

注塑成型，闭合，双膜

H

201

75

2

LH7714-12

一般的注塑成型-玩具、工业

货物或消费品

H

201

12

20

均聚物总计

70

无规共聚物

LR1725-01

装配式动力反应堆专用冷热水

管道

R

205/3

300

3

LDS6D82

BOPP膜和流延膜的专用高热封性树脂

R

205/3

300

7

7

无规物总计

10

抗冲共聚物

L

挤出-吹塑法

C

320/4

500

2

L

家庭用具、家具、机动车零部件、

用具、薄片

C

320/4

500

4

13

L

TPO-汽车用、工业和消费用

品

C

320/4

500

20

5

抗冲共聚物总计

20

典型的聚丙烯牌号切换时间

表一2典型的聚丙烯牌号切换时间

到均聚物

到乙烯无规共聚物

到抗冲共聚物

从均聚物

一级切换

1-2小时

二级切换

2-3小时

3-4小时

4-6小时

从乙烯无规共聚物

一级切换

1-2小时

二级切换

2-3小时

6-8小时

从抗冲共聚物

一级切换

2-3小时

二级切换

6-8小时

3-4小时

注释:

1）推荐的产品序列是从均聚物到无规再到抗冲再回到均聚物。

从均聚物到无规物的切

换是满负荷切换，从无规物到抗冲物也是满负荷切换。

然而，从抗冲到均聚的切换，推荐

要把反应系统内的所有抗冲树脂全部倒空。

这个工艺要求给第一个反应器大约3-6个小时

的时间来倒空所有的抗冲颗粒，然后再在第一个反应系统进行初步反应。

2）上表列出的切换时间表明从一个牌号切到另一个牌号所需时间，以及在稳定工况下

生产切到新牌号的时间。

3）依据于工厂操作法、产品所有者的市场要求、顾客的需求，存储在箱内或料仓内合

格与不合格产品量的变化是根据采取什么样的生产程序以及对稳定工况的定义。

因此，所

列出的切换时间（小时）有可能与合格与不合格产品时间不同（时间随着生产率的增加而

增加）

4）同时根据工厂操作法，工厂间对合格与不合格产品的区分水平会有很大的不同，对

于

一级切换，典型树脂分为A等级产品混入先前的切换产品中，以及B等级产品混入下游的

产品牌号中。

对于二级切换来说，树脂分为A等级产品、B等级产品和不合格产品。

根据料箱或料仓的数量以及产品所有者所制定的相关市场策略，（所有者的市场要求和顾

客需求）以及其他情况；合格产品升级为目标等级的数量会大大不同。

这也同时应用在不合格产品升级到目标等级。

5）牌号间的切换时间很大程度上依据于产品的特性以及两个产品牌号间性能的不同。

切换时间同时依据于下列的因素：

：

生产程序

操作人员经验

联机分析设备的精确度

切换的激进程度（从一种气体的组成参数切换到另一种的困难程度）

所使用的切换工艺的水平

流程的预控制功能

粒化系统的性能

实验室测试的精确度

产品性能分析速度

诸如此类

6）上述信息表明了“典型”的UNIPOL?

单元的切换时间，假定造粒系统不是切换时

间的控制因素。

7）一级切换包括了从一个牌号到另一个牌号的产品性能的限定（从一个熔融指数到另

一个熔融指数）。

二级切换同时包括了多种产品性能的切换（如从一个熔融指数到另一个熔融指数和XS到XS,等等）

8）上表列出的典型的切换时间是假定工厂的操作法和市场规则相近的制定了产量结构的策略、最大化的市场需求的生产程序以及需求对最佳化的工厂操作的对接。

表-3典型的聚合物性能规格

测试

方法

PPG408⑶

（XRF）

PPG408⑶

（XRF）

PPG408⑶

（XRF）

PPG408⑶

（XRF）

PPG424

（GC）

PPG

505⑷

牌号

总灰

份

Ti⑴

Mg1）

Al⑴

Cl⑴

vocs（1,5）

黄化

指数

ppmw

ppmw

ppmw

ppmw

ppmw

Wt%

均聚

物

100

10

35

30

0

无规

200

10

40

35

0

共聚

物

抗冲

共聚

物

100

10

20

20

0

原料

反应的主要原材料：

丙烯

乙烯

氢气（做为一种链转移剂来控制分子量）

氮气超高活性催化剂（SHAC?

）聚合催化剂

烷基铝（作为齐格一纳塔催化剂的助催化剂）

给电子体（也叫做选择性的控制剂一SCAUNIPOL工艺用“Ndonor,“D'

donor,以及更先进的给电子体工艺一ADT）

除了反应区域的原料外，其他原料在造粒系统区域：

产品添加剂

过氧化物

专利商对聚合级原料规格的要求

表丙烯规格

组成

单位（百万分之一、体积、最大值）

含量

极性化合物

水

乙醇

氨

乙醛

MTBE

氧化物

氧气

/1

一氧化碳

二氧化碳

硫化物

取大ppmw

/

硫化氢

同上

羰基硫b

同上

RSH

同上

CH32S

同上

CH3SH

同上

羰基化合物

丁酮

同上

丙酮

同上

双键碳氢化合物

乙炔

/2

丙炔

/2

丙一烯

/2

丁二烯

/2

1-3丁二烯

/2

戊二烯

/2

其他无机化合物

氯化物

取大ppmw

金属化合物

砷化氢（ArH3）

磷化氢

表丙烯规格（续表）

组成

单位（百万分之一、

体积、取大值）

含量

不饱和烃

乙烯

10/50

丙烯

WT%

>

丁烯*

20最大

戊烯*

20最大

轻质饱和烃

＜全部

甲烷

15/50

乙烷

15/50

丙烷

Wt%

＜（限定）

环丙烷

Wt%

＜（限定）

重质饱和烃

其他碳四*（包括丁烷）

20最大

戊烷*

20最大

新鲜油（C6-C12）*

典型的＜

注：

标记“*”号的杂质不会影响反应器的操作，一般来说，不需要在进入UNIPOL反映

系统前去除掉。

上表中对典型的杂质水平要求仅仅应用在单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入

的杂质量。

表2乙烯规格

组成

单位（百万分之一、体

积、最大值）

含量

极性化合物

水

组成

单位（百万分之一、体

积、最大值）

含量

乙醇

氧化物

组成

单位（百万分之一、体

积、最大值）

含量

氧气

/5

一氧化碳

羰基化合物

丁酮

双键/三键碳氢化合

物

乙炔

/5

其他无机化合物

氢气

5（限定）

氮气

5（限定）

硫

/1

不饱和烃

乙烯

%byvol.

/min

轻质饱和烃

甲烷+乙烷

%byvol.

/

C3+C4烃

10（限定）

上表中对典型的杂质水平要求仅指单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入的杂

质。

表3氢气规格

组成

单位（百万分之一、

体积、取大值）

含量

极性化合物

水

1/2

氧化物

氧气

CO+C02

0其他无机化合物

氢气

%byvol.

min

氮气+氩气

%byvol.

碳氢化合物

全部的碳氢化合物

1（限定）

上表中对典型的杂质水平要求仅指单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入的杂质。

表4氮气规格

组成

单位（百万分之一、体积、

取大值）

含量

极性化合物

水

1/2

氧化物

氧气

<1/6

一氧化碳

二氧化碳

2/10

其他无机物

氮气

%byvol.

min

轻质饱和烃

甲烷+乙烷

2（限定）

重质饱和烃

油

应分离油

上表中对典型的杂质水平要求仅指单一原料组成，并没有考虑到由其他原料所带入的杂质。

专利商对聚合级原料规格的要求

表丙烯规格

组成

单位

粗丙烯规格

精制后丙烯要

求规格

丙烯

%byvol.,最小.

丙烷+乙烷+甲烷

%byvol.

平衡

平衡

乙烯

ppmvol.最大.

50

50

丁烷+戊烷

ppmvol.最大.

-

-

新鲜油（C6-C12）

ppmvol.最大.

-

-

乙炔

ppmvol.最大.

2

2

组成

单位

粗丙烯规格

精制后丙烯要

求规格

丙炔,丙二烯

（MAPD）

ppmvol.最大.

5

5

丁烯和丁二烯

ppmvol.最大.

5

5

氧气*

ppmvol.最大.

5

<

一氧化碳*

ppmvol.最大.

4

<

二氧化碳*

ppmvol.最大.

5

<

甲醇*

ppmwt.最大.

20

<

水*

ppmwt.最大.

20

<

总硫度*（硫化氢和

羰基硫）

ppmwt.最大.

1

<

砷

ppbvol.最大

-

-

磷

ppbvol.最大

-

-

氨

ppmwt.最大.

-

-

表乙烯规格

组成

单位

粗乙烯规格

精制后乙烯要求规格

乙烯

%byvol.,最小.

甲烷，乙烷

ppmvol最大

500

500

C3H6和更重质的

ppmvol.最大.

20

20

乙炔

ppmvol.

最大.

5

5

氧气*

ppmvol.

最大.

4

<

一氧化碳*

ppmvol.

最大.

4

<

二氧化碳*

ppmvol.

最大.

5

氢气

ppmvol.

最大.

5

5

总硫度（asS）

ppmwt.

最大.

1

1

总氮度（asN）

ppmwt.

最大.

-

-

组成

单位

粗乙烯规格

精制后乙烯要求规格

氨

ppmwt.

最大.

-

-

总羰基（醛，酮）

ppmwt.

最大

-

-

水r*

ppmvol.

最大.

10

<

甲醇*

ppmwt.

最大.

20

<

组成

单位

粗乙烯规格

精制后乙烯要求规格

氯化物（asCL）

ppmwt.

最大.

-

-

类似

ppbvol.

最大.

-

-

有机氧化物

ppbvol.

最大

-

-

羰基硫