大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司内蒙古锡林郭勒盟多伦县273000
摘要：针对液相本体聚合法聚丙烯装置的工艺特点和过程控制需求，设计了浓度控制器、质量控制器、产量控制器和牌号切换控制策略。基于先进控制软件APC-Suite建立了聚丙烯装置先进控制系统。工业应用结果表明：先进控制系统可提高生产装置的氢气浓度、反应器密度，产品质量等关键工艺指标的平稳性，减少牌号切换时间，降低操作人员劳动强度，进而获得显著的经济效益。
关键词：聚丙烯；氢气浓度；反应器密度；先进控制
1.聚丙烯分析
聚丙烯是由丙烯单体聚合反应制得的一种高分子化合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料），具有许多优良的特性和加工性能，并易于通过共聚、共混、填充、增强等工艺措施进行性能改进，在国民经济和日常生活中占有越来越重要的地位。
丙烯聚合反应机理较为复杂，原料纯度、催化剂类型、生产负荷、蒸汽温度、进料流量等的变化都会对聚合反应产生影响。聚合生产过程具有明显的非线性、大滞后、强耦合特性，在负荷调整或产品牌号切换时，容易产生调节不及时，工艺参数波动大等问题，常规控制策略难以解决这类控制问题，需要依赖操作人员的经验来保证装置经济运行要求。以预测控制、智能控制和软测量为核心技术的先进控制策略可以较好地解决复杂过程控制问题，实现过程协调控制与优化运行，已在国内外炼油、石化和化工行业得到了广泛的应用。先进控制系统可以明显提升装置运行平稳性，稳定产品质量，提高产品收率，降低装置消耗。
液相本体法聚丙烯装置的控制难点之一是反应器的稳定控制。反应器常规控制系统设计有反应器温度串级控制、反应器分压串级控制、进料氢气浓度串级控制等。从实际运行情况看，反应器分压、进料氢气浓度控制效果不理想，波动幅度大，需要操作人员经常干预。反应器分压串级控制是通过调整新鲜丙烯进料量来控制反应器分压。反应器分压表征了反应器内部固含量，受到反应器聚合反应产率、新鲜丙烯进料量、物料停留时间等的影响，再加上反应器容积较大，调节通道存在较大的时间常数。进料氢气浓度串级控制通过调节氢气进料量来控制氢气浓度，并将新鲜丙烯进料量作为前馈变量，保证氢气进料量和新鲜丙烯进料量符合一定的比率要求。在实际生产过程中，不同的生产负荷和产品牌号对于氢气量需求存在明显差异。一般而言，生产负荷越高，需要的氢气量越大，生产负荷越小，需要的氢气量越小；熔融指数高的牌号，需要的氢气量大，熔融指数低的牌号，需要的氢气量小。此外，丙烯本身就带有一部分氢气，该部分氢气浓度变化，也会影响到氢气浓度的稳定控制。液相本体法聚丙烯装置的控制难点之二为产率控制和产品质量控制。常规控制系统设计中，聚合反应产率主要依赖调整催化剂流量来加以控制；产品质量一般需要根据化验分析值的变化来调节反应器内丙烯、氢气浓度。聚合反应产率控制和产品质量控制都需要依赖操作人员的经验，很难保证调节的一致性和控制的平稳性。由于聚丙烯装置工艺过程复杂，前后单元之间关联紧密，产品牌号切换频繁，常规控制很难处理这类复杂过程控制问题，因此迫切需要采用先进控制软件来建立聚丙烯装置先进控制系统。
2.抗冲共聚聚丙烯生产工艺主要操作控制参数
2.1丙烯脱气塔的停车与排空
在脱气塔停车之前，塔底的液面应该落到低点，促使塔底有充足的液体提供给塔盘。当对脱气塔进行降压运行时，确保有水流过脱气塔冷凝器壳程进行排水。这是为了防止如果在排气过程中出现低温结冰而导致外壳损伤。无论何时需要对丙烯脱气塔进行维护时，塔底中剩余的丙烯可以转移到放空回收设施，直至塔底（LA2L-2008-4）中的液面联锁装置关闭丙烯泵。此时，塔底剩余的丙烯可以排放到火炬。
2.2丙烯净化过程中的容器加压
丙烯净化区中的设备在低于-10°的温度下的额定值仅为0.932MPag。因此，当温度低于-10°时，无论如何，都不能把设备加压到第二额定值0.932MPag。在吹净或者是降压过程中，当温度低于丙烯蒸发到氮气中而有可能降至-70°时，这一规定对于固定容器显得尤为重要。
2.3丙烯干燥其再生和预载运行
液体丙烯从干燥器（C-2016或者C-2018）出来，通过管线P-20B03缓慢加压进行再生，再进入客户的OSBL设施。该运行的启动力来自PCL-2016-11的高纯度氮。这一排放工序耗时大约一个小时左右。从干燥器中排出液体丙烯后，对干燥床进行一次暖吹净，促使残余的丙烯从床上脱离。从再生氮加热器（E-2114）出来的氮流在120°时应该设置一定的数值。氮流向下流经干燥器床通过限流孔板流入火炬。当丙烯从欧冠干燥器床上脱开后，应该启动杂质清除程序。把干燥器床入口处氮气的温度提高到290°进行再生工序。暖吹净工序和加热工序都在0.241MPag的压力条件下降进行。加热工序结束后，启动床冷却工序。通过在0.241MPag的压力条件下使室温氮流经干澡器床进行干级器床的
冷却。当加热的床温降至45°C或更低时，把丙烯预装入干燥器床。
2.4低温的可能
在大气中丙烯的沸点为-45.5°C。所有的主要设备，除了那些工作温度更低的外，都指定了双重压力，温度级别，丙烯在这些设备中以液态形式存在运转。第一级别为低至10°C，第二级别为-46°C，0.931MPag。当液体加载到设备里出现意外的压降时，第二级别保护了碳钢设备不被损坏。这一工艺管道须在-46°C的情况下作应力分析。在-46°C,0.931Mpag的条件下对其进行应力分析之前，请勿修改不与此设备相关的丙烯工艺管件。丙烯干燥时，在床层再生的保温冲洗一步温度可能低至70°C。这些容器被指定了第三级别，即-70°C,0.932Mpag。与干操器相连的工艺管道须在-70°C的情况下作应力分析。在-70°C，0.932Mpag的条件下对其进行应力分析之前，请勿修改不与此设备相关的丙烯工艺管件。不可将液态丙烯从管线或者容器中放空移除。任何悄况下都不能用氮气“风干”液态丙烯，否则温度会降低至-100°C(丙烯分压降低的缘故)。
2.5再生时防止碳氢化合物在床层之间流动
再生时床层之间的泄露，如碳氢化合物从使用中的床层经过再生氮气集管倒流回在进行再生的床层，将导致危险的放热行为。为有效解决该种危险事故，在实际操作过程中应该注意以下几点。第一，所有的阀门必须正确安装，再生循环必须正确操作。第二，不要同时再生与预载两个床层。第三，将分子筛隔离进行再生的阀门上必须贴上于相关的警示标签，警告分子筛正在进行再生。
结语：
生产系统操作人员经过培训和试运行之后，逐渐乐于接受这种系统，来投入日常的工艺管理，来控制生产参数，来产生更大的效益。
参考文献:
[1]贾世奇,袁飞.无规共聚聚丙烯管力学性能影响因素的研究[J].塑料工业,2009,37(11):38-40.
[2]刘强,王霞,谢克锋,宋赛楠,黄安平.无规共聚聚丙烯的发展及应用[J].广东化工,2011,38(11):51-53.