CN208995423U - 一种小本体聚丙烯生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小本体聚丙烯生产装置，包括在顺序控制系统控制下依次设置的加料工序、反应工序、丙烯高压回收工序、喷料工序、置换工序及压料工序。本实用新型的聚丙烯自动化生产工艺，通过引入顺序控制系统，使聚丙烯生产的所有工艺步骤均在顺控系统的控制下完成，并且各工序的衔接以及每个工序的结束条件都由顺控系统判断控制，形成了一套高度自动化的生产工艺，能够保证间歇式反应每批次精准的加料量，从而提高了产品质量的稳定性。

Description

一种小本体聚丙烯生产装置

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，具体涉及一种小本体聚丙烯生产装置。

背景技术

聚丙烯为一种由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，是世界主要的通用塑料产品之一，聚丙烯树脂具有原料来源丰富、力学性能均衡、抗冲击性优良、耐热耐腐蚀等优良性能。

目前聚丙烯生产装置的投料过程大部分由人工完成，自动化程度普遍较低，操作工人劳动强度大。同时，由于小本体聚丙烯装置的间歇式生产方式缺少精准的进料控制，导致各生产批次的产品质量不稳定，综合带来的丙烯单体消耗高，反应难以控制，安全隐患大等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种小本体聚丙烯生产装置，用以提高聚丙烯生产的自动化水平，降低人工成本，提高生产效率及安全性能。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种小本体聚丙烯生产装置，包括进料料斗，闪蒸罐以及聚合釜，进料料斗与聚合釜通过进料管线连接，闪蒸罐与聚合釜通过喷料管线连接；所述聚合釜包括釜体、上封头以及下封头，上封头设置有进料口，下封头的底部中心设置有出料口；所述下封头及釜体外部包覆设置有夹套，在所述夹套内通入温度调节介质来控制反应温度；所述进料料斗的侧壁上下间隔依次设置有丙烯进口、三乙基铝进口、给电子体进口以及催化剂进口，并且在进料料斗的底部设置有料斗出料口，料斗出料口与所述进料口通过所述进料管线连接，所述聚合釜的上封头设置有氢气进料口；所述生产装置包括两台所述聚合釜，并且两台聚合釜分别共用一台所述进料料斗与所述闪蒸罐。

进一步，所述进料管线及喷料管线分别为两路，并且与所述聚合釜一一对应；所述进料管线上设置有开关阀。

进一步，所述上封头还设置有供回收丙烯的丙烯出气口，所述丙烯出气口通过管路与旋风分离器连接。

进一步，所述闪蒸罐通过管路分别连接有丙烯气真空泵及氮气真空泵。

进一步，所述夹套的底部设置有温度调节介质进口，顶部设置有温度调节介质出口。

进一步，所述聚合釜内部还设置有搅拌器，且在上封头的中心设置有搅拌器接口。

进一步，所述丙烯进口连接设置有丙烯管线，丙烯管线上设置有流量计及调节阀。

进一步，所述三乙基铝进口连接设置有三乙基铝管线，三乙基铝管线上设置有流量计及调节阀。

进一步，所述给电子体进口连接设置有给电子体管线，给电子体管线上设置有流量计及调节阀。

进一步，所述催化剂进口连接设置有催化剂管线，催化剂管线上设置有流量计及调节阀。

本实用新型的小本体聚丙烯生产装置，通过引入顺序控制系统，使聚丙烯生产的所有工艺步骤均在顺控系统的控制下完成，并且各工序的衔接以及每个工序的结束条件都由顺控系统判断控制，形成了一套高度自动化的生产工艺，能够保证间歇式反应每批次精准的加料量，从而提高了产品质量的稳定性。自动化控制的加料形式降低了劳动强度，丙烯单耗低，另外，通过顺控系统对聚丙烯反应工序的判断控制，能够有效把握聚丙烯聚合反应的反应条件及反应工况，极大提高了生产过程中的安全性。需要重点强调，在现有的间歇液相小本体聚丙烯装置中，引入顺序控制系统，从根本上解决了原小本体聚丙烯装置生产中存在的装置自动化程度低、人工加料和人工置换过程中工人劳动强度大、物料计量不准确导致产品质量不稳定、人工加料安全隐患大、丙烯单体消耗高、粉料中烃类置换不彻底存在安全隐患等问题，具有生产自动化程度高、产品质量稳定、工人劳动强度低，人力成本低，丙烯单耗低、生产过程安全等特点，广泛应用于小本体聚丙烯装置的自动化改造。

附图说明

图1为本实用新型聚合釜的结构示意图；

图2为本实用新型进料料斗的结构示意图；

图3为本实用新型小本体聚丙烯生产装置的流程示意图。

图中，1聚合釜；2闪蒸罐；3进料料斗；4旋风分离器；5进料管线；6喷料管线；7丙烯气真空泵；8氮气真空泵；

1-1上封头；1-11进料口；1-12氢气进料口；1-13搅拌器接口；1-14丙烯出气口；1-2下封头；1-21出料口；1-3夹套；1-31温度调节介质进口；1-32温度调节介质出口；1-4搅拌器；

3-1丙烯进口；3-2三乙基铝进口；3-3给电子体进口；3-4催化剂进口；3-5料斗出料口。

具体实施方式

为清楚地说明本实用新型的设计思想，下面结合示例对本实用新型进行说明。

如图1-3所示的示例中，本实用新型的小本体聚丙烯生产装置，包括进料料斗3，闪蒸罐2以及共用进料料斗以及闪蒸罐的两台聚合釜1，进料料斗与聚合釜通过进料管线5连接，闪蒸罐与聚合釜通过喷料管线6连接；聚合釜包括釜体、上封头1-1以及下封头1-2，上封头设置有进料口1-11，下封头的底部中心设置有出料口1-21；下封头及釜体外部包覆设置有夹套1-3，在夹套内通入温度调节介质来控制反应温度；进料料斗的侧壁上下间隔依次设置有丙烯进口3-1、三乙基铝进口3-2、给电子体进口3-3以及催化剂进口3-4，并且在进料料斗的底部设置有料斗出料口3-5，料斗出料口与进料口通过进料管线连接，聚合釜的上封头设置有氢气进料口1-12；通过进料料斗加入的原料分部包括丙烯，三乙基铝、给电子体以及催化剂，氢气通过氢气进料口直接通入聚合釜内。进料管线及喷料管线分别为两路，并且与聚合釜一一对应。

聚合釜的上封头还设置有供聚合反应结束后，回收丙烯的丙烯出气口1-14，丙烯出气口通过管路与旋风分离器4连接。旋风分离器的作用是将气相丙烯带出去的聚丙烯粉末进行分离回收，减少聚丙烯损耗的同时，对丙烯气净化回收。闪蒸罐通过管路分别连接设置有丙烯气真空泵7及氮气真空泵8。丙烯气真空泵与氮气真空泵主要对反应结束后，闪蒸罐内的丙烯气进行置换，以降低聚丙烯产品中的烃类气体组分，解除后续产品包装的安全风险。夹套的底部设置有温度调节介质进口1-31，顶部设置有温度调节介质出口1-32。聚合釜内部还设置有搅拌器1-4，且在上封头的中心设置有搅拌器接口1-13。温度调节介质分别包括热水及冷却水，在聚合反应升温阶段在夹套内通入热水，在在聚合反应控制阶段在夹套内通入冷却水。在进行聚合反应过程中，由于反应处于一定压力下，聚合釜内为液相反应，需要设置搅拌器来均匀布料，使原料反应更加充分完全，另外，在聚合反应结束后，聚合釜内会积聚聚丙烯粉末，即“干锅”现象，该工况下对于搅拌器的输出功率也会有一定影响，需要根据搅拌器的电流状态来判断。

丙烯进口连接设置有丙烯管线，丙烯管线上设置有流量计及调节阀；三乙基铝进口连接设置有三乙基铝管线，三乙基铝管线上设置有流量计及调节阀；给电子体进口连接设置有给电子体管线，给电子体管线上设置有流量计及调节阀；催化剂进口连接设置有催化剂管线，催化剂管线上设置有流量计及调节阀。上述不同原料的进料管线及进料管线上设置的流量计及调节阀构成了本实用新型小本体聚丙烯生产装置的进料系统。

应用于本实用新型聚丙烯装置的自动化生产工艺，包括依次设置的加料工序、反应工序、丙烯高压回收工序、喷料工序、置换工序及压料工序；加料工序在顺序控制系统的控制下，向聚合釜内依次加入反应原料；反应工序在顺序控制系统的控制下，进行反应升温及反应控制；反应结束后，在顺序控制系统的控制下依次进行丙烯高压回收工序、喷料工序、置换工序及压料工序。

本实用新型通过顺序控制系统将聚丙烯生产的各工序有效衔接，并且通过顺控系统对每个工序结束条件进行判断控制，有效提高了整体反应控制的精准度，保证了聚丙烯生产中的各批次产品质量的稳定性。需要强调的是，在现有技术中，向聚合釜内的投料均为人工操作，本实用新型的加料工序由自动化程序控制，大幅减少了人力成本，并且降低化工操作中的危险系数。还需重点指出，通过顺控系统有效把控聚丙烯聚合反应的反应条件及反应工况，对聚合釜内的反应温度及反应压力进行精准控制，极大提高了生产过程中的安全性。另外，顺控系统可以降低聚丙烯整个生产工业的丙烯单体及公辅消耗，非常具有推广价值。

本实用新型的聚丙烯自动化生产工艺主要包括以下步骤：

1)加料工序：在顺序控制系统的控制下，通过流量计及调节阀、开关阀的控制，将丙烯聚合所需的定量的三乙基铝、给电子体、催化剂、氢气、丙烯加入聚合釜，其中，三乙基铝、给电子体、催化剂通过在聚合釜之前设置的进料料斗进入聚合釜。

在具体生产中，以质量分数计，加料工序的步骤如下：

(1)将1000份丙烯加入聚合釜；

(2)将1.2份三乙基铝加入进料料斗，然后用1000份丙烯将三乙基铝冲入聚合釜；

(3)将0.15份给电子体加入进料料斗，然后用1000份丙烯将给电子体冲入聚合釜；

(4)将0.5份催化剂加入进料料斗，然后用1500份丙烯将催化剂冲入聚合釜；

(5)将0.54份氢气加入聚合釜后，加料结束。

在加料工序中，顺序控制系统与流量计、调节阀、开关阀等通过电连接组成加料工序的控制系统。在具体操作过程中，主要通过顺序控制系统来对加料的先后次序进行控制，流量计、调节阀以及开关阀分别设置在原料输送的管路上，流量计与调节阀在构成各种原料相对独立的控制回路前提下，再将顺序控制系统引入，投料过程更加精准、快速、高效。本实用新型中的开关阀为二位开关阀，安装在进料料斗与聚合釜之间的进料管线上，对进料料斗内的物料在进入聚合釜之前进行总控。这里需要说明的有，由于在具体的加料过程需要丙烯对三乙基铝、给电子体以及催化剂进行冲释，所述在进料料斗的管口设置时，丙烯进口设置在进料料斗的上部，设置管口需要高于上述三种原料的进口。并且，本实用新型中的进料步骤(1)中的进料也是通过进料料斗加入聚合釜，进料料斗除了具有辅助进料的作用外，还对丙烯等气相进料有效缓冲，保证所有的原料稳定充分的进入聚合釜参与反应。

2)反应工序：在顺序控制系统的控制下，向聚合釜外壁盘绕的盘管内通入热水，用于给聚合釜内的物料进行反应升温，同时，开启搅拌器对聚合釜内的物料进行搅拌。当聚合釜内的温度升温至60℃时，停止向盘管内通入热水，反应开始。当聚合釜内的温度升温至65℃时，向盘管内通入冷却水，将聚合釜内的温度控制维持在75℃，相对的，聚合釜内的压力维持在2.0-2.5MPaG。根据聚合反应的实际工况，一般反应时间为2.5-4h。

通过顺序控制系统的程序判断聚合釜内温度，压力及搅拌器电流的变化，从而判断聚合反应是否结束。这里需要指出，反应控制阶段的温度、压力等参数均在顺序控制系统的实时监控下，一方面可判断反应的进程，另一方面也更为精准的对聚合反应进行控制，可有效保证产品质量的同时也为安全生产提供了保障。本实用新型中的顺序控制系统与现有的反应监控系统相比，大幅提高了其自动化程度，当顺控系统识别到具体的反应工况下，根据聚合釜内实际的温度及压力作为判断反应结束的条件。完善了现有技术中的控制逻辑，更加保证了聚丙烯反应的安全性及稳定性。这里需要说明的有，除了采用聚合釜外壁盘绕的盘管来进行反应升温及冷却，还可通过在聚合釜下部设置夹套，在夹套内通过热水或者冷却水来控制反应温度，夹套形式会增大温度调节介质与聚合釜的接触面，升温或者冷却效果会更加直接高效。

3)丙烯高压回收工序：在顺序控制系统的控制下，进行聚合釜丙烯高压回收操作；在该工序中，由于反应工序中的丙烯是大大过量的，所以在反应结束后，聚合釜内的丙烯需要进行有效回收，在顺控系统的控制下，可有效对聚合釜内的丙烯压力进行监测，当聚合釜内的压力降至1.5MPaG时，丙烯高压回收工序结束。在加料工序及反应工序在顺控系统精准控制的基础上，通过顺序控制系统对压力的下限值进行限定，保持每批次反应的聚合釜压力降低至同一水平，提高丙烯回收率。另外，如果不同批次反应的压力终值与回收时间不匹配，或者相差较大，从另一角度也给予反应操作人员提示，促使对反应装置进行检修，保证反应安全稳定。

4)喷料工序：在顺序控制系统的控制下，利用聚合釜内的余压，由聚合釜向与聚合釜管道连接的闪蒸罐喷料操作；一般来讲，在该工序中，聚合釜内的压力从1.5MPaG降至0.4MPaG时，丙烯高压回收工序结束。喷料工序在本实施例中分为4次，完成压力逐渐降级过程。顺控系统能够精准控制各降级的压力条件，通过自带的控制程序能够实现各个压力级别的起始及终止，并且各阶段的起始与终止均在顺控系统控制下的缓冲工况下进行，降低误操作带来的风险，增强了稳定性。具体来讲，缓冲工况是通过降低聚合釜内每次压力之间，间隔一定时间的内部稳压操作，将聚合釜内的物料稳定的输送到闪蒸罐内。

5)置换工序：在顺序控制系统的控制下，进行闪蒸罐丙烯气抽真空、氮气抽真空操作。该工序首先通过丙烯气真空泵将闪蒸罐内的丙烯回收，并与丙烯高压回收工序中的丙烯汇总，直至闪蒸罐的压力变为负压。然后再向闪蒸罐内充入氮气，通过氮气真空泵对闪蒸罐进行抽真空操作直至负压，然后再次充入氮气，对闪蒸罐抽真空，反复操作，直至闪蒸罐内烃含量≤0.5％(wt)时，闪蒸罐置换合格。需要说明的是，该工序中既包括了对闪蒸罐的抽真空，也包括了氮气的填充，以及通过压力判断进行的反复操作。在现有的生产工艺中，只能通过人工监控判断的形式进行置换操作，将顺控系统引入后，能够更加精准的对闪蒸罐进行抽真空及充压氮气，既减小了认为操作带来的误差，又能快速准确的完成该工序，大大提高了生产效率。在该工序中，闪蒸罐每次真空状态的压力为-0.085MPaG，氮气充填压力为0.3MPaG，能够保证对闪蒸罐的彻底置换，根本上清除了易燃气体(丙烯)在闪蒸罐内的留存，同时也将粉料中的烃类物质彻底置换，从根本上消除了安全隐患，实现安全稳定生产。这里需要重点指出，顺控系统所控制的置换工序，充氮气及抽真空的反复操作次数，是由在线实时监测闪蒸罐内的烃组分含量而判断的，摒弃了人为干预，实现高度自动化控制。

6)压料工序：在顺序控制系统的控制下，将闪蒸罐中聚丙烯粉料用氮气压送去包装。该步骤的进行通过氮气进行气力输送的介质，运行安全，且氮气在该工序中进行循环利用，降低生产成本。

需要说明的是，除了上述给出的具体示例之外，其中的一些可有不同选择。如，喷料工序在本实施例中分为4次，还可根据不同的反应压力及喷料的终止压力为3次或者5等等，而这些都是本领域技术人员在理解本实用新型思想的基础上基于其基本技能即可做出的，故在此不再一一例举。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种小本体聚丙烯生产装置，其特征在于，包括进料料斗，闪蒸罐以及聚合釜，进料料斗与聚合釜通过进料管线连接，闪蒸罐与聚合釜通过喷料管线连接；所述聚合釜包括釜体、上封头以及下封头，上封头设置有进料口，下封头的底部中心设置有出料口；所述下封头及釜体外部包覆设置有夹套，在所述夹套内通入温度调节介质来控制反应温度；所述进料料斗的侧壁上下间隔依次设置有丙烯进口、三乙基铝进口、给电子体进口以及催化剂进口，并且在进料料斗的底部设置有料斗出料口，料斗出料口与所述进料口通过所述进料管线连接，所述聚合釜的上封头设置有氢气进料口；所述生产装置包括两台所述聚合釜，并且两台聚合釜分别共用一台所述进料料斗与所述闪蒸罐。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述进料管线及喷料管线分别为两路，并且与所述聚合釜一一对应；所述进料管线上设置有开关阀。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述上封头还设置有供回收丙烯的丙烯出气口，所述丙烯出气口通过管路与旋风分离器连接。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述闪蒸罐通过管路分别连接有丙烯气真空泵及氮气真空泵。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述夹套的底部设置有温度调节介质进口，顶部设置有温度调节介质出口。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述聚合釜内部还设置有搅拌器，且在上封头的中心设置有搅拌器接口。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述丙烯进口连接设置有丙烯管线，丙烯管线上设置有流量计及调节阀。

8.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述三乙基铝进口连接设置有三乙基铝管线，三乙基铝管线上设置有流量计及调节阀。

9.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述给电子体进口连接设置有给电子体管线，给电子体管线上设置有流量计及调节阀。

10.根据权利要求1所述的聚丙烯生产装置，其特征在于，所述催化剂进口连接设置有催化剂管线，催化剂管线上设置有流量计及调节阀。