|
我國聚丙烯（PP）的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前已經(jīng)基本上形成了溶劑法、液相本體一氣相法、間歇式液相本體法、氣相法等多種生產(chǎn)工藝并舉，大中小型生產(chǎn)規(guī)模共存的生產(chǎn)格局�，F(xiàn)在我國的大型PP生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型PP生產(chǎn)裝置以國產(chǎn)化技術(shù)為主。國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量來自乙烯聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)的約占40％，以煉油廠副產(chǎn)的丙烯為原料的約占60％。引進(jìn)技術(shù)主要有釜式反應(yīng)器液相本體一氣相本體Hypol工藝及環(huán)管式液相本體一氣相本體組合法Sphenpol工藝，并在吸收、消化國外釜式液相本體一氣相本體工藝和環(huán)管式液相本體一氣相本體工藝的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計建成了多套聚丙烯生產(chǎn)裝置。
2.1 間歇法本體聚丙烯控制方案
間歇式液相本體法(簡稱間歇式)聚丙烯生產(chǎn)工藝是我國自主開發(fā)的適合我國國情的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)。它的主要工藝流程是液態(tài)丙烯在聚合釜中，在催化劑作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)，并加入氫氣調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量。聚合反應(yīng)完成后，聚合產(chǎn)物進(jìn)入閃蒸器，脫除未反應(yīng)的丙烯后進(jìn)入擠出機(jī)，擠出造粒，稱量、包裝、送產(chǎn)品倉庫�；厥盏谋�(jīng)冷凝后循環(huán)使用。
2.1.1 常規(guī)控制
間歇法生產(chǎn)聚丙烯過程所屬的丙烯及引發(fā)劑加料、丙烯聚合反應(yīng)、閃蒸失活、丙烯回收，工藝復(fù)雜，設(shè)備繁多，屬于典型的大型化工流程工業(yè)。另外，模擬量的控制及累積計量較多，控制對象多具有強(qiáng)滯后、大慣性、多干擾等特性，比如聚合釜的溫度等。中控利用DCS產(chǎn)品優(yōu)勢，在完成常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，運(yùn)用DCS強(qiáng)大的模擬量處理功能和獨具特色的控制算法與策略，成功的實現(xiàn)了間歇法聚丙烯過程的難點控制，滿足了間歇法聚丙烯過程的控制要求。
1. 進(jìn)料控制
◆ 丙烯單體、引發(fā)劑和氫氣進(jìn)料量的準(zhǔn)確計量
◆ 各物料進(jìn)料過程中的各個閥門的順序操作
◆ 丙稀進(jìn)料閥開，聯(lián)鎖關(guān)丙稀回流閥；反之，聯(lián)鎖開丙稀回流閥
2. 過渡階段控制
關(guān)鍵控制：
◆ 聚合釜內(nèi)壓力、溫度曲線控制
◆ 在較短的時間內(nèi)將釜內(nèi)溫度加熱到預(yù)定溫度，同時溫度又不能上升過快，導(dǎo)致恒溫階段不宜控制
◆ 釜壓超高聯(lián)鎖泄壓保護(hù)
特色控制策略：
中控構(gòu)建了丙烯聚合升溫過程控制的數(shù)學(xué)模型，在模型基礎(chǔ)上使升溫過程時間和恒溫階段控制效果上達(dá)到了最理想的優(yōu)化。
3. 恒溫階段控制
特色控制策略：
◆ 中控采用了以聚合釜壓力為主環(huán)，夾套水溫度為副環(huán)的串級控制方式。采用夾套溫度副回路，可以使冷卻水閥前壓力和溫度等擾動都能很快地克服，即溫度副回路起迅速的粗調(diào)作用，壓力主回路起進(jìn)一步的細(xì)調(diào)作用。
◆ 采用中控類似于傳統(tǒng)的串級PID控制形式的串級預(yù)測函數(shù)控制方法進(jìn)行控制（即APC-PFC控制工程軟件包），可使溫度壓力控制效果更加理想。
◆ 中控構(gòu)建了配方和加氫控制的數(shù)學(xué)模型，可準(zhǔn)確控制氫氣加入量。
◆ 轉(zhuǎn)化率在線測量，結(jié)合聚合反應(yīng)時間合溫度變化，以此判斷聚合反應(yīng)終點。
4. 噴料、閃蒸、回收過程控制
關(guān)鍵控制：
◆ 回收系統(tǒng)壓力的控制
◆ 閃蒸釜壓力超高，聯(lián)鎖開閃蒸釜丙烯回收閥
◆ 升溫過程壓力超高，泄壓時的丙烯回收
特色控制策略：
丙烯回收過程自動控制模型的建立，可有效保證回收系統(tǒng)的安全，同時降低回收過程的時間，提高生產(chǎn)效率。
2.1.2 批量控制
間歇式液相本體法聚丙烯(PP)生產(chǎn)工藝另一特點是批量控制，需要結(jié)合生產(chǎn)實際將整個聚合釜的批量控制按配方進(jìn)行修改和調(diào)入，實現(xiàn)從加單體、加引發(fā)劑，聚合到閃蒸全過程順序控制。中控在整個控制策略中將入料、配料、升溫、保溫、噴料、閃蒸釜置換抽真空、閃蒸釜輸料等分成若干個子功能單元塊，每個單元塊單獨編程自成一體，都包含單元初始化啟動程序、人機(jī)對話程序、單元聯(lián)鎖保護(hù)程序、單元設(shè)備故障檢測/故障處理程序和控制主程序，這樣，單元程序就可單獨修改調(diào)試，單獨初始化，按照預(yù)設(shè)條件單獨啟動完成本單元控制邏輯，而操作員根據(jù)生產(chǎn)順序逐個啟動相關(guān)程序步來完成整個批量生產(chǎn)。配方的修改和調(diào)入是整個批量控制的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到加料的準(zhǔn)確、生產(chǎn)的安全和控制的效果。配方選擇及聚合控制畫面如圖4,圖5所示：
2.2 連續(xù)法本體聚丙烯生產(chǎn)過程控制策略
連續(xù)法本體聚合工藝按采用的聚合反應(yīng)器的不同，分為釜式聚合工藝和管式聚合工藝。這種工藝的特點是結(jié)構(gòu)簡單，具有單位體積傳熱面積、總傳熱系數(shù)高、單程轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品牌號切換時間短的特點。在全世界以及在國內(nèi)生產(chǎn)聚丙烯的裝置中，采用環(huán)管法工藝是最多。整個工藝生產(chǎn)過程對測量及控制系統(tǒng)要求較高的是反應(yīng)系統(tǒng)及相關(guān)流程。它包括預(yù)接觸罐、預(yù)聚合反應(yīng)器及環(huán)管反應(yīng)器3個部分。整個反應(yīng)過程對于溫度、壓力、丙烯進(jìn)料、氫加入量、環(huán)管反應(yīng)器的緩沖罐液位、聚合物含量的檢測控制要求較嚴(yán)格，各參數(shù)的控制相互關(guān)聯(lián)。
1. 催化劑和助劑配置單元
特色控制策略：
◆ 采用了與丙烯進(jìn)料量進(jìn)行比值調(diào)節(jié)的方法，自動調(diào)節(jié)三乙基鋁的進(jìn)料量。而給電子體的流量與三乙基鋁的流量進(jìn)行比值控制；
◆ 在構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，主催化劑分散罐的溫度控制可完全滿足工藝的設(shè)計要求。
2. 液相聚合單元
特色控制策略：
◆ 丙烯流量控制采用與反應(yīng)器內(nèi)漿料密度串級的辦法，漿料密度作為串級回路的主環(huán)，丙烯流量做作為串級回路的副環(huán)。如此實現(xiàn)了環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的進(jìn)料調(diào)節(jié)，控制了反應(yīng)器內(nèi)的漿料密度，使生產(chǎn)處于平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)。
◆ 環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的壓力由進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯流量來控制，同時又壓力超高報警和聯(lián)鎖保護(hù)。
◆ 采用了以環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)漿料溫度為主環(huán)，夾套水上水溫度為副環(huán)的串級控制方式。
◆ 為保證環(huán)管反應(yīng)器中的漿液密度相對穩(wěn)定，環(huán)管反應(yīng)器的排料是采用控制反應(yīng)器緩沖罐的液位進(jìn)行連續(xù)排料控制的，為保證排料的連續(xù)性，同時設(shè)定了一個排料手操控制器。
◆ 氫氣的流量控制采用由氣相色譜測定的丙烯氣流中的氫氣濃度為主環(huán)，流量調(diào)節(jié)為副環(huán)的串級回路進(jìn)行控制。
◆ 聯(lián)鎖控制分為三種情況：
1） 系統(tǒng)邏輯判斷，當(dāng)需要快速終止反應(yīng)時，程序自動氮氣和一氧化碳的混合氣注入每個反應(yīng)器腿的底部。
2） 當(dāng)漿液循環(huán)泵故障和阻聚無效時，沉下的固體通過打開反應(yīng)器下的壓力開關(guān)排到高壓排放罐。
3） 聯(lián)鎖打開反應(yīng)器上部的安全閥。
2.3 氣相法聚丙烯裝置控制策略
氣相法技術(shù)是建立在不脫灰、不脫無規(guī)物技術(shù)上的，采用高效催化劑的氣相流化聚合工藝。該法采用的聚合反應(yīng)器通常有流化床、立式攪拌床和臥式攪拌床。它具有一般高效本體法工藝的特點，但與本體法相比具有一些特別的優(yōu)勢。
1. 進(jìn)料系統(tǒng)控制
特色控制策略
◆ 構(gòu)建了在線計算反應(yīng)器負(fù)荷的算法。生產(chǎn)的負(fù)荷可由操作員在線設(shè)定。
◆ 采用以控制主催化劑的加入量來控制反應(yīng)器的負(fù)荷。以反應(yīng)器的負(fù)荷控制作為主環(huán)，主催化劑的流量控制作為副環(huán)進(jìn)行串級調(diào)節(jié)。
◆ 助催化劑和改性劑的流量采用與主催化進(jìn)行比值調(diào)節(jié)。
2. 反應(yīng)系統(tǒng)控制
特色控制策略：
◆ 在反應(yīng)器內(nèi)四個區(qū)，每個區(qū)分別有三個測溫點，通過三個急冷液流量調(diào)節(jié)閥來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度。
◆ 控制反應(yīng)器內(nèi)氣/液比控制，主要是為了控制循環(huán)氣量，采用與進(jìn)反應(yīng)器的急冷液總流量進(jìn)行比值控制。
◆ 反應(yīng)器內(nèi)料位控制方式有兩種：射線方式或電機(jī)功率方式。液位通過反應(yīng)器出口閥門的打開時間和打開間隔時間來控制。閥門的循環(huán)打開時間和間隔時間由控制邏輯給定。
◆ 氫氣/丙烯比率控制是通過和氫氣流量進(jìn)行串級控制的。氫氣的流量控制采用分成調(diào)節(jié)：當(dāng)流量偏差大的時候采用大的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)流量偏差小的時候采用小的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使氫氣流量保持平穩(wěn)的狀態(tài)。
◆ 乙烯/丙烯比值的控制，也是采用串級控制。以乙烯流量控制為內(nèi)環(huán)，乙烯/丙烯的比值為外環(huán)。
◆ 頂部分離器液位和新鮮丙烯加料流量采用串級控制。
下面是中控在聚丙烯行業(yè)部分典型項目。
|
典型用戶 |
項目名稱 |
|
壽光順泰化工有限公司 |
5萬噸/年聚丙烯 |
|
壽光市順泰化工有限公司 |
5萬噸/年聚丙稀工程（二期） |
|
玉門煉油化工總廠 |
4萬噸/年聚丙烯 |
|
南充石達(dá)化工有限公司 |
2萬噸/年聚丙烯及7萬噸/年氣分 |
|
中國石油呼和浩特石化公司 |
1.5萬噸/年聚丙烯 |
|
新疆克拉瑪依煉化 |
1萬噸/年聚丙烯改造 |
|
南樂縣天潤化工有限責(zé)任公司 |
6000噸/年聚丙烯 |
|
鎮(zhèn)海煉化化工股份有限公司 |
聚丙烯生產(chǎn)裝置 |
|
新疆獨山子天利高新股份有限公司 |
聚丙烯生產(chǎn)裝置 |
|
中國石油天然氣克拉瑪依石化分公司 |
聚丙烯裝置改造 |
|
中國石油天然氣股份有限公司呼和浩特石化分公司 |
聚丙烯裝置改造 |
|
山東恒源石油化工股份有限公司 |
第一聚丙烯裝置 |
|
山東恒源石油化工股份有限公司 |
第二聚丙烯裝置 |
|
