|
我国聚丙烯（PP）的工业生产始于20世纪70年代，经过30多年的发展，目前已经基本上形成了溶剂法、液相本体一气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举，大中小型生产规模共存的生产格局。现在我国的大型PP生产装置以引进技术为主，中型和小型PP生产装置以国产化技术为主。国内聚丙烯产量来自乙烯联合生产企业的约占40％，以炼油厂副产的丙烯为原料的约占60％。引进技术主要有釜式反应器液相本体一气相本体Hypol工艺及环管式液相本体一气相本体组合法Sphenpol工艺，并在吸收、消化国外釜式液相本体一气相本体工艺和环管式液相本体一气相本体工艺的基础上，自行设计建成了多套聚丙烯生产装置。
2.1 间歇法本体聚丙烯控制方案
间歇式液相本体法(简称间歇式)聚丙烯生产工艺是我国自主开发的适合我国国情的聚丙烯生产技术。它的主要工艺流程是液态丙烯在聚合釜中，在催化剂作用下进行聚合反应，并加入氢气调节相对分子质量。聚合反应完成后，聚合产物进入闪蒸器，脱除未反应的丙烯后进入挤出机，挤出造粒，称量、包装、送产品仓库。回收的丙烯，经冷凝后循环使用。
2.1.1 常规控制
间歇法生产聚丙烯过程所属的丙烯及引发剂加料、丙烯聚合反应、闪蒸失活、丙烯回收，工艺复杂，设备繁多，属于典型的大型化工流程工业。另外，模拟量的控制及累积计量较多，控制对象多具有强滞后、大惯性、多干扰等特性，比如聚合釜的温度等。中控利用DCS产品优势，在完成常规控制的基础上，运用DCS强大的模拟量处理功能和独具特色的控制算法与策略，成功的实现了间歇法聚丙烯过程的难点控制，满足了间歇法聚丙烯过程的控制要求。
1. 进料控制
◆ 丙烯单体、引发剂和氢气进料量的准确计量
◆ 各物料进料过程中的各个阀门的顺序操作
◆ 丙稀进料阀开，联锁关丙稀回流阀；反之，联锁开丙稀回流阀
2. 过渡阶段控制
关键控制：
◆ 聚合釜内压力、温度曲线控制
◆ 在较短的时间内将釜内温度加热到预定温度，同时温度又不能上升过快，导致恒温阶段不宜控制
◆ 釜压超高联锁泄压保护
特色控制策略：
中控构建了丙烯聚合升温过程控制的数学模型，在模型基础上使升温过程时间和恒温阶段控制效果上达到了最理想的优化。
3. 恒温阶段控制
特色控制策略：
◆ 中控采用了以聚合釜压力为主环，夹套水温度为副环的串级控制方式。采用夹套温度副回路，可以使冷却水阀前压力和温度等扰动都能很快地克服，即温度副回路起迅速的粗调作用，压力主回路起进一步的细调作用。
◆ 采用中控类似于传统的串级PID控制形式的串级预测函数控制方法进行控制（即APC-PFC控制工程软件包），可使温度压力控制效果更加理想。
◆ 中控构建了配方和加氢控制的数学模型，可准确控制氢气加入量。
◆ 转化率在线测量，结合聚合反应时间合温度变化，以此判断聚合反应终点。
4. 喷料、闪蒸、回收过程控制
关键控制：
◆ 回收系统压力的控制
◆ 闪蒸釜压力超高，联锁开闪蒸釜丙烯回收阀
◆ 升温过程压力超高，泄压时的丙烯回收
特色控制策略：
丙烯回收过程自动控制模型的建立，可有效保证回收系统的安全，同时降低回收过程的时间，提高生产效率。
2.1.2 批量控制
间歇式液相本体法聚丙烯(PP)生产工艺另一特点是批量控制，需要结合生产实际将整个聚合釜的批量控制按配方进行修改和调入，实现从加单体、加引发剂，聚合到闪蒸全过程顺序控制。中控在整个控制策略中将入料、配料、升温、保温、喷料、闪蒸釜置换抽真空、闪蒸釜输料等分成若干个子功能单元块，每个单元块单独编程自成一体，都包含单元初始化启动程序、人机对话程序、单元联锁保护程序、单元设备故障检测/故障处理程序和控制主程序，这样，单元程序就可单独修改调试，单独初始化，按照预设条件单独启动完成本单元控制逻辑，而操作员根据生产顺序逐个启动相关程序步来完成整个批量生产。配方的修改和调入是整个批量控制的关键，它直接关系到加料的准确、生产的安全和控制的效果。配方选择及聚合控制画面如图4,图5所示：
2.2 连续法本体聚丙烯生产过程控制策略
连续法本体聚合工艺按采用的聚合反应器的不同，分为釜式聚合工艺和管式聚合工艺。这种工艺的特点是结构简单，具有单位体积传热面积、总传热系数高、单程转化率高、产品牌号切换时间短的特点。在全世界以及在国内生产聚丙烯的装置中，采用环管法工艺是最多。整个工艺生产过程对测量及控制系统要求较高的是反应系统及相关流程。它包括预接触罐、预聚合反应器及环管反应器3个部分。整个反应过程对于温度、压力、丙烯进料、氢加入量、环管反应器的缓冲罐液位、聚合物含量的检测控制要求较严格，各参数的控制相互关联。
1. 催化剂和助剂配置单元
特色控制策略：
◆ 采用了与丙烯进料量进行比值调节的方法，自动调节三乙基铝的进料量。而给电子体的流量与三乙基铝的流量进行比值控制；
◆ 在构建的数学模型的基础上，主催化剂分散罐的温度控制可完全满足工艺的设计要求。
2. 液相聚合单元
特色控制策略：
◆ 丙烯流量控制采用与反应器内浆料密度串级的办法，浆料密度作为串级回路的主环，丙烯流量做作为串级回路的副环。如此实现了环管反应器内的进料调节，控制了反应器内的浆料密度，使生产处于平稳运行的状态。
◆ 环管反应器内的压力由进入丙烯蒸发器的液态丙烯流量来控制，同时又压力超高报警和联锁保护。
◆ 采用了以环管反应器内浆料温度为主环，夹套水上水温度为副环的串级控制方式。
◆ 为保证环管反应器中的浆液密度相对稳定，环管反应器的排料是采用控制反应器缓冲罐的液位进行连续排料控制的，为保证排料的连续性，同时设定了一个排料手操控制器。
◆ 氢气的流量控制采用由气相色谱测定的丙烯气流中的氢气浓度为主环，流量调节为副环的串级回路进行控制。
◆ 联锁控制分为三种情况：
1） 系统逻辑判断，当需要快速终止反应时，程序自动氮气和一氧化碳的混合气注入每个反应器腿的底部。
2） 当浆液循环泵故障和阻聚无效时，沉下的固体通过打开反应器下的压力开关排到高压排放罐。
3） 联锁打开反应器上部的安全阀。
2.3 气相法聚丙烯装置控制策略
气相法技术是建立在不脱灰、不脱无规物技术上的，采用高效催化剂的气相流化聚合工艺。该法采用的聚合反应器通常有流化床、立式搅拌床和卧式搅拌床。它具有一般高效本体法工艺的特点，但与本体法相比具有一些特别的优势。
1. 进料系统控制
特色控制策略
◆ 构建了在线计算反应器负荷的算法。生产的负荷可由操作员在线设定。
◆ 采用以控制主催化剂的加入量来控制反应器的负荷。以反应器的负荷控制作为主环，主催化剂的流量控制作为副环进行串级调节。
◆ 助催化剂和改性剂的流量采用与主催化进行比值调节。
2. 反应系统控制
特色控制策略：
◆ 在反应器内四个区，每个区分别有三个测温点，通过三个急冷液流量调节阀来控制反应器内的温度。
◆ 控制反应器内气/液比控制，主要是为了控制循环气量，采用与进反应器的急冷液总流量进行比值控制。
◆ 反应器内料位控制方式有两种：射线方式或电机功率方式。液位通过反应器出口阀门的打开时间和打开间隔时间来控制。阀门的循环打开时间和间隔时间由控制逻辑给定。
◆ 氢气/丙烯比率控制是通过和氢气流量进行串级控制的。氢气的流量控制采用分成调节：当流量偏差大的时候采用大的流量调节阀进行调节，当流量偏差小的时候采用小的流量调节阀进行调节，从而使氢气流量保持平稳的状态。
◆ 乙烯/丙烯比值的控制，也是采用串级控制。以乙烯流量控制为内环，乙烯/丙烯的比值为外环。
◆ 顶部分离器液位和新鲜丙烯加料流量采用串级控制。
下面是中控在聚丙烯行业部分典型项目。
|
典型用户 |
项目名称 |
|
寿光顺泰化工有限公司 |
5万吨/年聚丙烯 |
|
寿光市顺泰化工有限公司 |
5万吨/年聚丙稀工程（二期） |
|
玉门炼油化工总厂 |
4万吨/年聚丙烯 |
|
南充石达化工有限公司 |
2万吨/年聚丙烯及7万吨/年气分 |
|
中国石油呼和浩特石化公司 |
1.5万吨/年聚丙烯 |
|
新疆克拉玛依炼化 |
1万吨/年聚丙烯改造 |
|
南乐县天润化工有限责任公司 |
6000吨/年聚丙烯 |
|
镇海炼化化工股份有限公司 |
聚丙烯生产装置 |
|
新疆独山子天利高新股份有限公司 |
聚丙烯生产装置 |
|
中国石油天然气克拉玛依石化分公司 |
聚丙烯装置改造 |
|
中国石油天然气股份有限公司呼和浩特石化分公司 |
聚丙烯装置改造 |
|
山东恒源石油化工股份有限公司 |
第一聚丙烯装置 |
|
山东恒源石油化工股份有限公司 |
第二聚丙烯装置 |
|
