高压聚乙烯装置的负荷调整方法和系统与流程

本发明涉及聚烯烃生产领域，具体涉及高压聚乙烯装置的负荷调整方法和系统。

背景技术：

乙烯在高温、高压条件下按自由基反应机理进行聚合，发生大分子链转移反应，生成带有较多长支链和短支链的线型大分子，使得聚合产物结晶度低、密度小，故高压聚乙烯也被称为低密度聚乙烯。

高压低密度聚乙烯制品因其密度低，透明性、耐低温性及绝缘性好等优点，被广泛用于农膜(棚膜、地膜)、重包装膜、收缩膜、透明膜以及绝缘料和电缆护套的生产，还用于注塑、挤压、发泡等加工领域。在聚乙烯生产的工艺流程中，以上游的乙烯生产装置(例如乙烯裂解装置或煤化工mto装置等)送来的乙烯为原料，下游的聚乙烯生产装置(如高压低密度聚乙烯装置)将乙烯增压到反应所需的压力后，输送到反应器中，以有机过氧化物为引发剂，在高温高压的条件下进行聚合，得到聚乙烯。

根据高压聚合反应的工艺特点，当反应温度、反应压力以及往复式原料压缩机打气量恒定时，聚合反应负荷保持不变，聚乙烯装置的产品牌号只对应一种设计负荷。当上游的装置因检修或实际操作调整导致其生产负荷改变时，下游的装置因其负荷无法跟上上游的负荷变化，容易出现上游输送的乙烯过多无法消耗或者乙烯存量过少导致高压装置被迫降低负荷甚至停工待料等情况，造成上下游物料失衡，从而降低了生产效率，增加了物耗、能耗，进而影响企业的经济效益。

因此，需要提供一种聚乙烯装置的负荷调整方法，以解决因聚乙烯装置的负荷调节范围窄造成上下游物料失衡、生产低效和成本增加的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的因聚乙烯装置的负荷调节范围窄容易造成上下游物料失衡、生产低效和成本增加的技术问题，提供了一种高压聚乙烯装置的负荷调整方法和系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种高压聚乙烯装置的负荷调整方法，所述方法包括：

判断反应物料的储存量是否满足罐存要求，若是，则不对高压烯装置的负荷作调整；

若反应物料的储存量超过最高罐存标准，则对所述高压聚乙烯装置采取升负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度和换热介质温差中的至少一个反应条件来提高聚合反应负荷；

若反应物料的储存量低于最低罐存标准，则对所述高压聚乙烯装置采取降负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差和引发剂添加量中的至少一个反应条件来降低聚合反应负荷。

优选地，在聚合反应发生前对所述反应物料预热，在升负荷操作中，调节反应起始温度的操作包括：使所述反应物料预热后的温度为160-165℃。

优选地，在升负荷操作中，调节反应压力的操作包括：在保持压缩机的入口温度不变时，调节压缩机的入口压力为26-30mpa。

优选地，在升负荷操作中，调节反应峰值温度的操作包括：调节反应器内部的反应峰值温度为304-308℃。

优选地，反应器的外部设置有换热夹套，所述反应器的内壁温度由所述换热夹套中的换热介质来调控，其中，在升负荷操作中，所述调节换热介质温差的操作包括：将所述反应器出入口的换热介质温差控制为10-15℃。

优选地，在降负荷操作中，调节反应压力的操作包括：在保持压缩机的入口压力不变时，调节压缩机的入口温度为40-45℃。

优选地，在降负荷操作中，调节反应起始温度的操作包括：使所述反应物料预热后的温度为165-170℃。

优选地，在降负荷操作中，调节反应峰值温度的操作包括：调节反应器内部的反应峰值温度为298-302℃。

优选地，在降负荷操作中，调节换热介质温差的操作包括：将所述反应器出入口的换热介质温差控制为15-20℃。

优选地，所述高压聚乙烯装置的反应器包括四个反应区，在降负荷操作中，调节引发剂添加量的操作包括：停止向第四反应区中添加引发剂。

本发明第二方面提供了一种高压聚乙烯装置的负荷调整系统，所述系统包括：

判断单元，用于判断反应物料的储存量是否满足罐存要求；

旁路单元，当反应物料的储存量满足最高罐存标准时，用于采取旁路操作，不对高压聚乙烯装置的负荷作调整；

负荷处理单元，当反应物料的储存量不满足罐存标准时，用于对高压聚乙烯装置采取升负荷或降负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差和引发剂添加量中的至少一个反应条件来提高或降低聚合反应负荷。

优选地，所述负荷处理单元包括：

反应压力调节单元，用于在保持压缩机的入口温度不变时，调节压缩机的入口压力为26-30mpa以提高聚合反应负荷；

和/或，起始温度调节单元，用于调节所述反应物料预热后的温度为160-165℃以提高聚合反应负荷；

和/或，峰值温度调节单元，用于调节反应器内部的反应峰值温度为304-308℃以提高聚合反应负荷；

和/或，换热介质调节单元，用于将所述反应器出入口的换热介质温差控制为10-15℃以提高聚合反应负荷。

优选地，所述反应压力调节单元还用于在保持压缩机的入口压力不变时时，调节压缩机的入口温度为40-45℃以降低聚合反应负荷；

所述起始温度调节单元还用于调节所述反应物料预热后的温度为165-170℃以降低聚合反应负荷；

所述峰值温度调节单元还用于调节反应器内部的反应峰值温度为298-302℃以降低聚合反应负荷；

所述换热介质调节单元还用于将所述反应器出入口的换热介质温差控制为15-20℃以降低聚合反应负荷；

优选地，所述负荷处理单元还包括聚合反应调节单元，用于停止向第四反应区中添加引发剂以降低聚合反应负荷。

应用上述技术方案，在现有的高压聚乙烯装置的基础上，通过控制聚合反应过程中的一个或多个反应条件，扩大了反应器的聚合反应负荷调整范围，增强了聚乙烯装置的负荷调节能力，避免上下游物料失衡，从而提高生产效率、降低生产成本。

附图说明

图1是本发明提供的高压聚乙烯装置的负荷调整方法的流程示意图；

图2是本发明提供的高压聚乙烯装置的负荷调整系统的结构示意图。

附图标记说明

如图2所示，1-判断单元；2-旁路单元；3-负荷处理单元；30-反应压力调节单元；31-起始温度调节单元；32-峰值温度调节单元；33-换热介质调节单元；34-聚合反应调节单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在实际应用中，当反应物料乙烯的储存量不在限定范围内时，例如超过额定的最高罐存量或低于最低罐存量时，可以通过调整乙烯生产装置的负荷或聚乙烯装置的负荷，达到上下游物料平衡。本发明中主要阐述了如何调整聚乙烯装置的负荷。

如图1所示，本发明提供了一种高压聚乙烯装置的负荷调整方法，该方法包括：

100、判断反应物料的储存量是否满足罐存要求；

200、若是，则不对高压烯装置的负荷作调整；

300、若反应物料的储存量超过最高罐存标准，则对所述高压聚乙烯装置采取升负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差中的至少一个反应条件来提高聚合反应负荷；

400、若反应物料的储存量低于最低罐存标准，则对所述高压聚乙烯装置采取降负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差和引发剂添加量中的至少一个反应条件来降低聚合反应负荷。

高压聚乙烯装置主要由压缩、聚合、分离和造粒单元组成，优选地，在本发明中，聚乙烯装置的反应器包括四个反应区，按照反应流程，反应物料首先进入第一反应区，在第一反应区中反应得到的聚合产物和未反应的物料再进入第二反应区中继续反应，以此类推，直至从第四反应区中流出最终的聚合产物聚乙烯。

在聚乙烯装置中，反应物料乙烯经压缩机加压到聚合反应所需的压力，再经过预热步骤达到引发温度后进入反应器，然后由反应器中添加的引发剂引发进入反应段。根据本发明一种优选的实施方式，聚乙烯装置的管式反应器包括四个反应区，其中，每个反应区的入口处均设置有引发剂泵，引发剂泵用于连续向反应区内注入配置好的引发剂溶液，用于引发物料在反应区内进行高压聚合反应，反应过程中发生自由基聚合反应并释放反应热，反应器内部的温度逐渐上升达到峰值，聚合反应过程中产生的反应热通过换热系统撤出，并且，随着引发剂的分解消耗，乙烯的转化率降低，反应温度逐渐下降。因此，反应器内部的温度随着反应的引发、聚合、终止过程及热量传递逐渐发生变化，因此在一个反应器中温度呈现出从波谷到波峰再到波谷的变化。

根据高压聚合反应的工艺特点，当达到设定的反应条件时，聚乙烯反应器在设计工况下运行且聚合反应负荷恒定。具体地，聚合反应条件包括反应压力、聚合反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差和引发剂等，本发明方案中通过单独控制一个反应区或同步控制多个反应区的若干反应条件，达到调整聚乙烯装置的整体负荷的目的。

当高压聚乙烯装置需要升负荷时，可通过在设计工况下调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度或换热介质温差来达到目的，并且，上述操作的组合实施方法可不同程度地提高聚合反应负荷。

在本发明中，反应物料乙烯由压缩机增压后进入反应器，通过调节压缩机的入口压力或入口温度来调节反应器中乙烯气体的密度。根据一种优选的实施方式，在升负荷操作时，调节反应压力的操作包括在保持压缩机的入口温度不变时，将压缩机的入口压力提高到26-30mpa，优选28mpa，使聚乙烯反应器中乙烯的密度增大，乙烯的转化率提高，聚合物产量随之增加，从而提高了聚合反应负荷。所述的在保持压缩机的入口温度不变时调节其入口压力，可以是指在保持设计工况下的压缩机入口温度不变时，提高压缩机的入口压力，也可以是在将压缩机的入口温度调节到预定温度的基础上再提高入口压力。

在本发明一种优选的实施例中，调节反应起始温度的操作包括在聚合反应前需对反应物料进行预热，并使反应物料预热后的温度为160-165℃，优选160℃来提高聚合反应负荷。根据一个具体的实施方式，可以利用预热器对反应物料进行预热，在设计工况下将预热器的出口温度降低到160-165℃。预热步骤是为了使反应物的初始反应温度快速达到引发反应所需的温度，提高聚合反应效率，同时使反应器内部的温度分布趋于合理，减少了因高分子量物料产生导致的粘壁现象。在本发明中，预热操作降低了聚合反应的起始温度，使得聚合反应达到平衡时允许释放的热量增多，乙烯的转化率和聚合物产量随之升高，从而提高了聚合反应负荷。

在本发明的上述方法中，反应器内壁温度的控制可以采用现有的温控方法和设备，只要能满足反应器内发生聚合反应的温度要求即可。在本发明一种优选的实施例中，反应器的外部设置有换热夹套，反应器内壁的温度由该换热夹套中的换热介质的温度来调控。优选地，该换热介质为换热水。本实施例中调节反应峰值温度的操作包括控制反应器内部的峰值温度为304-308℃，优选307℃，聚合反应达到平衡时允许放出的热量增加，乙烯的转化率提高，聚合物产量随之增加，从而提高了聚合反应负荷。

在聚合反应的过程中，通过调整换热水的流量和温度，将反应热撤出。根据一个具体的实施方式，调节换热介质温差的操作包括将高压聚乙烯装置的各个循环回路的换热水流量在原设计工况的基础上提高5-10％，以控制反应器出入口的换热介质温差为10-15℃，提高了循环系统的撤热能力，乙烯的转化率提高，聚合物产量随之增加，从而提高了聚合反应负荷。

采用上述升负荷操作方法的不同组合，可进一步提高聚合反应负荷，且组合方式不同得到的负荷结果各有差异，扩大了聚合反应负荷的调节范围。根据本发明一种优选的实施例，在保持设计工况下压缩机的入口温度不变，调节压缩机的入口压力为26-30mpa，优选28mpa，并将预热器的出口温度调节到160-165℃，优选160℃，调节反应器内部的峰值温度为304-308℃，优选307℃，同时控制各反应器出入口的换热介质温差达到10-15℃，上述操作同时实施的情况下，聚乙烯装置的负荷达到最高。

当高压聚乙烯装置需要降负荷时，也可通过在设计工况下控制反应压力、聚合反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差或引发剂添加量来达到目的，上述操作的组合可不同程度地降低聚合反应负荷。

在本发明一种优选的实施例中，在降负荷操作中，调节反应压力的操作包括在保持压缩机的入口压力不变时，将压缩机的入口温度提高到40-45℃,优选43℃，使聚乙烯反应器中乙烯的密度减小，乙烯的转化率降低，聚合物产量随之减少，从而降低了聚合反应负荷。所述的在保持压缩机的入口压力不变时调节其入口温度，可以是指在保持设计工况下的压缩机入口压力不变时，提高压缩机的入口温度，也可以是在将压缩机的入口压力调节到预定值的基础上再提高入口温度。

在本发明一种优选的实施例中，将预热器的出口温度调节为165-170℃，使得反应物料预热后的温度控制为165-170℃，优选170℃来降低聚合反应负荷。

在本发明一种优选的实施例中，调节反应峰值温度的操作包括控制反应器内部的峰值温度为298-302℃，优选300℃，聚合反应达到平衡时允许放出的热量增少，乙烯的转化率降低，聚合物产量随之增加，从而降低了聚合反应负荷。

在本发明一种优选的实施例中，调节换热介质温差的操作包括将反应器出入口的换热介质温差控制为15-20℃，优选20℃，循环系统的撤热能力降低，乙烯的转化率和聚合物产量随之降低加，从而降低了聚合反应负荷。

为保证聚合反应的顺利进行，按实际的产物需求向反应器中投入氧气、空气、有机过氧化物或其混合物作为引发剂，该引发剂的分解消耗用于引发反应物料进入聚合反应阶段。在本发明一种优选的实施例中，高压聚乙烯装置的反应器包括四个反应区，调节引发剂添加量的操作包括停止向第四反应区中添加引发剂，导致第四反应区中的聚合反应逐渐终止，其他反应区的反应不受影响，乙烯的转化率和聚合物的产量随之降低，从而降低了装置的整体负荷。

采用上述降负荷操作方法的不同组合，可进一步降低聚合反应负荷，且组合方式不同得到的负荷结果各有差异，扩大了聚合反应负荷的调节范围。在本发明一种优选的实施例中，保持设计工况下的压缩机入口压力不变，调节压缩机的入口温度为40-45℃,优选43℃，控制预热器的出口温度为165-170℃，优选170℃，同时调节反应器内部的峰值温度为298-302℃，优选300℃，以及反应器出入口的换热介质温差控制为15-20℃，优选20℃，并停止第四反应器中的引发剂注入，上述操作同时实施的情况下，聚乙烯装置的负荷达到最低。

如图2所示，本发明还提供了一种高压聚乙烯装置的负荷调整系统，该系统包括：

判断单元1，用于判断反应物料的储存量是否满足罐存要求。

旁路单元2，当反应物料的储存量满足罐存要求时，用于采取旁路操作，不对高压聚乙烯装置的负荷作调整；

负荷处理单元3，当反应物料的储存量不满足罐存标准时，用于对高压聚乙烯装置采取升负荷或降负荷操作，包括调节反应压力、反应起始温度、反应峰值温度、换热介质温差和引发剂添加量中的至少一个反应条件来提高或降低聚合反应负荷。

根据本发明一种具体的实施方式，负荷处理单元3包括：

反应压力调节单元30，用于在保持压缩机的入口温度不变时，调节压缩机的入口压力为26-30mpa以提高聚合反应负荷；

和/或，起始温度调节单元31，用于调节反应物料预热后的温度为160-165℃以提高聚合反应负荷；

和/或，峰值温度调节单元32，用于调节反应器内部的反应峰值温度304-308℃以提高聚合反应负荷；

和/或，换热介质调节单元33，用于将反应器出入口的换热介质温差控制为10-15℃以提高聚合反应负荷。

根据本发明另一种具体的实施方式，反应压力调节单元30还用于在保持压缩机的入口压力不变时，调节压缩机的入口温度为42-47℃。

根据本发明另一种具体的实施方式，起始温度调节单元31还用于调节反应物料预热后的温度为165-170℃以降低聚合反应负荷。

根据本发明另一种具体的实施方式，峰值温度调节单元32还用于调节反应器内部的反应峰值温度为298-302℃以降低聚合反应负荷。

根据本发明另一种具体的实施方式，换热介质调节单元33还用于将反应器出入口的换热介质温差控制为15-20℃以降低聚合反应负荷。

优选地，负荷处理单元3还包括聚合反应调节单元34，用于停止向第四反应区中添加引发剂以降低聚合反应负荷。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的负荷调整方法。

本发明方案可以由权利要求覆盖的多种不同的方式实施，说明书中将结合实施例做详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，与升负荷或降负荷相关的实施例及实施例中的特征可以相互组合，且组合方式多样。

比较例1

高压聚乙烯装置在设计工况下稳定运行时，根据一种具体的实施方式，压缩机的入口压力为22-27mpa，具体可以为25mpa，入口温度为35-40℃，具体可以为40℃，预热器的出口温度为160-165℃，具体可以为164℃，并且在高压聚乙烯装置的各个循环回路中，换热水的流量和温度使得聚乙烯反应器内部的反应峰值温度保持在300-304℃，具体为303℃。

高压聚乙烯反应器在上述设计工况下运行时聚合反应负荷为100％，聚乙烯的产量达到40.5吨/小时。

实施例1

与比较例1不同的是，保持压缩机的入口温度不变，调节压缩机的入口压力为26-30mpa，优选28mpa，使得与原始设计工况相比，压缩机的入口压力每提高3mpa，输送到反应器中的乙烯气量增加1吨/小时，因此输送到聚乙烯反应器中乙烯的密度增大，乙烯转化率提高，最终聚乙烯的产量达到40.8吨/小时，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷提高到原设计负荷的100.7％。

实施例2

与比较例1不同的是，调节反应器内部的反应峰值温度为304-308℃，优选307℃，由于聚合反应达到平衡时允许放出的热量增加，乙烯的转化率提高，最终聚乙烯的产量达到41.7吨/小时，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷提高到原设计负荷的103％。

实施例3

与比较例1不同的是，控制循环回路中换热水的流量和温度，确保各反应器出入口的换热水温差为10-15℃，聚合反应达到平衡时允许放出的反应热增加，乙烯的转化率提高，最终聚乙烯的产量达到40.9吨/小时，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷提高到设计负荷的101％。

实施例4

与比较例1不同的是，在保持压缩机的入口温度为35-40℃，优选40℃的情况下，提高其入口压力为26-30mpa，优选28mpa，然后降低反应初始温度为160-165℃，优选160℃，调节反应器内部的峰值温度为304-308℃，优选307℃，再控制循环回路中换热水的流量，以确保各反应器出入口的换热水温差为10-15℃，乙烯的转化率进一步提高，最终聚乙烯的产量达到43.3吨/小时，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷提高到原设计负荷的107％。

实施例5

与比较例1不同的是，保持压缩机的入口压力为25mpa，调节压缩机的入口温度为40-45℃,优选43℃，使得与原始设计工况相比，输送到反应器中的乙烯气量减少约1.35吨/小时。由于反应器中乙烯的密度减小，最终聚乙烯的产量达到40.1吨/小时，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷降低到原设计负荷的99％。

实施例6

与比较例1不同的是，反应物料预热后的温度为165-170℃，优选170℃，使得聚合反应达到平衡时允许释放的热量降低，乙烯的转化率降低，最终聚乙烯的产量达到40.13吨/小时，因此反应器的聚合反应负荷降低到设计负荷的99％。

实施例7

与比较例1不同的是，停止向第四反应器中添加引发剂，使得第四反应器中的聚合反应逐渐终止，装置中乙烯的整体转化率降低，最终聚乙烯的产量达到36.3吨/小时，高压聚乙烯装置整体的聚合反应负荷降低到原设计负荷的89.6％。

实施例8

与比较例1不同的是，调节压缩机的入口压力为22-27mpa，优选25mpa后，提高压缩机的入口温度为40-45℃,优选43℃,然后使反应物料预热后的温度为165-170℃，优选170℃，控制反应器内的峰值温度298-302℃，优选300℃，同时停止第四反应器中的引发剂注入，上述操作使得装置中乙烯的转化率降低，聚乙烯的产量降低，高压聚乙烯装置的聚合反应负荷降低到原设计负荷的83％。

聚合反应负荷的测量

高压聚乙烯装置的负荷判断指标之一是聚合反应中获得的聚合物产量，聚合物产量越高，反应器的聚合反应负荷越高。通过测量实施例1-8及比较例1得到的聚合物产量来判断装置的负荷程度，该负荷程度是指装置负荷在其设计负荷基础上的波动，结果如表1所示。

表1

通过表1的结果可以看出，根据本发明的实施例1-4提供的方法，可以提高装置的聚合反应负荷，最高可达到设计负荷的107％；根据本发明的实施例5-8提供的方法，可以降低装置的聚合反应负荷，最低可达到设计负荷的83％。上述结果显示了，利用本发明实施例提供的方法，反应器的聚合反应负荷可以在原设计负荷的83-107％的范围内调整，显著提高了聚乙烯装置的负荷调节能力。

由以上描述可以看出，本发明实现了如下技术效果：

(1)不进行设备及系统新增、改造，不增加投资费用，在现有设备的基础上进行反应条件及方法优化达到调整装置负荷的目的，降低成本；

(2)在设计工况的基础上，调节聚合反应过程中的一个或多个反应条件，可实现聚乙烯装置负荷在不同程度上的调节，扩大了聚乙烯装置的负荷调整范围，增强了聚乙烯装置的负荷调节能力；

(3)通过本发明提供的方法，可避免上下游物料失衡，使得配套装置稳定、高负荷运行，提高了生产效率，同时降低了物耗、能耗，提高企业的经济效益。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。