气相法聚乙烯装置反应静电问题及对策探析

气相法聚乙烯装置反应静电问题及对策探析

徐鑫张成麟刘喜庆

中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司聚烯烃部全密度二装置

黑龙江大庆163711

摘要：气相法聚乙烯装置在生产过程中，由于高速流化的聚乙烯粉料及无水无氧的环境，易产生和积累静电。本文旨在探讨气相法聚乙烯装置中反应静电的产生机理、影响及相应的对策措施，提出了原辅料精制与净化、反应器设计与操作优化及静电消除的对策，以确保装置的长周期稳定运行。

关键词：气相法聚乙烯；装置反应；静电问题

气相法聚乙烯装置作为现代化工生产中的重要设备，具有投资少、工艺简单、生产效率高等优点。然而，在聚乙烯粉料的高速流化过程中，由于颗粒与颗粒、颗粒与壁面以及颗粒与气体之间的不断碰撞和摩擦，极易产生和积累静电。这些静电的积累不仅会影响流化床内的流体流动行为，形成死区和沟流，还会造成颗粒团聚、粘壁、熔融结片等现象，严重影响装置的生产效率和运行稳定性。因此，深入研究气相法聚乙烯装置中的反应静电问题，提出有效的对策措施，对于保障装置的安全稳定运行具有重要意义。

一、静电问题产生机理分析

（一）静电产生的根本原因

首先，在流化床反应器中，聚乙烯颗粒与颗粒之间、颗粒与反应器壁之间以及颗粒与循环气体之间存在着不断的碰撞和摩擦，这种物理接触过程中，电子的转移会导致电荷的分离，从而产生静电。其次，气相法聚乙烯生产过程中，需要使用催化剂（如钛系催化剂和三乙基铝）来促进聚合反应，当原料中存在杂质（如水、氧气、甲醇、乙醇等）时，这些杂质会与催化剂发生反应，生成正负静电引发剂，这些引发剂会进一步促进静电的产生和积累。再次，树脂中细粉量过多、过细也会加剧静电的产生，粒径最小、灰分含量最高的细颗粒对静电压的影响最为显著，这主要是因为细颗粒比表面积大，更容易在碰撞和摩擦过程中产生和积累静电。最后，反应器的设计（如分布板结构、反应器壁材料）和操作条件（如温度、压力、气体流速等）也会影响静电的产生。例如，不合理的分布板设计可能导致颗粒在反应器内分布不均，增加局部静电的产生；而高温、高压和高速气流则可能加剧颗粒间的碰撞和摩擦，促进静电的生成[1]。

（二）静电积累的影响

首先，静电积累会改变流化床内的流体流动行为，形成死区和沟流，这些现象会导致颗粒在反应器内分布不均，降低反应效率。静电还会使带电树脂颗粒受到电场力的作用而相互吸引，导致颗粒团聚。同时，静电力也会使粒子附着在反应器壁上，形成粘壁现象。这不仅会进一步加剧静电的积累，还会影响反应器的正常操作。其次，当静电积累到一定程度时，还会引发火花放电甚至爆炸。此外，反应器壁上的细粉在静电作用下熔融并粘结在反应器壁上，形成结片，这些结片可能脱落并堵塞反应器内的管道和设备，导致生产中断。再次，静电积累还会影响聚乙烯产品的质量，例如，粘壁现象会导致产品中含有杂质和不规则颗粒；而熔融结片则可能导致产品出现孔洞和裂纹等缺陷。最后，当静电积累到一定程度时，可能引发火花放电并点燃易燃气体或粉尘混合物，造成严重的安全事故。

二、静电问题的对策

（一）原辅料精制与净化

原辅料的精制是抑制静电产生的关键步骤，在气相法聚乙烯生产过程中，原料和辅料中的杂质往往是静电产生的主要来源，这些杂质不仅会影响反应效率，还可能引发静电积累，增加生产过程中的安全风险。因此，应确保原料中的水分、氧气、有机溶剂等杂质被充分脱除，这些杂质在反应过程中容易与催化剂等活化剂反应，生成正负静电引发剂，破坏静电平衡，同时定期检查并维护原料精制系统，确保其正常运行和高效脱除杂质。再者，换热设备可能存在内漏问题，导致系统中的杂质进入反应区，这要求必须定期检查换热设备的密封性，并及时修复内漏问题，应当选择耐腐蚀、耐高温、密封性好的材料制造换热设备，减少内漏的发生。还应确保种子床装填的材料纯净度高，杂质含量少，并定期对种子床进行更换和清洗，以去除积累的杂质和污垢。具体操作是在原料进入反应系统之前，进行严格的质量检测，确保杂质含量符合工艺要求，接着根据原料的特性和杂质种类，选择合适的精制工艺和条件，提高精制效率。随后，在反应系统中设置静电检测装置，实时监测静电情况，一旦发现静电异常，立即采取措施进行处理[2]。综上所述，原辅料的精制与净化是气相法聚乙烯装置反应静电问题的重要对策之一，通过以上措施，可以显著降低反应过程中静电的产生和积累风险。

（二）反应器设计与操作优化

在反应器设计优化方面，应优化分布板的结构和布局，以确保气体和固体颗粒在反应器内均匀分布，选择具有良好导电性和耐腐蚀性的材料作为反应器壁，以减少静电在壁面上的积累。例如，对反应器壁表面进行镀铬处理，可以减少树脂粉料在壁面上的结块，从而降低静电产生的风险。同时在反应器内安装多个静电检测装置，分别监测不同区域的静电情况，如分布板区、滞留区和料位区等，这些装置可以实时监测静电水平，为操作人员提供及时的反馈和预警。还可以再设计时考虑加入抗静电装置或结构，如设置静电消散层或安装静电接地装置，以加速静电的消散和平衡。在操作优化方面，应精心控制反应过程中的工艺参数，如温度、压力、气体流速和催化剂注入量等，避免工艺参数的剧烈波动，以减少静电的产生和积累。当反应器内静电水平较高时，采取向反应器中注入抗静电剂的方法来消除静电，根据静电的极性（正电或负电），选择合适的抗静电剂（如水或醇类），注入过程中要缓慢进行，并控制好加入量，以防止静电反相的发生。同时还要定期对反应器进行清洗和维护，以去除积累的污垢和杂质。特别是在停车后和开车前，要进行充分的脱水和脱氧处理，以减少静电的产生。此外，还应制定并严格执行操作规程，确保操作人员在操作过程中遵循正确的操作流程和安全规范。

（三）静电消除措施

当反应器内静电水平较高时，可以通过向反应器中注入对应的抗静电剂来消除过量的静电，其主要原理是通过往反应器中注入水来消除过量的正静电，往反应器中注入醇类（如甲醇）来消除过量的负静电，需要注意的是，水和醇类本身也是产生静电的物质，因此在加入抗静电剂的过程中一定要控制好加入量，缓慢加入以防止静电反相的发生，抗静电剂的注入点距反应器分布板越近，抗静电效果越好。在一些装置中，抗静电剂的注入点位于循环气进入反应器的入口管线上。另外，还应制定应急预案以应对反应器内静电突然升高或发生静电放电等紧急情况，预案中应明确应急处理流程、责任分工和所需资源等。一旦发生紧急情况，立即启动应急预案，确保人员和设备的安全。例如，当反应器内产生高于2000V以上的静电且持续不下时，在注入静电消除剂后不起作用的情况下，应立即注入终止剂（如CO）终止反应[3]。通过以上多种措施的综合应用，可以有效地消除气相法聚乙烯装置反应中的静电问题，从而确保生产的安全和稳定进行。

结束语

综上所述，本文提出了一系列预防和消除静电的对策措施，包括原辅料精制与净化、反应器设计与操作优化及静电消除措施等。这些措施的实施将有助于减少静电的积累，降低静电对装置生产的影响，提高装置的运行稳定性和生产效率。然而，气相法聚乙烯装置中的静电问题是一个持续存在的挑战。随着生产规模的扩大和工艺技术的不断进步，需要不断加强对静电问题的理论研究和实践探索，以确保气相法聚乙烯装置的安全稳定运行，为化工行业的可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1] 袁安民,杨俊春,曹颂. 气相法聚乙烯装置反应静电问题及对策[J]. 山东工业技术,2023(5):77-81.

[2] 郭晓亮. 气相法聚乙烯反应静电探究及对策措施[J]. 塑料包装,2024,34(2):7-11.

[3] 宋伊梦,张云龙,刘正家,等. 气相法聚乙烯工艺静电产生及控制[J]. 合成树脂及塑料,2024,41(1):52-56.