淤浆法高密度聚乙烯生产过程中牌号切换的优化

淤浆法高密度聚乙烯生产过程中牌号切换的优化
作者：马宏伟
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第05期
摘要：历经多年，高密度聚乙烯以其优良性能逐步发展成为世界上产量和应用最广泛的合成材料之一，每年全世界范围内聚乙烯的生产消耗量都十分巨大，于是企业在生产过程中需要不断的进行牌号切换操作，以尽快生产出满足市场需求的产品，科学合理的进行牌号切换，一直是高密度聚乙烯生产者研究的重点。

关键词：淤浆法；高密度聚乙烯；牌号切换；废料量
高密度聚乙烯（HDPE）产品所独具的优良性能，并以安全环保，方便运输，应用广泛等诸多优点，在市场上需求量极大，而在使用淤浆法工艺生产HDPE过程中，解决聚乙烯连续生产的牌号切换问题，就要从切换模式、影响因素、切换目标和切换策略等众多方面，要对牌号切换详细分析和研究，从而找到最佳牌号切换方法。

1 淤浆法工艺
淤浆法生产的聚乙烯不溶于溶剂，反应过程呈浆料状。

聚合条件温和，操作简便。

烷基铝是常用的催化剂，氢是相对分子质量调节剂。

聚合釜中的浆液经闪蒸釜、气液分离、固液分离、再转移到干粉机中、最后经过混炼熔融造粒，得到不同相对分子质量分布的产品。

料浆工艺是利用高密度聚乙烯料浆工艺消化吸收三井油化的工艺技术。

以高纯乙烯为主要原料，丙烯或丁烯—1用作共单体，己烷当作溶剂，采用高效催化剂进行低压法浆液聚合。

料浆通过分离干燥、混炼造粒，可获得性能优良的高密度聚乙烯（HDPE）颗粒产品。

2 牌号切换
石化企业生产不同类型的塑料树脂要进行牌号切换，这个过程中会导致聚乙烯生产过程产品质量不稳定（即过渡料），牌号切换时间长和过渡废料量多等问题，比如开车生产不符合所生产牌号产品质量指标，物理性质指标既不符合所生产牌号，也不符合其他牌号中间的过渡产品的产出，这类缺陷型产品，业内通称这些产品为过度料（也称副牌料），相对合格品来说其实就是次品。

每次生产出的过渡材料虽不很大，当积累到一定的量，只可作为次品销售。

国内石化企业不可避免地生产出过渡料，因此，改进生产工艺，在牌号转化的过程中，以最短的转化时间为目标，将转型的过度材料控制在最小值，避免更大的浪费尤为重要。

3 淤浆法工艺的优化
研究淤浆法工艺生产装置和生产过程中反应器压力、反应温度、H2—乙烯比、丁烯—乙烯比等因素对聚合过程的影响。

在此基础上，采用软测量方法研究聚乙烯产品的性能指标，详细分析聚乙烯的主要性能指标及影响性能变化的操作变量。

利用动态优化的原理和方法，得到在切换过程中产品性能参数和操作变量的优化轨迹，为短时间高产合格品提供指导。

主要创新性工作有四项：
①针对并行操作过程中的牌号切换问题，建立包含后续处理过程的全局优化目标函数，并以切换时间最短为主要目的。

采用迭代动态规划算法求解目标函数，得到各反应器的聚合温度（T）、共聚物与乙烯的浓度比（C3/C2）、氢烯比（H2/C2）等操作变量以及聚合物产品各项性能指标的变化轨迹。

结果表明，在目标函数中加入瞬时性质的研究，加强了对产物分子量分布的控制和瞬时性质超调幅度的约束。

在造粒机中加入催化剂进料项和产品熔融指数项，使科研更符合实际。

造粒机内产品性能的约束对反应釜内产品性能的制约起着间接的作用。

同时，但优化运行是属于不可逆的，控制过程具有非线性的特点。

②针对串联运行过程中的牌号切换，基于“二次混合”规则，建立全局优化目标函数，包括第二釜产品的累积性能和两釜产品混合所得聚合物的累积性能。

通过对二釜产品性能指标的反演，建立二釜的质量模型。

通过使用全局优化目标函数优化计算切换操作，和比较优化结果与实际生产过程中的切换操作，证明本文提到的这种优化方法可以显著缩短切换时间和减少过渡的一代材料产生，经济效益非常明显。

串行操作，将直接用于不同类型的目标函数计算结果在少量瞬时性质量的产品，调整时间短，积累平滑过渡自然，切换过程所需时间较短，因此，泥浆系统研究，直接选择不同类型的优化目标函数是一个更好的选择。

③根据工况的变化连续串行并行的来回切换，或改变温度，操作变量和物流提出人工进行干预优化操作的设计原则，在此为基础，设计出具体操作时在一些关键的制备节点，由人工控制进行干预，减缓操作变量起始过程中急剧性的变化，对系统产生不利影响。

优化结果表明，人工干预可以显著降低操作变量的变化强度和瞬态超调，对生产过程具有很强的指导意义。

④通過对淤浆聚合工艺的分析和乙烯二元聚合机理的研究，建立产品在反应器中的质量模型，提出改进的产品在造粒机中的质量预测模型。

使用目标函数的方法，针对特定数量的模型参数予以分析，并为预测该牌号产品质量提供一个基础，设计一个合理的泥浆聚乙烯工艺流程图的方法，制作化学生产过程模型，以指导产品生产，提高企业效益，合理和准确的流程模型可以用来寻找生产的瓶颈，新牌号设计及牌号切换策略优化等。

现今这类研究可以运用计算机技术进行模拟演练，极大的节约了成本。

通过一系列计算分析相关变量的最优轨迹，得出切换时间和切换产生的浪费量，从而产生经济效益。

4 结语
随着高新技术发展，近年淤浆法，也在持续改进，除了牌号切换方面的进步，高活性催化剂生产技术的使用，去除催化剂除灰的步骤，减少随机聚合物，用于生产均聚物、抗冲共聚物
产品及无规共聚物影响，目前国内外采用淤浆法工艺生产高密度聚乙烯方面的生产能力均有显著提高。

参考文献：
[1]王平.淤浆法聚乙烯生产中牌号切换策略研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[2]李洁华.淤浆法高密度聚乙烯生产过程牌号切换优化[D].北京：北京化工大学，2011.。