最拔求bookmark0石油化工设计低备象乙装置中脱蔌嗉化氮气的用看今祈宋广杰（中国石化北京石化工程公司，100101）氮气的用量。在确定这一方法的可靠性之后，考察了净化氮气的用量与树脂温度、脱气仓操作压力及净化氮气温度之间的关系。从而确定了脱气仓操作压力应接近常压，树脂温度应尽量接近反应温度。

　　在低压法生产线性低密度聚乙烯（LLDPE）的装置中，丁烯-1或已烯-1、乙烯与氢气在一定的温度和压力下进行共聚，生产出低、中、高密度的多牌号的聚乙烯产品。由于产品有结晶缺陷，因此单体在聚乙烯中都有较高的溶解度，随着反应器中排出的树脂一起排人出料及脱气系统中，在这一过程中，聚合物的脱挥通常经历3个阶段：闪蒸脱挥。即反应系统的压力远远高于脱气系统的压力，这两个系统之间形成闪蒸。大部分挥发组分在这一过程中被脱除掉。

　　起泡脱挥。这一过程是非均相过程，借助于惰性气体达减小挥发分的分压，增加两相传质速率，强化脱挥效果。

　　扩散脱挥，即扩散传质。它决定树脂在脱气系统中停留时间及残余单体的最终含量。

　　脱挥系统将树脂中溶解的烃类物质极大程度地解析出来，回收利用，提高单体和共聚单体的效率，减少物耗。此外从安全因素考虑，也应将低密度聚乙烯中的烃类净化至爆炸极限以下。这是因为聚乙烯在输送和贮存过程中，溶解的烃类物质会释放出来，增加了聚乙烯粉尘爆炸的危险性。

　　由此可见，在上述三个阶段中，起泡是至关重要的一步，它不仅能够极大程度地降低单体及共聚单体损失，而且还能提高聚乙烯产品的运输与C存安全性。因此，在整个脱挥系统中，惰性气体引人量的多少是一关键因素。若引入少了，达不到系统净化的目的，引人太多，将增大回收系统的处理量，造成不必要的浪费。通过考察几套同类装置，得出了一种近似的方法来估算惰性气体的用量。

　　1理论基础烃类气体在聚乙烯中的溶解度随以下参数而变化：温度、树脂的密度、气体溶质化学结构和尺寸等。溶解度随温度的升高而降低；聚合物的密度不一样，则聚合物的结晶程度也不一样，在聚合物的结晶区内，由于晶格排列整齐，因而溶质分子不能穿过结晶部分，溶解主要是在非结晶区，非结晶区域在聚合物中所占的含量越多，聚合物中溶高分子系，硕士，现从事低压法生产聚乙烯装置的改造设计。

　　解的气体也就越多；由于气体溶解在聚合物中是聚合物与溶质之间的亲合力相互作用的结果，通常溶解气体的分子链增大，则在聚合物中的溶解度增大，因此，在聚合物中丁烯的溶解度要大于乙烯。

　　由此可见，在确定净化惰性气体（通常用氮气）的用量时，首先要考虑溶解度大的气体解析效果。

　　在整个脱气过程中，可做如下假设：在树脂的排料阶段中，压力为24kg/cm2左右树脂排人压力为lkg/cm2的脱气仓中，这中间还经过lOkg/cm2左右的卸料罐。因此可认为树脂在进人脱气仓时已经完成了闪蒸过程。

　　在脱气仓的脱气阶段，主要进行着起泡脱挥和扩散脱挥。这两个阶段可认为树脂进人脱气仓后，溶解的烃类物质先自行在脱气仓的压力下达到平衡，然后通人净化氮气，使溶解的烃类物质进一步从聚合物中解析出来，达到完全净化的目的。

　　脱气仓中压降可忽略，即脱气仓中的压力分布是均匀的。

　　所有的树脂颗粒大小是相同的。

　　净化氮气在脱气仓中的分布是均匀的。

　　基手上面的假设，可对起泡脱挥和扩散脱挥做如下描述：1.1起泡脱挥通常用亨利定律来确定起泡脱挥在脱气系统中聚合物中的烃类含量。之所以用这一法则，是因为在脱气系统中，烃类气体的分压远远低于其饱和蒸汽压（当类分压大于其饱和蒸汽压的10%以上时，用亨利定律预测烃类含量有较大的偏差）。亨利定律如下：等；P一脱气仓的操作压力/atm；H一亨利常数/atm；Z，―溶解在聚合物中的某类烃的浓度，i代表乙烯、丁烯-1等。

　　对于某一牌号，在一定温度下丁烯-1和乙烯的亨利常数列于表：表1丁烯-1和乙烯的亨利常数物质名称乙烯丁烯-i温度/*亨利常数/atm表1中的数据试用范围：树脂密度915kg/m3笔者在计算过程中所用的树脂为DGM-1810，颗粒的平均粒径为：1.32mm.因此，适合于上述丁烯-1的亨利常数的计算公式。

　　1.2扩散脱挥聚合物的排放速率受到烃的性质、非晶态的含量及脱气系统的温度等限制。聚合物中初始烃类溶解气体的含量与经过一定时间后的溶解气体的含量之比表示烃类脱除的好坏，而起关键作用是扩散速率。一般常用扩散速率常数与扩散路程一起表征扩散性质。对于DGM-1810，不同的扩散速率常数值如下：表2某一牌号的烃类扩散性质（ZJ/r2）组分温度/X乙烯丁烯-1 2方法验证首先由上述的方法核算不同装置下某一牌号树脂的净化氮气用量。表3列出了净化氮气的核算值。由表3看出，计算的净化氮气用量与装置实际用量基本上是一致的，因此这一方法确定的净化氮气用量是可靠的。表3的数据表明：净化丁烯-1的氮气总用量明显高于净化乙烯的用量，即输送气中的氮气和夹带出的氮气，已经完全能够把溶解的乙烯气脱除干净。

　　另外，根据吸附原理，分子越大，吸附也应越强；即碳原子数越多，被树脂吸附的也越多，所用的净化氮气应越多。因此只要净化氮气能够把丁烯-1脱除干净，甲烷、乙烷和丁烷也能够被完全石油化工设计表3某一牌号不同装置的净化氮气用量脱除干净。

　　此外，净化氮气用量与树脂在脱气仓中的停留时间有关。在正常生产过程中，树脂在脱气仓的停留时间一般均在3h以上，在上述计算过程中，均未考虑逸出速率对净化氮气的影响。

　　3烃类脱除与停留时间的关系在停留时间超过一定值后，烃类的扩散即可认为已经完全扩散干净。表4给出了在不同的停留时间下乙烯和丁烯-1的残留烃类含量。

　　表4乙烯和丁辉-1的残留烃含置时间/mjn乙烯-1丁烯-1由表4看出，丁烯-1的残留烃含量篼于乙烯的一个数量级。其因为乙烯扩散速率常数远大于丁烯-1的，这也证明丁烯-1的净化要比乙烯的净化困难，故净化氮气的用量主要是脱除丁烯-1.当树脂的停留时间超过30min后，乙烯和丁稀-1的残留量已经非常低，基本上达到环保要求。

　　通过表4可以计算出乙烯和丁烯-1在30min后的残留量。乙烯的残留量为1.7xl（T6kg/1000kgPE，丁烯-1乙烯和丁稀-1在树脂中所允许的最大残留气体含量，乙烯的最大残留含量为0.034m3/1000kgPE，丁4净化氮气温度与用炻之间的关系在相同的压力下，净化氮气的温度变化会影响到氮气的密度，同时也会影响到树脂与氮气之间的相互接触，表示以丁烯-1为净化目标，考察了不同温度下，生产能力为7500kg/hr时的氮气用量。

　　氮气温度厂C氮气温度与净化氮气的用量由可知，净化氮气的温度对氮气的用量影响非常小，随着温度的增加，净化氮气的用量基本上不变。这可能是因为氮气的用量相对树脂的量小得多，氮气温度的增加对树脂温度的影响几乎没有，因此，溶解在树脂中的烃类不受氮气温度的影响。

　　5树脂温度对脱气的影响对于解析过程而言，溶剂的温度越高，其所能溶解的物质也应越小。反映了树脂生产能力为7500kg/h时，树脂温度对脱气的影响：由可知，随着树脂温度的增加，净化氮气的用量逐渐降低。因此，在实际生产和设计过程树脂温度与氮气用量中，应尽量减小反应器至脱气仓的距离，以减小温度的损失。尽可能地使脱气仓的温度保持反应温度，以减小净化氮的用量，这样也有利于排人气回收的操作。

　　6脱气仓操作压力与净化氮气用置之间的关系以丁烯-1为净化目标，计算了不同脱气仓操作压力下，树脂的生产能力为7500kg/h时的氮气用量：脱气仓压力/atm脱气仓压力与氮气用量表明，净化氮气的用量随着脱气仓的压力增加而加大，这完全符合吸附与解析原理。在操作压力增加时，溶质在溶剂中的溶解度增大。

　　因此，脱气仓的操作压力维持的越低，净化氮气的用量也就越少。一般脱气仓的操作压力接近常压。当在操作过程中，脱气仓的压力发生变化时，应提高净化氮气的用量。

　　7结论通过以上的计算结果可以得出如下的结论：使用该计算方法得出的氮气用量，基本上与实际氮气用量相符，因此该方法是可靠的。

　　在整个烃类的脱除过程中，丁烯-1的脱除比较困难，因此净化氮气的用量以使丁烯-1净化到爆炸极限范围以下为准。

　　净化氮气的用量与脱气仓的压力、树脂的温度都有关系。在设计和操作过程中应尽量保持较低的操作压力和较高的树脂温度，以便有一最佳的净化氮气用量。