间歇本体法聚丙烯生产工艺自动控制发展历程.pdf

第37卷第5期2023年9月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.5Sep.2023间歇本体法聚丙烯生产工艺自动控制发展历程张德峰1袁王年根2（1.中海石油中捷石化有限公司，河北 沧州 061100；2.天津市集散自动化仪表有限公司，天津 300384）摘要院 本文介绍了间歇本体法聚丙烯工艺实现自动控制的难点、特点与控制解决方案。聚合智能调节器控制，聚合过程的 DCS 控制，实现三剂自动加入，控制系统的优化为该工艺自动控制技术所走过的一段艰难、曲折的发展道路。本文同时展望了该工艺实现单元式自动控制，最终实现智能控制的发展前景。关键词院聚丙烯；间歇本体法聚丙烯；自动控制；DCSdoi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.05.001中图分类号院 TQ325.1+4文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)05-0001-05窑综述 窑收稿日期：2023-03-28作者简介院张德峰（1971-），助理工程师，从事聚丙烯生产与设备管理工作。通讯作者院王年根（1968-），工程师，从事聚丙烯生产技术开发工作。间歇本体法聚丙烯生产工艺是中国在 20 世纪 70 年代自主开发的一项聚丙烯生产技术袁经过三十余年的不断发展和完善袁依然展现出其旺盛的生命力遥 这套工艺的发展与高效催化剂的推广应用不无关系袁另外专用自控技术的开发与应用也发挥了极其关键的作用遥1间歇本体法聚丙烯生产工艺的技术特点1.1基本工艺描述来自于气分装置的丙烯送入丙烯中间罐遥 通过投料泵将丙烯打入聚合釜袁并将活化剂渊三乙基铝冤尧催化剂渊四氯化钛冤尧第三组分渊硅烷冤和相对分子质量调节剂渊氢气冤袁按一定比例加入聚合釜中遥 工艺物料加完后袁聚合釜夹套内通热水袁将聚合釜内物料加热袁 使液相丙烯在 7582 益尧3.453.75 MPa 下进行液相本体聚合反应遥反应生成的聚丙烯以颗粒形态悬浮在液相丙烯中遥 随着反应时间的延长袁液相丙烯中聚丙烯颗粒的浓度逐渐增加袁液相丙烯则逐渐减少遥 每一釜聚合反应的时间约为 4 h遥 反应结束后袁将未反应的高压丙烯气体用冷却水冷凝回收循环使用遥 利用高压回收后剩余的釜内压力将聚丙烯与丙烯混合物喷入闪蒸釜遥 闪蒸排出的气体渊丙烯和少量丙烷等冤经过分离器和袋式过滤器袁分离挟带出来的聚丙烯粉末后袁送至气柜回收渊见图 1冤遥1.2理想聚合反应曲线根据齐格勒-纳塔 渊Ziegler-Natta袁 以下简称Z-N冤配位聚合理论袁采用 Z-N 催化剂的丙烯聚合受催化剂制备工艺的影响袁 存在两种类型的聚合反应曲线遥一种是反应高峰在反应前期出现袁之后反应压力和反应温度缓慢下降的曲线袁 如图 2 中曲线渊1冤所示曰另一种是前期反应压力和反应温度缓慢上升袁后期出现反应高峰的曲线袁如图 2 曲线渊2冤所示遥各催化剂供应商提供的基本是反应高峰在前的类型遥目前在生产实践中袁自控系统会遵循预先设定的一条近乎理想的升温+聚合曲线袁如图2 中曲线渊3冤所示袁以此稳定控制聚合反应过程遥1.3自控要求每一套聚合釜和闪蒸釜组合就是一套独立的生产系统袁其生产周期均是从丙烯计量渊含加氢和加三剂冤投料开始袁经过升温尧恒温尧高压回收尧喷料尧闪蒸置换合格袁最后至聚丙烯产品出料渊粉料输送冤结束遥 因此对每台聚合釜而言袁这套系统的自控是按照投料批次重复进行的袁而且具体到天津化工2023 年 9 月某一批次的控制是有时序性的袁但对于整个装置而言袁各套系统的自控操作是并行的1遥2气动域型或电动芋型仪表时期自 20 世纪 80 年代初至 90 年代初袁本工艺发展的初始阶段不仅工艺不成熟袁而且自动控制水平极低袁各生产装置基本采用气动域型或电动芋型仪表袁通过手动调节热水尧循环水控制阀的开度来控制反应压力和反应温度在一定范围内波动袁以此保证聚合反应较为稳定地进行遥 控制难度极大袁主要存在以下难以克服的问题院1冤丙烯投料误差大袁无克服气液两相流的技术手段曰2冤没有找到理想的升温-恒温曲线袁 升温无法自控袁升温-恒温无法平稳过渡曰3冤恒温曲线波动大袁经常超压排放曰4冤反应终点靠人工判断袁无自动回收曰5冤向闪蒸釜喷料全凭经验袁安全隐患很大遥因此这个阶段的间歇本体法聚丙烯工艺依然以手动控制或者遥控为主袁自动控制方案还在探索中遥3智能调节器时期自 20世纪 90年代初至 21 世纪初袁相关聚丙烯生产厂家与科研单位以引进的智能调节器为核心袁开发并应用了升温与聚合单元的自控系统遥1989 年袁某厂利用带微处理器的小型单回路调节器编制运行程序袁可通过调节器设定单元设置并修改程序和各输入数据袁 随时接受并修改PID袁实现了蒸汽升温尧反应热升温尧恒温直至反应终止的聚合全过程自动控制遥图 1间歇本体法聚丙烯生产工艺流程示意图图 2丙烯聚合反应动力学曲线2第 37 卷第 5 期1993 年袁 某研究所与某厂合作袁 采用 IN鄄TEL8031 单片计算机袁共同开发研制出 SDT 智能调节器遥该调节器是典型的可编程 DDC 数字调节器袁具有丰富的调节尧计算模块袁可构成各种 PID调节尧串级尧前馈尧比值尧均匀调节袁完成在线优化控制袁还具有操作简单尧可靠尧自诊断尧断电保护尧无扰动切换功能尧抗干扰性强尧可靠性强尧性能价格比高袁可完成各种简单尧复杂优化控制要求的特点遥SDT 智能调节器的自动控制方案以釜压作为被调主参数袁将釜温尧夹套水温及热水罐液位等作为相关参数袁实现了间歇本体法聚丙烯生产投料尧反应升温与恒温尧回收等聚合过程的自动控制遥值得一提的是袁SDT 智能调节器的研究者根据聚合反应特点和人工操作经验袁建立了较为理想的聚合反应数学模型袁 与较早的折线法控制方案相比有质的飞跃遥 聚合反应的平稳可控带来的是产品质量的稳定尧生产能力的大幅提高尧能物耗水平明显降低和装置安全状况将得到改善遥4DCS 系统时期渊初期冤自 21 世纪初至 2010 年前后袁 绝大多数间歇本体法聚丙烯生产装置开始采用 DCS 系统遥在智能调节器阶段的后期袁 为了便于操作袁一些厂家在智能调节器的基础上增设上位机袁采用冗余工控机尧数采机和调节器袁通过 RS-485 通信接口组成一套以单回路调节器为控制中心的小型 DCS 系统袁实现了间歇本体法聚丙烯生产的集中控制和分散管理遥 在工控机上显示总貌画面尧几组反应系统图尧棒图界面尧历史趋势以及历史报警等十余个操作界面2遥此类 DCS 系统改造通过工控软件实现了计算机界面工艺操作尧联锁保护尧全面监控尧参数报警尧 历史数据和历史趋势的查询及打印等功能袁克服了常规无盘智能调节器出现死机给生产带来的损失3遥一些厂家采用通用型 DCS 实现间歇本体法聚丙烯生产工艺的自动控制遥 一些技术开发单位根据间歇本体法聚丙烯生产工艺的特点袁开发了专用的且具有自主知识产权的 DCS 系统渊见图 3冤遥这两种 DCS 系统模式是有明显区别的遥 每套间歇本体法聚丙烯生产装置都是由基本配置完全相同的若干聚合釜要闪蒸釜组合构成的遥 每台聚合釜可以根据该釜的生产状态与公共系统渊如丙烯投料系统尧回收系统冤的实时状态袁独立完成自己所处某一生产阶段的操作袁所以对于某一套聚合釜要闪蒸釜组合而言袁它的操作是具有明确的时序性袁 如加氢寅丙烯投料寅三剂加入寅升温寅恒温寅回收寅闪蒸置换寅压料寅包装依次进行袁但这套装置的各个聚合釜之间并没有必然的联系袁基于这样的特点袁一旦集中式的渊指 CPU单元冤控制系统渊采用通用型 DCS冤出现事故袁各个聚合釜需要立即同时进行处理袁如果不能及时处理将会带来严重后果袁造成很大的安全隐患遥相比较而言袁专用型的 DCS 系统存在明显优势遥 该系统可以做到控制功能按聚合釜分配并进行彻底的分散袁即一个冗余渊1颐1冤的控制单元对应一台聚合釜袁这个控制单元完成聚合釜的重要参数渊釜压尧釜温尧釜电流冤的检测和调节渊热水阀尧冷水阀尧回收阀尧喷料保护冤袁而其他一些辅助控制参数则通过现场总线与其他部分共享遥 控制系统中的任何故障袁 只会影响相对应的一台聚合釜袁并不影响其他的聚合釜袁因此一台聚合釜异常状态的处理对生产人员来讲是很从容的事情遥 考虑到该系统的每台聚合釜都是 1颐1 冗余袁这样就避免了控制系统的故障给生产装置带来的安全隐患遥5DCS 系统时期渊完善期冤自 2010 年至今袁 有 DCS 系统开发单位与间歇本体法聚丙烯生产厂家合作袁在已实现聚合过程自动化的基础上袁根据客户需要不断完善 DCS系统袁并逐渐实现了自动加氢尧自动加三剂尧自动闪蒸尧自动分析尧自动压料和自动包装遥 间歇本体法聚丙烯生产工艺在实现了上述全过程自动化张德峰等：间歇本体法聚丙烯生产工艺自动控制发展历程3天津化工2023 年 9 月图 3专用型 DCS系统网络图操作后袁已经可以与连续法聚丙烯生产工艺的自控水平相当袁实现了间歇装置连续运行遥6智能控制系统展望目前袁间歇本体法聚丙烯生产装置的 DCS 系统只是实现了单釜从进料到出产品的全过程自动控制遥 为了保证间歇本体法聚丙烯生产装置的稳定性袁操作员在单釜投料前需要根据车间生产负荷与产品牌号控制的最新指令尧原料质量与状态尧 毗邻投料各釜的三剂加入量和反应情况袁以及本聚合釜的某些设备特性等诸多因素袁才能确定本次投料的三剂设定值遥 同时他们还需要根据各聚合釜和闪蒸釜的实时生产状态袁调整聚合釜的投料顺序和闪蒸釜的闪蒸顺序遥 换句话说袁操作员需要掌握一些调度技能才能真正优化聚丙烯的生产过程遥 而这个判断与调度的过程非常考验操作员的生产经验和技术水准4遥操作员的压力就是 DCS 进化的动力遥 该工艺智能化控制与汽车的智能无人驾驶类似遥 具体思路是袁充实完善基础数据采集袁汲取操作员积累的专业经验袁借助人工智能手段袁自动调整聚合釜和闪蒸釜的操作顺序尧自动确定三剂量和加氢量袁再进入业已成熟的自动单元式操作袁最终完成产品出料遥 另外袁基于 DCS 系统的安全监控系统的也将得到完善袁为该工艺的智能化控制保驾护航遥总之袁连续法聚丙烯生产工艺产能大尧效率高袁但专用料生产是其短板遥 间歇本体法聚丙烯4生产工艺按批次生产袁实现智能化控制后袁将人为干扰因素降至最低袁成为各类聚丙烯专用料生产的首选工艺遥参考文献:1陈宛清.间歇液相本体法聚丙烯聚合反应全过程的自动控制J.合成树脂及塑料,1991(1):14-19.2秦家忠,段天平,麦燕萍.DCS 集散控制在间歇式液相本体聚丙烯装置上的应用J.天然气与石油,2001(2):38-40.3马现桐,刘伟庆.JS2000-DCS 系统在间歇式 PP 装置上的应用J.合成树脂及塑料,2001(6):13-16.4高宏图.DCS 系统在本体法聚丙烯装置中的应用J.黑龙江科技信息,2007(10):65.第37卷第5期2023年9月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.5Sep.2023废旧锂离子电池中有价金属的回收技术进展楼江鹏（赣州腾远循环科技有限公司,江西 赣州 341000）摘要院 相较于其他类型的电池，锂离子电池明显具备突出的优越性，但随意废弃会产生生态环境污染的问题，可以通过回收利用予以解决。在废旧锂离子电池回收利用过程中，有价金属的回收早已成为相关科学研究的热点，同时相关技术已初步取得进展。明确废旧锂离子电池的危害，以及有价金属回收技术的发展状况，针对其中不足进行优化和调整，可实现更有效的回收利用。清晰透彻地认识和把握废旧锂离子电池有价金属的回收技术，科学地针对相关回收技术当前的问题进行有效应对和解决，逐渐成为废旧锂离子电池有价金属回收利用工作应当解决的核心命题之一。关键词院锂电子电池；废旧电池；有价金属；金属回收doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.05.002中图分类号院 TQ09文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)05-0005-03收稿日期：2023-03-08作者简介院楼江鹏（1988-），男，本科，中级工程师，研究方向为冶金。1废旧锂离子电池简述锂离子电池一般由正极尧负极尧隔膜尧电解液尧粘结剂以及外壳组成袁电极材料结构将会在持续不断地充放电过程中受到损伤袁进而致使锂离子电池容量严重缩减遥 在锂离子电池容量下降至设计总容量的七成后袁就需要更换电池遥 回收利用废旧锂离子电池的科学研究已经初步取得了一定的研究成果袁其中研究热度较高的是废旧锂离子电池有价金属回收利用遥 废旧锂离子电池中包含数量较多的可回收有价金属袁诸如钴尧锂尧镍尧铜尧铁和铝等1遥 对废旧锂离子电池中有价金属进行回收不仅具有一定的经济效益袁还可以确保上述金属不会在废旧锂离子电池随意丢弃后危害生态环境和人体健康袁因而需要进一步推动相关回收技术取得突破性发展袁切实地将废旧锂离子电池变废为宝遥2废旧锂离子电池中的有价金属回收技术考虑到锂离子电池的结构较为复杂袁在废弃之后进行回收利用时应当首先进行预处理袁然后