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高抗冲共聚聚丙烯反应器技术开发及应用

完成单位:茂名重力石化装备股份公司

登记编号:ZSCX-2021-SH-J-2-96      登记年份:2021      登记日期:2021-04-21

项目概况

项目意义 

       聚丙烯是重要的能源资源——石油资源深加工、综合利用的产品,国内传统的生产设备主要是环管反应器,一般由12根长60多米的夹套直管及多个180°和90°弯管与轴流泵组成,该反应器属于淤浆聚合法工艺,产能从7万吨/年逐渐发展到30万吨/年,反应产品属于普通均聚产品,性能较低,无法满足高品质产业需求。由于环管反应器外形尺寸和重量受到制造和运输条件限制,随着装置规模的不断扩大,产能已经逼近极限。近期荷兰Basell(巴塞尔)公司的Spherizone聚丙烯气相反应工艺技术代表了聚丙烯最新技术的发展趋势,尤其以能生产应用于高级轿车、高性能电器元件和现代产业的高熔指数的抗冲共聚物的产品而广受市场青睐,其利润是传统环管反应器生产的普通均聚产品的1.5倍-2倍。气相反应工艺的核心设备是气相反应器,还需要从国外进口,并且国外只有少数厂家能够制造Spherizone工艺气相反应器,价格较高、周期较长。为了降低装置投资成本、缩短装置建造周期,气相反应器的国产化创新具有重要的意义。 

       关键技术 为解决气相反应器核心技术与设备长期“卡脖子”的难题,茂名重力石化装备股份公司经跟踪查询行业技术发展趋势,在初期研究基础上,联合中海油惠州石化有限公司以及中国石化工程建设有限公司共同承担了中海炼化惠州炼油二期2200万吨/年炼油改扩建及100万吨/年乙烯工程40万吨/年聚丙烯装置中40万吨/年气相反应器国产化创新任务,该40万吨/年气相反应器研制的关键技术主要包括:通过CFD流场数值模拟来优化设计反应器整体和分布板的结构尺寸、通过ANSYS有限元应力分析来确定超过GB150.3-2011《压力容器》规则设计最大开孔限制范围的大开孔的尺寸和形式,以及顶部气体出口、底部聚合物出口和分布板中心的同轴度控制等。经过长达8年的科研攻关,破解了一系列设计、制造及应用核心技术,设计制造了直径达3.8米、高达19米的气相反应器,并实现了大规模产业应用。 

主要科技创新 

       1、运用数值模拟技术对反应器气流分布板进行了结构优化和强度校核,运用有限元对反应器超常规大开口进行了强度分析。保证了主体结构的功能合理、强度可靠、反应彻底和高效。 

       2、研发了分布板板块压制成型、多层分布板双向精密组对及锥形叠装、壳体内件及循环气管道抛光技术。使反应器内介质物流顺畅不反旋、均衡不偏流和连续循环不堵塞。 

       3、研发了球形封头精准成型技术,大型物料旋流进口与球形封头双曲面的斜插组焊及防变形技术;研发了反应器顶部烃类气体出口、下部锥形分布板中心与底部聚合物出口的三口同轴度控制技术。通过结构精度保证气流均匀及稳定反应,从而保证聚丙烯产品的质量。 

       4、研发了低温钢的焊接技术,对低温钢的焊接进行了裂纹尖端张开位移评定和主体材料设计。对保证焊接质量和生产效率,提高企业的经济和社会效益等作用显著。 

       项目取得7项发明和3项实新专利,发表论文10篇。目前应用其中相关技术设计制造的产品在中海油惠州壳牌公司、中石化湛江中科炼化公司、福建中化泉州公司、中国石油广西分公司等企业中运行良好,经济效益显著,还出口至马来西亚和阿曼等国家,创造外汇收入约337.3万美元。共新增经济效益约4.14亿元。