聚乙烯反应器静电的形成原因及控制措施

admin

邢莹

【摘 要】本文分析了UNIPOL气相流化床聚乙烯反应器中静电的形成原因、造成的危害、操作中对静电的预防措施以及反应器出现静电时采取的主要措施，及时消除静电才能保证生产装置连续平稳运行。

【关键词】静电；危害；原因；预防；措施

中国石油大庆石化公司塑料厂全密度聚乙烯二套装置采用UNIVATION公司的UNIPOL气相流化床聚乙烯冷凝技术生产工艺，在流化状态下，颗粒与颗粒，颗粒与壁面以及颗粒与气体之间存在不断的碰撞和摩擦，原料中存在的杂质在与活化剂三乙基铝反应的过程中会分别生成正负静电引发剂，因此，不可避免地会造成静电的产生和积累。

一、静电对反应器造成的危害

在UNIPOL反应器中，像聚乙烯颗粒这样的物质流化时会产生一个大的电场，虽然聚乙烯颗粒是一种绝缘体，意味着它不导电但能提供电荷。这些带电粒子及其形成的电场在UNIPOL设备中会带来一些潜在的问题，如结片（树脂颗粒熔结在一起形成片状的物质）。结片会不断形成直到静电被控制或反应被终止。如果造成结片的根本原因没有被发现并解决，在接下来的开车中会产生同样的结片。

产生的静电会严重影响流化床内的流体流动行为，形成死区和沟流，并造成颗粒团聚、粘壁甚至熔融结片等现象的发生。当静电积累到一定程度，还可能引起火花放电甚至爆炸。

聚乙烯流化床反应器易产生静电的这一特点决定了反应将始终处于静电的环境中进行。聚乙烯粉料在反应器中受到浮力，重力，拖曳力以及静电力的作用。浮力和重力的作用维持流化床的流化状态床层的料位。静电力使粒子附到器壁上，拖曳力使粒子从器壁上脱开的。带电树脂颗粒产生的电场使粒子向反应器壁方向运动。起初，气泡和固体运动产生的拖曳力比静电力占有主导地位。原料精制系统精制效果下降时进入流化床反应器的杂质含量会不断升高，聚合静电会在反应器中不断累积。当静电超过拖曳力时，在反应器壁上便会形成含有催化剂的正在聚合着的树脂粉层。

二、静电产生的原因

在流化床中有两种类型的接触方式，那就是颗粒与器壁的接触（接触或摩擦起电）及颗粒与颗粒接触（均衡或摩擦起电）。

颗粒与器壁间的接触会在碰撞处形成单极电荷。平衡条件是它们的化学电势要相等。在电子或离子从接触点移出的时候，有较高电量的带正电荷，而另外一个就带负电荷。

颗粒与颗粒接触起电的过程比较复杂，与颗粒表面水、吸附气体以及杂质的存在有关。流动颗粒产生的静电与本身的化学组分、分子结构，尺寸和形状，接触前的带电状况、接触部位的方向和持续时间、两个接触面的特性（组分，水分和粗糙度）、温度，气体（组分，压力，湿度），电磁场，接触类型（接触，冲击，摩擦）、颗粒间的相对速率和它们之间的作用力等因素有关。

另外，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。因此，控制反应器的粒径分布对于反应器中的静电情况也有一定的影响。

三、操作中对静电的预防措施

工艺的异常改变造成系统的静电平衡被打破，并能改变反应器内电荷产生和电荷分散的状态，并引起静电趋势线在瞬间发生突变。维持良好稳定的操作和系统的稳定将大大减少工艺的异常。

在正常生产过程中产生的静电主要是由于原料中的杂质含量超标以及静电的积累造成的。因此在反应过程中要严格控制原料中的杂质含量，防止过量的水，氧，醇等进入反应器。因此要紧密监视各精制床层温度的变化，及时进行精制床层的再生和切换保证良好的脱水脱氧效果。在日常的操作过程中也要注意精心操作，防止操作過程中带入水和氧等杂质进入反应器产生过多的静电。例如在雨天处理反应器仪表故障或拔出催化剂时如果带入水或者氧气进入反应器会造成静电值升高。另外在反应系统改变工艺流程时也要小心操作防止工艺参数的剧烈波动引起静电平衡的破坏。

了解了反应器中静电形成的机理，我们就可以结合这些原因来预防静电的形成。静电指示仪通常是反应器稳定与否的指示器。在流化床反应器上安装静电检测装置，分别检测因射流和气垫的存在而空隙率大、静电压较低的“分布板区”，颗粒浓度和电荷密度较大、静电压较高，且气流曳力最小、颗粒极易粘壁的“滞留区”以及细颗粒扬析量较多、壁面附近静电压较高、颗粒粘壁现象严重的“料位区”的静电情况来检测反应器的静电情况。

四、反应器出现静电时采取的主要措施

目前产生静电后的主要方法是向反应器中注入对应的抗静电剂来消除反应中过量的静电，研究发现导致负静电产生的杂质有水、丙酮、甲基异丁基酮。常见的导致正静电产生的杂质有乙醇、甲醇、氧气。主要原理是通过往反应器中注入水来消除过量的正静电，往反应器中注入醇来消除过量的负静电。由于水和醇本身也是产生反应器静电的物质，因此在加入抗静电剂的过程中一定要控制好加入量，缓慢加入抗静电剂，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，抗静电系数越好。本装置中的抗静电剂注入点位于循环气进入反应器的入口管线上。

五、结束语

反应器的静电情况对我们能否顺利开车成功有着很大的影响，它也是开车平稳后操作人员需要注意的最重要的参数之一，国内的装置生产情况跟国外先进水平相比还有一段距离，我们要加强对静电问题的理论研究，并结合今后生产中的各种实际问题，不断总结经验对我们今后的生产有着至关重要的意义。

（作者单位：大庆石化公司塑料厂）