浙江大学化学工程与烯烃聚合

课题组

杭州

2013年1月12日

研究领域

本课题组成立于1989年，研究领域有－烯烃聚合反应工程－多相流反应器工程－催化工程－过程集成领域

优势科研领域－反应器设计－催化剂开发－面向节能减排的过程集成－过程建模与软测量技术－过程在线测量技术

主要成果

聚乙烯流化床冷凝技术工业化（国家科技进步二等奖）

丙烯氨氧化催化剂氧化还原循环的UL流化床反应器技术（获国家发明三等奖）

大型气相法聚乙烯成套技术（中国石化科技进步一等奖）

搅拌反应器的浆液外循环取热技术（中国石化科技进步二等奖）

气相法聚乙烯流化床反应过程监控软件包（2005年中国石化整体推广项目）

消除氯乙烯反应过程热点的流化床-固定床（复合床）反应技术

聚乙烯超临界环管反应器与流化床反应器的组合技术

面向高粘、多相流体系的搅拌反应器技术

己二腈降膜反应器技术

反应器结块、结焦的在线定位与监控技术

卧式搅拌釜的设计放大技术

300MPa压力的管式聚合反应器的模拟

聚丙烯液固环管反应器模拟与设计技术

多级移动床MTP反应技术

参与研发的天津百万吨乙烯30万吨聚乙烯装置09年底一次开车成功

3

反应器开发设计举例流化床反应器

原料气体

排料罐

流化床

反应器

热交换器

压缩机

催化剂容器

流化床乙烯聚合反应器及工艺流程

气相法聚乙烯新型冷凝工艺的开发

特点

增设气液喷射器，改造循环管线为气液分离器；

循环气流经过气液分离器后分为两股，富含液相的流股从分布板上方引入流化床，其动力来自以反应原料气为动力流体的气液喷射器。

优点

提高返回流化床的冷凝液量（5-100%）并精确调控；

以反应原料气为气液喷射器的动力流体，综合利用系统能量，一种节能工艺；

直接抽取底部封头的冷凝液，防止积液。

防颗粒沉积的气体分布器

改变现有分布板的压降分布，将压降由进气孔转移到喷射孔上。

可防止物料堵塞，提高流化床稳定性，消除死区、死孔，提高抗沉积能力。

风帽水平喷射口减小，喷射气速增大，保证大颗粒不在板上沉积

防落料和防结块、防堵能力明显的提高

釜式反应器

搅拌釜 鼓泡塔

年产30万吨浆液法聚乙烯工艺的研发

（130m3的搅拌釜）

固定床

涓流床 整体床

组合工艺

丁烷氧化制顺酐固定床技术

0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.40.6

0.7

0.8

0.9

1.0

420℃ 425℃ 430℃ 435℃

x A

W/FA0

热模

固定床动力学

CFD

流体力学

溶剂吸收流程

反应器放大

1r4 10 2 4 2 3 2C H +3.5O C H O +4H O

2r4 10 2 x 2C H +(2.5+2x)O 4CO +5H O

3r4 2 3 2 x 2C H O +(2x-1)O 4CO +H O

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.10.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

O2, V

%

reac

tant

&re

actio

n pr

oduc

t, V

%

t, s

C4 CO CO2 MA

6

8

10

12

14

16

18

20

O2

反应动力学

卧式固定床甲醇合成塔

冷模装置 内蒙苏天华20万吨/年卧式甲醇合成塔

多区循环反应器聚丙烯工艺

RISERupwardneumaticransport

Catalystinlet

DOWNCOMERpacked bed

moving downward

Gas fan

GAS/SOLID SEPARATOR

Productdischarge

Heatexchanger

INTERNAL

R

I

S

E

R

DOWNCOMER

Spherizone工艺

的

Covezzi M, Mei G. The multizone circulating reactor technology. Chemical Engineering Science, 2001, 56(13): 4059-4067.

多区循环反应器聚乙烯工艺

流化床示意图 EMMS-CFD颗粒瞬时浓度分布

一种烯烃聚合的多区循环反应装置和反应方法，CN 200910222301.8

移动床

移动床反应器

（石脑油催化重整反应）

径向错流移动床 二维错流移动床

BP-Amoco卧式气相法聚丙烯工艺（扬子石化，30万吨）

A、B催化剂复合，设计颗粒微反应器

Ziegler-Natta cat.Cr2O3 catMetallocene cat. et al

催化剂A生产高分子量高支化度PE

共沉淀、溶涨、表面吸附

C6H12

C2H4

H2

催化剂B生产低分子量低支化度PE

新型复合烯烃聚合催化剂

生产活性=6500 kg/kg产品熔流比MFR=110

—申请中国发明专利8项

—启动PCT程序2件，申请国家11个

根据ZSM-5分子筛催化剂结焦失活速度缓慢的特点，推荐选用移动床工艺

MMTP工艺

产品分布稳定，ZSM-5催化剂真正实现C4+产物回炼；

设备制造国产化;

ZSM-5催化剂制备技术成熟;

能耗低、投资效益好。

甲醇制丙烯移动床技术（MMTP）

ZSM-5分子筛的合成

晶粒大小

孔口的修饰

孔道的修饰

介孔的引入

MMTP催化剂研究

位阻效应

ZSM-5分子筛的合成

ZSM-5分子筛的改性

MTP催化剂的开发

多相流检测与信息处理

流程工业

过程信息的多尺度结构解析理论

声发射

静电

激光拉曼

核磁共振

过程监控

频域分析：信号的特征变量和关键过程参数的对应关系

时域分析：多相流动特征

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

2008-5-14

14:24

2008-5-14

19:12

2008-5-15

0:00

2008-5-15

4:48

2008-5-15

9:36

2008-5-15

14:24

2008-5-15

19:12

time

stat

ic v

olta

ge（

V） UCC static detector UNILAB stat ic detector

8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 00 . 0 0 0

0 . 0 0 2

0 . 0 0 4

0 . 0 0 6

0 . 0 0 8

0 . 0 1 0

0 . 0 1 2

Ram

an In

tens

ity

R a m a n s h i f t / c m - 1

P E 1 P E 2 P E 3 P E 4 P E 5 P E 6 P E 7 P E 8 P E 9 P E 1 0 P E 1 1

气相法聚乙烯全流程生产监控软件包

聚合物产品质量的软测量

中国石化化工事业部推广

－气相法聚乙烯装置生产过程监控软件包和声波监控系统整体推广工作会议；

－中国石化下属的天津石化、齐鲁石化、中原石化、扬子石化、广州石化和茂名石化的气相法聚乙烯工艺；

－经济效益估计达到伍千万。

——吸附分离与膜分离集成应用，提高炼厂氢气使用效率，

实现节能减排（来自镇海炼化的案例）

通过系统集成，强化分离效率

新合成的千万吨级炼油厂氢网络图

分离过程建模＋MINLP超结构优化科学问题

MEM

PSA

CCR

SCR

FER

H1

HT5

HT4

HT3

HT2

HT1

HC

1.35

18.

19.6

3.29

1.9 8.65

7.25

1.99

24

3.85

1.07

19.7

20.7

1.06

1.67

0.43

4.9

4.89

3.719.97

0.55

尾气6.63

（用于PSA解吸过程）

膜分离尾气

PSA膜分离

膜分离氢气

原料气体

PSA氢气

高纯氢PSA尾

气

（用于PSA解吸过程）

膜分离PSA原料气

膜分离尾气

PSA氢气

原有网络

PSA优化

PSA＋膜集成优化

能耗 16％

28％

炼油厂氢气系统能耗

张毅，阳永荣等，炼油厂氢气网络集成管理，石油学报(石油加工)，2004 Vol.20 No.1；中国石化新闻网， 2003.9

——吸附分离与膜分离集成应用，提高炼厂氢气使用效率

新合成的千万吨级炼油厂氢网络图

分离过程建模＋MINLP超结构优化科学问题

（用于PSA解吸过程）

膜分离尾气

PSA膜分离

膜分离氢气

原料气体

PSA氢气

高纯氢PSA尾

气

（用于PSA解吸过程）

膜分离PSA原料气

膜分离尾气

PSA氢气

炼油厂氢气系统能耗

芳烃联合装置能耗评价

• 多目标优化与动态能耗分析联合评价芳烃能耗

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.50.58

0.60

0.62

0.64

0.66

0.68

0.70

0.72 Exergy Efficiency CO2 Emission

S/C Ratio

Exe

rgy

effic

ienc

y

Tr =1043.15K, Pr =3Mpa

30.40

0.44

0.48

0.52

0.56

0.60

CO

2 E

mis

sion

of U

nit H

2(m

ole

CO

2/m

ole

H2)

J1

J2

P2

P1

δ2

δ1

5

动态能耗划分

层次

基准统计方法

科研项目 30万吨/年气相法聚乙烯工艺包－聚乙烯生产过程监控软件包开发－气相法HDPE反应器扩容技术的小试研究－三元共聚高档聚乙烯电缆护套专用料开发－聚乙烯流化床静电产生机理及抗静电新工艺－气相法聚乙烯专有设备和技术开发与应用－气相法聚乙烯反应器分布板改进的研究－气相法聚乙烯流化床反应器静电检测仪样机研制－2009年9月份天津开车。

北欧双峰聚乙烯工艺－双峰聚乙烯技术研究及工程优化研究－双峰聚乙烯气相聚合釜流化状态的研究－2006年通过鉴定。

浆液法聚乙烯工艺－年产25万吨淤浆法HDPE工艺包开发

－年产30万吨淤浆法HDPE工艺包开发

BP－AMOCO聚丙烯工艺－扬子2PP气相釜结块定位与操作优化的研究

－声波测控AMOCO气相法聚丙烯结块的研究

烯烃聚合催化剂－铬钛系双峰聚乙烯催化剂小试研究

－气相法HDPE反应器扩容技术的小试研究

系统集成—全厂氢气资源综合利用的优化研究

国家自然科学基金

制备低碳烯烃催化化学及反应工程关键科学问题的基础研究 （联合基金，2007）

颗粒湍动强度与双温度区流化床的应用基础研究（面上，2010）

过程强化与流化床气相聚合反应器细观环境的调控（面上，2011）

乙烯原位聚合复合催化剂的设计与双峰聚乙烯分子结构的调控（面上，2011）

具有核心节点的氢网络集成及其可操作性调控（面上，2011）

静电流化床的流场结构及过程强化的研究（重点，2012）

国家科技部

大型24万吨/年MDI超重力过程强化与系统集成技术开发（支撑项目，2006）

基于信号结构分析原理的软测量系统和装置（探索性项目，2007）

新型高效烯烃聚合反应器技术（重点项目，2007） 30万吨/年气相法聚乙烯成套技术开发及工业应用（支撑项目，2007）

面向甲醇制丙烯的纳米分子筛/泡沫碳化硅结构化催化剂的设计、制备及应用关键技术（十二五，2011）

专 利 授权发明专利47项 PCT国际专利申请3项（进入美国、俄国等11个国家）

发明专利申请

－2004年1项，2005年3项，2006年5项，2007年8项，2008年14项，2009年16项，2010年10项，2011年18项，2012年17项

－其中，12个专利获得工业化应用。

核心技术

气相法聚乙烯全流程生产监控软件包 声波监控系统

静电检测仪 烯烃复合催化剂

茂金属催化剂H

2

C2H4

C4H8

Z-N催化剂

C2H4H2

扩散和阻隔

移动床MTP工艺

1 2

3

4

56

78

9

10

11

12

13

14

15

16

17 18

文章

AIChE J, CES，IECR（2009年-2012年，平均每年8篇）

被SCI/EI收录的期刊每年20篇左右（2009年31篇；2010年22篇；2011年29篇；2012年19篇）

英文文章

化工学报、催化学报、材料研究学报、自然科学进展、中国科学，

高校、石油学报，浙大学报及同类

其他 合计

2003 3 1 4 9 172004 2 3 1 3 92005 2 4 1 6 132006 4 7 4 6 212007 11 7 7 6 312008 5 8 4 5 222009 8 10 3 5 262010 10 8 4 1 232011 12 7 10 1 302012 9 4 6 1 20

获奖

气相法聚乙烯冷凝技术工业开发，国家科技进步二等奖，2001年

大型气相法聚乙烯成套技术，中国石油化工集团公司科技进步奖一等奖，2011年

HDPE浆液外循环技术开发与工业应用，中国石油化工集团公司科技进步奖二等奖，2007年

浆液外循环技术开发与应用，江苏省科技进步三等奖，2007年

双峰聚乙烯气相聚合釜流化状态的研究，中国石油化工集团公司科技进步奖三等奖，2007年

产学研与工科研究生素质培养模式，浙江省教学成果一等奖 ，2000年

人员状况

目前有教授2人，副教授2人，助理研究员1人，科研秘书1人，博士后2人（外籍1人），访问学者1人，博士研究生13人（海外1人），硕士研究生20人。

学生来源主要来自浙江大学，清华大学、天津大学，南京大学、西安

交通大学，武汉大学、上海交通大学、 华东理工大学、山东大学等。

－博士研究生90％以上为重点高校保送；

－硕士研究生30％以上为重点高校保送，其余来自本校和重点高校的报考；

—招生宗旨：自律、责任、博学、思维和团队，多元文化。

学生培养 浙江大学唯一的全国三好学生标兵（王靖岱）和唯一的全国

优秀学生干部标兵（刘军），都为全国青联委员； 以组内研究生侯琳熙、吕杰等为主的百路清团队获得2001年

全国“天堂硅谷”学生创业计划竞赛特等奖和最佳表现奖； 刘军：全国学联执行主席，浙江大学学生会主席； 陈杰勋：全国第五届挑战杯•PHILPS大学生创业计划竞赛银

奖，浙江省挑战者杯•利时创业大赛特等奖，浙江大学蒲公英创业大赛一等奖，浙江大学“三井化学杯”化工设计大赛第三名；

魏舸裔：浙江大学“中控杯”过程工程控制及实验技能竞赛特等奖 ，2007年 浙江省第一届大学生化工设计竞赛一等奖；

童国红：浙江大学过程工程原理实验技能竞赛特等奖，浙江省ZEDC杯化工设计竞赛一等奖；

张擎：浙江大学中控杯第四届过程工程实验技能竞赛一等奖，全国第四届大学生化工设计竞赛华东赛区一等奖，全国优秀作品奖；

党支部：浙江大学十佳党支部，浙江大学党支部创新奖； 学生每年能够获得一流奖学金。

毕业学生

出站博士后6人－University Wyoming，上海交大，华东理工 ，大连理工，

华北工学院

毕业博士19人浙江大学、华东理工、宁波大学，DOWS等－刘军，吉林省政协委员，颐高数码连锁集团总裁

－廖国勤：中国石油润滑油公司总经理

－杨宝柱：齐鲁石化科技部部长

毕业硕士人45人美国大学、国企，外企，大学 ，设计院。

李瑾：University of Wisconsin, Milwaukee 曾长春：The Florida State University, 叶志斌：Laurentian University 赵贵兵：University Wyoming 王胜年：Louisiana Tech University 李绍军：华东理工大学

武锦涛：大连理工大学

贺益君：上海交通大学

曹彬：中科院大连化学物理研究所

霍超：浙江工业大学

侯琳熙：宁波大学

历伟：宁波大学

王保民：华北大学

刘永兵：湖南理工大学

高校教师

国际交流

德国亚琛工业大学、伊尔姆瑙理工大学

美国MIT，UW，UMLowell，Akron大学等

加拿大西安大略大学、Laurentian大学等

国内合作

著名企业

－中国石化及其下属企业

－中国石油及其下属企业

－上海华谊集团

企业导师

学生活动

http://www.cregroup.zju.edu.cn

浙江大学化学工程与烯烃聚合课题组

研究方向－工艺设计与过程开发 －化学反应器工程

－反应过程及反应器的模拟和优化 －催化剂工程

－过程建模与软测量技术 －过程在线测量技术

－面向节能减排的过程集成

谢谢大家！