淺析氣相流化床UNIPOL聚丙烯生產工藝

謝宇梟

【摘要】某化工廠聚丙烯新建裝置中聚丙烯工藝引進美國陶氏化學公司（The Dow Chemical Company）的Unipol氣相法聚丙烯聚合技術：Unipol聚丙烯工藝技術是當今最先進的聚丙烯工藝技術之一，具有簡單、靈活、經濟、安全等顯著特點；該工藝由陶氏（DOW）化學公司提供工藝包。該工廠聚丙烯工藝為首次引進，裝置規模也居國內領先地位。

【關鍵詞】Unipol、氣相流化床、聚丙烯、Dow、工藝

【中圖分類號】TQ325，14 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0244-01

前言

自20世紀60年代開始，氣相法聚丙烯生產工藝得到研發與應用，80年代初期，氣相流化床Unipo]開始應用于聚丙烯生產工藝，首次推出了Unipo]氣相聚丙烯工藝，目前氣相法生產聚丙烯的工藝主要有Chisso工藝、Innovene工藝、Novolen工藝、Unipol工藝以及Sumitomo工藝等。

一、Unipol聚丙烯工藝的現狀

Unipol聚丙烯工藝是世界公認的可靠工藝，可以用業內最低的投資和運行成本生產出領先市場的優質均聚物、無規共聚物和抗沖共聚物產品。采用Unipol聚丙烯工藝的工廠在20多年里保持著良好的運行記錄。分布在6大洲、16個國家的近40條生產線的總年產能超過6百萬噸。很多客戶的Unipol聚丙烯工藝生產線規模不斷擴展，隨著業務的增長而增加新的反應生產線。氣相反應器的靈活性和SHAC催化劑系統的高性能使Unipol聚丙烯工藝能夠生產出滿足各主要最終用途、業界種類最全的產品系列。

二、氣相流化床Unipol聚丙烯工藝分析

化學聚丙烯工藝流程主要包括原料凈化供給、聚合反應、樹脂脫氣、尾氣回收、造粒、風送和包裝等工序。Unipol工藝最早是聯碳公司和殼牌公司在20世紀80年代中期聯合開發的一種氣相流化床PP工藝，是將應用在聚乙烯生產中的流化床工藝移植到PP生產中的工藝。該工藝采用高效催化劑體系，主催化劑為高效載體催化劑，助催化劑為三乙基鋁和給電子體。具有簡單、靈活、經濟和安全等特點，只需要用一臺沸騰床主反應器就可生產均聚物和無規共聚物產品，可在較大范圍內調節操作條件而使產品性能保持均一。

該工藝另外一個顯著特點是可以配合超冷凝態操作，即所謂的超冷凝態氣相流化床工藝（SCM）。由于超冷凝操作能夠最有效地移走反應熱，能使反應器在體積不增加的情況下提高很大的生產能力，如通過將反應器內液相的比例提高到45%，可使現有的生產能力提高200%，這對于節省投資具有十分重要的意義。另外，該工藝路線較短，對材質沒有特殊要求，主反應器及其下游設備都為普通的碳鋼（除擠壓造粒單元外），管材65%以上采用普通碳鋼，再加上其占地面積少，裝置生產潛力很大，產品成本低，性能好，因而具有較強的競爭力。該工藝只用較少的設備就能生產出包括均聚物、無規共聚物和抗沖共聚物在內的全范圍產品，而且只用一臺沸騰床主反應器就可生產均聚物、無規共聚物；可在較大操作范圍內調節操作條件而使產品性能保持均一；由于該工藝的設備數量較少而使維修工作量較小，裝置的可靠性提高。

由于流化床反應動力學本身的限制，加上操作壓力低使系統中物料的儲量減小，使得該工藝比其它工藝操作安全，不存在事故失控時設備超壓的危險。此工藝沒有液體廢料排出，排放到大氣的烴類也很少，因此對環境的影響非常小，與其它工藝相比，更容易達到環保、健康和安全的各種嚴格規范。Unipol工藝采用SHAC系列催化劑，該催化劑無需預處理或預聚合，而且使用同一種催化劑可以生產任何種類的PP產品。Unipo]聚丙烯工藝采用兩臺串聯反應器系統生產的抗沖共聚產品的MFR分子量分布很寬。商業化均聚物產品的MFR為0.5-45g/10min，可以生產MFR高達100g/10min的產品；對于無規共聚產品，工業化生產的產品牌號中乙烯含量在0.5%-5.5%（質量分數），最高乙烯含量為7%（質量分數），中試裝置生產的產品乙烯含量可以達到12%（質量分數）；商業化生產的抗沖擊共聚物乙烯含量最高達21%（橡膠相含量為35%），中試裝置可生產高達含60%（質量分數）橡膠相的產品。Unipol工藝的抗沖共聚物產品也有很好的抗沖擊性和剛性的平衡。

三、陶氏化學公司（The Dow Chemical Company）的Unipol工藝特點和優勢

Unipol聚丙烯裝置由下列工藝單元組成：原料供給和精制、丙烯精制、反應、樹脂脫氣、馳放氣回收、添加劑系統、造粒。

DOW化學公司的Unipol聚丙烯生產工藝采用氣相流化床反應器技術生產聚丙烯產品，裝置工藝技術特點如下：（1）用一臺反應器生產均聚和無規共聚產品，串連第二臺反應器可生產抗沖共聚產品。（2）氣相流化床工藝簡單、經濟，具有高的可靠性、操作彈性、安全性及環境友好性。（3）該工藝只用較少的設備就能生產出包括均聚、無規共聚和抗沖共聚物在內的全范圍產品；工藝操作靈活，調節范圍大；由于反應器具有良好的返混特性，使得產品的性能保持均一；因為裝置設備較簡單且數量少而使維護維修工作量小，可靠性提高。（4）Unipol工藝可生產乙烯或橡膠體含量高的抗沖共聚產品而不需要降低產率或擔心結垢。（5）由于流化床反應動力學本身的限制，加上操作壓力低使系統中物料的貯量減小，使得該工藝比其它工藝操作安全，不存在事故失控時設備超壓的危險。此工藝沒有液體廢料排出，排放到大氣的烴類也很少，因此對環境的影響非常小，與其它工藝相比，該工藝更容易達到環保、健康和安全的各種嚴格規范要求。（6）原料丙烯或乙烯的消耗定額比其他工藝路線相對較低，原料消耗的典型值為均聚1，003t單體，t聚丙烯，無規共聚1，006t單體/t聚丙烯，抗沖共聚1，007 t單體/t聚丙烯。該工藝可生產聚丙烯產品，其中包括均聚產品、無規共聚產品和抗沖共聚牌號產品，應用范圍覆蓋了薄膜、纖維、管板材、注塑料、擠出和熱成型的各個應用領域，完全滿足國內市場對丙烯通用料和各種專用料的需求。

Unipol工藝的優勢：（1）世界范圍內應用最為廣泛的氣相法工藝，運行經驗豐富。（2）采用最為簡單的立式氣相流化床反應器，材質為普通碳鋼，且無運動部件如攪拌器或刮料器等；反應器易于放大，單線能力最大已可達65萬t/a（需配備2臺擠壓造粒機）。（3）配合超冷凝態操作可使反應器在體積不增加的情況下大幅提高生產能力，有效節省投資。（4）采用SHAC系列高效催化劑，催化劑無需預處理或預聚合，且使用同一種催化劑即可生產所有牌號的產品。（5）產品牌號眾多，性能良好，其先進產品如低溫高抗沖反應器級TPO、高速電鍍BOPP、高速紡粘無紡布等均處于市場領先地位。（6）采用垂直式的脫氣和擠壓造粒系統，布局更加緊湊。（7）無需中間儲存和輸送，通過脫氣倉可提供產品緩沖功能。（8）選用陶氏化學公司專門針對Univol聚丙烯工藝裝置開發的UNIPAC工藝控制系統，能提供更好的生產控制性能。

結束語

近年來隨著聚丙烯生產技術的不斷發展和應用領域的不斷開拓，我國聚丙烯生產和消費規模均以較快速度發展。加快技術開發，增強自主創新和持續發展能力。一方面要繼續加快聚丙烯生產工藝特別是氣相法聚丙烯工藝的研究開發；另一方面要加快新型催化劑的研究開發。此外，聚丙烯產品開發應充分結合下游用戶需求，開展有針對性的特性產品開發工作，提高產品附加值。