高熔指無規聚丙烯RP340R生產工藝分析

羅鵬，顏魯惠

（中國石油蘭州石化公司乙烯廠，甘肅蘭州730060）

高熔指無規聚丙烯RP340R生產工藝分析

羅鵬，顏魯惠

（中國石油蘭州石化公司乙烯廠，甘肅蘭州730060）

RP340R是一種高熔指無規透明聚丙烯產品，市場應用前景廣闊。通過對30萬t/a聚丙烯裝置三次生產過程的工藝指標和產品質量進行對比分析，針對影響產品抗沖強度高而彎曲模量低、霧度過高的問題，提出對乙烯含量、丙烯進料量、添加劑加入量的優化調整措施，使得該產品更好的應用于中大型透明注塑制品。

無規聚丙烯；高熔指；工藝指標；優化調整

蘭州石化公司乙烯廠聚丙烯裝置采用意大利Basell公司的Spheripol-Ⅱ代聚丙烯工藝技術，設計生產能力為30萬t/a聚丙烯本色顆粒，可生產均聚物（56個牌號）、無規共聚物（21個牌號）、抗沖共聚物（26個牌號）103個牌號產品。裝置由催化劑制備、儲存、計量，預聚合和本體聚合，聚合物脫氣和丙烯回收，氣相共聚，聚合物汽蒸、干燥，工藝輔助設施，原料精制，擠壓、造粒共九個單元組成，采用DCS、ESD、PLC先進控制系統，生產安全可靠。

乙烯廠聚丙烯裝置以聚合級丙烯作為原料，以氫氣作為分子量調節劑，在主催化劑及助催化劑的共同作用下進行聚合反應。流程簡述如下：配制好的催化劑、助催化劑經計量預接觸之后進入小環管反應器與丙烯進行預聚合反應，預聚后的聚丙烯淤漿與加入氫氣、乙烯的丙烯一起進入第一、第二環管反應器繼續反應。聚合物淤漿經高低壓分離回收未反應的丙烯，聚合物經汽蒸器殺死殘存帶有活性的催化劑、同時脫去少量氣相丙烯。經汽蒸的聚合物靠重力進入流化床干燥器，干燥后的聚丙烯樹脂粉末由氮氣閉路輸送系統送至粉料中間料倉。聚丙烯粉料與一定量的添加劑混合，經擠壓造粒、脫水、篩分后風送至摻合料倉，分析合格后產品送往包裝單元。工藝流程框圖（見圖1）。

圖1　PP裝置工藝流程示意

1　工藝技術條件確定

1.1無規聚丙烯RP340R簡介

RP340R牌號產品是在乙丙無規共聚生產的聚合物基礎上通過助劑改性獲得的透明聚丙烯專用料，產品具有熔融指數高、透明性和光澤度良好的優點，可用于中大型透明注塑制品，食品硬包裝等，市場應用前景廣闊。

聚丙烯無規共聚物通常是在一個反應器中通入丙烯和少量的其他單體（乙烯、1-丁烯、1-己烯等）進行無規共聚得到的。無規共聚聚丙烯的結構在許多方面與均聚的等規聚丙烯類似，只是由于共聚單體無規分布在等規聚丙烯的分子鏈上，導致分子鏈的等規性降低，無規程度增加。也就是說，添加少量共聚單體使得樹脂的平均等規度和等規序列長度下降，因此分子鏈的柔順性增加，玻璃化轉變溫度、結晶度及熔點下降。與均聚的等規聚丙烯相比，無規共聚物的拉伸強度、彎曲模量、硬度和熱變形溫度等均有所降低，但沖擊強度和透明性得到提高［1］。

丙烯-乙烯無規共聚物使丙烯和乙烯的混合物進行聚合，所得聚合物的主鏈上無規則地分布著丙烯和乙烯鏈段，乙烯含量一般為1%～4%（質量分數），乙烯抑制丙烯結晶，使無規共聚物結晶度下降，熔點、玻璃化溫度、脆化點降低，結晶速度變慢，材料變軟，透明度提高，韌性、耐寒性、沖擊強度均較均聚物提高。反應原理（見圖2）。

圖2　乙烯-丙烯無規共聚反應原理

對于含少量乙烯的無規共聚物，由于乙烯單體存在擾亂了丙烯鏈的規整性，從而降低結晶性和熔點，改進PP的缺點而具有較好的沖擊強度和透明性［2］。

1.2生產工藝及控制指標

無規聚丙烯RP340R產品的生產都是由其它牌號的產品向其過渡轉換，在牌號切換過程中第一環管反應器需要提高氫氣和乙烯加入量，同時第二環管反應器需要降低氫氣加入量并同時提高乙烯加入量，產品熔體流動速率由各自牌號的較低熔指提高至目標值20 g/10min～24 g/10min。依據生產需要對相應工藝控制點進行調整，反應器壓力PIC-2301由原來的4.0 MPa降低至3.5 MPa～3.8 MPa，生產負荷維持在29 t/h～32 t/h，丙烯進料壓力PIC-3303由原來的5.2 MPa降低至4.8 MPa，第一環管反應器乙烯加入量FIC-2303在650 kg/h～700 kg/h，第二環管反應器乙烯加入量FIC-2304在350 kg/h～365 kg/h，乙烯加入總量約1.05 t/h，乙烯含量設定在3.4%～4.0%。詳細指標（見表1）。

1.3產品質量指標

RP340R產品的質量指標（見表2）。

表1　RP340R牌號關鍵工藝指標

表2　RP340R牌號產品質量指標

2　RP340R產品生產工藝分析

乙烯廠聚丙烯裝置分別于2012年11月3日至4日、2013年2月19日至20日、2014年2月21日至26日進行了三次生產工作。累計生產合格品5 539.125 t，產品質量全部合格，生產平穩受控。根據三次生產情況，通過對產品質量進行分析后，將以下重要的控制指標進行了調整。

2.1乙烯含量

第一次生產按牌號需要設定乙烯含量，根據客戶返回的信息，需要得到較高抗沖擊能力的產品，因此需要提高兩個環管中乙烯的加入量，所以第二次生產時將乙烯含量的設定值進行適當提高。

提高乙烯的加入量的方法有以下幾個方面：（1）降低反應器壓力；（2）降低P301出口丙烯進料壓力；（3）提高乙烯壓縮機PK704出口壓力。通過以上調整，在相同負荷下，能間接地向環管中多注入約100 kg/h的乙烯，有助于提高產品質量，但由于乙烯壓縮機的能力有限，因此會出現一些問題。

表3　RP340R產品質量指標

通過表3數據可知，由于彎曲模量越高，抗沖強度就會越低。因此，乙烯加入量大，抗沖強度會有提高，但是彎曲模量會有所下降。由于RP340R牌號的生產設計操作條件為3.5 MPa，但現裝置的實際操作壓力為4.0 MPa，原因是工藝包將反應器壓力3.5 MPa定義為低壓操作條件，由于生產該牌號需要加入大量的氫氣，過低的操作壓力會造成氫氣產生氣相，影響軸流泵以及環管反應器等設備的長周期運行；同時，過低的壓力可能會降低丙烯中乙烯的加入量，最終造成產品抗沖強度偏低。

由于裝置的實際壓力較高，在乙烯壓縮機能力到達極限的情況下，會出現乙烯加入量不足的問題，因此，要提高乙烯含量就必須適當降低環管壓力。但乙烯加入量不應過大，乙烯加入量偏大，會生成過多的無規共聚物，導致產品發黏，出現掛壁和堵管的現象，不利于裝置的長周期生產；同時，乙烯加入量偏大會使產品抗沖強度過高而導致產品彎曲模量偏低。因此，需要尋找乙烯加入量的平衡點。

綜上，通過分析前三次生產的產品質量可知，產品已具有較好的韌性，但剛性偏低。由于本裝置不可能更換能力更大的乙烯壓縮機，且壓力過低會對生產及設備造成一定的影響，因此需要將反應器的壓力控制在3.6 MPa～3.9 MPa左右。同時，為保證產品同時具有較好的剛度和韌性，可適當降低一、二環的乙烯含量，設定為3.5%～3.8%為宜。

2.2丙烯進料量

本裝置一共生產了三次RP340R牌號產品，三次的負荷均不相同。由于需要向反應器中加入更多的氫氣和乙烯，因此后兩次生產對氫氣和乙烯的含量進行了調整，僅僅只是丙烯進料量不同，第二次為29 t/h，第三次為30 t/h。

因為本裝置乙烯壓縮機能力的限制，要想加入更多的乙烯，保證產品抗沖擊強度，就必須降低丙烯的進料量，即降低生產負荷。生產負荷的改變對裝置和產品質量會有一定的影響。

表4　RP340R產品質量指標

通過表4數據可知，2014年生產的產品的主要質量指標相比于2013年生產的產品均偏低。在氫氣和乙烯的含量控制一定的情況下（2013年和2014年生產均為2 800 g/m3和3.8%），僅僅只是負荷提高了1 t/h～2 t/h而造成了產品的沖擊強度指標下降。主要原因是由于乙烯壓縮機能力有限，在控制反應器壓力一定的條件下，過高的生產負荷會造成丙烯中含有的乙烯的量不足，在乙烯含量控制一定的情況下，過多的丙烯無疑會減少乙烯的加入量，最終由于乙烯加入量不足，導致產品抗沖強度下降，使產品韌性下降。

第二次生產降低負荷主要是因為需要提高乙烯含量，但由于生產負荷還是相對過高，所以導致和第一次生產的產品在產品質量上未見顯著提高，因此需要在以后的生產中再降低負荷，提高乙烯的加入量。

綜上，可以分析得出，為保證產品的質量達到客戶的要求，得到質量更高的產品，本裝置在生產RP340R牌號產品時應在較低的生產負荷下生產（28 t/h左右為宜）。

2.3復配添加劑加入量

為了保證RP340R產品具有更好的透明度和光澤度，需要向粉料中加入一定量的復配透明成核添加劑。根據擠壓機負荷及產品特性的需要，及時調整復配添加劑的加入量。

表5　RP340R產品質量指標

通過表5數據可知，添加劑的加入量會影響到粒料產品的灰分。從前兩次生產的產品來看，第一次由于添加劑加入量偏大導致粒料灰分高于第二次。由于第一次生產未按照原廠家設計的添加劑加入量進行添加，而為了提高產品的透明度提高添加劑的加入量，這種做法顯然是錯誤的，因為添加劑的加入會提高產品的透光率，但當加入量到一定值時，產品透光率將不再改變，但產品的灰分和霧度將會提高。因此，第二次和第三次按照廠家的加入標準進行調整添加劑的加入量，產品粒料灰分得到了明顯的改善，粒料灰分控制在了0.02%，在今后的生產中仍需要進行這樣的操作保證產品質量。

復配添加劑中透明成核劑的主要目的是提高產品的透光率，但同時也會造成產品霧度增加。從第一次生產的產品和第二次生產的產品數據中可以看出，添加劑的加入量增加，透光率提升但是霧度也同時提升，也就是說，添加劑的加入量增大，透光率和霧度都會增大。因此，需要產品具有較好的透光度，又需要產品霧度盡可能的低，尋找一個合適的平衡點是關鍵。根據這幾次生產的經驗，對復配添加劑的加入量進行了調整后，霧度由50%左右降至27%左右，透光率僅由84%降至74%左右，雖然透光率有所降低但霧度大幅降低，產品質量得到了較好的改善。

綜上，可以分析得出，為了使RP340R產品具有較好的透明度和光澤度，同時在不影響產品的質量（主要是粒料灰分）的情形下，需要向產品中加入復配添加劑，同時嚴格控制添加劑的加入量以免過多或過少影響產品質量。

3　結論

通過對蘭州石化公司乙烯廠聚丙烯車間從2012年至2014年三次生產的RP340R產品質量指標的分析，可以做出如下工藝調整，這些結論有助于在今后的生產中穩定產品質量。

（1）因乙烯壓縮機PK704能力有限，為保證乙烯能夠順利、足量注入環管反應器，應將反應器壓力控制在3.5 MPa～4.0 MPa左右。同時，控制生產負荷在28 t/h左右，在此基礎上適當降低一、二環的乙烯含量，設定為3.6%～3.8%，產品可同時具有較好的剛性和韌性。

（2）為保證產品灰分受控，得到透明度較好、霧度較低的產品，同時具有更好的透光性，復配添加劑加入量不宜過大，應嚴格控制加入量。

［1］洪定一.聚丙烯-原理、工藝與技術［M］.北京:中國石化出版社，2005：197.

［2］李光正，黃福堂，萬麗翎，等.聚丙烯生產技術與運用［M］.北京:石油工業出版社，2006：20-21.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.04.030

TQ325.14

B

1673-5285（2015）04-0106-04

2014－12-26