探討氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)及其產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)展

苗 偉

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719300）

探討氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)及其產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)展

苗 偉

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719300）

氣相法聚丙烯屬于化工工業(yè)生產(chǎn)中較為常見生產(chǎn)方式，加之該生產(chǎn)方法具有工藝流程簡單、設(shè)備投資成本較低、單線產(chǎn)能高以及生產(chǎn)安全性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，因此，在實(shí)際生產(chǎn)工作中，氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝的使用也越來越受歡迎。簡要介紹了氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)，并提出了未來發(fā)展的可行性建議，旨在后后續(xù)的工業(yè)運(yùn)用研究提供參考思路。

氣相法；聚丙烯；生產(chǎn)工藝；技術(shù)；產(chǎn)品應(yīng)用

Abstract：Gas-phase polypropylene is a common production method in the production of chemical industry.In addition，the production method itself has the characteristics of simple process，low investment cost，high single-line production and strong production safety.Therefore，in the actual production At work，the use of gas phase polypropylene production process is also increasingly popular.In this paper，the author briefly introduced the gas phase polypropylene production technology，and put forward the feasibility of future development proposals，aimed at the subsequent use of industrial research outline reference ideas.

Key words：gas phase method；polypropylene；production process；technology；product application

從本質(zhì)上說，聚丙烯屬于生活中常見的應(yīng)用材料，作為常見的熱塑性合成樹脂，聚丙烯具有非常優(yōu)良的應(yīng)用性能，且所具體涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，如建材、汽車制造、電子電器、包裝以及醫(yī)療等。隨著我國工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升以及科技創(chuàng)新實(shí)力的進(jìn)一步發(fā)展，聚丙烯生產(chǎn)工藝的應(yīng)用研究也不斷深入，就目前而言，工業(yè)生產(chǎn)聚丙烯時(shí)常采用本體–氣相法、氣相法、淤槳法、本體法以及溶液法等五種，其中，最為常見，也是發(fā)展至今最為先進(jìn)的生產(chǎn)方法當(dāng)屬氣相法與本體–氣相法。本文詳細(xì)介紹了氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝中的Innovene工藝、Unipol工藝、Novolen工藝以及Spherizone工藝。

1 Innovene工藝

2001年以前的BP-Amoco工藝即為現(xiàn)在的Innovene工藝，目前世界上有20多套的生產(chǎn)裝置采用Innovene工藝技術(shù)生產(chǎn)聚丙烯，具有較大的總生產(chǎn)能力。Innovene工藝的特點(diǎn)主要是采用較為獨(dú)特的臥式攪拌床反應(yīng)器，在反應(yīng)器工作時(shí)，其所達(dá)到的生產(chǎn)效果可比擬3個(gè)理想的攪拌釜式反應(yīng)器串聯(lián)效果，此時(shí)，該反應(yīng)器的停留時(shí)間的分布非常貼合實(shí)際生產(chǎn)需求，器械之間過渡料可降到最少，且牌號(hào)切換速度較快。從另一方面上說，Innovene工藝屬于氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝中操作壓力與能耗最低的生產(chǎn)技術(shù)，但采用該方法所得到的聚丙烯產(chǎn)品卻存在乙烯含量不高的缺點(diǎn)，難以獲得超高抗沖牌號(hào)的產(chǎn)品。為了解決這一問題，相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行工藝優(yōu)化時(shí)刻考慮采用CD催化劑，這是由于CD催化劑可有效提高Innovene工藝生產(chǎn)過程的形態(tài)控制性與選擇性，即使是對(duì)于無規(guī)聚丙烯的生成，CD催化劑也能夠體現(xiàn)出良好的控制價(jià)值，此時(shí)，所制得的聚丙烯也將具備更高的等規(guī)指數(shù)。值得注意的是，在應(yīng)用CD催化劑時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)注意保持其活性在25～55kg/g。Innovene工藝當(dāng)中的均聚產(chǎn)品的熔體具有范圍較為寬廣的流動(dòng)速率（MFR），一般情況下，該速率指數(shù)通常可控制在0.5～100g/10min的浮動(dòng)，在這一先決條件下，氣相法制得的產(chǎn)品也會(huì)具有更大的優(yōu)勢。具體來說，抗沖共聚產(chǎn)品的乙烯含量為5%～17%，MFR為1～35g/10min，如上文所述CD催化劑的使用，可有效改善工藝生產(chǎn)流程中催化劑的分布停留時(shí)間，此時(shí)，工藝反應(yīng)體系中的抗沖共聚物也能夠在橡膠相中獲得更加均勻的分布狀態(tài)。

2 Novolen工藝

Novolen工藝是由BASF公司成功開發(fā)，相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前世界上約有25套生產(chǎn)設(shè)備裝置采用Novolen工藝，其總生產(chǎn)能力約為4.70Mt/a。在Novolen氣相工藝中，需要配備兩臺(tái)帶雙螺帶的立式反應(yīng)器進(jìn)行攪拌，并依靠液態(tài)丙烯汽化性質(zhì)排出反應(yīng)體系中所生成的聚合反應(yīng)熱，而能夠采用共聚合反應(yīng)器生產(chǎn)均聚物也是這一項(xiàng)工藝的獨(dú)特之處。與其他聚丙烯生產(chǎn)工藝方法相比，采用Novolen工藝技術(shù)能夠?qū)⒕畚锏漠a(chǎn)量提高30%，與Unipol工藝類似的是，若在生產(chǎn)過程中需要生產(chǎn)無規(guī)共聚物，那么也同樣可以采用串聯(lián)反應(yīng)器的方式進(jìn)行生產(chǎn)工作。另外，在生產(chǎn)條件方面，Novolen工藝可以直接采用不需要進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)的PTK-4催化劑，在整體生產(chǎn)過程中，PTK-4催化劑都能夠保有30kg/g以上活性，并且，這一型號(hào)的催化劑可適用于所有牌號(hào)的聚丙烯產(chǎn)品，例如，生產(chǎn)均聚物為80℃、2.8～3.8MPa的反應(yīng)條件，生產(chǎn)抗沖共聚物為60～70℃、1.0～2.5MPa的反應(yīng)條件。

3 Unipol工藝

Unipol工藝是UCC公司與殼牌公司共同聯(lián)合開發(fā)的一項(xiàng)氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝，其工作原理可概括為：將原本應(yīng)用在聚乙烯生產(chǎn)當(dāng)中的流化床工藝轉(zhuǎn)移到PP的生產(chǎn)當(dāng)中的工藝。從整體上說，采用Unipol工藝進(jìn)行聚丙烯氣相生產(chǎn)時(shí)，所采用的工藝反應(yīng)器為圓柱形立式壓力容器，該反應(yīng)器的上部進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)徑工作，并依靠冷丙烯氣體的顯熱性質(zhì)抵消掉工藝反應(yīng)過程中所生成的聚合反應(yīng)熱。與其他氣相聚丙烯生產(chǎn)工藝相比，單線生產(chǎn)能力高是Unipol工藝作為顯著的特點(diǎn)，也是其最大的優(yōu)勢，在催化劑的使用方面，Unipol工藝多以由噴霧干燥的方法進(jìn)行制備的SHAC高效催化劑為主要添加物，其中，型號(hào)為SHAC330的新型聚丙烯催化劑不需要進(jìn)行預(yù)聚合既可以直接加入到反應(yīng)流程中，且該催化劑活性可以保持在25～50kg/g。在Unipol工藝中，第一反應(yīng)器主要生產(chǎn)無規(guī)共聚物以及均聚物（無規(guī)共聚物為8%～14%的丁烯含量、131～142℃的熔點(diǎn)以及3.4～12g/10min的MFR；均聚物為0.5～100g/10min的MFR），若想生產(chǎn)抗沖共聚[抗沖共聚物為乙烯含量可達(dá)21%（橡膠含量35%）的抗沖聚丙烯產(chǎn)品]，那么則可以直接串聯(lián)第二反應(yīng)器。隨著工藝技術(shù)的不斷優(yōu)化發(fā)展，上述產(chǎn)品的生產(chǎn)范圍也在不斷擴(kuò)大，換言之，利用Unipol工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品包括高結(jié)晶PP、含量高的二甲苯可溶物均聚物、高熔體流動(dòng)速率的無規(guī)共聚物以及高熔體強(qiáng)度的抗沖共聚物等，例如，拉伸模量為1 262MPa的InspireD114.01，0.5g/10min的MFR能夠制成吹塑薄膜以及片材；加工穩(wěn)定性以及低溫性能的高熔體強(qiáng)度樹脂InspireD113.01、0.9g/10min的MFR，能夠加工成光纖內(nèi)管。

4 Spherizone工藝

Spherizone工藝屬于最新一代的PP生產(chǎn)技術(shù)，該工藝技術(shù)也是在Spheripo工藝的基礎(chǔ)更新拓展的改良技術(shù)，最明顯的，該工藝的主要特點(diǎn)可概括為：原來的環(huán)管反應(yīng)器采用了新的單一多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)行替代。首先，在多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器中，其反應(yīng)區(qū)主要分為上升段與下降段兩個(gè)區(qū)間，且反應(yīng)器中的聚合物粒子則可以在兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的多次循環(huán)。一般情況下，上升段內(nèi)的聚合物粒子能夠在循環(huán)氣體的作用下快速流化，此后，進(jìn)入下降段的頂部旋風(fēng)分離器，并在旋風(fēng)分離器內(nèi)進(jìn)行氣固分離工作。同時(shí)，在設(shè)置有阻隔區(qū)的下降段頂部，聚合物粒子以及分離反應(yīng)氣體則可以在向下運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入到下降段底部，再隨著反應(yīng)循環(huán)動(dòng)力進(jìn)入到上升段。另外，由于反應(yīng)器中存在下降段阻隔區(qū)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，下降段與上升段之間的不同反應(yīng)條件這一要求也能夠得到極大滿足，同一反應(yīng)器中的不同兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域形成也就得到自然呈現(xiàn)。Spherizone工藝的單反應(yīng)器能能夠生產(chǎn)雙峰產(chǎn)品，而無規(guī)共聚產(chǎn)品共聚單體具有較佳的光學(xué)、熱力學(xué)、力學(xué)性能以及較高的含量，抗沖共聚物則能夠優(yōu)化剛性以及抗沖擊性能之間的平衡。Spherizone工藝生產(chǎn)中主要采用MC系列Z-N催化劑，并且Spherizone工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較廣的應(yīng)用范圍，根據(jù)氣相反應(yīng)器以及多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器之間的不同操作模式，Spherizone工藝生產(chǎn)也可以進(jìn)行一些新類型產(chǎn)品的生產(chǎn)，例如無規(guī)組合與均聚產(chǎn)品、雙子無規(guī)產(chǎn)品。

5 結(jié)束語

氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝具有操作簡易、安全性較高、單線生產(chǎn)能力大、工藝流程簡單以及生產(chǎn)靈活性好等特點(diǎn)，此外，該工藝的設(shè)備投資較省，因此該工藝備受青睞。由此可見，氣相法工藝在今后的一段時(shí)間內(nèi)，將會(huì)得到快速的發(fā)展，還可能在世界聚丙烯新增產(chǎn)能工作當(dāng)中占有重要的位置。開發(fā)預(yù)測模型、先進(jìn)控制以及改進(jìn)催化劑、進(jìn)一步完善和改進(jìn)工業(yè)化技術(shù)等方面應(yīng)該作為未來研究工作的重點(diǎn)，從而降低產(chǎn)品成本、擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍、提高市場競爭力以及提高單線生產(chǎn)能力。

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Advances in the Production Technology of Gas Phase Polypropylene and Its Application

Miao Wei

TQ325.14

A

1003–6490（2017）09–0126–02

2017–06–28

苗偉（1988—），男，陜西榆林人，助理工程師，主要從事聚丙烯操作工作。