Novolen氣相工藝生產(chǎn)聚丙烯

李妍梅

（國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)烯烴二分公司聚合車間，寧夏 銀川 750400）

一、聚丙烯簡介

聚丙烯（Polypropylene，縮寫為PP），它是由丙烯單體通過聚合反應(yīng)制得的一種高分子化合物，是一種通用合成樹脂（或通用合成塑料）。由于它是烯烴聚合的產(chǎn)物，因而屬于聚烯烴樹脂。它既可以用做單組分塑料，又可與聚乙烯等共混做為改性的復(fù)合塑料使用，與聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯一樣，聚丙烯屬于熱塑性塑料。

二、聚丙烯的性質(zhì)

（一） 聚丙烯的物理性質(zhì)

1.聚丙烯樹脂具有可塑性

聚丙烯是一種典型的熱塑性塑料。它受熱時（達(dá)到熔點）熔化，冷卻時固化成型，且這一過程可以多次重復(fù)進(jìn)行。由于這一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用擠出、注塑、吹塑、注射等方法直接加工成型，并可以使加工邊角料及廢舊料回收重復(fù)利用。

2.聚丙烯樹脂具有良好的耐熱性能

它的熔點高，為164～170℃（純等規(guī)度的熔點達(dá)176℃），軟化點為150℃以上，即使在沸水中也不變形，不失去其結(jié)晶性。聚丙烯連續(xù)使用溫度為120℃，在無負(fù)荷情況下，最高使用溫度可達(dá)150℃。聚丙烯是通用樹脂中耐熱性能最好的一種。

3.聚丙烯樹脂的密度小

聚丙烯的相對密度為0.90～0.91，是各種樹脂中相對密度最小的。

4.聚丙烯樹脂的物理機(jī)械性能良好

它的拉伸屈服強(qiáng)度一般可達(dá)30～38MPa，這也是通用合成樹脂中最高的品種之一。它表面強(qiáng)度大，彈性較好，耐磨性良好。

（二）聚丙烯的化學(xué)性質(zhì)

聚丙烯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，并隨著其結(jié)晶度的增加穩(wěn)定性也增加。它與絕大多數(shù)化學(xué)品接觸幾乎不發(fā)生作用，但發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、氯磺、鉻酸對聚丙烯有腐蝕作用。

聚丙烯的熱化學(xué)穩(wěn)定性好。在100℃溫度下，大多數(shù)無機(jī)酸、堿、鹽溶液除具有強(qiáng)氧化性質(zhì)外，對聚丙烯幾乎都無破壞作用。

三、聚丙烯的用途

聚丙烯樹脂具有許多優(yōu)良的特性和加工性能，它透明度高、無毒性、比重輕、易加工、抗沖擊、強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、抗扭曲性與電絕緣性好，并易于通過共聚、共混、填充、增強(qiáng)等工藝措施進(jìn)行性能改進(jìn)，使其能將韌性、挺性、耐熱性等結(jié)合起來，因此它的用途很廣，加上原料來源廣、價格低廉，使聚丙烯的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。

（一）本文主要介紹Novolen氣相工藝生產(chǎn)聚丙烯法

Novolen工藝是BASF公司最初開發(fā)成功的，是氣相攪拌床工藝的典型代表。早期的Novolen工藝采用常規(guī)催化劑，因此聚合物中催化劑殘渣較多。1990年BASF公司采用高效催化劑，更新了此工藝。新工藝不需脫無規(guī)物，省去了脫氯過程。可生產(chǎn)丙烯均聚物、無規(guī)共聚物，三元共聚物和分散橡膠顆粒高達(dá)50%的抗沖共聚物以及高剛性產(chǎn)品。

（二）工藝過程

1.工藝流程說明

Novolen聚丙烯工藝采用立式攪拌反應(yīng)器，內(nèi)裝雙螺帶式攪拌器。其主要包括催化劑配制、聚合反應(yīng)、擠壓造粒工序等

高效催化劑與丙烯或白油在催化劑配制罐內(nèi)混合，配制成催化劑漿液，然后通過重力進(jìn)入計量罐，計量加入反應(yīng)器。兩種助催化劑可以采用純的或者用有機(jī)溶劑配制后，然后用泵計量加入反應(yīng)器。

在聚合單元，根據(jù)聚合級丙烯的規(guī)格，經(jīng)過必要的精制后，加入反應(yīng)器。聚合反應(yīng)器為立式螺帶式攪拌器，防止產(chǎn)生大塊和床層驟降。聚合反應(yīng)器在氣相下連續(xù)進(jìn)行，所以反應(yīng)器壓力和溫度都應(yīng)于氣相丙烯的條件一致。均聚反應(yīng)的溫度在75-85℃，壓力范圍在2.8-3.2MPag，共聚反應(yīng)應(yīng)在較低的溫度、壓力下進(jìn)行，抗沖共聚溫度為70-80℃，壓力范圍在2.3-2.7MPag，抗沖共聚溫度在65-75℃，壓力范圍在1.4-1.7MPag，具體的反應(yīng)器條件要根據(jù)最終勝出的產(chǎn)品性能決定。聚合反應(yīng)器熱通過加入反應(yīng)器的液相丙烯撤出，通過冷凝器將丙烯冷凝，循環(huán)回反應(yīng)器。

聚合物粉料及夾帶的丙烯氣，從反應(yīng)器內(nèi)部的插入管靠壓差連續(xù)排出進(jìn)入排放倉。在排出管上安裝一個閥門，隨著反應(yīng)器的料位的高低開啟和關(guān)閉。反應(yīng)器的排出的粉料在排放倉內(nèi)降低到微正壓，聚合物和夾帶的大部分丙烯粉料，分離出的氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后返回反應(yīng)器，若果含有乙烯，還需要冷凝、精餾。

排放倉中的粉料進(jìn)入凈化倉，粉料中殘余的丙烯被氮氣吹出，可以回收利用。粉料由閉路的氮氣系統(tǒng)輸送至擠壓造粒系統(tǒng)。

本裝置擠出工段采用日鋼（JSW）的雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)計能力分別為32 t/h和45 t/h。下游干燥器出口粒料表面的水分含量小于300ppm。在擠出段通過加入固體、熔融、液體添加劑來改變產(chǎn)品的性能。在擠出機(jī)喉部加入過氧化物，通過在線分析的方式來控制產(chǎn)品的流變性能。

擠出機(jī)螺桿由三個區(qū)組成：進(jìn)料段、熔融/混煉段和出料段，在熔融擠壓段下游提供一個節(jié)流閥。

物料通過料斗由重力下落到擠壓機(jī)進(jìn)料段中，在筒體內(nèi)輸送一段距離，由摩擦熱和熱的筒體傳導(dǎo)的熱來加熱物料。

然后物料在部分熔融狀態(tài)下輸送到混煉/熔融段，這個區(qū)域由擠壓機(jī)螺桿將軟化的無聯(lián)系的粉料轉(zhuǎn)換成擠壓的熔融的物料。

擠壓螺桿由擠壓轉(zhuǎn)子組成，捏合塊可以對進(jìn)入的物料給出較高的剪切力和擠壓作用把它們變成連續(xù)熔融。節(jié)流閥安裝在擠出機(jī)筒體出口，抑制熔融物料流向下游設(shè)備。

當(dāng)節(jié)流閥打開形成一個狹窄的縫隙時，高的熔融流體壓力（較高的能量）強(qiáng)制熔融樹脂必須通過通道。

2.總之，選擇低的螺桿轉(zhuǎn)對應(yīng)于低的產(chǎn)量和低的溫度混煉。

（三）主要使用的原材料

1.氫氣

氫氣是無色無味無毒的氣體，分子式為H2，極易著火爆炸，

2.乙烯

乙烯分子式為CH2=CH2，常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。

3.丙烯

丙烯是無色甜味，爆炸范圍很寬的可燃?xì)怏w，分子式為CH3—CH=CH2 ，分子量為42.081，高濃度的丙烯有麻醉作用。

4.催化劑

本裝置采用Z-N（齊格勒-納塔）型高效催化劑PTK 4320（用于生產(chǎn)各等級的聚合物，特別是高C2無規(guī)共聚物（＞ 4 %）、高C2抗沖共聚物）、LYNX 1000（適用于生產(chǎn)所有均聚物）兩個系列，三乙基鋁（TEA）作為助催化劑1（活化劑）。

5.造粒過程中的添加劑

（1）抗氧劑1010

（2）抗氧劑168具有微毒。

（3）硬脂酸鈣

（四）生產(chǎn)的產(chǎn)品牌號

本裝置可以生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物、抗沖共聚物三種類型的產(chǎn)品，總共93個牌號，其中均聚牌號為46個， 無規(guī)共聚牌號為17個（包括一個無規(guī)嵌斷共聚物），抗沖共聚牌號為：30個。

注釋：

部分均聚產(chǎn)品牌號用PTK4320催化劑，部分均聚產(chǎn)品牌號用LYNX1010催化劑只有一個牌號3048TC用的給電子體的量為：0.01KG/TPP