間歇液相本體法聚丙烯生產技術研究及應用

楊濤

摘 要：聚丙烯是一種廣泛應用于工業生產中的熱塑性材料，可用于制作編織制品、注塑成型制品、薄膜、纖維及管材等多種產品，具備良好性能優勢。本文以液相本體法聚丙烯生產工藝作為研究對象，簡要闡釋生產工藝流程與設備，圍繞生產裝置與溴化鋰制冷技術、膜分離技術、使用脫砷劑與使用脫氧劑等層面，針對間歇式液相本體法生產聚丙烯工藝技術要點進行具體分析，并結合車間生產實際探討了該生產工藝存在的問題及其具體優化措施，以期為聚丙烯生產工藝水平的提升及生產安全管理工作提供參考價值。

關鍵詞：間歇式;液相本體法;聚丙烯工藝

近年來化工生產技術的革新催生多種新材料、新工藝，丙烯來源的豐富、生產企業類型的多元、市場供應結構的調整與產品品種的新增，為聚丙烯生產行業提供了新的發展前景。聚丙烯是一種以丙烯為原料的有機聚合物，我國自20世紀70年代起開始采用間歇式液相本體法從事聚苯烯的生產活動，該生產技術具有便捷、設備簡單、成本經濟等特征，但在生產過程中受制于裝置規模、控制水平等因素的影響，將對生產安全及產品質量構成負面影響，對此還需聚焦工藝技術優化與生產安全控制方面進行重點研究，為一線車間生產管理提供指導。

1 間歇式液相本體法生產聚丙烯工藝技術

1.1 生產工藝流程

將液態丙烯通過活性氧化鋁塔、鎳催化劑脫氧塔、分子篩塔等反應裝置完成脫水、脫氧處理，送入聚合釜按比例添加活化劑液相、催化劑粉末以及調節劑，經由升溫聚合至丙烯轉化率達75%后，停止反應、排除未反應丙烯，經由抽真空處理實現對聚丙烯粉料與丙烯的有效分離，并送入去活罐內使聚合物失活，完成反應過程[1]。

1.2 工藝技術

其一是鎳化鋰制冷技術，用于回收精丙烯、粗丙烯，降低丙烯單耗，改善反應釜撤熱能力;其二是膜分離技術，基于多孔膜微孔擴散、無孔膜溶解擴散實現對聚丙烯類有機蒸氣的吸附、滲透與分離;其三是使用脫砷劑，利用脫砷劑將丙烯中的砷去除，以此降低催化劑消耗量，并提高產品質量;其四是使用脫氧劑，利用含有錳的高效脫氧劑與氧氣充分反應，將生成的氧化物與氫氣進行氧化還原反應，提高產物的活性，適用于反復脫氧。

2 生產工藝現存問題及其改進措施

2.1 存在問題

2.1.1 裝置規模存在問題

以某化工企業為例，該企業的聚丙烯設備，屬于我國最大的聚丙烯裝置，以連續操作為主要的操作工藝，生產能力為220kt/a，而普通裝置的生產能力僅為該裝置1/4左右。目前，國內除幾家規模較大的聚丙烯處理廠家外，其他廠家的聚丙烯生產量相對較少，且存在耗能大和生產成本高的問題。

2.1.2 產品品種問題

國內自主研發的聚丙烯生產裝置性價比較高，具有一定的市場競爭力，但卻存在品種單一，性能不佳和生產過程受限的問題，如果產品品種與生產需求不符，就會導致國內聚丙烯生產效率大幅度降低。

2.1.3 控制水平有限

控制水平關系到間歇式液相本體法聚丙烯生產質量。但在查閱文獻資料后得知，我國間接式液相本體法聚丙烯生產方式較為傳統，尚未實現自動化生產，與西方國家的差距較大，因此對控制水平提出了嚴格的要求，如果控制效果不佳，就會引發產品質量方面的問題。

2.2 工藝改進措施

結合上文可知，國內間歇式液相本體法聚丙烯聚合生產工藝在裝置規模、產品品種和控制水平方面存在問題，這些問題的存在，導致聚丙烯生產效率和產品質量受到了嚴重影響，不利于我國聚丙烯產業的健康發展。為此，本文針對上述問題，制定了解決問題的措施，如下所述：

2.2.1 對生產工藝中的原料精致系統進行優化

為發揮生產工藝中原料精致系統的作用，需要對其中的固堿脫水塔數量進行控制，通過增加脫水塔的方式，簡化脫水流程，增強脫水的效果。如果原料精致系統中含有大量水分，傳統原料精致系統很難將水分全部脫出，無法滿足聚合級丙烯的形成條件，聚丙烯裝置生產能力也會隨之下降。針對此類情況，增加脫水塔數量是解決問題的有效途徑，具體表現為第一個脫水塔可以將大部分水分、一氧化碳和二氧化碳脫出，另一個脫水塔可以起到補充作用，從而為精致工作的進行，奠定堅實的基礎。此外，如果企業具備條件，可以運用PALL過濾聚結脫水器，使液堿結晶現象被有效控制。最后將聚丙烯精致系統中的脫氧塔替換為脫硫塔，能夠減少聚丙烯中的硫元素，聚丙烯產品的質量會因此而提升。

2.2.2 對生產工藝中的升溫和散熱系統進行優化

在生產工藝中，升溫和散熱系統的重要性不言而喻，對其進行優化，有助于聚丙烯生產效率和質量的提升。企業可以通過高壓丙烯冷凝器的使用，對水量進行控制，此外，將啟動快速切斷閥設置到循環出口水中，亦可提升水資源的利用效率。最后，基于低品位熱源構建低溫熱水系統，可以使低溫熱水作用得到充分發揮?？傊a品品種問題的解決，需要相關行業企業，加強技術研發力度，在吸取國外先進生產工藝的基礎上，結合我國實際國情，研發適合于國內聚丙烯產業發展的生產工藝。

2.2.3 優化生產工藝的反應系統

在優化反應系統的過程中，需要控制聚丙烯的投料質量，通過專門質量流量計的設置，促進聚丙烯生產效率的提升。究其原因，主要是質量流量計的應用，能夠保證丙烯投料數量的精確度，聚丙烯生產會更加安全。

2.3 安全控制技術應用

2.3.1 壓力控制聯鎖

環管反應器是生產裝置中承載聚合物料的主要部件，由單法蘭壓力變送器測量壓力信號、控制聯鎖，當變送器膜盒頂破后易使裝置出現誤動作，影響裝置正常生產、造成丙烯放空問題。對此需針對現有壓力控制聯鎖方案進行改進設計，采取二選二聯鎖方案增強聯鎖可靠性，新增單法蘭變送器安裝在環管附近，采用雙回路控制模式，并選取選擇器增設在壓力變送器及調節器之間，當發現一路信號出現異常狀況時，可基于手動、自動操作兩種模式進行信號切換與控制。同時，以聯鎖部位為基準新增測量回路，在一路信號異常報警時由作業人員進行檢查、判斷是否需啟動聯鎖，在兩路信號同時報警時由聯鎖裝置自動發出動作，借此有效避免出現誤動作問題，保障生產裝置運行效率與安全。

2.3.2 壓力穩定控制

通常在聚丙烯生產過程中需綜合考量物料、壓力、溫度等參量，為保障生產過程中壓力值的穩定性，需設置控制回路與壓力輔助回路，分別實現對壓力反饋控制閥的測量及對閥門開度的控制，用于實現對物料排放量的有效調節，保障反應器內壓力的均衡。

2.3.3 反應溫度控制

針對聚合反應溫度進行控制，可利用氣相聚合反應熱使液相單體氣化或通過水冷卻實現對反應溫度的控制，并基于串級控制模式利用主回路與副回路分別控制反應介質及冷卻水的溫度，用于調節水的換熱量，避免反應溫度超出限值。

2.3.4 出料控制

為實現對反應器出料量的控制，可在其底部增設兩個備用的出料閥，分別基于兩個回路進行出料閥開度的控制，保證在主出料閥堵塞的情況下仍可實現穩定出料。

2.3.5 設備溫度控制

受生產車間環境條件以及反應性質的影響，在生產過程中催化劑預接觸罐的溫度將持續上升，對催化劑性能構成影響，甚至易導致管道堵塞，影響到生產安全。因此需以現有進料線為基準，選取換熱器增設在罐體周圍，配合太陽能電池板共同起到制冷作用，將罐體溫度控制在10℃左右，保證催化劑具備良好的活性。

總體來看，聚丙烯生產裝置具有易燃易爆特點，生產過程中的危險系數較高，因此在液相本體法聚丙烯生產環節應牢固秉持安全生產理念，針對生產工藝技術、反應原理等進行詳細分析，結合生產環節現存問題進行反應裝置的改進與安全控制措施的優化，更好地提高聚丙烯生產的質量與安全性，為聚丙烯產量提升與生產工藝優化提供技術支持。

參考文獻：

[1]房翠.間歇液相本體法聚丙烯生產過程中加入助劑的高效方法研究[J].中國高新區，2019（08）：165.