氣相法聚丙烯工藝技術(shù)對(duì)比分析

李建(神華榆林能源化工有限公司， 719000)

氣相法聚丙烯工藝技術(shù)對(duì)比分析

李建(神華榆林能源化工有限公司， 719000)

氣相法聚丙烯工藝技術(shù)是一種重要的技術(shù)，是聚丙烯生產(chǎn)中的主要工藝，研究氣相法聚丙烯工藝技術(shù)，從工藝的催化劑單元、反應(yīng)單元以及粉料后處理單元等三大方面著手，對(duì)氣相法聚丙烯工藝技術(shù)進(jìn)行細(xì)致地分析。

氣相法；聚丙烯工藝；技術(shù)

1 催化劑單元

催化劑單元是氣相法聚丙烯工藝技術(shù)的重要組成部分，發(fā)揮著重要的作用。Novolen工藝主催化劑是一種暗灰色的固體粉末，主要由鈦、鎂(硅)氯、內(nèi)給電子體和烴等組成。使用丙烯或礦物油配置。主要使用的進(jìn)口主催化劑為PTK4320和LYNX1010兩種，Innovene工藝催化劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的懸浮液，主要使用的進(jìn)口催化劑是CDi和P100兩種，；Unipol工藝催化劑為懸浮液，主要使用的進(jìn)口催化劑是SHCA320、SHCA330、C601等。

催化劑單元對(duì)比主要體現(xiàn)在兩方面，第一，催化劑活性對(duì)比，調(diào)查研究顯示，影響催化劑活性較大的因素，包括煤化工藝生產(chǎn)材料，其中會(huì)對(duì)催化劑活性產(chǎn)生不利影響的因素主要有二氧化碳、一氧化碳、硫、甲醇、水、氧等有毒物質(zhì)，因此，為確保催化劑活性，采取必要的保護(hù)措施十分必要。在氣相法聚丙烯工藝技術(shù)中，通常設(shè)計(jì)丙烯精制系統(tǒng)，保證丙烯中雜質(zhì)含量符合要求，以免降低催化劑活性。第二，催化劑流程對(duì)比，Innovene工藝較為簡(jiǎn)單，主催化劑是先卸料到催化劑進(jìn)料罐，然后通過(guò)加料罐泵送到反應(yīng)器中去。Unipol工藝催化劑系統(tǒng)與Innovene工藝相似，但是Unipol工藝具備兩套催化劑配套系統(tǒng)，方便在生產(chǎn)不同牌號(hào)產(chǎn)品時(shí)切換主催化劑種類(lèi)。Novolen工藝催化劑流程比較復(fù)雜，催化劑為固體粉末，需要與液相丙烯混合成懸浮液，再通過(guò)加料泵輸送至反應(yīng)器。

2 粉料后處理單元

粉料后處理單元需要從兩方面著手，第一，脫氣尾氣回收系統(tǒng)的對(duì)比，Unipol工藝粉料后處理單元的重要組成部分就是脫氣尾氣分離系統(tǒng)，可以將反應(yīng)尾氣中的氫氣、乙烯與丙烯、丙烷等成分進(jìn)行有效的分類(lèi)，在分離之后再將丙烯返回到反應(yīng)系統(tǒng)。Novolen工藝與Innovene工藝相似，設(shè)計(jì)有膜回收系統(tǒng)，脫氣尾氣經(jīng)過(guò)膜分離單元有效將氮?dú)夂捅┓蛛x，分離后丙烯返回烯烴裝置回?zé)?，氮?dú)夥祷孛摎鈧}(cāng)作為進(jìn)化氮?dú)馐褂?。第二，凈化系統(tǒng)對(duì)比。Unipol工藝、Innovene工藝和Novolen工藝的失活與凈化系統(tǒng)相同，都需要使用含蒸汽的氮?dú)鈱?duì)粉料進(jìn)行處理。在處理過(guò)程中使用蒸汽進(jìn)行處理，保證使用的催化劑可以有效的失活。在進(jìn)行凈化處理時(shí)，可以用氮?dú)鈱?duì)粉料進(jìn)行汽提，可以析出粉料中的溶解烴，使溶解烴可以通過(guò)尾氣回收系統(tǒng)回收，進(jìn)入到烯烴分離裝置進(jìn)行下一步處理，可以達(dá)到對(duì)丙烯進(jìn)行有效的處理的目的。

3 反應(yīng)單元

3.1 相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)比

相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)比是反應(yīng)單元的重要組成部分，通過(guò)相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)比，可以了解Unipol工藝、Innovene工藝以及Novolen工藝，之間的不同，下面從這三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。第一，Unipol工藝的反應(yīng)模型是全混流模型，調(diào)查研究顯示，聚丙烯粉料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，具有一定的分布規(guī)律，主要沿正態(tài)分布，如此一來(lái)，會(huì)導(dǎo)致粉料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間過(guò)短或者過(guò)長(zhǎng)，保證粉料的相對(duì)分子質(zhì)量分布均勻合理。第二、Innovene工藝，聚丙烯粉料的粒徑會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生變化，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，聚丙烯粉料粒徑會(huì)逐漸變大，會(huì)推動(dòng)整個(gè)床層的移動(dòng)。在理論上講，床層會(huì)呈柱塞流移動(dòng)，使聚丙烯粉料在反應(yīng)器中具有相同的停留時(shí)間，以便在攪拌葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)下沿反應(yīng)器進(jìn)行混流，使3～4個(gè)混流反應(yīng)器可以共同工作，且不會(huì)發(fā)生催化劑短路，因此，用Innovene工藝生產(chǎn)的聚丙烯粉料的相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄[1]。第三，Novolen工藝，聚丙烯粉料在螺帶式攪拌器的作用下，會(huì)向上移動(dòng)，直到休止角限后，才會(huì)向下流，流到反應(yīng)中心，移出反應(yīng)器，保證聚丙烯粉料在反應(yīng)器停留的時(shí)間相同，但是，也存在一些問(wèn)題，聚丙烯粉料極易受到螺帶移動(dòng)、出料管位置偏心的影響，使催化劑在反應(yīng)器中的停留時(shí)間并不相同，影響了聚丙烯粉料的相對(duì)分子質(zhì)量，使聚丙烯粉料相對(duì)分子質(zhì)量分布相對(duì)較窄。

3.2 工藝流程對(duì)比

對(duì)Novolen工藝、Innovene工藝以及Unipol工藝的流程進(jìn)行對(duì)比，可以對(duì)反應(yīng)單元進(jìn)行詳細(xì)的了解，下面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。第一，Unipol工藝，Unipol工藝的工藝流程較為簡(jiǎn)單，反應(yīng)單元由反應(yīng)器、循環(huán)氣壓縮機(jī)、換熱器、PDS系統(tǒng)組成，主要依靠頂部膨大的流化床反應(yīng)器與催化劑，使其在床層中自下而上的循環(huán)，有效進(jìn)行聚合反應(yīng)，生成聚丙烯粉料。聚丙烯粉料在循環(huán)中可以持續(xù)反應(yīng)，使聚丙烯粉料的粒徑不斷增大。但是，由于反應(yīng)器橫截面增大，會(huì)減小氣體流速，在重力作用的影響下，聚丙烯粉料會(huì)沿著反應(yīng)器器壁下沉，實(shí)現(xiàn)氣固，將粉料移出反應(yīng)系統(tǒng)。第二，Novolen工藝，Novolen工藝的工藝流程也較為復(fù)雜，其主要反應(yīng)單元是由旋風(fēng)分離器、換熱器、丙烯循環(huán)泵、反應(yīng)器循環(huán)氣壓縮機(jī)、氣液分離罐等組成的。采用帶攪拌器的立式反應(yīng)器，液相丙烯在壓力3MPa、溫度80℃的情況下進(jìn)料，使反應(yīng)床層流化，達(dá)到良好的聚丙烯粉料的分散效果與換熱效果，確保聚丙烯粉料可以向第二反應(yīng)器出料，反應(yīng)熱經(jīng)換熱器移出反應(yīng)系統(tǒng)[3]。第三，Innovene工藝，Innovene工藝的工藝流程較為復(fù)雜，其反應(yīng)單元主要是由噴射器、過(guò)頂分離罐、過(guò)頂冷卻器、開(kāi)車(chē)加熱器、過(guò)頂旋風(fēng)分離器、反應(yīng)器、急冷液泵、循環(huán)氣壓縮機(jī)、氣鎖出料系統(tǒng)組成。采用攪拌器反應(yīng)器，噴撒到床層上的催化劑進(jìn)入聚丙烯粉料床層，使其可以與丙烯進(jìn)行反應(yīng)，生成聚丙烯粉料。在此情況下，新生成的聚丙烯粉料的粒徑也在不斷增大，會(huì)推動(dòng)整個(gè)床層移動(dòng)，使其向反應(yīng)出料口移動(dòng)，通過(guò)氣鎖出料系統(tǒng)向第二反應(yīng)器出料，循環(huán)氣使氫氣均勻分布到床層各個(gè)層面，自下而上穿透床層，使床層松動(dòng)但不流動(dòng)，反應(yīng)熱經(jīng)換熱器移出反應(yīng)系統(tǒng)。

3.3 抗沖產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

Unipol工藝較為簡(jiǎn)單，第一反應(yīng)器與第二反應(yīng)器之間設(shè)計(jì)PDS轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，可以避免第一反應(yīng)器中的氫氣流竄，竄入到第二反應(yīng)器之中。

Novolen工藝較為特殊，反應(yīng)器之間也沒(méi)有氣鎖，主要依靠壓差的作用，在壓差的作用下，可以使第一反應(yīng)器中的聚丙烯粉料直接隨著氣相進(jìn)入第二反應(yīng)器，向第二反應(yīng)器中引入大量氫氣，會(huì)出現(xiàn)氫氣含量無(wú)法控制等問(wèn)題影響抗沖產(chǎn)品質(zhì)量。

Innovene工藝的的第一和第二反應(yīng)器之間設(shè)有氣鎖，主要是利用尾氣壓縮機(jī)抽取尾氣的方式清除氣鎖中的尾氣，用氣相丙烯對(duì)聚丙烯粉料進(jìn)行汽提，消除粉料中的氫氣，盡最大可能將第二反應(yīng)器的氫氣含量降到最低，達(dá)到保證第二反應(yīng)器氫氣平衡的目的，因此，Innovene工藝生產(chǎn)的聚丙烯抗沖質(zhì)量較好，產(chǎn)品最為穩(wěn)定。

3.4 生產(chǎn)能力

Novolen工藝與Innovene工藝在擴(kuò)能潛力方面大致相同，在不更換反應(yīng)器的情況下，可以在超過(guò)設(shè)計(jì)操作彈性上限后，出現(xiàn)以下后果，第一，提高出料量，使反應(yīng)器的床層高度維持正常，縮短反應(yīng)停留時(shí)間，縮小聚丙烯粒徑尺寸，降低催化劑活性、增加細(xì)粉量，增加生產(chǎn)成本、降低產(chǎn)品質(zhì)量。 Unipol工藝則與以上兩種工藝存在較大的差別，反應(yīng)體積需足夠大，工藝擴(kuò)能潛力較小。

3.5 生產(chǎn)連續(xù)性

在生產(chǎn)連續(xù)性方面三種工藝存在較大的差異，其中Novolen工藝的第一反應(yīng)器器壁易形成粘壁料，在攪拌器的刮壁作用下，產(chǎn)生大塊料，造成出料不暢。急冷液從反應(yīng)器底部和頂部分別進(jìn)入，氣化后撤出反應(yīng)熱，因此床層溫度梯度小，不易產(chǎn)生局部熱點(diǎn)。反應(yīng)器只設(shè)有一條出料線，一旦堵塞，需立即中斷連續(xù)生產(chǎn)[2]。其中Innovene工藝與Unipol工藝的生產(chǎn)連續(xù)性較好，設(shè)計(jì)了冗余的氣鎖出料系統(tǒng)，可以在一定程度上提高Innovene工藝的連續(xù)性，不可否認(rèn)的是，其中Unipol工藝的生產(chǎn)連續(xù)性是最好的。生產(chǎn)連續(xù)性直接影響到聚丙烯產(chǎn)品的質(zhì)量，在反應(yīng)單元發(fā)揮了重要的作用，是研究各種生產(chǎn)工藝，加深對(duì)氣相法聚丙烯工藝技術(shù)的了解的關(guān)鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，氣相法聚丙烯工藝技術(shù)在聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，不僅操作簡(jiǎn)易，工藝流程簡(jiǎn)單，還具有較好的生產(chǎn)靈活性與較高的安全性，在聚丙烯新增產(chǎn)能中占據(jù)重要的位置，發(fā)揮重要的作用，達(dá)到了降低成本的目的，提升了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。可見(jiàn)，本文研究的氣相法聚丙烯工藝技術(shù)具有重要的價(jià)值，對(duì)促進(jìn)氣相法聚丙烯工藝技術(shù)的發(fā)展，提升聚丙烯生產(chǎn)的效率與質(zhì)量，不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，達(dá)到理想的聚丙烯生產(chǎn)效果具有重要意義，對(duì)促進(jìn)聚丙烯生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也十分重要。

[1]張偉.不同工藝技術(shù)生產(chǎn)的聚丙烯產(chǎn)品特點(diǎn)及市場(chǎng)應(yīng)用比較[J].廣東化工,2015，(14):81-83.

[2]楊韜.氣相法聚丙烯工藝技術(shù)對(duì)比[J].石化技術(shù),2015，(02):97-98+104.

[3]曾錚,胡冰潔,劉慧杰,陶玉林.聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)展[J].化工時(shí)刊,2015，(07):49-53.