高流動(dòng)性無紡布料1101SC的開發(fā)

陳鐵鋒，張文光

（國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司烯烴一分公司的聚丙烯裝置，采用Lummus Novolen氣相法生產(chǎn)聚丙烯。具體生產(chǎn)過程：在立式反應(yīng)釜中，以丙烯作為聚合反應(yīng)的主要原料，在Ziegler-Natta催化劑的作用下，用“氫調(diào)法”調(diào)節(jié)聚丙烯的分子量[1]。聚合后的聚丙烯粉料與添加劑按一定的比例加入擠壓機(jī)，通過旋轉(zhuǎn)的螺桿對(duì)其進(jìn)行剪切、捏合、混煉等，使聚丙烯粉料成為熔融狀的流體，然后在切粒室切割成規(guī)則形狀的顆粒，再通過大塊剔除器，由切粒水帶至離心干燥器干燥后，進(jìn)入振動(dòng)分級(jí)篩篩選，即得到合格的聚丙烯顆粒。

目前，國內(nèi)外針對(duì)高流動(dòng)性聚丙烯生產(chǎn)的研究較多，但以煤基路線制得的丙烯為原料，結(jié)合Novolen聚丙烯工藝，以“氫調(diào)法”生產(chǎn)高流動(dòng)性聚丙烯的研究不多。本文對(duì)丙烯聚合單元和擠壓單元兩部分進(jìn)行剖析和總結(jié)，針對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常工況，給出解決方案及預(yù)防措施，以期為后期高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 丙烯聚合單元的調(diào)整

高流動(dòng)性聚丙烯牌號(hào)的開發(fā)，常采用“氫調(diào)法”和“可控流變法”[2]。采用“氫調(diào)法”生產(chǎn)高流動(dòng)性聚丙烯，主要通過增加氫氣進(jìn)料量、提高不凝氣量和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。由于產(chǎn)品的熔融指數(shù)較高，需要向反應(yīng)器補(bǔ)充大量的氫氣，相對(duì)低流動(dòng)性的聚丙烯而言，勢(shì)必會(huì)影響丙烯聚合反應(yīng)的活性及反應(yīng)器的壓力，若調(diào)整不及時(shí)，會(huì)造成反應(yīng)器大幅波動(dòng)。因此，在高流動(dòng)性聚丙烯牌號(hào)1101SC的開發(fā)過程中，“三劑”的選用、不凝氣的調(diào)整、反應(yīng)系統(tǒng)壓力及循環(huán)氣壓縮機(jī)的調(diào)整等，顯得尤為重要。

1.1 催化劑的選用

在丙烯的聚合反應(yīng)過程中，催化劑是聚合反應(yīng)的核心。在1101SC的開發(fā)過程中，曾經(jīng)選用Cat-A和Cat-B這2種催化劑試生產(chǎn)，催化劑性質(zhì)見表1。在其他工藝條件相同的情況下，由Cat-A生產(chǎn)1101SC時(shí)，氫氣的進(jìn)料量較Cat-B大且催化劑的活性釋放不均，反應(yīng)器有小幅度波動(dòng)，聚合生成的粉料粒徑分布不均且細(xì)粉較多。結(jié)合反應(yīng)過程和產(chǎn)品特性，最終確定Cat-B作為開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯牌號(hào)的主催化劑。因此，采用“氫調(diào)法”開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯牌號(hào)時(shí)，選擇氫調(diào)敏感性好且活性釋放均勻的催化劑，是開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯的關(guān)鍵。

表1 催化劑的主要性質(zhì)Table 1 The main properties of catalyst

1.2 外給電子體的選用

工業(yè)上常用的外給電子體有Donor-B、Donor-C、Donor-D、Donor-P等。外給電子體Donor-C具有良好的氫調(diào)性和性價(jià)比，屬于通用型外給電子體，幾乎適用于所有聚丙烯工藝。在高流動(dòng)性聚丙烯的開發(fā)過程中，若外給電子體的進(jìn)料量偏低，粉料中無規(guī)物的含量會(huì)增加，粉料會(huì)變得黏稠；隨著外給電子體的進(jìn)料量增加，聚丙烯的等規(guī)度和灰分增加，催化劑的活性隨之降低。在1101SC的開發(fā)過程中，裝置采用了外給電子體Donor-C，并配合高效的Cat-B催化劑。對(duì)聚丙烯粉料進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，1101SC分子量的分布相對(duì)較寬，產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)滿足生產(chǎn)需要。因此，在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯時(shí)，應(yīng)選擇等規(guī)度高且氫調(diào)敏感性好的外給電子體，同時(shí)配合高效的催化劑。

1.3 不凝氣的調(diào)整

相對(duì)于低流動(dòng)性聚丙烯的生產(chǎn)，在開發(fā)無紡布料1101SC時(shí)，由于氫氣的進(jìn)料量較大，循環(huán)氣中不凝氣組分的含量較高，導(dǎo)致反應(yīng)器的壓力偏高及循環(huán)氣冷凝器的液位偏低。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，通常情況下，會(huì)將壓縮機(jī)入口的不凝氣調(diào)節(jié)閥全開，通過關(guān)小循環(huán)氣壓縮機(jī)熱旁通調(diào)節(jié)閥開度，來調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定冷凝器液位。

1.4 循環(huán)氣壓縮機(jī)的調(diào)整

在生產(chǎn)低流動(dòng)性的聚丙烯產(chǎn)品時(shí)，入口不凝氣調(diào)節(jié)閥的開度在50%左右，出口調(diào)節(jié)閥的開度在35%左右。在生產(chǎn)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，由于氫氣在循環(huán)氣冷凝器中積累過多，僅調(diào)整壓縮機(jī)的熱旁通和不凝氣調(diào)節(jié)閥的開度，冷凝器液位無法保證，且循環(huán)氣壓縮機(jī)的流量不能滿足要求。此時(shí)需要將不凝氣入口的調(diào)節(jié)閥開至100%，壓縮機(jī)出口調(diào)節(jié)閥的開度在49%以上。

1.5 異常工況的調(diào)整

在高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC的開發(fā)過程中，首先要確保反應(yīng)器平穩(wěn)運(yùn)行，如此才能通過冷凝器液位的變化趨勢(shì)，判斷催化劑的加入量是否合適。反應(yīng)器出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注反應(yīng)器溫度、壓力、料位、冷凝器液位和壓縮機(jī)出口壓力的變化?？刹扇〉拇胧┯校?）為防止料位高高聯(lián)鎖，催化劑泵停機(jī)，造成反應(yīng)器更大的波動(dòng)，必要時(shí)可將料位控制打到手動(dòng)控制；2）反應(yīng)器壓力上漲時(shí)，要密切關(guān)注壓縮機(jī)的出口壓力，必要時(shí)可打開冷凝器頂部放廢氣調(diào)節(jié)閥，以防止壓縮機(jī)出口壓力高高而跳車，影響產(chǎn)品質(zhì)量；3）冷凝器液位波動(dòng)時(shí)，要防止冷凝器液位低低聯(lián)鎖丙烯循環(huán)泵停機(jī)，以及液位高高聯(lián)鎖壓縮機(jī)跳車；4）在高融指產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，由于系統(tǒng)氫氣的濃度高，當(dāng)反應(yīng)器出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，催化劑容易出現(xiàn)活性偏弱，調(diào)整時(shí)要及時(shí)降低氫氣進(jìn)料，短時(shí)間內(nèi)催化劑活性不能恢復(fù)，需要調(diào)整不凝氣及壓縮機(jī)出口的調(diào)節(jié)閥開度。

2 擠壓單元的調(diào)整

在向高流動(dòng)性聚丙烯轉(zhuǎn)產(chǎn)的過程中，隨著粉料熔融指數(shù)升高，需要及時(shí)調(diào)整擠壓造粒單元的筒體溫度、模板溫度、進(jìn)退刀風(fēng)壓、切粒機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)。若調(diào)整不及時(shí)，擠壓機(jī)粒型會(huì)有拖尾粒、粘黏粒等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)墊刀、退刀甚至非計(jì)劃停車。

2.1 筒體溫度的調(diào)整

對(duì)于熔融指數(shù)特定的聚丙烯樹脂，筒體溫度偏高時(shí)，熔融態(tài)的樹脂易降解而產(chǎn)生色粒；筒體溫度偏低時(shí)，聚丙烯粉料的熔融不充分，會(huì)增加與螺桿的摩擦作用[3]。生產(chǎn)熔融指數(shù)較高的牌號(hào)時(shí)，由于其流動(dòng)性較好，可適當(dāng)降低筒體溫度。因此，在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，首先要確保粉料在筒體中完全熔融，其次要適當(dāng)降低筒體溫度。在生產(chǎn)實(shí)際中，若筒體溫度調(diào)整至合適值，聚丙烯產(chǎn)品的粒型較好。

2.2 模板溫度的調(diào)整

熔融態(tài)的樹脂能否順利均勻地通過熱通道流出?？?，主要取決于模板溫度。模板溫度均勻時(shí)，模孔處樹脂的出料速率相同，切刀緊密貼合在模板表面，能切出顆粒均勻的粒子[4]。模板溫度過高時(shí)，會(huì)造成切粒困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致切粒機(jī)纏刀、“灌腸”等生產(chǎn)事故[5]。模板溫度過低時(shí)，樹脂的流動(dòng)性變差，無法順利通過?？祝瑢?dǎo)致部分?？锥氯?，出料慢的被切成片狀料、碎屑料或小粒，出料快的則被切成柱狀顆粒。因此，在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，若要確保切粒規(guī)則及擠壓造粒單元的連續(xù)生產(chǎn)，需要將模板溫度調(diào)整至合適值。

2.3 切粒水溫度的調(diào)整

切粒水溫度可以通過低壓蒸汽和板式換熱器控制。切粒水溫度過高，高溫熔融的樹脂被切斷后不能及時(shí)冷卻結(jié)晶，易出現(xiàn)串料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞振動(dòng)分級(jí)篩篩網(wǎng)。切粒水溫度過低，會(huì)產(chǎn)生大量碎屑料，粒型整體偏小。當(dāng)?shù)腿廴谥笖?shù)產(chǎn)品向高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC牌號(hào)切換時(shí)，由于其流動(dòng)性較好，因此可適當(dāng)降低切粒水溫度，以確保擠壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 進(jìn)退刀風(fēng)壓的調(diào)整

刀壓是調(diào)節(jié)切刀和模板接觸狀態(tài)的重要參數(shù)[6]。進(jìn)刀風(fēng)壓過大，會(huì)加劇切刀和模板的磨損；過小則切刀不能貼近模板，會(huì)產(chǎn)生片狀料和拖尾粒，甚至導(dǎo)致纏刀事故。為保證切刀與模板的微小間隙，在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，宜將進(jìn)刀風(fēng)壓模式由“自動(dòng)”改為“手動(dòng)”。

2.5 切粒機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整

在生產(chǎn)負(fù)荷一定的情況下，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的羽狀粒越多；切粒機(jī)轉(zhuǎn)速偏低，則拖尾粒、粘黏料和團(tuán)狀料增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)纏刀。在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，由于樹脂的流動(dòng)性增加，為確保切粒規(guī)則，通常需要提高切粒機(jī)轉(zhuǎn)速。

3 結(jié)論

1）采用“氫調(diào)法”開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯牌號(hào)1101SC時(shí)，應(yīng)選擇等規(guī)度高且氫調(diào)敏感性好的外給電子體，同時(shí)配合氫調(diào)敏感性好且活性釋放均勻的催化劑。

2）采用“氫調(diào)法”開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，轉(zhuǎn)產(chǎn)過程主要通過增加氫氣進(jìn)料量、提高不凝氣量和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。

3）在擠壓造粒單元，要根據(jù)粉料熔融指數(shù)的變化，及時(shí)調(diào)整擠壓機(jī)的相關(guān)參數(shù)。在開發(fā)高流動(dòng)性聚丙烯產(chǎn)品1101SC時(shí)，最佳工況參數(shù)為：擠壓機(jī)的筒體溫度、模板溫度控制、切粒水溫度均應(yīng)控制在合適值，進(jìn)刀風(fēng)壓模式由“自動(dòng)”改為“手動(dòng)”。