高熔指无规聚丙烯RP340R生产工艺分析

高熔指无规聚丙烯RP340R生产工艺分析
罗鹏;颜鲁惠
【摘要】RP340R是一种高熔指无规透明聚丙烯产品,市场应用前景广阔.通过对
30万t/a聚丙烯装置三次生产过程的工艺指标和产品质量进行对比分析,针对影响产品抗冲强度高而弯曲模量低、雾度过高的问题,提出对乙烯含量、丙烯进料量、
添加剂加入量的优化调整措施,使得该产品更好的应用于中大型透明注塑制品.
【期刊名称】《石油化工应用》
【年(卷),期】2015(034)004
【总页数】4页(P106-109)
【关键词】无规聚丙烯;高熔指;工艺指标;优化调整
【作者】罗鹏;颜鲁惠
【作者单位】中国石油兰州石化公司乙烯厂,甘肃兰州730060;中国石油兰州石化
公司乙烯厂,甘肃兰州730060
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.14
兰州石化公司乙烯厂聚丙烯装置采用意大利Basell公司的Spheripol-Ⅱ代聚丙烯
工艺技术，设计生产能力为30万t/a聚丙烯本色颗粒，可生产均聚物（56个牌号）、无规共聚物（21个牌号）、抗冲共聚物（26个牌号）103个牌号产品。

装置由催化剂制备、储存、计量，预聚合和本体聚合，聚合物脱气和丙烯回收，气相共聚，聚合物汽蒸、干燥，工艺辅助设施，原料精制，挤压、造粒共九个单元组成，
采用DCS、ESD、PLC先进控制系统，生产安全可靠。

乙烯厂聚丙烯装置以聚合级丙烯作为原料，以氢气作为分子量调节剂，在主催化剂及助催化剂的共同作用下进行聚合反应。

流程简述如下：配制好的催化剂、助催化剂经计量预接触之后进入小环管反应器与丙烯进行预聚合反应，预聚后的聚丙烯淤浆与加入氢气、乙烯的丙烯一起进入第一、第二环管反应器继续反应。

聚合物淤浆经高低压分离回收未反应的丙烯，聚合物经汽蒸器杀死残存带有活性的催化剂、同时脱去少量气相丙烯。

经汽蒸的聚合物靠重力进入流化床干燥器，干燥后的聚丙烯树脂粉末由氮气闭路输送系统送至粉料中间料仓。

聚丙烯粉料与一定量的添加剂混合，经挤压造粒、脱水、筛分后风送至掺合料仓，分析合格后产品送往包装单元。

工艺流程框图（见图1）。

1.1 无规聚丙烯RP340R简介
RP340R牌号产品是在乙丙无规共聚生产的聚合物基础上通过助剂改性获得的透明聚丙烯专用料，产品具有熔融指数高、透明性和光泽度良好的优点，可用于中大型透明注塑制品，食品硬包装等，市场应用前景广阔。

聚丙烯无规共聚物通常是在一个反应器中通入丙烯和少量的其他单体（乙烯、1-丁烯、1-己烯等）进行无规共聚得到的。

无规共聚聚丙烯的结构在许多方面与均聚的等规聚丙烯类似，只是由于共聚单体无规分布在等规聚丙烯的分子链上，导致分子链的等规性降低，无规程度增加。

也就是说，添加少量共聚单体使得树脂的平均等规度和等规序列长度下降，因此分子链的柔顺性增加，玻璃化转变温度、结晶度及熔点下降。

与均聚的等规聚丙烯相比，无规共聚物的拉伸强度、弯曲模量、硬度和热变形温度等均有所降低，但冲击强度和透明性得到提高［1］。

丙烯-乙烯无规共聚物使丙烯和乙烯的混合物进行聚合，所得聚合物的主链上无规则地分布着丙烯和乙烯链段，乙烯含量一般为1%～4%（质量分数），乙烯抑制丙烯结晶，使无规共聚物结晶度下降，熔点、玻璃化温度、脆化点降低，结晶速度
变慢，材料变软，透明度提高，韧性、耐寒性、冲击强度均较均聚物提高。

反应原理（见图2）。

对于含少量乙烯的无规共聚物，由于乙烯单体存在扰乱了丙烯链的规整性，从而降低结晶性和熔点，改进PP的缺点而具有较好的冲击强度和透明性［2］。

1.2 生产工艺及控制指标
无规聚丙烯RP340R产品的生产都是由其它牌号的产品向其过渡转换，在牌号切
换过程中第一环管反应器需要提高氢气和乙烯加入量，同时第二环管反应器需要降低氢气加入量并同时提高乙烯加入量，产品熔体流动速率由各自牌号的较低熔指提高至目标值20 g/10min～24 g/10min。

依据生产需要对相应工艺控制点进行调整，反应器压力PIC-2301由原来的4.0 MPa降低至3.5 MPa～3.8 MPa，生产
负荷维持在29 t/h～32 t/h，丙烯进料压力PIC-3303由原来的5.2 MPa降低至4.8 MPa，第一环管反应器乙烯加入量FIC-2303在650 kg/h～700 kg/h，第二
环管反应器乙烯加入量FIC-2304在350 kg/h～365 kg/h，乙烯加入总量约1.05 t/h，乙烯含量设定在3.4%～4.0%。

详细指标（见表1）。

1.3 产品质量指标
RP340R产品的质量指标（见表2）。

乙烯厂聚丙烯装置分别于2012年11月3日至4日、2013年2月19日至20日、2014年2月21日至26日进行了三次生产工作。

累计生产合格品5 539.125 t，产品质量全部合格，生产平稳受控。

根据三次生产情况，通过对产品质量进行分析后，将以下重要的控制指标进行了调整。

2.1 乙烯含量
第一次生产按牌号需要设定乙烯含量，根据客户返回的信息，需要得到较高抗冲击能力的产品，因此需要提高两个环管中乙烯的加入量，所以第二次生产时将乙烯含量的设定值进行适当提高。

提高乙烯的加入量的方法有以下几个方面：（1）降低反应器压力；（2）降低
P301出口丙烯进料压力；（3）提高乙烯压缩机PK704出口压力。

通过以上调整，在相同负荷下，能间接地向环管中多注入约100 kg/h的乙烯，有助于提高产品质量，但由于乙烯压缩机的能力有限，因此会出现一些问题。

通过表3数据可知，由于弯曲模量越高，抗冲强度就会越低。

因此，乙烯加入量大，抗冲强度会有提高，但是弯曲模量会有所下降。

由于RP340R牌号的生产设
计操作条件为3.5 MPa，但现装置的实际操作压力为4.0 MPa，原因是工艺包将
反应器压力3.5 MPa定义为低压操作条件，由于生产该牌号需要加入大量的氢气，过低的操作压力会造成氢气产生气相，影响轴流泵以及环管反应器等设备的长周期运行；同时，过低的压力可能会降低丙烯中乙烯的加入量，最终造成产品抗冲强度偏低。

由于装置的实际压力较高，在乙烯压缩机能力到达极限的情况下，会出现乙烯加入量不足的问题，因此，要提高乙烯含量就必须适当降低环管压力。

但乙烯加入量不应过大，乙烯加入量偏大，会生成过多的无规共聚物，导致产品发黏，出现挂壁和堵管的现象，不利于装置的长周期生产；同时，乙烯加入量偏大会使产品抗冲强度过高而导致产品弯曲模量偏低。

因此，需要寻找乙烯加入量的平衡点。

综上，通过分析前三次生产的产品质量可知，产品已具有较好的韧性，但刚性偏低。

由于本装置不可能更换能力更大的乙烯压缩机，且压力过低会对生产及设备造成一定的影响，因此需要将反应器的压力控制在3.6 MPa～3.9 MPa左右。

同时，为
保证产品同时具有较好的刚度和韧性，可适当降低一、二环的乙烯含量，设定为3.5%～3.8%为宜。

2.2 丙烯进料量
本装置一共生产了三次RP340R牌号产品，三次的负荷均不相同。

由于需要向反
应器中加入更多的氢气和乙烯，因此后两次生产对氢气和乙烯的含量进行了调整，
仅仅只是丙烯进料量不同，第二次为29 t/h，第三次为30 t/h。

因为本装置乙烯压缩机能力的限制，要想加入更多的乙烯，保证产品抗冲击强度，就必须降低丙烯的进料量，即降低生产负荷。

生产负荷的改变对装置和产品质量会有一定的影响。

通过表4数据可知，2014年生产的产品的主要质量指标相比于2013年生产的产品均偏低。

在氢气和乙烯的含量控制一定的情况下（2013年和2014年生产均为
2 800 g/m3和3.8%），仅仅只是负荷提高了1 t/h～2 t/h而造成了产品的冲击
强度指标下降。

主要原因是由于乙烯压缩机能力有限，在控制反应器压力一定的条件下，过高的生产负荷会造成丙烯中含有的乙烯的量不足，在乙烯含量控制一定的情况下，过多的丙烯无疑会减少乙烯的加入量，最终由于乙烯加入量不足，导致产品抗冲强度下降，使产品韧性下降。

第二次生产降低负荷主要是因为需要提高乙烯含量，但由于生产负荷还是相对过高，所以导致和第一次生产的产品在产品质量上未见显著提高，因此需要在以后的生产中再降低负荷，提高乙烯的加入量。

综上，可以分析得出，为保证产品的质量达到客户的要求，得到质量更高的产品，本装置在生产RP340R牌号产品时应在较低的生产负荷下生产（28 t/h左右为宜）。

2.3 复配添加剂加入量
为了保证RP340R产品具有更好的透明度和光泽度，需要向粉料中加入一定量的
复配透明成核添加剂。

根据挤压机负荷及产品特性的需要，及时调整复配添加剂的加入量。

通过表5数据可知，添加剂的加入量会影响到粒料产品的灰分。

从前两次生产的
产品来看，第一次由于添加剂加入量偏大导致粒料灰分高于第二次。

由于第一次生产未按照原厂家设计的添加剂加入量进行添加，而为了提高产品的透明度提高添加
剂的加入量，这种做法显然是错误的，因为添加剂的加入会提高产品的透光率，但当加入量到一定值时，产品透光率将不再改变，但产品的灰分和雾度将会提高。

因此，第二次和第三次按照厂家的加入标准进行调整添加剂的加入量，产品粒料灰分得到了明显的改善，粒料灰分控制在了0.02%，在今后的生产中仍需要进行这样的操作保证产品质量。

复配添加剂中透明成核剂的主要目的是提高产品的透光率，但同时也会造成产品雾度增加。

从第一次生产的产品和第二次生产的产品数据中可以看出，添加剂的加入量增加，透光率提升但是雾度也同时提升，也就是说，添加剂的加入量增大，透光率和雾度都会增大。

因此，需要产品具有较好的透光度，又需要产品雾度尽可能的低，寻找一个合适的平衡点是关键。

根据这几次生产的经验，对复配添加剂的加入量进行了调整后，雾度由50%左右降至27%左右，透光率仅由84%降至74%左右，虽然透光率有所降低但雾度大幅降低，产品质量得到了较好的改善。

综上，可以分析得出，为了使RP340R产品具有较好的透明度和光泽度，同时在不影响产品的质量（主要是粒料灰分）的情形下，需要向产品中加入复配添加剂，同时严格控制添加剂的加入量以免过多或过少影响产品质量。

通过对兰州石化公司乙烯厂聚丙烯车间从2012年至2014年三次生产的RP340R 产品质量指标的分析，可以做出如下工艺调整，这些结论有助于在今后的生产中稳定产品质量。

（1）因乙烯压缩机PK704能力有限，为保证乙烯能够顺利、足量注入环管反应器，应将反应器压力控制在3.5 MPa～4.0 MPa左右。

同时，控制生产负荷在28 t/h左右，在此基础上适当降低一、二环的乙烯含量，设定为3.6%～3.8%，产品可同时具有较好的刚性和韧性。

（2）为保证产品灰分受控，得到透明度较好、雾度较低的产品，同时具有更好的
透光性，复配添加剂加入量不宜过大，应严格控制加入量。

【相关文献】
［1］洪定一.聚丙烯-原理、工艺与技术［M］.北京:中国石化出版社，2005：197.
［2］李光正，黄福堂，万丽翎，等.聚丙烯生产技术与运用［M］.北京:石油工业出版社，2006：20-21.。