第三章 聚丙烯生产

一、聚丙烯的性质与用途
• 耐热性良好，连续使用温度可达ll0-120℃。 • 化学稳定性好，除强氧化剂外，与大多数 化学药品不发生作用。 • 耐水性特别好。 • 电绝缘性优良。 • 易老化，低温下冲击强度较差。
• 是仅次于聚氯乙烯、聚乙烯的第三大塑料， 在市场上占有越来越重要的地位。
广泛应用到化工、化纤、建筑、轻工、家 电、包装、农业、国防、交通运输、民用 塑料制品等各个领域，
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• 当生产均聚物、无规共聚物或三元共聚物时，聚 合物被收集在D301底部后送入袋式过滤器F301， F301的压力保持在近似大气压，从而使未反应的 单体从聚合物中分离出来。 • 聚合物粉料靠重力从F301进入汽蒸器D501，在 此注入直接蒸汽，蒸出游离单体丙烷，并使残留 的催化剂失活，以提高产品质量。蒸汽在通过洗 涤塔T501后冷凝下来，从汽蒸器排入污水系统。
第三章
聚丙烯生产
目
录
• 什么是聚丙烯？有什么用途？
• 聚丙烯是怎么生产出来的？ • 聚丙烯生产过程中的关键控制点是什么？
引
言
• 一、什么是聚丙烯？
• 聚丙烯就是这样一种聚合物，它是由
丙烯单体通过聚合反应制得的一种高 分子化合物，是一种通用合成树脂 （或通用合成塑料）。
• 与聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯一样，聚
工艺名称 反应压力 （MPa） 反应温度 （℃）
Novolen (ABB) 2.5-3.0 65-80
Spheripol (Basell) 3.0~4.5 80-85
Unipol
（DOW）
3.5 65
停留时间 （h ）
均聚产品 等规度
<2
95～97％
1.5-2
95-98％
<1.5
93-98％
五、聚丙烯装置工艺流程描述3
• 3.聚合反应 • 聚合反应系统可分成以下几个部分：第一反应器、 抗冲共聚反应器、反应器出料、分离，如只生产 均聚物和无规共聚物则只需要一个反应器系统。 • 产品性能通过反应条件来控制。调节循环气中氢 气与丙烯的比例，可以控制产品的熔体流动速率。 调节两种助催化剂比例可以调节产品的等规指数； 调节乙烯对丙烯的比例，控制无规共聚物的乙烯 含量、结晶度或等规指数。
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• 4.本体聚合 • 聚合反应以液相状态在两个串联的环管反应器内 进行。所有的原料物流以恒定的流速和合适的比 例输送到环管反应器内，以保证生产出的聚合物 达到所要求的性能。 • 来自R200的预聚合催化剂淤浆，与丙烯和用于分 子量控制的氢气一起进入环管反应器R201。一部 分丙烯聚合，未聚合的液态丙烯作为固体聚合物 的稀释剂。循环泵P201保持反应器内物料的高速 流动和非常均匀地混合。反应器内的淤浆浓度保 持在50-55%。
五、聚丙烯装置工艺流程描2
• 该工艺可生产宽范围的丙烯聚合物，包括 均聚物、无规共聚物和三元共聚物，多相 抗冲和专用抗冲共聚物（乙烯含量高达 25%）以及高刚性聚合物。产品质量极佳， 并且投资费用和运转费用较低。 • 齐鲁石化、上海石化、抚顺石化、大连西 太平洋、独山子、茂名石化、惠州乙烯均 采用该工艺。
二、聚丙烯装置技术简介
工艺简介
一、液相聚合工艺 1.浆液法工艺 1）连续式搅拌床反应器：Hoechst、Mitsui等工艺 2）环管反应器：Solvay工艺
2.本体法工艺 1）液相釜式反应器 2）液相环管反应器：Spheripol、Hoechst、Solvay、 Phillips、Borealis等工艺
• 该工艺采用一个或多个环管本体反应器和一个或多个串联 的气相流化床反应器。在环管反应器中进行均聚和无规共 聚，在气相流化床中进行抗冲共聚物的生产。催化剂采用 高性能的GF-2A或FT-4S球形催化剂，无需脱灰和脱无规 物。
• 目前全球共有86套装置采用该工艺，生产能力超过
13500kt/a，占全球生产能力的45%以上。
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• Basell工艺包括单体净化 、催化剂配制、 预聚合 、本体聚合 、挤压造粒等工序 • 1.单体净化（根据原料的规格设置） • 同Novolen工艺 • 2.催化剂配制 • 助催化剂1是给电子体，在贮罐中是液态。 • 助催化剂2是三乙基铝，以100%的浓度存 放在钢瓶中 .
Novolen (ABB) 气相法
Spheripol (Basell) 液相本体+ 气相法
Ti/Mg
Unipol
（DOW）
气相法wenku.baidu.com
Ti/Mg 15000~ 25000
Ti/Mg 20000~ 30000 立式流化
25000~ 47000 立式气相搅 环管反应器
五、聚丙烯装置工艺流程描述
三种工艺简单对比
化工
汽车
聚丙烯树脂
建筑
轻工
医药
家用 电器
一、聚丙烯的性质与用途
• 无嗅、无味、无毒。 • 是常用树脂中最轻的一种。 • 具有可塑性：
很容易用挤出、注塑、吹塑、注射等方法直接加 工 成型，并可回收重复利用。
• 机械性能优良。
PP的拉伸强度一般21-39兆帕；弯曲强度42-56 兆帕，压缩强度39-56兆帕，断裂伸长率200％一 400％，缺口冲击强度2．2-5kJ／m2，低温缺口 冲击强度1-2kJ／m2。洛氏硬度R 95一105。
五、聚丙烯装置工艺流程描述3
• 流化床反应器反应停留时间小于1.5h，并带强烈 返混。因此，本系统牌号转换时间与本体法（一 般为4h）相当，过渡产品量也较少。 • 聚合反应不正常时，可以用杀死系统向反应器中 注入很少量的CO阻聚剂以部分地或全部中止聚合 反应。 • 第二反应器生产抗冲共聚物。这个系统的组成与 第一反应器相同，包括一台流化床反应器、一台 循环气冷却器和一台循环气压缩机，只是循环气 流全部为气体。
丙烯属于热塑性塑料。 • 由于它是烯烃聚合的产物，因而属于聚烯 烃树脂。它既可以用做单组分塑料，又可
与聚乙烯等共混做为改性的复合塑料使用。
• 聚丙烯的结构是指高聚物内部组织。它有 两层意义：
• 一是分子结构。
指聚丙烯内部的组织和形状。
• 二是聚集态结构。
指这些大分子聚集在一起的形态。
一、聚丙烯的性质与用途
• 汽车制造业----内外部部件。
• 在建筑业----建筑用模板，建筑装饰材 料 • 在电气方面----家电和电线、电缆。
• 在印刷方面。 • 在农业、渔业方面。 • 食品工业方面
• 包装材料方面----扁丝、打包带、 BOPP薄 膜 • 日常生活用品方面。 • 纺织工业----丙纶和无纺布。 • 医疗卫生方面。
一、聚丙烯装置技术简介
• 二、气相法工艺 • 1)气相流化床反应器：Unipol、住友工艺 • 2)气相立式搅拌床反应器：Novolen工艺 • 3)气相卧式搅拌床反应器：Innovene、Chisso 工艺 •
大庆30万吨聚丙烯装置
（Basell工艺）
建议中的-
神华宁煤50万吨/年聚丙烯装置
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• 聚合物在干燥器内用热氮脱除聚合物表面的水分。 干燥后的聚合物由氮气闭合回路气流输送系统 PK801输送到后加工单元的缓冲料仓。 • 5.挤压造粒 • 聚丙烯粉料和添加剂在挤出机EX801中被捏合、 熔解、挤压和切粒，切下的颗粒靠循环流动的切 粒水（脱盐水）送入离心干燥机D805，在这里颗 粒被从水中分离出来，送到粒料分级筛S803，不 合尺寸要求的细小颗粒和粗大颗粒被分离出来， 合格的颗粒落入聚丙烯颗粒气流输送系统的聚丙 烯颗粒受料斗，经气力输送系统PK802将颗粒送 入产品的均化、掺混和贮存部分。
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• 从第一台聚合反应器出来的物流与新鲜的 丙烯和氢气物流一起送入第二台聚合反应 器R202。这两台聚合反应器的物理条件和 几何形态是一样的。 • 从环管反应器R202的聚合物淤浆通过带蒸 汽夹套的大闪蒸线，连续排至旋风分离式 闪蒸罐D301，在聚合物输送过程中确保单 体汽化，D301的操作压力在1.5-1.8MPa。
五、聚丙烯装置工艺流程描述
Basell工艺流程简图
五、聚丙烯装置工艺流程描3
• UCC的Unipol工艺技术：是气相流化床工艺的典型代表。Unipol聚丙 烯工艺技术是UCC和Shell于80年代中期合作开发的，是一种聚丙烯 生产新工艺。 • 该工艺流程中没有预聚工序，而是采用一个大的气相流化床反应器生 产均聚物和无规共聚物，再串联一个反应器，可生产抗冲共聚物。采 用Shell公司开发的超高活性催化剂SHAC。流程简单，并省掉了催化 剂钝化、脱灰和脱无规物。 • 该工艺可生产熔融指数为0.1-3000g/10min，等规度高达99%的均聚 物；乙烯含量最高达12%或丁烯含量达21%（摩尔分数）、具有宽容 体流动速率范围（从低于0.1到高于100g/10min）的无规共聚物以及 具有好的刚性和抗冲击平衡性能的各种抗冲共聚物。 • 该工艺简单、直接，投资和运转费用较低，污染小，起火和爆炸危害 极小，易于操作和维修。
（Basell工艺）
燕化20万聚丙烯装置
AMOCO公司BP气相法生产工艺）
（美国
ABB气相搅拌釜式聚丙烯装置
小本体聚丙烯装置
五、聚丙烯装置工艺流程描
• Basell的Spheripol工艺：该工艺是环管液相本体工艺和 气相工艺的组合。由Montedison公司1982年开发成功并 工业化，现归Shall和BASF合并而成的聚烯烃公司Basell 公司所有。
五、聚丙烯装置工艺流程描述3
• Unipol工艺主要包括原料精制、催化剂进料、聚合、 聚合物脱气和尾气回收、造粒及产品储存、包装等 工序。 • 1.单体净化（根据原料的规格设置） • 同Novolen工艺 • 2.催化剂配制 • 将主催化剂配制成矿物油悬浮液，用桶装加入带搅 拌的进料器中，再用催化剂进料泵把催化剂从进料 器注入反应分布板上部注入口。催化剂的进料速度 也就决定了反应速度，并控制了产量。助催化剂从
五、聚丙烯装置工艺流程描述3
• 流化床层的料位高度通过改变产品的出料 频率得到控制。 • 从脱气仓底部排出的处理合格的聚合物送 入挤压造粒系统。脱气设备排出的尾气进 入尾气回收系统。
五、聚丙烯装置工艺流程描述
Unipol工艺流程简图
五、聚丙烯装置工艺流程描述
三种工艺简单对比
工艺名 称
聚合方 法 主催化 剂 催化剂 活性 均聚反
五、聚丙烯装置工艺流程描述3
• 含有活性催化剂的均聚物间断地从第一反 应器送入第二反应，乙烯、丙烯、氢气和 循环单体也连续加入反应器中，在均聚物 的基体上生成乙烯-丙烯共聚物。 • 随着催化剂和原料向反应器内的加入，聚 丙烯不断生成，在流化床内累积，使床层 升高。当床层升到预定的高度时，间歇出 料的产品排放程序自动起动。
五、聚丙烯装置工艺流程描述2
• 3.预聚合 • 第一步，催化剂泥浆与两种助催化剂在预接触罐 D201内混合。 • 第二步，从预接触罐溢流出来的活化催化剂混合 物与一股冷的液态丙烯在在线混合器中混合，并 在小环管反应器R200中作短暂停留，新鲜丙烯补 充进R200，在此反应器中进行预聚合。此反应作 为聚合的最初一步要在低温下进行，通过采用温 和的条件，确保粒子的形态控制。