10万吨聚丙烯装置概况

10万吨聚丙烯装置概况

1.1 装置简介

宁夏石化公司10万吨/年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10万吨/年聚丙烯，年操作时间8000小时，可生产均聚物37个牌号。该项目的技术由中国寰球工程公司提供，操作弹性60%-110%。

1.1.1 工艺特点

本装置采用国产化双环管工艺技术，向B ASELL 购买专利许可。它与单环管工艺技术相比较，有了较大的改进与提高。该工艺采用第四代催化剂体系，通过应用双环管结构的聚合反应器，可生产一些新牌号的产品。提高预聚合和聚合反应器的设计压力等级，使新牌号的产品性能更好，老牌号的产品性能得以改进，也更利于对聚合物形态、等规度和分子量的控制。

（1）催化剂

ZN-GF2A：适用于生产均聚、无规共聚产品

ZN-M1：适用于生产均聚物、无规共聚物和三元共聚

物特殊催化剂：适用于高刚性均聚产品

国产N型、CS-1 型、CS-2 型催化剂

（2）双环管工艺特点

－使用第四代催化剂体系，可生产双峰聚丙烯和高刚性、高结晶性、高净度的产品。

－提高预聚合和聚合反应的压力等级，可以使环管反应器中的氢气含量增高，扩大了MFR 的范围，提高了产品强度，改善产品性能。

－以双环管反应器构型为基础，可以生产宽分子量分布的“双峰”产品。也可以生产窄分子量分布的产品，利用环管反应器和液相本体聚合，可使传热控制得更好，反应更均匀。如果将来使用茂金属催化剂，也不需要对现有装置做重大改造。

－停留时间减少，更好地利用了反应体积。

－改进了聚合物的高压和低压脱气、汽蒸、干燥系统和事故排放单元；提高了效率和操作灵活性。

－环管反应器结构简单，材质可用低温碳钢。带夹套的反应器直腿部分可作为反应器框架的支柱，降低了投资。采用冷却夹套撤出反应热，单位体积的传热面积大，环管反应器

的总体传热系数高达1600w/m2•℃。环管反应器内的聚合物浆液用轴流泵高速循环，流体流速达7m/s，使聚合物浆液混合均匀，催化剂体系分布均匀，聚合反应条件容易控制而且可以控制得很精确，产品质量均一，不容易产生热点，不容易粘壁，轴流泵的能耗较低。

采用DCS、SIS、PLC控制系统，设置有可燃气体、火焰探测设施，生产安全可靠。1.1.2生产能力、产品方案和操作弹性

（1）设计能力和操作时间

①聚合

生产能力：10万吨/年聚丙烯按均聚物MFR＞0.7g/10min考虑

反应器台数：3台（1台预聚合反应器, 2台串联的环管反应器。）

年操作时间：8000小时

产量：12.5t/h

②挤压造粒：一条生产线

设计能力：12.5t/h 0.2≤MFR≤0.4(MFR 在230℃和21.6 N 条件下)

设计能力：14t/h 0.4

设计能力：16t/h MFR≥1(MFR 在230℃和21.6 N 条件下)

③包装码垛

包装和码垛能力：1000 袋/小时·线，每袋25kg

包装和码垛线： 2 线

每周操作：7 天

每班：8 小时(包装时间)，每天：2 班

产品形状：粒料

（2）产品方案

产品类型：丙烯均聚物

产品牌号：共37 个（其中包括3个高刚性）

其中：挤出热成型： 6

注塑成型：13

BOPP 膜：5

流延膜和管式膜：2

纤维：11

（3）催化剂

主催化剂（固体）：ZN-GF2A：适用于生产均聚、无规共聚产品

ZN-MI（Basell，进口）：适用于生产均聚物、无规共聚物和三元

共聚物

N或DJD、CS、系列(国产)

特殊催化剂：适用于高刚性均聚产品

助催化剂1：给电子体（Donor C）

给电子体（Donor D）（用于高刚性产品）

助催化剂2：三乙基铝（TEAL）

（4）装置操作弹性

从单体净化单元到干燥单元的操作弹性范围：60-110%

反应器操作压力：3.4MPa(g)、4.5MPa(g)两种工况

1.2 工艺原理

1954年意大利Natta教授在德国Ziegler教授研究的基础上用改进的Z-N催化剂成功合成高等规度聚丙烯产品。

1957年Montecatini 公司在意大利Ferrara建成世界上第一套聚丙烯生产装置，使得聚丙烯实现工业化生产。该装置采用Mopen间歇浆液法生产工艺，生产能力为6kt/a 。采用常规催化剂（TiCl3-AlEt2Cl），活性、立体选择性较低，等规度只有90%左右，需要脱灰、脱无规物。

丙烯聚合机理非常复杂，目前没有完全弄清楚，普遍认为丙烯聚合属于配位阴离子聚合范畴，一般大致划分为四个基本阶段：活化反应，形成活性中心；链引发；链增长及链终止。丙烯聚合反应速率：

RP=Kp[C*][M]

RP 为反应速率；Kp为聚合反应速率常数；[C*]为活性中心浓度；[M]为丙烯单体浓度。RP与Kp、[C*]、[M] 成正比。RP 随时间变化，先增加后衰减，最终达到稳态。

第一代丙烯定向聚合的Z-N 催化剂由主催化剂δ-TiCl3 （含有0.33的AlCl3）助催化剂AlEt2Cl或AlEt3组成，催化剂活性及产品等规度较低，聚合产品需要脱灰及脱无规物，聚合工艺后处理流程较长。

七十年代初在第一代催化剂的基础上引入给电子体（路易斯碱），成功开发了第二代催化剂。虽然催化剂的活性得到了大幅度的提高，但是此类催化剂中大部分的钛盐仍然是非活性的，它们会以残渣的形式残留在聚合物中，因此仍需要脱灰及脱无规物，故采用此类催化剂的聚合工艺仍需要有后处理系统。在我国与此催化剂类型相同的催化剂称之为络合催化剂。

六十年代开始研究将钛化合物载负在高比表面的载体上以提高催化剂效率的方法，研究发现载体氯化镁的活化是一个关键，必须采用经过活化的活性氯化镁作为载体才有可能获得高活性的催化剂；加入适当的给电子体化合物可以提高催化剂的定向能力。这个催化剂体系可以简单地表示为：

MgCl2·TiCl4·PhCOOEt-AlEt3·CH3PhCOOEt