聚丙烯生产装置工艺简介

1 装置简介

1.1 概述

本装置采用意大利HIMONT公司的SPHERIPOL工艺，该工艺采用的聚合反应器为液相环管反应器，用于聚丙烯均聚物的生产。

工艺名称：SPHERIPOL液相本体法

承包商：北京石化工程公司（BPEC）

装置占地面积：3.3公顷

设备总台数：354台

管道总长约：40km

装置年生产能力：7×104t/a PP均聚物本色颗粒

装置年操作时间：7200h

装置h生产能力：9.7吨

装置产品牌号：25种牌号

装置生产线：1条

装置包装线：2条

1.2 装置组成

本装置由下列工艺操作单元组成

100单元：主催化剂、三乙基铝、给电子体和防结垢剂的配制和计量

200单元：催化剂预接触、丙烯预聚合和丙烯聚合

300单元：聚合物的闪蒸脱气和丙烯单体回收

500单元：聚合物的汽蒸和干燥

600单元：排放系统、废油处理和工艺辅助设施

700单元：丙烯精制

800单元：聚合物添加剂的加入和挤出造粒

900单元：聚合物颗粒的掺混、储存、包装和码垛

另外装置还包括丙烯的预精制和消防系统

1.3 工艺简述

从界区来经过预精制的丙烯经丙烯精制单元脱除杂质后进入丙烯储罐，再经丙烯进料泵分别进入预聚合和聚合反应器，氢气由氢压机送入丙烯总管与丙烯混合。配制后的主催化剂、活化剂和给电子体经计量连续加入预聚反应器，少量聚合的聚丙烯包裹着催化剂颗粒随大部分丙烯连续地从预聚反应器进入聚合反应器，反应器内的物料在轴流泵的作用下强制高速循环，进行较均匀的液相本体聚合，聚合热由反应器夹套冷却水带走。流出反应器的淤浆经一蒸汽套管加热后依次进入高低压闪蒸罐，未反应的气态丙烯与聚合物分离后经压缩、冷凝后循环使用。闪蒸后的聚丙烯经过汽蒸脱活和氮气干燥后，加入一定量添加剂，经挤压造粒，产品颗粒掺混后送去包装、码垛和贮存。

1.4 技术特点

1.4.1 海蒙特Spheripol 工艺是无脱灰、无脱无规物、无溶剂工艺

1.4.2 聚合采用FT4S 和GF--2A 两种高立体定向能力催化剂（属第三代高效催化剂），催化剂活

性高（70～100×104gpp/gTi ），聚合物等规度高（典型值＞97％保证值93～97％），用FT4S 催

化剂生产的聚丙烯为较大颗粒；用GF---2A 催化剂生产的聚丙烯为细小颗粒，FT4S 的活性略高于

GF2A ，但GF2A 生产的聚丙烯等规度略高于FT4S 。在聚合温度低于80℃的情况下，催化剂活性、产品等规度与温度成正比。

1.4.3 本工艺采用环管反应器，它与釜式反应器相比有更多的优点：

1.4.3.1 传热系数大，高达2000kcal/m

2.℃.hr

1.4.3.2 单位体积传热面积大，通常为6.5m 2/m 3，聚合热容易由环管反应器夹套冷却水取走。

1.4.3.3 反应器内物料流速快，可达78m/s ，使聚合物混合均匀，催化剂体系分布均匀，撤热能

力强，反应温度能保持均一、稳定，因此能有效地防止爆聚。

1.4.3.4 反应器满管操作，不易粘壁，不需清理内表面，工作周期长；反应器结构简单，材质要

求低，可用低温碳钢制造，环管反应器操作比釜式反应器简单，易于掌握。

1.4.3.5 单位体积产率高，大于400kgPP/m 3.hr

1.4.3.6 单程转化率高，均聚物单程转化率为55～65％。

1.4.3.7 聚合时间短，单环反应器液相聚合约1.5h ，产品牌号转换快、时间短，转换时间只需1.5h

或稍长一些时间。

1.4.3.8 占地少，其操作平台由环管本身支承，不需另外设置。

2 聚合机理及工艺流程简述

2.1 聚合机理

对聚丙烯定向聚合机理的研究表明，丙烯在齐格勒－纳塔催化剂作用下的聚合反应是非均相

配位阴离子聚合反应，采用第三代高效催化剂体系的丙烯聚合反应机理与普通的齐格勒－纳塔催

化剂体系的反应机理相同。第三代高效催化剂体系由主催化剂、三乙基铝和给电子体三部分组成，其中主催化剂提供聚合反应中心，三乙基铝的作用主要是激活TiCl 4而形成聚合反应中心，给电

子体的作用则是屏蔽非定向反应中心，从而保证聚丙烯产品的高等规度。

丙烯的聚合反应机理分为链的引发、链的增长及链的终止，反应式如下：

2.1.1 链引发

[Cat]+—－R ＋CH 2＝CH —→ [Cat]+—CH 2—CH —R (a)

C |H 3 C |

H 3

2.1.2 链增长

[Cat]+—－CH 2—CH —R ＋nCH 2＝CH → [Cat]+—－

CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R (b) C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

2.1.3 链终止

2.1.

3.1 自动终止即单分子链终止：

[Cat]+—－CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R kt → [Cat]+—－

H ＋CH 2＝C —( ( CH 2—CH —) n R (c)

C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

2.1.

3.2 活性中心向单体转移使链终止：

[Cat]+—－CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R ＋CH 2＝CH →[Cat]+—－

CH 3—CH 2＋CH 2＝C —( CH 2—CH —) n R (d) C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

2.1.

3.3 与烷基铝作用而使链终止：

[Cat]+—－CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R ＋AlR 3→[Cat]+—R －

＋R 2Al —CH 2—CH —( C H 2—CH —) n R (e) C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

R 2Al —CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R →R 2AlH ＋CH 2＝C —( CH 2—CH —) n R (f)

C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

2.1.

3.4 活性链与H 2发生链转移反应而使链终止

[Cat]+—－CH 2—CH —( CH 2—CH —) n R ＋H 2→[Cat]+—－

H ＋CH 3—CH —( C H 2—CH —) n R (g) C |H 3 C |H 3 C |H 3 C |

H 3

在聚合过程中，常用氢气来调节聚合物分子量。

2.2 工艺流程简述

2.2.1 100单元：催化剂制备和计量

2.2.1.1 主催化剂

桶装烃油，由齿轮泵P105送入油脂混合罐D105，桶装的烃脂也由P105按比例(油70％，脂30％)

加进D105中。向D105夹套通入蒸汽将D105加热到70℃，用搅拌器A105搅匀并经鼓氮除潮后用泵

P105经过滤器F105送入主催化剂配制罐D106，桶装主催化剂用起吊机Z104提到D106的顶部，连

接卸料管线，接通氮封后，起动振荡器Z102并打开卸料阀，在搅拌器A106搅拌下把主催化剂卸

入D106，在以上操作中D106温度均保持在70℃，使固体主催化剂分散在油/脂混合物中。向D106

夹套内通入冷水，使D106降温至30℃，油脂开始形成浆料，催化剂均匀分散在油脂浆料中，恒

温一段时间后，将D106继续降温至10℃。配制过程中，用真空泵C101抽出催化剂浆料中的微量

湿气及轻烃组分。

配制好的催化剂浆料用N 2压入注射器D108A(B)，当D108A(B)进主催化剂时，D108A(B)内的液

压油就泄压返回液压油缓冲罐D107，D108A 充满主催化剂浆料后即停止充料，D108A 处于备用状

态。若D108A 准备往聚合区送料，则启动计量泵P108A(B)，液压油缓冲罐D107的液压油经过滤器

F107由P108A(B)计量泵计量排至D108A 压缩腔，将D108A 中的催化剂浆料压进预接触罐D201。 D108A 与D108B 互为备用。