聚丙烯生产中等规度的控制分析

聚丙烯生产中等规指数的控制分析

杨涛丁建莉宗林

聚丙烯车间

玉门油田炼化总厂聚丙烯装置初始设计能力为5000吨/年，经过2005年装置扩容改造后，生产能力达到了4万吨/年。聚丙烯装置采用间歇式液相本体法聚合工艺，该工艺具备工艺流程简单、设备少、见效快的显著特点，但同时也存在产品质量波动大的的缺点。因此在聚丙烯车间生产中产品质量控制始终占据着至关重要的地位。产品质量的好坏不但影响产品的加工应用，而且还会影响聚丙烯生产本身能否正常进行以及原料动力消耗、生产成本等其他技术经济指标。聚丙烯产品等规度是聚丙烯牌号等级划分的关键指标，也是聚丙烯产品最重要的质量指标之一。产品等规度的高低及其控制水平直接反映出聚丙烯的生产技术水平。近年来聚丙烯车间通过对工艺、设备的优化改造，在聚丙烯产品质量控制方面取得的一定成绩。本文通过对聚丙烯产品等规度影响因素的分析，结合我装置生产的实际情况，对现阶段我装置控制产品等规度所采取的措施进行简述。

1 生产现状分析

我厂聚丙烯产品将于2014年1月1日开始采用聚丙烯产品质量新标准（SHT_1761.1-2008），该标准对产品质量的要求见表1。

表1 聚丙烯产品质量指标要求

注：以下是聚丙烯车间2013年10月聚丙烯产品全分析数据。

表2 2013年10月产品质量

从表1、表2中可以看出聚丙烯车间在10月份生产中较好的控制了聚丙烯产品的等规度，产品等规度合格率为100%。近年来聚丙烯车间在生产过程中，根据实际情况找出影响产品等规度的主要原因，采取相应的措施，以满足产品等规度的要求，保障产品质量。采取的具体措施有以下几个方面：

2 采用高效催化剂体系

目前，聚丙烯车间生产采用DJD-Z型高效催化剂。DJD-Z型丙烯聚合高效催化剂，以三乙基铝为助催化剂、DDS为外给电子体组成的催化剂体系，具有高活性、高表观密度、高等规度（可调）、氢调性能良好，以及粒度分布、流动性较好等特点。

表3 DJD-Z型催化剂性质

催化剂在丙烯聚合反应时的加入量，既对聚合反应速度产生影响，同时也影响着聚丙烯产品的等规度。在实际生产中，一定范围内，四氯化钛在丙烯中浓度越高，产品等规度也越高，当催化剂的活性因某种原因下降时可适当提高催化剂的加入量。目前本车间采用的DJD-Z 型高效催化剂其定向能力高，产品等规度可达96～99%，但是在生产中其它因素如：活化剂、原料丙烯质量、工艺条件的影响，也会使催化剂的定向能力得不到发挥。因此在操作中根据实际情况适当调节催化剂的加入量，当原料质量较好时，适当催化剂的加入；但是当原料杂质超标，就要适时提高催化剂的加入量以保证反应的平稳进行，于此同时还应该综合考虑灰分、氯含量等指标。

3 优化三剂加入量

（1）DJD-Z型催化剂的主催化剂为TiCl4，活化剂三乙基铝为助催化剂，活化剂是将主催化剂上的TiCl4还原成具有催化活性的TiCl3。一般情况下Al/Ti控制在一定范围内，当活化剂加入量过少时对产品等规度有明显影响，严重时可能降低至90%以下，因此生产中根据原料的情况，适当增加或减少活化剂，一定要保证加入足够量的活化剂，以保证产品等规度。

（2）DDS作用是外给电子体与主催化剂中的脂类内给电子体匹配，以达到提高催化剂定向能力的目的。所以DDS在一定范围内提高加入量，有利于聚丙烯产品等规度的提高。

目前我装置生产中三剂加入量，平稳生产时每釜加入量如下：催化剂：55克/釜；活化剂：450ml/釜；DDS：140ml/釜。如果前一釜聚合反应较弱时，适当增加三剂的用量，确保聚合反应平稳进行。

4 减少丙烯原料中杂质

原料丙烯中杂质含量不但影响催化剂的实际效率，而且也会影响催化剂的定向能力，从而影响产品的等规度。这是因为原料丙烯中的杂质碳-2、丙烷、空气、甲烷在反应中参加聚合到链中间去,破坏催化剂体系的定向能力,使产品的等规结构发生变化。为了更好地消除精丙烯中杂质对产品质量的影响，在本次大检修过程中车间实施了丙烯精制大循环工艺。该流程主要是将丙烯投料循环流程和精制塔进口流程贯通，可以实现精丙烯罐内物料再循环精制。当精丙烯原料不合格时，打开丙烯循环精制流程，关闭或关小循环进精丙烯罐阀门，通过精制系统循环精制，从而保证精丙烯原料合格。

表4 聚丙烯装置原料质量

5 消除工艺条件对聚丙烯产品等规度的影响

5.1 消除聚合温度的影响

聚合反应受温度的影响较大，由于丙烯的气液临界温度为91.9℃，反应温度不宜过高。反应温度过高，丙烯气相浓度增大，不利于转化率的提高。同时，反应不易控制，往往会造成爆聚，造成产品质量不合格。但是温度过低，会造成产品的等规度偏低，甚至会发粘。

实验在Al/Ti=1000（mol/mol）、Al/Si=8（mol/mol）、聚合时间为2h的聚合条件下，

图2 催化剂活性和等规度在不同温度条件下的变化趋势图

由图2可知，聚合温度由45～60℃，聚合物的等规度逐渐上升，60～80℃聚合物的等规度保持不变；催化剂活性由45～75℃迅速上升到最大，75～80℃活性基本不变。随着反应温度的提高，催化剂的活性增加，催化剂的定向性提高，聚合物的等规度也随之提高。因此综合质量、安全等各方面因素，我车间生产中反应温度基本控制在76-80℃；为防止塑化结块，最高温度不得超过90℃。

5.2 消除加氢量的影响

在聚合反应中，氢气起活性链的转移作用，可用作分子量的调节剂。随着氢气量的加大，聚丙烯的分子量相应的变小，熔融指数增大。同时氢气的加入量也对反应活性有着较为明显的影响。

实验在Al/Ti=1000（mol/mol）、Al/Si=8（mol/mol）、聚合时间为2h、聚合温度为80℃的聚合条件下，氢气加入量与催化剂活性及产品质量之间的关系如表4（氢气加入量用加氢前后釜压变化值来衡量）。

表4 氢调工作对催化剂活性及产品质量影响关系表

从表4可知，在加氢调节聚合物分子量和熔体流动速率时，随着加氢量的增加，产品熔体流动速率增高，同时产品等规度下降，催化剂的定向能力受加氢量的影响有所下降。

上述所说的加氢量的影响，实质上应该是氢调效果的影响。因此,在提高熔融指数的同时,也应该考虑对产品等规度的影响；在生产中，必须熟练掌握各变化因素的影响规律，根据市场需求生产不同牌号的产品。

6 结束语

聚丙烯车间通过全体员工的努力，对聚丙烯质量控制采取的一系列措施，使产品质量持续提高，产品的等规度得到控制，可以根据市场需求生产适销对路牌号的产品，创造了良好和经济效益，为实现总厂“聚丙烯效益化”奠定了坚实的基础。