液相本体法聚丙烯工艺降低丙烯单耗的控制研究

液相本体法聚丙烯工艺降低丙烯单耗的控制研究

高东北

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摘要：聚丙烯属于一种热塑性合成树脂，广泛应用于汽车、化工、建筑、包装、电气等行业，市场发展前景极为广阔。运用液相本体法生产聚丙烯，具有生产效率高、成本投入小等优势，但也存在受到各类因素影响显著，产品质量不稳定、丙烯单耗高等问题。基于此，本文以液相本体法生产聚丙烯的流程为切入点，分析造成聚丙烯生产过程中丙烯损耗高的影响因素，同时对生产工艺流程进行进一步优化，以期提升聚丙烯生产水平，提高丙烯利用率。

关键词：液相本体法;聚丙烯工艺;降低丙烯单耗;控制研究

引言

聚丙烯（PP）具有来源丰富、价格便宜、加工容易、力学性能好、密度小等优点，是一种综合性能良好的通用塑料，聚丙烯树脂分子式：（C3H6）n，粉料为白色粉末，无结块，合格品允许有微黄色。聚丙烯树脂无毒，密度为0.90 g/ml～0.91 g/ml，是通用塑料中最轻的一种。聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能，使用温度范围-30℃～140℃。同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，几乎不吸水，与绝大多数化学品接触不发生作用。与发烟硫酸、发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用。

珠海裕珑石化有限公司采用我国自主开发的成熟可靠的间歇式液相本体法聚合工艺，使用高效催化剂，新建一套8×104T/a聚丙烯装置，于2009年投产，以催化裂解的液化石油气经气体分离出的自产丙烯以及外购丙烯为原料，在聚合釜中，添加一定的催化剂和活化剂、DDS、氢气的共同引发下发生聚合反应生成聚丙烯粉料。聚丙烯装置主要包括丙烯精制、丙烯聚合、聚丙烯闪蒸置换和丙烯气回收、成品包装等系统。

近五年珠海裕珑石化有限公司聚丙烯装置丙烯单耗情况

液相本体法聚丙烯工艺降低丙烯单耗需要风险控制、工艺优化、丙烯杂质控制、监盘操控，产品质量等多方面综合考虑，以平稳操作，优化措施为出发点。我公司8×104T/a聚丙烯装置主要从以下几方面进行降低丙烯单耗.

一、原料丙烯精制优化

在原料杂质含量较高的情况下，聚丙烯生产质量以及等规度下降，同时因为这些杂质参与到聚合反应链中间，使得催化结构受到严重破坏，影响丙烯聚合反应，因此需严格控制原料丙烯中的杂质含量，以及精制后丙烯除杂效果，紧把丙烯指标关口。我公司聚丙烯装置精制系统由两个固碱塔、一个水解塔、一个脱硫塔、两个氧化铝干燥塔、一个脱砷塔、两个分子筛塔、两个脱氧塔组成，精制塔有两组的，两组精制可串联使用，亦可一组精制，一组备用或再生。氧化铝干燥塔、分子筛干燥塔和脱氧塔均可再生，当吸附杂质饱和时需再生。再生时，引聚合釜釜压利用气相丙烯将精制塔内液相丙烯压回原料丙烯罐，然后利用压缩机系统回收塔内气相丙烯，气相回收完毕后，将塔内余压放空后用氮气置换，使尾气中丙烯含量小于1.0%。达到再生条件。

1.1丙烯原料精制前后工艺指标

原料丙烯精制后（见上表1.1），化验丙烯各杂质是否在控制指标范围内，若不合格开启循环精制，直到精制合格，改进精丙烯储罐，用丙烯泵通过丙烯批量控制器投入聚合釜，若来料丙烯不合格，可用原料丙烯泵送回罐区。丙烯原料的投料量能决定整个聚合反应中物质含量的配比，基于聚丙烯生产装置运行的相关标准正确投料，精准把控投料量，可避免反应中出现紊乱的问题，在生产过程中，一定要加强对质量流量计的检验，以定期校验的方式来加强质量流量计的维护保养[1]。

二、降低单釜丙烯损失

在装置聚合釜高压回收主线技改前，聚合反应釜未反应完全的气相丙烯，只利用冷凝器冷凝方法回收，冷凝器采用循环水作为冷却介质，聚合釜内丙烯气压力由3.5±0.1MPa回收到1.5～1.7MPa，然后利用聚合釜内余压向闪蒸釜喷料，当丙烯尾气喷至闪蒸釜后，经过压缩机将喷入闪蒸釜的丙烯气进行回收，回收完毕后用氮气进行置换排放，增加丙烯单耗和生产成本，同时还会污染了环境。为了进一步提高聚丙烯生产转化率，降低丙烯损耗，达到节能减排、增效收益的目的，通过在聚合釜高压回收总管线及过滤器之间增设一台仪表气动阀，这样就可以在聚合釜高压丙烯回收结束，聚合釜完成向闪蒸釜喷料后保留较高余压，通过新加气动阀的联动控制，将余压较高聚合釜的丙烯气串至余压较低的聚合釜。这样操作可以减少聚合釜进入闪蒸釜的丙烯气量，减短丙烯气压缩机的投用时间，同时串至低压釜的丙烯气可以参加下一釜的投料生产，从而大大提高了丙烯的利用率。

聚合反应釜高压回收主线技改后，聚合釜串压后压力为1.1Mpa-1.3Mpa，出料后余压为0.5Mpa-0.6Mpa，进入闪蒸釜的丙烯气就减少为以前的二分之一，丙烯的排放损失就可以减少一半左右。同时大大减少了闪蒸的放料次数，压缩机启动时间缩短了近三分之一的时间，每釜大约减少运转时间5分钟左右，降低了一定的设备损耗。

三、选择适当的聚合催化剂

随着聚丙烯生产技术的快速发展，催化剂的更新换代速度不断加快，具有更高活性的催化剂被广泛使用在液相本体化生产过程中。为从根本上控制催化剂对聚丙烯生产质量造成的不利影响，我公司采用辽宁营口向阳科化生产的CS-1丙烯高效催化剂,催化剂钛（Ti）的质量分数1.8%-3.8%,镁的质量分数15%-20%，酯的质量分数6%-15%，催化效率≧35KgPP/gcat,聚合物表观密度≧0.44g/cm3,聚合物等规指数≧97%，聚合物细分（80目）质量分数≦0.8，以AlEt3为活化剂，以DDS（二苯基二甲氧基硅烷）为给电子体，在保证产品质量的前提下可以有效降低催化剂单耗，提升转化率，从聚合反应情况看，链引发和链增长阶段均易操控。

四、聚合釜投料过程中的丙烯回收

在聚合反应釜投料过程中，催化剂料斗需进行泄压操作方可完成各物料的投入，泄压操作导致丙烯放空外排，从而造成了丙烯的损耗。通过在聚合釜催化剂料斗上加装管径为DN20的回收管线连接到旋风分离器与圆布袋除尘器之间，增设丙烯回收工艺流程的项目技改后，可将放空的丙烯引至丙烯气柜进行收集，然后通过压缩冷凝工艺进行回收利用，达到了很好的效果。

                        项目技改后如上图所示

五、采用溴化锂制冷技术

    使用间歇液相本体法生产聚丙烯的过程中采用溴化锂制冷技术，可以起到回收精丙烯和粗丙烯的效果，也能够为循环水系统提供冷冻水，节省循环水场风机的使用，实际生产证明采用溴化锂制冷技术可以有效降低丙烯单耗，提高聚合釜的撤热能力，节约新鲜水，提供水循环以及为催化剂的高效使用等创造条件。

六、低压回收采用膜回收技术

    膜分离的主要原理是不同物质相对膜的传递速率不同，目前工业生产中膜分离主要有两种方式，一是多孔膜微孔扩散，二是无孔膜的溶解扩散。在聚合反应结束后，聚合釜向闪蒸釜喷料，在低压回收中采用膜回收，利用氮气和丙烯气在膜中的溶解扩散性能存在很大差异性原理，丙烯气与氮气相比，丙烯气更容易被膜通过吸附渗透进行分离，氮气排至低瓦系统，丙烯气回收至低压回收罐内进行回收再用。

结语

聚丙烯在现代工业生产中原材料丰富并且经济效益好，因此在工业生产中得以广泛的应用，市场前景大。因此，本文结合实际分析了在生产聚丙烯过程中需要改进的一些技术措施，笔者认为在生产过程中要从原料丙烯精制优化，降低单釜丙烯损失，选择适当的聚合催化剂，聚合釜投料过程中的丙烯回收，采用溴化锂制冷技术以及膜回收技术等方面入手，从而起到降低丙烯单耗的目的，进一步促进聚丙烯在现代化工业生产中的广泛应用。

参考文献

[1]王宇超,刘海成.宽分子量分布聚丙烯专用料在液相本体法的开发[J].石化技术,2020,27(06):23-25.

[2]谢举文.间歇式液相本体法闪蒸釜手动操作改为自动操作的应用[J].辽宁化工，2019,48(06):563~565.

[3]孙志明，李开贵，宿相泽，李宏冰.聚丙烯装置产生细粉的影响形成原因及改善措施[J].当代化工，2019,48(09):2098~2101.

[4]寇宇新.液相本体法聚丙烯环管工艺中丙烯回收系统改造[D].西北大学，2014.

［5］段晓芳，夏先知，高明智.聚丙烯催化剂的开发进展和展望［J］.石油化工，2010，39(8):834－843.