淺析氣相流化床UNIPOL聚丙烯生產(chǎn)工藝

謝宇梟

【摘要】某化工廠聚丙烯新建裝置中聚丙烯工藝引進美國陶氏化學(xué)公司（The Dow Chemical Company）的Unipol氣相法聚丙烯聚合技術(shù)：Unipol聚丙烯工藝技術(shù)是當今最先進的聚丙烯工藝技術(shù)之一，具有簡單、靈活、經(jīng)濟、安全等顯著特點；該工藝由陶氏（DOW）化學(xué)公司提供工藝包。該工廠聚丙烯工藝為首次引進，裝置規(guī)模也居國內(nèi)領(lǐng)先地位。

【關(guān)鍵詞】Unipol、氣相流化床、聚丙烯、Dow、工藝

【中圖分類號】TQ325，14 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0244-01

前言

自20世紀60年代開始，氣相法聚丙烯生產(chǎn)工藝得到研發(fā)與應(yīng)用，80年代初期，氣相流化床Unipo]開始應(yīng)用于聚丙烯生產(chǎn)工藝，首次推出了Unipo]氣相聚丙烯工藝，目前氣相法生產(chǎn)聚丙烯的工藝主要有Chisso工藝、Innovene工藝、Novolen工藝、Unipol工藝以及Sumitomo工藝等。

一、Unipol聚丙烯工藝的現(xiàn)狀

Unipol聚丙烯工藝是世界公認的可靠工藝，可以用業(yè)內(nèi)最低的投資和運行成本生產(chǎn)出領(lǐng)先市場的優(yōu)質(zhì)均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物產(chǎn)品。采用Unipol聚丙烯工藝的工廠在20多年里保持著良好的運行記錄。分布在6大洲、16個國家的近40條生產(chǎn)線的總年產(chǎn)能超過6百萬噸。很多客戶的Unipol聚丙烯工藝生產(chǎn)線規(guī)模不斷擴展，隨著業(yè)務(wù)的增長而增加新的反應(yīng)生產(chǎn)線。氣相反應(yīng)器的靈活性和SHAC催化劑系統(tǒng)的高性能使Unipol聚丙烯工藝能夠生產(chǎn)出滿足各主要最終用途、業(yè)界種類最全的產(chǎn)品系列。

二、氣相流化床Unipol聚丙烯工藝分析

化學(xué)聚丙烯工藝流程主要包括原料凈化供給、聚合反應(yīng)、樹脂脫氣、尾氣回收、造粒、風送和包裝等工序。Unipol工藝最早是聯(lián)碳公司和殼牌公司在20世紀80年代中期聯(lián)合開發(fā)的一種氣相流化床PP工藝，是將應(yīng)用在聚乙烯生產(chǎn)中的流化床工藝移植到PP生產(chǎn)中的工藝。該工藝采用高效催化劑體系，主催化劑為高效載體催化劑，助催化劑為三乙基鋁和給電子體。具有簡單、靈活、經(jīng)濟和安全等特點，只需要用一臺沸騰床主反應(yīng)器就可生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物產(chǎn)品，可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)操作條件而使產(chǎn)品性能保持均一。

該工藝另外一個顯著特點是可以配合超冷凝態(tài)操作，即所謂的超冷凝態(tài)氣相流化床工藝（SCM）。由于超冷凝操作能夠最有效地移走反應(yīng)熱，能使反應(yīng)器在體積不增加的情況下提高很大的生產(chǎn)能力，如通過將反應(yīng)器內(nèi)液相的比例提高到45%，可使現(xiàn)有的生產(chǎn)能力提高200%，這對于節(jié)省投資具有十分重要的意義。另外，該工藝路線較短，對材質(zhì)沒有特殊要求，主反應(yīng)器及其下游設(shè)備都為普通的碳鋼（除擠壓造粒單元外），管材65%以上采用普通碳鋼，再加上其占地面積少，裝置生產(chǎn)潛力很大，產(chǎn)品成本低，性能好，因而具有較強的競爭力。該工藝只用較少的設(shè)備就能生產(chǎn)出包括均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物在內(nèi)的全范圍產(chǎn)品，而且只用一臺沸騰床主反應(yīng)器就可生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物；可在較大操作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)操作條件而使產(chǎn)品性能保持均一；由于該工藝的設(shè)備數(shù)量較少而使維修工作量較小，裝置的可靠性提高。

由于流化床反應(yīng)動力學(xué)本身的限制，加上操作壓力低使系統(tǒng)中物料的儲量減小，使得該工藝比其它工藝操作安全，不存在事故失控時設(shè)備超壓的危險。此工藝沒有液體廢料排出，排放到大氣的烴類也很少，因此對環(huán)境的影響非常小，與其它工藝相比，更容易達到環(huán)保、健康和安全的各種嚴格規(guī)范。Unipol工藝采用SHAC系列催化劑，該催化劑無需預(yù)處理或預(yù)聚合，而且使用同一種催化劑可以生產(chǎn)任何種類的PP產(chǎn)品。Unipo]聚丙烯工藝采用兩臺串聯(lián)反應(yīng)器系統(tǒng)生產(chǎn)的抗沖共聚產(chǎn)品的MFR分子量分布很寬。商業(yè)化均聚物產(chǎn)品的MFR為0.5-45g/10min，可以生產(chǎn)MFR高達100g/10min的產(chǎn)品；對于無規(guī)共聚產(chǎn)品，工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品牌號中乙烯含量在0.5%-5.5%（質(zhì)量分數(shù)），最高乙烯含量為7%（質(zhì)量分數(shù)），中試裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品乙烯含量可以達到12%（質(zhì)量分數(shù)）；商業(yè)化生產(chǎn)的抗沖擊共聚物乙烯含量最高達21%（橡膠相含量為35%），中試裝置可生產(chǎn)高達含60%（質(zhì)量分數(shù)）橡膠相的產(chǎn)品。Unipol工藝的抗沖共聚物產(chǎn)品也有很好的抗沖擊性和剛性的平衡。

三、陶氏化學(xué)公司（The Dow Chemical Company）的Unipol工藝特點和優(yōu)勢

Unipol聚丙烯裝置由下列工藝單元組成：原料供給和精制、丙烯精制、反應(yīng)、樹脂脫氣、馳放氣回收、添加劑系統(tǒng)、造粒。

DOW化學(xué)公司的Unipol聚丙烯生產(chǎn)工藝采用氣相流化床反應(yīng)器技術(shù)生產(chǎn)聚丙烯產(chǎn)品，裝置工藝技術(shù)特點如下：（1）用一臺反應(yīng)器生產(chǎn)均聚和無規(guī)共聚產(chǎn)品，串連第二臺反應(yīng)器可生產(chǎn)抗沖共聚產(chǎn)品。（2）氣相流化床工藝簡單、經(jīng)濟，具有高的可靠性、操作彈性、安全性及環(huán)境友好性。（3）該工藝只用較少的設(shè)備就能生產(chǎn)出包括均聚、無規(guī)共聚和抗沖共聚物在內(nèi)的全范圍產(chǎn)品；工藝操作靈活，調(diào)節(jié)范圍大；由于反應(yīng)器具有良好的返混特性，使得產(chǎn)品的性能保持均一；因為裝置設(shè)備較簡單且數(shù)量少而使維護維修工作量小，可靠性提高。（4）Unipol工藝可生產(chǎn)乙烯或橡膠體含量高的抗沖共聚產(chǎn)品而不需要降低產(chǎn)率或擔心結(jié)垢。（5）由于流化床反應(yīng)動力學(xué)本身的限制，加上操作壓力低使系統(tǒng)中物料的貯量減小，使得該工藝比其它工藝操作安全，不存在事故失控時設(shè)備超壓的危險。此工藝沒有液體廢料排出，排放到大氣的烴類也很少，因此對環(huán)境的影響非常小，與其它工藝相比，該工藝更容易達到環(huán)保、健康和安全的各種嚴格規(guī)范要求。（6）原料丙烯或乙烯的消耗定額比其他工藝路線相對較低，原料消耗的典型值為均聚1，003t單體，t聚丙烯，無規(guī)共聚1，006t單體/t聚丙烯，抗沖共聚1，007 t單體/t聚丙烯。該工藝可生產(chǎn)聚丙烯產(chǎn)品，其中包括均聚產(chǎn)品、無規(guī)共聚產(chǎn)品和抗沖共聚牌號產(chǎn)品，應(yīng)用范圍覆蓋了薄膜、纖維、管板材、注塑料、擠出和熱成型的各個應(yīng)用領(lǐng)域，完全滿足國內(nèi)市場對丙烯通用料和各種專用料的需求。

Unipol工藝的優(yōu)勢：（1）世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的氣相法工藝，運行經(jīng)驗豐富。（2）采用最為簡單的立式氣相流化床反應(yīng)器，材質(zhì)為普通碳鋼，且無運動部件如攪拌器或刮料器等；反應(yīng)器易于放大，單線能力最大已可達65萬t/a（需配備2臺擠壓造粒機）。（3）配合超冷凝態(tài)操作可使反應(yīng)器在體積不增加的情況下大幅提高生產(chǎn)能力，有效節(jié)省投資。（4）采用SHAC系列高效催化劑，催化劑無需預(yù)處理或預(yù)聚合，且使用同一種催化劑即可生產(chǎn)所有牌號的產(chǎn)品。（5）產(chǎn)品牌號眾多，性能良好，其先進產(chǎn)品如低溫高抗沖反應(yīng)器級TPO、高速電鍍BOPP、高速紡粘無紡布等均處于市場領(lǐng)先地位。（6）采用垂直式的脫氣和擠壓造粒系統(tǒng)，布局更加緊湊。（7）無需中間儲存和輸送，通過脫氣倉可提供產(chǎn)品緩沖功能。（8）選用陶氏化學(xué)公司專門針對Univol聚丙烯工藝裝置開發(fā)的UNIPAC工藝控制系統(tǒng)，能提供更好的生產(chǎn)控制性能。

結(jié)束語

近年來隨著聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓，我國聚丙烯生產(chǎn)和消費規(guī)模均以較快速度發(fā)展。加快技術(shù)開發(fā)，增強自主創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展能力。一方面要繼續(xù)加快聚丙烯生產(chǎn)工藝特別是氣相法聚丙烯工藝的研究開發(fā)；另一方面要加快新型催化劑的研究開發(fā)。此外，聚丙烯產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)充分結(jié)合下游用戶需求，開展有針對性的特性產(chǎn)品開發(fā)工作，提高產(chǎn)品附加值。