Unipol聚丙烯工藝L5D98膜料生產應用研究

馬帥

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司 內蒙古 鄂爾多斯 017000

關健詞：聚丙烯 Unipol工藝 給電子體 二甲苯可溶物

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司30萬t/a聚丙烯裝置采用Unipol 氣相流化床工藝，該工藝采用特有的流化床反應器和先進的催化劑技術，該工藝設計簡單、產品質量穩(wěn)定均一、能效高[1]。此次生產應用研究公司使用進口SHAC201催化劑及給電子體ADT5100生產開發(fā)新產品牌號L5D98。L5D98牌號產品為雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜，BOPP薄膜無色、無味、無毒，具有良好的拉伸性能、沖擊性能、透明性和光澤度，是一種理想的包裝材料[2-6]。針對L5D98膜料生產過程開展應用研究，比較并分析主要指標的影響因素，總結操作經驗，為同類工藝聚丙烯裝置的工藝參數調控提供借鑒。

1 試驗部分

1.1 主要試劑及原料

丙烯：純度不小于99.5%，中煤鄂爾多斯能源化工有限公司；H2：純度不小于99.9%，中煤鄂爾多斯能源化工有限公司：SHAC201催化劑及給電子體ADT5100ADT5500：美國GRACE公司；三乙基鋁：諾力昂化學品（嘉興）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗準備

裝置生產L5E89穩(wěn)定運行，產品質量合格，各關鍵設備、儀表運行平穩(wěn)；干凈的給電子體備用罐加入給電子體ADT5100；添加劑秤內加入L5D98添加劑，下料比例設定2.05kg/t。

1.2.2 試驗過程

將反應器H2/C3控制在0.003mol%，粒料熔融指數控制在3.0g/10min；將給ADT5500系統切換至ADT5100，將Al/Si摩爾比由5.2降到4，維持反應器床重、壓力、溫度穩(wěn)定，當等規(guī)度達到98以下，擠壓造粒機組更換L5D98添加劑，切換料倉至L5D98料倉。

1.3.3 生產牌號由拉絲L5E98切換至薄膜L5D98，主要參數對比見表1。

表1 工藝參數表

2 結果和討論

SHAC?201催化劑 ADT5100給電子體（SCA）適用于二甲苯可溶物（ XS ） 含量高于3.0%的薄膜級產品生產操作。

2.1 二甲苯可溶物（XS）影響

二甲苯可溶物（ XS ） 是聚合物的立體選擇性的測量值，對于XS的主要控制手段是Al/SI。

初始生產牌號為L5E89，使用SHACTimes New Roman201催化劑與 ADT5100給電子體，反應器n（T2）：n（SCA）為5.5，牌號切換時SCA由ADT5500切換至ADT5100，切換后SCA進料控制Al/Si設定為4，SCA進料由2.1kg/h提高至3.4kg/h，反應器內SCA濃度逐步增加，XS隨著反應器SCA濃度增加不斷增加。

由于反應器中T2濃度由Al/Ti摩爾比控制，組分維持穩(wěn)定，當反應器內n（T2）：n（SCA）由5.5逐漸接近于4，XS逐漸趨于穩(wěn)定至目標值。試驗結果表明當XS達到目標值5%時需用時13h，累計加入SCA的量為47.38kg，當產品滿足XS指標4%時，累計用時5h，累計加入SCA的量為17.25kg。

XS的理論相應中H2/C3摩爾比和反應器溫度變量對其有影響，但影響的程度較小。其他還有些難以量化的因素也對XS有影響，這些因素包括原材料的純度和T2及給電子體流量的校準誤差等，在實際應用生產中反應溫度及其他因素為恒定影響因素，不進行主要研究，主要就H2/C3與Al/Si對XS影響進行研究。

生產實踐表明：一是在不考慮給電子體對產率的影響外，可以通過增加給電子體初始進料來降低切換時間，降低過渡料；二是XS的影響因素見表2。

表2 XS的影響因素

2.2 熔融指數（MI）影響

熔體流動指數是熔體黏度和樹脂分子量的一個計量值。熔體黏度和分子量下降，則MI增加。熔體流動指數主要通過H2/C3摩爾比控制。其他變量，Al/SI摩爾比也對分子量產生影響，對MI影響較大。

牌號切換前L5E89的熔融指數為3g/10min，對應的H2/C3為0.0037，牌號切換后L5D98的熔融指數為3g/10min，對應的H2/C3為0.00285，H2/C3摩爾比降低約23%，見表3。

表3 試驗數據

試驗結果表明：SCA種類由ADT5500切換至ADT5100，SCA種類及反應器中SCA濃度發(fā)生變化，需要通過降低H2/C3維持MI穩(wěn)定。粉料的XS增加，在相同H2濃度下，MI也會增加。

2.3 產率（PR）的影響

為了使用SHAC? 201型催化劑獲得合格的等規(guī)產品，須向反應器加入擇性控制劑SCA。SCA與催化劑和烷基助催化劑發(fā)生化學作用，產生一種更有規(guī)立構的催化劑系統。可以把催化劑系統看作是一個含有兩類部位的體系，等規(guī)立構部位和無規(guī)立構部位。SCA通過選擇性使無規(guī)立構部位中毒而提高等規(guī)立構規(guī)整度。所以體系的總產率也因為因發(fā)生這種中毒而使總活性部位數量減少而降低。所以通常催化劑產率會隨著 XS 的提高而提高。

反應過程影響產率的因素有：

Al/Ti影響。生產期間AL/TI控制指標為45，該指標為定量，牌號切換期間不做調整；

Al/Si影響。上文有詳細描述，該指標為變量，牌號切換時主要調整指標，隨著ADT5100在反應器中濃度的增加催化劑產率會受到影響；

反應溫度影響。生產期間反應溫度控制在69.5℃，該指標為定量，牌號切換期間不做調整；

丙烯分壓影響。生產期間丙烯分壓控制在（2700±30）kPa，該指標為定量，牌號切換期間不做調整；

毒物影響。在生產期間反應器進料指標未發(fā)生變化，該指標可視為為定量；

氫氣影響。極低或高H2/C3摩爾比的條件下，催化劑生產率會下降。

實驗結果表明：隨著反應器SCA濃度逐漸增加，XS增加，實際產率出現下降趨勢，總體產率降低約10.3%，主要原因為SCA中還含有其他組分能夠抑制催化劑活性，其影響程度要高于XS影響程度。

2.4 操作影響

2.4.1 L5E89切換至L5D98

工藝操作方面：現場SCA儲罐切換后，管線內存儲的原有給SCA（ADT5500）量為1kg左右，新加入給電子體20min內進入反應器，Al/Ti由5.2直接降低4，主要發(fā)生變化的參數變化為MI與PR，整個切換過程中催化劑活性變化較為緩慢，MI變化較為緩慢，通過實驗室數據實時修訂APC計算數據，用于MI的連續(xù)監(jiān)控。

粉料產品指標方面：SCA切換后主要通過XS來確定切倉時間，XS檢測方法主要有采用二甲苯檢測法及核磁檢測法，其中二甲苯檢測法需要用時8h，優(yōu)點是數據較為準確，核磁檢測法需要用時4h，但是數據的準確性較二甲苯法差，此次對同一組樣品采用2種方法進行分析，分析數據偏差0.7左右。在反應床層置換達到100%時（約4h），取樣品進行分析，并進行連續(xù)檢測，直至指標高于4。APC中XS在初期切換不具有指導意義，需要使用實驗室XS數據進行修正，修正后可通過APC中計算XS進行連續(xù)監(jiān)控。

粒料產品指標方面：在反應床層置換達到100%時（約4h），再延時2h（脫氣倉存料約2h）在粒料緩沖料斗取樣進行粒料等規(guī)分析，連續(xù)取樣3次，等規(guī)分析采用正庚烷萃取方法測定。同時在SCA切換開始，現場安排人員檢查粒子外觀變化情況，粒子中心“白芯”會略有減弱，粒子透明度略有增強。此次牌號切換時間為8.5h，按照XS達標時間，切換時間可以縮短至7h，上文已有描述。

2.4.2 L5D98切換至L5E89

工藝操作方面：現場SCA儲罐切換后，管線內存儲的原有SCA（ADT5100）量為1kg左右，新加入給電子體20min內進入反應器，Al/Ti由4直接提高5.2，主要發(fā)生變化的參數變化為MI與PR，ADT5500加入10min后催化劑活性增長非常快速，活性增加約為1t/kg，反應產率增加約2t/h，反應負荷較高時，存在一定風險，操作措施：一是牌號從L5D98切換L5E89時負荷控制在100%，二是AL/SI調整需要緩慢進行，1h內調整至目標值；MI變化較為緩慢，通過實驗室數據實時修訂APC計算數據，用于MI的連續(xù)監(jiān)控。

粉料產品指標方面：在反應床層置換達到50%時（約1h），取樣品進行分析，并進行連續(xù)檢測，直至指標低于4。APC中XS在初期切換不具有指導意義，需要使用實驗室XS數據進行修正，修正后可通過APC中計算XS進行連續(xù)監(jiān)控。

粒料產品指標方面：在反應床層置換達到50%時（約1h），再延時2h（脫氣倉存料約2h）在粒料緩沖料斗取樣進行粒料等規(guī)分析，連續(xù)取樣3次，等規(guī)分析采用正庚烷萃取方法測定。此次牌號切換時間為3h，在保證產品質量前提下可以降低至2h，主要原因是L5D98等規(guī)要求較L5E89高。

3 結論

1）在不考慮SCA對催化劑產率影響的前提下可提高初始SCA加注量來縮短切換時間，ADT5100對于XS控制及操作優(yōu)良，產品指標穩(wěn)定，AL/SI降低，XS增加。

2） SCA種類變化及反應器SCA濃度是影響PR的主要因素。

3）控制MI不變，XS增加，H2/C3降低。