聚丙烯生产工艺技术进展思考

2022-09-11

前言

聚丙烯, 又称PP, 是一种价格低廉, 质量轻, 具有很好的加工性的热塑性合成树脂, 在通用的树脂中, 耐热性最好。聚丙烯大约占我国合成树脂总产量的30%, 世界合成树脂的总产量的18%。聚丙烯的化学性能稳定, 它是一种无味, 无毒, 无臭的乳白色的结晶聚合物, 密度小, 绝缘, 韧性比较高, 可以承受较强的冲击, 耐酸碱腐蚀, 在有机溶剂中也有较强的耐受力。由于聚丙烯的这些优点, 目前聚丙烯广泛的应用在建材, 医疗, 包装等领域。

一、聚乙烯生产工艺的进展

自从1957年来开始生产聚丙烯以来, 聚丙烯的生产工艺就再不断改进和发展中。生产工艺的进展主要体现在催化剂的新研发和工艺技术的改进方面。

1.催化剂的新研发

近期国际上开发使用的聚丙烯催化剂有非茂金属活性催化剂, 这种催化剂的生产简单, 产量高, 成产成本也比较低, 因此相信这种催化剂将会使未来研究的重点。我国聚乙烯催化剂的研发工作从20世纪60年代初就开始进行, 北化院是国内聚乙烯催化剂研究的执牛耳者。从络合催化剂到现在的电子供体催化剂, 催化剂正在不断辅助提升着聚乙烯的生产效率。目前, 国内常用的催化剂是电子供体中的ND系列新戊二醇酯催化剂, 这种催化剂高氢敏感, 活性高, 做出的产品机械强度也比较好, 因此已经在很多聚乙烯生产设备中使用。另外, HDC球形高效催化剂, CS催化剂等都有比较广阔的应用前景。

2.生产工艺的提高

聚丙烯现在已经有二十多种生产工艺路线, 根据反应器和反应介质的不同, 可以分为浆液法, 气相法, 液相法, 本体法, 气相法与液相法联合等工艺技术, 各项工艺技术组合穿插, 目前成产聚丙烯的生产工艺有采用几乎都是本体法和气相法相结合的工艺, 这样的生产线成产规模可以达到40×104t/a。

(1) 浆液法

浆液法是最早使用的聚丙烯生产工艺, 基于第一代催化剂设计的工艺流程, 生产过程比较长, 而且复杂, 主要是采用立式搅拌釜反应器, 有脱无规物和脱灰的步骤, 根据采用的溶剂不同, 有不同给的工艺流程, 代表的工艺有Amoco工艺等。浆液法的研究方向主要在新的催化剂的研发, 第二代催化剂电子体Lewis碱帮助省去了催化剂脱灰环节, 而且也减少了无规聚合物。但是由于这种方法投资大, 高能大, 目前新建的聚丙烯生产设备已经不采用浆液法了。

(2) 气相法

气象法的生产聚丙烯的过程中, 丙烯单体是以气相的状态发生聚合反应生成聚丙烯树脂的, 这种工艺流程简单, 而且不需要溶剂, 设备多采用流化床反应器, 生产成本比较低。目前这种方法采用的工艺根据反应器的有多种, 主要有流化床反应器, 代表的有联碳公司的Unipol工艺, 气相立体搅拌床, 代表的有BASF公司的Novolen工艺, 卧式搅拌床反应器, 代表的有智索公司的Ch isso工艺, BP公司的Innovene (BP-Amoco) 工艺。Novolen工艺生产的产品范围广泛, 但是在实际生产过程中物料在聚合釜中的时间难以控制, 因此产品需要后续处理, 解决质量问题。Unipol工艺的成本低, 性能好, 能够生产共聚物, 无归共聚物等, 生产范围不是很广。Chisso工艺流程简单, 能够生产全范围的产品, 但是催化剂需要预作处理, 耗能比较小。BP公司的Innovene (BP-Amoco) 工艺催化剂不需预聚合, 工艺流程短而且通过丙烯气话带走反应热, 能耗小, 生产的产品刚性和抗冲击能力高, 但是乙烯含量不高, 不能得到高抗冲或者超高抗冲牌号产品。Basell公司的Spherizone工艺是目前最先进的气相聚丙烯生产工艺, 采用的反应器与以上几种不同, 是多区循环反应器, 利用MC系列Z-N催化剂生产保持韧性与加工性的高度结晶聚合物, 聚合物的刚性更加均一。但是这种生产工艺存在撤热慢的问题, MZCR下降反应区可能出现堵塞问题。

(3) 本体法

本体法聚丙烯生产的工艺在反应体系里不加入其他溶剂, 将催化剂直接分散加入液相丙烯里, 进行液相本体聚合反应。乙烯和丙烯在流化床反应器中进行气相共聚。在这个过程中均聚反应器有釜式搅拌反应器和环管反应器, 共聚设备需要搅拌式流化床。本体法的代表工艺有Montell公司的Spheripol工艺。这种工艺是现在聚丙烯生产中比较先进可靠的工艺, 成产范围比较广, 而且生产成本比较低, 能够生产全范围产品。

三、我国的聚丙烯工艺技术进展

我国引入了国际上比较先进的聚丙烯生产工艺, 而且不断的进行深入研究和发展。SPG技术是我国石化上海公司提出的丙烯液相本体聚合+卧式釜气相聚合的创新的生产工艺, 后来经过辽河石化公司的发展和研究, 在两千年的时候SPG技术得到重大发展, 建成的聚丙烯生产设备生产规模2×104t/a。通过发展和改善, 这项技术实现了连续化生产, 也弥补了我国在聚丙烯工艺方面的空白, 具有里程碑式的纪念意义。

结语

随着我国经济社会的发展, 在未来的聚丙烯生产工艺研究中, 笔者认为不仅应该生产规模和效率, 也要考虑生产的环保和节约性。比如Unipol工艺在生产过程中基本没有废水产生, 切粒水罐的排水循环利用, Novolen技术的切粒水罐排水也是循环利用基本不外排的, 气相分离器的间断排水比较少, 产生的矿物废油的量与Unipol技术类似。Spheripol工艺虽然耗能小, 生产能力高, 但是生产的废水和矿物废油和前两种方法相比比较多, 切粒水罐的间断排水, 油水分离器的连续排水, 烃分离器的连续排水等这些废水都要进行处理后排放。由此可见, 聚丙烯的生产工艺各有不同, 各有所长, 所以笔者希望我国在发展聚丙烯生产工艺技术时要合理的设计生产工艺, 力求协调的解决生产的效率, 安全和环保等诸多问题。

摘要：本文结合聚丙烯催化剂技术的更新换代, 简单介绍了聚丙烯生产工艺的进展, 主要介绍了不同方法和工艺的特点以及主要技术指标, 介绍了聚丙烯产品的应用领域, 并针对国内聚丙烯技术方面存在的差距提出了发展建议。

关键词：聚丙烯,生产工艺,技术进展