間歇式聚合釜--聚丙烯生產(chǎn)裝置

更新時(shí)間：2010-11-17

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1、液相小本體法聚丙烯生產(chǎn)裝置，是我國在一定的歷史條件下研究開發(fā)出來的，它的特點(diǎn)是聚合釜體積小，間歇操作，丙烯單耗、能耗較高，與大型裝置相比，產(chǎn)品成本高，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，效益很低。因此就小本體聚丙烯生產(chǎn)廠來說，只有降低單耗、能耗，穩(wěn)定生產(chǎn)，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，才能提高企業(yè)的競爭力。本文就如何控制和提高產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行探討。聚丙烯粉料的分析項(xiàng)目有以下七種：①熔融指數(shù)，②等規(guī)度，③灰分，④氯含量，⑤揮發(fā)分，⑥表觀密度，⑦拉伸屈服強(qiáng)度。 2 熔融指數(shù)的控制熔融指數(shù)（MI）是PP牌號(hào)的關(guān)鍵指標(biāo)，它決定了產(chǎn)品的不同用途。MI是熱塑性塑料在一定的溫度壓力下，熔體在10min內(nèi)流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)孔徑的質(zhì)量，單位g/10min。MI越大，粉料的分子量越小，所以熔融指數(shù)的大小反映了產(chǎn)品的分子量的大小。MI的控制主要靠氫氣的加入量來控制調(diào)節(jié)。 H2/丙烯質(zhì)量比的大小，決定MI的大小，其比值越大，MI越大，反之則越小，因此影響MI的主要因素有以下幾種：（1）催化劑本身的氫調(diào)性能；（2）操作參數(shù)的影響；（3）加氫準(zhǔn)確性的影響；（4）丙烯加入準(zhǔn)確性的影響；（5）聚合釜軸封密封和系統(tǒng)密封的影響；（6）聚合釜撤熱效果的影響等，本裝置采取以下措施來控制和提高熔融指數(shù)的合格率。 2.1 催化劑的性能對(duì)MI的控制我廠選用CS-1催化劑，其活性達(dá)2-33萬gPP/gcat，它的氫氣調(diào)節(jié)能力好，可以生產(chǎn)MI為30以上的聚丙烯粉料，比以往的絡(luò)合Ⅱ催化劑體系MI好控制，絡(luò)合Ⅱ催化劑不能生產(chǎn)高融料。 2.2 操作參數(shù)對(duì)MI的控制（1）加氫量的大小 H2/丙烯質(zhì)量比為0.00002-0.0002，根據(jù)生產(chǎn)不同牌號(hào)的PP，氫氣量在此范圍內(nèi)調(diào)整。當(dāng)生產(chǎn)不穩(wěn)放空丙烯時(shí)，要酌情補(bǔ)加氫氣。（2）三劑加入量的大小平穩(wěn)生產(chǎn)時(shí)每釜（12m3）加入量如下。催化劑：40-70g；活化劑：0.4-1.0L； DDS：170-200mL。根據(jù)原料情況適當(dāng)增減三劑的用量，使之平穩(wěn)生產(chǎn)。（3）聚合釜升溫、恒溫的控制在操作中平穩(wěn)控制，避免給水較晚，難控制，被迫回收丙烯，從而使氫氣被回收掉，影響MI的合格率。投完料后，升溫不宜太快，應(yīng)保持在50-60min內(nèi)，太快，反應(yīng)劇烈，產(chǎn)品顆粒形態(tài)不好；太慢，直接影響生產(chǎn)效率。應(yīng)在升溫初期快升，約用15-20min，將體系升至50℃左右，開始反應(yīng)，當(dāng)給聚合釜升溫至65-70℃，釜壓達(dá)到2.3-2.4MPa時(shí)，停熱水，切換成冷水觀察釜壓上升速度，漸開冷水調(diào)節(jié)閥至全開，控制升溫速度，使在40-50min達(dá)到恒壓參數(shù)，壓力為3.5±0.2MPa，這樣反應(yīng)能放熱平穩(wěn)，易于后期操作。在控制過程中如果給冷水太晚，反應(yīng)過于劇烈，控制不住，回收丙烯，再補(bǔ)氫氣時(shí)加入量控制不好，會(huì)影響產(chǎn)品的MI，如果給冷水太早。使催化劑活性降低，影響聚丙烯的產(chǎn)率。 2.3 加氫量準(zhǔn)確性的控制加氫量的大小是調(diào)整MI大小的決定性因素，其加氫的準(zhǔn)確性是產(chǎn)品合格率的重要影響因素之一。我廠用加氫質(zhì)量流量計(jì)代替以往計(jì)量罐、壓力表計(jì)量，能比較準(zhǔn)確地計(jì)量氫氣流量，從而比較準(zhǔn)的控制MI，使其合格率明顯提高。以往氫氣計(jì)量罐的體積為0.45m3比較大，計(jì)量壓差帶入較大的計(jì)量誤差，而質(zhì)量流量計(jì)能較準(zhǔn)確計(jì)量加入的氫氣量，因此計(jì)量氫氣準(zhǔn)確率大大提高，從而提高了MI合格率。 2.4 丙烯投料的準(zhǔn)確度的影響丙烯投料的準(zhǔn)確度也是控制MI的重要因素。因?yàn)镠2/丙烯質(zhì)量比的大小決定MI的大小，所以每釜丙烯投料的準(zhǔn)確性將極大地影響MI的大小。我廠利用2003年檢修期間進(jìn)行技術(shù)改造，上批量控制器代替丙烯升壓器給丙烯計(jì)量罐升壓投料，投料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，避免了丙烯升壓器升壓效果差，壓力升不起來的現(xiàn)象和玻璃板液位計(jì)計(jì)量誤差。改造前，我廠是用丙烯計(jì)量罐升壓投料，投料流程為：由計(jì)量操作員啟動(dòng)丙烯升壓器，開丙烯升壓器的蒸汽人口閥和出口閥給丙烯計(jì)量罐進(jìn)行升壓，用玻璃板液位計(jì)計(jì)量好丙烯液位，當(dāng)丙烯計(jì)量罐壓力達(dá)到1.8-2.0MPa時(shí)，聚合崗操作員進(jìn)行投料，然后打開丙烯計(jì)量罐的出口閥靠計(jì)量罐和聚合釜的壓差把丙烯投到聚合釜中。改造后，加設(shè)了批量控制器，投料時(shí)，打開操作盤上的投料開關(guān)，原料罐中的丙烯經(jīng)泵、批量控制器投到聚合釜中，在此期間操作人員把三劑投到釜中，當(dāng)通過流量計(jì)的丙烯達(dá)4.2t時(shí)（設(shè)定的），三通閥自動(dòng)改走循環(huán)線，此時(shí)丙烯將處于打循環(huán)過程，這時(shí)聚合釜投料完畢。下一釜投料時(shí)，重復(fù)以上過程即可。這樣就形成了一個(gè)自動(dòng)化投料過程系統(tǒng)。在此系統(tǒng)改造的同時(shí)，將丙烯泵加變頻器，通過改變其轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)出口壓力。投料時(shí)將泵葉輪轉(zhuǎn)速調(diào)至zui高，耗電15kW，泵出口壓力達(dá)1.5MPa；走循環(huán)線時(shí)，泵轉(zhuǎn)速zui低，耗電5kW。這樣使泵常開，既減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，又不至于浪費(fèi)電能。用批量控制器計(jì)量，投料比較準(zhǔn)確，避免了投料量不準(zhǔn)的現(xiàn)象發(fā)生。在原料基本不變的情況下，每釜生產(chǎn)情況波動(dòng)不大，生產(chǎn)較平穩(wěn)，三劑用量配比好調(diào)整，MI合格率明顯提高。 2.5 聚合釜攪拌軸封及系統(tǒng)密封情況對(duì)MI影響控制氫氣主要分散在釜頂氣相中，因此聚合釜攪拌軸封或系統(tǒng)泄漏，會(huì)使釜內(nèi)氫氣與氣相丙烯大量漏損。嚴(yán)重影響氫調(diào)效果。實(shí)際聚合釜軸封泄漏嚴(yán)重，MI難控制，使MI合格率較低，因此解決軸封泄漏問題，選擇適當(dāng)?shù)拿芊獠牧?，是提高合格率的主要途徑之一?我們考察其它同類裝置的生產(chǎn)情況以及聚合釜的特性，于2003年將原來的填料密封改為新型的機(jī)械密封，效果比較好。 2.6 聚合釜撤熱能力對(duì)MI影響與控制原聚合釜內(nèi)冷管采用四根Φ50的指形管設(shè)在聚合釜內(nèi)壁進(jìn)行撤熱，撤熱效果不理想，我車間經(jīng)過論證，于2003年檢修時(shí)將Φ50指形管改為Φ80n形管，增加了撤熱冷卻效果，并同時(shí)采用定期清理釜內(nèi)壁塑化物的辦法來提高聚合釜的撤熱效果，從而避免了聚合反應(yīng)放出的熱量撤不出去，使反應(yīng)劇烈，難控制，被迫回收丙烯來穩(wěn)定操作，因氫氣較輕在聚合釜頂部，在回收丙烯時(shí)，回收大部分氫氣，從而使MI難控制，降低了MI的合格率。通過內(nèi)冷管改造，提高M(jìn)I合格率。繼續(xù)
3 等規(guī)指數(shù)的控制等規(guī)指數(shù)是PP牌號(hào)等級(jí)劃分的關(guān)鍵指標(biāo)，聚丙烯的等規(guī)度就是等規(guī)聚丙烯在整個(gè)聚合物中的含量，一般用質(zhì)量百分比表示。其測定方法一般用沸騰正庚烷法，是不溶于沸騰的正庚烷中的樣品量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，一般要求控制在96%以上。影響等規(guī)指數(shù)的主要因素有以下幾種：（1）催化劑、活化劑和DDS本身性能；（2）三劑加入量配比的影響；（3）丙烯原料中雜質(zhì)的影響；（4）工藝參數(shù)的影響等。我裝置采取以下措施來控制和提高等規(guī)指數(shù)的合格率。 3.1 選擇能的催化劑體系我廠現(xiàn)用CS-1催化劑，其活性達(dá)2-33萬gPP/gcat，它的定向能力很強(qiáng)，靠第三組分DDS來提高產(chǎn)品的等規(guī)度，高達(dá)97%-99%。CS-1型催化劑的主催化劑為TiCl4，活化劑AIEt3為助催化劑，活化劑是將主催化劑上的TiCl4還原成具有催化活性的TiCl3；DDS為二苯基二甲氧基硅烷，作用是提高催化劑的定向能力，是催化劑體系中的外給電子體，必須與加入主催化劑內(nèi)的內(nèi)給電子體化合物相匹配，使催化劑既達(dá)到高活性，又能保證高定向能力。CS-1型催化劑活性高，定向能力高，產(chǎn)品鈦、氯含量較低，性能明顯優(yōu)于絡(luò)合Ⅱ型催化劑。 3.2 三劑加入量的控制三劑加入量的大?。浩椒€(wěn)生產(chǎn)時(shí)每釜加入量如下。催化劑：40-70g；活化劑：0.4-1.0L； DDS：170-250mL。根據(jù)原料情況適當(dāng)增減三劑的用量，使之平穩(wěn)生產(chǎn)。（1）CS-1催化劑的其定向能力可達(dá)97%-99%，但是，由于生產(chǎn)中其它因素如活化劑、原料丙烯質(zhì)量、工藝條件及操作的影響，也會(huì)使催化劑的定向能力得不到發(fā)揮，產(chǎn)品的等規(guī)度仍然較低，TiCl4催化劑在丙烯中的加入濃度越高，產(chǎn)品的等規(guī)度就越高，在操作中根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)TiCl4加入量，原料好，少加，原料雜質(zhì)超標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)多加入，但應(yīng)綜合考慮灰分、氯含量等指標(biāo)。（2）一般情況下Al/Ti控制在8-12之間，當(dāng)活化劑加入量過少時(shí)對(duì)產(chǎn)品等規(guī)度有明顯影響，嚴(yán)重時(shí)可能降低至90%以下，因此生產(chǎn)中根據(jù)原料的情況，適當(dāng)增加或減少活化劑，一定要保證活化劑加夠，以保證產(chǎn)品等規(guī)度。（3）DDS作用是外給電子體與主催化劑中的脂類內(nèi)給電子體匹配，提高催化劑的定向能力。所以DDS在一定范圍內(nèi)多加，有利于其等規(guī)度的提高。 3.3 丙烯原料中雜質(zhì)的控制原料丙烯中，對(duì)產(chǎn)品等規(guī)度有明顯影響的雜質(zhì)有CO、二烯烴、炔烴，乙烯和硫砷等對(duì)產(chǎn)品等規(guī)度也有一定影響。當(dāng)丙烯中CO、炔烴、二烯烴含量大于0.002%時(shí)，產(chǎn)品等規(guī)度會(huì)明顯下降。乙烯含量大于0.1%時(shí)也會(huì)明顯下降。這些雜質(zhì)使產(chǎn)品等規(guī)度下降的原因是它們能參與聚合到分子鏈中間去，破壞高分子鏈的規(guī)整性，使產(chǎn)品等規(guī)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，特別是原料中雜質(zhì)含量較高時(shí)，氧和水都能破壞催化劑，不但破壞其活性，還能降低催化劑的定向能力，因此實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格把好原料質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)精制效果，盡量減少雜質(zhì)的含量。去年檢修時(shí)，更換了固堿塔和脫硫塔，以及脫氧塔，又增添了脫砷塔，但必須保證各種填料的先后流程順序，才能更好發(fā)揮其精制效果；另外增加了原料丙烯分析項(xiàng)目，分析硫和砷，當(dāng)裝置精丙烯中H2S含量≥1×10^-7或砷≥3×10^-8時(shí)，使其進(jìn)行循環(huán)精制，確保原料質(zhì)量合格方可使用，保證了精丙烯的質(zhì)量。精制塔的精制流程為：原料丙烯→固堿塔→水解脫硫塔→脫硫塔→氧化鋁脫水塔→分子篩脫水塔→脫砷塔→脫氧塔→精丙烯進(jìn)罐區(qū) 3.4 工藝操作參數(shù)對(duì)等規(guī)指數(shù)的控制（1）嚴(yán)格投料順序：3m3丙烯→活化劑→2m3丙烯→DDS→1m3丙烯攪拌15min→催化劑→2m3丙烯這樣先投丙烯和活化劑，zui后再用少量丙烯沖催化劑入聚合釜，讓大部分雜質(zhì)被活化劑破壞掉，消耗部分活化劑而保證催化劑少遭破壞以保護(hù)催化劑的活性，有利于提高產(chǎn)品的等規(guī)度。如果先投催化劑，丙烯中雜質(zhì)與催化劑反應(yīng)成無規(guī)物，或其它雜質(zhì)使催化劑失活，產(chǎn)品等規(guī)度下降。 4 灰分含量的控制聚丙烯中所含有的在高溫（850℃）灼燒后仍然不能揮發(fā)而殘留下來的雜質(zhì)的質(zhì)量占灼燒前聚丙烯質(zhì)量的百分比稱為聚丙烯的灰分含量。它主要來自生產(chǎn)聚丙烯粉料所投入的催化劑和活化劑，裝置開車時(shí)，因系統(tǒng)不干凈而混入少量的機(jī)械雜質(zhì)也是聚丙烯灰分的來源。液相本體法聚丙烯產(chǎn)品灰分含量的理論值可以用下式計(jì)算： A=（0.5179+0.3305R）/η×100 式中：A－產(chǎn)品總灰分含，%； η－TiCl4催化劑對(duì)應(yīng)產(chǎn)品得率，gPP/gTiCl4； R－鋁鈦物質(zhì)的量比。為此，我們從以下幾個(gè)方面采取措施來降低聚丙烯產(chǎn)品中的灰分含量。（1）采用高活性的催化劑體系，降低三劑的加入量，提高催化劑對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的得率。（2）控制原料丙烯的雜質(zhì)含量，提高精制效果，降低三劑消耗量，來提高催化劑對(duì)應(yīng)產(chǎn)品得率并降低鋁鈦物質(zhì)的量比。（3）選擇適宜的工藝條件，保證足夠的反應(yīng)時(shí)間，提高單釜轉(zhuǎn)化率。 5 氯含量的控制液相本體法聚丙烯產(chǎn)品中的氯含量是由催化劑TiCl4帶入的，其主要危害是對(duì)后加工的設(shè)備有腐蝕作用。因此要嚴(yán)格控制聚丙烯的氯含量。液相本體法聚丙烯產(chǎn)品的氯含量的大小與鋁鈦物質(zhì)的量比成正比，與催化劑得率成反比。因此要降低產(chǎn)品的氯含量也必須保證獲得催化劑TiCl4的高得率和適當(dāng)降低投料時(shí)的鋁鈦物質(zhì)的量比，也就是降低三劑的消耗量，為此應(yīng)采取和降低產(chǎn)品灰分含量一樣的措施。 6 揮發(fā)分含量的控制聚丙烯產(chǎn)品的揮發(fā)分主要來源于未閃蒸干凈的揮發(fā)性物質(zhì)，如烴類（主要是丙烯和丙烷），另外，在閃蒸去活時(shí)，向閃蒸釜內(nèi)通入粗氮?dú)夂涂諝庖矔?huì)帶來一些水分。為了降低產(chǎn)品揮發(fā)分含量首先要求閃蒸要充分、*，使聚丙烯粉料吸附的烴類物質(zhì)盡可能閃蒸干凈。其次要采用干燥氮?dú)夂涂諝?，以免帶入過多的水分和其它揮發(fā)性物質(zhì)。 7 抗拉伸屈服強(qiáng)度的控制聚丙烯產(chǎn)品的拉伸屈服強(qiáng)度與產(chǎn)品的等規(guī)度、熔融指數(shù)存在著一定的關(guān)系。當(dāng)產(chǎn)品的等規(guī)度、熔融指數(shù)增大時(shí)，其抗拉伸屈服強(qiáng)度也隨之增大；當(dāng)產(chǎn)品的等規(guī)度、熔融指數(shù)減小時(shí)，其抗拉伸屈服強(qiáng)度也相應(yīng)減小。為了改變聚丙烯的力學(xué)性能，可以通過調(diào)節(jié)聚丙烯的等規(guī)度或熔融指數(shù)來達(dá)到這一目的。但因?yàn)槔烨?qiáng)度、等規(guī)度、熔融指數(shù)等都是聚丙烯的重要指標(biāo)，不能為了單純提高某一質(zhì)量指標(biāo)而隨意對(duì)其它指標(biāo)進(jìn)行無限度調(diào)節(jié)，只能根據(jù)使用的特殊要求進(jìn)行綜合考慮。 8 表觀密度控制在聚丙烯質(zhì)量指標(biāo)中，表觀密度，基本上與生產(chǎn)方法和生產(chǎn)控制無關(guān)，只與催化劑的顆粒度有關(guān)，應(yīng)選擇粒度適當(dāng)?shù)拇呋瘎┡铺?hào)。 9 結(jié)束語通過對(duì)間歇小本體聚丙烯質(zhì)量的控制采取的一系列措施，使我廠產(chǎn)品質(zhì)量大幅度的提高，可以根據(jù)市場需要生產(chǎn)適銷對(duì)路的品牌產(chǎn)品，不斷開拓市場，為企業(yè)創(chuàng)造良好的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。

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間歇式聚合釜--聚丙烯生產(chǎn)裝置