Novolen氣相工藝生產(chǎn)聚丙烯

李妍梅

（國家能源集團寧夏煤業(yè)烯烴二分公司聚合車間，寧夏 銀川 750400）

一、聚丙烯簡介

聚丙烯（Polypropylene，縮寫為PP），它是由丙烯單體通過聚合反應(yīng)制得的一種高分子化合物，是一種通用合成樹脂（或通用合成塑料）。由于它是烯烴聚合的產(chǎn)物，因而屬于聚烯烴樹脂。它既可以用做單組分塑料，又可與聚乙烯等共混做為改性的復(fù)合塑料使用，與聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯一樣，聚丙烯屬于熱塑性塑料。

二、聚丙烯的性質(zhì)

（一） 聚丙烯的物理性質(zhì)

1.聚丙烯樹脂具有可塑性

聚丙烯是一種典型的熱塑性塑料。它受熱時（達到熔點）熔化，冷卻時固化成型，且這一過程可以多次重復(fù)進行。由于這一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用擠出、注塑、吹塑、注射等方法直接加工成型，并可以使加工邊角料及廢舊料回收重復(fù)利用。

2.聚丙烯樹脂具有良好的耐熱性能

它的熔點高，為164～170℃（純等規(guī)度的熔點達176℃），軟化點為150℃以上，即使在沸水中也不變形，不失去其結(jié)晶性。聚丙烯連續(xù)使用溫度為120℃，在無負荷情況下，最高使用溫度可達150℃。聚丙烯是通用樹脂中耐熱性能最好的一種。

3.聚丙烯樹脂的密度小

聚丙烯的相對密度為0.90～0.91，是各種樹脂中相對密度最小的。

4.聚丙烯樹脂的物理機械性能良好

它的拉伸屈服強度一般可達30～38MPa，這也是通用合成樹脂中最高的品種之一。它表面強度大，彈性較好，耐磨性良好。

（二）聚丙烯的化學(xué)性質(zhì)

聚丙烯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，并隨著其結(jié)晶度的增加穩(wěn)定性也增加。它與絕大多數(shù)化學(xué)品接觸幾乎不發(fā)生作用，但發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、氯磺、鉻酸對聚丙烯有腐蝕作用。

聚丙烯的熱化學(xué)穩(wěn)定性好。在100℃溫度下，大多數(shù)無機酸、堿、鹽溶液除具有強氧化性質(zhì)外，對聚丙烯幾乎都無破壞作用。

三、聚丙烯的用途

聚丙烯樹脂具有許多優(yōu)良的特性和加工性能，它透明度高、無毒性、比重輕、易加工、抗沖擊、強度高、耐化學(xué)腐蝕、抗扭曲性與電絕緣性好，并易于通過共聚、共混、填充、增強等工藝措施進行性能改進，使其能將韌性、挺性、耐熱性等結(jié)合起來，因此它的用途很廣，加上原料來源廣、價格低廉，使聚丙烯的應(yīng)用范圍日益擴大。

（一）本文主要介紹Novolen氣相工藝生產(chǎn)聚丙烯法

Novolen工藝是BASF公司最初開發(fā)成功的，是氣相攪拌床工藝的典型代表。早期的Novolen工藝采用常規(guī)催化劑，因此聚合物中催化劑殘渣較多。1990年BASF公司采用高效催化劑，更新了此工藝。新工藝不需脫無規(guī)物，省去了脫氯過程?？缮a(chǎn)丙烯均聚物、無規(guī)共聚物，三元共聚物和分散橡膠顆粒高達50%的抗沖共聚物以及高剛性產(chǎn)品。

（二）工藝過程

1.工藝流程說明

Novolen聚丙烯工藝采用立式攪拌反應(yīng)器，內(nèi)裝雙螺帶式攪拌器。其主要包括催化劑配制、聚合反應(yīng)、擠壓造粒工序等

高效催化劑與丙烯或白油在催化劑配制罐內(nèi)混合，配制成催化劑漿液，然后通過重力進入計量罐，計量加入反應(yīng)器。兩種助催化劑可以采用純的或者用有機溶劑配制后，然后用泵計量加入反應(yīng)器。

在聚合單元，根據(jù)聚合級丙烯的規(guī)格，經(jīng)過必要的精制后，加入反應(yīng)器。聚合反應(yīng)器為立式螺帶式攪拌器，防止產(chǎn)生大塊和床層驟降。聚合反應(yīng)器在氣相下連續(xù)進行，所以反應(yīng)器壓力和溫度都應(yīng)于氣相丙烯的條件一致。均聚反應(yīng)的溫度在75-85℃，壓力范圍在2.8-3.2MPag，共聚反應(yīng)應(yīng)在較低的溫度、壓力下進行，抗沖共聚溫度為70-80℃，壓力范圍在2.3-2.7MPag，抗沖共聚溫度在65-75℃，壓力范圍在1.4-1.7MPag，具體的反應(yīng)器條件要根據(jù)最終勝出的產(chǎn)品性能決定。聚合反應(yīng)器熱通過加入反應(yīng)器的液相丙烯撤出，通過冷凝器將丙烯冷凝，循環(huán)回反應(yīng)器。

聚合物粉料及夾帶的丙烯氣，從反應(yīng)器內(nèi)部的插入管靠壓差連續(xù)排出進入排放倉。在排出管上安裝一個閥門，隨著反應(yīng)器的料位的高低開啟和關(guān)閉。反應(yīng)器的排出的粉料在排放倉內(nèi)降低到微正壓，聚合物和夾帶的大部分丙烯粉料，分離出的氣體經(jīng)壓縮機壓縮后返回反應(yīng)器，若果含有乙烯，還需要冷凝、精餾。

排放倉中的粉料進入凈化倉，粉料中殘余的丙烯被氮氣吹出，可以回收利用。粉料由閉路的氮氣系統(tǒng)輸送至擠壓造粒系統(tǒng)。

本裝置擠出工段采用日鋼（JSW）的雙螺桿擠出機，設(shè)計能力分別為32 t/h和45 t/h。下游干燥器出口粒料表面的水分含量小于300ppm。在擠出段通過加入固體、熔融、液體添加劑來改變產(chǎn)品的性能。在擠出機喉部加入過氧化物，通過在線分析的方式來控制產(chǎn)品的流變性能。

擠出機螺桿由三個區(qū)組成：進料段、熔融/混煉段和出料段，在熔融擠壓段下游提供一個節(jié)流閥。

物料通過料斗由重力下落到擠壓機進料段中，在筒體內(nèi)輸送一段距離，由摩擦熱和熱的筒體傳導(dǎo)的熱來加熱物料。

然后物料在部分熔融狀態(tài)下輸送到混煉/熔融段，這個區(qū)域由擠壓機螺桿將軟化的無聯(lián)系的粉料轉(zhuǎn)換成擠壓的熔融的物料。

擠壓螺桿由擠壓轉(zhuǎn)子組成，捏合塊可以對進入的物料給出較高的剪切力和擠壓作用把它們變成連續(xù)熔融。節(jié)流閥安裝在擠出機筒體出口，抑制熔融物料流向下游設(shè)備。

當(dāng)節(jié)流閥打開形成一個狹窄的縫隙時，高的熔融流體壓力（較高的能量）強制熔融樹脂必須通過通道。

2.總之，選擇低的螺桿轉(zhuǎn)對應(yīng)于低的產(chǎn)量和低的溫度混煉。

（三）主要使用的原材料

1.氫氣

氫氣是無色無味無毒的氣體，分子式為H2，極易著火爆炸，

2.乙烯

乙烯分子式為CH2=CH2，常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。

3.丙烯

丙烯是無色甜味，爆炸范圍很寬的可燃氣體，分子式為CH3—CH=CH2 ，分子量為42.081，高濃度的丙烯有麻醉作用。

4.催化劑

本裝置采用Z-N（齊格勒-納塔）型高效催化劑PTK 4320（用于生產(chǎn)各等級的聚合物，特別是高C2無規(guī)共聚物（＞ 4 %）、高C2抗沖共聚物）、LYNX 1000（適用于生產(chǎn)所有均聚物）兩個系列，三乙基鋁（TEA）作為助催化劑1（活化劑）。

5.造粒過程中的添加劑

（1）抗氧劑1010

（2）抗氧劑168具有微毒。

（3）硬脂酸鈣

（四）生產(chǎn)的產(chǎn)品牌號

本裝置可以生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物、抗沖共聚物三種類型的產(chǎn)品，總共93個牌號，其中均聚牌號為46個， 無規(guī)共聚牌號為17個（包括一個無規(guī)嵌斷共聚物），抗沖共聚牌號為：30個。

注釋：

部分均聚產(chǎn)品牌號用PTK4320催化劑，部分均聚產(chǎn)品牌號用LYNX1010催化劑只有一個牌號3048TC用的給電子體的量為：0.01KG/TPP