聚丙烯装置简介和重点部位及设备(通用版)Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0357聚丙烯装置简介和重点部位及设备(通用版)一、装置简介(一)装置的发展及类型1．装置发展聚丙烯(Polypropylene，缩写为PIP)是以丙烯为单体聚合而成的聚合物，是通用塑料中的一个重要品种，结构式为：1953年德国Ziegler等采用R3Al—TiCl4催化体系制得高密度聚乙烯后，曾试图用R3Al—TiCl4为催化剂制取PP，但是只得到了无定形PP，并无工业使用价值。

意大利的Natta教授继Ziegler之后对丙烯聚合进行了深入的研究，于1954年3月用改进的齐格勒催化剂紫色TiCl3和烷基铝成功地将丙烯聚合成为具有高度立体规整性的聚丙烯。

1957年Montecatini公司利用Natta的成果在意大利Ferrara 建成了6000t／a的生产装置，这是世界上第一套PP生产装置，使PP实现了工业化生产。

同年Hercules公司在美国Parlin也建成了9000t／a的生产装置，这是北美第一套PP生产装置。

到1962年德国、日本、法国等国家也纷纷建厂，相继实现了PP的工业化生产。

2．装置的主要类型50多年来已有二十几种生产聚丙烯的工艺技术路线，各种工艺技术按生产工艺的发展和年代划分，可分为第一代工艺，生产过程包括脱灰和脱无规物，工艺过程复杂，主要是70年代以前的生产工艺，采用第一代催化剂；70年代开发的第二代催化剂使生产工艺中取消了脱灰过程，称为第二代工艺；80年代以后，随着高活性、高等规度(HY／HS)载体催化剂的开发成功和应用，生产工艺中取消了脱灰和脱无规物，称为第三代工艺；按照聚合类型可分为溶液法、浆液法(也称溶剂法)、本体法、本体和气相组合法、气相法生产工艺。

3．气相法工艺技术特点近几年来，我国相继引进的聚丙烯生产装置均为Himont的Spenpol工艺及三井油化的Hypol工艺，以采用高效载体催化剂、液—气本体聚合方式为主要特征，反应器形式分为环管和立式釜式两种。

随着聚丙烯生产方式的不断发展，越来越多的公司开始涉足气相法聚丙烯生产路线，实践证明了气相法生产方式占地少、投资省、工艺流程简单。

AMOCO气相法的聚丙烯生产工艺是目前世界上最先进的工艺之一，该工艺具有流程短设备少、排污少、产品类型覆盖广等方面特点，该工艺有如下特点：(1)催化剂活性高气相法生产工艺中采用的AMOCO专利催化剂CD—CAT，为第四代Z—N催化剂，是一种具有高活性、高选择性的聚丙烯用催化剂，允许共聚物中共聚单体的准确接人，采用它生产的聚丙烯具有优良的品质，能生产出高刚性及高抗冲的聚丙烯品种。

该催化剂具有可控制性，能控制生成无规物量，保持较高的等规聚丙烯生成。

这种高性能的催化剂无需进行预聚合，使工艺和操作简化，废物和副产物少，无需脱除，使得整套装置的投资费用、操作费用及维修费用降低。

(2)反应器设计独特AMOCO气相法工艺的关键设备聚合反应器设计独特，采用DCS控制、卧式搅拌床式反应器。

反应器的设计提供了一种近似于活塞流式的运行方式，使反应器内的催化剂与丙烯接触机会更加频繁，在反应器内停留时间趋于相同，所获得的粉料粒度分布窄，一个活塞流式反应器相当于三个以上全反混式反应器，从而大大地缩短了流程。

在生产Hp、RCP产品时完全可以仅用一台反应器，在生产ICP 时，两台反应器串联操作，则能生产出具有高性能的抗冲产品。

(3)产品类型覆盖广该种工艺能够生产出应用范围很广的产品，其中包括注塑、薄膜、涂覆、吹塑、挤出板材、纤维等各种品种，涉及汽车、家电、食品包装、医疗、建筑、水利、交通等各个行业。

由于该工艺的设计的科学性，使其产品在许多方面具有优越性。

与采取一般催化剂及工艺生产的产品相比，该产品中各种金属残留物的含量极低，稳定剂用量少，产品颗粒均匀，光洁透明，无气味。

采取高效的CD催化剂及独特的反应器与工艺流程，使生产出的抗冲共聚物，在较宽的温度范围内，显示出了较好的硬度与抗冲性能的平衡。

纤维级产品如短丝、长丝、无纺布和撕裂膜等具有高韧性、高强度，固色稳定，白度好，并可进行热黏合。

薄膜级产品质量均一、光泽度高、加工稳定性好。

(4)牌号切换迅速、过渡料少这种活塞流式反应器形式有助于提高产品性能，减少过渡时间。

与传统的搅拌釜、环管反应器或流化床反应釜相比，牌号切换快速、简便、产生最少的等外品。

(5)操作安全由于液态烃存在量相对较少，比起其他的工艺，Amoco气相法工艺流程有其内在的安全性，由于无任何液态物质向环境中排放，所以该工艺对环境无污染，而各种气相物质均排放至火炬。

(6)产品质量稳定由于采用先进的DCS控制系统及产品质量的优化控制系统，整个工艺过程控制稳定，许多影响产品质量的指标可以通过在线分析直接反馈出来，从开车到现在可以看出，该装置各项工艺指标控制稳定，产品性能均一，各项指标波动小。

(二)装置单元组成与工艺流程1．组成单元气相法聚丙烯装置由催化剂进料单元、第一聚合反应单元、反应器粉料输送单元、第二聚合反应单元、粉料脱活及干燥单元、丙烯回收单元、挤压造粒单元、粒料掺合及储存单元、原料精制单元、公用工程单元等10个单元构成。

各单元作用分别介绍如下：(1)催化剂进料单元主催化剂、三乙基铝和改性剂以一定的比例加入到第一聚合单元，进行聚合反应，同时进行改性剂的稀释，矿物油的进料以及废催化剂的中和。

(2)第一聚合反应单元卧式搅拌床反应器在一定的温度和压力下，以丙烯为主要原料，以氢气为相对分子质量调节剂，在催化剂体系的作用下，经气相反应聚合生成聚丙烯粉料。

(3)反应器粉料输送单元两套气锁系统把第一反应器产生的粉料输送到第二反应器，并将夹带的气体分离后返回第一聚合反应单元，同时还能隔离两个反应器系统之间的循环气物流。

(4)第二聚合反应单元其设置及控制方法基本与第一聚合反应单元相同，目的是提高催化剂的利用效率，同时利用第二聚合反应单元与第一聚合反应单元的串联特点，加入乙烯，生产抗冲共聚物。

(5)粉料脱活和干燥单元粉料中的气体与粉料分离，将粉料中的残余催化剂水解脱除活性，同时带走挥发组分。

并将脱活及干燥后的聚丙烯粉料输送到造粒单元。

(6)丙烯回收系统单元尾气中的氮气与丙烯气等的混合气通过选择性高分子膜进行分离，氮气可以回收再度用于粉料的脱活与干燥，丙烯气体则回收到裂解装置再利用。

(7)挤压造粒单元干燥后的聚丙烯粉料中加入稳定剂等各种添加剂，以改善产品的物化性能，并由混炼机加工成合格形状粒料。

(8)粒料掺合和储存单元将粒料送至掺合料仓，进行粒料的掺合，改善每批产品物性的均匀程度，并将掺合合格的粒料输送到包装车间料仓。

(9)原料精制单元原料丙烯进行脱硫、脱砷、脱氧和脱水处理后输送至各个用户，同时，提供聚合反应抑制剂和原料丙烯。

(10)公用工程单元蒸汽、氮气、仪表风、工厂风、盐水、循环水、工艺水的引入，蒸汽冷凝液进行回收处理，进行火炬气的收集与排放。

2．工艺流程本装置包括两个卧式搅拌床气相反应器，三种催化剂加入第一反应器，经过精制的丙烯加入两个反应器，乙烯和氢气根据牌号不同加入第一反应器和第二反应器。

气锁系统用于在两反应器之间传送粉料和隔离反应器以避免循环气的相互串流。

聚合反应之后，粉料在袋滤器中与气体分离，在脱气仓中脱活和干燥，然后进入混炼机／齿轮泵系统，加入稳定剂，进行混炼和造粒。

成型的粒料被送去掺合，进行均化处理，然后送至储罐，准备包装。

(二)化字反应过程1．结构与性能由于聚丙烯主链上含有不对称碳原子，造成其叔碳上的甲基在空间有不同的排列方式，因而存在三种不同立体结构的PP，即等规、间规和无规结构，如图5—5所示。

主链上的甲基全部排列在分子链一侧的为等规PP(1PP)(如图5—5a)；如甲基在主链两侧交替排列，则为间规PP(SPP)(如图5—5b)；如甲基不规则地排列于链的两侧，则称为无规PP(APP)(如图5—5c)。

等规聚丙烯和间规聚丙烯是能够结晶的，而无规聚丙烯为非晶材料。

目前工业生产的PP大多为等规聚丙烯，以等规结构为主，同时也含有立构嵌段物(有规和无规链段)及少量的无规物和间规物。

具体的组成结构与所使用的催化剂和聚合反应条件有关。

2．聚合反应机理使用第四代AmocoCD催化剂体系进行的丙烯聚合反应，可以用下面四个基本反应步骤来叙述：(1)活化反应：助催化剂与TICl4作为载体催化剂的表面上反应，将钛的化合价从十4还原到+3，形成以Ti为活性中心的TEAL—TiCl4络合物；(2)链引发：一个丙烯分子在活性中心自行插入，形成聚丙烯链；(3)链增长：丙烯分子在活性中心依次插人，聚合链从催化剂颗粒表面向外增长；(4)链终止：一个氢分子在中心自行插入，在链的末端形成一个甲基，使链终止。

3．反应动力学使用AmocoCD催化剂和DIBDMS外部改性剂的丙烯均聚反应动力学模型如下所述，模型建立基础如下：(1)所有催化剂颗粒在反应器中的停留时间相同；(2)反应器与增加的聚合物颗粒等温；(3)不存在传质阻力。

在这些条件下(只能在实验室中达到)实现聚合反应后，首先发现反应速率与丙烯单体摩尔浓度的一次方成正比，即(四)催化剂组分气相法聚丙烯工艺采用的AmocoCD高效催化剂(HAC)体系由下述组分组成：1．主催化剂：AmocoCD催化剂2．助催化剂：三乙基铝(TEAL)3．改性剂：二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)或二异丙基二甲氧基硅烷(DIPDMS)AmocoCD催化剂包括TiCl4和载于MgCl2，之上的二正丁基酞酸酯(DNBP)，DNBP作为一种内部立体定向控制改性剂加入催化剂。

三乙基铝(TEAL)作为助催化剂使用，在没有TEAL的情况下聚合反应将不能发生。

除了作为助催化剂，TEAL还起到净化剂的作用，对于单体、矿物油和所有其他原料，TEAL还用于脱除其中痕量的催化剂抑制剂。

DIBDMS和DIPDMS是作为外部改性剂使用，其能够为催化剂颗粒中的内部改性剂提供附加的立体定向控制，在没有DIBDMS或DIPDMS 的情况下，聚合反应将生成过量的无规组分，硅烷的另一个有利作用是抑制催化剂的衰减，使反应可以持续更长的时间。

在生产均聚物(Hp)和无规共聚物(RCP)时使用的外部改性剂是DIBDMS，生产抗冲共聚物(1CP)时使用的外部改性剂是DIPDMS，DIPDMS能生成具有较高韧性的抗冲共聚材料，而且是在最终产品中实现所要求的韧性和抗冲击性能平衡所必要的。