聚丙烯环管法设计解析

高分子合成工艺学课程设计题目：年产10万吨聚丙烯（环管法）运行方案的设计学院名称：化学化工学院指导教师：班级：高材 091 学号：学生姓名：2012年5月20日目录设计内容及要求 (2)1、聚丙烯合成工艺 (3)1.1绪论 (3)1.2多釜串联气液组合生产聚丙烯的仿真实验 (6)1.3环管法气液组合聚合工艺的介绍 (7)1.4多釜串联与环管法两种工艺的评价 (8)2、环管法生产聚丙烯运行方案的设计 (9)2.1密度控制范围 (9)2.2原料进料量 (11)2.3实验装置图 (12)2.4聚丙烯生产开车方案 (13)2.5装置正常操作 (15)2.6装置正常停工过程 (15)3、参考文献 (15)设计内容及要求：一、设计目的让学生所学的聚丙烯合成工艺理论与聚丙烯的生产实际相联系，使学生得到动手操作能力、故障处理能力、工艺协调及工艺管理能力的综合训练。

二、设计任务1、设计项目：聚丙烯生产运行方案的设计；2、设计工艺：环管法液相本体聚合工艺；3、设计产能：年产10万吨；4、设计范围：生产工艺的正常开车，正常运行，正常停车。

三、设计工艺条件进料比R200：R201=1：10预聚釜R200：T=18℃，P=3.5MPa环管高H=9m，体积V=0.46m3，物料流速=4m/s，停留时间=4min。

聚合釜R201：T=70℃，P=3.2MPa环管高H=30m，体积V=45m3，物料流速=78m/s，停留时间=1.5h，终点用密度控制射线检测，转化率55%-65%。

四、设计内容1、聚丙烯的合成工艺1.1概述；1.2多釜串联气液组合生产聚丙烯的仿真实验；1.3环管法气液组合聚合工艺的介绍；1.4多釜串联与环管法两种工艺的评价。

2、环管法生产聚丙烯运行方案的设计2.1设计重点密度控制范围；2.2设计原料的进料量；2.3设计聚丙烯生产开车、停车方案；2.4设计聚丙烯生产运行方案。

五、设计要求1、给出聚合工艺的历史、现状及发展史；2、给出多釜串联与环管法聚合工艺的差异及优缺点；3、给出环管法聚合工艺流程及终点控制、原料流量等工艺参数；4、给出完整的开机方案、运行方案及停机方案。

指导教师：年月日1、聚丙烯合成工艺1.1绪论聚丙烯，英文名称:Polypropylene，简称:PP，日文名称:ポリプロピレン结构式：[CH2CH]CH3nCAS 登录号:9003-07-0。

由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。

按甲基排列位置分为等规聚丙烯（isotaeticPolyProlene）、无规聚丙烯（atacticPolyPropylene）和间规聚丙烯（syndiotaticPolyPropylene）三种。

一般生产的聚丙烯树脂中，等规结构的含量为95%，其余为无规或间规聚丙烯。

工业产品以等规物为主要成分。

聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。

通常为半透明无色固体，无臭无毒。

由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167℃,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。

密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。

耐腐蚀,抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。

缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。

其特点是：无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。

常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。

目前，聚丙烯的生产工艺按聚合类型可分为溶液法、淤浆法、本体法和气相法和本体法-气相法组合工艺5大类。

1溶液法工艺溶液法生产工艺是早期用于生产结晶聚丙烯的工艺路线，由Eastman公司所独有。

该工艺采用一种特殊改进的催化剂体系-锂化合物（如氢化锂铝）来适应高的溶液聚合温度。

催化剂组分、单体和溶剂连续加入聚合反应器，未反应的单体通过对溶剂减压而分离循环。

额外补充溶剂来降低溶液的粘度，并过滤除去残留催化剂。

溶剂通过多个蒸发器而浓缩，再通过一台能够除去挥发物的挤压机而形成固体聚合物。

固体聚合物用庚烷或类似的烃萃取进一步提纯，同时也除去了无定形聚丙烯，取消了使用乙醇和多步蒸馏的过程，主要用于生产一些与浆液法产品相比模量更低、韧性更高的特殊牌号产品。

该方法工艺流程复杂，且成本较高，聚合温度高，加上由于采用特殊的高温催化剂使产品应用范围有限，目前已经不再用于生产结晶聚丙烯。

2 淤浆法工艺淤浆法工艺（Slurry Process）又称浆液法或溶剂法工艺，是世界上最早用于生产聚丙烯的工艺技术。

从1957年第一套工业化装置一直到20世纪80年代中后期，淤浆法工艺在长达30年的时间里一直是最主要的聚丙烯生产工艺。

典型工艺主要包括意大利的Montedison工艺、美国Hercules工艺、日本三井东压化学工艺、美国Amoco工艺、日本三井油化工艺以及索维尔工艺等。

这些工艺的开发都基于当时的第一代催化剂，采用立式搅拌釜反应器，需要脱灰和脱无规物，因采用的溶剂不同，工艺流程和操作条件有所不同。

近年来，传统的淤浆法工艺在生产中的比例明显减少，保留的淤浆产品主要用于一些高价值领域，如特种BOPP薄膜、高相对分子质量吹塑膜以及高强度管材等。

近年来，人们对该方法进行了改进，改进后的淤浆法生产工艺使用高活性的第二代催化剂，可删除催化剂脱灰步骤，能减少无规聚合物的产生，可用于生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物产品等。

目前世界淤浆法PP的生产能力约占全球PP总生产能力的13%。

3 本体法工艺本体法不同工艺路线的区别主要是反应器的不同。

反应器可分为釜式反应器和环管反应器两大类。

釜式反应器是利用液体蒸发的潜热来除去反应热，蒸发的大部分气体经循环冷凝后返回到反应器，未冷凝的气体经压缩机升压后循环回反应器。

而环管反应器则是利用轴流泵使浆液高速循环，通过夹套冷却撤热，由于传热面积大，撤热效果好，因此其单位反应器体积产率高，能耗低。

4气相法工艺气相法聚丙烯工艺的研究和开发始于20世纪60年代，1967年BASF公司在Ludwigshafen建成一套采用立式搅拌床反应器的气相聚丙烯工艺中试装置。

1969年BASF和Shell的合资ROW公司在德国Wesseling采用立式搅拌床反应器建成世界上第一套2.5万吨/年气相聚丙烯工业装置，命名为Novolen工艺。

20世纪70年代，美国Amoco公司开发出采用接近活塞流的卧式搅拌床气相反应器的气相法PP生产工艺。

80年代初期，UCC公司将其成熟的气相流化床Unipol聚乙烯工艺用于聚丙烯生产中，推出了Unipol气相聚丙烯工艺。

日本的Sumitomo 公司也于同期开发出采用气相流化床的气相法工艺。

目前，世界上气相法PP生产工艺主要有BP公司的Innovene工艺、Chisso工艺、联碳公司的Unipol工艺、BASF公司的Novolen工艺以及住友化学公司的Sumitomo工艺等。

5本体法-气相法组合工艺本体法-气相法组合工艺主要包括巴塞尔公司的Spheripol工艺、日本三井化学公司的Hypol工艺、北欧化工公司的Borstar工艺等。

本生产工艺的特点在于采用高效载体催化剂，革除了脱灰和脱无规聚丙烯工序。

Spheripol工艺由巴塞尔（Basell）聚烯烃公司开发成功。

该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。

Hypol工艺由日本三井化学公司于20世纪80年代初期开发成功，该工艺采用HY-HS-II催化剂（TK-II）,是一种多级聚合工艺。

Borealis公司（北欧化工）的 Borstar工艺(北星双峰)PP 工艺是1998年才开发成功的PP新型生产工艺，该工艺源于北星双峰聚乙烯工艺，工艺采用与北星双峰聚乙烯工艺相同的环管和气相反应器，设计基于Z-N催化剂，也能使用正在中试中的单活性中心催化剂。

我国PP生产现状与国外相比,在聚合技术、生产成本、产品数量、品种牌号以及产品售前售后的技术服务等方面都存在着较大差距,这也说明我国PP树脂的发展潜力巨大,市场前景广阔.当前,我们当在以下几个方面加紧开展工作:催化剂及聚合工艺对树脂结构和性能影响的研究;现有牌号树脂的改性研究;成型加工过程对制品高级结构和性能的影响.从而尽快缩小与发达国家的差距,赶上世界树脂技术进步的步伐.随着科技进步日新月异,合成树脂及塑料的性能不断得到提高,新的品种不断出现.继Ziegler-Natta催化剂和高效负载型催化剂之后的茂金属聚合催化剂(由一种茂金属与助催化剂甲基铝氧烷或硼系化合物组成)将逐步部分取代传统催化剂.茂金属催化剂体系具有催化活性高、单一活性中心、聚合物结构可精确调控等特点.并且能适应于现有的聚丙烯聚合装置和工艺,无需大的改动,可以用在现有的任何一种聚合工艺装置上.目前,具有优异性能的茂金属等规聚丙烯(IPP)和环烯烃共聚物(COC)以及茂金属间规聚丙烯(SPP)等已开始进入市场,有关茂金属及其聚丙烯的专利已达数百项,其重要性在国际上已得到共识,对聚丙烯工业发展将产生巨大影响.目前世界上从事茂金属聚丙烯(MPP)开发的大公司约有12家,其中领先的有:Exxon、BASF、Hoechst、Montell 、公司以及 Fina 和三井东压公司.MPP目前主要用于纤维、注塑产品、汽车、医疗器械和包装领域.自1957年聚丙烯浆液法工业化生产以来,40余年内生产工艺不断发展.20世纪60年代出现了本体聚合工艺,解决了无溶剂问题;70年代又开发了高效载体催化剂,在浆液法聚合装置上得到了应用,实现了无脱灰的工艺流程;80年代高效载体催化剂,实现了在本体聚合装置上的应用,省去了脱无规物工序,降低了成本;此后,日本三井油化和意大利蒙埃公司又开发出高等规度、高活性的催化剂,并用于本体聚合装置,在用本体环管法生产均聚物时省去了造粒工序.前人预想的无溶剂、无脱灰、无脱无规物和无造粒的目标得到了实现,极大地节省了建设投资,提高了产品质量和降低了生产成本.Himont 公司的 Speripo 工艺及三井油化的Hypo工艺采用了高效载体催化剂,并以液相均相均聚及气相共聚相结合为特征,属目前先进的生产技术之一.近年来气相法以其工艺流程简单、单线生产能力大、投资省而获得青睐,如BASF公司的 Novolep 工艺、Union Carbon/Shell 公司的 Unipol 工艺以及 Aomco/Shisso 等工艺.1.2多釜串联气液组合生产聚丙烯的仿真实验工艺流程说明000单元：原料丙烯经D001A/B固碱脱水器粗脱水，D002羰基硫水解器、D003脱硫器掊去羰基硫及H2S，然后进入二条可互相切换的脱水、脱氧、再脱水的精制线：D004A/B氧化铝脱水器，D005A/B Ni 催化剂脱氧器、D006A/B分子筛脱水器，经上述精制处理后的丙烯中水份脱至10PPm以下，硫脱至0.1PPm以下，然后进入丙烯罐D007，经P002A/B丙烯加料泵打入聚合釜。