[发明专利]间歇液相本体法生产α-烯烃无规共聚聚丙烯的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产共聚聚丙烯的设备和方法。具体地讲，本发明涉及一种利用间歇液相本体法来生产C₄～C₂₀的α-烯烃无规共聚聚丙烯的设备和方法。

背景技术

聚丙烯作为通用型热塑性树脂具有耐热性优良、耐腐蚀性和电绝缘性优良、易加工、热变形温度高、价廉等特点，在各个行业中都得到了广泛的应用。然而，聚丙烯的韧性差，尤其是低温发脆，限制了其在某些领域的应用。一般工业上都采用无规共聚和抗冲共聚的办法来提高聚丙烯的韧性。

聚丙烯可以采用连续式聚合工艺和间歇式聚合工艺来生产。由于生产装置便于大型化、产品质量稳定以及产品性能好，所以连续式聚合工艺是世界上普遍采用的聚丙烯生产方法。连续式聚合工艺一般都能生产均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和抗冲聚丙烯。

不同的聚丙烯工艺主要表现在采用的反应釜不同，如：Basell公司的Spheripol工艺均聚反应釜为两个串联的环管式反应釜，气相反应釜采用密相流化床形式。DOW化学公司的Unipol工艺采用气相流化床，均聚和共聚在串联的两个流化床中进行。Borealis公司的Borstar PP工艺包括一个环管反应釜和2～3个气相反应釜。INEOS(原BP-Amoco)公司的Innovene气相法工艺采用两个卧式气相釜反应釜，内有机械搅拌，物料的停留时间分布接近柱塞流形式。CBI公司的Novolen气相法工艺是采用两台立式气相搅拌釜，用串联的双釜可生产抗冲共聚物。三井油化公司的Hypol工艺采用搅拌液相反应釜与气相反应釜相结合的方式。

间歇液相本体法聚丙烯生产技术是我国自主研制开发成功的技术，其生产装置主要包括原料精制、聚合反应、闪蒸去活、造粒与包装等工艺单元。聚合反应的工艺单元包括丙烯计量罐、活化剂加料罐、催化剂加料罐、氢气计量罐、反应釜、热水槽、热水泵、冷水管线及蒸汽管线等设备。

在聚合过程中，通常的操作方法是：将反应釜置换干净后，依次向其中加入丙烯、活化剂、催化剂和氢气，然后打开蒸汽阀门，通过热水泵用热水给反应釜升温；当反应釜内反应比较激烈、放热量比较大时，关闭蒸汽并打开冷水开始给反应釜撤热，反应过程中通过调节冷水量使反应釜的温度控制在一定范围内；反应一定时间后，当反应釜内出现“干锅”的迹象，即通过回收丙烯结束反应，然后出料。所谓“干锅”是指反应釜内液相单体基本消失，反应釜处于气固体系的一种状态。

在间歇式液相本体法生产聚丙烯的工艺中，早期普遍使用络合II催化剂。由于络合II催化剂活性和等规度均较低，现已普遍使用高效催化剂替代络合II催化剂。高效催化剂的活性和等规度高，产品质量好，可用于纺丝及注塑等产品。从使用络合II催化剂与高效催化剂的丙烯液相本体聚合反应动力曲线(见附图1)可知，采用络合II催化剂的反应初期反应较弱，中后期反应平稳；高效催化剂在反应初期存在一个反应高峰，而后速度下降。

间歇式液相本体法生产聚丙烯的工艺对原料丙烯质量要求不是很高，流程简单，投资省、收效快，产品牌号转换灵活，特别适合我国炼厂气资源分散而丰富的特点和国情。间歇式液相本体法生产聚丙烯的工艺也存在不少缺点，例如：原料的消耗定额较高，装置手工操作较多，间歇生产，自动化控制水平低，产品质量不稳定等，其中最主要的缺点是产品种类单一，这是因为间歇式液相本体法一般只能生产均聚聚丙烯。均聚聚丙烯低温脆性高，只适合于用来制造低挡次塑料制品，用途较窄。

无规共聚物是聚丙烯的一种，是在聚丙烯分子链中加入共聚单体进行改性而得到的，能改进聚丙烯的光学性能(增加透明度、减少浊雾)，提高抗冲击性能等。通常使用乙烯作为共聚单体，但丁烯也可以作为共聚单体用来生产丁烯无规共聚聚丙烯。生产丁烯无规共聚聚丙烯的关键是控制共聚过程中丁烯聚合的量。如果聚合的丁烯含量过少，则对聚丙烯的产品性能没有改进；若聚合过多则使聚丙烯发粘，造成出料困难，使生产难于进行。

对于连续法聚丙烯生产装置来说，通过控稳聚合速率和丁烯加入量通常都能够生产无规共聚聚丙烯。而对于间歇式液相本体法生产聚丙烯的工艺来说，反应过程中丙烯的聚合速度变化大，反应很不均匀，通常都不能生产无规共聚物。这是因为按照间歇式方法生产聚丙烯的过程，如果初期丁烯和丙烯一起加入反应釜，由于丙烯的较高聚合速率，丙烯将在反应初期迅速消耗，使反应釜中的丁烯浓度越来越高，使后期的聚合物发粘。