[发明专利]一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚丙烯生产工艺技术，进一步地说，是涉及间歇液相本体法生产聚丙烯的设备和方法，能够控制聚合反应速率，且易于控制出料时间。

背景技术

间歇液相本体法聚丙烯生产装置是我国自行开发的一种聚丙烯生产工艺，其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。

在聚合单元中，聚合釜均采用釜式反应器，聚合釜撤热是依靠夹套和内冷管来实现(参见李玉贵，陈宁观等，液相本体法聚丙烯生产及应用，中国石化出版社，1992，第一版)。普遍的操作方法是：将聚合釜置换干净后，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器升温；当聚合釜内反应比较激烈、放热量比较大时，关闭蒸汽并打开冷水开始给聚合釜撤热，反应过程中通过调节冷水量使聚合釜的温度控制在一定范围内；反应一定时间后，当聚合釜内出现“干锅”的迹象，即通过回收丙烯结束反应，然后出料。所谓“干锅”是指聚合釜内液相单体基本消失，聚合釜处于气固体系的一种状态。

间歇式液相本体法聚丙烯工艺早期普遍使用络合II催化剂。由于络合II催化剂活性和等规度均较低，只能用于做编制袋等低档产品；目前间歇式液相本体法聚丙烯工艺已经普遍使用高效催化剂替代络合II催化剂。高效催化剂活性和等规度高，产品质量好，可用于纺丝及注塑等高档产品。

从络合II催化剂与高效催化剂丙烯液相本体聚合反应动力曲线(见附图1)可知，络合II催化剂反应初期反应较弱，中后期反应平稳，放热较均匀，但反应时间较长；高效催化剂在反应初期存在一个反应高峰，而高峰过后反应急剧减弱，因此初期放热量较大，后期放热量小，放热波动较大。

现在的间歇式液相本体法聚丙烯工艺(尤其在使用高效催化剂的情况下)生产控制存在如下问题：

1、加冷水的时机不易把握。一般认为聚合釜内温度在65℃左右即可加冷水。在丙烯毒性杂质较少或催化剂加入量较多的情况下，在65℃时活性已经很高，而夹套冷水的撤热能力有限，此时加冷水时机已晚，导致反应温度无法控制而被迫回收丙烯，结果使氢气被回收掉，对最终产品的性能造成不利影响。在丙烯毒性杂质较多或催化剂加入量较少的情况下在65℃时活性还比较低，此时加冷水导致反应温度升不起来而影响最终聚合活性(参见杨玉梅，辽宁化工2009(9)，647)。

2、由于该控制方法维持聚合釜温度稳定在一定范围内，而高效催化剂恒温下的聚合特性都是衰减型的(见附图1)，因此导致反应过程中催化剂的前期聚合活性高，后期聚合活性低甚至无活性；由于反应釜撤热能力的限制只能减少催化剂的用量，从而影响产量。

3、出料时机不易把握。反应器“干锅”是借助温度、压力、搅拌电流等反应过程中物理参数的变化来判断清楚的，虽然这些物理参数的变化只是在反应末期比较明显，但仍是一个渐变的过程，并无突变点；若出料时间早，则导致回收丙烯量大而增加能耗；若出料时间晚，则有可能出现反应器内局部过热、聚合物结块等现象。

专利公开CN1467228A公布了一种间歇式液相本体法聚丙烯聚合釜撤热的方法，其在聚合釜的上方设置一个冷凝器，让冷凝下来的液相丙烯自流回聚合反应釜，而气相(未冷凝的丙烯和不凝气氢气)则用一气体循环装置将其送回釜内。该方法提高了聚丙烯聚合釜的撤热能力，能够提高装置的聚丙烯产率，但没有解决后期活性低的问题。在高产量下运行时，仍然存在冷水加入量和时机不易把握的问题。

专利公开CN101618310A公开了一种聚合釜及其撤热方式。其撤热方式为：聚合釜的上端部出气口释放丙烯蒸汽经聚合釜外侧外循环冷凝系统进行冷凝，冷凝后的液相、气相丙烯靠自重和循环风机的作用流回聚合反应釜内。该方法解决了聚合釜大型化、间歇本体法生产共聚聚丙烯撤热能力不够的问题，使单釜产量和产品质量均得到提高。该方法也存在后期活性低的问题。在高产量下运行时，仍然存在冷水加入量和时机不易把握的问题。

还有一些报道在间歇式液相本体法聚丙烯工艺采用先进的控制方法。通过采用复杂的先进控制方法来控制聚合反应釜升温，加入冷水和恒温过程。一般采用先进控制后都能解决反应釜快速升温、加入冷水、恒温的问题，实现自动控制。但由于这些方法本身的缺陷，仍存在后期活性低的问题。