一、裝置簡(jiǎn)介
(一)裝置的發(fā)展及類型
1．裝置發(fā)展
聚丙烯(Polypropylene，縮寫為PIP)是以丙烯為單體聚合而成的聚合物，是通用塑料中的一個(gè)重要品種，結(jié)構(gòu)式為：
1953年德國(guó)Ziegler等采用R3Al—TiCl4催化體系制得高密度聚乙烯后，曾試圖用R3Al—TiCl4為催化劑制取PP，但是只得到了無定形PP，并無工業(yè)使用價(jià)值。意大利的Natta教授繼Ziegler之后對(duì)丙烯聚合進(jìn)行了深入的研究，于1954年3月用改進(jìn)的齊格勒催化劑紫色TiCl3和烷基鋁成功地將丙烯聚合成為具有高度立體規(guī)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的生產(chǎn)裝置，這是世界上第一套PP生產(chǎn)裝置，使PP實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。同年Hercules公司在美國(guó)Parlin也建成了9000t／a的生產(chǎn)裝置，這是北美第一套PP生產(chǎn)裝置。到1962年德國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家也紛紛建廠，相繼實(shí)現(xiàn)了PP的工業(yè)化生產(chǎn)。
2．裝置的主要類型
50多年來已有二十幾種生產(chǎn)聚丙烯的工藝技術(shù)路線，各種工藝技術(shù)按生產(chǎn)工藝的發(fā)展和年代劃分，可分為第一代工藝，生產(chǎn)過程包括脫灰和脫無規(guī)物，工藝過程復(fù)雜，主要是70年代以前的生產(chǎn)工藝，采用第一代催化劑；70年代開發(fā)的第二代催化劑使生產(chǎn)工藝中取消了脫灰過程，稱為第二代工藝；80年代以后，隨著高活性、高等規(guī)度(HY／HS)載體催化劑的開發(fā)成功和應(yīng)用，生產(chǎn)工藝中取消了脫灰和脫無規(guī)物，稱為第三代工藝；按照聚合類型可分為溶液法、漿液法(也稱溶劑法)、本體法、本體和氣相組合法、氣相法生產(chǎn)工藝。
3．氣相法工藝技術(shù)特點(diǎn)
近幾年來，我國(guó)相繼引進(jìn)的聚丙烯生產(chǎn)裝置均為Himont的Spenpol工藝及三井油化的Hypol工藝，以采用高效載體催化劑、液—?dú)獗倔w聚合方式為主要特征，反應(yīng)器形式分為環(huán)管和立式釜式兩種。隨著聚丙烯生產(chǎn)方式的不斷發(fā)展，越來越多的公司開始涉足氣相法聚丙烯生產(chǎn)路線，實(shí)踐證明了氣相法生產(chǎn)方式占地少、投資省、工藝流程簡(jiǎn)單。
AMOCO氣相法的聚丙烯生產(chǎn)工藝是目前世界上最先進(jìn)的工藝之一，該工藝具有流程短設(shè)備少、排污少、產(chǎn)品類型覆蓋廣等方面特點(diǎn)，該工藝有如下特點(diǎn)：
(1)催化劑活性高
氣相法生產(chǎn)工藝中采用的AMOCO專利催化劑CD—CAT，為第四代Z—N催化劑，是一種具有高活性、高選擇性的聚丙烯用催化劑，允許共聚物中共聚單體的準(zhǔn)確接人，采用它生產(chǎn)的聚丙烯具有優(yōu)良的品質(zhì)，能生產(chǎn)出高剛性及高抗沖的聚丙烯品種。該催化劑具有可控制性，能控制生成無規(guī)物量，保持較高的等規(guī)聚丙烯生成。這種高性能的催化劑無需進(jìn)行預(yù)聚合，使工藝和操作簡(jiǎn)化，廢物和副產(chǎn)物少，無需脫除，使得整套裝置的投資費(fèi)用、操作費(fèi)用及維修費(fèi)用降低。
(2)反應(yīng)器設(shè)計(jì)獨(dú)特
AMOCO氣相法工藝的關(guān)鍵設(shè)備聚合反應(yīng)器設(shè)計(jì)獨(dú)特，采用DCS控制、臥式攪拌床式反應(yīng)器。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)提供了一種近似于活塞流式的運(yùn)行方式，使反應(yīng)器內(nèi)的催化劑與丙烯接觸機(jī)會(huì)更加頻繁，在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間趨于相同，所獲得的粉料粒度分布窄，一個(gè)活塞流式反應(yīng)器相當(dāng)于三個(gè)以上全反混式反應(yīng)器，從而大大地縮短了流程。在生產(chǎn)Hp、RCP產(chǎn)品時(shí)完全可以僅用一臺(tái)反應(yīng)器，在生產(chǎn)ICP時(shí)，兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)操作，則能生產(chǎn)出具有高性能的抗沖產(chǎn)品。
(3)產(chǎn)品類型覆蓋廣
該種工藝能夠生產(chǎn)出應(yīng)用范圍很廣的產(chǎn)品，其中包括注塑、薄膜、涂覆、吹塑、擠出板材、纖維等各種品種，涉及汽車、家電、食品包裝、醫(yī)療、建筑、水利、交通等各個(gè)行業(yè)。
由于該工藝的設(shè)計(jì)的科學(xué)性，使其產(chǎn)品在許多方面具有優(yōu)越性。與采取一般催化劑及工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品中各種金屬殘留物的含量極低，穩(wěn)定劑用量少，產(chǎn)品顆粒均勻，光潔透明，無氣味。
采取高效的CD催化劑及獨(dú)特的反應(yīng)器與工藝流程，使生產(chǎn)出的抗沖共聚物，在較寬的溫度范圍內(nèi)，顯示出了較好的硬度與抗沖性能的平衡。纖維級(jí)產(chǎn)品如短絲、長(zhǎng)絲、無紡布和撕裂膜等具有高韌性、高強(qiáng)度，固色穩(wěn)定，白度好，并可進(jìn)行熱黏合。薄膜級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量均一、光澤度高、加工穩(wěn)定性好。
(4)牌號(hào)切換迅速、過渡料少
這種活塞流式反應(yīng)器形式有助于提高產(chǎn)品性能，減少過渡時(shí)間。與傳統(tǒng)的攪拌釜、環(huán)管反應(yīng)器或流化床反應(yīng)釜相比，牌號(hào)切換快速、簡(jiǎn)便、產(chǎn)生最少的等外品。
(5)操作安全
由于液態(tài)烴存在量相對(duì)較少，比起其他的工藝，Amoco氣相法工藝流程有其內(nèi)在的安全性，由于無任何液態(tài)物質(zhì)向環(huán)境中排放，所以該工藝對(duì)環(huán)境無污染，而各種氣相物質(zhì)均排放至火炬。
(6)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定
由于采用先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)及產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化控制系統(tǒng)，整個(gè)工藝過程控制穩(wěn)定，許多影響產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)可以通過在線分析直接反饋出來，從開車到現(xiàn)在可以看出，該裝置各項(xiàng)工藝指標(biāo)控制穩(wěn)定，產(chǎn)品性能均一，各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)小。
(二)裝置單元組成與工藝流程
1．組成單元
氣相法聚丙烯裝置由催化劑進(jìn)料單元、第一聚合反應(yīng)單元、反應(yīng)器粉料輸送單元、第二聚合反應(yīng)單元、粉料脫活及干燥單元、丙烯回收單元、擠壓造粒單元、粒料摻合及儲(chǔ)存單元、原料精制單元、公用工程單元等10個(gè)單元構(gòu)成。各單元作用分別介紹如下：
(1)催化劑進(jìn)料單元
主催化劑、三乙基鋁和改性劑以一定的比例加入到第一聚合單元，進(jìn)行聚合反應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行改性劑的稀釋，礦物油的進(jìn)料以及廢催化劑的中和。
