一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝及其裝置的製作方法

2023-08-07 10:19:11

專利名稱：一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是石油化工中嵌段共聚聚丙烯製備技術領域，具體涉及的是一種間 歇式液-氣相法嵌段共聚聚丙烯(PPB)的生產工藝流程及其裝置。
背景技術：
目前，聚丙烯的生產工藝按聚合類型可分為溶液法、淤漿法、本體法、氣相法和本 體法-氣相法組合工藝五大類。溶液法、淤漿法由於工藝落後，逐漸被淘汰，而氣相法和本 體法工藝的聚丙烯生產裝置的比例逐年增加，世界各地在建和新建的聚丙烯裝置將基本上 採用氣相法工藝和本體法工藝，尤其是氣相法工藝，增速較快。氣相工藝主要有BP公司 的I皿ovene氣相工藝、Chisso公司的Chisso氣相工藝、聯碳公司和殼牌公司聯合開發的 Unipol氣相工藝、BASF公司的Novolene氣相工藝、日本住友化學公司開發的Sumitomo氣 相工藝；本體法工藝主要有Basell公司的spheripol工藝、catalloy工藝、spherizone工 藝、三井公司開發的Hypol工藝以及Borealis公司的Borstar工藝等。
多種氣相工藝主要區別在於反應器攪拌形式和物料流化形式不同，I皿ovene工藝 和Chisso工藝採用接近活塞流的臥式攪拌床反應器，物料為亞流化狀態；Unipol工藝採用 氣相流化床反應器，物料為全流化狀態；Novolene工藝採用雙螺帶攪拌立式反應器，物料 為亞流化狀態；Sumitomo工藝串聯的氣相流化床反應器(兩或三臺串聯反應器)，物料為全 流化狀態。在以上工藝中，只利用一個反應器就可以生產均聚聚丙烯或無規共聚聚丙烯；生 產嵌段共聚聚丙烯(PPB)時必須有至少兩個反應器，前一個反應器用來生產均聚聚丙烯， 物料轉移到第二反應器後生產嵌段共聚聚丙烯。 本體-氣相法工藝主要是反應器和工藝流程不同。Spheripol工藝是一種液相預 聚合同液相均聚和氣相共聚相結合的聚合工藝。第一代Spheripol工藝採用單環管液相反 應器，第二代Spheripol工藝採用雙環管液相反應器。採用環管式液相反應器，可生產均聚 和無規共聚聚丙烯，嵌段共聚反應採用氣相法生產，反應器是一個或兩個串聯的密相流化 床反應器。採用一個氣相反應器系統可以生產乙烯含量在8%-12% (質量分數)的抗衝 共聚物，如果需要生產橡膠相含量更高且可能具有一個以上分散相的特殊抗衝共聚物(如 低應力發白產品)，則需要設計兩個氣相反應能夠器系統，保持兩個氣相反應器系統中的氣 相組成和操作條件獨立，可以獲得兩種不同的共聚物添加到均聚物中。Hypol工藝是一種多 級聚合工藝，Hypol-l工藝中液相反應器為立式攪拌釜式反應器，氣相反應器為流化床反應 器，整個工藝過程中有多臺反應器，用液相反應器加一個氣相反應器生產均聚產品；用液相 反應器加兩個氣相反應器生產嵌段共聚聚丙烯；Hypol-2工藝中液相本體聚合釜與Basell 的spheripol環管工藝完全相同，而共聚氣相釜採用了 Hypol-l工藝的流化床氣相釜，仍然 使用兩個串聯的氣相釜生產嵌段共聚產品。Borstar工藝採用環管反應器和氣相流化床反 應器組合工藝路線，環管反應器串聯氣相反應器生產均聚物和無規共聚物，再串聯一臺或 兩臺氣相反應器生產抗衝共聚物，這取決於最終產品中的橡膠含量，如生產高橡膠相含量 的抗衝共聚物則需要第二臺氣相共聚反應器。該工藝可在高溫(85-95°C )或超過丙烯超4臨界點的條件下操作，聚合溫度和壓力都很高，這是唯一一個超臨界條件下聚合的聚丙烯 工藝。由於在超臨界條件下操作，該工藝生產的產品具有很多獨特之處，可以直接在反應 器中產生很高熔體流動速率和高共聚單體含量的產品，能夠生產分子量分布很窄的單峰產 品，也能生產分子量分布寬的雙峰產品，由於聚合溫度較高，生產的聚合物有更高的結晶度 和等規指數，在相同衝擊強度下產品剛性比傳統的聚丙烯產品高10%。 本體法生產工藝按聚合工藝流程，可以分為連續式聚合工藝和間歇式聚合工藝兩 種。連續式聚合工藝的區別主要是反應器的不同。反應器可分為釜式反應器和環管反應器 兩大類。反應器中乙烯濃度不能太高，因而所得共聚產品中的乙烯含量不高，產品品種受到 較大的限制。間歇本體法聚丙烯聚合技術是我國自行研製開發成功的生產技術。它具有生 產工藝技術可靠，對原料丙烯質量要求不是很高，流程簡單，投資省、收效快，操作簡單，產 品牌號轉換靈活、三廢少，適合中國國情等優點，不足之處是生產規模小，難以產生規模效 益；裝置手工操作較多，間歇生產，自動化控制水平低，產品質量不穩定；原料的消耗定額 較高；產品的品種牌號少，檔次不高，用途較窄。 間歇本體法聚丙烯工藝由於其規模小，一般企業思想僵化，加上資金狀況和科研
能力有限，導致其發展緩慢，目前該工藝主要生產較低端的普通用途的聚丙烯產品。為了促 進間歇本體法工藝的發展，提高產品市場競爭力，亟需這類企業解放思想，積極創新，大力
改進現有工藝，開發多品種聚丙烯，繁榮間歇本體法聚丙烯市場。

發明內容
針對現有技術上存在的不足，本發明的目的在於提供一種液相預聚合同液相均聚 和氣相共聚相結合，開發間歇式液-氣相法嵌段共聚聚丙烯(PPB)的生產工藝流程及其裝 置，改善間歇本體工藝落後、產品低端、盈利能力差的局面，提高產品附加值和市場競爭力。
為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現
—種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，其步驟如下 (1)向液相丙烯中投入一定量的液相丙烯，使丙烯在液相均聚釜中聚合生成均聚 聚丙烯； (2)將步驟(1)中得到的均聚聚丙烯移至共聚氣相釜內； (3)向共聚氣相釜內通入一定量的低純氮，將均聚聚丙烯的粉料顆粒表面進行失 活； (4)向共聚氣相釜內通入乙烯和丙烯，並與均聚聚丙烯進行氣相共聚反應，生成嵌 段共聚聚丙烯； (5)將步驟(4)中得到的嵌段共聚聚丙烯出料至脫氣罐； (6)用丙烯氣將脫氣罐中的物料壓至閃蒸罐，進行閃蒸處理，可燃氣處理合格後壓 料、包裝。 進一步的，所述步驟(1)中，在液相丙烯中還加入適量的催化劑、活化劑及氫氣，
增加聚合反應速度，提高了反應效率；升溫反應一段時間後，生成均聚聚丙烯； 進一步的，所述步驟(2)中，液相均聚釜利用與氣相共聚釜的壓差將均聚聚丙烯
壓至共聚氣相釜內。 進一步的，所述乙烯和丙烯的重量比例範圍為1 : 5 1 : l，並通過配氣系統中的高壓貯氣罐將乙烯和丙烯加入到共聚氣相釜內，所述乙烯控制反應溫度，丙烯控制反應 壓力。 進一步的，上述步驟(5)中將反應後乙烯和丙烯的混合氣回收至緩衝罐後，並用 壓縮機將混合氣壓至貯氣罐中。 —種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，它包括一進行共聚反應的聚合系 統； —用於丙烯、乙烯的回收和供應的配氣系統，用於向聚合系統中提供丙烯、乙烯或 回收反應後的聚合系統中丙烯、乙烯的氣體，即向聚合系統內儲存共聚所需的丙烯、乙烯混 合氣體，聚合結束後回收混合氣，聚合前為聚合釜提供混合氣升壓； —設置在聚合系統外側的循環系統，所述配氣系統與循環系統相連接，用於在反 應過程中將聚合熱撤走提高了循環撤熱能力； —與聚合系統相連接，用於向聚合系統提供低純氮的低純氮系統，通過提供的低 純氮使在共聚前進行均聚聚丙烯顆粒表面失活； —連接聚合系統以及配氣系統的脫氣閃蒸系統，用於回收聚合後的丙烯、乙烯混 合氣，將回收的混合氣送回到配氣系統中；並將聚合系統中反應生成物進行閃蒸處理；
進一步，所述聚合系統包括液相均聚釜和共聚氣相釜，所述液相均聚釜的出料口 與共聚氣相釜的進料口相連通，所述共聚氣相釜的進氣口連通所述配氣系統，所述共聚氣 相釜的出料口連通脫氣閃蒸系統。 進一步，所述共聚氣相釜以及液相均聚釜的外側安裝循環系統，減少聚合反應過 程中產生的聚合熱。 進一步的，所述脫氣閃蒸系統包括回收聚合後的丙烯、乙烯混合氣的脫氣罐和物 料進行閃蒸處理的閃蒸罐，所述脫氣罐的進料口連通共聚氣相釜的出料口，所述脫氣罐的 出料口連通閃蒸罐的進料口 ，物料從脫氣罐轉移到閃蒸罐後進行閃蒸處理，可燃氣處理合 格後壓料、包裝。 進一步的，所述配氣系統包括緩衝罐、高壓貯氣罐、丙烯貯罐和壓縮機；所述緩衝 罐通過壓縮機與高壓貯氣罐相連，所述丙烯貯罐和高壓貯氣罐的出氣口連通聚合系統中的 共聚氣相釜的進氣口 ，所述脫氣罐的出氣口連通緩衝罐的進氣口 ；聚合系統內的物料反應 結束後出料至脫氣罐，混合氣回收至緩衝罐後用壓縮機將混合氣壓至高壓貯氣罐中，即構 成本發明的回收尾氣的尾氣系統；用丙烯氣將脫氣罐中的物料壓至閃蒸罐，進行閃蒸處理。
本發明的有益效果如下 (1)本發明通過以上裝置以及工藝流程，使之具備嵌段共聚聚丙烯的生產條件，使 得間歇式液-氣相法嵌段共聚聚丙烯的生產成為現實，並增加了相關動力設備和冷卻手段 即循環系統，提高了聚合系統的循環撤熱能力； (2)增加了低純氮系統，對均聚聚丙烯顆粒表面進行失活； (3)設置有脫氣閃蒸系統，回收乙烯、丙烯，避免乙烯回到尾氣系統增加尾氣系統 壓力。 (4)間歇式液_氣相法嵌段共聚聚丙烯的開發能夠有效地改善間歇本體法聚丙烯 的產品結構，是有史以來間歇本體法工藝的重大創新之一。
(5)原料與均聚聚丙烯價差較小的情況下，嵌段共聚聚丙烯仍有較大的利潤空間，
6降低企業經營風險；並通過生產出來的嵌段共聚聚丙烯可廣泛應用於家電、汽車零部件、日 用品、包裝等高端領域，附加值高，用量大。


下面結合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發明； 圖1為本發明的生產工藝流程框圖。
圖2為本發明中生產裝置的工作流程示意圖。
具體實施例方式
為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明。 參見圖1和圖2，一種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，它包括一進行共聚反應的聚 合系統IO ;—用於丙烯、乙烯的回收和供應的配氣系統20，用於向聚合系統10中提供丙烯、 乙烯或回收反應後的聚合系統10中丙烯、乙烯的氣體，即向聚合系統10內儲存共聚所需的 丙烯、乙烯混合氣體，聚合結束後回收混合氣，聚合前為聚合釜提供混合氣升壓；一設置在 聚合系統10外側的循環系統30，所述配氣系統20與循環系統30相連接，用於在反應過程 中將聚合熱撤走提高了循環撤熱能力；一與聚合系統10相連接，用於向聚合系統10提供低 純氮的低純氮系統40，通過提供的低純氮使在共聚前進行均聚聚丙烯顆粒表面失活；一連 接聚合系統10以及配氣系統20的脫氣閃蒸系統50，用於回收聚合後的丙烯、乙烯混合氣， 將回收的混合氣送回到配氣系統20中；並將聚合系統10中反應生成物進行閃蒸處理。
值得一提的是，聚合系統IO包括液相均聚釜11和共聚氣相釜12，該液相均聚釜 11採用的是現有的間歇本體液相釜，並且液相均聚釜11和共聚氣相釜12中所採用的聚合 釜改變了現有聚合釜攪拌結構，擴大攪拌直徑，減少攪拌螺帶與釜壁之間的距離，加強攪拌 能力，使聚合釜內所有物料充分攪拌，而且聚合釜攪拌電機增加了變頻，提高聚合釜內的攪 拌速度。 在液相均聚釜11以及共聚氣相釜12外側安裝有循環系統30，用於反應過程中將 聚合熱撤走，在循環系統30內增加相關動力設備和冷卻手段，提高循環撤熱能力。所述液 相均聚釜11的出料口與共聚氣相釜12的進料口相連通，用於將液相均聚釜11聚合反應生 物的物料轉移到共聚氣相釜12內。 值得注意的是，配氣系統20包括緩衝罐24、高壓貯氣罐22、丙烯貯罐21和壓縮機 23 ;所述丙烯貯罐21和高壓貯氣罐22的出氣口連通聚合系統10中的共聚氣相釜12的進 氣口。在本實施中，所述脫氣閃蒸系統50包括回收聚合後的丙烯、乙烯混合氣的脫氣罐51 和物料進行閃蒸處理的閃蒸罐52 ;該脫氣罐51的進料口連通共聚氣相釜12的出料口，所 述脫氣罐51的出料口連通閃蒸罐52的進料口，便於將出料到脫氣罐51內生成物移動到閃 蒸罐52內靜行閃蒸處理。 更加值得注意的是，所述脫氣罐51的出氣口與緩衝罐24的進氣口相連接，所述緩 衝罐通過壓縮機與高壓貯氣罐相連接，繼而構成整個裝置尾氣回收的尾氣系統60，防止尾 氣排到空氣中造成空氣的汙染；本發明在聚合系統10中的共聚氣相釜12內的物料反應結 束後出料至脫氣罐51，然後將共聚氣相釜12乙烯和丙烯的混合氣回收至緩衝罐24後用壓縮機23將混合氣壓至高壓貯氣罐22中，從而構成整個尾氣系統60 ;該尾氣系統60通過增 加脫氣罐51來回收乙烯、丙烯，避免乙烯回到尾氣系統60內，從而增加尾氣系統壓力，同時 增加乙烯消耗。 參見圖1和圖2，本發明的一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝流程，其步驟如下
(1)通過配氣系統20中的丙烯貯罐21向液相均聚釜11中投入一定量的液相丙 烯，再在液相均聚釜11內加入適量的催化劑、活化劑及氫氣；升溫反應一段時間後，使液相 丙烯在液相均聚釜11中聚合生成均聚聚丙烯； (2)利用配氣系統20的高壓貯氣罐22回收共聚氣相釜12內的氣體使其內產生一 定壓力，利用壓差將步驟(1)中得到的均聚聚丙烯壓至共聚氣相釜12內；
(3)通過低純氮系統40向共聚氣相釜12內通入一定量的低純氮，攪拌一段時間， 均聚聚丙烯的粉料顆粒表面進行失活；(4)用丙烯、乙烯混合氣升壓至一定壓力即一般達到壓力為12kPa 25kPa;升 壓完成後向共聚氣相釜12內通入一定重量比的乙烯和丙烯，該乙烯和丙烯重量比範圍為 1 : 5 1 : l，並用乙烯控制反應溫度，丙烯控制反應壓力；加入的乙烯和丙烯與均聚聚丙 烯進行氣相共聚反應，生成嵌段共聚聚丙烯； (5)將步驟(4)中得到的嵌段共聚聚丙烯出料至脫氣罐51內，並且通過共聚反應 後，利用脫氣罐51將共聚氣相釜12內乙烯和丙烯的混合氣回收至緩衝罐24後，並用壓縮 機23將混合氣壓至高壓貯氣罐22中； (6)通過壓縮機23，並利用丙烯氣體產生的壓力將脫氣罐51中的物料壓至閃蒸罐 52，進行閃蒸處理；可燃氣即嵌段共聚聚丙烯處理合格後壓料、包裝70。
本發明增加了相關動力設備和冷卻手段即循環系統30，提高了聚合系統10的循 環撤熱能力；增加了低純氮系統40，對均聚聚丙烯顆粒表面進行失活，增加反應速度和生 產效率；並設置有脫氣閃蒸系統50，回收乙烯、丙烯，避免乙烯回到尾氣系統60增加尾氣系 統60壓力，同時增加乙烯消耗。 通過以上裝置以及工藝流程，使之具備嵌段共聚聚丙烯的生產條件，使得間歇式 液_氣相法嵌段共聚聚丙烯的生產成為現實，間歇式液_氣相法嵌段共聚聚丙烯的開發 能夠有效地改善間歇本體法聚丙烯的產品結構，是有史以來間歇本體法工藝的重大創新之 嵌段共聚聚丙烯可廣泛應用於家電、汽車零部件、日用品、包裝等高端領域，附加 值高，用量大。嵌段共聚聚丙烯銷售價格比傳統間歇本體法生產的均聚聚丙烯價格要高，即 使在原料與均聚聚丙烯價差較小的情況下，嵌段共聚聚丙烯仍有較大的利潤空間，降低企 業經營風險。 以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，其步驟如下(1)向液相丙烯中投入一定量的液相丙烯，使丙烯在液相均聚釜中聚合生成均聚聚丙烯；(2)將步驟(1)中得到的均聚聚丙烯移至共聚氣相釜內；(3)向共聚氣相釜內通入一定量的低純氮，將均聚聚丙烯的粉料顆粒表面進行失活；(4)向共聚氣相釜內通入乙烯和丙烯，並與均聚聚丙烯進行氣相共聚反應，生成嵌段共聚聚丙烯；(5)將步驟(4)中得到的嵌段共聚聚丙烯出料至脫氣罐；(6)用丙烯氣將脫氣罐中的物料壓至閃蒸罐，進行閃蒸處理，可燃氣處理合格後壓料、包裝。
2. 根據權利要求l所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，所述步驟(1) 中，在液相丙烯中還加入適量的催化劑、活化劑及氫氣；升溫反應一段時間後，生成均聚聚 丙烯；
3. 根據權利要求l所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，所述步驟(2) 中，利用液相均聚釜與氣相共聚釜的壓差將均聚聚丙烯壓至共聚氣相釜內。
4. 根據權利要求1所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，所述乙烯和丙烯按的重量比例範圍為i : 5 i : i，並通過配氣系統中的高壓貯氣罐將乙烯和丙烯加入到共聚氣相釜內，所述乙烯控制反應溫度，丙烯控制反應壓力。
5. 根據權利要求l所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝，其特徵在於，上述步驟(5) 中將反應後乙烯和丙烯的混合氣回收至緩衝罐後，並用壓縮機將混合氣壓至貯氣罐中。
6. —種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，它包括一進行共聚反應的聚合系統；一配氣系統，用於向聚合系統中提供丙烯、乙烯或回收反應後的聚合系統中丙烯、乙烯 的氣體，聚合結束後回收混合氣，聚合前為聚合釜提供混合氣升壓；一用於降低在反應過程中聚合熱的循環系統，所述循環系統設置在聚臺系統外側，所 述配氣系統與循環系統相連接；一與聚合系統相連接，用於向聚合系統提供低純氮的低純氮系統，通過提供的低純氮 使在共聚前進行均聚聚丙烯顆粒表面失活；一連接聚合系統以及配氣系統的脫氣閃蒸系統，用於回收聚合後的丙烯、乙烯混合氣， 將回收的混合氣送回到配氣系統中，並將聚合系統中反應生成物進行閃蒸處理；
7. 根據權利要求6所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，所述聚合系 統包括液相均聚釜和共聚氣相釜，所述液相均聚釜的出料口與共聚氣相釜的進料口相連 通，所述共聚氣相釜的進氣口連通所述配氣系統，所述共聚氣相釜的出料口連通脫氣閃蒸 系統。
8. 根據權利要求7所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，所述共聚氣 相釜以及液相均聚釜的外側安裝循環系統。
9. 根據權利要求7所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，所述脫氣閃 蒸系統包括回收聚合後的丙烯、乙烯混合氣的脫氣罐和物料進行閃蒸處理的閃蒸罐，所述 脫氣罐的進料口連通共聚氣相釜的出料口，所述脫氣罐的出料口連通閃蒸罐的進料口。
10.根據權利要求9所述的一種嵌段共聚聚丙烯的生產裝置，其特徵在於，所述配氣 系統包括緩衝罐、高壓貯氣罐、丙烯貯罐和壓縮機；所述緩衝罐通過壓縮機與高壓貯氣罐相 連，所述丙烯貯罐和高壓貯氣罐的出氣口連通聚合系統中的共聚氣相釜的進氣口 ，所述脫 氣罐的出氣口連通緩衝罐的進氣口 。
全文摘要
本發明公開的是一種嵌段共聚聚丙烯的生產工藝及其裝置，該生產工藝流程為將液相丙烯在均聚釜中聚合生成均聚聚丙烯，聚合完後從液相均聚釜中轉移到共聚氣相釜，在聚丙烯顆粒表面失活後，通入乙烯和丙烯與聚丙烯進行氣相共聚反應，生成嵌段共聚聚丙烯。該生產裝置包括聚合系統、配氣系統、低純氮系統、脫氣閃蒸系統和循環系統。本發明通過該生產裝置以及工藝流程，使得間歇式液-氣相法嵌段共聚聚丙烯的生產成為現實，提高了產品附加值，降低企業經營風險；間歇式液-氣相法嵌段共聚聚丙烯的開發能夠有效地改善間歇本體法聚丙烯的產品結構，是有史以來間歇本體法工藝的重大創新之一。
文檔編號C08F2/01GK101693756SQ20091023352
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者何培茹, 盧建飛, 吳義, 崔磊, 張建英, 王賀宜, 蔣翠萍, 辛寶山 申請人:南京金陵塑膠化工有限公司;