间歇液相本体法聚丙烯生产技术研究及应用

杨涛

摘 要：聚丙烯是一种广泛应用于工业生产中的热塑性材料，可用于制作编织制品、注塑成型制品、薄膜、纤维及管材等多种产品，具备良好性能优势。本文以液相本体法聚丙烯生产工艺作为研究对象，简要阐释生产工艺流程与设备，围绕生产装置与溴化锂制冷技术、膜分离技术、使用脱砷剂与使用脱氧剂等层面，针对间歇式液相本体法生产聚丙烯工艺技术要点进行具体分析，并结合车间生产实际探讨了该生产工艺存在的问题及其具体优化措施，以期为聚丙烯生产工艺水平的提升及生产安全管理工作提供参考价值。

关键词：间歇式;液相本体法;聚丙烯工艺

近年来化工生产技术的革新催生多种新材料、新工艺，丙烯来源的丰富、生产企业类型的多元、市场供应结构的调整与产品品种的新增，为聚丙烯生产行业提供了新的发展前景。聚丙烯是一种以丙烯为原料的有机聚合物，我国自20世纪70年代起开始采用间歇式液相本体法从事聚苯烯的生产活动，该生产技术具有便捷、设备简单、成本经济等特征，但在生产过程中受制于装置规模、控制水平等因素的影响，将对生产安全及产品质量构成负面影响，对此还需聚焦工艺技术优化与生产安全控制方面进行重点研究，为一线车间生产管理提供指导。

1 间歇式液相本体法生产聚丙烯工艺技术

1.1 生产工艺流程

将液态丙烯通过活性氧化鋁塔、镍催化剂脱氧塔、分子筛塔等反应装置完成脱水、脱氧处理，送入聚合釜按比例添加活化剂液相、催化剂粉末以及调节剂，经由升温聚合至丙烯转化率达75%后，停止反应、排除未反应丙烯，经由抽真空处理实现对聚丙烯粉料与丙烯的有效分离，并送入去活罐内使聚合物失活，完成反应过程[1]。

1.2 工艺技术

其一是镍化锂制冷技术，用于回收精丙烯、粗丙烯，降低丙烯单耗，改善反应釜撤热能力;其二是膜分离技术，基于多孔膜微孔扩散、无孔膜溶解扩散实现对聚丙烯类有机蒸气的吸附、渗透与分离;其三是使用脱砷剂，利用脱砷剂将丙烯中的砷去除，以此降低催化剂消耗量，并提高产品质量;其四是使用脱氧剂，利用含有锰的高效脱氧剂与氧气充分反应，将生成的氧化物与氢气进行氧化还原反应，提高产物的活性，适用于反复脱氧。

2 生产工艺现存问题及其改进措施

2.1 存在问题

2.1.1 装置规模存在问题

以某化工企业为例，该企业的聚丙烯设备，属于我国最大的聚丙烯装置，以连续操作为主要的操作工艺，生产能力为220kt/a，而普通装置的生产能力仅为该装置1/4左右。目前，国内除几家规模较大的聚丙烯处理厂家外，其他厂家的聚丙烯生产量相对较少，且存在耗能大和生产成本高的问题。

2.1.2 产品品种问题

国内自主研发的聚丙烯生产装置性价比较高，具有一定的市场竞争力，但却存在品种单一，性能不佳和生产过程受限的问题，如果产品品种与生产需求不符，就会导致国内聚丙烯生产效率大幅度降低。

2.1.3 控制水平有限

控制水平关系到间歇式液相本体法聚丙烯生产质量。但在查阅文献资料后得知，我国间接式液相本体法聚丙烯生产方式较为传统，尚未实现自动化生产，与西方国家的差距较大，因此对控制水平提出了严格的要求，如果控制效果不佳，就会引发产品质量方面的问题。

2.2 工艺改进措施

结合上文可知，国内间歇式液相本体法聚丙烯聚合生产工艺在装置规模、产品品种和控制水平方面存在问题，这些问题的存在，导致聚丙烯生产效率和产品质量受到了严重影响，不利于我国聚丙烯产业的健康发展。为此，本文针对上述问题，制定了解决问题的措施，如下所述：

2.2.1 对生产工艺中的原料精致系统进行优化

为发挥生产工艺中原料精致系统的作用，需要对其中的固碱脱水塔数量进行控制，通过增加脱水塔的方式，简化脱水流程，增强脱水的效果。如果原料精致系统中含有大量水分，传统原料精致系统很难将水分全部脱出，无法满足聚合级丙烯的形成条件，聚丙烯装置生产能力也会随之下降。针对此类情况，增加脱水塔数量是解决问题的有效途径，具体表现为第一个脱水塔可以将大部分水分、一氧化碳和二氧化碳脱出，另一个脱水塔可以起到补充作用，从而为精致工作的进行，奠定坚实的基础。此外，如果企业具备条件，可以运用PALL过滤聚结脱水器，使液碱结晶现象被有效控制。最后将聚丙烯精致系统中的脱氧塔替换为脱硫塔，能够减少聚丙烯中的硫元素，聚丙烯产品的质量会因此而提升。

2.2.2 对生产工艺中的升温和散热系统进行优化

在生产工艺中，升温和散热系统的重要性不言而喻，对其进行优化，有助于聚丙烯生产效率和质量的提升。企业可以通过高压丙烯冷凝器的使用，对水量进行控制，此外，将启动快速切断阀设置到循环出口水中，亦可提升水资源的利用效率。最后，基于低品位热源构建低温热水系统，可以使低温热水作用得到充分发挥。总之，产品品种问题的解决，需要相关行业企业，加强技术研发力度，在吸取国外先进生产工艺的基础上，结合我国实际国情，研发适合于国内聚丙烯产业发展的生产工艺。

2.2.3 优化生产工艺的反应系统

在优化反应系统的过程中，需要控制聚丙烯的投料质量，通过专门质量流量计的设置，促进聚丙烯生产效率的提升。究其原因，主要是质量流量计的应用，能够保证丙烯投料数量的精确度，聚丙烯生产会更加安全。

2.3 安全控制技术应用

2.3.1 压力控制联锁

环管反应器是生产装置中承载聚合物料的主要部件，由单法兰压力变送器测量压力信号、控制联锁，当变送器膜盒顶破后易使装置出现误动作，影响装置正常生产、造成丙烯放空问题。对此需针对现有压力控制联锁方案进行改进设计，采取二选二联锁方案增强联锁可靠性，新增单法兰变送器安装在环管附近，采用双回路控制模式，并选取选择器增设在压力变送器及调节器之间，当发现一路信号出现异常状况时，可基于手动、自动操作两种模式进行信号切换与控制。同时，以联锁部位为基准新增测量回路，在一路信号异常报警时由作业人员进行检查、判断是否需启动联锁，在两路信号同时报警时由联锁装置自动发出动作，借此有效避免出现误动作问题，保障生产装置运行效率与安全。

2.3.2 压力稳定控制

通常在聚丙烯生产过程中需综合考量物料、压力、温度等参量，为保障生产过程中压力值的稳定性，需设置控制回路与压力辅助回路，分别实现对压力反馈控制阀的测量及对阀门开度的控制，用于实现对物料排放量的有效调节，保障反应器内压力的均衡。

2.3.3 反应温度控制

针对聚合反应温度进行控制，可利用气相聚合反应热使液相单体气化或通过水冷却实现对反应温度的控制，并基于串级控制模式利用主回路与副回路分别控制反应介质及冷却水的温度，用于调节水的换热量，避免反应温度超出限值。

2.3.4 出料控制

为实现对反应器出料量的控制，可在其底部增设两个备用的出料阀，分别基于两个回路进行出料阀开度的控制，保证在主出料阀堵塞的情况下仍可实现稳定出料。

2.3.5 设备温度控制

受生产车间环境条件以及反应性质的影响，在生产过程中催化剂预接触罐的温度将持续上升，对催化剂性能构成影响，甚至易导致管道堵塞，影响到生产安全。因此需以现有进料线为基准，选取换热器增设在罐体周围，配合太阳能电池板共同起到制冷作用，将罐体温度控制在10℃左右，保证催化剂具备良好的活性。

总体来看，聚丙烯生产装置具有易燃易爆特点，生产过程中的危险系数较高，因此在液相本体法聚丙烯生产环节应牢固秉持安全生产理念，针对生产工艺技术、反应原理等进行详细分析，结合生产环节现存问题进行反应装置的改进与安全控制措施的优化，更好地提高聚丙烯生产的质量与安全性，为聚丙烯产量提升与生产工艺优化提供技术支持。

参考文献：

[1]房翠.间歇液相本体法聚丙烯生产过程中加入助剂的高效方法研究[J].中国高新区，2019（08）：165.