职称论文发表聚丙烯生产工艺发展
中国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代，经过30多年的发展，已经基本上形成了溶剂法、液相本体-气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举，大中小型生产规模共存的生产格局。本文就针对聚丙烯生产工艺发展进行了一些论述，文章是一篇科技职称论文发表范文。
【摘 要】聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，其生产工艺主要有淤浆法、本体法(本体-气相法组合)和气相法。本文介绍了聚丙烯的生产工艺发展，综述了目前比较先进的生产技术，并探讨了聚丙烯催化剂的新进展。
【关键词】聚丙烯(PP),生产工艺,发展
聚丙烯(PP)晶体结构规整，具备易加工、抗冲击强度、抗挠曲性以及电绝缘性好等优点，它的应用十分广泛，特别是在纤维和长丝、薄膜挤压、注塑加工等方面，是合成树脂中消费增速最快、用途最广的品种。随着催化剂技术的进步、设备制造能力的提高和市场对新产品需要的不断增加，聚丙烯生产工艺也在不断的改进和完善。
1 聚丙烯生产工艺发展
根据反应介质及反应器构型的不同，聚丙烯生产工艺主要有：淤浆法、本体法(包括本体-气相法组合)和气相法。
1.1 浆液法
世界上最早用于聚丙烯生产，直到20世纪80年代，它还占主要地位。特点是将丙烯溶于惰性烃类稀释剂中进行聚合，主要有意大利的Montecatini工艺、美国Hercules工艺、日本三井东压化学工艺、美国Amoco工艺、日本三井油化工艺以及索维尔工艺等。
该工艺流程长，成本高，操作与投资费用较高。除生产少量高性能的塑料合金外，自20世纪80年代以后，新、改建的大型聚丙烯装置基本不再采用。
1.2 本体法(本体-气相法组合)
该工艺特点是反应体系中不加任何其它溶剂，将催化剂直接分散在液相丙烯中进行聚合反应。20世纪70年代后期的装置大都基于此法。
本体法工艺有过多种工艺路线。根据聚合反应器的不同，可分为釜式聚合工艺和管式聚合工艺，经过多年的发展和竞争，目前应用较多的主要有Basell公司的Spheripol工艺、日本三井化学公司的Hypol工艺和Borealis公司的的Borstar工艺等。
Spheripol工艺自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。它是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺，采用一个或者多个环管反应器和一个或多个串联的气相流化床反应器，在环管反应器中进行均聚和无规共聚，在气相流化床中生产抗冲共聚物。虽然流程相比之下较长，但设备简单，投资不高，操作稳定可靠，产品性能好。
Hypol工艺于20世纪80年代初期开发成功，采用HY-HS-II催化剂(TK-II)，是一种多级聚合工艺。它把本体法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺的优点融为一体，是一种无溶剂、不脱灰能生产多种牌号聚丙烯产品的组合式工艺技术。
Borstar是双峰聚丙烯工艺，于2005年首次投产建成。它采用双反应器的基本配置，当生产均聚物和无规共聚物时，采用一台环管反应器串联一台气相反应器;当生产抗冲共聚物时，再串联一台或两台气相反应器。这取决于产品的橡胶含量，比如生产橡胶含量非常高的抗冲共聚物时，则需要第二台气相反应器。该工艺特点是在超临界条件下操作，环管反应器的典型温度为80-100℃、压力5.0-6.0MPaG;气相反应器的操作条件80-100℃、压力2.5-3.5MPaG。它可生产从非常硬到非常软的产品，也能生产多峰产品。
1.3 气相法工艺
气相法工艺自20世纪70年代后期发展迅速。特点是丙烯直接气相进行聚合反应，单体浓度远低于液相丙烯，一般不需要预聚合，反应器泄压更简单容易;无论规模大小，一般只需配置1台均聚反应器和1台抗冲反应器的组合;反应后的PP粉末大多采用脱气仓、净化仓一步处理，因此有流程短、设备少、开停车方便、适宜抗冲共聚物生产等优点。此外，气相聚合系统内没有大量液烃，安全性更好。但气相反应器易形成局部过热引起聚合物结块，导致装置停车，因此其连续运行周期比不上环管装置。
各种气相法工艺的区别主要是反应器类型和催化剂的不同，可分为气相搅拌床工艺(立式搅拌床、卧式搅拌床)和气相流化床工艺。
表1 气相法主要工艺技术列表
1.3.1 Innovene工艺
该工艺的特点是其独特的接近活塞流的卧式搅拌床反应器。物料在反应器中的停留时间分布接近柱塞流形式且分布范围很窄，走短路的催化剂很少，1台这种反应器的性能相当于3台以上的串联返混式反应器。因此，该工艺具有开车简单，产品切换容易，过渡料很少，聚合物产量高，能耗低等优点。
该工艺的另一特点是在第一和第二反应器中间设置了气锁系统。该系统可避免物料在两反应器间互相串流，从而影响产品质量。
采用Innovene的专利―CD催化剂，具有高活性和高选择性，无需预处理，可生产均聚物、无规共聚物和在较宽范围内刚性和冲击强度平衡性极好的抗冲共聚物。
1.3.2 Novolen工艺
Novolen工艺在1969年由BASF公司开发成功，现为ABB Lummus公司所有。Novolen工艺特点是反应器操作模式灵活，通常采用两台75m3的立式气相搅拌釜，根据需要可串联或并联操作。用单釜可生产均聚物、无规共聚物及三元共聚物;用串联的双釜可生产抗冲或嵌段共聚物;用并联的双釜可使均聚物的生产能力提高70-100%。
反应器内装双螺带式搅拌器，使催化剂在气相单体中均匀分布。但动力消耗比液相搅拌大得多。反应器靠丙烯气的循环撤热，由于丙烯聚合的反应热比液体丙烯的蒸发潜热大得多，所以丙烯循环量较大。
该工艺不需脱灰和脱无规物，省去了脱臭过程。可生产丙烯均聚物、无规共聚物、三元共聚物和橡胶量高达50%的抗冲共聚物以及高刚性产品。
1.3.3 Unipol工艺
Unipol工艺是80年代中期由UCC公司和壳牌公司联合开发的，现由DOW拥有。它具有简单、灵活、经济和安全的特点。 采用高效的SHAC系列催化剂，无需预处理，可生产等规度高达99%的均聚物、具有宽熔体流动速率范围的无规共聚物以及乙烯含量高达19%、橡胶含量高达38%的具有较好刚性和抗冲击性能的抗冲共聚物。
采用先进的气相流化床技术，反应器返混非常充分，使得产品性能保持非常均一，只用很少的设备(采用一个大的气相流化床反应器生产均聚物和无规共聚物，再串联一个反应器可生产抗冲共聚物)就能生产出全范围的产品。由于设备少，流程简单，布置紧凑，使得操作、维修费用低，提高装置的稳定性、可靠性;还可以配合超冷凝态操作，有效地移走反应热，从而能使反应器在体积不增加的情况下提高很大的生产能力，节省装置投资。
1.3.4 Spherizone工艺
Spherizone工艺是Basell公司在Spheripol工艺的基础上发展而来的，使用新开发的多区循环反应器(MZCR)替代了环管反应器，其它工段相同，在生产抗冲共聚物仍需设置一个气相共聚反应器。
多区循环反应器可分成2个可以独立控制反应条件(反应温度、氢气浓度、单体浓度)的反应区域，丙烯有气相和液相两股进料，聚合物颗粒在这2个反应区域内快速多次循环(超过50次)，使得粉料均一性非常好，可生产出MWD很窄到很宽的均聚物、性能改进的无规共聚物和新的产品，如双无规共聚物、均聚/无规聚合物等。
2 结束语
我国聚丙烯产业已步入高速扩张时期，多套项目仍在建设中，预计到2020年，我国聚丙烯产能将增至3100万吨/年。大批聚丙烯装置的投产，将使国内市场竞争更加激烈，部分规模偏小、能耗物耗高的落后技术将被淘汰。
聚丙烯工艺技术的发展与催化剂技术的进步密切相关，国外各大公司都在致力于开发新型的催化剂以及配体。目前，Z-N催化剂仍占主流地位，一些新型的特种Z-N催化剂在不断应用于工业化生产中。茂金属催化剂近年来发展较快，用其生产丙烯共聚物是一个重要的发展动向。更为便宜的非茂金属催化剂的开发也成为新的热点。 [1]
除了催化剂，聚合反应器的制造也是聚丙烯装置的关键所在。对聚合反应器进行攻关，同时深入开展高效催化剂的研发工作，力求开发具有自主知识产权的全套聚丙烯生产技术，将是近期国内有关科研设计单位工作的重中之重。
【参考文献】
[1]段晓芳，夏知先，高明智. 聚丙烯催化剂的开发进展及展望[J].石油化工，2010，39(8)：834-843.
[2]钱伯章. 聚丙烯最新生产技术和产品[J].国外塑料，2012，30(4)：34-39.
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