Spheripol工艺生产高抗冲聚丙烯*

陈明杰

（中国石油抚顺石化公司乙烯化工厂，辽宁 抚顺 113001）

Spheripol工艺生产高抗冲聚丙烯*

陈明杰

（中国石油抚顺石化公司乙烯化工厂，辽宁 抚顺 113001）

介绍了Spheripol工艺生产高抗冲聚丙烯产品的方法，采用两步复合工艺生产嵌段聚丙烯，第1步采用环管反应器进行丙烯液相均聚反应，第2步采用流化床反应器进行丙烯均聚物与乙烯单体气相共聚反应，即在气相反应器中，利用来自环管反应器中的均聚物的残余活性，加入乙烯和补充的丙烯及氢气实现乙-丙共聚，共聚物的生成使最终产品的抗冲性能大大提高，尤其是低温下的抗冲性能。

Spheripol工艺技术；环管反应器；气相反应器；高抗冲聚丙烯

抚顺乙烯化工厂聚丙烯装置是采用意大利Himont公司的Spheripol工艺技术，能生产均聚、无规共聚及嵌段共聚三大类产品，尤其是气相反应器生产高抗冲产品的工艺技术先进，采用DCS集散控制，为了适应市场产品的需要，提高企业经济效益，充分发挥Spheripol工艺技术，开发生产高抗冲聚丙烯专用料。现以产品EPV30R为例讨论生产中的问题。

1 Spheripol工艺特点

1.1 工艺流程

Spheripol工艺需用两步复合工艺来生产嵌段聚丙烯，即第一步采用环管反应器进行丙烯液相均聚反应，第二步采用流化床反应器进行丙烯均聚物与乙烯单体气相共聚反应，即在气相反应器中，利用来自环管反应器中的均聚物的残余活性，加入乙烯和补充的丙烯及氢气实现乙-丙共聚，共聚物的生成使最终产品的抗冲性能大大提高，尤其是低温下的抗冲性能。

在生产共聚物过程中，来自反应系统的均聚物切入R401反应器，物料由风机C401建立起流化状态，在此，具有活性的均聚物与乙烯单体反应，反应热由循环气带走，并通过E401冷却，反应产物由R401底部排到低压气体回收系统F301，共聚产品从其底部去后处理系统，低压回收气从顶部去回收压缩机PK301增压后，送到乙烯分离塔T402中，通过精馏，丙烯从塔底回到均聚反应系统，乙烯及部分丙烯等混合气从塔顶回到R401中，重新参与反应。共聚反应单元的主流程见图1［1］，R401控制流程见图2，T402控制流程见图3。

注：图中粗线部分为生产共聚物原则流程，细线部分为生产均聚物原则流程。

1.2 几个重点控制参数

气相反应器及乙烯回收塔的控制显示了Spheripol工艺技术的先进性，对生产的连续性及安全性有了可靠性的保证，如“挂堵”情况变轻，乙烯回收彻底，可以防止乙烯进入均聚反应系统，生成过多的无规共聚物及大分子聚合物，可以保证共聚物的性能指标。

1.2.1 均聚物残余活性的控制

残余活性及活性中心在气相反应器中的停留时间，严重影响着共聚物的理化性能，试产EP V30R活性分配比例确定为R201:R202:R401=60: 27:13（均聚反应器R201，R202中的密度控制在520 kg/m3）；停留时间由气相反应器的压力与料位串级控制。

1.2.2 C2H4加入量的控制

单体乙烯的稳定按比例加入是控制目的产品质量指标的关键，根据产品乙烯含量的目标值ME及气相反应器中产品的乙烯/乙烯+丙烯的比率R及均聚物的产量H计算得到乙烯加入量：

式中：R—气相反应器中乙-丙二聚物中的乙烯质量分数，%；

ME—最终产品中乙烯含量目标值，%；

1.031—乙烯加入量/聚合物中乙烯含量，作乙烯损失的补偿系数。

1.2.3 C2H4回收塔底指标的控制

乙烯回收完全与否直接制约着装置的安全稳定运行，如果T402工况波动，就会造成系统C2H4量的波动，使共聚反应波动，另外塔底部乙烯含量高，直接进入均聚反应系统，使无规物比例增大，造成终产品结晶性下降，相应地刚性降低，反映在产品拉伸屈服强度和挠曲模量低，严重的会造成均聚系统粘料，所以控制好T402的工况，如灵敏板温度、塔顶温度及塔釜轻组分的含量等十分重要。

1.2.4 产品质量的控制

抗冲聚丙烯的生产要以特殊用途为目标，调整工艺参数，以获得预期的特性指标，一般要求抗冲聚丙烯树脂既要有高熔融流动性能，又要有高的冲击强度和适度的硬度，这要求控制人员要研究几项性能指标的关系，使生产出的树脂各项指标达到期望值。

（1）熔融流动速率（MFR）与冲击强度的关系。

一个线性高分子链具有很大数目的C—C单键，这些单键的旋转可以形成无数的构象，分子链越长，则构象越多，链的柔顺性越大，通常以MFR来表征链的长短，即加工性能，以冲击强度表征柔顺性的大小，二者存在如图4的关系，即MFR增大，冲击强度变小，因此在生产高抗冲产品时要对MFR进行适度调节，试产EPV30R控制MFR为18～22 g/（10 min）之间［2］。

（2）橡胶含量与冲击强度关系。

高分子的微观结构对性能起着决定性的作用，高分子主链结构对链的刚柔性影响最大，在乙丙嵌段共聚时，在聚丙烯链上引入乙基，形成了部分乙丙橡胶链段，部分聚乙烯链段，破坏了等规聚丙烯主链上甲基有序排列状态，使主链上可以自由旋转的单键增多，增加了分子链的柔顺性，从而提高了冲击强度，二者存在如图5关系，即随着橡胶含量的增加，冲击强度也随之增加，试产EPV30R冲击强度以悬臂梁冲击强度来表征。

（3）刚性是以屈服强度和挠曲模量来表的。

当屈服强度或挠曲模量增大时，刚性相应提高，在共聚物产品中，挠曲模量随着乙烯含量的增加而下降（如图6）为此，目的产物乙烯含量必须在保证产品有较好的刚性基础上进行调整，EPV30R的屈服强度要求＞27 MPa，挠曲模量＞1 150 MPa［3］。

2 试生产情况

2.1 聚合工艺参数的控制

质量控制是以工艺参数的控制调整为基础。试产EPV30R的预期物性能指标见表1，目的产品的预期指标确定的工艺参数见表2。

2.2 试生产参数

实际生产过程中均聚反应参数较稳定，基本保证了共聚反应的目的，可以说试生产是成功的。从表3、表4可以看出，尽管产量发生了变化，但均聚反应稳定，使预期的乙烯加入量比较容易得出并加以控制，所以基本保证了产品的预期指标。

3 结论

从表4可以得出Spheripol工艺技术生产的嵌段共聚产品性能远优于均聚产品，尽管“屈服强度”和“挠曲模量”略有下降，但抗冲性能却高于均聚物近10倍，特别是低温抗冲性能，均聚物在-20℃以下产生脆裂，而该共聚物却有较高的抗冲性能。

[1]中国石油抚顺石化公司.聚丙烯装置操作规程，FSYX/WJ00 5.07-2008[S].

[2]潘祖仁.高分子化学[M].北京：化学工业出版社，1985.

[3]洪定一.聚丙烯—原理、工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2002.

Production of High Impact Polypropylene by Spheripol Process

CHEN Ming-jie
（Petro China Fushun Petrochemical Company Ethylene Chemical Plant，Liaoning Fushun 113000，China）

The production method of high impact polypropylene products by the spheripol process was introduced，which adopted two-step complex process to produce the block polypropylene.The first step adopted the propylene liguid phase homopolymer reaction by loop reactor and the second step adopted gas-phase copolymerization of propylene homopolymer and ethylene monomer by the fluid bed reactor.The residual activity of homopolymer from the loop reactor was utilized，and the ethylene，propylene and hydrogen were added into the gas phase reactor to realize copolymerization of ethylene and propylene.The impact capability of final product was increased，especially at low temperature.

Spheripol Process；Circulating Pipe Reactor；Gas Phase Reactor；High Impact Polypropylene

TQ325.1+4

A

1671-0460（2009）03-0058-05

2010-01-20

陈明杰（1964-），男，工程师，2000年毕业于吉林大学化学系高分子材料与工程专业，现从事化工工艺、设备、水处理技术管理工作。电话：0413-2999111转772785，E-mail：chenmingjie1245@sohu.com。