关于聚丙烯生产工艺技术研究

曾祥国

摘 要：聚丙烯（Polypropylene，缩写为PP）作为一种热塑性塑料，不仅具有质轻、透明度高、无毒、易加工、耐化学腐蚀等优异性能，而且易于通过共混、共聚等物理化学反应进行改性，已成为发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的通用塑料之一（仅次于聚乙烯、聚氯乙烯），广泛应用于化工、家电、汽车、包装、建筑等诸多领域，本文主要就针对聚丙烯生产所采用的工艺技术和特点进行探讨。

关键词：聚丙烯;生产工艺;技术

1 聚丙烯产品的特点

聚丙烯是一种化工产品，现在市场上存在的聚丙烯都具有其自身的特性。聚丙烯是一种通过加工之后才形成的，不是自然界自然产生的，所有具有一定的物理特性，例如聚丙烯的的稳定性很好，一般状态下是不会发生变形的，自身是以乳白色的晶状体出现的，相对其他物质而言重量很轻，并且没有味道，也没有有害物质，更不会对人体产生伤害。正是因为聚丙烯的这些特点，所以产品的生产中对聚丙烯的需求比较大，同时也要求聚丙烯自身有良好的性能，所以在聚丙烯的生产过程中，需要严格控制它的生产精度，减少误差，生产高质量、不变形的聚丙烯，如果生产工艺与技术达不到要求或是过程中出现误差，就会导致聚丙烯的塑品发生变形，则无法满足某些要求较高的行业生产需求。

聚丙烯自身有良好的物理特点和化学性能，但是目前的生产技术无法完全展现聚丙烯的优势，就会使得聚丙烯产品在使用过程中出现一些缺陷，例如聚丙烯产品只耐高温不耐寒，低温情况下容易发生变形或受到损害，或是随着使用时间的增加，聚丙烯产品会受到氧化作用，产生氧化反应，暴露出其他的不足。要更充分的展现聚丙烯产品的功能与作用，就需要加大对聚丙烯生产工艺的研究，提高生产技术，致力生产高质量的聚丙烯产品，以满足市场日益增长的需求。

2 聚丙烯生产工艺技术的研究

20世纪50年代，就开始了聚丙烯合成工艺的研究。从最传统的溶剂聚合法（又称泥浆法），改良为更为先进的溶液聚合法，发展到目前的液相本体、气相本体聚合法，随着生产工艺的不断发展，最原始的溶剂聚合法，目前工业中已不再使用。纵观全球聚丙烯先进的生产工艺，目前Basell公司每年生产的聚丙烯超过全球总产量的50%，其主要采用Spheripol双环管气相聚合工艺;此外，由Basell公司率先开发并投产的Spherizone聚丙烯合成工艺、北欧化工公司开发并投产的Borstar聚丙烯合成工艺均得到了普及应用。

2.1 Spheripol工艺

Basell公司研发并投入运营的Spheripol双环管气相聚丙烯技术是目前经验最丰富的新型聚丙烯合成工艺，与传统生产工艺相比，生产的聚丙烯产品质量更好、产量更大。共经历了四代催化剂的改良，目前已形成双环管结构的聚丙烯合成反应器，在此工艺的基础上生产出了多种优良的聚丙烯产品。双环管结构可以通过改变合成工艺中的压力，得到性能更优良的聚丙烯产品，实现了对聚丙烯大分子质量以及聚丙烯大分子形态的调控;经多次改良后得到的第四代催化剂，催化生成的聚丙烯产品纯度更高，机械性能更好，具有更高的耐磨性能;由于使用了双环管反应结构，可以更方便生产操作;提高了反应压力，所以整个生产工艺中氢气含量增加，在一定程度上改良了聚丙烯产品的各项性能;同时，基于双环管结构的优良特性，能够生产相对质量更高的大分子，以及质量更小的聚丙烯产品，使生产出的聚丙烯产品分子质量分布范围更大，且得到的聚丙烯产品更加均质;这一结构能更好地促进反应物料之间的传热，如果结合目前更为先进的茂金属催化剂，未来将会制备出性能更加优良的聚丙烯产品。双环管反应器结构使得生产效率提高，使生产过程变得更加便捷灵活，在一定程度上提高了聚丙烯产品的产量。

2.2 Spherizone工艺

由于目前双峰聚丙烯市场需求量的不断上涨，所以Basell

公司开发出了全新的生产工艺。Spherizone工艺主要用于双峰聚丙烯的生产，该生产工艺最主要的创新之处就是在同一个反应器中，将反应器进行分区，可以单独调控每个反应区内的反应温度、反应压力以及氢气浓度，在合成聚丙烯时，在聚丙烯分子链不断增长的过程中，在生产条件不同的、生产条件可控的反应区内进行循环，一方面合成了性能更加优良的双峰聚丙烯，另一方面，得到的聚丙烯产品均匀性更好。

2.3 Borstar工艺

Borstar聚丙烯合成工艺是北欧化工在Basell公司的聚丙烯合成工艺的基础上，在双环管结构反应器的基础上，同时串联气相流化床反应器，由此生产出了性能更加优良的聚丙烯产品。在此之前，所有的聚丙烯合成工艺将反应温度控制在70℃左右，避免生产过程中气泡的产生，使聚丙烯产品更加均质。而北欧化工设计的Borstar的工艺，允许更高的操作温度，甚至可以超过丙烯操作的临界值，温度的提高也促进了操作压力的提升，并且该过程中几乎不产生气泡，是一种性能更为优良的聚丙烯合成工艺。目前该工艺的特点概括如下：第一，催化剂活性更高;第二，在双环管反应器的基础上串联了气相反应器，能够对合成大分子的分子质量以及大分子形态进行更便捷的调控;第三，在进行双峰聚丙烯的生产时得到的每个峰都能实现较窄的分子质量分布，双峰产品质量更好;第四，提高了操作温度，避免了聚丙烯分子溶解于丙烯的现象，不会出现聚丙烯产品粘连在反应釜内壁的情况。

2.4 Novolen聚丙烯工艺

Novolen聚丙烯工艺可以生产全范围的聚丙烯产品，采用PTK催化剂，以液相丙烯为载体，通过特殊设计的设备加入到反应器中。可生产融指（MFR）在0.2～100g/ 10min

之间的聚丙烯树脂，等规度高达90%～99%，且产品拉伸模量较高，Novolen工艺两个反应器即可串联操作生产抗冲共聚物，也可并联操作生产均聚物和无规物。

2.5 Unipol聚丙烯工艺

Unipol工艺采用气相流化床技术，其特点是流程简单，装置布置紧凑，所需设备不多，项目投资也相对较少。另外，Unipol工艺还可进行超冷凝态气相流化床工艺操作，反应器在体积不增加的情况下可大大提高生产能力，实验证明如果将反应器内液相的比例提高到45%，则反应器生产能力能提高到200%，两台串联反应器生产的抗冲共聚产品分子量分布很宽，抗冲共聚物乙烯含量最高可达21%，橡胶相含量为35%。

3 聚丙烯工艺技术在国内的应用情况

聚丙烯技术在我国长期的实践与运用中已经由最初的不成熟不便利的阶段逐渐转变成技术相对成熟，生产工艺多样化的阶段了，因为在采用聚丙烯生产工艺时会贴合我国自己的业务水平以及实际情况，并通过不断的深入研究，所以我们已经积累到了较多的适合我国本土使用的生产技术。

从现有的技术水平和方法来看，我国使用的还主要是本体法、气相法两种工艺，有的企业在经济实力较好的情况下，为了进一步提高聚丙烯的生产产量和反应速率，就会将两种工艺相结合使用，应用本体法--气相法相结合工艺。我国聚丙烯的生产工艺在不断完善与提高，要实现充分利用生产材料，最大化节约生产成本的目的，就需要继续提高与优化聚丙烯的生产工艺技术，并做到本体法--气相法结合工艺的推广与普及，以便创造出更大的使用价值。

4 结语

现在国内较大的聚丙烯生产设备普遍使用国外研发的生产工艺以及聚丙烯催化剂。我们应该专注于关键装置的大规模研发，学习并吸收欧美国家的先进生产技术并应用到实际生产，专注于化工设备的生产水平，降低设备的能源消耗，生产出高质量、高价值的聚丙烯产品，提高国内生产聚丙烯的核心竞争力。

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