聚丙烯簡稱
PP塑料顆粒,是一種無色、無臭、無毒、半透明固體物質(zhì)。 聚丙烯是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹脂,為無色半透明的熱塑性輕質(zhì)通用塑料。具有耐化學(xué)性、耐熱性、電絕緣性、高強度機械性能和良好的高耐磨加工性能等
這使得聚丙烯自問世以來,便迅速在機械、汽車、電子電器、建筑、紡織、包裝、農(nóng)林漁業(yè)和食品工業(yè)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的開發(fā)應(yīng)用。近年來,隨著我國包裝、電子、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展,極大地促進(jìn)了我國工業(yè)的發(fā)展。
而且因為其具有可塑性,聚丙烯材料正逐步替代木制產(chǎn)品,高強度韌性和高耐磨性能已逐步取代金屬的機械功能。 另外聚丙烯具有良好的接枝和復(fù)合功能,在混凝土、紡織、包裝和農(nóng)林漁業(yè)方面具有巨大的應(yīng)用空間。
生產(chǎn)工藝:
聚丙烯樹脂是四大通用型熱塑性樹脂(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)之一,以丙烯為原料,乙烯為共聚單體通過聚合反應(yīng)生產(chǎn)制得。
世界上用于生產(chǎn)聚丙烯的工藝方法按類別劃分主要有以下幾大類:溶劑法、溶液法,液相本體法(含液相氣相組合式)和氣相本體法。各工藝特點簡介如下:
溶劑聚合法
溶劑法(又稱漿液法或泥漿法、淤漿法)是最早采用的聚丙烯生產(chǎn)工藝,但由于有脫灰和溶劑回收工序,流程長,較復(fù)雜等缺點,隨著催化劑研究技術(shù)的進(jìn)步,從八十年代起,溶劑法已趨于停滯狀態(tài),逐漸為液相本體法所取代。
工藝特點:(1)丙烯單體溶解在惰性液相溶劑中(如己烷中),在催化劑作用下進(jìn)行溶劑聚合,聚合物以固體輸粒狀態(tài)懸浮在溶劑中,采用釜式攪拌反應(yīng)器;(2)有脫灰和溶劑回收工序,流程長,較復(fù)雜,裝置投資大,能耗高。但生產(chǎn)易控制,產(chǎn)品質(zhì)量好;(3)以離心過濾方法分離聚丙烯顆粒再經(jīng)氣流沸騰干燥和擠壓造粒。
溶液聚合法
工藝特點:(1)使用高沸點直鏈烴作溶劑,在高于聚丙烯熔點的溫度下操作,所得聚合物全部溶解在溶劑中呈均相分布;(2)高溫氣提方法蒸發(fā)脫除溶劑得熔融聚丙烯,再擠出造粒得粒料產(chǎn)品;(3)生產(chǎn)廠家只有美國柯達(dá)公司一家。
液相本體法:
含液相氣相組合式,液相本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝是聚丙烯生產(chǎn)中后期發(fā)展起來的新工藝。該生產(chǎn)工藝是聚丙烯1957年開始工業(yè)化生產(chǎn)七年之后問世的。
采用液相本體法生產(chǎn)聚丙烯,是在反應(yīng)體系中不加任何其他溶劑,將催化劑直接分散在液相丙烯中進(jìn)行丙烯液相本體聚合反應(yīng)。聚合物從液相丙烯中不斷析出,以細(xì)顆粒狀懸浮在液相丙烯中。隨著反應(yīng)時間的增長,聚合物顆粒在液相丙烯中的濃度增高。當(dāng)丙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到一定程度時,經(jīng)閃蒸回收未聚合的丙烯單體,即得到粉料聚丙烯產(chǎn)品。這是一種比較簡單和先進(jìn)的聚丙烯工業(yè)生產(chǎn)方法。液相本體法工藝代表著八十年代國際上聚丙烯生產(chǎn)的新技術(shù)、新水平。
工藝特點:(1)系統(tǒng)中不加溶劑,丙烯單體以液相狀態(tài)在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行液相本體聚合,乙烯丙烯在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行氣相共聚;(2)流程簡單,設(shè)備少、投資省,動力消耗及生產(chǎn)成本低;(3)均聚采用釜式攪拌反應(yīng)器(Hypol工藝),或環(huán)管反應(yīng)器(Spheripol工藝),無規(guī)共聚和嵌段共聚均在攪拌式流化床中進(jìn)行。
采用液相本體法的典型代表是BASELL公司的Spherizone液相本體法工藝。Spherizone是一種氣相循環(huán)技術(shù),采用齊格勒-納塔催化劑,可生產(chǎn)出保持韌性和加工性能同時又具有高結(jié)晶度、剛性和更加均一的聚合體。它可在單一反應(yīng)器中制得高度均一的多單體樹脂或雙峰均聚物。Spherizone循環(huán)反應(yīng)有二個互通的區(qū)域,不同的區(qū)域起到由其它工藝的氣相和液相環(huán)管反應(yīng)器所起的作用。這兩個區(qū)域能產(chǎn)生具有不同相對分子質(zhì)量或單體組成分布的樹脂,擴大了聚丙烯的性能范圍。
該工藝的核心設(shè)備為MZCR(多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器系統(tǒng))反應(yīng)器R230系統(tǒng)。該反應(yīng)器由提升管和下降管兩部分組成。在提升管內(nèi)聚合物通過反應(yīng)氣體向上吹,形成流化,并送入下降管的上部經(jīng)過旋風(fēng)分離器后,粉料在收集在下降管內(nèi)。反應(yīng)氣體由離心式壓縮機通過外部的管線循環(huán),反應(yīng)熱依靠在外部循環(huán)管線上的循環(huán)器冷卻器來移出。反應(yīng)器產(chǎn)品通過安裝在下降管下部的閥門排出。排出的粉料經(jīng)過高壓和低壓脫氣后,在生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物時,直接進(jìn)行汽蒸和干燥,得到粉料產(chǎn)品。生產(chǎn)抗沖產(chǎn)品時,經(jīng)過高壓脫氣后的粉料排入氣相流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器仍采用Spheripol II氣相反應(yīng)器系統(tǒng)。共聚反應(yīng)器為立式圓筒式容器,上、下為球形封頭,下部為沸騰床,主體材料為不銹鋼,內(nèi)表面拋光。
該工藝目前單線最大生產(chǎn)能力已達(dá)45萬噸/年。MZCR(多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器)抗沖共聚產(chǎn)品的乙烯含量可高達(dá) 22%(橡膠含量大于40%),還可生產(chǎn)含乙烯和1-丁烯的三元共聚產(chǎn)品。
氣相本體法
工藝特點:(1)系統(tǒng)不引入溶劑,丙烯單體以氣相狀態(tài)在反應(yīng)器中進(jìn)行氣相本體聚合;(2)流程簡短,設(shè)備少、生產(chǎn)安全,生產(chǎn)成本低;(3)聚合反應(yīng)器有流化床、立式攪拌床及臥式攪拌床。
采用氣相本體法的典型代表是DOW化學(xué)公司Unipol氣相工藝。Unipol氣相聚丙烯工藝是美國聯(lián)碳公司(UCCP)和殼牌公司于二十世紀(jì)八十年代開發(fā)的一種氣相流化床聚丙烯工藝,是將應(yīng)用在聚乙烯生產(chǎn)上的流化床工藝移植到聚丙烯生產(chǎn)中,并獲得成功。該工藝采用高效催化劑體系,主催化劑為高效載體催化劑,助催化劑為三乙基鋁、給電子體。
UNIPOL工藝具有簡單、靈活、經(jīng)濟和安全的特點;該工藝只用很少的設(shè)備就能生產(chǎn)出包括均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物在內(nèi)的全范圍產(chǎn)品,可在較大操作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)操作條件而使產(chǎn)品性能保持均一。因為使用的設(shè)備數(shù)量少而使維修工作量小,裝置的可靠性提高。由于流化床反應(yīng)動力學(xué)本身的限制,加上操作壓力低使系統(tǒng)中物料的貯量減小,使得該工藝比其它工藝操作安全,不存在事故失控時設(shè)備超壓的危險。
此工藝沒有液體廢料排出,排放到大氣的烴類也很少,因此對環(huán)境的影響非常小,與其它工藝相比,該工藝更容易達(dá)到環(huán)保、健康和安全的各種嚴(yán)格規(guī)范。該工藝的另一顯著特點是可以配合超冷凝態(tài)操作,即所謂的超冷凝態(tài)氣相流化床工藝(SCM)。該技術(shù)通過將反應(yīng)器內(nèi)液相的比例提高到45%,可使現(xiàn)有的生產(chǎn)能力提高200%。由于液體含量多少不是流化床不穩(wěn)定、形成聚合物結(jié)塊的基本因素,因此該技術(shù)關(guān)鍵的操作變量是膨脹床的密度及膨脹松密度與沉降松密度的比例。由于超冷凝態(tài)操作能夠最有效地移走反應(yīng)熱,它能使反應(yīng)器在體積不增加的情況下提高2倍以上的生產(chǎn)能力,對于投資的節(jié)省是非??捎^的??箾_共聚產(chǎn)品的乙烯含量可高達(dá)17% (橡膠含量大于30%)的抗沖共聚產(chǎn)品。
該工藝的核心設(shè)備為氣相流化床反應(yīng)器、循環(huán)氣壓縮機、循環(huán)氣冷卻器和擠壓造粒機組。流化床反應(yīng)器是空心式容器,其頂部帶有擴大段,底部帶有分布器,第一反應(yīng)器操作壓力為3.5MPaG,溫度67℃,第二反應(yīng)器操作壓力為2.1MPaG,溫度70℃;循環(huán)氣壓縮機為單級、恒速、離心式壓縮機。