摘要：聚丙烯作为一种重要的化工产品，在各个领域有着广泛的应用，在几种聚丙烯生产工艺中，由于溶液法和淤浆法存在的缺点，现有的生产装置中已经较少使用，而气相法聚丙烯生产工艺因工艺流程简单、操作简易、生产灵活性好、单线生产能力大、安全性较高、设备投资较省等优点，近年来比例逐渐增加，各地在建和新建的聚丙烯生产装置大都上采用气相法工艺，气相法工艺得到较大的发展。
关键词：气相法；聚丙烯工艺；技术
聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，是一种无毒、无味、无臭的乳白色结晶聚合物，具有密度小、韧性高、抗冲击强度高、电绝缘性好以及对酸、碱和有机溶剂有较强的耐受能力等优点，也是一种重要的有机化工原料，由于聚丙烯树脂具有许多优良的特性和良好的加工性能，因此它的用途广泛。目前在工业生产中，聚丙烯的主要生产工艺有本体法、气相法。
1工艺技术分析
1.1气相聚合工艺
目前，国内应用的Spherizone工艺、Dow 公司的Unipol工艺、Ineos公司的Innovene工艺及ABB公司的Novolen工艺等主要采用Basel公司的气相法聚丙烯生产工艺。
1.1.1 Basell公司的Spherizone工艺。Basell公司的Spherizone工艺为气相、非茂金属工艺，是目前世界上最先进的聚丙烯生产工艺之一，该工艺的主要特点是通过使用单一多区循环反应器代替Spheripol工艺的环管反应器。多区循环反应器分为上升段和下降段反应区域，聚合物粒子在反应区内进行多次循环。在上升段反应区域内，通过循环气体的带动，使得聚丙烯粒子快速流化，随后进入下降段顶部旋风分离器内进行气固分离。在下降段顶部通过阻隔区使得反应气体和聚合物粒子分离，粒子向下运动到下降段底部后，再次进入上升段完成一个循环。阻隔区的使用，形成不同的反应区域，实现了上升段和下降段不同的反应条件。均聚、二元及三元无规共聚产品可在多区循环反应器内生产，抗冲共聚物则需配备气相反应器。利用多区循环反应器及气相反应器的不同操作模式，Spherizone工艺还可生产出除传统均聚、无规及抗冲产品外的一些新类型产品，例如双子无规产品，该产品可达到共聚单体含量的双峰分布。Spherizone工艺生产的产品具有如下特点：应用范围广；单反应器可生产双峰产品，相对分子质量分布宽；树脂结晶度高，刚性好；在保持力学性能的同时，树脂具有良好的加工性；不仅力学、热力学、光学性能佳，而且无规共聚产品共聚单体含量高，抗冲共聚物优化了冲击性能与刚性的平衡。可见，在一个反应器中可以生产双峰甚至多峰聚丙烯，重复在反应区循环的正在增长的聚合物粒子可提高粒子的均匀性。
1.1.2 Unipol气相法聚丙烯工艺。Dow公司的Unipol气相法是将应用在聚乙烯生产装置中的流化床工艺移植到聚丙烯工艺生产中，并获得成功，Unipol气相法也是世界上最先进的聚丙烯工艺技术之一。Unipol 工艺具有如下优点：全流态化操作，反应器设计简单；可以配合超冷凝态操作；生产均聚物、无规共聚物可用一台流化床主反应器；可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一；该工艺成本低，路线短，性能好，占地少，潜力大，对材质没有特殊要求，具有较强的竞争力。
1.1.3 Innovene 聚丙烯工艺。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Innovene气相法聚丙烯工艺由Ineos公司开发，可利用2个串联的卧式反应器工艺，折流板和特殊的搅拌器系统，生产从高挠曲模量到低温应用的抗冲聚丙烯，实现在1个反应器内形成一定的粉料停留时间分布，达到3个全混流反应器串联的效果。使用一种催化剂就可以生产出均聚、无规共聚和抗冲共聚所有范围内的聚丙烯产品是该工艺的一大显著特点。
1.2本体聚合工艺
本体聚合工艺是将催化剂分直接散至液相丙烯中，使液相丙烯进行聚合反应，且在反应体系中不加入任何溶剂。聚合物以细颗粒状悬浮在液相丙烯中，同时聚合物的浓度随反应时间的逐步推移不断增加，当丙烯转化率达到一定程度后，经闪蒸回收系统即可得到颗粒状聚丙烯产品。
本体聚合法的典型代表为Basell公司的Spheripol工艺，整个工艺由催化剂进料、反应、单体闪蒸、循环、汽提、挤出和混合单元组成，生产的主要特点是采用串联的环管反应器生产均聚物和无规共聚物，再通过串联气相反应器生产抗冲共聚物。该工艺能用单环管反应器生产几乎所有范围内的产品，但装置常用环管反应器串联生产双峰产品来提高产品的机械性能，若生产抗冲共聚物则需要再串联1 个气相反应器。若生产嵌段聚丙烯，则Sheripol工艺需用两步复合工艺来完成生产：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，利用来自环管反应器中的均聚物的残余催化剂活性，加入乙烯和补充的丙烯及氢气，实现生产乙－丙共聚橡胶物，使得最终产品的抗冲性能大大提高，尤其是低温下的抗冲性能。
2聚丙烯生产工艺催化剂发展历程
第一代催化剂是采用研磨法生产的三氯化钛催化剂，其中含有1/3三氯化铝；第二代催化剂是由Solvay公司开发的三氯化钛催化剂，但催化剂中仍含有大部分非活性钛盐，故使用该催化剂的工艺技术仍需要增加后处理系统，以此来去除聚合物中的残渣，提高产品的质量；第三代催化剂是在高比表面的载体上载负钛化合物来提高催化剂的效率，经研究发现，提高催化剂效率的关键是将载体氯化镁进行活化，利用活化的活性氯化镁作为载体才有可能获得高活性的催化剂，加入恰当的给电子体化合物可以提高催化剂效率，使丙烯聚合的定向能力得到提高；第四代催化剂不仅具有高活性和高定向能力，而且还能控制聚合产物的分子结构，通过控制催化剂的构造达到控制粒子形态的目的，因此有利于合成高性能的聚丙烯，且具有反应器颗粒技术的特点；第五代催化剂是由Montell公司发现的一种新的给电子体——1，3-二醚类化合物，该类给电子体突破了前两代催化剂在给电子体领域的限制，使催化剂可以在不加入任何外给电子体的情况下达到同样的效果，同时可以得到具有立构规整性的聚丙烯；第六代催化剂是在一定种类的茂金属化合物中，利用甲基铝氧烷作为助催化剂，该催化剂不但具有极高的聚合活性，而且可以生产高立构规整度的等规或间规聚丙烯。当今聚丙烯生产中已形成本体-气相法组合工艺与气相法工艺相互竞争，呈现两分天下的趋势。有人分析了现有的各种聚丙烯工艺后提出如下看法：最好的聚丙烯均聚物生产技术是环管反应器，而流化床反应器对聚丙烯共聚技术有较大的灵活性。因此，均聚物和无规共聚物生产的最佳方案是本体法环管反应器，高抗冲共聚物生产的最佳方案是混合型。近些年，聚丙烯工艺和新建装置向大型化、产品高性能化方向快速发展，以降低投资和操作费用，提高装置经济性和竞争力。
结语
近年来，国内的聚丙烯催化剂取得了长足的进步，部分催化剂技术已经达到了世界先进或领先水平，但是在聚丙烯工艺方面特别是作为未来工艺发展方向的气相工艺方面的研究，还是非常薄弱，这也在一定程度上会限制新型聚丙烯产品的研究和开发。另一方面，针对气相装置的国产催化剂的开发还比较薄弱，实现气相催化剂的国产化还要很长的路要走。
参考文献：
[1]张永杰.我国聚丙烯工艺技术进展研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，（11）：26.
论文作者:李想
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/9
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