摘要：Spheripol工艺由巴塞尔（Basell）聚烯烃公司开发成功。该技术自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。Spheripol工艺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，工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度其催化剂生产的粉料呈园球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄。可以生产全范围、多用途的各种产品。其均聚和无规共聚产品的特点是净度高，光学性能好，无异味。
关键词：Spheripol工艺；聚丙烯；方向
Spheripol工艺采用的液相环管反应器具有以下优点：
（a）有很高的时空产率（可达400kgPP/h.m3），反应器的容积较小，投资少；
（b）反应器结构简单，材质要求低，可用低温碳{TodayHot}钢，设计制造简单，由于管径小（DN500或DN600），即使压力较高，管壁也较薄；
（c）带夹套的反应器直腿部分可作为反应器框架的支柱，这种结构设计降低了投资；
（d）由于反应器容积小，停留时间短，产品切换快，过渡料少；
（e）聚合物颗粒悬浮于丙烯液体中，聚合物与丙烯之间有很好的热传递。采用冷却夹套撤出反应热单位体积的传热面积大，传热系数大，环管反应器的总体传热系数高达1600W/（m2.℃）；
（f）环管反应器内的浆液用轴流泵高速循环，流体流速高达7m/s，因此可以使聚合物淤浆搅拌均匀，催化剂体系分布均匀，聚合反应条件容易控制而且可以控制得很精确，产品质量均一，不容易产生热点，不容易粘壁，轴流泵的能耗也较低；
该技术已经发展到第二代。与采用单环管反应器的第一代技术相比，第二代技术使用双环管反应器，操作压力和温度都明显提高，可生产双峰聚丙烯。催化剂体系采用第四代或第五代Z-N高效催化剂，增加了氢气分离和回收单元，改进了聚合物的高压和低压脱气设备，汽蒸、干燥和丙烯事故排放单元也有所改进，增加了操作灵活性，提高了效率，原料单体和各项公用工程消耗也显著下降。所得产品颗粒度更加均匀，产品的熔体流动指数范围更宽（从0.3-1600.0g/10min），可生产高刚性、高结晶度和低热封温度的新PP牌号。Spheripol工艺的抗冲共聚反应采用气相法生产，反应器是一个或两个串联的密相流化床反应器{HotTag}。反应器采用气相法密相流化床。采用一个气相反应器系统可以生产乙烯含量在8%-12%（质量分数）的抗冲共聚物，如果需要生产橡胶相含量更高且可能具有一个以上分散相的特殊抗冲共聚物（如低应力发白产品），则需要设计两个气相反应能够器系统，保持两个气相反应器系统中的气相组成和操作条件独立，可以获得两种不同的共聚物添加到均聚物中。
采用汽蒸和干燥两步法处理聚合物，可以很容易将汽蒸尾气中的蒸气冷凝而分离出纯烃类单体，能够完全回收利用尾气中的烃类，降低单体的消耗。闭路氮气干燥系统也降低了装置的氮气消耗量。此外，Spheripol工艺采用模块化设计方式，可以满足不同用户的要求，易于分步建设（如先上均聚物生产系统，在适时增加气相反应系统），装置的生产能力也容易扩大。Spheripol工艺有严格完善的安全系统设计，使装置有很高的操作稳定性和安全性。新一代Spheripol工艺采用纯的添加剂加入系统，使产品质量更加均一稳定，而且方便产品切换。Spheripol工艺技术能提供全范围的产品，包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物、三元共聚物（乙烯-丙烯-丁烯共聚物）。其均聚物产品的MFR范围为0.1-2000g/10min，工业化产品的MFR达到1860g/10min（特殊的不造粒产品），高刚性产品的弯曲模量达到2300MPa。工业化生产的无规共聚物产品中乙烯含量高达4.5%（质量分数），并有乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物产品，薄膜封焊起始温度低至110℃，可与气相法工艺生产的高乙烯含量无规共聚竞争。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆抗冲共聚产品具有很好的刚性和抗冲击性的综合性能，产品乙烯含量可高达25%（40%橡胶相）。此外，Spheripol工艺可通过添加过氧化物和双环管反应器，灵活地根据产品需要在聚合物分散指数（PI）3.2-12之间调节产品的分子量分布，可以在反应器内直接生产MFR高达1800g/10min的产品以及大颗粒无需造粒产品，使Spheripol工艺具有极强的竞争力。Spheripol工艺的另外一个特点是先进的催化剂技术。Basell公司有多种催化剂体系可用于Spheripol工艺生产不同类型的产品，如MC-GF2A催化剂用于生产均聚物，MC-M1用于生产大球形的抗冲共聚物及均聚物和无规共聚物，而一些高模量的均聚物则要使用D-给电子体（二环戊基-二甲氧基-硅烷，简称DCPMC），一些高乙烯含量的特殊抗冲共聚物也要使用专用的催化剂。Basell公司注册了多项专利的二醚类催化剂也已经有商业化产品，如MC-126、MC-127。二醚类催化剂具有很高的聚合活性（可达100Tpp/kg cat）和长寿命，很好的等规指数控制，高的氢气敏感性，产品有较窄的的分子量分布。世界上采用Spheripol工艺生产的聚丙烯装置有近百套，总生产能力约为1460万吨/年，约占世界聚丙烯总生产 能力的36.8 %。其中北美地区的生产能力为403万吨/年，亚洲地区合计为419万吨/年，西欧地区的生产能力为 410.5万吨/年，中欧和东欧地区的生产能力为62万吨/年，中东和非洲地区的生产能力为 131.5万吨/年；我国的聚丙烯工业化生产始于上世纪70年代初，当时兰州化学工业公司从国外引进技术建设了5000吨／年的浆液法聚丙烯装置，此后燕山石化公司、辽阳石油化纤公司也分别引进日本和美国技术建设了聚丙烯装置。上世纪70年代建设的这些聚丙烯装置总产能不过十几万吨／年，生产的聚丙烯只能用于一些重要领域，远不能满足当时人们日常生活的需求。
上世纪80年代，随着聚丙烯产业的发展，我国在聚丙烯自主技术的开发上也取得进展。一些企业采用国内自主开发的技术和催化剂，利用炼厂催化裂化装置所产的丙烯建设了一批小规模间歇式液相本体法聚丙烯装置；进入上世纪90年代，国内聚丙烯工业发展加快，又展最快的一种合成树脂。
在众多的聚丙烯生产工艺中，采用环管法生产的聚合物产品范围宽，包括均聚物、无规共聚物／三元共聚物和抗冲共聚物。均聚物产品具有高度的立构规整性和很宽的相对分子质量范围；无规共聚物和抗冲共聚物，除了能在耐冲击强度和刚性之间良好平衡外，还有很宽的相对分子质量范围，环管法技术是聚丙烯最理想的生产方法之一。
瞄准环管法这一最具竞争力的生产工艺，我国踏上了聚丙烯成套工艺的研发之路。近几年，随着多套较大型聚丙烯生产装置的建成并开始投产，其中包括60万吨聚丙烯生产装置。我国聚丙烯工业发展迅速，国际竞争能力显著增强。2010年我国聚丙烯行业总生产能力已突破1000万吨。超越美国成为世界最大的聚丙烯生产国。2012年国内聚丙烯产量达到1121.6万吨，2005-2012年平均增长率在11.5％；表观消费量为1498.37万吨，2005-2012年平均增长率在9.14％.2013年国内聚丙烯产量达1245万吨，对聚丙烯消耗比例为60％。2014年全国聚丙烯产量14373.93万吨，增长率为10.2％。
虽然近年来我国的聚丙烯产量逐年攀升，但是由于下游需求较为旺盛，我国的聚丙烯消费量增长十分迅速，现在我国每年仍然需要进口大量的聚丙烯产品。家用电器、电子、包装及建材家具等下游行业的繁荣有力推进了我国聚丙烯市场的快速扩张，今后汽车市场的持续高速增长也将推动汽车注塑制品的增长，从而带动聚烯烃市场的增长。
网报聚烯烃巨大的需求潜力使得中国市场成为世界聚烯烃巨头争夺的焦点。另外，港商、台商也加入聚烯烃的建设行列中。外资的加盟、港商和台商的涉足，打破了我国聚丙烯产业国有资本一统天下的格局，投资主体朝着多元化方向发展。目前，中国聚丙烯行业仍在积极扩大产能规模，优化产业结构，加速技术创新，降低生产成本。预计今后今年内，中国聚丙烯行业将持续平稳增长的良好发展态势。
参考文献：
[1]秦宇.聚丙烯装置环管反应器的施工图及计算书.2017
[2]李国民.聚丙烯装置环管反应器设备国产化可行性研究报告.2017
论文作者:杨振波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：聚丙烯论文; 反应器论文; 共聚物论文; 产品论文; 万吨论文; 工艺论文; 催化剂论文; 《基层建设》2019年第29期论文;