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摘要：聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂，是五大通用合成树脂之一。聚丙烯具有密度小、无毒、易加工、抗冲击强度高、抗挠曲性及电绝缘性好等优点，广泛应用于电子电器、汽车、建材、医疗、包装等领域。聚丙烯生产工艺按聚合类型可分为溶液法、淤浆法、本体法及气相法，基于此，本文主要对聚丙烯生产工艺技术进展进行分析探讨。
关键词：聚丙烯；生产工艺；技术进展
前言
聚丙烯的化学性质相对比较稳定，物理性质表现出无味、五毒且无异味的一种乳白色结晶聚合物，密度相对比较小，且具有良好的绝缘性和较高的韧性。即便在受到比较强烈的冲击时也不会产生任何的变化。聚丙烯在强烈的酸碱环境下，性质不会改变，同时也不溶于有机溶剂。正是聚丙烯的这些优点，致使其广泛地应用于建材、包装、医疗及汽车行业等领域。
1、聚丙烯生产工艺
1．1溶液法
溶液法聚丙烯生产工艺由Eastman公司所独有，是早期用于生产结晶聚丙烯的工艺路线。该工艺采用一种经过特殊改进的催化剂体系———锂化合物(如氢化锂铝)来适应高的溶液聚合温度。其工艺过程为:催化剂组分、单体和溶剂连续加入聚合反应器，通过对溶剂减压将未反应的单体进行分离循环，溶液的粘度通过额外补充溶剂来降低，并过滤除去残留的催化剂;溶剂通过多个蒸发器而浓缩，然后通过一台能够除去挥发物的挤压机而形成固体聚合物;采用庚烷或类似的烃萃取形成的固体聚合物以进一步提纯，同时也除去了无定形聚丙烯。
溶液法聚丙烯生产工艺不使用乙醇，取消了多步蒸馏的过程，主要用于生产一些与淤浆法产品相比模量更低、韧性更高的特殊牌号产品，但存在工艺流程复杂，成本较高，聚合温度高的缺点，由于采用特殊的高温催化剂，使得生产的产品应用范围有限，目前该方法已不再用于生产结晶型聚丙烯。
1．2淤浆法
淤浆法聚丙烯生产工艺是世界上最早用于生产聚丙烯的工艺技术，典型工艺主要有Montedison工艺、Hercules工艺、Amoco工艺等。这些工艺的开发都基于当时的第一代催化剂(用Et3Al还原TiCl4得到TiCl3/Et2AlCl作为催化剂)，采用立式搅拌釜反应器，需要进行脱灰和脱无规物。因采用的溶剂不同，工艺流程和操作条件有所不同。近年来，传统的淤浆法工艺在生产中的比例明显减少，研究者们对淤浆法聚丙烯生产工艺进行了改进，改进后的工艺使用高活性的第二代催化剂(在第一代催化剂的基础上引入了给电子体Lewis碱即TiCl3/Et2AlCl/Lewis碱作为催化剂)，可省去催化剂脱灰步骤，能减少无规聚合物的产生，可用于生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物产品等。
1.3气相法
Grace的Unipol工艺、Ineos的Innovene工艺、JPP的Horizone工艺、Lummus的Novolen工艺、Basell的Spherizone工艺、住友化学的Sumitomo工艺。
1.3.1 Unipol工艺
Unipol工艺为气相法工艺，采用流化床反应器，是将应用在聚乙烯生产中的流化床工艺移植到聚丙烯生产中的工艺。流程短、设备少、投资少。流化床反应器体积大，循环大量气体，能耗高。牌号切换时间长，过渡料多。生产无规共聚、抗冲共聚产品时流化床反应器的筛板孔洞易堵塞。物料停留时间不均匀，导致该工艺的粉料粒径大小不一，抗冲共聚产品在流动性和乙丙橡胶体分布方面较差。该工艺主要在煤化工下游应用，产品以均聚拉丝料为主，抗冲共聚物乙烯含量低，性能较差，尤其缺乏高端专用料产品。
1.3.2 Innovene工艺
Innovene工艺的主要特点是采用独特的近似活塞流的卧式搅拌床反应器，利用液相丙烯气化撤热。催化剂极少走短路，产品切换容易，过渡料很少。聚丙烯产品粒度分布窄，粉料流动性好，灰分含量低，色泽好，反应器的时-空产率在各种气相工艺中是最高的。两个反应器之间有气锁装置，保证了抗冲共聚产品中乙丙橡胶相的品质。
1.3.3 Horizone工艺
Horizone工艺为气相法工艺，由Innovene工艺改进而来，与Innovene工艺不同的是两台反应器上下垂直排列，之间有气锁装置。催化剂需要预聚合处理，使用己烷作溶剂，工艺流程复杂，能耗高，尤其在生产NEWCON产品时能耗高。可生产高乙丙橡胶含量的NEWCON产品，橡胶相含量在30%-60%之间，主要用于汽车保险杠。国内只有武汉石化一家在生产普通抗冲产品。
1.3.4 Novolen工艺
Novolen工艺是气相法工艺，反应器为立式，采用螺带式搅拌器。两台反应器的设计完全相同，投资低，占地少。该工艺另一特点是不在脱气仓脱活，采用向挤出机中加入脱盐水脱活残余催化剂，通过真空脱气系统去除。
1．4本体法
本体法聚丙烯工艺是在反应体系中不加任何其它溶剂，将催化剂直接分散在液相丙烯中，进行丙烯液相本体聚合反应，乙烯、丙烯在流化床反应器中进行气相共聚。从工艺角度讲，均聚反应器主要有环管反应器和釜式搅拌反应器两种，共聚则在搅拌式流化床中进行。本体法聚丙烯生产工艺主要有Basell公司的Spheripol工艺和三井油化公司的MPC工艺。
1.4.1 Basell公司的Spheripol工艺
Spheripol工艺是一种本体和气相组合的聚丙烯聚合工艺。反应器容积较小，材质要求低，设计制造简单。反应需要催化剂预处理，流程较长，开停车操作复杂，只适宜生产均聚物和无规共聚物，抗冲共聚物中乙烯含量低，牌号切换产生过渡料多。事故状态下安全性较差。
1．4．2三井油化公司的Hypol工艺
三井油化公司Hypol工艺以该公司的专利产品HY－HS－Ⅱ钛催化剂为主催化剂，助催化剂(三乙基铝和硅烷)可以由市场购得，该工艺不脱灰、不脱无规物，能生产多种牌号聚丙烯。其生产过程主要包括单体精制、催化剂进料系统、反应器系统、单体闪蒸，循环、聚合物脱气和后处理等工序。Hypol工艺用4个反应器串联生产均聚和共聚产品，前两个反应器是液相搅拌釜，后两个是气相流化床，另外还有一个预聚合反应釜，其目的是使催化剂表面预聚一层聚丙烯，以防止单个催化剂颗粒活性过高。
2、结语及展望
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。对现有的各种聚丙烯工艺分析后，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。随着催化剂技术和设备制造能力的提高，单线30万吨/年已经成为世界级规模的起点。
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表 2 国内聚丙烯工艺技术汇总
随着我国聚丙烯消费需求的快速增长，国内聚丙烯生产无法满足这种需求，仍有部分需要进口。这使得我国聚丙烯工业生产装置规模偏小、生产成本较高、工艺技术单一、产品牌号较少、高档次产品比例低等问题变得尤为突出。针对以上问题，对我国聚丙烯工艺的发展提出以下4点建议:(1)不同工艺聚丙烯生产技术各有特色，国内新建聚丙烯项目在进行技术选择时应与专利商进行充分的沟通，以选择最适合自身实际情况和需求的技术;(2)聚丙烯装置规模化、大型化是未来发展方向，应对现有小装置进行扩能改造，提高产量，同时设计建设新装置的产能应选择30万吨/年以上，有利于提高企业的经济效益和市场竞争力;(3)多元化引进气相法聚丙烯工艺，以弥补我国聚丙烯品种单一的不足;(4)加快气相法聚丙烯工艺新技术的引进，国内的聚丙烯生产企业在消化、吸收引进国外新技术、新装置的同时，应加大创新力度，进行国产化攻关。
参考文献：
[1]宁英男，董春明，王伟众等.气相法聚丙烯生产技术进展[J].化工进展，2012，12(4):62.
[2]孙春燕，刘伟，费建奇等.多区循环反应器技术在烯烃聚合中的应用[J].合成树脂及塑料，2014，16(08):99-100.
论文作者:阎伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
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