年产18万吨聚丙烯生产线设计_毕业设计(编辑修改稿)

年产18万吨聚丙烯生产线设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

lips Petroleum)开发成功并实现工业化生产。 本体法工艺技术在 70 年代发展较快， 70 年代后期 至二十世纪末 改造、新建工厂大多基于此法。 气相法工艺中丙烯在气相聚合，采用搅拌床或流化床反应器，用部分丙烯液体汽化和冷却循环气撤出反应热。 1969 年，德国 BASF 公司首先开发出采用立式搅拌床气体聚合反应器的 Novolen 工艺，实现了气相法聚丙烯生产工业化，由于高效催化剂的开发，气相法工艺自 70 年代后期以来发展速度很快，被认为是最有潜力的工艺 ， 该工艺的快速增加正挑战居世界第一位的 Spheripol 工艺（本体 气相法组合工艺）。 据 NTH 公司称，1997 年以来，世界范围内许可的 PP 新增产能的 55%都是采用 Novolen 气相工艺，今后气相工艺还将有逐步增加的趋势 [8]。 目前，世界上气相法 PP 生产工艺主要有 BP 公司的Innovene 工艺、联碳公司的 Unipol工艺、 BASF 公司的 Novolen 工艺、住友化学公司的Sumitomo 工艺以及 Basell 公司开发的 Spherizone 工艺等。 气相法工艺特点 气相法生产工艺与淤浆法和本体法工艺相比，具有以下一 些特点： ①可在宽范围内调节产品品种。 聚合反应没有液相存在，易于控制丙烯产物的分子量和共聚单体含量，这样就易于生产分子量分布和共聚单体含量范围比其他工艺宽的产品；因为只要改变反应器内的气体组成，就可以改变产物的组成，所以可以缩短产品牌号切换的过渡时间，且减少过渡产品。 ②适宜抗冲聚丙烯的生产。 在浆液法工艺中，溶剂会溶解在反应过程中生成的无规物，因而使反应器内物料黏度增加，以致影响搅拌、混合，特别是生产高抗冲共聚物时，橡胶相会部分溶解在溶剂中。 因而气相法是最适宜生产抗冲聚丙烯的生产工艺。 ③安全性好，开停车方 便。 在气相聚丙烯中，包括丙烯在内的所有可燃性物质在反应器中都处于气相，每单位反应器容积中的物料数量远小于非气相法工艺。 所以当出现突然事故（如供电事故） 时，只需安全排出反应体系中的气体使反应器泄压，反应就可 8 在短时间内停止，不会引起任何异常反应。 只要恢复催化剂进料，升压反应系统就可以方便地恢复生产。 ④反应器是气 — 固想出料，没有液相单体需要气化，蒸汽消耗量少，反应器出口可直接得到干燥的产品，而不需干燥工序。 ⑤气相法工艺流程较短，设备台数少，固定投资费用低。 但气相聚合工艺中也有其他工艺中没有的技术困难和问题。 如流化床反应器中气体的分布、床层的均匀流化、控制露点是气体在反应器中不致液化，聚合热的移出及反应温度的控制、如何防止聚合物结块、适宜气相聚合的催化剂的开发等，不同的气相法工艺都有各自的专利或专有技术。 — 气相法组合工艺简介 本体 — 气相法组合工艺是 80 年代初，随着第三、四代载体 (HYHS)高活性 /高立体选择性 TI 系聚丙烯催化剂（日本 三井 油化 商品名 TK，海蒙特公司的为 FT4S/GF2A）的研制成功 后 ，海蒙特公司开发出采用环管反应器 生产均聚物 具有划时代意义的本体法新工艺 —— Spheripol工 艺，三井油化公司开发出采用釜式反应器的本体法工艺 —— Hypol工艺。 这两种工艺都 通过 采 用串联气相反应器生产抗冲 共聚物 ， 结 合了本体法和气相法的优点， 产品 牌 号多。 继后 Borealis 公司 (北欧化工 )于 1998 年 开发出新型的 Borstar 工艺(北星双峰 )PP 工艺，该工艺源于北星双峰聚乙烯工艺，工艺采用与北星双峰聚乙烯工艺相同的环管和气相反应器，该工艺的环管反应器可在高温或超临界条件下操作 ，是世界上唯一能在超临界条件下操作的工艺。 Hypol工艺将本体法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺的优点融为一体，是一种不脱灰 、不脱无规物的多级聚合工艺技术，能生产多种牌号聚丙烯产品（其熔体流动指数范围为 ）。 在聚合釜中进行均聚或无规共聚时，反应釜中的聚合温度为 6575℃，压力为 34MPa；生产嵌段共聚时，浆液进入流化床反应器进行气相聚合，聚合温度为80℃，压力为。 该工艺具有催化预处理和进料设备简单，可靠性高；多级反应系统可降低催化剂的短路现象；大量丙烯依靠第三气相反应器的反应热进行气化，这种聚合 /蒸发系统无故障且便于使用；聚合物具有很高的立体规整度和刚性。 Spheripol 是目前全球最广泛应 用的聚丙烯工艺技术。 它采用高效，高选择性催化剂，在聚合反应过程中直接得到 248。 1~5mm的性能接近造粒料的球形聚丙烯颗粒由于高效催化剂和 Spheripol 工艺的结合基本上实现了聚丙烯“三高、四无”，即 :催化剂高效、高选择性、产品高等规度；无脱灰、无脱无规、无溶剂、无造粒。 从而使 Spheripol 工艺在世界 9 上具有很强的竞争力。 自 1982 年首次工业化以来，其公司几经更并，由原 Himont、继Montell公司至今 Basell 公司均不断进行技术更新及推广，目前，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 %。 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 万吨 /年 [9]。 该技术该工艺操作参数与 Hypol 工艺基本相同，主要区别在于 Hypol工艺中均聚物不能从气相反应器旁路排出，部分从高压脱气罐来的闪蒸气返回气相反应器。 生产工艺的选择 前面介绍了几类聚丙烯的工艺技术，至今仍具有竞争力和生命力的工艺技术主要是气相法、本体法和本体 — 气相法组合工艺，包括 Spheripol工艺、 Unipol 工 艺、 Novolen工艺、 Innovolen 工艺、 Borealis 工艺以及 Spherizone 工艺（简单工艺技术比较见下表）。 所有这些工艺都采用气相法生产抗冲共聚物，差别在于均聚物的生产工艺，本体法工艺主要采用环管反应器，采用釜式液相反应器的工艺（ Hypol工艺）已不能适应装置大型化的要求。 本体法工艺都有催化剂的预聚合过程，而气相法工艺一般直接将催化剂加入聚合反应器，流程较简单，设备台数相对较少。 对于大规模生产装置，各种工艺技术的水平趋于渐进，有数据显示，投资单条装置规模为 20 万 t/a 的聚合生产线及造粒生产线 ， Spheripol 工艺在上述工艺中的总现金成本最低，较前四种主要工艺技术界区内投资最大相差 %，而生产成本仅相差 %，这也表明主流聚丙烯工艺技术的经济性非常接近，无论再投资、消耗定额和主要产品的性能等方面的区别并不显著。 而 Borstar 工艺由于在超临界条件聚合，流程较复杂，界区内投资和生产成本较高； Spherizone 工艺与 Spheripol工艺相比，投资与运行成本相近，但专利技术转让费较高，后利润高 [7,10]。 对于工艺技术的选择，要根据设计规模，综合考虑工艺技术的先进性、经济性、产品质量和将 来生产的灵活性以及专利商的技术开发实力等因素。 表格 3 简要工艺技术比较表 项目 Spheripol 工艺 Borstar 工艺 Unipol 工艺 Novolen 工艺 Innovene 工艺 专利商 /公司 Basell Borealis Univation ABB/EQUISTAR BP 催化剂 MC 系列催化剂 BC 催化剂 SHAC PIX 催化剂 CD 催化剂 预聚合 小环管反应器 小环管反应器 无 无 无 均聚反应 双环管反应器 1 个环管反应 1 个气相流 1 个立式搅 1 个卧式搅 10 器 器 +1 个气相流化 床反应器 化床反应器 拌床反应器 拌床反应器 共聚反应器 流化床反应器（ 1 个或 2 个） 流化床反应器（ 1个或 2个） 1 个气相流化床反应器 1 个立式搅拌床反应器 1 个卧式搅拌床反应器 产品类型 HP,RCP,ICP, 三元共聚物 HP,RCP,ICP ICP,丙烯 丁烯共聚物 HP,RCP,ICP HP,RCP,ICP MFR 范围 宽 宽 较窄 较窄 较窄 PI 范围 宽 宽 较窄 较窄 较窄 ① HP— 均聚物；② RCP— 无规共聚物；③ ICP— 抗冲共聚物。 第三章 Spheripol 工艺 工艺特性介绍 Spheripol工艺是当今最先进可靠的聚丙烯工艺之一，采用一组或两组串联的环管反应器生产聚丙烯均聚物和无规共聚物，再串联一个或两个气相法密相流化床反应器生产抗冲共聚物。 与其他技术不同的是，其催化剂生产的粉料呈圆球形，颗粒大而均匀，一些工业化装置产品已实现不经造粒直接出厂，尤其是对于高 MFR 不能挤压造粒的产品。 Spheripol工艺采用的液相环管反应器具有以下特点，因而特别适合生产均聚物和无规共聚物 [11]。 ①反应器内聚合物浆液浓度高 [50%（质量分数） ]，反应器的单程转化率高，均聚的丙烯单程转化率为 50%65%。 ②具有很高的时 — 空产率（可达 400ksPP/h m3），因而反应器的容积较小，投资小； ③停留时间短，产品牌号切换快，过渡料少，损耗低； ④反应体系传热性能好，其一，以丙烯液体作聚合物悬浮颗粒的稀释剂及传热介质，使聚合物与丙烯之间有很好的热传递。 其二，采用冷却夹套从管壁撤出反应热，单位体积的传热面积大，传热系数大，据称环管反应器的总体传热系数高达 1600W/(m2℃ )； ⑤反应器结构简单，材质要求低，可用低温碳钢，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； ⑥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； ⑦环管反应器内的浆液用轴流泵高速循环，流体流速大于 7m/s，因此可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，而且不容易产生热点，不容易粘壁，轴流泵的能耗也较低。 11 ⑧为了利用双峰来拓宽分子量分布，也由于装置建设大规模的需要， Spheripol工艺一般采用两个串联的环管反应器。 虽然这种设计投资较高，但在产率和催化剂的 收率相同时，两个反应器的总容积要小于单个反应器的容积。 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。 多相（抗冲）共聚物采用气相法生产是各个工艺技术普遍的选择： ①多相共聚反应是在均聚反应后进行，聚合物颗粒来自均聚反应器，在多相共聚反应器中不再有催化剂组分的分布问题。 ②在多相共聚反应时要加入乙烯，而乙烯的反应速率很快，动力学常数大，因此反应所需的停留时间短，而反应的压力可以低。 ③气相反应系统不存在液相单体或溶剂，而使聚合物具有抗 冲击性能的无定形橡胶相 (EPR)是高度可溶于液相烃类单体的。 这样，唯一经济可行的方法是将均聚物和橡胶相的生产分成两步进行，将橡胶相添加到均聚物母体上，流化床反应器是生产橡胶相最经济可靠的方法，气相反应中生产的橡胶相不会被溶解出来。 这不但对保证共聚物的质量有利，而且所生成的共聚物的表面不易发粘。 这对减轻共聚物挂壁或结块堵塞都有好处。 以上三个原因，为多相共聚采用气相工艺创造了非常有利的条件，而且采用气相反应器生产橡胶相还有以下一些优点：颗粒的流动性好，不发粘；可设计较高的流化速率使气体和颗粒之间的传热系数较高 ，可采用循环气体冷却撤热；流化床内温度和气体组成分布均匀；当颗粒粒度分布 (PSD)窄时可以有很好的流化和分离；选择合适的操作条件可以使催化剂的活性得到较好的保持。 至于 Spheripol工艺的多相共聚反应器为什么采用气相法密相流化床，这是基于其催化剂的粒径大而且圆，因此所生成的聚合物颗粒大（粒径 2mm左右），且粒径分布窄，颗粒呈球形，流动性好，堆积密度高（ 450ks/m3），不像细粉那样容易被气流吹走。 这样就为采用密相流化床反应器创造了极有利的条件，从而可以缩小反应器的体积，不需要在稀相流化床反应器上留有很 大的气 — 固分离空间，因而不但降低造价，节省能耗，同时也减少了挂壁的机会。 这种形式的反应器时 — 空产率可达 80kgEPR/h m3（总反应器容积），容积利用率接近 50%，因而反应器容积远小于其他类型的流化床反应器。 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。 如需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 12 产品），则需要设计两个气相反应器系统，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，先向聚合物吹入蒸汽，将夹带的微量单体吹脱出来，并分解残余催化剂，聚合物随后用闭路循环的热氮气进行干燥。 这种两步法与向脱气仓中通入氮气和蒸汽混合气的一步处理方法相比虽然增加了一些设备，但可以很容易将蒸汽尾气中的蒸汽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。 闭路氮气干燥系统还降低了装置的氮气消耗量。 如要将脱气仓排放的低压尾气中的烃类分离回收，需要采用复杂的膜分离技术，且不能完全分离，而送火炬烧掉则增加单体的消耗。 ① 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。 ②新一代 Spheripol 工艺采。