黃華(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

BASF 公司開(kāi)發(fā)的Novolen 氣相法聚丙烯工藝是氣相工藝中工業(yè)化歷史最悠久的一個(gè)工藝，于1967年建成中試裝置，1969年首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2000年，ABB 公司作為主出資方完成了對(duì)該工藝技術(shù)的收購(gòu)，并于2007年將其出售給CB&I公司[1,2]，2018年，CB&I 公司將其出售給美國(guó)Mcdermott 公司。Novolen 氣相法聚丙烯工藝采用兩個(gè)帶螺帶式攪拌的反應(yīng)器，兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)操作生產(chǎn)均聚物和無(wú)規(guī)共聚物，兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)操作生產(chǎn)均聚物、無(wú)規(guī)共聚物和抗沖共聚物。

1 Novolen工藝簡(jiǎn)介

兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)操作，生產(chǎn)均聚物時(shí)，催化劑、助催化劑加入第一反應(yīng)器，丙烯和氫氣加入兩臺(tái)反應(yīng)器。生產(chǎn)無(wú)規(guī)共聚物時(shí)，共聚單體乙烯也加入兩臺(tái)反應(yīng)器。聚丙烯粉料通過(guò)壓差由第一反應(yīng)器轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器并繼續(xù)聚合反應(yīng)。生產(chǎn)抗沖共聚物時(shí)，在第一反應(yīng)器中生產(chǎn)出均聚物母體，進(jìn)入第二反應(yīng)器后，加入乙烯繼續(xù)反應(yīng)生成乙丙橡膠體(EPR)，EPR 的產(chǎn)量由異丙醇控制，工藝流程如圖1 所示。聚丙烯粉料從第二反應(yīng)器進(jìn)入粉料出料倉(cāng)，然后在脫氣倉(cāng)中用氮?dú)夂偷蛪赫羝迪蚍哿?，進(jìn)一步分離其中夾帶的單體和使殘余催化劑失活，從脫氣倉(cāng)排出的尾氣經(jīng)干燥后送入膜回收系統(tǒng)。粉料經(jīng)脫氣倉(cāng)后通過(guò)閉路氮?dú)庀到y(tǒng)送入粉料料倉(cāng)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥重力下料至擠壓機(jī)。另外，有些工廠為了追求更大的產(chǎn)能，選擇兩臺(tái)反應(yīng)器并聯(lián)操作，但是只能生產(chǎn)均聚物和無(wú)規(guī)共聚物，生產(chǎn)均聚物時(shí)，催化劑、助催化劑、丙烯和氫氣加入兩臺(tái)反應(yīng)器。生產(chǎn)無(wú)規(guī)共聚物時(shí)，共聚單體乙烯也加入兩臺(tái)反應(yīng)器，聚丙烯粉料通過(guò)壓差由第一反應(yīng)器轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器并繼續(xù)聚合反應(yīng)。

2 國(guó)內(nèi)Novolen工藝聚丙烯進(jìn)展

2.1 裝置規(guī)模

從2008年開(kāi)始引進(jìn)Novolen 聚丙烯工藝，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成投產(chǎn)和在建裝置規(guī)模如表1 所示。

圖1 兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)布置的工藝流程圖

表1 裝置規(guī)模

2.2 催化劑

2008—2014年Novolen 工藝專(zhuān)利商推薦使用LYNX 系列催化劑來(lái)生產(chǎn)均聚物，PTK 系列催化劑生產(chǎn)共聚物，2014年以后推薦使用第四代齊格勒納塔催化劑NHP401 系列，也可以提供最新改良的第五代齊格勒納塔催化劑NHP402 系列，用專(zhuān)有的非鄰苯二甲酸酯成分作為內(nèi)給電子體，所生產(chǎn)的聚丙烯產(chǎn)品應(yīng)用于食物行業(yè)。最新開(kāi)發(fā)的Novocene 茂金屬催化劑生產(chǎn)的聚丙烯牌號(hào)具有較窄的分子量分布、均勻的單體配合、低溶劑萃取物、立構(gòu)性?xún)?yōu)異等特點(diǎn)。2011年由中石化北京化工研究院開(kāi)發(fā)的BCND-Ⅱ催化劑在該工藝裝置上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，共計(jì)生產(chǎn)1102K 牌號(hào)PP 產(chǎn)品2152.36 噸，2012年試用了NG催化劑，2015年科萊恩( 中國(guó)) 公司生產(chǎn)的CMAX325 催化劑在該工藝裝置上進(jìn)行了為期6 天的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，任丘市利和科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PG 型催化劑于2015年進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)[3-6]。目前Novolen 工藝專(zhuān)利商推薦使用催化劑NHP4010 進(jìn)行裝置開(kāi)車(chē)生產(chǎn)，從以上介紹中可以看到工藝配套催化劑及國(guó)產(chǎn)催化劑都能很好的應(yīng)用產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

2.3 工藝中用到的設(shè)備

大榭石化最新引進(jìn)的30 萬(wàn)噸/年Novolen 工藝聚丙烯裝置，裝置內(nèi)共有設(shè)備155 臺(tái)(套)，其中所有靜設(shè)備，如反應(yīng)器、塔器、換熱器、過(guò)濾器、料倉(cāng)等，在滿(mǎn)足工藝要求和保證安全穩(wěn)定的前提下，裝置內(nèi)設(shè)備盡可能?chē)?guó)產(chǎn)化，國(guó)外訂貨的設(shè)備主要是專(zhuān)利商有特殊要求或結(jié)構(gòu)復(fù)雜國(guó)內(nèi)無(wú)法制造的關(guān)鍵設(shè)備，裝置內(nèi)靜設(shè)備包括反應(yīng)器、塔器、換熱器、過(guò)濾器、料倉(cāng)等非定型設(shè)備112 臺(tái)(套)。裝置內(nèi)動(dòng)設(shè)備需連續(xù)8000 小時(shí)無(wú)故障運(yùn)轉(zhuǎn)，且一些關(guān)鍵設(shè)備無(wú)備機(jī)，需有很高的可靠性，由于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在生產(chǎn)操作中所輸送的物料大多為易燃、易爆或含有固體粉料的液體和氣體，因而對(duì)機(jī)械設(shè)備及其配套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和控制系統(tǒng)要求嚴(yán)格，尤其對(duì)易損件、軸封和軸承等關(guān)鍵部位有特殊要求，動(dòng)設(shè)備共有43 臺(tái)(套)。最新工藝與以往不同，在第一反應(yīng)系統(tǒng)和第二反應(yīng)系統(tǒng)增加了丙烯深冷器，可以生產(chǎn)高熔指的聚丙烯產(chǎn)品。

2.4 單體消耗

大榭石化最新引進(jìn)的30 萬(wàn)噸/年Novolen 工藝聚丙烯裝置，以生產(chǎn)1t 聚丙烯粒料計(jì)，單體消耗指100%單體的凈消耗量，消耗量因牌號(hào)而異，原料典型消耗如表2 所示，從數(shù)據(jù)中可以看到典型單耗為1.001t/t PP，此工藝單耗很低，與其它工藝對(duì)比也有很大優(yōu)勢(shì)，在以后的生產(chǎn)中能較大的降低生產(chǎn)成本。

表2 原料典型單耗

2.5 能耗達(dá)標(biāo)

大榭石化最新引進(jìn)的30 萬(wàn)噸/年Novolen 工藝聚丙烯裝置，根據(jù)《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50441—2016)計(jì)算結(jié)果，均聚(1100N)能耗是90.02kg 標(biāo)油/噸產(chǎn)品，無(wú)規(guī)共聚(3248R)能耗是90.68kg 標(biāo)油/噸產(chǎn)品，抗沖共聚物(2240S)能耗是101.91kg 標(biāo)油/噸產(chǎn)品，以上不同產(chǎn)品牌號(hào)的能耗指標(biāo)均滿(mǎn)足新建聚丙烯裝置能耗準(zhǔn)入值要求。

2.6 產(chǎn)品達(dá)標(biāo)

2020年全世界Novolen 工藝聚丙烯產(chǎn)量超過(guò)1180 萬(wàn)噸/年，Novolen 氣相法工藝有很好的操作彈性和經(jīng)濟(jì)效益。該工藝產(chǎn)品包含均聚物、無(wú)規(guī)共聚物、抗沖共聚物以及三元共聚物，抗沖共聚物的產(chǎn)品范圍很廣泛，橡膠含量可達(dá)到50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，熔融指數(shù)范圍通常在0.3 到120g/10min 之間。通過(guò)擠壓機(jī)真空脫氣單元除去熔融聚合物中的揮發(fā)物質(zhì)，能夠根據(jù)客戶(hù)的要求提供低氣味的產(chǎn)品，在食品應(yīng)用領(lǐng)域擁有領(lǐng)先地位。大榭石化引進(jìn)此工藝裝置可以生產(chǎn)均聚牌號(hào)為75 個(gè)，無(wú)規(guī)共聚牌號(hào)為25 個(gè)，抗沖共聚物牌號(hào)為34 個(gè)。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)工廠在引進(jìn)生產(chǎn)工藝時(shí)，會(huì)重點(diǎn)關(guān)注裝置規(guī)模、催化劑、設(shè)備、單耗、能耗和產(chǎn)品，從文中介紹可以看出，Novolen 氣相法聚丙烯工藝裝置串聯(lián)生產(chǎn)達(dá)到30 萬(wàn)噸/年滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)主流裝置規(guī)模，工藝配套催化劑及國(guó)產(chǎn)催化劑均能成熟應(yīng)用生產(chǎn)，設(shè)備配置合理，新增加深冷器滿(mǎn)足了高熔指聚丙烯抗沖產(chǎn)品的生產(chǎn)，單耗和能耗都達(dá)到了先進(jìn)值，可以很好的降低裝置生產(chǎn)成本，產(chǎn)品牌號(hào)豐富，可以生產(chǎn)均聚物、無(wú)規(guī)共聚物和抗沖共聚物三種類(lèi)型的產(chǎn)品。