2002年以来,随着我国经济的增长,我国的聚丙烯工业随之高速发展,兴建了大批技术新、规模大的聚丙烯装置。我国连续法聚丙烯产能从2001年的333万吨/年增长到2010年底1070万吨/年,年均增长1318%。2008年以来,随着甲醇制烯烃(MTO)技术的成熟,更多的企业在煤炭资源丰富的西北等地区,以煤为原料,通过MTO技术生产烯烃,建成多个大型聚丙烯装置。据统计,现有多达30多个左右的MTO项目在前期工作中,规划的烯烃产能在2000万吨/年以上。预计到2015年,我国连续法聚丙烯装置将达到90个左右,总产能将达到2000万吨/年。
截止2010年12月,我国共有60套连续法聚丙烯装置,总产能1070万吨/年。另有50套总产能485万吨/年的装置在建设中。2011-2013年间这批装置将全部建成,届时我国连续法聚丙烯装置的生产能力将达到1555万吨/年,总计达80套装置,其中采用引进技术的装置产能966万吨/年,占6211%,采用国产化技术的装置产能589万吨/年,占3719%。我国成为世界最大的聚丙烯生产国,所有先进的工艺技术在中国都有采用,连续法聚丙烯装置占世界的27%,生产能力占世界的25%。
1.5 Spheripol工艺特性介绍[14]
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。
1.5.1 液相环管反应器
Spheripol工艺采用的液相环管反应器具有以下8个特点,因而特别适合生产均聚物和无规共聚物。
(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。
(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。
1.5.2 气相密相流化床
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。
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