丙烯制聚丙烯生产工艺原理课件.pptx

1、丙烯丙烯聚合制聚丙烯生产聚合制聚丙烯生产原理原理齐格勒齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理 CH2 CH nCH3聚丙烯是由原料丙烯在催化剂催化剂作用下经聚合反应而成：CH2=CH-CH3 CH2 CH nCH3催化催化剂剂聚丙烯反应基本原理聚丙烯反应基本原理CH2=CH-CH3 催化催化剂剂A催化催化剂剂B催化催化剂剂C等等规规性性聚丙烯反应基本原理聚丙烯反应基本原理等等规规立立构构间规间规立立构构无无规规立立构构催化剂不同，按甲基不同的空间排布，丙烯聚合有三种立体异构体。甲基的空间如何排布？聚丙烯反应基本原理聚丙烯反应基本原理等规度等规度=所有立构体所有立构体等规立构体等规立构体分子量性能

2、结晶性结晶性 有规立构有规立构聚丙烯由于高聚丙烯由于高分子链规整而分子链规整而很容易结晶，很容易结晶，无规立构聚丙无规立构聚丙烯都不能结晶烯都不能结晶。 无规聚丙烯无规聚丙烯是分子量不高的是分子量不高的粘稠态液体，即粘稠态液体，即使分子量较高的使分子量较高的无规聚丙烯也是无规聚丙烯也是强度很差的无定强度很差的无定型态物质。型态物质。 等规和间规立等规和间规立构聚丙烯是高度结构聚丙烯是高度结晶的材料。具有高晶的材料。具有高强度、高耐溶剂性强度、高耐溶剂性，高耐化学腐蚀性，高耐化学腐蚀性、熔点较高、熔点较高(175)、表面光泽好，高、表面光泽好，高频介电性能等优越频介电性能等优越性能。性能。聚丙烯

3、反应基本原理聚丙烯反应基本原理聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -齐格勒齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理 CH2 CH nCH3Al(C2H5)2X给电子体给电子体共引发剂共引发剂N、P、O（、）TiCl3齐格勒齐格勒-纳塔催化剂纳塔催化剂聚丙烯齐格勒聚丙烯齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理齐格勒齐格勒-纳塔催纳塔催 化剂结构特性化剂结构特性单金属活性种单金属活性种 单金属活性种对丙烯具有吸引力对丙烯具有吸引力聚丙烯齐格勒聚丙烯齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理 聚丙烯与活性聚丙烯与活性种配位反应种配位反应形成新的活性种形成新的活性种形成新的活性种形成新的活性种链链引引发发丙烯配位结合丙

4、烯配位结合丙烯被吸引丙烯被吸引聚丙烯齐格勒聚丙烯齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理 聚丙烯与新活聚丙烯与新活性种不断反应性种不断反应形成新的更大活性链形成新的更大活性链活性链活性链链链增增长长聚丙烯齐格勒聚丙烯齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理 聚丙烯活性链聚丙烯活性链与氢反应与氢反应聚聚丙烯生成丙烯生成有规立构聚丙稀有规立构聚丙稀链终链终止止聚丙烯齐格勒聚丙烯齐格勒- -纳塔反应机理纳塔反应机理聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -齐格勒齐格勒- -纳塔反应催化剂纳塔反应催化剂 CH2 CH nCH3聚丙烯是由原料丙烯在催化剂催化剂作用下经聚合反应而成：CH2=CH-CH3 CH2 CH n

5、CH3催化催化剂剂 催催 化化 剂剂CH2=CH-CH3聚丙聚丙烯烯1t聚丙聚丙烯烯2聚丙聚丙烯烯3聚丙聚丙烯烯4 催化催化剂剂A催化催化剂剂B催化催化剂剂C等等规规性性催化催化剂剂DXXX 催催 化化 剂剂催化催化剂剂D齐格勒齐格勒-纳塔催化剂纳塔催化剂= 催催 化化 剂剂Al(C2H5)2X给电子体给电子体共引发剂共引发剂N、P、O（、）TiCl3齐格勒齐格勒-纳塔催化剂纳塔催化剂 催催 化化 剂剂作用（、）TiCl3 催催 化化 剂剂Al(C2H5)2X共引发剂共引发剂作用 催催 化化 剂剂给电子体给电子体N、P、O作用 催催 化化 剂剂催化剂的发展已至第六代催化剂的发展已至第六代催化剂

6、组成催化剂组成活性活性kgPP/gcatkgPP/gcat(kgPP/gTi)(kgPP/gTi)等规度等规度% %形态形态控制控制工艺要求工艺要求1 1TiClTiCl3 30.33AlCl0.33AlCl3 3+ +DEACDEAC0.81.2(35)0.81.2(35)90949094不能不能脱灰，脱无规脱灰，脱无规2 2TiClTiCl3 3/Ether+DE/Ether+DEACAC3535（12201220）94979497可以可以脱灰脱灰3 3TiClTiCl4 4/Ester/Ester/MgClMgCl2 2+AlR+AlR3 3/E/Esterster510(2030)51

7、0(2030)90959095可以可以脱无规，不脱灰脱无规，不脱灰4 4TiClTiCl4 4/Diester/Diester/MgClMgCl2 2+TEA/Sila+TEA/Silanene25352535（70012007001200）95999599可以可以不脱灰，不脱无不脱灰，不脱无规规5 5TiClTiCl4 4/Diester/Diester/MgClMgCl2 2+TEA/Sila+TEA/Silanene25352535（70012007001200）95999599可以可以不脱灰，不脱无不脱灰，不脱无规规6 6茂金属茂金属+MAO+MAO5 510103 39910103

8、3（以锆计）（以锆计）90999099可能可能不脱灰，不脱无不脱灰，不脱无规规注：表中注：表中 DEACDEAC一氯二乙基铝；一氯二乙基铝；TEATEA三乙基铝；三乙基铝；MAOMAO甲基铝氧烷甲基铝氧烷AI(CAI(C2 2H H5 5) )2 2X X对丙聚合速率和等规度的影响对丙聚合速率和等规度的影响AIAI（C C2 2H H5 5）2 2X X聚合相对聚合相对速率速率等规度等规度AIAI（C C2 2H H5 5）2 2X X聚合相聚合相对速率对速率等规度等规度AI(CAI(C2 2H H5 5) )3 3AI(CAI(C2 2H H5 5) )AI(CAI(C2 2H H5 5)

9、)2 2ClClAI(CAI(C2 2H H5 5) )2 2BrBr1001003030333333338585838393939595AI(CAI(C2 2H H5 5) )2 2I IAI(CAI(C2 2H H5 5) )2 2OCOC6 6H H5 5AI(CAI(C2 2H H5 5) )2 2SCSC6 6H H5 59 90 00.250.2597979595聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -齐格勒齐格勒- -纳塔反应温度纳塔反应温度 CH2 CH nCH3CH2=CH-CH3 CH2 CH nCH370催化催化剂剂只有70？提高温度加快反应速度！ 反反 应应 温温 度度CH2

10、=CH-CH3聚丙聚丙烯烯1t聚丙聚丙烯烯2聚丙聚丙烯烯4聚丙聚丙烯烯3TiCl3-Al(C2H5)2Cl 506080等等规规性性70慢慢慢慢慢慢快快XXX反反应应速率速率 反反 应应 温温 度度TiCl3-Al(C2H5)2Cl 反反 应应 温温 度度 反反 应应 温温 度度，温度高于温度高于70时，催化剂活性开始降低时，催化剂活性开始降低，致使反应速率反而下降，等规度低。，致使反应速率反而下降，等规度低。温度低于温度低于70时，催化剂活性不高时，催化剂活性不高，反应速率不高，等规度低。，反应速率不高，等规度低。1温度等于温度等于70时，催化剂活性最高时，催化剂活性最高，反应速率高，等规度

11、高。，反应速率高，等规度高。234，提高聚丙烯的反应速度，还有赖于提高聚丙烯的反应速度，还有赖于适应高温、高活性催化剂的开发。适应高温、高活性催化剂的开发。随着催化剂、工艺和设备的改进，随着催化剂、工艺和设备的改进，反应温度已可达到反应温度已可达到90甚至更高。甚至更高。5聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -齐格勒齐格勒- -纳塔反应压力纳塔反应压力 CH2 CH nCH3CH2=CH-CH3 CH2 CH nCH3加加压压！催化催化剂剂 反反 应应 压压 力力CH2=CH-CH3压力：0.71.0Mpa压力：3.5Mpa气相法卧式搅拌床气相法卧式搅拌床压力：压力：4.0MpaTiCl3-Al(

12、C2H5)2Cl淤浆法工艺液相本体法工艺液相本体法工艺压力：压力：2.072.34Mpa液相本体液相本体-气相联合法气相联合法 反反 应应 压压 力力 丙烯聚合是丙烯聚合是压力降低的反压力降低的反应，提高压力应，提高压力既有利提高丙既有利提高丙烯聚合速率，烯聚合速率，也有利提高聚也有利提高聚丙烯的收率和丙烯的收率和品质。品质。 反反 应应 压压 力力聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -聚合反应装置聚合反应装置 CH2 CH nCH3聚合反应装置、催化剂和聚合工艺是相互推动发展的。聚合反应装置、催化剂和聚合工艺是相互推动发展的。必须能最大限度地实现催化剂的效能和聚合工艺。必须能最大限度地实现催化剂

13、的效能和聚合工艺。聚合反聚合反应装置应装置是聚丙是聚丙烯生产烯生产的中心的中心设备设备 反应是在加压下进行，物料状态多样，进料有液相反应是在加压下进行，物料状态多样，进料有液相或气相，产物是固体颗粒，而且容易粘壁。或气相，产物是固体颗粒，而且容易粘壁。 要求聚合反应器耐压，传质、传热性能优良，物料要求聚合反应器耐压，传质、传热性能优良，物料能有良好的流动性，不易粘壁。能有良好的流动性，不易粘壁。聚合反应工艺的不同，聚合反应装置有不同的类型聚合反应工艺的不同，聚合反应装置有不同的类型。聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置釜釜 式式 反反 应应 器器釜式反应器利用夹套换热、外冷却循环移除反应热。釜

14、式反应器釜式反应器聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置 环环 管管 式式 反反 应应 器器 环管式反应器带有夹套并安装有轴流泵，起到换热和增强物料流动的作用。环管式反应器环管式反应器轴流泵聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置 卧式反应器内部装有挡板及混合叶片，挡板将反应器分成若干区域，每个区域装有叶轮搅拌器。这种反应器的物流接近活塞流，避免了催化剂及物料返混或短路，使得催化剂及物料颗粒的停留时间分布范围很窄，因而可以生产刚性和抗冲击性非常好的共聚物产品。可以采用一台反应器同时生产均聚物和无规共聚物，而且产品过渡时间很短，理论上要比连续搅拌反应器或流化床反应器短2/3，因而产品切换容易，过渡产品

15、很少。 卧卧 式式 搅搅 拌拌 床床 反反 应应 器器 聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置流化床反应器流化床反应器 气相法气相法流化床反应器由于催化剂及颗粒物料处于“沸腾”状态，传质效果佳，反应热由丙烯汽化带走。流化床反应器流化床反应器聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置流态化聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚合反应装置聚丙烯聚丙烯生产工艺生产工艺- -聚合反应工艺条件控制聚合反应工艺条件控制 CH2 CH nCH3聚合反应工艺条件控制聚合反应工艺条件控制工艺条件：反应压力3.4MPa，反应温度701.反应温度控制:两个环管反应器内浆液的温度是通过其反应器夹套中闭路循环的脱盐水系统来控制的 。 2.

16、反应压力控制:反应压力是在一定的进出物料的情况下，通过反应器缓冲罐D202来控制的 。1.浆液浓度 :环管反应器中的浆液浓度维持在50左右（浆液密度560），未反应的液态丙烯用作输送流体。环管中的浆液浓度是通过调节到反应器的丙烯进料量来控制的 2.催化剂:催化剂的供给对反应速度和生成的聚丙烯量有非常重要的影响，催化剂的中断会使反应停止，因此在生产中必须按要求控制催化剂供给平稳。聚合反应工艺条件控制聚合反应工艺条件控制3.H2:H2加入环管反应器以控制聚合物的熔融指数，根据操作条件如密度、丙烯流量、聚丙烯产率等改变H2的补充量，若H2中断，需终止环管反应。4.催化剂失活系统 :当反应必须立即停止时，把含2一氧化碳的氮气加进环管反应器中以使催化剂失去活性。聚合反应工艺条件控制聚合反应工艺条件控制R201反应器反应器DCS图图R201反应器反应器DCS图图