CN108794669A - 一种丙烯的多段聚合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种丙烯的多段聚合方法及装置，预聚合反应后先进行液相聚合反应，再进行气相聚合反应，在气相聚合反应中，采用两步反应，两反应区内的物料组成及反应体系相同或不同，可加宽分子量分布。利用本发明，可生产均聚聚丙烯、二元无规共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯或具有高橡胶含量的抗冲共聚聚丙烯，制备的聚合物粒径分布均匀、具有低挥发份有机物含量，宽分子量分布和优异的力学性能、加工性能。

Description

一种丙烯的多段聚合方法及装置
技术领域
本发明属于高分子材料生产领域，具体涉及一种丙烯的多段聚合方法及装置。
背景技术
现有的丙烯聚合工艺中，反应器数量偏少，各反应器间单体组成差异较小，甚至是单反应器操作，控制差异性不明显，聚合物的力学性能和加工性能提升有限。
生产抗冲共聚聚丙烯时，必须要采用气相反应器，现有的工艺中，采用双卧式气相反应器串联的聚合工艺，利用此工艺，虽然聚合物的颗粒粒径均匀，适合生产抗冲共聚聚丙烯，但是，此工艺中，受冷凝器限制，反应器中的氢气和乙烯含量不高，聚合物冲击性能和加工流动性不突出；
采用双气相流化床反应器串联的聚合工艺，生产的聚合物颗粒粒径分布不均匀，抗冲共聚聚丙烯冲击性能较差。
而且纯气相聚合反应器直接加入催化剂，催化剂初始活性高，容易出现破碎以及因分散不均匀而局部过热出现块料，影响装置的长周期运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丙烯的多段聚合方法及装置，采用多反应器串联，以液相聚合反应加气相聚合反应的方式，对反应体系进行差异化控制，获得的聚合物具有高流动性、宽分子量分布和高结晶等优异的力学和加工性能，可生产均聚聚丙烯、二元无规共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯或具有高橡胶含量的抗冲共聚聚丙烯。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种丙烯的多段聚合方法，包括以下步骤：
1)预聚合反应
将催化剂及冷却至5-10℃的液相丙烯混合、搅拌，并进行预聚合反应，预聚合反应时间12-17min，反应温度为22-28℃，压力为3.0-3.5MPag；
2)液相聚合反应
补充新鲜的液相丙烯，经过预聚合反应的反应物料和补充的新鲜液相丙烯在反应器内进行液相聚合反应，反应温度68-72℃，压力2.8-3.4MPag，聚合热使反应器内的液相丙烯气化，气相丙烯从反应器上部排出，经过冷凝器冷凝，重新返回反应器内，冷凝器中的不凝气与氢气混合后返回反应器；
从液相聚合反应器下部排出混合物料，该混合物料中，聚合物的质量分数为38-45％，反应器中液位控制在40％-60％；
3)第一气相聚合反应
经过液相聚合反应的混合物料进入第一气相聚合反应单元，在卧式反应器内进行气相聚合反应，反应温度为65-100℃，压力为2.4-2.8MPag；
气相丙烯从卧式反应器上部排出，经膨胀降低气相流速后，分离出粒径小于50微米的聚合物，其余气相进行旋风分离，进一步分离出粒径小于15微米的聚合物，剩余气相再进行冷凝、分液，去除聚合反应热，将得到的液相丙烯送回至卧式反应器中，控制温度为65-100℃，分液后的不凝气与氢气混合后返回卧式反应器中，从该卧式反应器下部排出混合物料，所述混合物料中聚合物的质量分数为75-85％，料位控制在50％-70％；
4)第二气相聚合反应
来自步骤3)的混合物料和分离出的小粒径聚合物进入第二气相聚合反应单元，在立式反应器内进行聚合反应，反应温度为60-90℃，压力为2.1-2.4MPag；
气相丙烯从立式反应器上部排出，经膨胀降低气相流速，分离出粒径小于15微米的聚合物，其余气相进入压缩机升压，再进行冷却，去除聚合反应热，冷却后的气相丙烯返回至立式反应器底部，控制温度在60-90℃，从反应器下部排出聚合产物，料位控制在立式反应器筒体的30％-60％。
优选地，步骤2)中，液相聚合反应器的液位控制在48-56％。
进一步，步骤3)中，气相丙烯冷凝后，随不凝气和氢气返回卧式反应器的还有乙烯，随液相丙烯返回卧式反应器的还有丁烯。
又，步骤4)中，气相丙烯冷却后，随气相丙烯和氢气返回立式反应器的还有乙烯、丁烯和/或补充的液相丙烯。
本发明中，聚合物经过预聚合，降低初始活性，液相反应进一步稳定催化剂活性，然后在卧式气相中调整聚合物粒径分布均匀性，最后的立式气相流化床进一步反应，最终获得的聚合物具有高流动性、宽分子量分布和高结晶等优异的力学和加工性能。
本发明提供一种丙烯的多段聚合装置，包括：
预聚合反应单元，包括预聚合反应器，该预聚合反应器设物料入口及出口；
液相聚合反应单元，包括液相聚合反应器、丙烯冷凝器、分液罐和循环气风机；其中，液相聚合反应器设有物料入口及出口、气相丙烯出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口；分液罐设有物料入口、液相出口和气相出口；
所述预聚合反应器的物料出口连接液相聚合反应器的物料入口，所述液相聚合反应器的气相丙烯出口连接丙烯冷凝器，再连接至分液罐的物料入口，分液罐的液相出口连接至液相聚合反应器的液相丙烯入口，分液罐的气相出口经循环气风机连接至液相聚合反应器的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第一气相聚合反应单元，包括卧式反应器、旋风分离器、冷凝器、分液罐、丙烯凝液泵和循环气风机；其中，所述卧式反应器设物料入口、气相出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口及混合物料出口；所述旋风分离器设气相入口、气相出口和聚合物出口；分液罐设有物料入口、液相出口和气相出口；其中，
所述液相聚合反应器的物料出口连接至卧式反应器的物料入口，卧式反应器的气相出口连接至旋风分离器的气相入口，旋风分离器的气相出口连接冷凝器，再连接至分液罐的物料入口，分液罐的液相出口经丙烯凝液泵连接至卧式反应器的液相丙烯入口，分液罐的气相出口经循环气风机连接至卧式反应器的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第二气相聚合反应单元，包括立式反应器、循环气压缩机、冷却器；其中，所述立式反应器设物料入口、气相出口、气相丙烯入口及聚合物出口；立式反应器物料入口与第一气相聚合反应单元中旋风分离器的聚合物出口、卧式反应器的物料出口分别连接，立式反应器的气相出口依次与循环气压缩机、冷却器、气相丙烯入口连接，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；聚合物出口连接至下游固相分离系统。
优选地，所述预聚合反应段还包括与预聚合反应器对应设置的丙烯冷却器，丙烯冷却器与预聚合反应器的物料入口连接。
进一步，所述液相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯和/或丙烯的管线。
进一步，所述液相聚合反应单元中，液相丙烯入口管线还设有补充丁烯的管线。
又，第一气相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯的管线，液相丙烯入口管路上还设有补充丁烯的管线。
又，所述第二气相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯、丙烯和/或丁烯的管线。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用多段聚合工艺，进行差异化控制，即采用液相聚合反应加两段气相聚合反应，能使用同一种催化剂体系及组成，生产窄分子量分布的通用聚合物，并在各反应区内采用不同的聚合单体组分，生产宽分子量分布、高流动性、高结晶等聚合物；通过提高聚合温度，可降低聚合物中的单体含量，控制聚合物的挥发性有机物含量；通过提高反应器氢气含量，得到具有高流动性的聚合物。
利用本发明串联的多段聚合装置，可生产均聚聚丙烯、二元无规共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯或具有15％wt高橡胶含量的抗冲共聚聚丙烯，制备的聚合物粒径分布均匀、具有低挥发份有机物含量，宽分子量分布和优异的力学性能、加工性能。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1参见图1，本发明的丙烯多段聚合装置，包括：
预聚合反应单元，包括预聚合反应器11、与预聚合反应器连接的丙烯冷却器10，所述预聚合反应器11上设物料入口及出口，丙烯冷却器10与预聚合反应器11的物料入口连接；
液相聚合反应单元，包括液相聚合反应器21、丙烯冷凝器22、分液罐23和循环气风机24；其中，液相聚合反应器21设有物料入口及出口、气相丙烯出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口；分液罐23设有物料入口、液相出口和气相出口；
所述预聚合反应器11的物料出口连接液相聚合反应器21的物料入口，所述液相聚合反应器21的气相丙烯出口连接丙烯冷凝器22，再连接至分液罐23的物料入口，分液罐23的液相出口连接至液相聚合反应器21的液相丙烯入口，分液罐23的气相出口经循环气风机24连接至液相聚合反应器21的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第一气相聚合反应单元，包括卧式反应器31、旋风分离器32、冷凝器33、分液罐34、丙烯凝液泵35和循环气风机36；其中，所述卧式反应器31设物料入口、气相出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口及混合物料出口；所述旋风分离器32设气相入口、气相出口和聚合物出口；分液罐34设有物料入口、液相出口和气相出口；其中，
所述卧式反应器31的物料入口与液相聚合反应器21的物料出口连接，卧式反应器31的气相出口连接至旋风分离器32的气相入口，旋风分离器32的气相出口连接冷凝器33，再连接至分液罐34的物料入口，分液罐34的液相出口经丙烯凝液泵35连接至卧式反应器31的液相丙烯入口，分液罐34的气相出口经循环气风机36连接至卧式反应器31的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第二气相聚合反应单元，包括立式反应器41、循环气压缩机43、冷却器42；其中，所述立式反应器41设物料入口、气相出口、气相丙烯入口及聚合物出口；立式反应器41的物料入口与第一气相聚合反应单元中旋风分离器32的聚合物出口、卧式反应器31的物料出口分别连接，立式反应器41的气相出口依次与循环气压缩机43、冷却器42、气相丙烯入口连接，立式反应器41的气相丙烯入口管路上设有丙烯和氢气的加料管线；聚合物出口连接至下游固相分离系统。
丙烯的多段聚合工艺过程如下：
1)预聚合反应
将催化剂及冷却至5-10℃的液相丙烯在预聚合反应器11内混合、搅拌，并进行预聚合反应，预聚合反应时间12-17min，反应温度为22-28℃，压力为3.0-3.5MPag；
2)液相聚合反应
补充新鲜的液相丙烯，经过预聚合反应的反应物料和补充的新鲜液相丙烯在液相聚合反应器21内进行液相聚合反应，反应温度68-72℃，压力2.8-3.4MPag，聚合热使反应器21内的液相丙烯气化，气相丙烯从液相聚合反应器21上部排出，经过冷凝器22冷凝至分液罐23，重新返回液相聚合反应器21内，不凝气与氢气混合后返回液相聚合反应器21；
液相聚合反应器21下部排出混合物料，该混合物料中，聚合物的质量分数为38-45％，反应器中液位控制在40％-60％；
在液相反应器21中，通过氢气加入量控制液相反应器顶部气相中氢气体积含量在0.2-0.4％，得到的聚合物熔融指数为0.5-1.5g/10min。
3)第一气相聚合反应
经过液相聚合反应的混合物料进入第一气相聚合反应区，在卧式反应器31内进行气相聚合反应，反应温度为65-100℃，压力为2.4-2.8MPag；
气相丙烯从卧式反应器31上部排出，经膨胀降低气相流速后，分离出粒径小于50微米的聚合物，其余气相进行旋风分离，进一步分离出粒径小于15微米的聚合物，剩余气相再进行冷凝、分液，去除聚合反应热，将得到的液相丙烯送回至卧式反应器31中，控制温度为65-100℃，分液后的不凝气与氢气混合后返回卧式反应器31中，从该卧式反应器31下部排出混合物料，所述混合物料中聚合物的质量分数为75-85％，料位控制在50％-70％；
在第一气相反应器31中，通过氢气加入量控制气相反应器31顶部气相中氢气体积含量在1.6-2.0％，得到的聚合物熔融指数为15-22g/10min。
4)第二气相聚合反应
来自步骤3)的混合物料和分离出的小粒径聚合物进入第二气相聚合反应区，在立式反应器内41进行聚合反应，反应温度为60-90℃，压力为2.1-2.4MPag；
气相丙烯从立式反应器41上部排出，经膨胀降低气相流速，分离出粒径小于15微米的聚合物，其余气相进入压缩机升压，再进行冷却，去除聚合反应热，冷却后的气相丙烯返回至立式反应器41底部，控制温度在60-90℃，从立式反应器41下部排出聚合产物，料位控制在立式反应器41筒体的30％-60％。
在第二气相反应器41中，通过氢气加入量控制立式反应器41顶部气相中氢气体积含量在4.5-5.0％，得到的聚合物熔融指数为65-75g/10min。

Claims (9)

1.一种丙烯的多段聚合方法，包括以下步骤：
1)预聚合反应
将催化剂及冷却至5-10℃的液相丙烯混合、搅拌，并进行预聚合反应，预聚合反应时间12-17min，反应温度为22-28℃，压力为3.0-3.5MPag；
2)液相聚合反应
补充新鲜的液相丙烯，经过预聚合反应的反应物料和补充的新鲜液相丙烯在反应器内进行液相聚合反应，反应温度68-72℃，压力2.8-3.4MPag，聚合热使反应器内的液相丙烯气化，气相丙烯从反应器上部排出，经过冷凝器冷凝，重新返回反应器内，冷凝器中的不凝气与氢气混合后返回反应器；
从液相聚合反应器下部排出混合物料，该混合物料中，聚合物的质量分数为38-45％，反应器中液位控制在40％-60％；
3)第一气相聚合反应
经过液相聚合反应的混合物料进入第一气相聚合反应单元，在卧式反应器内进行气相聚合反应，反应温度为65-100℃，压力为2.4-2.8MPag；
气相丙烯从卧式反应器上部排出，经膨胀降低气相流速后，分离出粒径小于50微米的聚合物，其余气相进行旋风分离，进一步分离出粒径小于15微米的聚合物，剩余气相再进行冷凝、分液，去除聚合反应热，将得到的液相丙烯送回至卧式反应器中，控制温度为65-100℃，分液后的不凝气与氢气混合后返回卧式反应器中，从该卧式反应器下部排出混合物料，所述混合物料中聚合物的质量分数为75-85％，料位控制在50％-70％；
4)第二气相聚合反应
来自步骤3)的混合物料和分离出的小粒径聚合物进入第二气相聚合反应单元，在立式反应器内进行聚合反应，反应温度为60-90℃，压力为2.1-2.4MPag；
气相丙烯从立式反应器上部排出，经膨胀降低气相流速，分离出粒径小于15微米的聚合物，其余气相进入压缩机升压，再进行冷却，去除聚合反应热，冷却后的气相丙烯返回至立式反应器底部，控制温度在60-90℃，从反应器下部排出聚合产物，料位控制在立式反应器筒体的30％-60％。
2.根据权利要求1所述丙烯的多段聚合方法，其特征在于，步骤2)中，液相聚合反应器的液位控制在48-56％。
3.根据权利要求1所述丙烯的多段聚合方法，其特征在于，步骤3)中，气相丙烯冷凝后，随不凝气和氢气返回卧式反应器的还有乙烯，随液相丙烯返回卧式反应器的还有丁烯。
4.根据权利要求1所述丙烯的多段聚合方法，其特征在于，步骤4)中，气相丙烯冷却后，随气相丙烯和氢气返回立式反应器的还有乙烯、丁烯和/或补充的液相丙烯。
5.一种丙烯的多段聚合装置，包括：
预聚合反应单元，包括预聚合反应器，该预聚合反应器设物料入口及出口；
液相聚合反应单元，包括液相聚合反应器、丙烯冷凝器、分液罐和循环气风机；其中，液相聚合反应器设有物料入口及出口、气相丙烯出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口；分液罐设有物料入口、液相出口和气相出口；
所述预聚合反应器的物料出口连接液相聚合反应器的物料入口，所述液相聚合反应器的气相丙烯出口连接丙烯冷凝器，再连接至分液罐的物料入口，分液罐的液相出口连接至液相聚合反应器的液相丙烯入口，分液罐的气相出口经循环气风机连接至液相聚合反应器的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第一气相聚合反应单元，包括卧式反应器、旋风分离器、冷凝器、分液罐、丙烯凝液泵和循环气风机；其中，所述卧式反应器设物料入口、气相出口、液相丙烯入口、气相丙烯入口及混合物料出口；所述旋风分离器设气相入口、气相出口和聚合物出口；分液罐设有物料入口、液相出口和气相出口；其中，
所述液相聚合反应器的物料出口连接至卧式反应器的物料入口，卧式反应器的气相出口连接至旋风分离器的气相入口，旋风分离器的气相出口连接冷凝器，再连接至分液罐的物料入口，分液罐的液相出口经丙烯凝液泵连接至卧式反应器的液相丙烯入口，分液罐的气相出口经循环气风机连接至卧式反应器的气相丙烯入口，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；
第二气相聚合反应单元，包括立式反应器、循环气压缩机、冷却器；其中，所述立式反应器设物料入口、气相出口、气相丙烯入口及聚合物出口；立式反应器物料入口与第一气相聚合反应单元中旋风分离器的聚合物出口、卧式反应器的物料出口分别连接，立式反应器的气相出口依次与循环气压缩机、冷却器、气相丙烯入口连接，该气相丙烯入口管路上设有氢气加料管线；聚合物出口连接至下游固相分离系统。
6.根据权利要求5所述丙烯的多段聚合装置，其特征在于，所述预聚合反应段还包括与预聚合反应器对应设置的丙烯冷却器，丙烯冷却器与预聚合反应器的物料入口连接。
7.根据权利要求5所述丙烯的多段聚合装置，其特征在于，所述液相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯和/或丙烯的管线，液相丙烯入口管线还设有补充丁烯的管线。
8.根据权利要求5或7所述丙烯的多段聚合装置，其特征在于，第一气相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯的管线，液相丙烯入口管路上还设有补充丁烯的管线。
9.根据权利要求5或7所述丙烯的多段聚合装置，其特征在于，第二气相聚合反应单元中，气相丙烯入口管路上还设有补充乙烯、丙烯和/或丁烯的管线。
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