CN206848223U - 聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，包括：丙烯储罐、乙烯储罐、氢气储罐、丙烯汽化器和聚合反应釜；其中，丙烯汽化器用于接收来自丙烯储罐的一部分液相丙烯，并对其进行气化，得到气相丙烯；聚合反应釜，包括加料罐，聚合反应釜用于接收来自加料罐的物料、来自丙烯汽化器的气相丙烯、来自丙烯储罐的液相丙烯、来自乙烯储罐的乙烯，以进行聚合反应；聚合反应釜有多个，且并联设置。本实用新型提供的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，不仅能够对聚丙烯催化剂的均聚性能进行评价，还能够对聚丙烯催化剂的共聚性能进行评价，有利于根据不同的需要选择不同的聚丙烯催化剂进行聚合反应，得到不同类型的聚丙烯。

Description

聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置

技术领域

本实用新型属于催化剂评价领域，特别是聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置。

背景技术

聚丙烯树脂具有密度小、无毒、耐腐蚀、强度好、易加工等优点，是通用树脂中耐热性能最好的品种，因而广泛用于汽车、家电、电子、建筑、农业、医疗及食品包装等领域。其中共聚聚丙烯由于其独特的分子结构，使其在某些性能上明显优于均聚聚丙烯，从而可以用于生产一些有特殊要求的制品，如抗冲共聚聚丙烯可以用于生产汽车保险杠、洗衣机滚筒、涂料、润滑油包装桶或拉杆箱等制品，无规共聚聚丙烯可以生产输液管、输液袋、药品包装瓶、PPR管材、食品包装膜等制品。

根据生产装置工艺技术特点，对不同催化剂厂家提供的聚丙烯催化剂进行分析评价，在聚丙烯树脂生产过程中具有十分重要的作用。通常，聚丙烯生产企业在选用催化剂时，只是参考催化剂厂家提供的技术参数或是以丙烯为原料通过小试聚合评价方法对催化剂的反应活性、氢调敏感性等进行分析，选用活性适合装置工艺特点的催化剂，很少关注该催化剂的共聚反应特性，这样可能会不利于后续共聚牌号聚丙烯产品的生产或影响高性能的共聚聚丙烯产品的开发，因此关于聚丙烯生产企业筛选聚丙烯催化剂共聚性能的文献和专利很少。通过查阅相关资料，不难发现大量聚丙烯生产企业报道的关于工业化生产抗冲共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯的生产装置和工艺方法专利，如CN 102020733B中报道了一种多相共聚聚丙烯生产工艺，专利采用一个或两个液相环管反应器用于生产均聚聚丙烯，另外用一个气相流化床反应器用于在上述均聚聚丙烯基础上生产抗冲共聚聚丙烯；CN104558339A报道了一种抗冲聚丙烯的生产方法，该方法采用两个串联的卧式气相搅拌釜反应器，第一反应器用于均聚反应，第二反应器用于共聚反应；CN 102174225A研究了一种多相共聚聚丙烯釜内合金的制备方法，该方法采用单釜两步法制备聚丙烯合金，第一步在一个单釜反应器内发生均聚反应生成均聚聚丙烯，第二步闪蒸除去未反应的液相丙烯，通入气相丙烯和共聚单体(乙烯、丁烯等)发生共聚反应，从而制备抗冲共聚聚丙烯合金。可以发现，上述报道大多数集中在采用多级反应器工业生产共聚聚丙烯方面，少数研究聚丙烯催化剂及其共聚方法中提及单釜两步法来制备共聚聚丙烯，但并未发现针对聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置的文献。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，以对聚丙烯催化剂进行共聚性能和均聚性能的综合评价。

本实用新型的技术方案如下：

一种聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，包括：

丙烯储罐，用于提供液相丙烯；

乙烯储罐，用于提供气相乙烯；

氢气储罐，用于提供氢气；

丙烯汽化器，用于接收来自所述丙烯储罐的一部分液相丙烯，并对其进行气化，得到气相丙烯；

聚合反应釜，所述聚合反应釜上设有用于向所述聚合反应釜内提供聚丙烯催化剂、助催化剂和/或外给电子体的加料罐，所述聚合反应釜用于接收来自所述加料罐的物料、来自所述丙烯汽化器的气相丙烯、来自所述丙烯储罐的液相丙烯、来自所述乙烯储罐的乙烯，以进行聚合反应；所述聚合反应釜有多个，且多个所述聚合反应釜并联设置，用于分别进行聚合反应。

优选地，所述评价装置还包括：

高压氮气管线：用于提供高压氮气以在聚合反应前对所述评价装置进行吹扫和气密；

低压氮气管线：用于提供低压氮气以在吹扫后气密前对所述评价装置内的气氛进行置换。

优选地，所述评价装置还包括真空泵，所述真空泵通过管线与所述聚合反应釜相连接，用于吹扫后抽除所述评价装置内的杂质气体。

优选地，所述评价装置还包括放空罐，所述放空罐通过管线与所述聚合反应釜相连接，用于在反应过程中降低所述聚合反应釜内的压力，从而对所述聚合反应釜内未反应的物料进行闪蒸除去。

优选地，所述聚合反应釜有2-6个。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，不仅能够对聚丙烯催化剂的均聚性能进行评价，还能够对聚丙烯催化剂的共聚性能进行评价，有利于根据不同的需要选择不同的聚丙烯催化剂进行聚合反应，得到不同类型的聚丙烯。

附图说明

图1是本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置在一种实施方式中的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本实用新型的内容，实用新型并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本实用新型的构思对本实用新型进行的简单改变都在本实用新型要求保护的范围内。

如图1所示，本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，包括：

丙烯储罐1，用于提供液相丙烯；

乙烯储罐2，用于提供气相乙烯；

氢气储罐3，用于提供氢气；

丙烯汽化器4，用于接收来自所述丙烯储罐1的一部分液相丙烯，并对其进行气化，得到气相丙烯；

聚合反应釜5，所述聚合反应釜5上设有用于向所述聚合反应釜5内提供聚丙烯催化剂、助催化剂和/或外给电子体的加料罐51，所述聚合反应釜5用于接收来自所述加料罐51的物料、来自所述丙烯汽化器4的气相丙烯、来自所述丙烯储罐1的液相丙烯、来自所述乙烯储罐2的乙烯，以进行聚合反应；所述聚合反应釜5有多个，且多个所述聚合反应釜5并联设置，用于分别进行聚合反应。

聚合反应釜5是本领域常用的聚合反应釜。本领域人员可以理解，聚合反应釜5还包括测温元件、压力传感器、加热冷却系统和搅拌器。

本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，通过丙烯汽化器和多个聚合反应釜的设置，不仅能够对聚丙烯催化剂的均聚性能进行评价，还能够对聚丙烯催化剂的共聚性能进行评价，有利于根据不同的需要选择不同的聚丙烯催化剂进行聚合反应，得到不同类型的聚丙烯。

在一种实施方式中，所述评价装置还包括：

高压氮气管线6：用于提供高压氮气以在聚合反应前对所述评价装置进行吹扫和气密；

低压氮气管线7：用于提供低压氮气以在吹扫后气密前对所述评价装置内的气氛(比如空气和水汽)进行置换。

在一种实施方式中，所述评价装置还包括真空泵8，所述真空泵8通过管线与所述聚合反应釜5相连接，用于吹扫后抽除所述评价装置内的杂质气体。

本领域人员可以理解，评价装置中各部分之间的管路上设置有调节阀和流量计，还可以根据需要在各管路上安装测压元件、减压阀、手阀、电磁阀、气动阀等元件。

在一种实施方式中，所述评价装置还包括放空罐9，所述放空罐9通过管线与所述聚合反应釜5相连接，用于在反应过程中降低所述聚合反应釜5内的压力，从而对所述聚合反应釜5内未反应的物料进行闪蒸除去。

在反应正常情况下，当聚合反应釜5内的压力过高时，可打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，从而降低聚合反应釜5内的压力，闪蒸除去聚合反应釜5内少量未反应的气相丙烯、气相乙烯和氮气以及溶解于聚合得到的聚合粉料(聚丙烯粉料)中的丙烯和乙烯；在反应异常情况下(即体系中有杂质或催化剂活性低时)，聚合反应釜5内有大量未反应的液相丙烯，可打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，从而降低聚合反应釜5内的压力，使聚合反应釜5内的液相丙烯迅速气化并排放至放空罐9中。这也是闪蒸过程。

在一种实施方式中，所述聚合反应釜5有2-6个，比如4个，用于同时对多个聚丙烯催化剂进行评价。

在一种实施方式中，所述丙烯储罐1包括液位计，以对其内的液相丙烯量进行实时监测。

如图1所示，本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，当其用于聚丙烯催化剂的抗冲共聚性能评价时，其流程如下：

首先分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3和丙烯储罐1分别向各聚合反应釜5中通入氢气和液相丙烯，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂(各聚合反应釜5内加入的聚丙烯催化剂互不相同)、助催化剂以及外给电子体，反应后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5中未反应的液相丙烯，得到均聚聚丙烯粉料；然后继续通过乙烯储罐2和丙烯汽化器4分别向各聚合反应釜5中通入一定比例的气相乙烯和气相丙烯，反应后得到抗冲共聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的抗冲共聚聚丙烯粉料的重量，测试各抗冲共聚聚丙烯粉料的熔融指数、乙烯含量和乙丙橡胶含量，计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的抗冲共聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的抗冲共聚性能。

如图1所示，本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，当其用于聚丙烯催化剂的无规共聚性能评价时，其流程如下：

首先分别向各聚合反应釜5内加入相同量的聚丙烯粒料(0.5-1.0kg)作为分散聚丙烯催化剂的种子床，然后分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3向各聚合反应釜5中通入一定量的氢气，然后通过乙烯储罐2和丙烯汽化器4持续向各聚合反应釜5中通入一定比例的气相乙烯和气相丙烯，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂(各聚合反应釜5内加入的聚丙烯催化剂互不相同)、助催化剂以及外给电子体，反应后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5中未反应的气相乙烯和气相丙烯(即，将溶解于聚合反应得到的聚合粉料中的气相乙烯和气相丙烯解析出来以闪蒸除去)，得到分散于聚丙烯粒料种子床中的无规共聚聚丙烯粉料，筛分，即得无规共聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的无规共聚聚丙烯粉料的重量，测试各无规共聚聚丙烯粉料的熔融指数和乙烯含量，计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的无规共聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的无规共聚性能。

如图1所示，本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，当其用于聚丙烯催化剂的均聚性能评价时，其流程如下：

首先分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3和丙烯储罐1分别向各聚合反应釜5中通入氢气和液相丙烯，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂(各聚合反应釜5内加入的聚丙烯催化剂互不相同)、助催化剂以及外给电子体，反应后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5中未反应的液相丙烯，得到均聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的均聚聚丙烯粉料的重量，测试各均聚聚丙烯粉料的熔融指数，计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的均聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的均聚性能。

以下通过具体实施例1-3来说明本申请的技术方案，实施例1-3中，依据的是神华宁夏煤业基团有限公司50万吨/年Novolen气相法聚丙烯生产装置，聚合反应釜5有4个，分别编号为1#、2#、3#、4#，各聚合反应釜5所用的聚丙烯催化剂见表1，所用助催化剂均为三乙基铝、所用外给电子体均为DONOR-C(DONOR-C，中文名称为环己基甲基二甲氧基硅烷，CAS号为17865-32-6)。

表1四个聚合反应釜所用的聚丙烯催化剂

实施例1

利用如图1所示的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，进行聚丙烯催化剂的抗冲共聚性能评价：

首先分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3和丙烯储罐1分别向各聚合反应釜5中通入氢气(2NL)和液相丙烯(1.0kg)，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂、助催化剂以及外给电子体(1#0.015g LYNX1010、1.325g三乙基铝、0.076g DONOR-C；2#0.014g CS-1-G、1.327g三乙基铝、0.073g DONOR-C；3#0.016gPG、1.325g三乙基铝、0.076g DONOR-C；4#0.016g BCND-II、1.324g三乙基铝、0.074g DONOR-C)，启动搅拌并升温，控制各反应釜维持在70℃)，反应1.0h后降温，然后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5内未反应的液相丙烯，得到均聚聚丙烯粉料；

然后继续通过乙烯储罐2和丙烯汽化器4分别向各聚合反应釜5中通入一定比例的气相乙烯和气相丙烯(气相乙烯/气相丙烯的体积比为1:1，二者的总加入量约0.5kg)，控制其在65℃下反应1.0h，得到抗冲共聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的抗冲共聚聚丙烯粉料的重量；测试各抗冲共聚聚丙烯粉料的熔融指数，采用红外分析法分析各聚合釜粉料的乙烯含量，用正庚烷抽提法分析乙丙橡胶含量；计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的抗冲共聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的抗冲共聚性能。具体见表2。

表2四种聚丙烯催化剂的抗冲共聚反应活性及聚丙烯性能

实施例2

如图1所示，利用本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，进行聚丙烯催化剂的无规共聚性能评价：

首先分别向各聚合反应釜5内加入相同量的聚丙烯粒料(0.8kg)作为分散聚丙烯催化剂的种子床，然后分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3向各聚合反应釜5中通入一定量的氢气(1.5NL)，然后通过乙烯储罐2和丙烯汽化器4持续向各聚合反应釜5中通入一定比例的气相乙烯和气相丙烯(气相乙烯/气相丙烯的体积比为1:9，二者的总加入量约1.0kg)，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂、助催化剂以及外给电子体(1#0.012g LYNX1010、1.225g三乙基铝、0.082g DONOR-C；2#0.011g CS-1-G、1.223g三乙基铝、0.079g DONOR-C；3#0.010gPG、1.224g三乙基铝、0.081g DONOR-C；4#0.013g BCND-II、1.224g三乙基铝、0.083g DONOR-C)，启动搅拌并升温，控制各反应釜维持在65℃下反应2.0h后降温，然后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5中未反应的气相乙烯和气相丙烯，得到分散于聚丙烯粒料种子床中的无规共聚聚丙烯粉料，筛分，即得无规共聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的无规共聚聚丙烯粉料的重量；测试各无规共聚聚丙烯粉料的熔融指数，采用红外分析法分析各聚合釜粉料的乙烯含量；计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的无规共聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的无规共聚性能。具体见表3。

表3四种聚丙烯催化剂无规共聚反应活性及聚丙烯性能

实施例3

如图1所示，利用本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，进行聚丙烯催化剂的均聚性能评价：

首先分别利用真空泵8、及高压氮气管线6和低压氮气管线7循环反复抽真空和通入氮气置换以除去评价装置中的有害杂质气氛(空气、水汽等)，然后通过氢气储罐3和丙烯储罐1分别向各聚合反应釜5中通入氢气(2.0NL)和液相丙烯(1.0kg)，然后启动各聚合反应釜5的搅拌器和加热冷却系统，然后由各聚合反应釜5的催化剂加料罐51向各聚合反应釜5中加入配制好的聚丙烯催化剂、助催化剂以及外给电子体(1#0.013g LYNX1010、1.128g三乙基铝、0.065g DONOR-C；2#0.014g CS-1-G、1.124g三乙基铝、0.063g DONOR-C；3#0.012gPG、1.125g三乙基铝、0.063g DONOR-C；4#0.012g BCND-II、1.124g三乙基铝、0.064gDONOR-C)，启动搅拌并升温，控制各反应釜维持在70℃下反应2.0h后降温，然后打开自聚合反应釜5至放空罐9的管线上的阀门，闪蒸除去聚合反应釜5中未反应的液相丙烯，得到均聚聚丙烯粉料；

称量各聚合反应釜5得到的均聚聚丙烯粉料的重量，测试各均聚聚丙烯粉料的熔融指数，计算各聚合反应釜5内的聚丙烯催化剂的均聚反应活性，分析各聚丙烯催化剂的均聚性能。具体见表4。

表4四种聚丙烯催化剂均聚反应活性及聚丙烯性能

根据表2-4的内容可知，四种聚丙烯催化剂相比较而言，抗冲共聚聚合活性的强弱关系为PG＞CS-1-G＞LYNX1010＞BCND-II；无规共聚聚合活性的强弱关系为LYNX1010＞BCND-II＞CS-1-G＞PG；均聚聚合活性的强弱关系为BCND-II＞LYNX1010＞PG＞CS-1-G；生产过程中可根据以上评价结果及实际需要选择合适的聚丙烯催化剂。

根据实施例1-3及表1-4的内容可知，本实用新型的聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，既可以如实施例1一样去评价聚丙烯催化剂的抗冲共聚反应活性，还能够如实施例2一样去评价聚丙烯催化剂的无规共聚反应活性，也能够如实施例3一样去评价聚丙烯催化剂的均聚反应活性，通过对聚丙烯催化剂不同聚合活性的评价，方便根据实际需要选用合适的聚丙烯催化剂以进行聚丙烯的聚合反应。

Claims (5)

1.一种聚丙烯催化剂共聚性能的评价装置，其特征在于，所述评价装置包括：

丙烯储罐(1)，用于提供液相丙烯；

乙烯储罐(2)，用于提供气相乙烯；

氢气储罐(3)，用于提供氢气；

丙烯汽化器(4)，用于接收来自所述丙烯储罐(1)的一部分液相丙烯，并对其进行气化，得到气相丙烯；

聚合反应釜(5)，所述聚合反应釜(5)上设有用于向所述聚合反应釜(5)内提供聚丙烯催化剂、助催化剂和/或外给电子体的加料罐(51)，所述聚合反应釜(5)用于接收来自所述加料罐(51)的物料、来自所述丙烯汽化器(4)的气相丙烯、来自所述丙烯储罐(1)的液相丙烯、来自所述乙烯储罐(2)的乙烯，以进行聚合反应；所述聚合反应釜(5)有多个，且多个所述聚合反应釜(5)并联设置，用于分别进行聚合反应。

2.根据权利要求1所述的评价装置，其特征在于，所述评价装置还包括：

高压氮气管线(6)，用于提供高压氮气以在聚合反应前对所述评价装置进行吹扫和气密；

低压氮气管线(7)，用于提供低压氮气以在吹扫后气密前对所述评价装置内的气氛进行置换。

3.根据权利要求1或2所述的评价装置，其特征在于，所述评价装置还包括真空泵(8)，所述真空泵(8)通过管线与所述聚合反应釜(5)相连接，用于吹扫后抽除所述评价装置内的杂质气体。

4.根据权利要求3所述的评价装置，其特征在于，所述评价装置还包括放空罐(9)，所述放空罐(9)通过管线与所述聚合反应釜(5)相连接，用于在反应过程中降低所述聚合反应釜(5)内的压力，从而对所述聚合反应釜(5)内未反应的物料进行闪蒸除去。

5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的评价装置，其特征在于，所述聚合反应釜(5)有2-6个。