CN216764762U - 基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于脱氢仓‑脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，该装置包括沿主物料流动方向依次设置的第一反应器和第二反应器，在第一反应器与第二反应器之间还设有脱氢仓，所述的第二反应器旁还设有接收其顶部气相冷凝形成的凝液的脱丙烯塔，所述脱丙烯塔的塔顶出口还返回连接所述第二反应器，塔底出口还返回连接所述脱氢仓。本实用新型采用脱氢仓和脱丙烯塔组合工艺，有效地解决氢气和丙烯过剩问题，不仅操作过程简单(连续操作，不需气锁系统)，同时也降低了装置能耗，可用于高品质、全牌号(包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物、三元共聚物)聚丙烯粉料、粒料的生产。

Description

基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置

技术领域

本实用新型属于聚丙烯生产技术领域，涉及一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置。

背景技术

聚丙烯是由丙烯单体在催化剂作用下，聚合反应生成的优良性能热塑性合成树脂。聚丙烯具有无毒、耐化学药品、相对密度低、耐热、易加工成型等良好特性，可加工成编织制品、注塑制品、薄膜、管材等，在汽车工业、家用电器、包装工业、工程塑料、建材等各种工业和民用塑料制品领域有着广泛的应用。

聚丙烯生产工艺主要是淤浆法，本体法、气相法及液相本体和气相结合的工艺。气相法聚丙烯工艺的研究和开发开始于20世纪60年代早期。气相法工艺与浆液法和液相本体法相比，具有可在宽范围内调节产品品种、易于控制丙烯产物的分子量和共聚单体含量、适宜生产抗冲聚丙烯树脂、装置安全性好，开停车方便的优点。目前新建的聚丙烯装置基本上都采用气相工艺和本体工艺。随着高活性和高等规度的聚合型催化剂的不断进步，聚丙烯工艺技术得到极大的发展，不仅简化了工艺流程，还省去了脱除催化剂残余和副产品的无规聚合物等工序流程，提高了产品的质量，降低了生产装置的投资和生产成本。

国内外聚丙烯工艺如下：

1)气相聚合工艺

①Novolen工艺

Novolen工艺是由BASF公司开发成功的，该气相工艺采用带双螺带搅拌立式反应器进行聚合反应，此反应器能使PTK催化剂在气相聚合的单体中分布均匀。聚合反应器的撤热方式是靠丙烯气的循环。液态丙烯用泵打入反应器，通过丙烯的汽化吸收一部分聚合反应热，未反应的气态丙烯用水冷凝后使其液化，再用泵打回反应器使用。Novolen工艺可生产范围广泛的各种聚丙烯产品。Novolen工艺两个反应器的装置可以设计成“可切换”的模式，即两个反应器可串联生产抗冲共聚物，也可并联操作生产均聚物和无规物。

②Unipol气相法聚丙烯工艺

Grace公司的Unipol气相法是将应用在聚乙烯生产装置中的流化床工艺移植到聚丙烯工艺生产中，并获得成功。该工艺只需要用一台流化床主反应器就可生产均聚物和无规共聚物产品，可在较大范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。Unipol工艺具有如下优点：①全流态化操作，反应器设计简单；②可以配合超冷凝态操作；③生产均聚物、无规共聚物可用一台流化床主反应器；④可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一；⑤该工艺成本低，路线短，性能好，占地少，潜力大，对材质没有特殊要求，具有较强的竞争力。

③Spherizone工艺

BaSell公司的Spherizone工艺为气相、非茂金属工艺，是在Spheripol工艺的基础上发展起来的。该工艺的主要特点是通过使用单一多区循环反应器(MZCR)代替Spheripol工艺的环管反应器。多区循环反应器分为上升段和下降段2个反应区域，反应温度、氢气浓度、单体浓度可以分别控制，逐步增长的聚合物颗粒在两个反应区域内快速多次循环。均聚、二元及三元无规共聚产品均可在多区循环反应器内生产，抗冲共聚物则需配备气相流化床反应器。利用多区循环反应器及气相流化床反应器的不同操作模式，Spherizone工艺还可生产出除传统均聚、无规及抗冲产品外的一些新类型产品，例如双子无规产品，该产品可达到共聚单体含量的双峰分布。Spherizone工艺大大拓展了聚丙烯产品的性能范围。采用Spherizone工艺能够生产高质量的产品，包括全部聚丙烯常规牌号和部分特殊产品牌号。

④Innovene工艺

Innovene气相法聚丙烯工艺由Ineos公司开发，可利用2个串联的卧式反应器、折流板和特殊的搅拌器系统，生产从高挠曲模量到低温应用的抗冲聚丙烯，实现在1个反应器内形成一定的粉料停留时间分布，达到3个全混流反应器串联的效果，特殊的搅拌器设计，使得在生产过程快速切换牌号成为可能，产品切换的过渡时间比连续搅拌反应器少2/3，同时也减少了生产时的过渡产品。使用一种催化剂就可以生产出均聚、无规共聚和抗冲共聚所有范围内的聚丙烯产品是该工艺的一大显著特点。而且Innovene工艺通过气锁系统，能够快速停止主催化剂的加入而快速平稳停车，为装置的安全运行提供了可靠的保障。但是生产抗冲共聚两个卧式反应器之间需要2套复杂的气锁系统进行控制。

2)液相本体聚合与气相聚合相组合的工艺

针对气相聚合容易产生热点、塑化块的缺点，在上世纪80年代中期世界上开始出现了丙烯液相本体聚合与气相聚合相组合的工艺。其中最著名的有2个：三井石化的“釜式+流化床”(Hypol)工艺和Bassell公司的“环管+流化床”(Spheripol)工艺，二者均可以归纳为“丙烯液相本体聚合+流化床气相聚合”的这一组合工艺。本体聚合工艺是将催化剂直接分散至液相丙烯中，使液相丙烯进行聚合反应，且在反应体系中不加入任何溶剂。聚合物以细颗粒状悬浮在液相丙烯中，同时聚合物的浓度随反应时间的逐步推移不断增加，当丙烯转化率达到一定程度后，经闪蒸回收系统即可得到颗粒状聚丙烯产品。Basell公司的Spheripol工艺由催化剂进料、反应、单体闪蒸、循环、气提、挤出和混合单元组成，生产的主要特点是采用串联的环管反应器生产均聚物和无规共聚物，再通过串联气相反应器生产抗冲共聚物。该工艺能用单环管反应器生产几乎所有范围内的产品，但装置常用2个环管反应器串联生产双峰产品来提高产品的机械性能，若生产抗冲共聚物则需要再串联1个气相反应器。若生产嵌段聚丙烯，则Spheripol工艺需用两步复合工艺来完成生产：第一步采用环管反应器进行丙烯液相均聚反应；第二步采用流化床反应器进行丙烯均聚物与乙烯单体气相共聚反应，利用来自环管反应器中的均聚物的残余催化剂活性，加入乙烯和补充的丙烯及氢气，实现生产乙丙共聚橡胶物，使得最终产品的抗冲性能大大提高，尤其是低温下的抗冲性能。但是中压闪蒸罐和脱乙烯塔缩消耗的蒸汽、冷冻水能耗过大。

SPG聚丙烯连续法本体聚合工艺采用丙烯液相本体淤浆聚合与卧式气相聚合相组合的生产方法，以高效载体催化剂为主催化剂、烷基铝(三乙基铝)为助催化剂、硅烷为给电子体，氢气为分子量调节剂，丙烯为聚合单体，先后通过丙烯淤浆聚合和气相聚合得到聚丙烯粉料。装置由丙烯精制及进料系统、催化剂加料系统、聚合反应系统、聚丙烯干燥及输送系统、丙烯回收系统、氢气循环系统和公用工程系统组成。此工艺既适用于众多间歇法聚丙烯装置的连续化改造，也适用于大型化聚丙烯装置建设。此工艺工业化装置设备国产化率达100％，在使用相同催化剂的条件下，产品质量经国家聚烯烃研究中心测试对比：拉伸强度、弯曲模量等重要物性指标明显超过引进装置产品。其工艺的先进性、装置运行的经济性也得到了验证和认可。但是聚丙烯产品牌号不全，不能生产高品质抗冲聚丙烯产品。

此外，现有的气相法聚丙烯工艺用于生产抗冲共聚物时通常设两个串联的反应器，一反(即第一反应器)只加入丙烯、氢气生产均聚物；二反(即第二反应器)加入乙烯、丙烯、氢气生产抗冲共聚物。两反应器的聚合单体是丙烯、乙烯；氢气的主要作用是终止聚合链段的增长，生产所要求融体流动速率(MFR)的聚合物。为控制抗冲共聚物产品的刚性、韧性平衡，一反丙烯、氢气的加入量远大于二反，为避免一反产物(均聚物)夹带的氢气、丙烯量大于二反需求，及二反系统的乙烯反窜至一反，通常在一反、二反间设2套并联的气锁系统(含受料罐、气锁器、丙烯气化器、脱气压缩机、程控阀等，顺程控制喷料、低压气提&脱气、粉料充压压送、脱气压缩回收)。此工艺中引入的气锁系统增大了设备投资，同时也提高了操作要求，且同样无法生产全牌号聚丙烯粉料。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置与生产工艺，以实现高品质全牌号聚丙烯产品的生产等。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型的技术方案之一提供了一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，包括沿主物料流动方向依次设置的第一反应器和第二反应器，在第一反应器与第二反应器之间还设有脱氢仓，所述的第二反应器旁还设有接收其顶部气相冷凝形成的凝液的脱丙烯塔，所述脱丙烯塔的塔顶出口还返回连接所述第二反应器，塔底出口还返回连接所述脱氢仓。

进一步的，所述的第一反应器、脱氢仓与第二反应器在水平高度上逐渐降低，且第一反应器、脱氢仓与第二反应器内的操作压力也依次降低。

进一步的，所述的第一反应器的顶部气相出口还设有带第一冷凝器的第一冷凝回路，所述的脱氢仓的顶部还返回连接所述第一冷凝器。

更进一步的，所述的第一反应器与第一冷凝器之间还设有压差控制阀，使得第一反应器、脱氢仓与第一冷凝器内的压力依次降低。

进一步的，所述的第二反应器的顶部气相出口还设有带第二冷凝器与凝液泵的第二冷凝回路，所述凝液泵出口还通过管路连接所述脱丙烯塔。

进一步的，所述的脱丙烯塔与脱氢仓之间还设有丙烯气化器。

进一步的，所述的第一反应器前还设有预聚反应器。

进一步的，所述的第二反应器的出口还连接过滤器。

本实用新型的技术方案之二提供了一种基于不设气锁器的气相法聚丙烯生产工艺，其采用如上所述的生产装置实施，包括以下步骤：

(1)丙烯、乙烯、氢气送入第一反应器内进行气相聚合反应，得到均聚物作为一反产物；

(2)一反产物在脱氢仓中经气提丙烯的作用，脱除均聚物夹带的部分氢气、丙烯后，进入第二反应器，而脱氢仓顶部排出的脱气返回第一反应器处的第一冷凝器内进行冷凝回用；

(3)第二反应器内继续通入乙烯与补充氢气，进行气相抗冲聚合反应，得到抗冲共聚物；

(4)第二反应器塔顶气相经冷凝后所得凝液部分返回第二反应器内回用，部分则送入脱丙烯塔内，在脱丙烯塔塔底得到丙烯并气化后送入脱氢仓内作为气提丙烯。

进一步的，当第一反应器前还设有预聚反应器时，预聚反应器内由丙烯、乙烯及氢气淤浆聚合反应所得到预聚产物也送入第一反应器内继续反应。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)在第一反应器和第二反应器之间设置脱氢仓，第一反应器(即一反)、脱氢仓与第二反应器(即二反)的高度采用逐渐降低布置，并采用依次微降压操作，一反产物(均聚物)自上部连续进入脱氢仓，脱氢仓下部通入气化丙烯，将夹带的大部分氢气脱除后，富含丙烯的粉料自脱气仓底部重力流进入第二反应器。

(2)第一反应器与第一冷凝器间设压差控制阀：维持一反、脱氢仓、冷凝器的压力(步步低)平衡，使脱气自压返回第一冷凝器。然后，脱气、一反循环气在第一冷凝器中一并冷凝冷却，在对应凝液罐中得到凝液与气体则分别经循环气压缩机、凝液泵返回第一反应器。

(2)通过设置脱丙烯塔，从而可以接收第二反应器顶部气相循环所形成的丙烯凝液，在塔顶得到富含丙烯的乙烯在第二反应器内循环；在塔底得到丙烯返脱氢仓作气提工质，与富含氢气的夹带丙烯经压缩机一并返第一反应器。由此，在脱出氢气的同时，解决了进入第三反应器系统的丙烯过剩问题。

(3)整个装置的抗冲共聚采用脱氢仓和脱丙烯塔组合工艺，代替传统气锁系统，不需引进技术，投资省，能耗低，操作方便，安全可靠。同时，在技术效果上，有效地解决氢气和丙烯过剩问题，不仅操作过程简单(连续操作，不需气锁系统)，同时也降低了装置能耗，可用于高品质、全牌号(包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物、三元共聚物)聚丙烯粉料、粒料的生产。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一种形式的结构示意图；

图中标记说明：

1-预聚反应器；

2-第一反应器，21-第一旋风分离器，22-第一冷凝器，23-第一气液分离罐，24-第一循环压缩机；

3-第二反应器，31-第二旋风分离器，32-第二冷凝器，33-第二气液分离罐，34-第二压缩机；

4-脱氢仓；

5-脱丙烯塔；

6-过滤器；

7-丙烯气化器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。

为实现对高品质全牌号的聚丙烯产品的生产等，本实用新型提供了一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其结构参见图1所示，包括沿主物料流动方向依次设置的第一反应器和第二反应器，在第一反应器与第二反应器之间还设有脱氢仓，所述的第二反应器旁还设有接收其顶部气相冷凝形成的凝液的脱丙烯塔，所述脱丙烯塔的塔顶出口还返回连接所述第二反应器，塔底出口还返回连接所述脱氢仓。本实用新型中，第一反应器和第二反应器均可以为卧式反应器。

在一些具体的实施方式中，所述的第一反应器、脱氢仓与第二反应器在水平高度上逐渐降低，且第一反应器、脱氢仓与第二反应器内的操作压力也依次降低，确保粉料流通顺畅。

在一些具体的实施方式中，所述的第一反应器的顶部气相出口还设有带第一冷凝器的第一冷凝回路，所述的脱氢仓的顶部还返回连接所述第一冷凝器。此处，第一冷凝器前一般还设有第一旋风分离器，第一冷凝器的出口还依次连接设置第一凝液罐和第一凝液泵，这样，使得第一冷凝器处冷凝分离得到的凝液可经第一凝液泵返回第一反应器中回用，同时，第一凝液罐处分离得到的气相则可以与乙烯和氢气物料一起经第一循环压缩机压入第一反应器的顶部。同时，丙烯物料可以送入第一凝液罐内，再进入第一反应器的反应系统中。

更进一步的，所述的第一反应器与第一冷凝器之间还设有压差控制阀，使得第一反应器、脱氢仓与第一冷凝器内的压力依次降低，使得脱氢仓顶部得到的脱气可以自压返回第一冷凝器。

在一些具体的实施方式中，所述的第二反应器的顶部气相出口还设有带第二冷凝器与凝液泵(即第二凝液泵)的第二冷凝回路，所述凝液泵出口还通过管路连接所述脱丙烯塔。更具体的，第二冷凝器的前方也设有第二旋风分离器，而第一冷凝器与第二凝液泵之间还设有第二凝液罐。第二凝液泵排出的凝液部分送入脱丙烯塔内，其余部分则返回第二反应器内回用。

在一些具体的实施方式中，所述的脱丙烯塔与脱氢仓之间还设有丙烯气化器。在脱丙烯塔内，富含乙烯的塔顶不凝气自压经第二循环压缩机出口的集合管(与补充加入的氢气、乙烯、以及第二凝液罐的罐顶不凝气体)一起返回第二反应器，塔底的丙烯(不含乙烯)泵压进丙烯气化器，作为气化丙烯经脱氢仓顶返第一反应器。脱丙烯塔只控制塔底丙烯中的乙烯含量，其回收率要求不高，塔顶不凝气可富含丙烯，因而该塔的回流比很小、能耗很低，且塔顶气冷凝温度较高(＞40℃)，可采用循环水作冷却工质。

在一些具体的实施方式中，请再参见图2所示，所述的第一反应器前还设有预聚反应器。

在一些具体的实施方式中，所述的第二反应器的出口还连接过滤器。

另外，本实用新型还提供了一种基于不设气锁器的气相法聚丙烯生产工艺，其采用如上所述的生产装置实施，包括以下步骤：

(1)丙烯、乙烯、氢气送入第一反应器内进行气相聚合反应，得到均聚物作为一反产物；

(2)一反产物在脱氢仓中经气提丙烯的作用，脱除均聚物夹带的部分氢气、丙烯后，进入第二反应器，而脱氢仓顶部排出的脱气返回第一反应器处的第一冷凝器内进行冷凝回用；

(3)第二反应器内继续通入乙烯与补充氢气，进行气相抗冲聚合反应，得到抗冲共聚物；

(4)第二反应器塔顶气相经冷凝后所得凝液部分返回第二反应器内回用，部分则送入脱丙烯塔内，在脱丙烯塔塔底得到丙烯并气化后送入脱氢仓内作为气提丙烯。

在一些具体的实施方式中，当第一反应器前还设有预聚反应器时，预聚反应器内由丙烯、乙烯及氢气淤浆聚合反应所得到预聚产物也送入第一反应器内继续反应。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

结合上述实施方式，并参照图1，以30万吨/年气相法聚丙烯装置为例，均聚、无规共聚、抗冲共聚时的粉料产能分别为40t/h、37.5t/h、34.8t/h，其中：为控制抗冲共聚物的橡胶含量和乙烯含量，低乙烯抗冲共聚工况的一反(即第一反应器)产能为30455kg/h，二反(即第二反应器)产能为4345kg/h；高乙烯抗冲共聚工况的一反产能为26452kg/h，二反产能为8352kg/h。

第一反应器和第二反应器均为搅拌床气相反应器，其采用脉冲出料，一反产物夹带的未反应富氢丙烯气通常约占粉料的10％，其中：低乙烯抗冲共聚工况时一反产物夹带丙烯2618kg/h，多于二反的丙烯需求1908kg/h，需通过脱丙烯塔从二反系统至少脱除丙烯710kg/h；高乙烯抗冲共聚工况一反夹带氢气0.25kg/h，多于二反的氢气需求0.14kg/h，需通过脱氢仓系统至少脱除氢气0.11kg/h。

1)低乙烯共聚工况：

自第二凝液泵出口引3000kg/h丙烯凝液(乙烯10.8％、丙烯82.0％)至脱丙烯塔，控制塔底丙烯回收率50％及乙烯含量≯10wppm时，塔顶冷凝温度42℃，回流比0.80，计算塔经911mm。塔顶不凝气(乙烯21.5％，丙烯72.7％)自压经第二循环压缩机出口的集合管返回第二反应器；塔底丙烯(丙烯10wppm)1499kg/h，泵压经丙烯气化器、脱氢仓返第一反应器。二反丙烯不足部分(1499-710＝789kg/h)由丙烯进料系统补充。

2)高乙烯共聚工况：

脱氢仓下部通入约3000kg/h气化丙烯，稀释一反产物夹带丙烯气(2572kg/h，其中氢气0.25kg/h)的氢气，确保自脱氢仓底部进入二反的氢气量少于二反需求(0.14kg/h)，二反氢气不足部分由氢气供给系统补充。

本实施例的各物料工艺情况如下表：

总的来说，本实施例的工艺流程适合于丙烯均聚、无规共聚及抗冲共聚的生产，可实现长周期运行生产聚丙烯产品。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，包括沿主物料流动方向依次设置的第一反应器和第二反应器，在第一反应器与第二反应器之间还设有脱氢仓，所述的第二反应器旁还设有接收其顶部气相冷凝形成的凝液的脱丙烯塔，所述脱丙烯塔的塔顶出口还返回连接所述第二反应器，塔底出口还返回连接所述脱氢仓。

2.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第一反应器、脱氢仓与第二反应器在水平高度上逐渐降低，且第一反应器、脱氢仓与第二反应器内的操作压力也依次降低。

3.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第一反应器的顶部气相出口还设有带第一冷凝器的第一冷凝回路，所述的脱氢仓的顶部还返回连接所述第一冷凝器。

4.根据权利要求3所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第一反应器与第一冷凝器之间还设有压差控制阀，使得第一反应器、脱氢仓与第一冷凝器内的压力依次降低。

5.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第二反应器的顶部气相出口还设有带第二冷凝器与凝液泵的第二冷凝回路，所述凝液泵出口还通过管路连接所述脱丙烯塔。

6.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的脱丙烯塔与脱氢仓之间还设有丙烯气化器。

7.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第一反应器前还设有预聚反应器。

8.根据权利要求1所述的一种基于脱氢仓-脱丙烯塔的抗冲聚丙烯的生产装置，其特征在于，所述的第二反应器的出口还连接过滤器。

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