阅读说明：本技术 聚丙烯生产工艺及生产装置 (Polypropylene production process and production device ) 是由 张海霞 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及聚丙烯生产工艺及生产装置,所述生产工艺为在液相反应系统中以液相丙烯在催化剂的作用进行聚合；将聚合反应产生的固液混合物在不经其他固液分离的情形下,引入压力分离系统进行固液分离；将固液分离获得的滤液送入液相反应系统用作丙烯原料；将固液分离获得的固态分离物料送入汽蒸系统和干燥系统进行汽蒸除液和干燥,形成均聚聚丙烯粉末。所述生产设备包括相应的液相反应系统、压力分离系统、丙烯供料系统、汽蒸系统和干燥系统等。本发明具有设备数量少,流程短,工艺可操作性高的优点,不仅降低了项目建设的一次投资,同时解决了传统工艺中液相反应器出料气化、闪蒸和丙烯再次压缩、冷凝液化导致的巨大能耗问题。(The invention relates to a polypropylene production process and a production device, wherein the production process is to polymerize liquid-phase propylene under the action of a catalyst in a liquid-phase reaction system; introducing a solid-liquid mixture generated by the polymerization reaction into a pressure separation system for solid-liquid separation under the condition of not carrying out other solid-liquid separation; sending filtrate obtained by solid-liquid separation into a liquid phase reaction system to be used as a propylene raw material; and (3) sending the solid separation material obtained by solid-liquid separation into a steaming system and a drying system for steaming, removing liquid and drying to form homopolymerized polypropylene powder. The production equipment comprises a corresponding liquid phase reaction system, a pressure separation system, a propylene feeding system, a steaming system, a drying system and the like. The invention has the advantages of less equipment quantity, short flow and high process operability, not only reduces the primary investment of project construction, but also solves the problem of huge energy consumption caused by discharge gasification, flash evaporation, propylene recompression, condensation and liquefaction of a liquid phase reactor in the traditional process.)

聚丙烯生产工艺及生产装置

技术领域

本发明提出了一种基于液相本体反应的聚丙烯生产工艺及相应的生产装置，属于烯烃聚合技术领域。

背景技术

聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，在注塑、吹膜、涂覆、喷丝、改性工程塑料等各种工业和民用塑料制品领域具有广泛的应用。目前，聚丙烯的生产工艺按聚合类型可分为溶液法、淤浆法、本体法和气相法以及本体-气相法组合工艺。其中溶液法和淤浆法由于工艺流程长，操作与投资费用较高，自20世纪80年代以后，新、改建的大型聚丙烯装置基本不再采用该工艺。

本体法（本体-气相法）有多种工艺路线，可分为釜式聚合工艺和环管式聚合工艺，目前应用较多的有Basell公司的Spheripol工艺、日本三井化学公司的Hypol工艺和Borealis公司的Borstar工艺等。

Spheripol 工艺自1982 年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。它是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺，采用一个或者多个环管反应器和一个或多个串联的气相流化床反应器，在环管反应器中进行均聚和无规共聚，在气相流化床中生产抗冲共聚物。虽然流程相比之下较长，但设备简单，投资不高，操作稳定可靠，产品性能好。

Hypol 工艺于20 世纪80 年代初期开发成功，采用HY-HS-II 催化剂（TK-II），是一种多级聚合工艺。它把本体法丙烯聚合工艺的优点同气相法聚合工艺的优点融为一体，是一种无溶剂、不脱灰能生产多种牌号聚丙烯产品的组合式工艺技术。

Borstar 是双峰聚丙烯工艺，于2005 年首次投产建成。它采用双反应器的基本配置，当生产均聚物和无规共聚物时，采用一台环管反应器串联一台气相反应器；当生产抗冲共聚物时，再串联一台或两台气相反应器。这取决于产品的橡胶含量，比如生产橡胶含量非常高的抗冲共聚物时，则需要第二台气相反应器。该工艺特点是在超临界条件下操作，环管反应器的典型温度为80-100℃、压力5.0-6.0MPaG；气相反应器的操作条件80-100℃、压力2.5-3.5MPaG。它可生产从非常硬到非常软的产品，也能生产多峰产品。

气相法工艺自20 世纪70 年代后期发展迅速。特点是丙烯直接气相进行聚合反应，单体浓度远低于液相丙烯，一般不需要预聚合，反应器泄压更简单容易；无论规模大小，一般只需配置1 台均聚反应器和1 台抗冲反应器的组合；反应后的PP 粉末大多采用脱气仓、净化仓一步处理，因此有流程短、设备少、开停车方便、适宜抗冲共聚物生产等优点。但气相反应器易形成局部过热引起聚合物结块，导致装置停车，因此其连续运行周期比不上环管装置。

现有本体法（本体-气相法）工艺采用液相反应器实现均聚，依靠夹套或内盘管冷却撤走反应热，反应生成的聚丙烯粉末与未参与反应的液相聚丙烯依靠丙烯的气化、闪蒸形成气、固混合物，然后利用袋式过滤器、旋风分离器等设备实现聚丙烯粉末与气相丙烯的分离。为保证闪蒸、气化的持续进行，一般在管路上设置夹套管进行蒸汽伴热。分离得到的气相丙烯利用丙烯压缩机压缩、冷凝后得到液相丙烯，进入反应器循环使用。如上所述，这种工艺主要存在如下缺陷：

1）未反应的液相丙烯在上述气化、闪蒸、压缩、冷凝的循环过程中需要大量蒸汽伴热及冷却水冷凝液化，导致大量的公用工程消耗；

2）丙烯粉末与气化后的丙烯气体分离需要设置多台过滤器及分离器，不仅造成设备投资成本高，而且工艺流程长，增加了装置运行的不可靠性；

3）大量循环丙烯气体的压缩需要压缩机能力大，设备一次投资成本高；同时，大量的丙烯气体压缩消耗了大量的电能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种聚丙烯生产工艺及其装置，以缩短现有工艺流程，降低伴热蒸汽、冷却水及电能的消耗。

本发明实现上述目的的技术方案是：聚丙烯生产工艺，包括下列步骤：

1）在液相反应系统中，以液相丙烯在催化剂的作用进行聚合，产生包含聚丙烯颗粒和未反应液态丙烯的固液混合物；

2）将聚合反应（步骤1）产生的固液混合物在不经其他固液分离的情形下，引入压力分离系统进行固液分离，获得主要由液态丙烯构成的滤液和主要由聚丙烯构成的固态分离物料（或称滤渣），少量氢气可以随着滤液一并排出；

3）将固液分离（步骤2）获得的滤液作为供料循环丙烯，送入液相反应系统用作丙烯原料，如在固液分离过程中还获得了少量的氢气，可以将将固液分离（步骤2）获得的氢气也送入液相反应系统；

4）将固液分离（步骤2）固态分离物料送入汽蒸系统进行汽蒸除液，汽蒸后的物料送入干燥系统进行干燥，获得的干燥粉末即为均聚聚丙烯粉末；或者，将固液分离（步骤2）获得的固态分离物料送入流化反应系统，用于生产共聚聚丙烯。

步骤3中，通过氢气循环压缩机将所述的氢气送入液相反应系统。

步骤3中，将供料循环丙烯和新鲜丙烯在经过相互混合或者不经过相互混合的情况下接入液相反应系统的丙烯供料泵。

步骤4中，先对所述的固态分离物料进行汽蒸，以进一步除液，再以加热的惰性气体对汽蒸后的固态分离物料进行干燥，获得所述干燥的粉末物料。

整个生产工艺过程中无需利用气化、闪蒸等其他固液分离。

液相反应系统可由一个或多个液相反应器串联组成。

所述液相反应器优选为环管反应器等。

所述液相反应器的聚合条件可以为：聚合温度为45℃~120℃，聚合压力为1.85MPa~5.65MPa；

所述压力分离系统优选采用转鼓式压力过滤机（可简称为转鼓式压力过滤机）。

所述转鼓式压力过滤机的过滤操作条件可为：操作温度为45℃~150℃，操作压力为1.85MPa~5.65MPa，过滤压差为0.01MPa~1.0MPa，转速为0.3~10.0转/分钟。

所述转鼓式压力过滤机内依次设有过滤区、除液区、卸料区和再生区，在过滤区进行固液混合物的压力过滤分离，形成滤液和滤饼（聚积为饼状的固态分离物料），在除液区以除液气体对滤饼进行除液，在卸料区将除液后的滤饼通过卸料管道输出，在再生区以清洗液对过滤机本身的过滤介质进行清洗再生。

优选以丙烯压缩机压缩后的气相丙烯作为除液气体对滤饼进行除液。所述除液可以为一次除液或者多次除液，例如，优选为两次除液。

滤饼中所含未反应丙烯仅占未反应丙烯的2%-15%；

所述转鼓式压力过滤机的卸料管道上可以设置有密封下料装置，通过密封下料装置进行密封下料，保证过滤机的背压。

可以采用汽蒸器进行固态分离物料的汽蒸。

所述汽蒸器的操作压力范围为常压至1.0MPa，进入汽蒸器的固态分离物料中的丙烯夹带量为0.5%至15%，优选为2.0~8.0%，汽蒸形成的气体作为循环丙烯气体，进入丙烯循环系统。

将源自压力分离系统的滤液引入丙烯进料罐，将过滤机的过滤介质的清洗排出液引入丙烯进料罐，将用于补充丙烯原料的新鲜液相丙烯引入丙烯进料罐，对引入丙烯进料罐的液体进行混合，接入液相反应系统的丙烯供料泵。

还可以将过滤机的除液所排的除液后气体（气液混合物）进行冷凝，冷凝获得的丙烯冷凝液引入丙烯进料罐。

所述丙烯进料罐设有搅拌机。

所述丙烯进料罐的操作压力为1.85MPa~5.5MPa，其搅拌机的操作转速为5.0~100rpm，优选为10~50rpm。

所述密封下料装置采用旋转下料阀。

所述旋转下料阀为一级或多级，多级旋转下料阀中的各旋转下料阀依次设置在卸料管道上。

聚丙烯生产装置，包括用于丙烯聚合反应的液相反应系统，还包括：

压力分离系统，用于对丙烯聚合反应后形成的液固混合物进行固液分离，形成滤液和固态分离物料，设有连续工作制的转鼓式压力过滤机，所述转鼓式压力过滤机的进料管连接所述液相反应系统的出料管，所述液相反应系统和压力分离系统之间不设任何固液分离装置，由转鼓式压力过滤机对液相反应系统的出料（固液混合物）在未经其他固液分离的情形下实施固液分离，所述转鼓式压力过滤机的卸料卸料管道上设有密封下料装置，采用密封下料方式输出固体物料（除液后的固态分离物料）；

丙烯供料系统，用于向所述液相反应系统提供或补充液相丙烯原料，设有丙烯供料罐，所述转鼓式压力过滤机的滤液输出管和清洗排出液输出管接入所述丙烯供料罐，所述丙烯供料罐用于回收装置各部分排出的液相丙烯，将新鲜的液相丙烯与所回收的液相丙烯混合，形成的混合丙烯液体用作反应系统的液相丙烯原料，设有新鲜液相丙烯输入管和混合丙烯液体输出管，所述新鲜液相丙烯输入管用于接入新鲜的液相丙烯，所述混合丙烯液体输出管用于输出混合丙烯液体，接入丙烯供料泵的进口，所述丙烯供料泵的出口侧管道接入所述液相反应系统的丙烯原料进口；

汽蒸系统和/或流化反应系统，所述汽蒸系统设有汽蒸器，用于对压力分离系统输出的固态物料（除液后的固态分离物料）进行汽蒸，以进一步除液，所述流化反应系统用于聚丙烯共聚反应，设有流化床反应器，所述转鼓式压力过滤机的卸料管道输出的固态物料送入所述汽蒸器和/或所述流化床反应器；

所述汽蒸系统配套有聚丙烯干燥系统，用于对汽蒸后的固态物料进行干燥，设有干燥器，所述汽蒸器输出的固态物料接入所述干燥器，所述干燥器输出的干燥粉末即为相应的均聚聚丙烯粉末（产品）；

丙烯循环系统，用于丙烯的循环利用，设有丙烯压缩机，所述丙烯压缩机的进口连接所述汽蒸系统的丙烯气体输出管道和/或所述流化反应系统的丙烯气体输出管道，所述丙烯压缩机的出口连接所述转鼓式压力过滤机的除液气体输入管和/或冷凝换热器的冷凝进口（被冷凝介质进口），所述冷凝换热器的冷凝液输出管道接入所述丙烯供料罐。

所述转鼓式压力过滤机内设有顺序排列的过滤区、除液区、卸料区和再生区，在过滤区进行固液混合物的压力过滤，形成滤液和滤饼，在除液区以除液气体对滤饼进行除液，在卸料区将除液后的滤饼通过卸料管道输出，在再生区以清洗液对过滤介质进行清洗再生。

所述转鼓式压力过滤机设有除液气体输入管、清洗液输入管、除液后气体输出管、滤液输出管、清洗排出液输出管和卸料管道，设有或者不设有卸料反吹气体输入管。

所述转鼓式压力过滤机的除液气体输入管用于接入除液气体，连接丙烯压缩机的出口侧丙烯管道，以增压后的丙烯气体作为除液气体对过滤机内的滤饼进行除液。

所述转鼓式压力过滤机的清洗液输入管用于接入用作清洗液的新鲜液相丙烯，以对过滤机的过滤介质进行清洗。

所述转鼓式压力过滤机的卸料反吹气体输入管用于接入卸料反吹气体，连接丙烯压缩机的出口侧丙烯管道，以增压后的丙烯气体作为卸料时的反吹气体。

所述转鼓式压力过滤机的除液后气体输出管用于输出除液产生的气液混合物，通过冷凝换热器将所述气液混合物中的丙烯冷凝成丙烯冷凝液，以回用于液相反应系统作为丙烯原料的一个来源。

所述转鼓式压力过滤机的滤液输出管用于输出滤液，这些滤液可作为供料循环丙烯返回液相反应系统作为丙烯原料的一个来源。

所述转鼓式压力过滤机的卸料管道用于输出除液后的固态分离物料，这些固态分离物料经过后续的汽蒸和干燥后，形成的干燥粉末即为聚丙烯粉末（产品），也可以直接用于流化反应系统作为共聚原料；

所述转鼓式压力过滤机的除液后气体输出管接入所述冷凝换热器的冷凝进口，以实现气态丙烯的冷凝。

所述转鼓式压力过滤机设置一次除液或多次除液。例如，优选地，所述转鼓式压力过滤机设有两次除液，其除液气体输入管道包括一次除液气体输入管和二次除液气体输入管，所述二次除液气体输入管位于所述一次除液气体输入管的后序，即过滤单元里的滤饼在转鼓转动的过程中，先接入一次除液气体进行一次除液，再接入二次除液气体进行二次除液。

所述密封下料装置可以采用旋转下料阀。

所述旋转下料阀为一级或多级。

多级旋转下料阀中的各级旋转下料阀依次设置在卸料管道上。

所述转鼓式压力过滤机的过滤介质可以为金属材质和非金属材质的滤布。

所述冷凝换热器可以采用冷却水作为冷凝介质，为水冷冷凝器，设有冷却水供水管和冷却水回水管。

所述丙烯供料罐设有供料罐搅拌器，所述供料罐搅拌器可以采用电动搅拌器。

所述汽蒸器可以设有汽蒸器搅拌器，所述汽蒸器搅拌器可以采用电动搅拌器。

所述液相反应系统可以主要由一个或多个液相反应器串联组成。

所述液相反应器优选为环管反应器或立式搅拌反应器。

所述液相反应系统设有催化剂进口。

当所述液相反应系统主要由多个液相反应器串联组成时，所述催化剂进口至少设置在第一个液相反应器上。

所述丙烯供料罐的顶部气体出口通过氢气循环压缩泵接入所述液相反应系统中的液相反应器。

本发明的有益效果如下：

1）本发明通过以上装置以及工艺流程，使之具备均聚或共聚聚丙烯粉末的生产条件，通过增加、调整相关设备，改变了传统液相反应后的分离方法，提高了装置的分离效率，同时显著降低了装置的一次投资和运行成本；

2）设置了压力分离系统替代原有工艺中液相丙烯气化、闪蒸过程，对聚丙烯粉末和未反应的液相聚丙烯进行分离，节约了原有工艺中液相丙烯气化、闪蒸所需的能量；

3）设置了丙烯循环气压缩机，对丙烯粉末中夹带的微量丙烯进行升压，部分高压丙烯气体用于对压力分离机的滤饼进行除液，降低滤饼中丙烯的夹带；另一部分冷凝后，循环进入反应系统使用；

4）本发明所述一种聚丙烯的生产工艺及其装置，可从以下4方面显著降低装置运行成本、投资成本：

a）彻底节约反应后丙烯气化、闪蒸所需的加热能量；

b）大大降低气体丙烯循环流量，节约压缩过程、冷凝过程的能量消耗；

c）大大降低丙烯供料泵扬程，节约输送过程的能量消耗；

d）取消原工艺中分离器、过滤器等设备，显著降低丙烯压缩机、丙烯供料泵、汽蒸系统等设备额定能力，降低装置一次投资。

本发明利用压力分离技术取代传统本体法（本体-气相法）工艺中利用气化、闪蒸实现分离的过程，同时，大大减少了装置中气体丙烯的循环流量，实施本发明，不仅可以大大缩短现有工艺流程，同时降低了工艺过程中伴热蒸汽、冷却水及电能的消耗。

本发明同样也适用于淤浆法聚乙烯生产工艺或其他类似场合，其中在液相反应系统采用相应生产的液相反应系统，可起到相同的效果。

附图说明

图1是本发明的设备构造和工艺流程框图；

图2是本发明的设备构造和工艺流程示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，这种丙烯产生装置包括：

用于液相均聚的液相反应系统10；

用于聚丙烯粉末与丙烯液体分离、除液、卸料并密封的压力分离系统20；

实现共聚聚丙烯与其他单体完成共聚反应生产共聚聚丙烯的流化床反应系统（或称流化反应系统）30；

用于聚丙烯预干燥的汽蒸系统40；

用于丙烯和其他单体的回收和循环使用的丙烯循环系统50；

聚丙烯干燥系统60；

丙烯供料系统70。

工作过程如下：

通过液相反应系统10中的催化剂进口11将配置好的催化剂注入到液相反应器（液相本体反应器）12 中，同时利用丙烯供料系统70中的丙烯供料泵75将液相丙烯泵输送至反应器12中，在一定量氢气存在的情况，液相丙烯在液相反应器12中聚合生产均聚聚丙烯。

经过调配的催化剂随同溶剂与丙烯在液相反应系统中发生均聚反应，聚合用的反应器为能满足充分混合和对反应冷却的任何种类反应器，包括搅拌反应器、环管反应器等；反应生成的粉末状（微小的颗粒状）聚丙烯与未反应的液相丙烯形成液固混合物，由此得到的聚丙烯和丙烯的液固混合物在自身压力的作用下进入压力分离系统，中间无需设置任何将未反应的液相丙烯、氢气分离出去的过程和设备，不需要经过任何气化、闪蒸过程。

利用压力分离系统20中的转鼓式压力过滤机21将生成的聚丙烯粉末与未反应的液相聚丙烯相分离，得到丙烯液体（滤液，含微量氢气）和聚丙烯粉末（滤饼，含少量液相丙烯），也可以采用其他适宜的压力过滤或固液分离设备替代所述的转鼓式压力过滤机，实现所需的固液分离，未反应的液相聚丙烯进入丙烯供料系统70中的丙烯进料罐71。

同时，利用丙烯循环系统50中的高压、高温丙烯气对转鼓式压力过滤机中的固相聚丙烯粉末（固态分离物料，在过滤机内时呈饼状，可称为滤饼）进行除液；固相聚丙烯粉末经密封下料装置22减压后送出，进入后续工艺。

压力分离系统输出的固相聚丙烯粉末可以进入汽蒸系统40，最终得到均聚聚丙烯粉末；和/或，进入流化反应系统30最终得到共聚聚丙烯粉末：

a）来自于压力分离系统20中的固相聚丙烯粉末可根据需要直接进入流化反应系统30中的流化床反应器31，在流化床反应器31内采用业内熟知的工艺技术进行共聚反应，经共聚聚丙烯出料33进入后续流程，流化反应系统的尾气处理单元32可采用现有技术，排出的丙烯气体经丙烯循环系统50中的丙烯压缩机51压缩及冷却换热器52冷凝后，利用丙烯输送泵53输送至丙烯供料系统70的丙烯供料罐71中。

b）若来自于压力分离系统20中的聚丙烯粉末进入汽蒸系统40，可采用业内共知的工艺流程，如Spheripol工艺，利用蒸汽和汽蒸器搅拌器42的作用下，在汽蒸器41内脱除聚丙烯粉末中夹带的丙烯，汽蒸器内设有蒸汽分布器且设有多层桨叶的汽蒸器搅拌器，在汽蒸器搅拌器的搅拌作用下利用水蒸汽加热脱除聚丙烯粉末夹带的丙烯；随后利用汽蒸处理单元43将汽蒸尾气中的蒸汽冷凝而分离出纯烃类单体，能够完全回收利用尾气中的烃类，降低单体的消耗；尾气中的烃类经丙烯循环系统50中丙烯压缩机51压缩及冷却换热器冷凝后，利用丙烯输送泵53输送至丙烯供料系统70中。

经汽蒸单元40获得的聚丙烯粉末进入聚丙烯干燥系统60，利用业内熟知的工艺流程得到干燥的均聚聚丙烯粉末。干燥系统可采用业内共知的工艺流程，可以设有干燥器61，获得的干燥聚丙烯粉末经均聚聚丙烯出料口62输出，以便进入下一步处理单元。

从汽蒸器顶部出来的气相混合物可采用现有工艺处理后，得到的丙烯气体，经丙烯循环系统压缩、冷凝后输送至丙烯供料罐。

从流化床反应器顶部出来循环气可利用现有技术处理，分离出的烃类气体经丙烯循环系统压缩、冷凝液化后输送至丙烯供料系统。

在对液相反应系统输出的固液混合物的处理过程中，将从各工艺环节回收到的丙烯汇总到丙烯供料系统，回收到的液相丙烯与源自新鲜液相丙烯输入管74的新鲜丙烯在丙烯供料罐混合后，利用丙烯供料泵75输送至液相反应系统循环使用。

所述的丙烯供料罐设置搅拌机72，防止液体中夹带的聚丙烯粉末沉积。

丙烯供料系统中的丙烯供料罐顶部的气体（主要为氢气）经氢气压缩机73压缩后进入液相反应系统循环利用。