聚丙烯工艺条件和产品性能适应性分析.pdf

摘 璺 摘要 聚丙烯是近年来增长最为迅速的合成树脂，而且其潜在的应用领域还相当广 泛，已成为一个研究热点，包括了理论界和工业界，研究内容涵盖的范围很宽， 既有催化剂、工艺过程，也有加工技术、改性及应用等。作为工业部门来说，开 发新牌号，必须掌握产品性能和工艺条件的关系，通过工艺操作条件的变化来适 应不同性能要求的产品，因此掌握产品性能与工艺条件之间的关系尤其重要，它 可以指导生产商根据客户对产品性能的要求来组织生产，实现对客户的量身定 制，这有利于企业参与市场竞争。在中国，树脂生产单位所拥有的牌号很少，～ 些高附加值的专用料，很难与国外企业进行竞争。因此进行这方面的研究很有现 实意义，既能创造良好的经济效益，又能获得很好的社会效益。 本研究主要针对扬子公司Hypol聚丙烯生产工艺进行模拟，建立聚合工艺条 件与树脂最终性能之间的模型，并结合研究院先进的小聚装置和中试装置，把模 拟结果应用到生产装置上，从而指导工业装置对生产某种聚丙烯牌号的工艺调 整，达到最终的性能要求。针对这一目标，本研究工作包括了下面的研究内容。 首先对丙烯聚合过程进行了分析，探索了对该工艺的一些影响因素，包括了 氢气的分子量调节作用、给电子体对等规度的影响、预聚合工艺对产品颗粒形态 及聚合工艺等的影响，在机理上对这些影响因素进行了分析，并就如何在工艺操 作中利用这些影响因素作了讨论。 动力学基础数据和基本传递参数是过程建模的基础，针对Hypol工艺的液相 本体聚合方式，架构了相关基础数据的获取方法和实验路线，获得了在液相本体 聚合过程中催化剂得率随时间的变化关系及相应的基础参数。 作为过程建模的基础，首先对间隙聚合过程进行了仿真研究，特别研究了非 均相体系伴有扩散的聚合反应过程，在聚合物颗粒尺度上，着重分析了扩散对聚 合过程的影响。扩散导致了颗粒上单体浓度存在着分布，这样导致了不同的聚合 速率，由此产生了很宽的分子量分布。而在颗粒粒径上，虽然初始存在着粒径分 布，由于扩散的存在，随着聚合的进行，粒径有趋向均一的可能，而使得粒径分 布变窄。 在连续工艺的建模过程中，结合了商业工艺中各种反应器型式的特点，利用 总量平衡建模方法，以催化剂停留时间分布、催化剂颗粒的粒径分布为变量来推 导表征聚合物的各个参数的分布情况，并获取聚合物的平均表征量，从而建立工 浙江大学‘扬子石油化上股份有限公一J)博士后研究报告 艺与性能的关联。在仿真中，比较了相同工艺条件下不同反应器型式的聚合结果， 特别考察了催化剂得率、反应器产量、停留时间、聚合物粒径等变量在不同反应 器型式中的情况，通过这些结果，可以比较各反应器的聚合特点。连续釜式搅拌 反应器具有很宽的停留时间分布，因此表征聚合物的各参数的分布也较宽，这类 反应器通常是多釜串连使用以使停留时间分布变窄；立式气相搅拌床反应器可以 此具有最窄的停留时间分布；气相流化床反应器由于存在颗粒粒径选择的影响， 反应器出口粒径分布更均匀。研究中还考察了各种反应器的聚合结果受操作参数 的影响情况。 性能决定于结构，在单釜工艺条件下，建立了聚合物分子量分布以及共聚组 成等聚合物表征参数的计算方法，考察了反应器停留时间分布对连续稳态工艺中 聚合物微观结构的影响，并比较了不同反应器型式下的聚合物微结构的差异。 作为应用实例，利用前面的研究成果，对Hypol工艺进行了深度剖析，并对 析了生产这两种产品时工艺过程对产品微观结构的影响，并提出了相关的操控策 略。 抗冲聚丙烯中共聚组成是影响聚合物性能的关键，而共聚组成是受聚丙烯中 共聚物含量和共聚物中的乙烯含量两个表征参数的共同作用，这两个参数在连续 工艺中，实质是受各个反应阶段的平均停留时间制约，在均聚阶段，如果有长的 停留时间，那么在均聚阶段的聚合量将很大，同时由于催化剂存在衰减，导致了 最后阶段的共聚合量很低，从而使得在整个流程中共聚物含量较小：而共聚物中 乙烯含量由于和催化机理密切相关，TiH向Ti2+的转变有利于乙烯的聚合，而 Ti2+的量的多少，取决于整个流程的平均停留时间的长短，停留时间越长，Ti” 的量越大，越有利于乙烯的聚合，因此共聚物中乙烯含量就较高。 在对总乙烯含量、分子量的控制上应集中在液相釜上，而气相釜中由于聚合量较 少，其对主要性能的影响较小，但由于低分子量部分的产品集中在气相釜中生成， 对该阶段进行适当的控制，会对聚合物性能有