NG催化劑在Novolen聚丙烯工藝上的應(yīng)用

蔡衛(wèi)，王金祥，張文平

（1.中國石油化工股份有限公司催化劑分公司，北京市 100011；

2.中國石油化工股份有限公司催化劑北京奧達分公司，北京市 101111）

NG催化劑在Novolen聚丙烯工藝上的應(yīng)用

蔡衛(wèi)1，王金祥2，張文平2

（1.中國石油化工股份有限公司催化劑分公司，北京市 100011；

2.中國石油化工股份有限公司催化劑北京奧達分公司，北京市 101111）

將國產(chǎn)NG催化劑在Novolen聚丙烯生產(chǎn)工藝上進行了工業(yè)應(yīng)用。試驗過程中反應(yīng)釜操作溫度和壓力穩(wěn)定，催化劑活性高，反應(yīng)釜中氫氣濃度低，聚合物粒徑分布窄，粒徑在0.25～2.00 mm的顆粒占99.2%。通過試驗數(shù)據(jù)的對比分析，證明NG催化劑可以應(yīng)用于Novolen聚丙烯工藝。

聚丙烯 NG催化劑 聚合

Novolen丙烯聚合工藝采用立式反應(yīng)釜中的氣相丙烯聚合技術(shù)，最初由BASF公司開發(fā)，經(jīng)重組現(xiàn)歸屬于CB&I公司。目前，世界上采用Novolen工藝的聚丙烯（PP）生產(chǎn)能力已超過9.0 Gt/a，處于全球第三位，在PP生產(chǎn)領(lǐng)域具有舉足輕重的地位和影響力[1]。我國引進Novolen工藝的時間較晚，2008年4月臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司聚丙烯（寧波）有限公司建成了大陸地區(qū)第一套450 kt/a的Novolen工藝PP生產(chǎn)裝置。隨后又陸續(xù)投產(chǎn)了地處遼寧、福建和寧夏的3套Novolen工藝PP生產(chǎn)裝置，使中國大陸地區(qū)采用該工藝的PP裝置總生產(chǎn)能力達到1.5 Gt/a。

目前，Novolen工藝PP生產(chǎn)裝置一般采用進口系列催化劑作為主催化劑。該催化劑采用氧化硅為載體，可生產(chǎn)高強度的丙烯均聚物和高乙烯含量的乙（烯）-丙（烯）共聚物等產(chǎn)品。但和國產(chǎn)催化劑相比，進口催化劑的活性偏低且價格偏高。為降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品性能，實現(xiàn)主催化劑的國產(chǎn)化已成為國內(nèi)企業(yè)的主攻方向。中國石油化工股份有限公司（簡稱中國石化）催化劑分公司和中國石化北京化工研究院立足于現(xiàn)有國產(chǎn)催化劑生產(chǎn)技術(shù)，認真總結(jié)NG催化劑在多套氣相法PP裝置上的應(yīng)用經(jīng)驗，與用戶合作進行了NG催化劑在Novolen工藝PP生產(chǎn)裝置上的應(yīng)用開發(fā)，取得了滿意的效果[2-6]。

1 NG催化劑和進口催化劑對比

1.1 主要組成及形態(tài)對比

Novolen工藝所用的進口催化劑采用了硅膠負載活性鈦組分的制備工藝，而國產(chǎn)NG催化劑主要采用MgCl2載體，制備方法的不同決定了兩者組成和形態(tài)的差異。從表1可以看出：由于應(yīng)用了氧化硅作為載體，進口催化劑中的鎂和酯含量降低，但鈦含量與NG催化劑基本接近。由于進口催化劑采用了大顆粒硅膠，平均粒徑基本由采用的載體大小控制，所以粒徑較大且顆粒分布（Span）也較大。

表1 NG催化劑和進口催化劑的組成及結(jié)構(gòu)對比Tab.1Comparison of composition and structure of the NG and imported catalysts

1.2 催化劑評價

從表2可以看出：在相同聚合條件下，NG催化劑的活性明顯高于進口催化劑，兩者的聚合物具有較高的等規(guī)指數(shù)和相近的熔體流動速率（MFR）。從聚合物粒徑分布來看，NG催化劑的聚合物主要分布在0.25～2.00 mm，而進口催化劑主要在0.25～2.00 mm和≥2.00 mm中分布，表明進口催化劑粒徑偏大且分布較寬。可以說NG催化劑具有更加優(yōu)良的聚合產(chǎn)物分布。

表2 NG和進口催化劑的聚合性能Tab.2Polymerization performance of the NG and imported catalysts

2 NG催化劑的工業(yè)應(yīng)用

國內(nèi)某公司400 kt/a的Novolen工藝PP生產(chǎn)裝置包含兩條生產(chǎn)線，可生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物和抗沖共聚物等產(chǎn)品。設(shè)計生產(chǎn)流程為丙烯、催化劑和H2在反應(yīng)釜中氣相聚合，聚合物脫氣后進行擠壓造粒。2011年3月24日至4月2日，將國產(chǎn)NG催化劑用于該裝置進行第一次工業(yè)應(yīng)用試驗，生產(chǎn)的PP產(chǎn)品牌號為1080K。

為確保裝置平穩(wěn)運行，試驗前首先降低生產(chǎn)負荷，反應(yīng)釜的新鮮丙烯進料由25 t/h降至18 t/h；然后逐步提高NG催化劑的加入量，即先采用NG和進口催化劑的混和進料，逐步提高混和催化劑中NG的比例，直至NG按100%加入。試驗開始切換催化劑過程中裝置運行非常平穩(wěn)，試驗的第二天，就將生產(chǎn)負荷逐步恢復正常；試驗的第五天，NG催化劑的進料濃度已達100%，直至試驗結(jié)束。

2.1 工業(yè)裝置的平穩(wěn)性

在整個工業(yè)應(yīng)用試驗期間，工業(yè)裝置的反應(yīng)器運行平穩(wěn)，反應(yīng)器出料系統(tǒng)、粉料倉、脫氣倉的下料旋轉(zhuǎn)閥等各主要設(shè)備運行正常，未出現(xiàn)管線堵塞、塊料卡停設(shè)備等影響安全生產(chǎn)的異常現(xiàn)象。從圖1可以看出：采用NG催化劑期間（共216 h），反應(yīng)釜的溫度、壓力控制平穩(wěn)，反應(yīng)釜溫度波動基本在±1.0℃，壓力波動基本在±0.06 MPa。這說明NG催化劑反應(yīng)比較平緩，生成的聚合物分散均勻，沒有因為反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生局部熱點或聚合物粉料聚集而造成釜內(nèi)溫度、壓力的波動，保證了裝置的正常生產(chǎn)。

2.2 催化劑的氫調(diào)敏感性和活性

試用NG催化劑期間，由于NG催化劑生產(chǎn)的PP產(chǎn)品具有較高的等規(guī)指數(shù)，使硅烷的加入量逐步降低，為控制聚合物產(chǎn)品的MFR，還需要不斷減少H2的加入量。從圖2可以看出：在控制產(chǎn)品相同等規(guī)指數(shù)的情況下，NG的氫調(diào)性能優(yōu)于進口催化劑，因而可以進一步降低裝置H2的消耗量，節(jié)省原料成本。

待調(diào)節(jié)穩(wěn)定和產(chǎn)品合格后根據(jù)NG催化劑的實際消耗量和PP產(chǎn)品的產(chǎn)量進行衡算，與進口催化劑相比，NG催化劑的活性提高32.4%。

2.3 聚合產(chǎn)物的粒徑分布

從表3看出：相對于進口催化劑生產(chǎn)的PP粉料，NG催化劑生產(chǎn)的PP粉料平均粒徑偏小，分布集中，細粉較少，堆密度為0.48 g/mL（進口催化劑為0.39 g/mL），基本與小聚合評價的結(jié)果相吻合。因此，NG催化劑更有利于增加反應(yīng)釜固體含量，提高裝置負荷。

2.4 聚合物產(chǎn)品質(zhì)量

由表4可見：采用NG催化劑生產(chǎn)的PP產(chǎn)品全部合格，可以滿足應(yīng)用要求。

表3 NG催化劑與進口催化劑生產(chǎn)的PP產(chǎn)品的粒徑分布Tab.3Particle size distribution of the PP products prepared with the NG and imported catalysts

表4 NG催化劑生產(chǎn)的PP產(chǎn)品指標Tab.4Specifications of the PP product prepared with the NG catalyst

4 結(jié)論

a）在采用Novolen工藝的PP裝置上使用NG催化劑生產(chǎn)PP，試驗期間反應(yīng)釜溫度、壓力控制穩(wěn)定。

b）試驗證明，NG催化活性高，H2耗量低，聚合物粒徑分布窄，可降低生產(chǎn)成本。

c）NG催化劑可以滿足Novolen工藝PP裝置的要求,生產(chǎn)的PP產(chǎn)品合格。

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[2]李剛,趙喚群,于建明，等.NG催化劑在氣相法聚丙烯裝置上的工業(yè)應(yīng)用[J].石油化工，2004,33(3):252-257.

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Application of NG catalyst to Novolen polypropylene process

Cai Wei1,Wang Jinxiang2,Zhang Wenping2
(1.Catalyst Company,SINOPEC,Beijing 100011,China;2.Catalyst Company Beijing Auda Division,SINOPEC,Beijing 101111,China)

The domestic NG catalyst was industrially tested in a plant with Novolen polypropylene process. During the course of the industrial test,the polymerization reaction proceeded under the condition of stable operating temperature and pressure,low hydrogen concentration in the reactor and high catalyst′s activity. The polymer so prepared had narrow particle size distribution with 99.2%of its particles in the range of 0.25-2.00 mm.The analyses of the experimental data demonstrate that the NG catalyst can be appropriately used in the plant with Novolen polypropylene process.

polypropylene;NG catalyst;polymerization

TQ 314.24+2

B

1002-1396（2012）04-0048-03

2012-01-31。

2012-04-28。

蔡衛(wèi)，1966年生，1988年畢業(yè)于華南理工大學化學工程系，曾長期從事煉油催化劑生產(chǎn)工藝技術(shù)開發(fā)，現(xiàn)從事煉油和化工催化劑的技術(shù)管理工作。聯(lián)系電話：（010）69166609；E-mail:caiwei52291@ 21cn.com。

（編輯：劉楓閣）