薄壁注塑聚丙烯專用樹脂H9018的生產(chǎn)及工藝條件優(yōu)化

宋德娟

摘要：本文在簡(jiǎn)介了蘭州石化聚丙烯廠11萬T/年聚丙烯裝置生產(chǎn)專用聚丙烯樹脂H9018，通過分析其熔融指數(shù)（MFR）、等規(guī)度等物性參數(shù)，提出優(yōu)化措施：調(diào)節(jié)H2濃度13～18Nm3/h和成核劑及穩(wěn)定劑加入量2.500～2.600‰，使MFR為45～60g/10min；調(diào)整催化劑m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）在1.0～1.85，使等規(guī)度在97%～98%之間，保證產(chǎn)品后加工性能。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；薄壁注塑；熔融指數(shù)；等規(guī)度

聚丙烯樹脂H9018是專為薄壁注塑成型技術(shù)而設(shè)計(jì)，具高流動(dòng)性、高模量、高抗沖性能，適用于食品包裝材料的制造，能提高制造加工速度，縮短成型周期。

一、PP裝置工藝簡(jiǎn)介

蘭州石化聚丙烯廠11萬T/年P(guān)P裝置采用日本三井油化液相本體法生產(chǎn)工藝技術(shù)，以丙烯、氫氣為原料，在主催化劑、三乙基鋁和助催化劑作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)。生產(chǎn)專用樹脂H9018采用氫調(diào)法控制MFR，工藝流程見圖1。

從精制工段來的丙烯與催化劑及H2進(jìn)入D-201發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)后的聚丙烯漿液靠壓差送入D-202繼續(xù)反應(yīng)，然后進(jìn)入D-203進(jìn)行氣相聚合，從D-203出來的聚丙烯粉料經(jīng)干燥后由風(fēng)機(jī)送至擠壓造粒工段，通過添加一定量的穩(wěn)定劑，經(jīng)熔融混煉造粒，制得高品質(zhì)聚丙烯產(chǎn)品。

二、工藝優(yōu)化

1.H2濃度

H9018的MFR是45-60g/10min，通過加氫濃度調(diào)整控制。氫調(diào)法生產(chǎn)H9018相對(duì)其他產(chǎn)品難度較大，因?yàn)榧託浯偈狗磻?yīng)激烈，使釜溫、壓力控制較難，并且相互影響。

溫度變化影響氣液平衡，溫度越高，H2在液相丙烯中的摩爾分?jǐn)?shù)越小，反之則大。根據(jù)勒夏特列原理，降低液相反應(yīng)溫度，升高氣相反應(yīng)溫度，促使平衡正向移動(dòng)，有利于H9018的生產(chǎn)，但H2進(jìn)料率調(diào)整不能太大，以免打破平衡，影響MFR的穩(wěn)定性。同時(shí)，在控制H2的穩(wěn)定加入時(shí)，還應(yīng)考慮H2在上下游反應(yīng)器的流動(dòng)，通過調(diào)整循環(huán)氣流量提高H2的擴(kuò)散度，使MFR增加，同時(shí)起到撤熱、降低MFR波動(dòng)的效果。

因此，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行以下工藝優(yōu)化：

（1）當(dāng)負(fù)荷13-14t/h時(shí)，H2濃度控制在14-18Nm3/h較好。

（2）提高D-203溫度，降低D-201、D-202溫度，有利于反應(yīng)，即各釜溫度最佳操作點(diǎn)是71.5℃、63℃和76.5℃。

（3）調(diào)大D-203尾氣冷凝器冷凍鹽水量、冷凝器循環(huán)水量，保持循環(huán)其量分別為6600-6700Nm3/h、4100-4300Nm3/h，有效降低系統(tǒng)熱量及MFR波動(dòng)。

（4）保證氫氣罐完好及氫氣輔料來源充足、氫氣壓縮機(jī)及循環(huán)氣壓縮機(jī)C-208長(zhǎng)周期運(yùn)行使原料供給穩(wěn)定，確保儀表準(zhǔn)確計(jì)量，各反應(yīng)釜無泄漏。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，若C-208停運(yùn)，H2無法循環(huán)回系統(tǒng)，加入量應(yīng)提至原來的1.3-1.5倍；若C-208停運(yùn)，循環(huán)分離器排放增多，H2加入量應(yīng)提高0.4-0.8Nm3/h；對(duì)不凝氣的排放，注意夜晚H2加入量較白天多0.2-0.3Nm3/h。

2.成核劑及穩(wěn)定劑

H9018的結(jié)晶溫度高于138℃，彎曲彈性模量超過1800MPa，通過調(diào)節(jié)擠壓造粒過程中成核劑及穩(wěn)定劑加入量來進(jìn)行控制。穩(wěn)定劑與成核劑的混合不會(huì)對(duì)成核劑的使用效果造成影響，同時(shí)使加入過程均勻穩(wěn)定，下料順暢。生產(chǎn)H9018所用成核劑是HPN-68L與穩(wěn)定劑按比例（成核劑28.57%，穩(wěn)定劑71.45%）共混為復(fù)合高剛性穩(wěn)定劑。

隨著穩(wěn)定劑加入，彎曲模量逐漸增加，但加入量過小，半結(jié)晶周期長(zhǎng)，收縮率大，影響產(chǎn)品力學(xué)性能，反之成本增加。因此成核劑的加入應(yīng)保持穩(wěn)定，加入量在2.5‰～2.6‰之間，產(chǎn)品彎曲模量在1800MPa以上。

此外，擠壓造粒機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行也影響H9018的生產(chǎn)，為保證造粒機(jī)筒體和模板溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，避免造粒系統(tǒng)切粒過程中出現(xiàn)纏刀、產(chǎn)品降解等現(xiàn)象，需要平穩(wěn)控制擠出機(jī)各段溫度，提高擠出壓力，通?？刂仆搀w進(jìn)料段和熔化段溫度在230℃，以調(diào)整降解劑的充分分解和樹脂的充分熔化，同時(shí)保持模板溫度在190～200℃，提高模板前樹脂壓力，確保擠壓造粒機(jī)長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

3.催化劑

催化劑定向能力越高，在丙烯中濃度越高，等規(guī)度越高。H9018等規(guī)度高，采用主催化劑（Ti）、助催化劑（Al）、給電子體（Si）催化劑體系。

當(dāng)m（Si）/m（Ti）為0.2～0.28時(shí)，H9018等規(guī)度變化敏感97%～98%；當(dāng)m（Si）/m（Ti）大于1時(shí)，等規(guī)度增長(zhǎng)趨于平穩(wěn)。因此控制m（Si）/m（Ti）在0.2～0.3之間，可保證H9018等規(guī)度在97%以上，同時(shí)防止H9018漿液黏度過大，避免反應(yīng)無法控制。

若m（Al）/m（Si）過大，催化劑活性反而降低，導(dǎo)致反應(yīng)速率逐漸下降，產(chǎn)品的等規(guī)度和相對(duì)分子量減少；若m（Al）/m（Si）過小，容易導(dǎo)致催化劑中毒，因?yàn)椴荒苄纬苫钚灾行亩鵁o法有效去除原料中有害雜質(zhì)，從而影響正常生產(chǎn)和操作。因此控制m（Al）/m（Si）在1.00～1.85之間，并根據(jù)原料C H情況適當(dāng)調(diào)整，保證等規(guī)指數(shù)在97%以上。

三、效益核算

當(dāng)前市場(chǎng)PP均價(jià)為10000元/噸左右，而H9018市場(chǎng)報(bào)價(jià)為11350元/噸，與通用型聚丙烯樹脂T30S市場(chǎng)價(jià)格高出450元/噸，若年產(chǎn)3000噸H9018價(jià)格約高800元/噸，將增效800×3000=240（萬元）。

裝置負(fù)荷在14.5t/h生產(chǎn)J701牌號(hào)產(chǎn)品時(shí)主催化劑單耗為0.064 Kg/t，而生產(chǎn)專用聚丙烯H9018時(shí)，催化劑單耗為0.059 Kg/t，每噸產(chǎn)品節(jié)約催化劑用量0.005Kg，主催化劑單價(jià)為1282元/噸，催化劑節(jié)支：3000×0.005×1282=1.92（萬元）

若全年生產(chǎn)H9018共3000噸，共創(chuàng)造效益240+1.92=241.92（萬元）。

結(jié)果僅供參考。

四、結(jié)束語

自2010年9月開始生產(chǎn)H9018至今，隨著工藝條件的逐步完善，裝置中控合格率99.8%，產(chǎn)品出廠合格率100%，產(chǎn)品優(yōu)級(jí)品率達(dá)97%以上。

優(yōu)化措施如下：

（1）采用氫調(diào)法生產(chǎn)H9018，控制H2濃度13～18Nm？/h，使產(chǎn)品MFR保持45～60g/10min；

（2）通過加入成核劑提高H9018彎曲模量，控制成核劑加入量0.07%，高剛性復(fù)合穩(wěn)定劑加入量2.45～2.60‰，使產(chǎn)品彎曲彈性模量達(dá)1800MPa以上；

（3）調(diào)整催化劑質(zhì)量比，即m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）控制在1.0～1.85，使產(chǎn)品等規(guī)指數(shù)在97%～98%之間；

參考文獻(xiàn)：

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