年产8万吨聚丙烯生产工艺设计

前言聚丙烯（Polypropylene，常缩写为PP）是丙烯（Proplylene，缩写为PR）单体聚合而形成的高分子聚合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料）。 聚丙烯的有关性质如下： 1、聚丙烯的物理性质1 可塑性 PP是一种典型的热塑性塑料，它受热时易熔化，冷却时固化成型，且这一过程可以多次重复进行。由于这一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用挤出、注塑、吹塑等方法直接加工成型。2 耐热性 PP熔点较高，为164170（纯等规物熔点达176），软化点为150以上，是通用树脂中耐热性能最好的一种。3 密度小 PP相对密度为0.900.91，是所有树脂中最轻的。4 良好的物理机械性能 PP拉伸屈服强度一般可达3038MPa，这也是通用合成树脂中最高的品种之一，它表面强度大，弹性较好，耐磨性良好。5 介电性能优良6 吸水性小7 抗冲击强度较低 这是PP的最大缺点，特别是在低温下其抗冲击强度急剧下降。但是可以通过共聚或共混攻性来改善它的耐低温冲击性能。 2、聚丙烯的化学性质 PP具有优良的化学稳定性，它与绝大多数化学品接触几乎不发生作用，其热化学稳定性也好，在100下，无机酸、碱、盐溶液除具有强氧化性者外，其余对PP几乎都无破坏作用。 PP是非极性有机化合物，对极性有机溶剂都很稳定，醇类、酚类、醛类、酮类和大多数羧酸都不易使其发生溶胀。只有芳烃和氯代烃（如苯、四氯化碳、氯仿等）在80以下时对聚丙烯有溶解作用。 由于聚丙烯结构中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀。PP在光、紫外线、热、氧存在的条件下会发生老化现象，使其变质，失去原有的性质。要是PP不老化是不可能的，只有通过添加抗氧剂、紫外线吸收剂、防老剂等来减缓PP的老化速度，改善其抗老化性能。 下面简要为大家介绍一下国内外聚丙烯的生产发展状况。 1、国外聚丙烯生产工艺发展史。 1953年，德国Zigle（齐格勒）发明用TiCl4金属烷基化合物作催化剂，以乙烯为原料进行聚合得到聚乙烯。 1954年，意大利Natta (纳塔)教授在Zigle发明的催化剂基础上，发展了烯烃聚合催化剂，用具有定向能力的TiCl3为催化剂，以丙烯为原料进行聚合，成功制得了高结晶性高立构规整性（等规）的聚丙烯2，并创立了定向聚合理论。 1957年，根据 Natta 教授的研究成果，意大利Montecatini(蒙特卡蒂尼)公司在Frara首建世界上第一套间歇式PP工业生产装置（6Kt/a）。同年，美国Hercules(大力神)公司也建成了一套9Kt /aPP装置3。 19581962年，德、美、法、日等国先后都实现了PP工业化生产。 1964年，美国Dart（达特）公司的Rexall（雷克萨尔分公司）首用第一代催化剂及釜式反应器开创了液相本体法PP生产工艺。 1969年，Bsaf（巴斯夫公司）开发了立式搅拌床气相聚合Novolen工艺。 1971年，以Solvay（索尔维）公司开发的TiCl3-R2O（异戊醚）-TiCl4-Al(C2H5)2Cl络合型催化剂为典型代表的第二代催化剂（络合型催化剂）使液相本体法PP有了很大发展。 70年代后，Phillips（菲利浦）石油公司首用环管式反应器实现了液相本体法PP生产工业化。 1980年，美国Amoco（阿莫科）公司采用自己的高效催化剂，选用卧式搅拌床，开发了新的气相聚合工艺，并建成世界上最大的气相法PP生产装置（135kt/a）。 1983年，美国UCC（联合碳化物）公司借鉴流化床聚乙烯工程放大生产经验，和成功开发超高活性PP催化剂(Shac)的Shell（壳牌）公司合作共同开发了“Unipol”PP气相流化床聚合工艺，于1985年在Texas（德克萨斯）建立了80kt/a装置，这是世界上第一个把高效催化剂与气相流化床相结合的新工艺。同年，意大利的Montecatini公司（即现在的蒙埃公司）也开发了“Spheripol”本体聚合新工艺，在意大利Brindise（希林迪西）建成投产80kt/aPP装置。该公司于1983年11月与美国Hercules公司合营，改称Himont（海蒙特）公司。Himont公司均聚反应采用液相法环管反应器，而嵌段共聚反应采用气相法密相流化床反应器8。 2、国内聚丙烯生产发展状况 六十年代末，兰州化学工业公司石油化工厂从英国引进了采用Vickers-Zimmer（维克吉玛）工艺技术及常规催化剂体系的5kt/a溶剂法PP生产装置。1973年，北京燕山石化公司向阳化工厂利用国内研制的催化剂和溶剂法工艺，建成投产了一套5kt/a国产溶剂法PP生产装置。 1979年，北京化工研究院等单位在络合型催化剂的基础上研制成活性定向能力更好的络合型催化剂即TiCl3-R2O(正丁醚)-Al(C2H5)2Cl催化剂。络合型催化剂不但可以用于溶剂法聚丙烯工艺，而且由于它的高活性合高定向能力，也为用于液相本体法PP工艺打下了良好基础。 1975年，辽宁瓦房店纺织厂与大连物化所协作，建立了一套300t/a(1.5m3)聚合釜间歇式液相本体PP中间试验装置。随后，江苏省丹阳化肥厂于1978年首先建成一套4m3聚合釜千吨液相本体法PP装置，同年试车成功，在我国首先实现了液相本体法PP生产工业化。 国内液相本体法（习惯称之为小本体法）PP工艺是间歇式单釜操作工艺，该工艺以液相丙稀为原料，采用络合型三氯化钛为催化剂，以一氯二乙基铝为活化剂，以H2为聚合物分子量调节剂。到1995年，全国已在约50个厂中建立近七十套国内液相本体法聚丙烯生产装置。 80年代末，我国开始引进国外液相气相组合式本体法聚丙烯工艺，使我国的聚丙烯生产技术达到了比较先进的水平。1989年扬子石化公司引进日本三井油化Hypol工艺建成140kt/aPP装置，1990年和1991年齐鲁石化公司和上海石化总厂先后采用Himont公司S-PP工艺建成70kt/aPP装置。其后，9296年，抚顺石化公司乙烯化工厂，洛阳石化总厂，广州石化总厂，独山子乙烯工程，中原乙烯工程，茂名石化公司，大连西太平洋石化公司先后建成了这两种工艺的大型装置。与此同时，国内不断消化吸收世界先进工艺、设备技术，加紧实现催化剂、工艺技术设计与设备制造的国产化。 随着聚丙烯产品应用开发及PP后加工生产的迅速发展。国内市场对PP的需求量越来越大。94年我国PP产量接近86万吨，进口81万吨，95年国产和进口都超高100万吨。在这种形势下，原中国石化总公司决定在“九五”期间利用炼厂气丙稀资源建设一批大型PP生产装置，包括九江石化总厂、长岭炼化总厂、武汉石化厂、福建炼化股份公司、济南炼油厂及荆门石化总厂等6家企业的70kt/aPP装置，这6套装置均由中国石化北京石油化工工程公司(简称BPEC)承担设计采用国产化S-PP工艺建设而成8。第一章设计的基础依据1.1衡算原则本设计以物料衡算和能量衡算为设计的基础。根据设计项目的年产量，运用质量守恒定律，通过对全过程和单元过程的物料衡算，计算出原料的消耗量、过程的损耗量及三废的生产量；在此基础上作能量衡算，能量衡算要求遵循能量守恒原则计算出蒸汽、水、电的消耗定额。1.2.1能量守恒计算依据：Q进=Q出Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中：Q1所处理的物料带到设备中去的热量（kJ）；Q2由加热剂（或冷却剂）传给设备的热量或加热与冷却物料所需的热量（kJ），符号规定：输入（加热）为“+”，输出（冷却）为“-”；Q3过程的热效应（kJ）；符号规定：放热为“-”，吸热为“+”；Q4反应产物由设备中带出的热量（kJ）；Q5消耗在加热设备各个部件上的热量（kJ）；Q6设备向四周散失的热量（kJ）。1.2 设计原则化工设计大体根据化工工艺设计手册进行相关的专业设计，设计过程遵循以下设计原则：符合国家的经济政策和技术政策，合理运用国家的财富和资源；设定合理的产品数量和质量指标；选择先进可靠的工艺技术，同时兼顾经济合理性；保证生产安全，堤防各种明显或潜在的危险；符合国家和各级地方政府制定的环境保护法规，对排放的三废进行处理。第二章文献综述2.1聚丙烯工业概述2.2国内外聚丙烯的供求现状聚丙烯(PP)是热塑性合成树脂中的后起之秀，相继1954年意大利蒙挨公司(Mentedison)的纳塔(G-Natta)公布了齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂成功生产出高等规度的聚丙烯树脂后，于1957年9月在意大利建成间歇式6000t/a聚丙烯装置，自此聚丙烯的研究实现了工业化，直至现今世界聚丙烯工业已经走过了近六十年的成长道路，在这历程里，世界聚丙烯工业无论是在工艺技术、催化剂方面，还是在社会消耗需求及装置能力等方面都取得了惊人的发展。同时，聚丙烯已成为通用热塑性塑料中历史最短、发展和增长最快的品种1。2.2.1国外消费现状受全球经济衰退影响，2008年全球PP消费量为4486.7万t，同比2007年增幅仅为0.76%；而2009年全球PP消费开始出现回暖趋势，PP消费达到了4626.9t，同比2008年增幅为3.12%。美国汤森公司(Townsend Solut)预计，在今后5年内，全球PP消费将以年均3.7%速率增长4。自美国化学品市场协会(CMAI)统计显示，2003年全球聚丙烯需求量达3540万吨。有学者调查指出2006年全球PP的总消费量为4192万t，比2005年增长约5.1%，2007年全球聚丙烯的总消费量约为4435.1万t，比2006年增长约5.8%，2001年2006年需求量的年均增长率约为5.5%。其中亚洲、北美和西欧地区是最主要的消费及生产国家和地区，2007年这3个地区的消费量合计达到约3636.8万t，约占世界总消费量的82.0%，同比增长约6.3%，其中北美地区的消费量约占总消费量的21.1%，西欧地区约占16.8%，亚洲地区约占44.1%。产品主要用于生产注塑制品、纤维以及薄膜等，其中薄膜对聚丙烯的需求量约占世界总消费量的17.3%，纤维约占31.9%，吹塑制品约占1.7%，注塑制品约占38.4%，挤出制品约占7.5%，其他方面约占3.2%2-3。2.2.2国外生产现状预计今后几年，全球PP的生产能力将以年均约7.3%的速度增长，到2011年总生产能力将达到约6 097.8万t。近几年，世界PP市场的重心正在东移。中东新增加的丙烯和PP将改变全球的供需平衡。2000年全球聚丙烯的产量达到了2820万吨，超过了聚氯乙烯的2600万吨跃居第二。2007年，全球PP的总生产能力达到约4698.2万t，同比增长约1.1%，其中亚洲地区的生产能力为1890.9万t/a，约占全球PP总生产能力的40.25%，成为主要的产销地。2009年，全球PP产能达到了5600万t/a。然而，受到技术人才缺乏及原料乙烷和丙烷短缺的影响，普遍开工不顺利，全球PP生产商的数量在逐渐减少，生产装置越来越集中在少数几家大的跨国公司手中，世界前10家PP生产企业的生产能力达到3055.8万t/a，约占世界总生产能力的52.70%（见表1）5。其中巴塞尔公司是目前全球最大的PP生产商，2009年生产能力达到710.4万t/a，约占全球PP总生产能力的12.25%；其次是中国石油化工集团公司,生产能力为402.3万t/a，约占总生产能力的6.94%。表格 1全球十大PP生产商及其产能