年产20万吨聚丙烯化工厂初步设计.doc

11年产20万吨聚丙烯化工厂初步设计1工程设计背景与聚丙烯发展状况1.1 工程设计的背景聚丙烯是20世纪50年代开始大量生产的一种合成树脂，具有廉价、相对硬度高、密度小、拉伸强度高、抗冲击强度高、透明性好、抗应力开裂和耐化学性能好等优点，并具有极好的注塑性能，能随意拉伸和定向，可以与其他材料共混改性，耐环境（耐高低温、耐污染、耐潮湿、，耐老化）性能好，寿命长由于催化剂和新工艺的开发进一步扩大了应用领域，逐渐取代金属、其他塑料、木材、天然和材料纤维等，用于包装、运输、纺织、建材、家具、家电、日用消费品等领域，，在五大通用树脂中需求增长速度最快目前我国已经成为聚丙烯生产和消费的大国，预计今后10年聚丙烯需求量仍将保持高速增长的态度，特别是在纺织纤维（塑编、丙纶纤维、无纺布）、薄膜、注塑制品（汽车、家电、日用品）、片材和板材、管材等领域的市场前景看好本文就对目前的供需情况进行聚丙烯工厂设计[1]1.2聚丙烯简介聚丙烯（Polypropylene，简称PP，俗称百折胶）是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物聚丙烯按结构可分为等规、间规及无规三类目前应用的主要为等规聚丙烯，用量占90％以上聚丙烯的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好。

缺点为低温脆性大和耐老化性不好聚丙烯采用齐格勒-纳塔催化剂使丙烯催化聚合而得，它是分子链节排列得很规整的结晶型等规聚合物聚丙烯英文名为Polypropylene，简称PP（以下简称PP），俗称百折胶聚丙烯按其结晶度可以分为等规聚丙烯和无规，等规聚丙烯为高度结晶的热塑性树脂，结晶度高达95%以上，分子量在8—15万之间，以下介绍的聚丙烯主要为等规聚丙烯而无规聚丙烯在室温下是一种非结晶的、微带粘性的白色蜡状物，分子量低（3000—10000），结构不规整缺乏内聚力，应用较少聚丙烯可通过填充、增强、共混、共聚、交联来改性如添加碳酸钙、滑石粉、无机矿物质等填料，可提高刚性、硬度、耐热性和尺寸稳定性；添加玻璃纤维、韵母、玻璃微珠等可提高拉伸强度，并可改善抗蠕变性、低温抗冲性；添加弹性体和橡胶等可提高抗冲击性能、透明性等等[2]1.3聚丙烯特性（1）.物理性能 ：聚丙烯是结晶性高聚物，具有质轻、无毒、无味等特点，而且机械强度高聚丙烯的密度一般为0.90-0.91g/cm3左右聚丙烯熔点温度为164-170℃聚丙烯的熔融流动性好聚丙烯是聚烯烃中耐热最高的一种，但熔体弹性大，冷却凝固速度快，易产生内应力，同时成型收缩率比较大（1%~2.5%），并且具有各向异性。

由于聚丙烯分子量高，结构等规度高而易结晶，比聚乙烯等拉伸强度都大，在100℃时保留常温拉伸强度的一半，并且有较高的强度和抗饶曲性和高耐磨性，较好的耐应力开裂性和低蠕变性聚丙烯屈服强度高，有较高的弯曲疲劳寿命聚丙烯可处于三种物理状态，晶态、高弹态和粘流态聚丙烯具有优良的电绝缘性能，不吸水，不受周围环境温度的影响，具有优良的高频特性2）．化学性质：聚丙烯具有良好的化学稳定性和耐热性，它们的化学稳定性随着结晶度增加而增大聚丙烯是非极性有机物，因此它很容易在非极性有机溶剂中被溶胀或溶解，温度越高，溶解或溶胀的越厉害；对于极性溶剂却很稳定聚丙烯热稳定性好聚丙烯易燃烧，燃着后离开火源仍会继续燃烧由于熔体的滴落飞溅，更容易使火势蔓延，扑救困难聚丙烯受紫外线照射易老化为了防止光降解，必须添加光稳定剂3）．力学性能：等规聚丙烯是刚性的结晶物质，它的等规度越高，结晶度越大，因而软化点、刚性、拉伸强度、杨氏模量和硬度等也越大冲击强度也随着等规度和熔体流动速率（190℃、10kg）而变化，大多数工业聚丙烯的等规度大于90%，制品的结晶度为50%~60%4）．应力开裂：聚丙烯较聚乙烯和聚苯乙烯有更好的耐应力开裂性。

聚丙烯的耐应力开裂性随分子量的增大而提高，共聚物的耐应力开裂性较均聚物为好5）．电性能：聚丙烯的电性能与高密度聚乙烯非常近似，尤其是功率因数与聚合物中催化剂残存量密切相关聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响它有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品，它的击穿电压也很高，适合用作电气配件等抗电压、耐电弧性好，但静电度高，与铜接触易老化1.4聚丙烯加工以及用途 （1）加工： 聚丙烯的成型加工性好，成型的方法很多，如注塑、吹塑、真空热成型、涂覆、旋转成型、熔接、机加工、电镀和发泡等，并可在金属表面喷涂其中注塑成型的比例大，注塑温度在180~200℃之间，注塑压力在68.6~137.2MPa，模具温度为40~60℃预干燥温度在80℃左右应避免PP长时间与金属壁接触聚丙烯的二次加工性很好，其印刷性比聚乙烯好，照相凸版，胶版、平凹板等印刷方法均可使用，要获得良好的良好的耐热、耐油、耐水等要求的印刷性能，须经电晕放电处理等再行印刷2）用途：1）．聚丙烯挤出吹塑薄膜，是一种生产设备简单、生产效率较高、价格便宜的制品在食品包装和纺织品及民用生活杂品包装方面广泛应用。

2）．挤出流延成成型薄膜，是一种透明度高、阻湿性好、耐热耐寒性优良、易于热封合的薄膜，主要用于食品、纺织品及文具杂品等物品的包装，性能好于聚乙烯吹塑薄膜3）．聚丙烯流延薄膜能与其他种类塑料薄膜，如纸和铝箔等为基材，复合成两层或两层以上的复合膜4）．挤出片后进行拉伸的薄膜，强度高，各种性能优良，广泛在食品包装及各种工业用品包装中应用；另外，还可以作电气绝缘膜，取代纸介质、涤纶和聚碳酸酯电容器并占领大部分PS电容器市场；双向拉伸薄膜可用于各种纺织品的包装5）．聚丙烯编织袋柔软、手感好、强度大、耐水、耐磨、抗化学腐蚀、抗虫害及微生物侵蚀、无毒无味、无环境污染，早已替代麻袋，大量用于豆、高梁、玉米和各种谷物的包装及各种建筑材料的包装6）．注塑成型的周转箱，质轻、耐水、外形尺寸稳定，有一定的刚性和强度，在商品周转和销售包装方面广泛应用7）．注塑成型各种工业零件，如轻负荷用小齿轮、轴套、风扇；汽车配件用仪表盘、保险杠和车厢内装饰件等；另外，还有日常生活用品盒、盆、盘和座椅等8）．挤出成型管材可用于各种液体的输送管路中，目前国内生产的均聚聚丙烯管（PP-H管）、嵌段共聚聚丙烯管（PP-B管）和无归共聚聚丙烯管（PP-R管），用于饮用水管或其他输液管，安装简单、耐化学腐蚀、符合卫生要求、应用时间长。

1.5国内聚丙烯工业发展概况1．5.1 国内聚丙烯工业的发展历程我国聚丙烯工业起步晚1962年完成了室内试验工作后，北京化工研究所开始研制聚丙烯的生产技术1964年取得了较好的是实验结果，1965年建成年产60t连续聚合聚丙烯中试装置1964年兰州化学工业公司从英国维克斯吉玛公司引进5000t/a溶解法聚丙烯装置，1970年投产生产均聚产品1973年北京燕山石化公司从日本三井油化公司引进年产8´104t/a溶剂法聚丙烯装置，1976年投入生产从此我国就有了自己生产的抗冲嵌段共聚聚丙烯产品1974年燕山石化公司向阳化工厂部分采用了北京化工研究院开发的技术，建成了5000t/a溶剂法聚丙烯装置，生产聚丙烯的粉料产品1976年辽阳化纤公司从意大利引进年产3.5´104t/a溶剂法聚丙烯装置，生产均聚产品，并于1980年投产20世纪80年代初，随着我国石化工业的迅速发展，聚丙烯的生产也得到巨大的发展从1983年南京扬子石化公司从日本三井油化引进的14´104t/a本体法高效催化剂聚丙烯装置开始，我国陆续引进了十几套采用第三代高活性、高等规度催化剂的Hinont公司Spheripol聚丙烯生产工艺和三井油化Hypol聚丙烯生产工艺。

与此同时，20世纪80年代采用国内自行开发的技术和催化剂，利用炼厂催化裂化装置的丙烯建设了一批规模较小的间歇式液相本体法聚丙烯装置以充分利用炼油厂丙烯资源20世纪90年代，我国聚丙烯工业又有了新的发展，利用蒸汽裂解装置和炼厂的丙烯为原料，建设了20多套聚丙烯装置（其中最大的为燕山石化公司采用的Amoco公司气相本体法工艺年产20´104t的丙烯装置），使聚丙烯成为我国发展最快的一种合成树脂目前，我国聚丙烯生产装置近100套，预计截至2006年底，总生产能力可超过400´104t/a近年来，在引进原吸收Hinont工艺的基础上，我国数套（7~10）´104t/a的国产化聚丙烯装置已建成或正在设计之中在开发聚丙烯工艺技术的同时，北京化工研究院开发的络合Ⅱ型催化剂，已先后用于国内聚丙烯装置和引进的大型聚丙烯装置，并向国外转让了聚丙烯催化剂专利技术1．5．2聚丙烯生产的主要问题（1）相当一部分装置规模偏小目前，我国聚丙烯装置生产能力在（4~7）´104t/a的较多，相当一部分间歇本体法聚丙烯装置生产能力只有（0.3~1.0）´104t/a因此，除了一些规模较大的聚丙烯装置生产成本较低外，其余中型的聚丙烯装置由于单位生产能力的投资较大，所以生产成本较高。

采用国内技术的间歇式本体法聚丙烯装置由于投资低，原料丙烯来自炼厂副产品，价格低，因此目前尚有一定竞争力但由于产品品种单一，只生产均聚物，质量差，消耗高，且生产的都是粉料，应用上受到一定的限制2）抗冲共聚产品、专用料等高档产品生产较少目前国内多数企业生产的都是通用料，而市场短缺的嵌段共聚抗冲注塑专用料、BOPP薄膜料、PPR管材料、汽车专用料等几乎全部依赖进口3）产品质量不稳定，售后服务差 国内生产的聚丙烯注塑料主要为均聚物，只能用于生产日用品等对性能要求不高的产品也有部分经过改性的产品用于生产家用电器的部件，但嵌段共聚产品的抗冲击性能较差，且不同批次的产品质量不稳定特别如洗衣机内桶专用树脂，在流动性和抗冲击性能等方面不能满足要求，因此国外聚丙烯产品就抢占了这部分市场 又如BOPP料，成膜性即溶体强度较差，只能用于生产普通的光膜和部分珠光膜，能用于生产烟膜和电工膜的不多，用于宽幅、高速BOPP生产线的原料都要依赖进口此外，国内生产的聚丙烯纤维料不能满足高档无纺布和运动服装的用料要求，主要原因是灰分高、断丝率高和可纺性差1.6国外聚丙烯工业发展概况聚丙烯（PP）是目前五大塑料中发展最快的品种之一。

它是一种通用热塑型塑料，是由丙烯单体在催化剂的作用下经聚合反应而制得的德国化学家Ziegler于1953年用三氯化钛-三乙基铝（TiCl3-AlEt3）为催化剂，在低压下使乙烯聚合得到高密度聚乙烯（HDPE）树脂稍后，Ziegler将该技术转让给意大利蒙埃公司，公司兼职顾问Natta教授在此基础上，于1954年首次用三氯化钛和一氯二乙基铝组成络合催化剂，并用其成功合成了高结晶性、立构等规的聚丙烯，并创立了定向聚合理论1957年意大利蒙特卡蒂尼公司（Montecatini）率先实现了聚丙烯的工业化生产，年产聚丙烯5000t，同年美国赫格尔斯公司（Hercules）也建成了一套年产9000t聚丙烯的生产装置1958-1962年期间，原联邦德国、英国、日本、法国等也相继建成了聚丙烯装置，这个时期的聚丙烯生产均采用最原始的浆液法工艺美国菲利普斯公司（Phillips）于1963年首先实现了液相本体法聚丙烯的工业化生产，1969年德国巴斯夫公司（BASF）首先采用立式搅拌床气相聚合技术，实现了聚丙烯的气相本体法的工业化生产1979年美国阿莫科公司（Amoco）开发了卧式搅拌床气相本体聚合工艺，并实现了工业化生产。

1983年，意大利蒙特爱迪生公司（Montedison）开发成功了商业名称为“Spheripol”的液相本体法聚合新工艺，并实现了工业化生产1983年，美国联合碳化物公司（UCC）借鉴其生产聚乙烯的Unipol工艺技术，开发了“Unipo。