聚丙烯灰分的产生原因及控制手段

摘 要：本文对环管式聚丙烯工艺产品的灰分来源进行定性分析，通过定量计算，提出控制聚丙烯产品灰分的手段，对提高聚丙烯产品质量提供了指导意见。

关键词：聚丙烯 灰分 产品质量 控制手段

一、引言

呼和浩特石化公司聚丙烯装置采用LYONDELL BASELL公司的SPHERIPOL二代工艺技术，采用双环管串联反应器，以炼油装置生产的丙烯、氢气为原料，生产聚丙烯均聚物，生产能力15万吨/年无色聚丙烯粒料。在生产过程中，由于主催化剂、主催化剂及造粒添加剂中含有Ti、Mg、Ca等金属成分，使得聚丙烯产品灰分指数居高不下，影响产品质量。笔者通过分析灰分组成，得出降低灰分的控制手段。

聚丙烯灰分是指聚丙烯产品经高温灼烧（850±25）℃后仍然不能挥发而残留下来的杂质，主要为主催化剂、活化剂、给电子体、原料丙烯中所含的杂质反应后的残渣，如TiO2、MgO、Al2O3、SiO2等，此外造粒添加剂及系统混入的少量机械杂质也是灰分的来源。灰分的来源与组成见下图。

二、灰分的产生原因

1.主催化剂产生的灰分

目前聚丙烯装置主要采用国产N型主催化剂，它由TiCl4附着于MgCl2载体上构成，呈土灰色粉末，在生产使用时，主催化剂与凡士林油、凡士林脂按一定比例混合，配制成催化剂膏，通过催化剂注射器连续注入反应系统。主催化剂作为聚合反应的活性中心，丙烯单体在它表面进行反应，并将它包裹在形成的聚丙烯颗粒中。因此主催化剂内所有的金属成分在反应结束后全部转化为聚丙烯产品的灰分。

1.1由金属Ti所产生的灰分

催化剂浓度为200kg/m3，主催化剂的Ti含量数据由催化剂厂家提供为2.5%

1.2有催化剂载体MgCl2所产生的灰分

主催化剂的Mg含量由催化剂厂家提供为16.51%

2.助催化剂TEAL产生的灰分

助催化剂TEAL全称为三乙基铝，被用做助催化剂的活化剂，通过计量泵送至催化剂预接触罐，与主催化剂反应形成活性中心，同时TEAL可以与原料丙烯中的杂质H2O、CO2等反应。在双环管工艺中，形成催化剂活性中心的TEAL将全部进入聚丙烯产品中，而与杂质反应的TEAL部分带入聚丙烯产品中，部分随丙烯单体进入低压洗涤系统，另一部分在汽蒸罐内被蒸汽夹带排入污水池。

通过数据估算，最终带入聚丙烯产品的TEAL占总加入量的78-81%

3.给电子体Donor产生的灰分

本装置采用给电子体Donor-C，作为第三组份由计量泵送至催化剂预接触罐，起调节产品等规度的作用。在生产T30S时，使用凡士林油将纯Donor稀释至25%，以方便精准计量Donor用量。

4.造粒系统添加剂产生的灰分

在挤压造粒系统中，聚丙烯粉料需加入抗氧化剂、抗静电剂、爽滑剂、成核剂等多种添加剂，以便满足产品运输存放及后续加工需要。以T30S为例，使用添加剂分别为：抗氧剂1010（C73H108O12），抗氧剂168（C42H63O3P），硬脂酸钙（Ca（C17H35COO）2），单甘脂。以上添加剂中抗氧剂1010、单甘脂均不产生灰分。

5.各种来源灰分占产品灰分的比例

由上表可得出添加剂对聚丙烯粒料灰分影响最大，当牌号添加剂配方固定时，其产生的灰分为一定值，从工艺操作上不便于降低灰分。TEAL用量是影响聚丙烯粉料灰分的主要因素，其用量的增加必然导致灰分升高。

三、聚丙烯灰分控制手段

1.提高原料丙烯质量，减少TEAL加入量

原料中微量杂质会破坏催化剂活性及定向能力，导致TEAL消耗增加，产品等规度降低，严重时导致聚合反应体系弱甚至不反应，易出现产品灰分超标现象。加强监控原料质量，及时再生（更换）精制塔，完善精制措施，脱出有害杂质，才能降低三剂使用量，从而达到降低灰分的目的。

2.及时调整工艺参数，优化工艺条件

在保证反应活性的基础上尽量降低TEAL的用量，在生产中TEAL流量与丙烯注入量串级控制，通过摸索目前已将TEAL/C3=降至0.15kg/h，并根据原料质量及时调整TEAL/C3=设定值，既降低了产品灰分含量又节约了生产成本。

在保证安全平稳生产的基础上，提高环管密度，以提高单程转化率，充分利用主催化剂活性，目前本装置环管密度控制在555-565kg/m3。

3.加强添加剂系统管理

不同牌号的聚丙烯粒料有不同的添加剂配方，所引入的灰分为一确定值。在添加剂加入过程中，由于添加剂系统密封不严，使空气进入系统，造成灰分升高。应定期检查下料系统，消除密封不严的现象。加强加剂管理，防止在配制添加剂过程中掉入异物。

参考文献

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