氢调对聚丙烯产品质量的影响

摘 要：本文通过对熔体质量流动速率（MFR）影响因素的分析，并结合本装置的实际情况提出了一种行之有效的控制小本体氢调的模式方法。

关键词：小本体 聚丙烯 氢调 控制

聚丙烯树脂以其诸多优良的特性和良好的加工性能，得到了迅速发展，其发展速度超过了其他合成树脂，目前，聚丙烯树脂的总生产能力仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，居世界第三位，但同时也是目前世界历史上增长最快的树脂。我装置采用的间歇式液相本体法由国内自行开发，以其工艺流程简单、设备少、投资省、见效快、三废少等显著特点，在我国得到了迅速发展。但是也存在着产品牌号少，质量波动大的缺点，近年来随着我公司聚丙烯销售的发展，客户对聚丙烯产品牌号的需求面不断扩大，这就要求我们总结出我装置氢调规律，使我们的产品更能满足客户的需求，增强我们的竞争力。

一、氢调的作用和机理

在工业生产中，使用氢气作为聚丙烯树脂相对分子的质量调节剂，在聚合反应过程中起着链转移的作用，并且，随着丙烯物料中氢浓度的增大，聚丙烯相对分子质量相应减少，MFR相应增大，从而达到对聚丙烯MFR的控制，这一过程称之为氢调。

氢在丙烯聚合反应中起着链转移的作用，它参加链转移反应经过气液界面溶解进入液相，然后扩散到整个溶液中到达催化剂表面被吸附后在参与反应，整个反应过程中，气相中的氢浓度逐步降低，链反应速度由氢在液相丙烯中的溶解速度决定。

聚丙烯树脂的熔体流动速率（MFR）是由树脂的相对分子质量及相对分子的质量分布决定的，影响着产品后期加工的性能，是客户选择产品时的首要条件，因而是聚丙烯生产主要控制的质量指标之一。

二、氢调的影响因素

影响氢调的灵敏性、准确性的因素很多，包括丙烯原料、设备工况、聚合反应以及人为因素等等，因而准确控制氢调是十分困难，但这一过程并不是没有规律可言，只要能将诸多影响因素对应解决，那么就能极大地改善甚至解决这一问题。以本装置目前实际情况，主要存在以下几个方面的问题并对其制定了相应的措施。

1.原料质量

聚丙烯的生产对原料质量要求较高，因为原料中的CO、CO2、H2O、S、O2、烯烃，炔烃等杂质与催化剂发生激烈的反应易使催化剂中毒，活化剂失活，产品质量下降，严重的影响反应的正常进行，甚至清汤。为保证原料质量，确保反应平稳进行我装置采取以下措施：（1）及时跟踪当天原料分析，并对三剂的用量做出调整。（2）精制干燥器分为2组，一用一备切换使用，周期一般为5个月，可以根据原料品质波动大小，进干燥器前后的原料分析进行调整并对切除的干燥器及时进行换剂或者再生。（3）控制装置丙烯进料量＜5吨/小时。其精制干燥器的脱水脱硫脱氧等杂质的能力是有限的，进装置丙烯在一定的空速下能够有效的脱除杂质。当流量忽大忽小，或流量超过规定流量时原料中的部分水、氧、硫来不及脱除，就已通过干燥器，进入原料罐，造成原料精制不合格，甚至会缩短干燥器的作用周期，所以一定要控制好进装置的丙烯进料量。

2.保证加氢过程中加氢的准确加入

每釜料的加氢量对产品的MFR有着至关重要的作用，因此加氢量的计量要求越精确越好，我们目前采用的加氢方式是一名操作工再聚合釜上现场手动打开加氢阀向釜内加氢，另一名操作工在操作室内观察流量计，当流量计加到预期值时利用防爆对讲机通知聚合釜上操作工关闭阀门停止加氢。由于每个人反应速度和聚合釜内的情况都不相同，导致加氢的准确性无法控制，为了消除人为等不利因素的影响，我们采取了一下措施：

2.1保证PSA氢气储罐压力达到6.0Mpa，如压力偏低联系精制操作工及时充压。

2.2加氢之前认真检查加氢阀，确认阀门完好。

2.3检查加氢线上压力表是否正常，如不正常及时更换。

2.4加氢过程中必须内操，外操两人配合进行，外操在釜上操作，按顺序依次打开加氢阀，内操在操作室准确计量加氢量，加氢完毕通知外操及时关闭釜上阀门，保证氢气加入准确无误。

3.调整三剂的配比达到最佳状态

3.1其它条件不变，当TiCL3浓度增加，反应速度加快时间缩短，但若超过某一限度就易形成局部塑化结块产生爆聚，严重时聚合釜超温超压，发生爆炸；若TiCL3浓度小于某一限度，反应速度急剧下降，甚至为零。因此操作工在投料时必须选择合适的催化剂，并将催化剂全部加入釜内 。

3.2投料时活化剂的加入量与TiCL3成合适的AI/Ti比，若加入过多反应剧烈，不易控制，易出现块料、粘料、黄料等不合格品；若加入过少反应变弱，甚至清汤，所以操作工在操作时一定要按照操作步骤操作。

4.严格工艺指标，平稳操作

4.1严格控制投料量和投料比列。投料量得多少直接影响反应的强弱，本装置投料量为8.4～8.6m3，若投料量多，反应初期窜压，会造成初期回收，反应不稳定影响产品质量和产量；投料量少，反应时间缩短反应激烈，若回收不及时还容易出现热料等。投料按3：3：2的比列依次加入三剂，切忌三剂顺序不能搞混。

4.2投料结束后，在升温初期，操作工要密切注意观察温度、压力的上升情况，及时调节操作，确保升温处于平稳上升趋势，不能过猛，升温速度过猛会引起局部反应激烈。因为当聚合釜的温度升到40℃以上就开始有反应了，所以本装置要求升温速度平稳缓慢上升，避免出现超温超压现象。这时一则不仅威胁安全生产，二则在处理时必然采取回收聚合釜内液相丙烯的处理措施，结果势必造成釜内氢气的大量跑损，影响氢调效果。

4.3正确判断反应结束，迅速回收出料。过早过完回收都是不合适的，过早结束一则丙烯转化率低，二则影响产品质量。过晚结束釜内聚丙烯固相传热条件恶化，容易局部过热，造成塑化结块，不仅影响产品质量，甚至开人孔清釜。所以正确判断反应结束，迅速回收出料保证产品质量。

5.坚持做分析，及时调节加氢量

为保证产品质量，车间专门购置一台熔指分析仪，因为化验室的产品分析单一般在投料后24小时才能拿到，所以为稳定产品质量，安排每个班组接班以后对上个班的配方操作仔细分析，找出合适的配方比，并对接班后出的产品做2～3批分析。长期的坚持让我们的目标产品合格率年年≥98%。

6.系统中的氢气环境会影响产品质量

由于生产高融料的聚合釜在反应过程中的高压、低压回收丙烯，需返回精制系统作为原料丙烯使用，这部分回收丙烯因含有少量的氢气和杂烃成分和气分装置来的丙烯在组分上有很大的不同（表1），必须以一定比例与气分来丙烯混合使用，装置一般回收料与新进料均匀掺入进行投料，这种方法可以使反应比较平稳，减少排放，所以控制好低压回收丙烯的使用，是保证氢调的又一重要因素。

表（1）回收原料和新进原料的分析对比

三、我装置产品牌号和MFR控制范围 表（2）和连续3个月产品合格率 表（3）

表（2）装置主要生产牌号的MFR

表（3）连续3个月产品合格率的统计表

四、总结

MFR是决定聚丙烯产品后期加工性能的重要指标，是用户选购产品时的首要目标。目前在连续性聚丙烯的生产中，因氢气是连续性加入的，氢调比较稳定，效果较好，因而产品的MFR容易控制的。而在间歇式液相小本体聚丙烯生产中MFR却因其自身工艺特点难以精确控制。但上文所述，通过完善控制手段，加强工艺管理是大可以改善的，而产品MFR要作为一项长期的工作来完成，同时也需要在工作中总结和摸索经验，加强员工学习培训，了解新知识，借鉴同行业的先进技术和经验来提高我们的技术技能。