BCM-100H型催化剂在Horizone聚丙烯装置上的工业应用

别朝晖，毛文华，靳鹏举

BCM-100H型催化剂在Horizone聚丙烯装置上的工业应用

别朝晖1，毛文华1，靳鹏举2

（1.中韩（武汉）石油化工有限公司，湖北省武汉市 430022；2.中国石化催化剂有限公司北京奥达分公司，北京市 101111）

考查了BCM-100H型催化剂在气相法聚丙烯（PP）装置上的应用性能，重点考核对工艺参数的影响及控制的难度。使用BCM-100H型催化剂生产了K8003，K8009，K7227H三个牌号的PP，进行了PP性能分析和生产条件对比。结果表明：BCM-100H型催化剂具有良好的氢调敏感性及立构定向性，催化剂活性较参比催化剂高约15%；使用BCM-100H型催化剂生产的不同牌号PP的熔体流动速率、粒径分布、堆密度、力学性能等与用参比催化剂生产的PP相当，为使用BCM-100H型催化剂批量生产均聚合、无规共聚和抗冲共聚PP做了技术准备。

聚丙烯 齐格勒-纳塔催化剂 活性 氢调敏感性 立构定向性 粒径分布

中韩（武汉）石油化工有限公司（简称中韩石化）的Horizone气相法聚丙烯（PP）装置引进日本聚丙烯公司（简称JPP）专利技术，使用高效催化剂，可生产均聚PP、无规共聚PP、抗冲共聚PP，共98个牌号。目前，催化剂采用JPP提供的JHC型催化剂，价格昂贵，且为独家供应，不仅增加了企业成本，而且还存在采购风险。若BCM-100H型催化剂在气相法PP装置上成功应用，可降低催化剂成本，以及由催化剂独家采购带来的风险。此外，还有基于BCM系列催化剂之上开发高附加值PP的技术支持和服务保证。

1 试生产

使用BCM-100H型催化剂于2015年12月和2016年1月分别试生产了牌号为K8003，K8009，K7227H的PP，两次共使用BCM-100H型催化剂240 kg，生产K8003约1 800 t，K8009约3 800 t，K7227H约600 t，正常过渡料约360 t。

中韩石化的Horizone工艺装置生产平稳，造粒系统正常运转，且备有两个成品料仓。

所用助催化剂为三乙基铝（TEAL）、给电子体为二异丙基二甲氧基硅烷，原料情况见表1。

表1 生产PP所用原料的性能Tab.1 Properties of raw materials for PP %

2 切换过程

2015年12月3日第一次试用BCM-100H型催化剂。开始试生产K8003，12月3日13：00，BCM-100H型催化剂100%进入装置，负荷稳定在切换前的水平，为24～25 t/h；5日10：00开始，逐渐提高装置负荷至25～26 t/h；6日10：00开始切换牌号，试生产K8009，同时提高装置负荷至26～27 t/h；6日17：00切换完毕，保持27 t/h负荷，至9日17：00结束。

2016年1月14日第二次试用BCM-100H型催化剂。催化剂预聚合。15日10：00，BCM-100H型催化剂100%进入装置生产K8009，负荷为26～27 t/h；18日10：00切换生产K7227H，19日23：00由BCM-100H型催化剂平稳切换到JHC型催化剂。操作流程如下：1）备用的催化剂进料泵（P102S）投用，采用正己烷冲洗管线，流量约22 kg/h。2）P102S由冲洗正己烷切换至BCM-100H型催化剂，调整流量为20 kg/h，其他参数维持不变，TEAL、给电子体二异丙基二甲氧基硅烷维持原加入量。3）催化剂进料泵（P102A）由JHC型催化剂切换至正己烷，冲洗管线，1 h后关闭P102A。4）调整BCM-100H型催化剂加入量，使第一反应器（R201）内急冷C3H6流量在340 m3/h左右。5）根据分析结果调整H2加入量，维持R201内PP粉料的熔体流动速率（MFR）至目标值。6）维持第二反应器（R251）内H2浓度，使n（H2）∶n（C2H4）至设定值。7）调整活性抑制剂（空气）加入量，保持原产率比。8）根据R251内PP粉料中的w（C2H4）调整R251内n（C2H4）∶n（C3H6）。9）根据PP粉料的MFR和w（C2H4）对照K8003，K8009，K7227H设计值进行细微调整，保证产品质量合格。10）选择好过渡料仓，根据R251内PP粉料的分析结果和脱气仓（C302）及粉料缓冲料仓的料位情况，确定切换时间。试生产时，在C302的中部进行PP粉料采样分析，合格后改至C302的底部采样。11）根据不同牌号调整挤出造粒系统筒体冷却水温度，维持造粒系统稳定运行。

3 BCM-100H型催化剂在试生产过程中的情况

整个试验过程中，装置运行稳定，催化剂进料管线的C3H6冲洗量是管线畅通与否的重要指标。分析使用BCM-100H型催化剂和JHC型催化剂时的-20 ℃冷C3H6流量发现，其C3H6冲洗流量未发生变化，仍为700～720 L/h，说明在催化剂活性稍高的情况下，催化剂进料喷嘴仍可得到较好控制；另外，两个反应器的温度控制平稳，没有出现明显波动。

3.1 活性

与原催化剂相比，用BCM-100H型催化剂生产K8003时的活性高约25%，生产K8009时的活性高约15%，生产K7227H时的活性基本相当。由此可见，H2作链转移剂参与聚合对催化剂的聚合动力学和活性产生了影响［1］。

3.2 氢调敏感性

Horizone工艺中使用H2调节PP的相对分子质量，从而调节PP的MFR。对Ziegler-Natta催化剂而言，用其所制均聚PP的MFR与聚合过程中的n（H2）∶n（C3H6）成对数线性关系［2］。对生产K8003，K8009，K7227H时的lg［n（H2）∶n（C3H6）］与lgMFR作图，即可用于对比催化剂对H2的响应能力，即氢调敏感性。从图1可看出：两种催化剂的氢调敏感性相当。

图1 两种催化剂的氢调敏感性对比Fig.1 Comparison of hydrogen response of catalysts

3.3 共聚合能力

从表2看出：获得同样橡胶中C2H4（RCC2）含量时，反应器中的n（C2H4）∶n（C3H6）也基本相同，说明两种催化剂的共聚合能力相当。

表2 两种催化剂的共聚合能力Tab.2 Copolymerization properties of two catalysts

3.4 催化剂的立构定向能力

从表3和表4看出：用不同催化剂生产的MFR相同的均聚PP的等规指数相当，且均达到较高水平（生产K7227H时均聚PP的MFR为70.5 g/10 min且等规指数大于96.0%），表明BCM-100H型催化剂与JHC型催化剂均具有很高的立构定向能力。与JHC型催化剂相比，用BCM-100H型催化剂所制PP粉料的粒径分布和小于150 μm的细粉含量基本相当，堆密度（BD）低约4.6%。

表3 用不同催化剂制备的PP粉料性能Tab.3 Properties of PP powder prepared by two catalysts

表4 用不同催化剂制备的PP粉料的粒径及其分布Tab.4 Particle size and particle size distribution of PP powder prepared by two catalysts

从图2可看出：在料位不变的情况下，当催化剂由JHC型切换成BCM-100H型时，两个反应器的搅拌功率下降约5%。这可能是PP粉料的BD降低所致。

4 中控数据分析

从表5看出：在参数基本未作调整的情况下，用BCM-100H型和JHC型催化剂生产的K8003，K8009，K7227H的w（C2H4），w（RCC2），橡胶（RC）含量基本相同；在w（C2H4），w（RCC2），w（RC）基本相同的前提下，PP的力学性能基本相同；用两种催化剂制备的K8003和K8009的熔融温度（tm）、熔融焓（ΔHm）、结晶温度（tc）和结晶焓 （ΔHc）基本一致。

图2 R201和R251内搅拌功率随催化剂切换变化的趋势Fig.2 Catalyst changeover as a function of stir power in R201 and R251

表5 用两种催化剂制备的PP粒料性能Tab.5 Properties of PP prepared by two catalysts

5 结论

a）采用BCM-100H型催化剂试生产K8003，K8009，K7227H期间，装置运行稳定，催化剂进料管线没有堵塞，反应器温度控制平稳。

b）与JHC型催化剂相比，用BCM-100H型催化剂生产K8003时的活性高约25%，生产K8009时的活性高约15%，生产K7227H时的活性相当，氢调敏感性和共聚合能力相当。

c）与JHC型催化剂相比，用BCM-100H型催化剂生产的PP的BD下降约4.6%，均聚PP的等规指数、粉料的粒径分布以及细粉含量基本相当。

d）用BCM-100H型催化剂生产的K8003，K8009，K7227H的性能与用JHC型催化剂生产的性能相当。

［1］ 洪定一.聚丙烯——原理、工艺与技术［M］.北京：中国石化出版社，2002：152-153.

［2］ 张建民.Basell公司聚丙烯用Z-N催化剂开发进展［J］.齐鲁石油化工，2007，35（2）：141-144.

Industrial application of BCM-100H catalyst in Horizone PP plant

Bie Zhaohui1，Mao Wenhua1，Jin Pengju2

（1. SINOPEC-SK（WUHAN）Petrochemical Co.，Ltd.，Wuhan 430022，China；2. Catalyst Beijing Aoda Branch，SINOPEC，Beijing 101111，China）

The application of BCM-100H catalyst in Horizone gas phase polypropylene（PP）plant was investigated. It focuses on the influence of the catalyst on technological parameters and the difficulties in control. Three PP grades，K8003，K8009，and K7227H，which were produced using BCM-100H catalyst respectively，were compared in terms of their properties and operation conditions. The results show that BCM-100H catalyst has excellent sensibility to hydrogen response and high stereospecificity. The activity of the catalyst is 15% higher than that of the reference catalyst. Diverse grades of PP produced with BCM-100H catalyst and those with the reference catalyst are similar in melt flow rate，particle size distribution，stack density，and mechanical properties. This research provides technical support for the industrial production of homo-PP，PP random copolymer and impact PP copolymer by use of BCM-100H.

polypropylene； Ziegler-Natta catalyst； activity； hydrogen response； stereospecificity；particle size distribution

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2017）03-0064-04

2016-11-27；

2017-02-26。

别朝晖，男，1980年生，工程师，2003年毕业于华中农业大学应用化学专业，现主要从事聚烯烃工艺技术管理工作。联系电话：13986128223 ；E-mail：biezh@sswpc. com.cn。