薄壁注塑聚丙烯专用树脂H9018的生产及工艺条件优化

宋德娟

摘要：本文在简介了兰州石化聚丙烯厂11万T/年聚丙烯装置生产专用聚丙烯树脂H9018，通过分析其熔融指数（MFR）、等规度等物性参数，提出优化措施：调节H2浓度13～18Nm3/h和成核剂及稳定剂加入量2.500～2.600‰，使MFR为45～60g/10min；调整催化剂m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）在1.0～1.85，使等规度在97%～98%之间，保证产品后加工性能。

关键词：聚丙烯；薄壁注塑；熔融指数；等规度

聚丙烯树脂H9018是专为薄壁注塑成型技术而设计，具高流动性、高模量、高抗冲性能，适用于食品包装材料的制造，能提高制造加工速度，缩短成型周期。

一、PP装置工艺简介

兰州石化聚丙烯厂11万T/年PP装置采用日本三井油化液相本体法生产工艺技术，以丙烯、氢气为原料，在主催化剂、三乙基铝和助催化剂作用下进行聚合反应。生产专用树脂H9018采用氢调法控制MFR，工艺流程见图1。

从精制工段来的丙烯与催化剂及H2进入D-201发生聚合反应，反应后的聚丙烯浆液靠压差送入D-202继续反应，然后进入D-203进行气相聚合，从D-203出来的聚丙烯粉料经干燥后由风机送至挤压造粒工段，通过添加一定量的稳定剂，经熔融混炼造粒，制得高品质聚丙烯产品。

二、工艺优化

1.H2浓度

H9018的MFR是45-60g/10min，通过加氢浓度调整控制。氢调法生产H9018相对其他产品难度较大，因为加氢促使反应激烈，使釜温、压力控制较难，并且相互影响。

温度变化影响气液平衡，温度越高，H2在液相丙烯中的摩尔分数越小，反之则大。根据勒夏特列原理，降低液相反应温度，升高气相反应温度，促使平衡正向移动，有利于H9018的生产，但H2进料率调整不能太大，以免打破平衡，影响MFR的稳定性。同时，在控制H2的稳定加入时，还应考虑H2在上下游反应器的流动，通过调整循环气流量提高H2的扩散度，使MFR增加，同时起到撤热、降低MFR波动的效果。

因此，结合实际工作经验，进行以下工艺优化：

（1）当负荷13-14t/h时，H2浓度控制在14-18Nm3/h较好。

（2）提高D-203温度，降低D-201、D-202温度，有利于反应，即各釜温度最佳操作点是71.5℃、63℃和76.5℃。

（3）调大D-203尾气冷凝器冷冻盐水量、冷凝器循环水量，保持循环其量分别为6600-6700Nm3/h、4100-4300Nm3/h，有效降低系统热量及MFR波动。

（4）保证氢气罐完好及氢气辅料来源充足、氢气压缩机及循环气压缩机C-208长周期运行使原料供给稳定，确保仪表准确计量，各反应釜无泄漏。根据实际经验，若C-208停运，H2无法循环回系统，加入量应提至原来的1.3-1.5倍；若C-208停运，循环分离器排放增多，H2加入量应提高0.4-0.8Nm3/h；对不凝气的排放，注意夜晚H2加入量较白天多0.2-0.3Nm3/h。

2.成核剂及稳定剂

H9018的结晶温度高于138℃，弯曲弹性模量超过1800MPa，通过调节挤压造粒过程中成核剂及稳定剂加入量来进行控制。稳定剂与成核剂的混合不会对成核剂的使用效果造成影响，同时使加入过程均匀稳定，下料顺畅。生产H9018所用成核劑是HPN-68L与稳定剂按比例（成核剂28.57%，稳定剂71.45%）共混为复合高刚性稳定剂。

随着稳定剂加入，弯曲模量逐渐增加，但加入量过小，半结晶周期长，收缩率大，影响产品力学性能，反之成本增加。因此成核剂的加入应保持稳定，加入量在2.5‰～2.6‰之间，产品弯曲模量在1800MPa以上。

此外，挤压造粒机的平稳运行也影响H9018的生产，为保证造粒机筒体和模板温度稳定在设定温度，避免造粒系统切粒过程中出现缠刀、产品降解等现象，需要平稳控制挤出机各段温度，提高挤出压力，通常控制筒体进料段和熔化段温度在230℃，以调整降解剂的充分分解和树脂的充分熔化，同时保持模板温度在190～200℃，提高模板前树脂压力，确保挤压造粒机长周期平稳运行。

3.催化剂

催化剂定向能力越高，在丙烯中浓度越高，等规度越高。H9018等规度高，采用主催化剂（Ti）、助催化剂（Al）、给电子体（Si）催化剂体系。

当m（Si）/m（Ti）为0.2～0.28时，H9018等规度变化敏感97%～98%；当m（Si）/m（Ti）大于1时，等规度增长趋于平稳。因此控制m（Si）/m（Ti）在0.2～0.3之间，可保证H9018等规度在97%以上，同时防止H9018浆液黏度过大，避免反应无法控制。

若m（Al）/m（Si）过大，催化剂活性反而降低，导致反应速率逐渐下降，产品的等规度和相对分子量减少；若m（Al）/m（Si）过小，容易导致催化剂中毒，因为不能形成活性中心而无法有效去除原料中有害杂质，从而影响正常生产和操作。因此控制m（Al）/m（Si）在1.00～1.85之间，并根据原料C H情况适当调整，保证等规指数在97%以上。

三、效益核算

当前市场PP均价为10000元/吨左右，而H9018市场报价为11350元/吨，与通用型聚丙烯树脂T30S市场价格高出450元/吨，若年产3000吨H9018价格约高800元/吨，将增效800×3000=240（万元）。

装置负荷在14.5t/h生产J701牌号产品时主催化剂单耗为0.064 Kg/t，而生产专用聚丙烯H9018时，催化剂单耗为0.059 Kg/t，每吨产品节约催化剂用量0.005Kg，主催化剂单价为1282元/吨，催化剂节支：3000×0.005×1282=1.92（万元）

若全年生产H9018共3000吨，共创造效益240+1.92=241.92（万元）。

结果仅供参考。

四、结束语

自2010年9月开始生产H9018至今，随着工艺条件的逐步完善，装置中控合格率99.8%，产品出厂合格率100%，产品优级品率达97%以上。

优化措施如下：

（1）采用氢调法生产H9018，控制H2浓度13～18Nm？/h，使产品MFR保持45～60g/10min；

（2）通过加入成核剂提高H9018弯曲模量，控制成核剂加入量0.07%，高刚性复合稳定剂加入量2.45～2.60‰，使产品弯曲弹性模量达1800MPa以上；

（3）调整催化剂质量比，即m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）控制在1.0～1.85，使产品等规指数在97%～98%之间；

参考文献：

[1]11万T/年聚丙烯装置装置操作规程

[2]洪定一，聚丙烯-原理、工艺与技术[M]，北京：中国石化出版社，2005.

[3]杨丽，胡清，薄壁注塑聚丙烯专用树脂的开发及工业化生产[J].甘肃科技，2013年8期.