Novolen 气相法生产聚丙烯工艺技术进展

黄华(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江 宁波 315812)

0 引言

BASF 公司开发的Novolen 气相法聚丙烯工艺是气相工艺中工业化历史最悠久的一个工艺，于1967年建成中试装置，1969年首次实现工业化生产。2000年，ABB 公司作为主出资方完成了对该工艺技术的收购，并于2007年将其出售给CB&I公司[1,2]，2018年，CB&I 公司将其出售给美国Mcdermott 公司。Novolen 气相法聚丙烯工艺采用两个带螺带式搅拌的反应器，两个反应器并联操作生产均聚物和无规共聚物，两个反应器串联操作生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。

1 Novolen工艺简介

两台反应器串联操作，生产均聚物时，催化剂、助催化剂加入第一反应器，丙烯和氢气加入两台反应器。生产无规共聚物时，共聚单体乙烯也加入两台反应器。聚丙烯粉料通过压差由第一反应器转移到第二反应器并继续聚合反应。生产抗冲共聚物时，在第一反应器中生产出均聚物母体，进入第二反应器后，加入乙烯继续反应生成乙丙橡胶体(EPR)，EPR 的产量由异丙醇控制，工艺流程如图1 所示。聚丙烯粉料从第二反应器进入粉料出料仓，然后在脱气仓中用氮气和低压蒸汽吹向粉料，进一步分离其中夹带的单体和使残余催化剂失活，从脱气仓排出的尾气经干燥后送入膜回收系统。粉料经脱气仓后通过闭路氮气系统送入粉料料仓，经旋转阀重力下料至挤压机。另外，有些工厂为了追求更大的产能，选择两台反应器并联操作，但是只能生产均聚物和无规共聚物，生产均聚物时，催化剂、助催化剂、丙烯和氢气加入两台反应器。生产无规共聚物时，共聚单体乙烯也加入两台反应器，聚丙烯粉料通过压差由第一反应器转移到第二反应器并继续聚合反应。

2 国内Novolen工艺聚丙烯进展

2.1 装置规模

从2008年开始引进Novolen 聚丙烯工艺，国内已经建成投产和在建装置规模如表1 所示。

图1 两台反应器串联布置的工艺流程图

表1 装置规模

2.2 催化剂

2008—2014年Novolen 工艺专利商推荐使用LYNX 系列催化剂来生产均聚物，PTK 系列催化剂生产共聚物，2014年以后推荐使用第四代齐格勒纳塔催化剂NHP401 系列，也可以提供最新改良的第五代齐格勒纳塔催化剂NHP402 系列，用专有的非邻苯二甲酸酯成分作为内给电子体，所生产的聚丙烯产品应用于食物行业。最新开发的Novocene 茂金属催化剂生产的聚丙烯牌号具有较窄的分子量分布、均匀的单体配合、低溶剂萃取物、立构性优异等特点。2011年由中石化北京化工研究院开发的BCND-Ⅱ催化剂在该工艺装置上进行了工业应用试验，共计生产1102K 牌号PP 产品2152.36 吨，2012年试用了NG催化剂，2015年科莱恩( 中国) 公司生产的CMAX325 催化剂在该工艺装置上进行了为期6 天的工业应用试验，任丘市利和科技发展有限公司生产的PG 型催化剂于2015年进行了应用试验[3-6]。目前Novolen 工艺专利商推荐使用催化剂NHP4010 进行装置开车生产，从以上介绍中可以看到工艺配套催化剂及国产催化剂都能很好的应用产出合格产品。

2.3 工艺中用到的设备

大榭石化最新引进的30 万吨/年Novolen 工艺聚丙烯装置，装置内共有设备155 台(套)，其中所有静设备，如反应器、塔器、换热器、过滤器、料仓等，在满足工艺要求和保证安全稳定的前提下，装置内设备尽可能国产化，国外订货的设备主要是专利商有特殊要求或结构复杂国内无法制造的关键设备，装置内静设备包括反应器、塔器、换热器、过滤器、料仓等非定型设备112 台(套)。装置内动设备需连续8000 小时无故障运转，且一些关键设备无备机，需有很高的可靠性，由于转动设备在生产操作中所输送的物料大多为易燃、易爆或含有固体粉料的液体和气体，因而对机械设备及其配套设备的设计、制造和控制系统要求严格，尤其对易损件、轴封和轴承等关键部位有特殊要求，动设备共有43 台(套)。最新工艺与以往不同，在第一反应系统和第二反应系统增加了丙烯深冷器，可以生产高熔指的聚丙烯产品。

2.4 单体消耗

大榭石化最新引进的30 万吨/年Novolen 工艺聚丙烯装置，以生产1t 聚丙烯粒料计，单体消耗指100%单体的净消耗量，消耗量因牌号而异，原料典型消耗如表2 所示，从数据中可以看到典型单耗为1.001t/t PP，此工艺单耗很低，与其它工艺对比也有很大优势，在以后的生产中能较大的降低生产成本。

表2 原料典型单耗

2.5 能耗达标

大榭石化最新引进的30 万吨/年Novolen 工艺聚丙烯装置，根据《石油化工设计能耗计算标准》(GB/T 50441—2016)计算结果，均聚(1100N)能耗是90.02kg 标油/吨产品，无规共聚(3248R)能耗是90.68kg 标油/吨产品，抗冲共聚物(2240S)能耗是101.91kg 标油/吨产品，以上不同产品牌号的能耗指标均满足新建聚丙烯装置能耗准入值要求。

2.6 产品达标

2020年全世界Novolen 工艺聚丙烯产量超过1180 万吨/年，Novolen 气相法工艺有很好的操作弹性和经济效益。该工艺产品包含均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物以及三元共聚物，抗冲共聚物的产品范围很广泛，橡胶含量可达到50%(质量分数)，熔融指数范围通常在0.3 到120g/10min 之间。通过挤压机真空脱气单元除去熔融聚合物中的挥发物质，能够根据客户的要求提供低气味的产品，在食品应用领域拥有领先地位。大榭石化引进此工艺装置可以生产均聚牌号为75 个，无规共聚牌号为25 个，抗冲共聚物牌号为34 个。

3 结语

国内工厂在引进生产工艺时，会重点关注装置规模、催化剂、设备、单耗、能耗和产品，从文中介绍可以看出，Novolen 气相法聚丙烯工艺装置串联生产达到30 万吨/年满足了国内主流装置规模，工艺配套催化剂及国产催化剂均能成熟应用生产，设备配置合理，新增加深冷器满足了高熔指聚丙烯抗冲产品的生产，单耗和能耗都达到了先进值，可以很好的降低装置生产成本，产品牌号丰富，可以生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物三种类型的产品。