程敏 马占亮(神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831400)

0 引言

聚丙烯是丙烯单体在催化剂的作用下聚合形成的高分子聚合物，具有机械性能好、无毒、耐热、容易加工成型等优良特性。神华新疆化工有限公司45万吨/年聚丙烯装置采用Innovene气相聚丙烯工艺，于2016年10月一次性开车成功，可以生产均聚聚丙烯、无规聚丙烯和抗冲聚丙烯，近年来一直致力于开发市场价值优异的专用聚丙烯产品，客户已经遍布全国各地，其产品也具有较高的市场认可度。

在装置开工的初始阶段，反应器中粉料出现片料或料块的现象，直接导致反应器料位和温度波动较大，反应器料位高时出料困难，出料阀频繁故障，甚至造成出料管线堵塞，块料进入下游导致挤压机进料旋阀频繁卡停，更会造成挤压机频繁停机，降低设备的使用寿命，各项技术以及指标都会受到影响，甚至造成下游用户流失，严重影响装置的长周期稳定运行，所以解决和避免反应器出现块料对装置稳定运行具有重要的意义。

本文对装置开工后生产过程中反应器结块的问题进行分析，并给出合理的建议和措施，为装置后续开发新的高性能产品提供一定的参考。

1 工艺路线

Innovene气相聚丙烯工艺使用两个串联的卧式反应器，来自罐区的新鲜丙烯、乙烯为共聚单体，按比例加入第一反应器中，并加入分子量调节剂氢气，在主催化剂、助催化剂和给电子体的共同作用下，在反应器中发生气相连续聚合，形成聚丙烯粉料，液相丙烯从反应器顶部喷洒到粉料床层表面，通过蒸发来移除反应热，第一反应器中连续聚合反应得到的聚丙烯粉料，通过粉料输送系统输送至第二反应器中，第二反应器中的反应与第一反应器类似，在第二反应器中继续反应后经袋式过滤器进入脱气仓，粉料在脱气仓中经过尾气脱除和蒸汽失活后，进入造粒粉料仓中，与一定配比的添加剂混合后进入挤压造粒机熔融混炼后变成粒料，最后经掺混、包装为成品销售。

2 块料产生的原因分析

2.1 原料杂质

聚丙烯催化剂对共聚单体中的杂质相当敏感，影响严重的杂质有水、甲醇、一氧化碳、二氧化碳、羰基硫等物质，这些杂质会与催化剂活性中心直接发生反应，降低催化剂活性，即使ppm级别以下的杂质含量也会降低反应的催化剂活性，尤其是硫含量高时会引起聚合反应链终止，使催化剂活性大幅度下降，导致催化剂消耗量大、产品质量变差等问题，严重时会引起反应粉料结块，影响正常生产[1]。因此，加入到反应系统中的丙烯和乙烯单体必须是非常纯净的。

2.2 催化剂分散不均

装置由于生产需要，先后使用了两种不同的催化剂，这两种催化剂活性均在30000g PP/g cat以上，具有较高的反应活性，在聚合过程中容易形成局部反应热点，导致聚合物结块。

2.3 改性剂加入量少

丙烯聚合反应催化剂系统包括主催化剂、三乙基铝助催化剂和硅烷外部改性剂，硅烷的作用是通过控制单体进入到聚合链的方向来限制无规段聚合物的生成数量，控制均聚物的等规度。若硅烷出现流量不稳定或者加入量过少的情况，极有可能造成聚丙烯产品中有很高的无规聚合物含量，随着产品中无规段聚合物数量的增加，生产的粉料会出现粘料、块料和挂壁等现象。

2.4 反应器料位影响

反应器中的粉料料位在反应系统总体控制中起重要的作用。若粉料料位过低会导致催化剂在反应器中停留时间过短而使催化剂收率低，同时将反应器的搅拌轴暴露出来，导致催化剂和急冷液集中喷在搅拌轴上，搅拌效果差使急冷液分布不均，局部粉料搅拌不充分，从而出现局部反应热点，生成块状料和条状料。若粉料料位过高会使急冷液和催化剂在粉料中的分散性变差，产生反应热点，还会将过量的粉料夹带至穹顶和旋风分离器中，严重影响装置的正常运行。

2.5 共聚聚丙烯生产

聚丙烯主要分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯两种，市场上共聚聚丙烯的应用范围比均聚更为广泛，目前共聚聚丙烯主要是丙烯和少量的乙烯发生聚合反应，从而获得不同用途的聚丙烯产品。其中在无规共聚物生产中，催化剂的反应活性比生产均聚物时要高很多，而且乙烯本身反应活性较高，随着乙烯加入量的增加，聚合反应更加剧烈，反应系统如果撤热不均，在聚合过程中很容易产生热点，同时加入乙烯后聚丙烯的等规度下降，结晶度下降[2]，也会增加反应的片料或块料。

3 运行期间产生块料的解决措施

3.1 严格监控原料质量

通过现场人工取样点对原料进行定期取样，化验分析，并通过在线分析仪监测原料中的杂质含量，检查确认进入装置的原料指标合格。若原料杂质含量超标，及时切断进料，分析原因，指标合格后再恢复原料进料。

丙烯和乙烯在进入聚合反应器前，需对罐区送来的原料进行精制，经过原料精制单元，降低水、甲醇、一氧化碳、二氧化碳、羰基硫等组分含量，保证精制后的杂质含量在工艺指标范围内。正常生产期间，一个精制塔在用，另一个处于备用状态，当在线精制塔中的任何一个残留的吸附能力不足时，必须对其进行切出或再生。为了确保精制系统运行正常，在原料精制塔的下游设在线分析仪，监测水、甲醇、一氧化碳、二氧化碳、羰基硫等杂质含量，若精制后原料指标不合格，及时切换精制塔并进行再生，确保进入下游的原料指标合格。

3.2 保证催化剂分散均匀

为了让催化剂的分散性更好，将纯的催化剂在矿物油中稀释为30wt%的催化剂浆液，使催化剂悬浮其中，并在使用前将催化剂钢瓶在滚筒器上滚动至少12h，使储存期间沉降的催化剂颗粒重新悬浮。矿物油粘度较大，温度过低会使催化剂不能在矿物油中均匀分散，所以应始终保证催化剂厂房温度在25℃以上。

催化剂储罐中浆液的均匀混合对反应有很大的影响，应始终保证催化剂储罐中的催化剂重量始终不低于250kg，催化剂储罐搅拌器保持低速搅拌，这样在保证催化剂浆液均匀混合的同时，将催化剂颗粒的摩擦程度减到最小。

生产过程中采用两台催化剂泵同时运行，两台泵从不同位置分开进料，这样可以降低催化剂在喷嘴处的浓度，从而减少反应热点的产生，将产生片料、块料的情况降到最低。同时在每台泵的催化剂管线出口加上液体丙烯冲洗，使催化剂浆液在管线中始终保持悬浮状态，也起到负载催化剂颗粒及助催化剂的作用，使其更快地进入反应器，有助于催化剂在反应器喷嘴处保持良好的喷洒状态，均匀喷洒至反应器内。

3.3 加入适量的改性剂

为保证产品质量，在生产过程中要根据所生产的产品类型严格控制外部改性剂硅烷的加入量。因硅烷流量设定值随三乙基铝流量改变，将硅烷流量控制设定点计算与三乙基铝流量设定点相联系，这样可避免三乙基铝流量实际测量值出现波动时，硅烷流量随之波动，出现硅烷流量不稳定或者中断的现象。通过Al/Si比设定点，硅烷的加入量根据预期TEAL的设定加入量而定，确保产品质量稳定。

3.4 调整反应参数

为了保证产品质量和反应器的总体控制，应该确保反应器的料位控制器的设定值始终高于反应器搅拌器的转轴位置，根据生产实践经验，将反应器料位控制在77%～80%有利于装置稳定生产。

催化剂从反应器一区喷嘴进入反应器，由于催化剂的初始活性较高，一区反应较为剧烈，温度控制更加敏感，操作中可适当降低反应器一区的反应温度，并保持一区至五区的反应温度呈阶梯式增加，使催化剂活性逐渐释放，保证反应过程中温度平稳。如果反应温度出现大幅波动，会造成反应放热不均，形成聚合物结块，甚至温度上升过快会造成撤热不及时，反应器飞温，聚合物爆聚的严重后果[3]。

3.5 优化共聚聚丙烯的生产过程

为降低催化剂初始活性和防止由于热点产生小块料，要在循环气中持续加入少量抑制剂，在生产过程中保持低负荷运行，保证系统撤热效果[4]，同时根据聚合反应进行的程度，缓慢、阶梯式地加入乙烯至反应器，密切关注反应器温度和压力的变化情况，如有较大波动，应减缓乙烯的加入速度，避免出现块料。

3.6 技术改造

反应系统产生的块料排出后在挤压造粒工段会导致挤压机进料旋阀频繁卡停，挤压机频繁停机，严重影响装置稳定运行。通过技术改造，在脱气仓下料旋阀Q304上游增加大块料脱除器筛网，对粉料中的片料和块料进行去除，并对块料筛网进行及时清理，确保粉料顺利进入挤压系统，避免块料进入挤压系统导致挤压机停机的问题，改造后未出现过因块料导致挤压机停机的问题，运行效果良好。

4 结语

针对生产过程中产生块料的问题，本文从原料精制、催化剂分散及反应系统等方面进行分析总结，结合实际情况提出了避免产生块料的解决措施，并通过生产实践证明以上解决措施可以明显减少反应器产生块料的现象，保证了生产的稳定性。