两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

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2102020-11-06 收藏

摘要:介绍了两种催化剂在Spherpol聚丙烯工艺开发薄壁注塑专用料中的应用情况。通过对比,两种催化剂对聚合反应温度、熔融指数的影响基本一致,催化剂的活性、三剂使用量基本相当。PSP-01氢气浓度高,有利于产品立构规整性提高,CS-2-C氢气浓度低,生产平稳。

  

关键词:聚丙烯;催化剂;Spheripol  聚丙烯工艺;薄壁注塑料 


中国石油抚顺石化公司乙烯化工厂聚丙烯装置采用原Himont现巴赛尔公司的Spheripol工艺,生产能力为 9万t/a,产品覆盖均聚、无规、抗冲产品,主要有流延膜、注塑、高流动注塑、透明、透明抗冲、纤维料等专用料产品居多,主要产品牌号有:T30S、T36F、T38FE、V30G、Z30S、RF110、HPP1850、HPP1860 等。 


该厂聚丙装置1992年正式投料试车,虽然与近年新增产能相比较装置规模小,能耗无法与新建大型化工装置抗衡,但转换牌号比新建大型聚丙烯装置容易,因此依然有较强的竞争能力。


2014年由中油石化院与抚顺石化共同开发的薄壁注塑专用料HPP1850、HPP1860,市场反馈应用效果良好,可以满足客户随着加工设备的升级带来的对加工速度越来越高的产品需求。有资料表明,2017年国内薄壁注塑专用料产量猛增到50万t,市场仍有较大的需求缺口。国内大型生产企业纷纷提高薄壁注塑产量,力求满足日益增长的市场需求,替代进口产品(表 1)。 

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

高刚性薄壁注塑专用料由于其高熔指、高模量、高结晶温度等特点,生产难度较大。目前,国内高刚性薄壁注塑聚丙烯专用料主要依赖进口。高刚性薄壁注塑专用料的熔指在 40g/10min 以上,可通过氢调法或降解法两种方法来实现。


与降解法相比氢调法反应器直接制备得到制品质量更好,无气味、不易发黄等优点更适合食品接触聚丙烯材料。氢调法的缺点是对催化剂的要求比较高,一是催化剂要具备优良的氢调敏感性,二是要求在高氢气浓度下稳定运行。  CS-2-C 是营口向阳催化剂厂生产,属于第四代 Z-N 体系的催化剂,由球形氯化镁载体和醚类内给电子体制备而成;PSP-01 是由中石油石化研究院研发的球形氯化镁载体和琥珀酸脂内给电子体制备而成;本文介绍应用催化剂 PSP-01与 CS-2-C 生产高刚薄壁注塑专用料的情况。 


01   催化剂配制 


两种 PSP-01 和 CS-2-C 的配制过程相同,流程见图 1。PSP-01 和 CS-2-C 均采用三氯化铝作为助催化剂,环己基甲基二甲氧基硅烷为外给电子体。 


主催化剂与油脂在D106搅拌均匀混合通过计量后送入D201;给电子体储存在D110量由计量泵P-104送入D201,流量与三乙基铝按比率加入;Teal储存在D101,由计量泵P-101送入D-201,流量与进料丙烯按比率加入。主催化剂、给电子体及 Teal 在预接触罐 D201 中于 10  ℃左右,在搅拌下充分混合,催化剂与三乙基铝形成络合催化剂的活性中心(图 1)。 

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用


02   两种催化剂应用情况对比 


2.1  产品产量 


中油抚顺石化公司乙烯化工厂9万t/a聚丙烯装置自2014年开始生产薄壁注塑专用料,采用PSP-01共生产30658t,采用 CS-2-C 共生产 23670t(表 2)。 


2.2   工艺参数对比


2.2.1   反应温度 

由图2可以看出,使用 PSP-01催化剂与CS-2-C催化剂反应器温度趋势基本一致。

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用


2.2.2   催化剂活性 


PSP-01 催化剂活性平均达到 40.31 kg/gcat 左右,CS-2-C 催化剂活性平均达到 41.65 kg/gcat,两种催化剂的活性接近。由图 3 看出,PSP-01 催化剂活性波动较 CS-2-C 稍大。

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用


2.2.3   氢气消耗量 


PSP-01催化剂R-201氢气用量平均 2.8 kg/h; CS-2-C催化剂R-20氢气用量平均 2.1kg/h。采用PSP-01催化剂氢气用量较高。氢气用量增加有利于立构规整性的调整,终止立体定向能力较低的反应活性中心的链增长。


R-202氢气用量差别不大,因此,实际生产中控制重点在R-201反应器的氢气用量(图 4-5)。

 两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用


2.2.4   对熔融指数的影响 


由图 6 可以看出,使用PSP-01催化剂与 CS-2-C催化剂产品熔融指数基本一致。 

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

2.3   产品质量对比 


采用两种催化剂生产的产品质量基本相同(表 3)。

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

2.4   助剂消耗对比 


两种催化剂的三剂使用量对比,PSP-01 的氢气消耗量稍高(表 4)。 

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

2.5   使用两种催化剂的成本对比 


2.5.1   主催化剂 

CS-2-C催化剂价格高,与PSP-01每吨价差11.11万元,但吨产品催化剂单耗下降 1.5 g,每吨成本平均上升1.21 元(表 5)。

两种催化剂在薄壁注塑专用料中的应用

2.5.2   氢气 

CS-2-C 催化剂氢气消耗量比PSP-01催化剂减少0.07 kg/t,按照氢气价格15800 元/t 计算,氢气单耗下降减少成本平均 1.10 元。因此,采用两种催化剂的成本基本相同。 


03   结  论 

(1)两种催化剂的性能接近,催化剂活性及三剂消耗相当,对聚合反应温度、熔融指数的影响基本一致; 


(2)采用PSP-01催化剂生产聚合反应器氢气浓度高,可以保持较高的等规度; 


(3)采用CS-2-C催化剂氢气消耗量减少,氢气浓度低,生产平稳,有利于提高专用料产量。 


(4)采用两种催化剂的成本基本相同。 


总之,PSP-01与CS-2-C两种催化剂在氢调方面均具有较好的使用性,对装置生产高熔体流动速率产品具有较好的适应性能,而且催化活性稳定,有利于稳定装置生产。 



文章来源:聚烯烃人   如侵删
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