聚丙烯工艺中原料丙烯的净化

马勇

摘要：近年来为满足各个行业需求，我国的聚丙烯生产产量逐年呈现上涨趋势。聚丙烯生产使用丙烯作为原料，主要来源于石油的催化裂化和石油的裂解气，在丙烯的制取过程中，由于石油催化的气体杂质产物存在，导致制取的丙烯含量不纯，会对最终聚丙烯的生产过程造成一定的影响，因此需要在丙烯制取中对原料进行提纯净化处理。本文就对聚丙烯的制取中原料丙烯的净化方法及过程进行探讨，为聚丙烯的工艺发展以及生产效率提高提供参考。

关键词：聚丙烯;丙烯;净化;提纯

一、引言

作为合成树脂之一的聚丙烯是工业发展中所需的重要原料，广泛应用于纤维制品、石油化工、食品、医疗、机械等各个领域。而在聚丙烯的生产过程中，由于丙烯的获取需要从石油裂化中产生，不能排除其他气体的干扰，因此对聚丙烯生产工艺来说，丙烯的净化提纯就是关键一步，在生产工艺中探索净化提纯原料丙烯的措施和途径，最终提高聚丙烯的生产效率。本文将从物理和化学方法分析介绍，旨在促进聚丙烯的生产质量不断提高，为工业领域聚丙烯应用提供经验。

二、聚丙烯生产概述

（一）聚丙烯概述

聚丙烯化学简称PP，是一类无色无毒的固体化学物质，其因为具有优良的热塑性，可以广泛应用于通用塑料和各类化工领域中。其物理性质具有耐热、绝缘、化学和机械性能良好，这些物理化学性质使得聚丙烯能够广泛应用于机械建筑、纤维制品、包装、农林牧渔等产业中，这种产品在多种工业领域中的应用，能够极大地促进行业水平的发展。此外，聚丙烯还具有良好的复合功能，能够在纺织和农林牧渔等产业中广泛应用。

（二）聚丙烯工艺

我国目前对于聚丙烯的需求较大，现今主要采用大型炼油项目和煤制氢项目的聚丙烯装置来生产，淘汰了以往的小型聚丙烯制备技术，我国对聚丙烯的消耗也逐渐上涨，据悉2018年的国内消耗量已达到1232万吨。其生产工艺就是以丙烯为原料，乙烯作为共聚单体原料，通过加聚反应共同制备而成，主要的生产工艺方法可以分为溶剂法、溶液法、液相气相组合法等[1]。

溶剂聚合法是最早采用的聚丙烯生产工艺，其具备拖灰和溶剂等等过程催化剂丙烯单体在惰性溶剂中进行聚合，最终的聚丙烯产物为固体颗粒状态;再通过离心过滤等方法来分离聚丙烯的产物颗粒，最终通过干燥加热等制成产物。这种方法20世纪80年代起逐渐被取代，因为其具有拖灰和溶剂等过程，使得荣誉流程较为复杂，并且对装置的要求较高，使工业生产企业投资较大，不利于自身经济效益的提高。

较为常用的是液相和气相本体方法，液相本体是20世纪50年代后问世的聚丙烯生产工艺，不添加任何溶剂，而是直接将聚丙烯催化剂分散在丙烯之中，丙烯原料中直接发生聚合反应，最终形成细状的颗粒，悬浮在丙烯原料中，再通过干燥等工艺流程形成最终的产物。这种方法是乙烯、丙烯直接在流化床中进行气象液相共聚反应，其流程较为简单，设备投资也较低，因而具备较少的生产成本。该工艺的核心是反应器系统，通过流化床反应器来将聚合物进行反应，通过内部循环排出的粉料产品，直接进行干燥，经过脱气流程制备而成，最终产品整体设备为不锈钢的反应器，能够实现较大产量的聚丙烯和乙烯生产[2]。

而气相本体生产则是不引入液体溶剂，使丙烯单体直接通过气相状态在流化床反应中进行聚合工艺，需要采用高效的催化剂，丙烯能够直接进行加聚反应。这种工艺具有经济的特点，整体步骤较为简单，只利用少的设备就能生产出全范围的聚丙烯产品，且能够实现产物分离，提纯和操作安全稳定，不易出现部分事故的发生，其核心设备是流化床反应器和气体压缩机。使用流化床工艺到聚丙烯生产中，大大提高了聚丙烯的生产质量和纯化效果。

三、聚丙烯工艺中丙烯的净化

聚丙烯生产中会涉及到一定量的附加产物，比如硫化物、二氧化碳、一氧化碳、砷等物质，因此对原料丙烯的提纯过程十分重要，对丙烯原料中其他产物进行脱除，从而提纯原料丙烯。

（一）脱水工艺

聚丙烯生产中，对丙烯的原料水分去除，需要达到要求，满足最终聚合反应的进水含量标准。通常采用吸附的方式进行丙烯原料脱水过程，能够实现较高的干燥度和较好的去除效果，对丙烯的干燥采用干燥剂，具体分为氧化铝和分子筛两种工艺。满足我国大部分生产厂家的产品需求，并且能符合聚合过程的催化剂要求，一般能够达到露点负70摄氏度的温度需求。在吸附过程中，氧化铝和分子筛如果已经达到饱和，那将无法再对丙烯中的水分进行脱除，就需要使用氮气来对吸附剂进行再生，同时在反应过程中会生成氢氧化钠，溶解在水中，随着液体排出，使得吸附过程效率降低，因此应当及时进行氢氧化钠的补充，保证吸附效果。在丙烯的水分脱除工艺中，当原料中硫化氢物质较高时，先要将其进行脱除再进入干燥水解塔中。

（二）脱氧工艺

在丙烯的净化提纯过程中，要对其中的含氧进行脱除，因为氧元素对聚合反应的影响较大，特别是当其体积分数超标时，产品的合格率将会出现明显下降，并且聚合反应中的催化剂，对氧的敏感度较强，活性会受到氧含量的影响，因此针对高效聚合催化剂的条件，应当保证合适的氧含量范围。因此要在丙烯净化中中对氧气进行脱除，现阶段采用的脱氧工艺，主要分为催化法和吸收法。催化法就是加入催化剂对其中氧气进行脱除，主要采用钯催化剂进行，但其在使用条件上通常要求较高，并且反应必须含有氢气的参与，因此成本投资较高，不经常使用在氧气脱除中，因而现阶段采用较多作为吸收式除氧法。而吸收法主要利用镍脱氧剂和锰脱氧剂，与丙烯中的氧元素进行反应，在反应前先将脱氧剂放在合适条件下，用氢气还原脱出其中的微量元素，过程中加入氮气保证反应稳定性，然后通过丙烯产物，将其中的氧量进行脱除。反应前需要保证床层的合适温度，同时注重脱氧剂的纯度，防止氧气漏入，应当在净化工艺前期使用相应的气体方式，将其中气体杂质如氧气和一氧化碳除去[3]。

（三）脱硫工艺

丙烯中的硫元素是具有较强影响的杂质，产生一些诸如二硫化碳的物质，会使聚合反应停止。因此，应当使用高效脱硫工艺，将原料丙烯中的硫分进行脱除。在我国所拥有的聚丙烯装置中，脱硫工艺是重要的丙烯提纯工艺过程，目前需要硫的体积分数有了新的要求，通常工业上采用脱硫剂来脱除丙烯中的硫分，一般采用氧化锌为主的脱硫剂，去除原料中的硫化氢，此为硫元素存在的主要形式。同时，在脱硫过程中加入助推剂来降低反应活化能，提升脱硫剂的接触总面积，可以提高反应速率。

（四）脱砷工艺

砷对丙烯的提纯净化的影响也是不可忽视的，砷元素会给聚合反应带来影响，产生中毒现象，高效催化剂对元素砷的体积分数也有具体的要求。近年来丙烯原料的多样化，使得相关部门对丙烯脱砷有了更多的思考，研发出了多种丙烯脱砷方法，应用较为广泛的是铜脱砷剂，其在床层中利用氮气置换后加入脱砷剂，能够实现对砷元素的净化。这种脱砷工艺既具有较高的反应活性，能够再脱除丙烯中的砷元素和硫元素，具备较高精度，最终同时实现对丙烯精脱硫和提纯的目的，实现聚丙烯净化工艺的基本要求[4]。

通過以上几种丙烯提纯工艺流程，设置相应的净化装置，通常设有以下的几种工艺流程设备：分子筛、干燥台、脱硫塔、脱氧塔、固碱塔等，实现对丙烯生产的精处理。

结论：综上所述，聚丙烯工艺技术在我国不断发展的过程中，要关注其原料丙烯的纯度要求，采用复合型的丙烯原料提纯工艺，净化原料、提高其纯度，降低其杂质含量，最终实现聚丙烯实际生产中的较高质量，不断促进工业领域聚丙烯的应用效果。

参考文献

[1]黄伯琴.合成树脂[M].北京：中国石化出版社，2006.3

[2]宋冠秦.聚丙烯产需快速增长[N].中国化工报，2007—09—21（3）

[3]张毓明.聚丙烯原料净化技术及其工业应用[J].工业催化，2004，12（2）：21.

[4]祁海鹰，何承俭.聚丙烯反应异常情况分析及对策[A].见：全国间歇式液相本体法聚丙烯生产技术交流会论文集[C].北京：全国聚烯烃树脂行业组织秘书处，2004：45.