年产3万吨聚丙烯车间工艺设计

武汉工程大学毕业设计说明书1第一章文献综述1.聚丙烯概述1.1概述聚丙烯是一种结构规整的结晶性聚合物，为白色粒料、无味、无毒、质轻的热塑性树脂。密度0.90~0.91g/cm³,表观密度≥0.38g/cm³。机械性能优良，抗拉伸屈服强度打（≥22MPa），表面硬度大，弹性好，耐磨性能好。耐热性能良好，具有160℃以上的熔点和120℃以上的软化点。化学稳定性好，聚丙烯基本不吸水，与大多数化学药品不发生作用，耐酸碱和有机溶剂。聚丙烯具有良好的绝缘性。聚丙烯缺点是易脆化，低温冲击强度差，但可以用添加剂、共混或共聚等方法来改进。聚丙烯（Polypropylene，PP）是热塑性塑料中发展最快的一种，目前产量规模已经超过聚乙烯和聚氯乙烯。（一）发展过程我国的聚丙烯工业化生产始于1971年，当时兰州化学工业公司从英国维克斯吉玛公司引进5kt/a浆液法聚丙烯装置投产，而后燕山石化公司从日本三井油化公司引进80kt/a浆液法聚丙烯装置和辽阳石油化纤公司从美国阿莫科（Amoco）公司引进35kt/a浆液法聚丙烯装置；80年代引进了日本三井油化公司的Hypol工艺（液相-气相本体法）在扬子石化公司建设140kt/a聚丙烯装置，又引进了意大利海蒙特（Himont）公司的Spheripol工艺（液相-气相本体法）在齐鲁石化公司和上海石化股份公司分别建设70kt/a聚丙烯装置，使国内的聚丙烯生产技术达到比较先进的水平。与此同时，80年代采用国内自行开发的技术和催化剂，利用炼厂催化裂化装置的丙烯建设了一批规模较小的间歇式液相本体法聚丙烯装置；进入90年代国内聚丙烯的发展更快，利用蒸汽裂解装置和炼厂的丙烯建设了20多套聚丙烯装置，其中最大的为燕山石化200kt/a采用阿莫科公司气相本体法工艺，一般的生产能力为70kt/a，使聚丙烯成为我国发展最快的一种合成树脂。到1998年底，武汉工程大学毕业设计说明书2全国共有聚丙烯生产企业50多家，总生产能力已达到2620kt/a，成为我国合成树脂中生产能力最大的一个品种。在这些生产能力中采用Spheripol工艺的约占45%，采用Hypol工艺的约占21%，采用国内自行开发的间歇式液相本体法工艺的约占25%，采用其他工艺的约占9%。目前我国已能自行设计液相-气相本体法（釜式或环管式）聚丙烯装置，开发了能用于上述工艺的催化剂，并向外国转让了聚丙烯催化剂的专利技术。（二）我国聚丙烯生产的主要问题（1）装置规模偏小目前我国聚丙烯装置规模最大的为北京燕山石化公司聚丙烯装置，生产能力200kt/a，一般生产能力在40~70kt/a，相当一部分聚丙烯装置，生产能力只有3~10kt/a。因此除了一些规模较大的聚丙烯装置生产成本稍低外，其余中型的聚丙烯装置由于单位生产能力投资较大，生产成本较高。采用国内的间歇式本体法聚丙烯装置由于投资低，原料丙烯来自炼厂副产，价格低，因此目前尚有一定的竞争能力，但由于产品品种单一，只生产均聚物，质量差，消耗高，且生产的都是粉料，应用上受到一定限制。（2）抗冲共聚产品、专用料等高档产品生产较少由于多种原因，如生产控制要求严格，产品市场开拓难度大，技术开发滞后，因此多数企业生产的都是通用料和大路货，而市场短缺的洗衣机专用料、BOPP薄膜料、汽车专用料等几乎全部依赖进口。（3）产品质量不稳定，售后服务差国内生产的聚丙烯注塑料主要为均聚物，只能用于生产日用品等对性能要求不高的产品。也有部分经过改性的产品用于生产家用电器的部件，但嵌段共聚物的抗冲击性能较差，特别如洗衣机内桶专用树脂，在流动性和抗冲击性能等方面不能满足要求，因此国外聚丙烯就乘虚而入。又如BOPP料，成膜性及熔体强度较差，只能用于生产普通的光膜和部分珠光膜，能用于生产烟膜和电工膜的不多。用于宽幅、高速BOPP生产线的原料都要依赖进口。武汉工程大学毕业设计说明书3此外，国内生产的聚丙烯纤维料不能满足高档无纺布和运动服装的用料要求，主要是灰分和可纺性差。（三）我国聚丙烯的消费状况40年来，以聚合物为基础的丙烯已经成为为用户提供价格优惠、性能优良的树脂家庭中的一员。聚丙烯以其浓度低、拉力强；焊接温度高；刚性和撞击强度平衡好；应力裂缝阻力强；化学抗阻性高；承受温度不变形等特性为用户提供了经济实惠的效用。聚丙烯树脂有三种类型：均聚物，无规共聚物和抗振共聚物。树脂可适应于许多不同的纺丝工艺，如挤压，热成型，注入成型，吹模成型。聚丙烯广泛用于生产绳、索所用的纤维和长丝；地毯背面和发货麻袋打包的包裹等所用机织织物；消耗品如菱形花纹盖布和医用服装所用非机织织物；用于卷烟和食品包装的弹性模；汽车内部装潢，家庭用具，小型器具，洗碟机衬里，冷冻机衬里，箱包和玩具的吹膜部件。聚丙烯树脂不断寻找着适合多种经营市场新的应用，替换成本较高的材料，如ABS、尼龙、热塑高弹体（TPE）等。由于其价格、性能的要求，树脂这个家庭已经很满意其在近20年来产品每年增长近10%的成绩，而且1996年全球产量达22.7百万吨的优异成绩。进入新千年，聚丙烯的前途以其高于GNP增长的速度成长还会是很光明的。亚洲东南部地区和太平洋周边国家具有巨大的增长潜力，因为其人口密集，市场广阔，经济增长迅速，平均收入和消费水平等方面都很有潜力。在亚洲东南部地区（不包括日本）人均聚丙烯的消费大约为1.85kg，而欧洲西部为11.2kg，日本为19.6kg，美国为20.9kg。全球聚丙烯年需求量增长为6%，亚洲南部地区的增长速度更高一些（10%）。在中国，1996年，聚丙烯的需求为220万吨，中国为世界第三大市场，仅次于美国和日本，进口大约44%。中国现有的大多数聚丙烯工厂的生产规模不大，而且主要生产均聚物。今年来，工厂建设规模扩大，均聚物，无规共聚物和抗冲共聚物产量大幅增加。虽然我国聚丙烯工业发展迅速，但仍不能满足国内市场对武汉工程大学毕业设计说明书4聚丙烯的需求。从80年代初开始，我国每年都要进口几十万吨的聚丙烯树脂，到90年代，聚丙烯的进口量以平均每年11.3%的速度增长。1995年我国聚丙烯进口量突破100万吨，1999年达到147.3万吨。预测2005年，聚丙烯生产能力将达到400万吨/年，产量为370万吨，需求量为540万吨，缺口170万吨；到2010年聚丙烯生产能力将达到510万吨/年，产量为480万吨，需求量为670万吨，预计缺口190万吨。我国的聚丙烯的消费以编织袋和捆扎绳为主，注塑、薄膜、纤维等所占比较小，说明我国聚丙烯消费市场还不成熟。预计未来十年中，我国聚丙烯的应用结构将逐渐接近发达国家的水平，用于工业、汽车、家电制品的注塑级聚丙烯将有明显增长，纤维级聚丙烯、BOPP、家用电器专用料、汽车专用料的需求将会有较大的增长，编织袋消费的比例将下降。同时丙纶纤维及无纺布将是我国聚丙烯树脂发展潜力最大的一个市场，并且在医疗卫生材料方面的消费增长将大幅度地增加。80年代以后，世界聚丙烯生产技术的发展有以下特点：（1）本体法Montell的Spheripol工艺和Amoco、UCC的气相法工艺占有优势，生产工艺趋向简化，建设投资及生产成本逐渐降低。（2）茂金属催化剂技术使产品的性能得到显著改进，将会进一步扩大聚丙烯的应用领域。改进的Ziegler-Natta催化剂也使聚丙烯产品的性能得到很大的改进。（3）聚丙烯催化剂的发展已经导致以聚丙烯为基础的工程塑料的发展，如Himont的Catalloy和Hivalloy工艺，通过这些技术生产的聚合物大大拓宽了产品的应用范围。（4）新开发的丙烯/乙烯嵌段共聚PP、高乙烯含量抗冲PP共聚物，高熔体强度热成型PP、超高流动性PP等共聚物改进了聚丙烯的性能，开辟了新的市场，许多高增长率的聚丙烯的应用都要求采用共聚物，共聚物性能比均聚物好并且稳定，共聚物的应用领域正在逐步扩大。（5）聚丙烯改性产品的消耗量正在不断增加，改性可使聚丙烯在很宽的应用范围内适应市场的要求。武汉工程大学毕业设计说明书5（6）近年来我国聚丙烯行业也得到了十分迅猛的发展，而且潜在的市场空间仍十分广阔。随着石化行业的发展，我国的聚丙烯技术必将迅速达到世界领先水平。（四）我国聚丙烯的发展前景随着我国国民经济的快速增长，预计到下世纪初国内聚丙烯的应用结构将向发达国家的应用结构靠拢，即注塑级聚丙烯将有明显增长，纤维级聚丙烯、BOPP、家用电器、汽车等专用料需求会有较大的增长，编织袋应用比例将有所下降。但编织制品仍将是国内聚丙烯消费的第一大领域，其主要用户是粮食、化肥、水泥的包装，其次是糖、盐、蔬菜及其他工业用包装。今后编织制品一方面将向大型、重型化包装袋发展。各种功能性编织袋，如耐高温、耐老化等编织袋的需求也将有一定的发展。注塑制品为聚丙烯的第二大消费领域，主要用于硬包装（如容器、周转箱、托盘、瓶盖等）、消费用品（如厨具、家具、花盆、旅行箱等）、运输（如汽车内装饰、保险杠、蓄电池壳等）、器械及医疗制品（如注射器、工具箱、料盆等），在这些应用中聚丙烯将替代传统材料如木材、玻璃和金属等。薄膜是聚丙烯的第三消费领域，包括BOPP、CPP等，其中BOPP由于其具有防潮、机械强度高、尺寸稳定性好、质轻、无毒、无臭、印刷性能良好而广泛用于印刷、涂布、香烟及食品包装袋、真空镀铝、电容器等方面，预计到2005年仅BOPP的需求量将达到630~660kt。丙纶将是聚丙烯发展潜力最大的品种，除用作服用纤维外，产业用丙纶是最活跃的市场。随着对工程质量的重视，聚丙烯无纺布将在道路、水库、堤坝建设等方面的应用将迅速增加。此外，在医疗及卫生材料方面的消费增长也会变很快。预计到了2005年，丙纶的需求量将达到550~600kt。据初步预测，2000~2005年国内聚丙烯的需求将以年均7%左右的速度增长，到2005年全国聚丙烯的消费量武汉工程大学毕业设计说明书6将达到6000kt左右。根据有关建设计划报道，1999~2000年新增的聚丙烯生产能力有大庆石化总厂100kt/a，荆门石化总厂70kt/a，前郭炼油厂40kt/a，华北化学药剂厂50kt/a，2000年全国聚丙烯生产能力将达到2900kt左右。“十五”期间，根据目前安排，预计可新增的聚丙烯生产能力有扬子石化公司200kt/a，上海石化股份公司200kt/a，广东惠州壳牌项目240kt/a，此外大庆、吉化、茂名等乙烯及几套140kt/a乙烯扩建，预计可新增聚丙烯生产能力约600kt/a，合计新增聚丙烯生产能力1240kt/a。如果这些计划能够顺利实施，则到2005年全国聚丙烯生产能力将达到4100kt/a左右，产量约3700kt，与需求相比，差距很大，自给率仍维持在60%左右。由此可见，“十五”期间必须进一步加快发展我国的石化工业，否则大量进口石化产品不可避免。（五）今后的发展和对策a.我国烯烃聚合技术当前的发展方向应从降低成本和提高产品性能入手。研究简化工艺流程，开发并采用新型催化剂、反应器和新工艺，提高设备利用率，降低功能物耗。同时，要提高现有产品的物理机械性能和加工性能，研究开发新品种、新牌号。b.过去，我国企业引进技术大多采用外商总承包、成套装置引进的方式。据了解，引进相同类型的生产装置，国内工程建设投资往往高于国外，这是由于国外一般只引进软件及自己不能生产的关键设备，由自己的工程公司总承包。建议我国今后引进技术也采用国外的方式，这样既可以降低投资费用20%~25%，同时又能加快提高队伍的技术水平，增强自行开发能力。c.聚烯烃行业应设立和增加风险基金，以加速成果转化和工业推广应用的进程。d.逐步改变以单纯追求数量、增长速度、产值的外延式扩大再生产的思想，转向追求以质量、效益、提高技术和管理水平为主的内涵式的经济增长方式的思想观念。e.由于多年来对科技投入欠债太多，应该有选择地加大对引进技术消化、吸收、开发和创新的投入，保证在设备、条件、人员培养方面有足够的经费，同武汉工程大学毕业设计说明书7时又要强调有所为有所不为，避免力量分散。f.组织产学研合作，科研、设计、生产单位共同攻关。2000年，中国石化决定由上海石化公司、北京石化工程公司和北京化工研究院共同开发具