NG催化剂在Novolen聚丙烯工艺上的应用

蔡卫，王金祥，张文平

（1.中国石油化工股份有限公司催化剂分公司，北京市 100011；

2.中国石油化工股份有限公司催化剂北京奥达分公司，北京市 101111）

NG催化剂在Novolen聚丙烯工艺上的应用

蔡卫1，王金祥2，张文平2

（1.中国石油化工股份有限公司催化剂分公司，北京市 100011；

2.中国石油化工股份有限公司催化剂北京奥达分公司，北京市 101111）

将国产NG催化剂在Novolen聚丙烯生产工艺上进行了工业应用。试验过程中反应釜操作温度和压力稳定，催化剂活性高，反应釜中氢气浓度低，聚合物粒径分布窄，粒径在0.25～2.00 mm的颗粒占99.2%。通过试验数据的对比分析，证明NG催化剂可以应用于Novolen聚丙烯工艺。

聚丙烯 NG催化剂 聚合

Novolen丙烯聚合工艺采用立式反应釜中的气相丙烯聚合技术，最初由BASF公司开发，经重组现归属于CB&I公司。目前，世界上采用Novolen工艺的聚丙烯（PP）生产能力已超过9.0 Gt/a，处于全球第三位，在PP生产领域具有举足轻重的地位和影响力[1]。我国引进Novolen工艺的时间较晚，2008年4月台湾塑胶工业股份有限公司聚丙烯（宁波）有限公司建成了大陆地区第一套450 kt/a的Novolen工艺PP生产装置。随后又陆续投产了地处辽宁、福建和宁夏的3套Novolen工艺PP生产装置，使中国大陆地区采用该工艺的PP装置总生产能力达到1.5 Gt/a。

目前，Novolen工艺PP生产装置一般采用进口系列催化剂作为主催化剂。该催化剂采用氧化硅为载体，可生产高强度的丙烯均聚物和高乙烯含量的乙（烯）-丙（烯）共聚物等产品。但和国产催化剂相比，进口催化剂的活性偏低且价格偏高。为降低生产成本和提高产品性能，实现主催化剂的国产化已成为国内企业的主攻方向。中国石油化工股份有限公司（简称中国石化）催化剂分公司和中国石化北京化工研究院立足于现有国产催化剂生产技术，认真总结NG催化剂在多套气相法PP装置上的应用经验，与用户合作进行了NG催化剂在Novolen工艺PP生产装置上的应用开发，取得了满意的效果[2-6]。

1 NG催化剂和进口催化剂对比

1.1 主要组成及形态对比

Novolen工艺所用的进口催化剂采用了硅胶负载活性钛组分的制备工艺，而国产NG催化剂主要采用MgCl2载体，制备方法的不同决定了两者组成和形态的差异。从表1可以看出：由于应用了氧化硅作为载体，进口催化剂中的镁和酯含量降低，但钛含量与NG催化剂基本接近。由于进口催化剂采用了大颗粒硅胶，平均粒径基本由采用的载体大小控制，所以粒径较大且颗粒分布（Span）也较大。

表1 NG催化剂和进口催化剂的组成及结构对比Tab.1Comparison of composition and structure of the NG and imported catalysts

1.2 催化剂评价

从表2可以看出：在相同聚合条件下，NG催化剂的活性明显高于进口催化剂，两者的聚合物具有较高的等规指数和相近的熔体流动速率（MFR）。从聚合物粒径分布来看，NG催化剂的聚合物主要分布在0.25～2.00 mm，而进口催化剂主要在0.25～2.00 mm和≥2.00 mm中分布，表明进口催化剂粒径偏大且分布较宽。可以说NG催化剂具有更加优良的聚合产物分布。

表2 NG和进口催化剂的聚合性能Tab.2Polymerization performance of the NG and imported catalysts

2 NG催化剂的工业应用

国内某公司400 kt/a的Novolen工艺PP生产装置包含两条生产线，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物等产品。设计生产流程为丙烯、催化剂和H2在反应釜中气相聚合，聚合物脱气后进行挤压造粒。2011年3月24日至4月2日，将国产NG催化剂用于该装置进行第一次工业应用试验，生产的PP产品牌号为1080K。

为确保装置平稳运行，试验前首先降低生产负荷，反应釜的新鲜丙烯进料由25 t/h降至18 t/h；然后逐步提高NG催化剂的加入量，即先采用NG和进口催化剂的混和进料，逐步提高混和催化剂中NG的比例，直至NG按100%加入。试验开始切换催化剂过程中装置运行非常平稳，试验的第二天，就将生产负荷逐步恢复正常；试验的第五天，NG催化剂的进料浓度已达100%，直至试验结束。

2.1 工业装置的平稳性

在整个工业应用试验期间，工业装置的反应器运行平稳，反应器出料系统、粉料仓、脱气仓的下料旋转阀等各主要设备运行正常，未出现管线堵塞、块料卡停设备等影响安全生产的异常现象。从图1可以看出：采用NG催化剂期间（共216 h），反应釜的温度、压力控制平稳，反应釜温度波动基本在±1.0℃，压力波动基本在±0.06 MPa。这说明NG催化剂反应比较平缓，生成的聚合物分散均匀，没有因为反应釜内产生局部热点或聚合物粉料聚集而造成釜内温度、压力的波动，保证了装置的正常生产。

2.2 催化剂的氢调敏感性和活性

试用NG催化剂期间，由于NG催化剂生产的PP产品具有较高的等规指数，使硅烷的加入量逐步降低，为控制聚合物产品的MFR，还需要不断减少H2的加入量。从图2可以看出：在控制产品相同等规指数的情况下，NG的氢调性能优于进口催化剂，因而可以进一步降低装置H2的消耗量，节省原料成本。

待调节稳定和产品合格后根据NG催化剂的实际消耗量和PP产品的产量进行衡算，与进口催化剂相比，NG催化剂的活性提高32.4%。

2.3 聚合产物的粒径分布

从表3看出：相对于进口催化剂生产的PP粉料，NG催化剂生产的PP粉料平均粒径偏小，分布集中，细粉较少，堆密度为0.48 g/mL（进口催化剂为0.39 g/mL），基本与小聚合评价的结果相吻合。因此，NG催化剂更有利于增加反应釜固体含量，提高装置负荷。

2.4 聚合物产品质量

由表4可见：采用NG催化剂生产的PP产品全部合格，可以满足应用要求。

表3 NG催化剂与进口催化剂生产的PP产品的粒径分布Tab.3Particle size distribution of the PP products prepared with the NG and imported catalysts

表4 NG催化剂生产的PP产品指标Tab.4Specifications of the PP product prepared with the NG catalyst

4 结论

a）在采用Novolen工艺的PP装置上使用NG催化剂生产PP，试验期间反应釜温度、压力控制稳定。

b）试验证明，NG催化活性高，H2耗量低，聚合物粒径分布窄，可降低生产成本。

c）NG催化剂可以满足Novolen工艺PP装置的要求,生产的PP产品合格。

[1]洪定一.聚丙烯——原理、工艺与技术[M].北京：中国石化出版社，2002：391-396.

[2]李刚,赵唤群,于建明，等.NG催化剂在气相法聚丙烯装置上的工业应用[J].石油化工，2004,33(3):252-257.

[3]钱长城.BCND催化剂生产BOPP专用料JLT36F[J].石化技术，2007，14（3）：15-17.

[4]刘海涛，马晶，丁春敏，等.1,3-二醇酯为内给电子体的丙烯聚合催化剂[J].石油化工，2006，35(2)：127-131.

[5]段晓芳，夏先知，高明智.聚丙烯催化剂的开发进展和展望[J].石油化工，2010，39(8)：834-843.

[6]秦金来,夏先知,刘月祥，等.DQC催化剂的性能表征及工业应用[J].石油化工，2011,40(6):650-654.

Application of NG catalyst to Novolen polypropylene process

Cai Wei1,Wang Jinxiang2,Zhang Wenping2
(1.Catalyst Company,SINOPEC,Beijing 100011,China;2.Catalyst Company Beijing Auda Division,SINOPEC,Beijing 101111,China)

The domestic NG catalyst was industrially tested in a plant with Novolen polypropylene process. During the course of the industrial test,the polymerization reaction proceeded under the condition of stable operating temperature and pressure,low hydrogen concentration in the reactor and high catalyst′s activity. The polymer so prepared had narrow particle size distribution with 99.2%of its particles in the range of 0.25-2.00 mm.The analyses of the experimental data demonstrate that the NG catalyst can be appropriately used in the plant with Novolen polypropylene process.

polypropylene;NG catalyst;polymerization

TQ 314.24+2

B

1002-1396（2012）04-0048-03

2012-01-31。

2012-04-28。

蔡卫，1966年生，1988年毕业于华南理工大学化学工程系，曾长期从事炼油催化剂生产工艺技术开发，现从事炼油和化工催化剂的技术管理工作。联系电话：（010）69166609；E-mail:caiwei52291@ 21cn.com。

（编辑：刘枫阁）