說起高(gao)端聚(ju)丙烯(xi)，不得不提茂金屬聚(ju)丙烯(xi)。由于(yu)具有可溶物(wu)含量低、透(tou)明度高(gao)、光澤度高(gao)等特點，其(qi)被(bei)廣泛(fan)應用(yong)于(yu)纖維、高(gao)端包裝、醫療器械、高(gao)端車用(yong)材料(liao)等領域，是聚(ju)丙烯(xi)產業轉型的重要方向。然而(er)，目前國內大多數(shu)企業尚不具備茂金屬聚(ju)丙烯(xi)的生產能力。

茂金(jin)屬(shu)聚(ju)丙(bing)烯(xi)生產的最大掣肘在哪兒?答案是(shi)：催化劑。

與茂金(jin)屬(shu)聚(ju)丙烯(xi)產(chan)品類(lei)似，國(guo)內相關催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的生產(chan)此(ci)前也一(yi)直(zhi)依賴進(jin)口。令人(ren)欣(xin)慰的是，近年來我國(guo)在這(zhe)一(yi)領域實現了突破——由中石化(hua)(hua)(hua)(hua)(北京)化(hua)(hua)(hua)(hua)工研究院有限(xian)公司(以下簡稱北化(hua)(hua)(hua)(hua)院)自(zi)主開(kai)發的茂金(jin)屬(shu)聚(ju)丙烯(xi)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑已完(wan)成(cheng)工業應用試驗，生產(chan)出(chu)性(xing)能優異的均聚(ju)和無規共聚(ju)茂金(jin)屬(shu)聚(ju)丙烯(xi)樹(shu)脂。這(zhe)一(yi)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑產(chan)品因(yin)此(ci)獲評(ping)中國(guo)石油(you)和化(hua)(hua)(hua)(hua)學工業聯合會2023年度化(hua)(hua)(hua)(hua)工新材料創新產(chan)品。

近(jin)日，《中(zhong)國化工報(bao)》記者采訪了北化院聚(ju)乙烯(xi)研(yan)究所的范國強博士，聽他(ta)聊(liao)一聊(liao)研(yan)發茂金屬聚(ju)丙(bing)烯(xi)催化劑的那些事兒。

解(jie)決(jue)結塊(kuai)和堵塞問題——國內(nei)首(shou)次用(yong)于連續聚丙烯裝(zhuang)置

茂金(jin)屬聚丙烯催(cui)化劑的研發為什么難?

“茂金屬聚(ju)(ju)丙(bing)烯的(de)熔點(dian)比傳(chuan)統聚(ju)(ju)丙(bing)烯要低(di)，聚(ju)(ju)合過(guo)程中(zhong)很容(rong)易(yi)發(fa)(fa)生(sheng)結塊(kuai)或堵(du)塞，成為影(ying)響(xiang)裝置(zhi)連續運行(xing)的(de)‘攔路虎’。因此，茂金屬聚(ju)(ju)丙(bing)烯的(de)生(sheng)產(chan)對催(cui)化(hua)劑性能要求很高。”范國強介紹說，“在(zai)我(wo)們的(de)催(cui)化(hua)劑開發(fa)(fa)成功之前，國內有幾家企業使用進(jin)(jin)口(kou)催(cui)化(hua)劑試生(sheng)產(chan)茂金屬聚(ju)(ju)丙(bing)烯，也有部分研究機構開發(fa)(fa)的(de)催(cui)化(hua)劑在(zai)間歇(xie)本(ben)體聚(ju)(ju)丙(bing)烯裝置(zhi)上進(jin)(jin)行(xing)過(guo)工業試驗。但進(jin)(jin)口(kou)催(cui)化(hua)劑在(zai)連續聚(ju)(ju)丙(bing)烯裝置(zhi)上的(de)應用效果并(bing)不理想，存在(zai)聚(ju)(ju)合過(guo)程中(zhong)易(yi)結塊(kuai)、堵(du)塞，以及生(sheng)產(chan)的(de)聚(ju)(ju)丙(bing)烯顆粒不均(jun)勻、細(xi)粉含量(liang)高等問題。”

據(ju)了解(jie)，該催化(hua)劑是(shi)國內(nei)首(shou)個成(cheng)功(gong)應用(yong)于連續聚丙(bing)烯生(sheng)產裝置(zhi)的茂金屬催化(hua)劑，使(shi)中國石化(hua)成(cheng)為國內(nei)首(shou)家具(ju)有催化(hua)劑制備、生(sheng)產工藝及新產品開(kai)發全(quan)流程茂金屬聚丙(bing)烯自主(zhu)技(ji)術的企業。

“據我們了(le)解，該催化劑的技術水平同國(guo)際(ji)水平相當，主要體現在催化劑的形(xing)態和工藝適應性上。良好的形(xing)態避免了(le)聚合(he)反(fan)應過(guo)程(cheng)中結塊和堵塞，生產(chan)(chan)的聚合(he)物細(xi)粉含量低，也有(you)利(li)于(yu)生產(chan)(chan)過(guo)程(cheng)的平穩進行。”范(fan)國(guo)強說。

獨特的負載與活(huo)化工藝——促進國內(nei)聚丙烯產品(pin)高(gao)端化

那么，這種(zhong)茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯催化(hua)(hua)劑(ji)是如何解決結塊和堵塞(sai)問(wen)題的?范(fan)國(guo)(guo)(guo)強(qiang)告訴記者，主要是采用了獨(du)特的負載技(ji)術(shu)與活(huo)化(hua)(hua)工藝。他們通過自主開發(fa)的茂(mao)金(jin)屬(shu)負載工藝技(ji)術(shu)，解決了催化(hua)(hua)劑(ji)結構設(she)計、制(zhi)備工藝、催化(hua)(hua)活(huo)性優化(hua)(hua)、工業應用適配(pei)等難題，獲得(de)多項中(zhong)國(guo)(guo)(guo)發(fa)明專(zhuan)(zhuan)利授權，制(zhi)備技(ji)術(shu)也通過了中(zhong)國(guo)(guo)(guo)石(shi)化(hua)(hua)的專(zhuan)(zhuan)有技(ji)術(shu)認定。

“在(zai)(zai)(zai)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)研發(fa)過(guo)(guo)程中(zhong)，我們要(yao)把(ba)起到(dao)催(cui)(cui)化(hua)(hua)作用的(de)(de)分子(zi)吸附到(dao)顆粒(li)狀的(de)(de)載(zai)體(ti)上。這個過(guo)(guo)程不純粹是化(hua)(hua)學鍵的(de)(de)結(jie)合，還(huan)(huan)有一定的(de)(de)物理吸附作用。與傳統催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)相比(bi)，它面(mian)臨的(de)(de)技術難(nan)題(ti)是：如果吸附得(de)不那么牢，在(zai)(zai)(zai)生產過(guo)(guo)程中(zhong)聚(ju)合物會(hui)掉下來(lai)，導致產生細(xi)粉(fen)或結(jie)塊；如果形(xing)狀不好(hao)，顆粒(li)之間會(hui)粘在(zai)(zai)(zai)一起，也會(hui)導致生產過(guo)(guo)程中(zhong)出現結(jie)塊。”范國強表示(shi)，在(zai)(zai)(zai)后期的(de)(de)負(fu)載(zai)工藝(yi)上，他們找到(dao)了比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)(de)工藝(yi)條件，讓活性中(zhong)心能(neng)牢固地(di)吸附在(zai)(zai)(zai)載(zai)體(ti)上；還(huan)(huan)通過(guo)(guo)控制(zhi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)形(xing)態，在(zai)(zai)(zai)適應(ying)現有聚(ju)合反應(ying)溫度等方面(mian)作出調(diao)整。這樣開發(fa)出來(lai)的(de)(de)茂金屬聚(ju)丙烯催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)形(xing)態好(hao)，能(neng)避免聚(ju)合反應(ying)過(guo)(guo)程中(zhong)結(jie)塊堵塞、聚(ju)合物細(xi)粉(fen)含量低的(de)(de)問(wen)題(ti)。

此外，茂金屬聚丙烯催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)中心對雜(za)質(zhi)更為(wei)敏(min)感(gan)，面(mian)臨失活(huo)難題(ti)。在催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)制備過(guo)程中，他們(men)從原(yuan)料(liao)處理、催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)活(huo)化(hua)(hua)(hua)等(deng)方(fang)面(mian)作出(chu)技術創新，提高了(le)活(huo)性(xing)(xing)中心對雜(za)質(zhi)的(de)(de)耐(nai)受(shou)性(xing)(xing)，保證了(le)活(huo)性(xing)(xing)中心的(de)(de)穩定(ding)。

“我們通過改造催化劑(ji)加入系統和(he)(he)加氫控(kong)制系統，同時(shi)根據茂金屬(shu)催化劑(ji)的(de)性(xing)能特(te)點優化生產(chan)工藝參數，使環(huan)管聚(ju)丙(bing)(bing)烯裝(zhuang)置具(ju)備茂金屬(shu)聚(ju)丙(bing)(bing)烯生產(chan)條件，結合該催化劑(ji)形態好、氫調敏感的(de)特(te)點，開(kai)發了系列(lie)茂金屬(shu)聚(ju)丙(bing)(bing)烯產(chan)品。其中，mPPH-M110和(he)(he)mPPH-M150這兩(liang)款產(chan)品為(wei)國(guo)內首次生產(chan)。”范國(guo)強表示，該催化劑(ji)解決(jue)了國(guo)產(chan)茂金屬(shu)聚(ju)丙(bing)(bing)烯催化劑(ji)在環(huan)管聚(ju)丙(bing)(bing)烯裝(zhuang)置上的(de)應用問題(ti)，促進了國(guo)內聚(ju)丙(bing)(bing)烯產(chan)品高端化。

產生較好經濟效益——將帶動相關(guan)產(chan)業國產(chan)化進程

記者了(le)解到，從2012年(nian)研發立項(xiang)到2022年(nian)研發成(cheng)功(gong)，國產茂金屬聚丙(bing)烯催化劑的(de)面世(shi)用了(le)整整10年(nian)時(shi)間。漫長的(de)10年(nian)研發之后(hou)，相(xiang)關推廣應用正在鋪開。

據范國強介紹，目前該(gai)催(cui)化劑(ji)已實現中試規模(mo)(mo)生產(chan)(chan)，正在(zai)建設(she)工(gong)業(ye)生產(chan)(chan)裝置(zhi)，預計今年下(xia)半年可(ke)實現工(gong)業(ye)規模(mo)(mo)生產(chan)(chan)。該(gai)催(cui)化劑(ji)在(zai)揚(yang)子石(shi)化、中原石(shi)化已成功應用，還有幾家企業(ye)有意向試用。在(zai)經(jing)濟效益(yi)上，中原石(shi)化開(kai)發的茂金(jin)屬(shu)聚(ju)丙烯(xi)產(chan)(chan)品，每(mei)噸售價(jia)要比通用料高2000元(yuan)左右。在(zai)聚(ju)丙烯(xi)裝置(zhi)開(kai)工(gong)率低、市場低迷的當(dang)下(xia)，這樣(yang)的價(jia)格很難得。

除了經濟效益，范(fan)國強更期(qi)待的(de)是能帶動相(xiang)關產業(ye)的(de)國產化進程。

“目前國內茂金(jin)屬聚丙烯(xi)(xi)(xi)絕(jue)大部分依賴(lai)進口，國內企業(ye)由于(yu)擔(dan)心(xin)供(gong)應穩(wen)(wen)定性(xing)，不愿擴(kuo)大用量。該催化(hua)劑研發成(cheng)功后，有望(wang)解(jie)決(jue)茂金(jin)屬聚丙烯(xi)(xi)(xi)的國產化(hua)穩(wen)(wen)定生產問題，消除下(xia)游(you)客(ke)戶的顧慮(lv)，也將有力促進茂金(jin)屬聚丙烯(xi)(xi)(xi)的下(xia)游(you)應用。”范國強說。

據了(le)解(jie)，下(xia)游應用(yong)場(chang)景如汽車部件、高(gao)端(duan)包裝等，對聚丙(bing)烯(xi)樹脂的氣味、可揮發性有(you)機物(VOCs)含(han)量要求比(bi)較嚴格(ge)，茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)可以很好地(di)滿足要求。此外，茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)鏈結構的特點使其收縮率較低，且更(geng)為均(jun)勻，更(geng)適(shi)合(he)生(sheng)產(chan)(chan)薄壁產(chan)(chan)品。用(yong)其生(sheng)產(chan)(chan)的無紡布(bu)，強(qiang)度和斷(duan)裂(lie)伸長都顯著提高(gao)；制備的流延膜霧度更(geng)低，透明性更(geng)好。

“目前，國(guo)內茂金(jin)屬(shu)聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)年使用(yong)(yong)量在10萬噸左右，車用(yong)(yong)領域(yu)占較大(da)比(bi)例，且仍處于增長階段。該催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)已成功開發了用(yong)(yong)于汽車部件的(de)茂金(jin)屬(shu)聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)產(chan)(chan)品(pin)，隨(sui)著產(chan)(chan)品(pin)的(de)國(guo)產(chan)(chan)化(hua)(hua)(hua)(hua)穩定供應(ying)，下游樹脂(zhi)應(ying)用(yong)(yong)企(qi)業將(jiang)會(hui)逐步(bu)(bu)擴(kuo)大(da)使用(yong)(yong)規模。隨(sui)著催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)需(xu)求(qiu)增加(jia)，催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)制備所需(xu)的(de)載體(ti)、助催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)等上游產(chan)(chan)品(pin)需(xu)求(qiu)也會(hui)相應(ying)增加(jia)，由此也會(hui)帶動相關(guan)產(chan)(chan)業加(jia)快國(guo)產(chan)(chan)化(hua)(hua)(hua)(hua)進(jin)(jin)程。”范國(guo)強(qiang)表示，他們(men)正在研發下一(yi)代催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)，以進(jin)(jin)一(yi)步(bu)(bu)優化(hua)(hua)(hua)(hua)提升催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)性能、降低聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)生產(chan)(chan)成本(ben)、提高(gao)聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)產(chan)(chan)品(pin)市場競爭力(li)。此外(wai)，他們(men)還將(jiang)考慮拓展茂金(jin)屬(shu)聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)的(de)產(chan)(chan)品(pin)范圍(wei)，開發更多的(de)無規共聚(ju)(ju)產(chan)(chan)品(pin)，用(yong)(yong)于醫用(yong)(yong)包(bao)裝、透明容(rong)器等領域(yu)。同時，適用(yong)(yong)于氣相聚(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)生產(chan)(chan)工藝催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)工業化(hua)(hua)(hua)(hua)應(ying)用(yong)(yong)也在推進(jin)(jin)之(zhi)中。

轉載(zai)自：化工(gong)好料(liao)到(dao)

來源：中國化工(gong)報