LDPE生產(chǎn)工藝簡析

翟金慶

摘? 要：文中簡單的介紹了大慶石化公司塑料廠LDPE裝置的特點(diǎn) 生產(chǎn)工藝原理 流程及影響生產(chǎn)過程的因素。

關(guān)鍵詞：LDPE;特點(diǎn);原理;流程;影響因素

大慶石化公司塑料廠LDPE裝置采用德國Basell公司LUPOTECHT○R管式法反應(yīng)器專利技術(shù)，由意大利TECNIMONT公司承建，以乙烯為主要原料，醋酸乙烯（VA）為共聚單體，以過氧化物為引發(fā)劑，丙烯和丙醛為分子量調(diào)節(jié)劑，該技術(shù)采用乙烯單點(diǎn)進(jìn)料，過氧化物由四點(diǎn)注入脈沖式反應(yīng)器。整個(gè)裝置由原料貯存 壓縮 聚合 擠壓造粒 熱水 高低壓循環(huán)氣處理 產(chǎn)品混合 包裝及儲存等單元組成。

一裝置特點(diǎn)

1.1產(chǎn)品范圍寬，應(yīng)用范圍廣

1.2產(chǎn)品牌號切換時(shí)間短，過渡料少

1.3原料消耗低，副產(chǎn)品少，利用反應(yīng)熱負(fù)產(chǎn)蒸汽，公用工程消耗少

1.4高壓循環(huán)氣系統(tǒng)帶有自清洗 脫蠟系統(tǒng)

1.5單程轉(zhuǎn)化率：35%

二工藝原理

聚合單體（乙烯 醋酸乙烯）在超高壓，高溫度條件下，在引發(fā)劑過氧化物的作用下，發(fā)生游離基聚合反應(yīng)，由于聚合反應(yīng)是在管式反應(yīng)器中進(jìn)行的，因此，該聚合反應(yīng)成為高壓管式反應(yīng)。整個(gè)反應(yīng)過程要經(jīng)歷鏈引發(fā) 鏈增長 鏈轉(zhuǎn)移 鏈終止4個(gè)過程。

三工藝流程

3.1壓縮單元

界區(qū)來的新鮮乙烯經(jīng)壓力控制閥進(jìn)入LDPE裝置，經(jīng)新鮮乙烯加熱器后進(jìn)入一次壓縮機(jī)吸入側(cè)第三段。乙烯加熱器用于寒冷季節(jié)時(shí)對新鮮乙烯在溫度控制下，用蒸汽加熱。

3.2聚合單元

工藝氣體經(jīng)二次壓縮機(jī)壓縮和反應(yīng)器預(yù)熱器加熱后達(dá)到了聚合反應(yīng)條件，在反應(yīng)器的四個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成聚乙烯。通過采用不同的過氧化物溶液，在反應(yīng)器每個(gè)區(qū)域的起始處引發(fā)聚合反應(yīng)。生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量根據(jù)產(chǎn)品的類型的不同而不同。反應(yīng)器類似于一個(gè)套管式換熱器，聚合反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱過程，因此在殼側(cè)用低壓熱水和中壓熱水撤出聚合反應(yīng)熱。

3.3分離單元

從反應(yīng)器排出的乙烯和聚乙烯流體混合物，經(jīng)過通有中壓熱水的反應(yīng)器后冷卻，進(jìn)入高壓產(chǎn)品分離器，在這里熔融的聚合物從高壓循環(huán)乙烯中分離出來。高壓產(chǎn)品分離器中的液位由產(chǎn)品出料閥控制。熔融的聚合物流入低壓產(chǎn)品分離器，分離出乙烯進(jìn)入低壓循環(huán)的乙烯系統(tǒng)，聚合物中殘余的乙烯部分在主擠出機(jī)中脫除，部分在脫氣料倉中脫除。從低壓產(chǎn)品分離器出來的產(chǎn)品直接送入主擠出機(jī)。

3.4高壓循環(huán)氣單元

高壓循環(huán)回路自高壓產(chǎn)品分離器下游開始，高壓循環(huán)氣經(jīng)產(chǎn)品冷卻器用中壓和低壓的熱水進(jìn)行冷卻。未反應(yīng)的乙烯從高分輸送到產(chǎn)品冷卻器，然后去產(chǎn)品分離器，在這里近70～80%的殘留物（蠟液）從氣體中分離出來。經(jīng)過一系列立式高壓循環(huán)氣體冷卻器，乙烯中含有的低分子物（蠟）被全部脫除，純乙烯循環(huán)到二次壓縮機(jī)的入口側(cè)。殘留物質(zhì)和分離出來的蠟，從熱交換器的分離器定期自動排放到蠟排放分離器。

四 影響聚合過程的因素

4.1壓力

壓力對聚合和共聚合反應(yīng)的影響，表現(xiàn)在反應(yīng)劑濃度，介質(zhì)黏度，各單元反應(yīng)速度常數(shù)等方面。當(dāng)乙烯在高壓下聚合或共聚合時(shí)，隨著壓力的增加，反應(yīng)速度和所得產(chǎn)物的分子量也增高。因?yàn)橐蚁┦菤鈶B(tài)單體，所以在聚合反應(yīng)中，壓力是提高其濃度的必要條件。聚合過程中壓力提高，產(chǎn)品的熔融流動指數(shù)降低，而密度增加，在超高壓條件下，乙烯被壓縮為氣密相狀態(tài)，乙烯分子之間的距離大大縮短。實(shí)際上壓力上升即相應(yīng)地增加了乙烯的濃度，增加了游離基與乙烯分子或活性增長鏈與乙烯分子的碰撞機(jī)會，促進(jìn)了鏈增長反應(yīng)，而鏈終止反應(yīng)不受影響，因此平均分子量增加，而熔融流動指數(shù)降低。同時(shí)提高壓力，相應(yīng)地增加了活性增長鏈與乙烯單體碰撞機(jī)會，因而得到較少支鏈的長主鏈;支化度減少，結(jié)晶度高，所以密度增加。

4.2溫度

聚合過程中的溫度升高，產(chǎn)品的熔融流動指數(shù)增加，而密度降低，反應(yīng)溫度升高后，鏈增長速率和鏈傳遞速率都相應(yīng)增加，但由于鏈增長反應(yīng)的活化能為4kcal/g.mol，鏈傳遞反應(yīng)的活化能為15 kcal/g.mol，因此溫度升高后，鏈傳遞反應(yīng)速度較鏈增長反應(yīng)增長的快，所以產(chǎn)品平均分子量降低，熔融流動指數(shù)增加。同時(shí)溫度升高后，鏈傳遞速率加快，造成大分子帶有較多的短支鏈和長支鏈，因而支化度增加，相應(yīng)結(jié)晶度低，產(chǎn)品密度降低。

4.3雜質(zhì)

甲烷和乙烷：甲烷和乙烷的含量高對聚合反應(yīng)并沒有什么害處，但必須注意到它們的效能——這兩種雜質(zhì)起著調(diào)整劑的作用，因此會影響熔融指數(shù)值。可以相應(yīng)地減少調(diào)整劑的進(jìn)料量來彌補(bǔ)，但是，如果甲烷和乙烷的含量再增高，那么就必需進(jìn)行凈化處理了。

乙炔：乙炔有干擾聚合反應(yīng)的作用，它使反應(yīng)變得無規(guī)律并可能促進(jìn)分解。乙炔會與增長著的聚合物游離基起反應(yīng)，結(jié)果使得聚合產(chǎn)物分子量及密度降低。

一氧化碳：一氧化碳也是乙烯中不希望有的一種雜質(zhì)。它能以氣態(tài)形式攙入聚合物從而降低聚合物的介電性能。

二氧化碳：可以認(rèn)為二氧化碳對于聚合反應(yīng)來說近乎是惰性的，但是，含量高時(shí)就會減低反應(yīng)速率 降低分子量并起著阻聚劑的作用。

氫：氫是一種潛在的鏈轉(zhuǎn)移劑。鏈支化的程度將隨著分子量和密度的減少而增加。

水：含水量較高就會急劇地降低反應(yīng)速度，并可能最終導(dǎo)致聚合反應(yīng)速度全面下降。

氮：進(jìn)料中的氮對于游離基聚合來說是一種惰性物質(zhì)。但是，含量高時(shí)就會降低反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。如果惰性物含量超過一定限度，則需進(jìn)行凈化處理。

甲醇和丙酮：雖然這兩種雜質(zhì)都起著鏈轉(zhuǎn)移劑的作用，但它們對聚合反應(yīng)的影響可以忽略。

硫：硫化物（不管是否屬于硫醇類）是眾所周知的最有效的鏈轉(zhuǎn)移劑。所以，硫組分的最微小的量也會造成聚合物分子量的下降。聚合物難聞的氣味也是由硫化物帶來的。

五 結(jié)束語

聚乙烯是由乙烯聚合而成的聚合物，產(chǎn)品發(fā)展至今已有60年左右歷史，以優(yōu)良的力學(xué)性能 加工性能 耐化學(xué)性等成為最主要的聚烯烴塑料品種，大量用于生產(chǎn)薄膜 包裝和管材等。隨著各種改性技術(shù)和復(fù)合技術(shù)的成熟，聚乙烯正在向一些新的應(yīng)用方向發(fā)展。