浆液法高密聚乙烯生产工艺及催化剂研究

浆液法高密聚乙烯生产工艺及催化剂研究

李世卿栾旭张哲豪

抚顺石化烯烃厂高密度聚乙烯车间辽宁抚顺113004

摘要：浆液法是常见的聚乙烯生产工艺，该工艺早期被称为淤浆法，最早用于聚丙烯的生产。在1957年，这种工艺装置就已经出现，随着时间的发展，该工艺在不断的完善和改进，逐渐成为了最主要的聚乙烯生产工艺之一。现代的浆液工艺首先要进行催化剂的制作和准备，在催化剂储罐内，助催化剂与溶剂混合，然后用泵将其打入混合罐内。再次，将固体催化剂配置成浆液，然后将其加入进料罐，再将连续计量加入聚合反应器之中。最后再进行闪蒸、分离等步骤，通过复杂的工艺技术生产高密度的聚乙烯。

关键词：浆液法；高密聚乙烯；生产工艺

浆液法是常见的聚乙烯生产工艺，在使用浆液法进行聚乙烯生产时，一定要注意催化剂的合理选用，确保聚乙烯的生产质量和生产效率。

1现代浆液法工艺

首先是催化剂和助催化剂浆液的制备。固体催化剂储存在催化剂储罐里，助催化剂与溶剂在助催化剂混合罐中混合，用泵打入催化剂浆液混合罐。在此与经称量的一定量固体催化剂配成浆液。配好的催化剂浆液用泵加人催化剂进料罐，然后连续计量加入到聚合反应器中。新鲜聚合级丙烯与丙烯回收压缩机返回的循环丙烯混合，经分子筛干燥器脱除微量水后进入反应器。含有残余乙醇和水的回收溶剂必须通过蒸馏提纯以便循环使用于聚合，因而，采用多个蒸馏塔和分离器来提纯溶剂和乙醇并隔离用于破坏水-乙醇恒沸物的化合物，含有催化剂分解后产生的无机物的废水必须处理后才能排放。

2浆液法高密聚乙烯的生产工艺

高密聚乙烯是非常重要的通用塑料之一，高密聚乙烯的生产成本较低，且来源丰富，不仅如此，它还具有良好的使用性能，是十分受欢迎的一种应用材料。生产高密度聚乙烯的方法有很多，如气相法、浆液法等等。其中，浆液法时非常常见的一种生产方式，这种工艺已经具备成熟的应用技术，能够生产出质量较高的高密度聚乙烯。然而，采用这种方法很容易受到撒热问题的影响。为了解决这问题，环管反应器应运而生，使单线生产能力得到了有效的提升。一些生产厂家采用釜式反应，然后通过浆液外循环的方式来提升单线生产力。不论是釜式反应还是管式反应，它们都是根据聚合反应器对淤浆法的划分来完成的工艺技术。其外，气相法是近几年出现的生产工艺，具有良好的氢调敏感性和共聚性，所以能够生产用途多样的各种产品。它具有无需溶剂、工艺流程简单快捷等特点。但是从生产能力和实用角度来看，浆液法是最好的生产工艺，因为浆液法能够有效推动双峰及多峰聚乙烯技术的生产进步，还能够加工高强度薄膜、吹塑中空容器，且在能源节约和材料来源方面占有很大的优势。不过这种方法具有一个溶剂回收的过程中，是一个流程较多的工艺技术。采用浆液法进行聚乙烯的生产，不仅要在反应器中加入催化剂，还要加入惰性溶剂和氢气，通过这两种物质来控制分子量。如果需要控制聚乙烯密度或者共聚产品，要在第一或者第二反应器中加入丁烯或丙烯。该生产工艺采用的反应器是一种传统的反应器，这种反应器具有夹套和冷却挡板，聚合热通过这两个设备同时结合循环冷却法将热量从反应器中撤出。在反应器出口，聚合物所含有的无规聚合物通常在2%-5%之间。不同工艺手段的反应条件各不相同，在实际生产的过程中要根据实际情况进行分析和调整。未完全反应的丁烯或丙烯气体进行压缩并分离出丙烷丁烷等惰性组分后，重新送入反应器进行循环。

3浆液法高密聚乙烯生产的催化剂

3.1传统催化剂

现阶段生产HDPE的催化剂体系在类型上主要有三种：负载于固体含镁载体上的络合钛化合物、浸渍在二氧化硅或二氧化硅一氧化铝载体上的络合铬化合物、基于单活性位或茂金属的催化剂。从理论上而言，所有类型的工艺都能应用基于铬和钛的催化剂。但是各生产商大多采用在每种生产线中仅仅使用一种类型的催化剂。这个催化剂是把铬氧化物溶液浸渍到载体上面，再通过化学和/或加热来活化。这种催化剂变型多样，是在催化剂制备之前或在制备过程中使铬化合物或其载体发生化学改性，以获得特定分子结构的HDPE。世界上大部分HDPE生产商采用基于钛的催化剂被，也就是把氯化钛载在磨碎的固体氧化镁上，或使有机可溶解的镁化合物与钛化合物反应，再用一种试剂如四氯化硅使之氯化来制造。这类催化剂一般要使用有机铝作为助催化剂。

3.2於浆催化剂

由于淤浆进料催化剂具有很高的活性，催化剂的平均粒径与传统的负载型催化剂平均粒径比较，要小很多。经过研究可知催化剂的平均粒径控制范围大致在15μm左右，可以使催化剂产生比较适宜的活性，可以使气相聚合工艺条件下床层正常操作维持得到满足，这对细粉含量、聚合树脂堆密度的要求越来越高。淤浆进料催化剂属衰减型，活性集中在聚合前期发挥，对于高活性条件下的气相流化床工艺操作非常合适，特别是在超冷凝态、冷凝态工艺方面应用的前景。

3.3茂金属催化剂

茂金属催化剂是由铪、锆、钛的茂金属和铝氧烷助催化剂构成的有规立构催化剂。它能够对分子陛质更精确地控制，使产品设计与特定应用的需要更加适应。茂金属催化剂的成功研制对先进Z—N催化剂的开发产生了积极的促进作用，它生产出的HDPE与茂金属非常相似。

结论

虽然由于催化剂的进展使聚乙烯生产工艺发展成为更加简单的气相法和浆液法工艺，但目前世界上有许多老的浆液法PP装置仍在生产一些高质量的聚乙烯产品，一些厂家对老装置进行技术改造而不是废弃原有装置，使装置继续发挥作用。

参考文献：

[1]陈光岩，徐永田，刘爱民，关峻伟，曹晶磊，吕士瀛，于现建.淤浆法聚乙烯催化剂的评价研究[J].化工科技，2014，01：42-44.

[2]张佳奇.德国basell淤浆法高密度聚乙烯催化剂的制备及其催化性能[J].中国石油和化工标准与质量，2014，06：38.

[3]王涛，林海.高密度聚乙烯工艺技术比较[J].化学工程与装备，2014，02：157-160.

[4]吴世奇.高密度聚乙烯装置降本增效优化措施[J].科技传播，2013，17：123-124+117.