高压低密度聚乙烯生产技术现状及产业发展探索

高压低密度聚乙烯生产技术现状及产业发展探索

于江

大庆石化公司塑料厂低压聚乙烯车间

文摘： 高压低密度聚乙烯因其优异的耐低温性能，化学稳定性，电绝缘性能和加工性能而备受关注。文章阐述了高压管式法和高压釜式法两种生产工艺，并重点对反应器结构、反应条件、产品特性和技术特征进行了详细的剖析和论述。在此基础上，还与我国的低密度聚乙烯行业相联系，并提出一些自己的想法，并指出要加速开发高端牌号产品、提高进口替代率，这对于提高我国的产品生产与开发，有着非常重要的作用。

关键词： 低密度聚乙烯；生产工艺；技术特征；工业发展

1.工艺简介

低密度聚乙烯（LDPE）是以聚合级乙烯为聚合单体，过氧化物作引发剂，用高分子量的乙二醇作聚酯，用游离基聚合法合成的热塑性树脂（LDPE)，它是目前最轻质的聚烯烃聚合物。具有良好的柔软性，延展性，电绝缘性，透明性，易于加工，并有较高的透气性能。它的化学稳定性能好，耐碱性，耐一般有机溶剂，适用范围更广，可用于挤出覆盖，吹塑薄膜，电线电缆涂布，注塑和吹塑成型。因为引发剂中所形成的自由基团具有很短的生命周期，所以可以在很大程度上将乙烯进行高气压的挤压，从而使其密度增大到接近无法被挤压的液态，从而减小了乙烯的分子间距，从而增大了自由基团或者是活性生长链与乙烯的撞击概率，从而实现了一种叫做低压的聚乙烯的自由基聚合。LDPE的生产包括乙烯二次压缩、注入引发剂及调节剂，聚合反应，高低压分离回收系统，挤出造粒及后处理系统等。按其类型，可将其划分为两类：一是高压管式工艺，二是高压釜式工艺。两种方法都有各自的优点，其中，管式反应炉具有较大的耐高压性，工艺简单易于维修，具有较大的优势。釜式反应器因其构造复杂，安装和维护难度大，且因其有限的反应退热而导致其容积一般都很小。通常，大型工厂多使用管道工艺，而生产高增值的如特级品牌 EVA，多使用釜式工艺。根据各工序的特性，釜式工艺产物具有更多的支链分布，更好的抗冲性能，适合用于涂料的挤压成型。而管式工艺的产品产具有较宽的分子量分布，较少的支链，良好的光学性能，适合制成薄膜。

1.1高压管道制取 LDPE的技术

到目前为止，各类管式法过程的基本流程都是大致一样的，因为使用了不同的反应器进料点，使用了不同的分子量调节剂、引发剂和它们的注入部位，还有不同的辅剂注入方式、产品处理、返回乙烯的量和送出的部位，这就构成了具有多种特征的过程。现在比较成熟的是 LyondellBasell公司的 Lupotech T工艺、 ExxonMobil公司的管式法工艺以及 DSM公司的 CTR工艺等。

LyondellBasell LupotechT技术特征

(1)利用脉动式反应装置，对反应装置的端部压力阀的开度、开阀的持续时间和频率进行了有效的调控，从而达到了反应装置的要求。在此基础上，采用脉冲式运行，可增强反应器中的搅拌作用，降低了反应器中的壁面粘性，增加了换热系数，改善了夹套式的吸热量，提高了反应的稳定性和转化效率。(2)用过氧化氢作引发剂，在反应器的各个部位按4次顺序喷入，构成4级的反应区；(3)用丙烯和丙醛作为分子质量改性剂，从一次式压气机进口加入，与乙烯一起加入，具有较大的产物变化幅度；(4)利用该高压循环气体系统，可以按程序进行自动清洁、溶化和脱蜡作业，从而降低了人误操作对正常的生产作业的干扰；(5)设立一个加热器，以减少冷却用水的消耗量，并将聚合机和高压循环机的热进行回收，供其他设备使用。

ExxonMobil 管式工艺技术特征

(1)为了使气流速度和压力损失得到最好的控制，使用了径向推力管道，并使反应在轴线方向上的孔径逐渐增大。促进了反应的稳定、降低了反应速率、降低了反应器内的污染、改善了反应器的换热效果；(2)在反应器的轴线方向上，采用多个不同的位置进行引发剂的喷射，可以在反应器中产生4至6个不同的区域，从而增加了转化效率和控制的弹性，使产物的变化幅度更大；(3)通常以丙酮为改性剂，调节熔融指数，改性剂由压力隔板泵送到2级压气机进口，然后与乙烯一起加入到反应釜中；(4)在反应器的夹套中，利用封闭的调节热水向反应器中的夹套供应水来除去反应的热量，并对其进行了最佳的供应水的温度，从而提高了换热的效果，从而减少了反应器的长度，提高了转化率；(5)从高压高热流体中的气体中，从高压高热流体中的回收和使用的能源。

1.2高压釜式工艺生产低密度聚乙烯技术

高压釜式技术使用的是一种具有搅动功能的釜式反应器，与管式反应器相比，该技术具有较大的局限性，其反应本质上是一个绝热的反应，没有显著的热量外泄，其关键是利用多个位置的低温注射来实现对反应的调控和对反应的均衡。本实用新型采用电动搅拌装置，可在反应罐中实现充分的搅拌，并可防止产生部分“热点”现象。该方法使用的是一种新型的引发剂为有机过氧化物，它可以通过在反应器中的轴线方向上进行多个点的注入，从而在各个反应区域内产生了多个反应区域，各区域之间没有任何的回流现象，生产的产品范围宽，操作简易，可生产高含量共聚产品EVA。

LupotechA工艺生产低密度聚乙烯技术

LupotechA方法使用的是带有搅拌的釜式反应器，反应釜体积为1.2m3，将原材料和引发剂通过多个不同的方式，以210~246 MPa的形式，进行的反应，其最大的反应温度是285摄氏度，调节剂是丙烯或丙烷，通过次压缩机进口进行添加，这样就可以生产出各种品牌的 LDPE/EVA。Lupotech A法不但可以制得具有更多的分子量分布的薄膜产品，还可以生产更好的抗冲击性的挤压涂层用胶。采用高级过程控制器（APC）可实现对 LDPE/EVA产物的熔融指数及密度的有效调控，并可获得均一的优质品。

ExxonMobil釜式法工艺生产低密度聚乙烯技术

釜式聚合技术将使用自主研发的1.5立方米多区釜反应设备，该反应装置深宽比更大、持续时间更长、聚合效果更好、产物分子量分布范围更小，有望获得与管式聚合技术相似的高品质膜。改性剂为埃克森莫比尔管式改性剂，它是以异丁烯或正丁烷为原料，经两段式压气机进口加压到25-30 MPa，并与乙烯一同加入到反应装置中。该反应室具有很大的反应压强，最大反应压强可达200 MPa，可以得到具有很好性能的 LDPE均聚物，同时还可以得到高质量的 EVA共聚物。

2我国低密度聚乙烯工业发展的创新技术

我国 LDPE的装置在规模上、在技术上都有了很大的发展，随着越来越多的厂家开始建设新的设备，我国 LDPE的生产能力将会继续提高。但是因为目前，我国的中低端产品具有很大的生产能力，并且存在着很强的同质性，从而造成了我国的市场上存在着越来越多的高质量的商品。制造企业可以对已有的生产装置展开技术优化改造，对其进行了一些在国内非常稀缺的产品的牌号，或者是对其进行了一些局部改造，新增一些辅助设备，来扩大与其相匹配的乙烯—乙酸乙烯酯类共聚物（EVA等）和乙烯—丙烯酸酯类共聚物（EAA、 EMA等）等高端产品的生产，从而可以对装置的产品品种和牌号进行进一步的充实，同时还可以将其运用范围扩大，从而提升其竞争力。在新的设备的制造公司中，应该将市场需求作为其发展的方向，将其作为重点，重点关注那些需求量比较大的产品，并将其向高端化、差异化和功能化方向发展，以此来填补我国的空缺，提升进口的替代比例。

3结论

本文介绍了两种生产工艺的阐述，依据所需制造的品种和特点，确定制造工艺，说明了反应器结构，反应条件，产品特征及技术要点。根据我国 LDPE工业的产品种类及工艺情况来看，LDPE工业还有很大的发展潜力，可以大力发展高断品种和高增值产品，降低对国外进口的依赖性。