高压低密度聚乙烯生产工艺技术探究及思考

高压低密度聚乙烯生产工艺技术探究及思考

逄洪庆

大庆石化公司聚烯烃部高压联合装置区

摘要：本文深入剖析了低密度聚乙烯生产的两大核心技术路径：高压管式法与高压釜式法。在这两种生产工艺中，反应器的构造设计、反应条件的精准调控、所得产品的独特性质及其技术特性成为了探讨的核心内容。经过对比分析，我们发现高压管式法因具备连续稳定的生产流程，为规模化生产提供了可靠的支撑。而高压釜式法则以其工艺调整的灵活性，为产品多样化创造了条件。鉴于当前国内低密度聚乙烯产业的发展状况，为了促进产业的持续发展，我们必须加快高端产品的研发步伐，提高进口替代率，从而推动整个产业的升级与转型。

关键词：低密度聚乙烯；生产工艺技术；探究

低密度聚乙烯因其出色的化学稳定性，能够在碱性环境和多种有机溶剂中保持性能稳定，因此在许多领域得到了广泛应用。无论是通过挤出涂覆技术，还是吹塑薄膜、电线电缆的包覆，甚至是注塑和吹塑中空成型，低密度聚乙烯都展现出了其独特的优势。为了提高其反应效率，我们采用了增加反应压力的方法，使乙烯分子在高度压缩的状态下，其密度能够达到0.5 g/cm3，接近于液态的极限压缩状态，从而显著缩短了乙烯分子间的距离。

一、低密度聚乙烯生产工艺

（一）高压管式法低密度聚乙烯生产工艺

管式反应器是一种常见的化学反应设备，其内径通常在25至82毫米之间，长度则介于0.5至1.5千米。这种反应器的一个重要特征是它的长径比，往往超过10,000:1，而外径与内径之比则不小于2毫米。为了有效地控制反应过程中的热量，管式反应器通常会配备水夹套以撤走部分反应热。

1.LyondellBasell LupotechT 工艺

首先，我们采用脉冲反应器技术，通过精准调控反应器末端的减压阀门开度、开启时长及其开关频率，实现操作优化。脉冲操作模式不仅能提升反应器内的混合效果，还能确保反应过程的稳定性，从而提高转化率。此外，它还能有效减少反应器粘壁现象，提高传热系数，使夹套水撤热效果更佳。其次，为了进一步提高反应效率，我们选用过氧化物作为引发剂，并将其分四点注入反应器的不同区域，形成四段独立的反应区。再者，我们利用丙烯和丙醛作为分子量调节剂，通过一次压缩机入口引入，与乙烯一同进入反应器，从而扩大产品的范围。

2.ExxonMobil 管式法工艺

首先，利用平推流管式反应器，其直径沿轴向逐步增大，从而精细调控气体流速和反应器压降。这种设计不仅增强了反应的稳定性，还有效抑制了分解反应的发生，减少了反应器内部结垢的问题，并提升了反应器的传热效率。其次，通过在反应器轴向设置多个引发剂注入点，可以形成4至6个独立的反应区，这不仅提高了转化率，还增强了操作的灵活性，从而拓宽了产品的应用范围。在调节剂的使用上，我们通常选择丙烯来调节熔融指数。而在生产中密度牌号产品时，则会采用丙醛作为调节剂。这些调节剂通过高压隔膜泵注入到二次压缩机入口，随后与乙烯一同进入反应器。采用闭式调温水系统为反应器夹套供水，通过精确控制夹套水的供水温度，不仅提高了传热效率，还缩短了反应器的长度并提高了转化率。

3.CTR 工艺

首先，该反应器采用非脉冲操作方式，保持较低且恒定的操作压力，内部流速高，具有出色的冲刷效果，从而避免了粘壁现象的发生。其次，反应器管径维持恒定，并遵循“单次通过”原则，无需复杂的侧线进料系统，简化了反应器和支架的设计，进而降低了投资成本。此外，该反应器通过夹套冷水冷却，不仅可以实现高效冷却，还能副产蒸汽，提高了能源利用效率。在聚合过程中，采用过氧化物引发剂，显著减少了产品凝胶成分和催化剂残留，对环境友好。同时，低聚物的生成量也较低，简化了循环气的回收流程。最后，稳定的操作条件和聚合过程中无压力波动，确保了产品的高质量。

（二）高压釜式法低密度聚乙烯生产工艺

相较于管式反应器，釜式反应器的反应过程更接近绝热状态。因此，从反应器内部移出的热量并不明显。为了调控反应温度并平衡反应热，我们主要通过多点注入冷乙烯进料来实现。

1.LupotechA 工艺

该釜式反应器设计独特，内置搅拌装置，容积为1.2立方米。反应原料和引发剂采用多点注入，以确保均匀混合。其操作压力范围为210至246 MPa，而最高反应温度则设定为285℃。为了调节反应过程，我们选用了丙烯或丙烷作为调节剂，这些调节剂通过1次压缩机入口加入。此反应器的灵活性极高，可以生产出多种不同牌号的产品，从而满足市场的多样化需求。

2. ExxonMobil釜式法工艺

反应器具备显著的长径比特性，这延长了物料在其中的停留时间，并提升了引发剂的效率。因此，产品分子量分布更加均匀，为生产高质量、类似管式法工艺的薄膜产品提供了有利条件。与ExxonMobil管式法不同的是，我们的调节剂选用异丁烯或正丁烷。这两种物质通过高压隔膜泵加压至25~30 MPa，从2次压缩机的入口注入，与乙烯一同进入反应器，共同参与反应过程。

二、国内低密度聚乙烯产业发展思考

自1965年兰州石化首次引进低密度聚乙烯（LDPE）工业装置以来，国内LDPE产业经历了显著的技术和规模扩张。至2019年，国内的生产能力已攀升至342.5万吨/年。展望未来，仍有众多生产厂商计划新建装置，预示着国内LDPE产能的进一步壮大。尽管产能不断提升，国内大多数企业仍聚焦于大宗通用料的制造，导致市场上中低端产品供过于求，竞争日趋白热化。而高端专用料，如高压电缆料等，却大多依赖进口。针对这一现状，企业可采取措施优化现有生产装置，开发国内市场紧缺的产品牌号。对于新建装置的企业，其产品设计应以市场需求为导向，优先发展市场需求大的产品牌号，推动产品向高端、差异化和功能化方向发展，以满足国内市场需求，提高进口替代率。

三、结束语

高压管式法的反应器设计独特，以管道形式存在，反应条件相对温和，但效率极高。其产品特性表现为分子量分布较窄，适用于生产某些特定用途的聚乙烯产品。而高压釜式法则是在高压釜中进行反应，反应条件更为严格，但能够生产出分子量分布更宽的聚乙烯，使得产品具有更广泛的用途。在选择生产工艺时，我们需要根据产品的预期用途和特性来决定。考虑到国内低密度聚乙烯产业正处于快速发展阶段，我们认为仍有巨大的提升空间。通过不断优化工艺，开发高端牌号及高附加值产品，我们可以进一步减少对外依赖，增强产业竞争力。

参考文献：

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[3]蓟存义.线型低密度聚乙烯生产和工艺技术新进展[J].电子乐园, 2023(10):17-18.