聚乙烯生产工艺

聚乙烯的生产工艺

1.1主要原料

乙烯结构式22CH CH 是最简单的烯烃，常压下是略带芳香气味的无色可燃性气体。物理参数如表1所示。

表1 乙烯物理参数

乙烯几乎不溶于水，化学性质活泼。与空气混合能产生爆炸性混合物。是石油化工的基本原料。

乙烯来源于液化天然气、液化石油气、轻柴油、重油或原油等经裂解产生的裂解气中分出；也可由焦炉煤气分出；还可由乙醇脱水制得。

1.2高压聚合生产工艺

乙烯高压聚合是以微量氧或有机过氧化物为引发剂，将乙烯压缩至147.1~245.2MPa 高压下，在150~290℃的条件下，乙烯经自由基聚合反应转变成为聚乙烯的聚合方法。也是工业上采用自由基型气相本体聚合的最典型方法，海事工业上生产聚乙烯的第一种方法，至今仍然是生产低密度聚乙烯的主要生产方法。

1.3聚合原理

乙烯在高压下按自由基聚合反应机理进行聚合。由于反应温度高，容易发生向大分子链转移反应，产物为带有较多长支链和短支链的线型大分子。经测试，大分子链中平均1000个碳原子的支链上带有20~30个支里链。同时由于支链较多，造成高压聚乙烯的产物结晶度低，密度小，故高压依稀称为低密度聚乙烯。

条件与过程描述：纯度99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下，在压力0.1-0.5MPa 和温度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE 的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，经干燥、造粒得到产品。

1.4主要工艺条件

1.4.1乙烯纯度

聚合级乙烯气体的规格要求，纯度不低于99.9％乙烯的露点不大于223K ，其它杂质含量如表2所示。

表2 聚合级乙烯气体的规格要求

纯度低，聚合缓慢，杂质多，产物相对分子量低。其中特别严格控制对乙烯聚合有害的乙炔和一氧化碳的含量，因为这两种物质参加反应后，会降低产物的抗氧化能力，影响产物的介电性能等。

1.4.2引发剂

以氧为引发剂时，用量必须严格控制在乙烯量的0.003％~0.007％之内，防止气体在高压下发生爆炸。以有机过氧化物为引发剂时，将有机过氧化物溶解于液体石蜡中，配置成1％~25％的引发剂溶液。

1.4.3相对分子质量调节剂

工业生产中为了控制聚乙烯的相对分子质量（或熔融指数），适当加入调节剂（如烷烃中的乙烷、丙烷、丁烷、己烷环己烷；烯烃中的丙烯、异丁烯；氢；丙酮和丙醛等），最常用的是丙烯、丙烷、乙烷。

其纯度要求为：丙烯>99.0％（体积）；丙烷纯度>97％（体积）；乙烷纯度>95％。它们的杂质含量：炔烃<4033/cm m ；S 含量＜0.333/cm m ；氧含量＜0.233/cm m 。

1.4.4聚合温度

取决与引发剂种类。以氧为引发剂温度控制在230℃以上；以有机过氧化物为引发剂时，温度控制在150℃左右。

1.4.5聚合压力

108~245MPa ，高低依据聚乙烯生产牌号确定。压力愈大，产物的相对分子质量愈大。

1.4.6 聚合转化率与产率

聚合转化率为16％～27％即采用低转化率聚合，未转化的乙烯经冷却器冷却后循环使用，总产率高达95％。聚合时进料温度为40℃，乙烯-聚乙烯混合物出料温度160～280℃，大部分反应热由离开反应器的物料带走。反应器夹套冷却只能除去部分热量。

1.4.7聚合产物相对分子质量的测定

低密度聚乙烯树脂的数均相对分子质量控制在10000~50000，重均相对分子质量控制在100000以上。测定方法采用“熔融指数（MI）”法，以熔融指数的大小表示其相应的相对分子质量及流动性。一般生产控制的熔融指数为0.3；0.4；0.；0.7；2.0；2.5；5.0；7.0；20等，相对数均分子质量如表3 。

1.4.8生产方法

HDPE最通常的生产方法是通过淤浆或气相加工法，也有少数用溶液相加工生产。所有这些加工过程都是由乙烯单体、a-烯烃单体、催化剂体系（可能是不止一种化合物）和各种类型的烃类稀释剂参与的放热反应。氢气和一些催化剂用来控制分子量。淤浆反应器一般为搅拌釜或是一种更常用的大型环形反应器，在其中料浆可以循环搅拌。当乙烯和共聚单体（根据需要）和催化剂一接触，就会形成聚乙烯颗粒。除去稀释剂后，聚乙烯颗粒或粉剂的淤浆法。

2.聚合反应设备

现在工业采用的乙烯高压聚合反应器可分为釜式反应器和管式反映器。本设计中采用釜式反应器。其材质为优质合金钢，形状为圆筒形，采用顶伸式搅拌器。

生产中可以单速操作，也可以两釜串联操作。釜内（L/D较大）搅拌轴上

135m的釜式反应器单线生产能力为带有分区挡板，适合于单线操作。容积为3

100000t/a.其最大特点是生产易控，产品多样。聚合釜设备图（见附录）。

3.乙烯高压聚合生产工艺流程

粒被干燥按剂量加入添加剂，就生产乙烯高压聚合生产工艺流程如图1-1

所示。主要过程分为压缩、聚合、分离和掺和4个阶段。

图1-1聚乙烯生产工艺流程图

1-乙烯接收器；2-辅助压缩机；3-一次压缩机；4-低聚物分离器；5-气体混合器6-调节剂注入泵；7-二次压缩机；8-聚合釜；9-引发剂泵；10-产物冷却器；11-高压分离器；12-低压分离器；13-乙烯接收器；14-低聚物液分器；15-齿轮泵；16-切粒机；17-脱水贮槽；18-振动筛；19-旋风分离器；20-磁力分离器；21-缓冲剂；22-中间贮斗；23-掺和器；24-等外品贮槽；25-合格品贮槽

来自总管的压力为 1.18MPa的聚合级乙烯进入接收器（1），与来自辅助压缩机（2）的循环乙烯混合。经一次压缩机（3）29.43MPa在于来自于低聚物分离器（4）的返回乙烯进入混合器（5），由泵（6）注入调节剂丙烯或丙烷。气体物料经二次压缩机（7）加压到113~196.20MPa（具体压力根据聚乙烯的型号确定）然后进入聚合釜（8），同时，由泵（9）连续向反应器内注入微量配置好的引发剂溶液，使乙烯进行高压聚合。出粒料。本设计采用齐格勒催化从聚合釜出来的聚乙烯与未反应的乙烯经反应器底部减压阀进入冷凝器（10），冷却至一定温度后进入高压分离器（11），减压至24.53~29.43MPa；分离出来的大部分未反应的乙烯与低聚物，经低聚物分离器（4），分离出低聚物后，乙