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於浆法聚乙烯生产工艺与催化剂研究

2019/09/10 阅读:

摘要:针对高密度聚乙烯来说,在其生产过程中最常应用的就是於浆法,在利用该方法进行操作时需要多种设备配合使用,以便于对己烷,乙烷及其他溶剂进行有效的分离,并实现循环操作。一般情况下,己烷,乙烷及相关溶剂应该和PE粉料实现良好的分离,应用比较广泛的方法就是多级分离。第一级通过传统於浆加热器进行处理,这样可以保障残余溶剂含量控制在合理范围内。而第二级一般会实施物理干燥,也就是通过闪蒸分离实现干燥。基于此,本文主要以高密度聚乙烯为研究对象,对其采用於浆法的生产工艺及相关催化剂进行系统性的分析和研究,希望可以为我国相关领域提供一些参考意见。

关键词:於浆法;高密度聚乙烯;生产工艺;催化剂

於浆法是在聚乙烯工艺中应用最为广泛的工艺技术之一,最开始的时候多应用于生产聚丙烯。后期,该项工艺得到了较大的发展和完善,为聚乙烯生产做出了重要的贡献。应用於浆法进行操作时需要先做好催化剂的准备工作,将催化剂和需要应用的溶剂有效的融合在储存罐中,然后通过泵成功转移到混合罐当中。完成上述操作后,需要对固体催化剂进行科学合理的配置,使其成为浆液状态,并将其置入进料罐,然后再经过准确计量输送至聚合反应器当中。最后需要进行闪蒸,气固分离从而完成高密度聚乙烯的生产。

1於浆法高密度聚乙烯的生产工艺及催化剂分析

在通用塑料当中,高密度聚乙烯的应用价值较高,并且来源十分广泛且无需耗费较大的生产成本。除了上述一系列优势特征外,高密度聚乙烯还拥有十分强大的使用性能,在业内受到较大的欢迎且应用范围非常广泛。在对高密度聚乙烯进行生产操作时,可以选取的工艺方法比较常见的包括:溶液法、气相法、於浆法等。其中,气相法在高密度聚乙烯的生产操作中发挥着非常关键的作用。该项技艺的发展时间较短,但是同样具有很多优良特性,如:氢调敏感性较强、具有良好的共聚性等。该项技艺可以生产的产品也十分丰富,产品用途非常广泛。在实际操作过程中,应用气相法不需要增添溶剂,也不需要对溶剂进行回收,同时其操作流程十分简单,其粉料可以直接进行干燥、脱气处理。在当前时期,气相法的生产产品一般集中于:通讯电缆、薄膜等方面。而在应用溶液法进行生产时,经过高压聚合反应得到的最终产物,其状态表现为熔融性,这也是该项技艺最重要的特点,可以直接完成造粒。但是在上述提到的三种生产方法之中,於浆法的利用率最高且工艺发展相对而言比较成熟。从生产技艺上看,由于该技术的研发时间比较早,具有较长的发展历史,已经获得了反复的改良和优化,所以其综合性能十分优良,反应压力较低,在生产制作过程中比较容易控制,可以有效的生产出高密度聚乙烯,且聚乙烯分子量分布均匀产品稳定且质量较好。但是利用於浆法进行生产操作时也存在着一定的不足,因为撤热问题的影响导致单线生产能力无法得到进一步的提升,产量较低。为了解决此类问题,环管反应器开始被研发并有效的应用于於浆法当中,这使得单线生产效率和总体质量均得到一定程度的提升。一些利用釜式反应完成生产操作的厂家开始将於浆外循环技术应用于生产工作当中,以便于增强单线的实际生产能力。

与釜式反应相一致,管式反应同样需要按照聚合反应器的差异性来实现对於浆法的有效区分,其产品的用途主要体现在以下几个方面:挤压板材、膜料等。国外很多国家都对於浆法有着广泛的利用,如:日本CX工艺、德国Hostalen等都是比较常见的工艺方法。在实际操作过程中,於浆具有如下特点:高密度聚乙烯的生产期间需要加入适量的有机稀释剂异丁烷,异丁烷作为反应循环溶剂及稀释剂,可以使整个反应过程处于近似於浆的状态,防止了液相法在进行反应时需要加入大量的反应剂,还可以使反应在较好的传质传热可控条件下完成,促进了产物质量的提升。无论是从使用性能还是生产能力进行综合分析,於浆法都是最为优良的生产技艺,这主要是由于该项技艺可以促进单峰、双峰及多峰聚乙烯等操作技术的发展和优化。除此之外,通过於浆法还可以对高强度薄膜进行有效的加工,同时还可以起到节约能源、提供材料利用率的效果。但是在应用此种方法时需要进行溶剂回收,同时操作流程比较复杂。利用该方法实施聚乙烯生产操作,除了需要在反应器中增加一定量的催化剂外,还应该在其中增加H2、惰性溶剂,从而对分子量进行合理的掌控。为了实现对聚乙烯密度的掌控,还需要在反应器中增加适量的C4H8或者C3H6。在进行该项生产操作时,所使用的为传统反应器,该反应器中设置冷却挡板、夹套等装置,聚合热可以从这以上两个装置中和循环冷相结合,从而有效的排出反应器中所含有的热量。另外,在反应器的出口位置,聚合物中会含有一定量的无规聚合物,其具体含量大概在2%~5%。由于工艺技术不同,所以反应条件也具有一定的差异性。在进行实际生产时,需要结合具体情况进行科学合理的分析,并做出相应的调整。没有进行完全反应的C4H8或者C3H6在经过压缩后会分离出C3H8、CH3CH2CH2CH3等惰性组分,然后再次进入反应器中循环。Phillips公司的SL和ADL工艺及Ineos公司的InnoveneS在应用该技术时,需要使用两个反应器及超高活性催化剂,其中一个反应器会生产低分子量成分,从而使HDPE具有良好的加工性。而另一个反应器则生产高分子量,使得HDPE具有一定的机械强度。该工艺以乙烯为主要原料,异丁烷为溶剂,利用高效催化剂进行聚合反应(聚合需要在85~100℃条件下完成)。经过聚合后,於浆分离干燥,混炼造粒得到性能良好的HDPE产品。

2於浆法高密度聚乙烯生产催化剂分析

2.1淤浆催化剂

一般情况下,淤浆催化剂的活性较高,同传统催化剂进行对比分析可以发现,淤浆催化剂的平均粒径比较小。通过对过往研究的分析也可以发现,这种催化剂粒径大概为15µm,在这种情况下的活性比较良好,可以达到气相聚合技术在进行操作时的要求。就对细粉含量等提出了更高的要求。但是淤浆催化剂属于不断衰减型,其活性一般会产生于聚合之前。如果活性条件较好,则气相流化床可以实施有效的操作。这也可以发现,超冷凝态等相关技术的发展前景较好,在未来的发展空间较大。

2.2传统催化剂

现阶段,生产聚乙烯过程中需要应用的催化剂主要包括以下几种类型:含Mg的铬合钛化合物以及载体为SiO2、Al2O3的铬合钛化合物。从理论上进行分析,含有铬合钛的催化剂可以有效的应用于多种工艺技术当中。但是在现实情况中,许多产商所使用的催化剂基本上都属于同种类型。此类催化剂可以实现不同的变型,在实施催化剂制备操作以前,应该通过铬化合物进行有效的化学改性,以便于得到分子结构符合规定要求的高密度聚乙烯。

2.3茂金属催化剂

该催化剂的构成部分主要包括铝氧烷助催化剂以及许多不同的金属,该催化剂的组成具有一定的规律性。利用茂金属催化剂可以十分准确的对分子进行有效的掌控,确保生产产品的质量达到规定标准和要求。针对Z-N催化剂的分析和研发工作而言,茂金属催化剂的成功研发和利用为Z-N催化剂起到了有效的帮助。应用此类催化剂进行聚乙烯的生产,同茂金属的生产具有一定的相似性,同时也是聚乙烯在进行生产操作时应用的比较广泛的催化剂之一,其发展前景十分广阔。

3结语

综上所述,对于聚乙烯生产工作而言,於浆法是应用最为广泛的工艺技术之一。在具体的操作过程中需要注意,通过於浆法实施聚乙烯生产的过程中,必须要结合具体情况进行分析并选取适宜的催化剂,从而保障聚乙烯在进行生产时的效率和总体质量可以达到规定标准。

参考文献:

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作者:朱顺 薛景天 陈帝 单位:中化泉州石化有限公司

於浆法聚乙烯生产工艺与催化剂研究

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