高分子材料聚乙烯原理应用及生产工艺

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导语


聚乙烯是乙烯通过聚合反应而来，它是目前最简单但是应用最为广泛的高分子材料。今天小七就为大家介绍乙烯聚合原理、聚乙烯的生产工艺，和聚乙烯的应用。



图中的颗粒就是聚乙烯，它是如何从气态的乙烯，变为固体颗粒的的呢?这我们就要先从聚合反应说起。


乙烯聚合反应



乙烯在催化剂的作用下，碳碳键断裂并彼此相连，构成聚乙烯链。



聚乙烯链接后结构式






从乙烯聚合反应方程中，我们可以看出来，整个反应共分为四个阶段，分别为:链引发反应、链增长反应、链转移反应、链终止反应。


聚乙烯用途

聚乙烯能干什么?


注塑、吹塑、滚塑、片材、管材、膜。


前文我们说过聚乙烯是最简单但是又是最广泛的化工原料，聚乙烯通过注塑、吹塑等加工方式，可以制得多种多样产品，聚乙烯几乎成为了塑料产品的代名词。既然，聚乙烯的用途如此广泛，那么它是如何生产的呢?


聚乙烯生产工艺


1、聚乙烯生产工艺简介






分为高压法、低压法、中压法三种。高压法用来生产低密度聚乙烯，低压法就其实施方法来说，有淤浆法、溶液法和气相法。淤浆法主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可通过加共聚单体，生产中、低密度聚乙烯，也称为线型低密度聚乙烯。高压法生产LDPE是PE树脂生产中技术最成熟的方法，釜式法和管式法工艺技术均已成熟。


2、常用的9种聚乙烯生产工艺


巴塞尔公司气相法Spherilene工艺


生产线性PE可从很低密度PE(ULDPE)到LLDPE，也可生产HDPE等。采用齐格勒-纳塔型钛基催化剂和Spherilene气相法工艺。在轻质惰性烃类存在下，催化剂和进料先进行本体预聚合，在缓和条件下发生本体聚合。浆液进入第一台气相反应器，采用循环气体回路冷却器散热，再进入二台气相反应器。生产产品密度从ULDPE(小于900kg/m3)到HDPE(大于960 kg/m3)，熔体流动速率(MFR)从0.01-100。因采用二台气相反应器，故可生产双峰级和特种聚合物。Spherilene工艺1992年推向市场以来，现已拥有生产能力180万吨/年。六套生产装置(美国1套、韩国2套、巴西2套、印度1套)己投入运转，另有二套(印度和伊朗各1套)在建设中，单线生产能力可从10万吨/年-30万吨/年。目前，中国没有这类技术的生产装置


北欧化工公司北星(Bastar)工艺


北星PE工艺可生产双峰和单峰LLDPE、MDPE(中密度PE)和HDPE。采用串联的回路、气相低压法反应器。PE密度为918-970kg/m3，熔融指数0.1-100。采用Z-N催化剂或SSC(单活性中心)催化剂。催化剂与丙烷稀释剂混入进入紧凑的预聚合反应器，同时送入共催化剂、乙烯、共聚单体和氢气。预聚合的浆液再进入第二台较大的浆液回路反应器，在超临界条件(75-100℃、5.5-6.5MPa)下操作。可生产双峰级产品。经闪蒸后的聚合物进一步送入流化床气相反应器，无需加入新催化剂，可得到均聚物，气相反应落操作条件为:75-100℃、2.0MPa。


BP公司气相法Innovene工艺


可生产LLDPE和HDPE产品，采用Z-N钛基、铬基或茂金属催化剂。铬催化剂可生产宽分子量分布的产品，齐格勒-纳塔(Z-N)催化剂生产窄分子量分布的产品。床层反应器操作条件缓和，为75-100℃和2.0MPa。可采用丁烯或已烯为共聚单体。己有30套生产线投入运转、设计或建设中。能力范围为5万-35万吨/年。


埃克森美孚公司管式和釜式反应工艺


采用高压自由基工艺生产LDPE均聚物和EVA(乙烯醋酸乙烯)共聚物。采用大规模管式反应器(能力13万-35万吨/年)和搅拌釜式反应器(能力约10万吨/年)。管式反应器操作压力高达300MPa，釜式反应器低于200MPa。高压工艺的优点是缩短停留时间，相同的反应器可从生产均聚物切换至共聚物。均聚物聚合物密度为912-935 kg/m3，熔融指数为0.2-150。醋酸乙烯含量可高达30%。生产每吨聚合物的物耗、能耗为:乙烯1.008吨，电力800kwh，蒸汽0.35t，氮气5m3。


三井化学公司低压浆液法CX工艺


可生产HDPE和MDPE，采用低压浆液法CX工艺。可生产双峰分子量分布的产品。从浆液中分离出来的90%的溶剂，无需作任何处理就可直接循环至反应器。可生产窄或宽分子量分布的产品，密度为930-970 kg/m3，熔融指数0.01-50。生产每吨产品的物耗、能耗为:乙烯和共聚单体1010 kg，电力305 kwh，蒸汽340 kg，冷却水190 t，氮气30 m3。


雪佛龙-菲利浦斯公司双回路反应器LPE工艺


用菲利浦斯石油公司LPE工艺生产线性聚乙烯(LPE)。采用极高活性催化剂在回路反应器和异丁烷浆液中进行聚合。产品熔融指数和分子量分布可由催化剂、操作条件和氢气来调节控制。共聚单体可用丁烯-1、已烯-1、辛烯-1等。高活性催化剂使之无需脱除催化剂，聚合时无石蜡或其他副产物生成，大大减少了对环境的逸散污染。乙烯、异丁烷、共聚单体和催化剂连续进入回路反应器，在低于100℃和约4.0MPa下发生反应，停留时间约1小时。乙烯单程转化率超过97%。生产每吨产品的物耗、能耗为:乙烯1.007吨，催化剂和化学品2~10美元(对于不同产品)，电力350 kwh，蒸汽0.25 t，冷却水185 t，氮气30 m3


Univation技术公司低压气相法Unipol工艺


用低压、气压Unipol PE工艺生产LLDPE-HDPE。采用浆液催化剂和气相、流化床反应器。用常规的和茂金属催化剂无需脱除催化剂步骤。投资和操作费用较低，对环境污染较少。乙烯、共聚单体和催化剂进入流化床反应器，操作条件为约100℃和2.5MPa。产品密度为915-970kg/m3，熔融指数0.1-200。根据催化剂类型可调节窄或宽分子量分布。已有89条生产线投运或建设。单线能力可为4万-45万吨/年。目前国内采用该技术的装置较多，主要为茂名、吉化、扬子、天津、中原、广州、大庆、齐鲁等。


Stamicarbon公司COMPACT工艺


该工艺采用先进的Z-N催化剂利用COMPACT Solution技术生产密度为900-970kg/m3的PE。采用搅拌釜式反应器，聚合温度200℃。氢用于控制聚合物分子量。无需脱除催化剂步骤。生产每吨产品的物耗、能耗为:乙烯和共聚单体1.016t，电力500kwh，蒸汽400kg，冷却水230m3，低压蒸汽(产出)330kg。有5套装置投运，总能力65万吨/年。


Stamicarbon公司高压法工艺


利用高压管式反应器生产LDPE和EVA共聚体。生产每吨产量的物耗、能耗为:乙烯1.005t，电力800 kwh，高压蒸汽230 kg，冷却水120 m3，低压蒸汽(产出)650 kg。1996年起，已有单线能力15万-30万吨/年装置多套投运，总能力超过180万吨/年。


上虞启动先进高分子材料产业平台建设


12月4日，新入选省“万亩千亿”新产业平台培育名单的绍兴上虞先进高分子材料产业平台正式启动。当天，烷烃新材料产业链战略合作项目等9个新材料产业项目和创新项目签约，落户杭州湾上虞经济技术开发区。其中，烷烃新材料产业链战略合作项目是浙江圆金新材料有限公司、浙江龙盛集团股份有限公司、浙江金科双氧水有限公司和浙江瑞亨电子材料有限公司抱团合作的项目，通过产业链上下游合作，做大资源利用这篇大文章。


不久前，绍兴上虞先进高分子材料产业平台成功入选第三批省“万亩千亿”新产业平台培育名单。“第三批‘万亩千亿’新产业平台培育名单中，仅有2个平台的主导产业属于前沿材料领域，上虞就是其中之一，凸显了上虞在全省新材料产业中的重要地位。”省发改委副主任胡奎说。


目前，上虞已集聚新材料规上企业178家，其中上市公司11家。今年1至10月，杭州湾上虞经济技术开发区新材料产业实现产值485亿元，同比增加6.72%。以高分子材料产业链为代表的3条百亿级新材料细分产业链正在加速形成，它们分别是以新和成、中化蓝天为龙头的高分子新材料产业链，以中金格派、美都海创为龙头的锂电池正极材料产业链，以惟精新材料、宏达新材料为龙头的高端金属材料产业链。


为打造先进高分子材料产业平台，杭州湾上虞经济技术开发区加快搭建高能级新材料创新平台，推动技术创新步伐。目前，区内已有2所应用型大学、14家省级以上博士后工作站、13家高校研究院所、16家市级以上院士工作站，以及各类创新服务平台24个。同时，总投资14亿元，集研发、孵化和综合服务于一体的产业协同创新中心已投入运行，天津大学绍兴研究院、新和成新材料研究院等6家研究院已经入驻。上虞与中科院控股有限公司合力打造的新材料中试转化平台即将竣工，成为上虞争创国家级新材料创新中心的核心载体。


上虞还加快产业布局，规划高分子材料、电子化学材料、航空航天材料产业园等“一区三园”格局，为新材料产业特色板块发展提供坚实保障。


“党的十九届五中全会提出，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。我们要认真贯彻落实五中全会精神，充分发挥现有产业、平台和人才优势，聚焦国家重点支持的高新技术领域，打造以先进高分子材料为主导，电子化学材料、新能源材料、航空航天材料为支撑的产业链格局，着力突破关键材料、关键技术，不断形成新的发展优势。”上虞区委常委、杭州湾经开区党工委书记谢晋信心满满地说。

来源：汽车有事，绍兴网-绍兴日报

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来源：贤集网
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