《化工新材料生产技术》课件-知识点1 低密度聚乙烯的生产工艺

化工新材料生产技术石化工程学院1第三部分聚乙烯的制备LDPE23LupotechT工艺高压管式聚合生产工艺，主要包括乙烯2级压缩、引发剂及调节剂注入、聚合反应系统、高低压分离回收系统、挤出造粒及后处理系统等部分。产品分子量分布较宽、支链少、光学性好。反应器结构简单，制造和维修方便。反应条件高温高压，安全风险大。能耗高，单程转化率低。不需要增添溶剂，也不需要对溶剂进行回收。粉料可以直接进行干燥、脱气处理。4LupotechT

高压管式聚合工艺流程5以北京燕山石化化工一厂的高压低密度聚乙烯装置为例，采用釜式法生产工艺，用自由基聚合法生产低密度聚乙烯。工艺流程由压缩、聚合、分离、造粒、混合、包装等工序组成。。典型聚乙烯生产工艺1、装置简介LDPE的主要原料：乙烯、引发剂、相对分子质量调节剂、各种添加剂等。（1）乙烯略带芳香味的无色可燃性气体。纯度要求>99%，杂质含量应低于规定数值。乙烯主要由石油烃经过高温裂解、分离获得。（2）相对分子质量调节剂为控制聚乙烯产品熔体指数，须加入相对分子质量调节剂，工业上常用丙烯、丙烷、乙烷。调节剂的种类和用量根据聚乙烯牌号的不同而不同，一般是乙烯体积的1%~6.5%。调节剂是在一次压缩机的进口进入反应系统的。（3）添加剂一般添加剂为0.1%~0.3%（质量）。常需要加入的添加剂有：防老剂、抗氧剂、防紫外线吸收剂、润滑剂、开口剂、抗静电剂等各种用于改善聚乙烯不同性能的添加剂。（4）引发剂引发剂主要是氧和过氧化物。过氧化物引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化十二烷酰、过氧化苯酰叔丁酯等。在釜式聚合反应器操作中依靠引发剂的注入量来控制反应温度。8本装置生产单元（聚合至挤压造粒）设计一条聚合生产线，一条添加剂和挤压造粒线。工艺单元编号从100工段到800工段。100工段：原料气及循环气的二次压缩200工段：催化剂和助剂的配制及计量300工段：聚合反应400工段：聚合物的高压、低压分离500工段：低聚物的分离600工段：聚合物挤压造粒及干燥700工段：聚乙烯颗粒的输送和计量800工段：掺混、贮存和包装2、装置组成9Step01原料压缩系统乙烯聚乙烯催化剂配置、计量及输送系统聚合反应系统聚合物分离及乙烯回收系统聚合物干燥、造粒系统混合、包装系统Step02Step03Step04Step05Step063、主要系统10乙烯接收器一次压缩机辅助压缩机二次压缩机乙烯接收器低聚物分离器调节剂注入泵气体混合器聚合釜引发剂泵高压分离器低压分离器低聚物分液器齿轮泵切粒机脱水贮槽振动筛旋风分离器缓冲器中间贮斗掺和器等外品贮槽合格品贮槽磁力分离器4、流程工艺（1）聚合热大：乙烯聚合热约为95.0kJ/mol，需要将反应热及时排除，否则会使反应体系温度急剧上升，导致聚乙烯、乙烯的分解，而乙烯的分解又是一个强烈的放热反应。（2）聚合转化率较低：乙烯单程转化率通常为20%~30%，因此大量的乙烯必须循环使用，总转化率达到95%。5、高压低密度聚乙烯工艺特点（3）基于乙烯高压聚合的转化率较低：即链终止反应非常容易发生，因此聚合物的平均相对分子质量小。采用高的反应压力，可以提高乙烯与自由基的碰撞频率，使链增长反应速率超过链终止反应速率。（4）乙烯高温高压聚合，链转移反应容易发生：存在有短链支化与长链支化现象。温度越低，压力越大，短链支化就越少；乙烯的转化率越高，聚乙烯的停留时间越长，则长链支化越多。短链支化越多，聚乙烯的密度越小；长链支化越多，聚合物的相对分子质量分布幅度越大。（5）以氧为引发剂时，存在一个压力和氧浓度的临界值关系：在此界限下，乙烯几乎不发生聚合，超过此界限，即使氧含量低于2μL/L时，也会发生剧烈反应。6.

影响因素①乙烯纯度的影响乙烯纯度低，LDPE相对分子质量低；杂质主要是乙炔和CO。②聚合温度的影响乙烯聚合的温度随引发剂不同而改变。温度升高，链转移加大，聚合物的相对分子质量下降、支链数增多，结晶度下降，密度减小。反应温度一般在130~280℃范围内。以氧为引发剂时，反应温度在230℃以上；以过氧化物为引发剂时，反应温度在150℃左右。③反应压力的影响增加压力有利于链增长反应。在高压条件下，乙烯分子间距离缩短，使乙烯与自由基分子之间碰撞概率增加，故易于发生聚合反应，使相对分子质量及反应速率增加，因此应防止局部过热及防止聚合反应器内产生过热点。反应压力一般为108~245MPa。压力高低依据聚乙烯生产牌号确定。压力越大，产物相对分子质量越大。六、本体聚合实施方法本体聚合是在不加溶剂和介质，仅有单体和少量引发剂（有时也不加）或在光、热、辐射的作用下进行的聚合反应。该法适用于自由基聚合反应和离子聚合反应。本体聚合中使用单体可为气相、液相或固相进行，但大多数是液相本体聚合。本体聚合按高聚物在单体中的溶解情况又可分为均相本体聚合和非均相本体聚合。七、本体聚合的特点及实践本体聚合途径优点：产品纯度高，工艺流程短，设备少，工序简单，尤其适用于制板材、型材等透明制品，而且聚合和成型可同时进行，直接造粒得粒状树脂。缺点：随着反应的进行，体系黏度不断增大；放热激烈，如不能及时移走，将产生局部过热，使产品受热分解变色，严重时引发爆聚事故；聚合物多分散性程度大，相对分子质量分布宽。解决本体聚合散热的方法：（1）选择聚合热比较小的单体，加入少量引发剂或不加；