高压聚乙烯

高压聚乙烯

一、概述

（一）装置的地位与作用

二十万吨/年高压聚乙烯管式法装置是燕化66万吨/年乙烯改扩建工程的下游配套主体装置。乙烯装置改扩建后增产的乙烯将大部分由本装置消耗，每年消耗乙烯约21万吨，设计年产LDPE/EVA产品20万吨。本管式高压聚乙烯装置无论从技术水平还是从生产规模比较，在国内都是一流的，于2001年12月建成投产，已为燕化公司创造了较好的经济和社会效益。

（二）装置的技术来源

本装置引进美国EXXONMOBIL化学公司的管式法聚乙烯生产工艺，由日本三井造船株式会社作基础设计和超高压部分的详细设计，中石化SEI作详细设计，包装好储运等配套工程部分由燕化设计院进行详细设计，装置2001年11月建成，12月7日一次投料试车成功。

本装置的生产规模为20万吨/年，设计年操作时间为8000小时，引进牌号18个，可生产均聚物（包括中密度产品和高透明膜料）和10%以下的EVA共聚物。

（三）装置的主要构成

本装置主要由压缩、聚合、高低压分离、造粒、掺混和风送、贮存、包装几个部分组成，主要包括以下单元

（四）装置概况一览表

二、工艺路线

（一）原料来源

乙烯由化工一厂裂解车间提供，管道输送

压力：3.2MpaG 温度：30℃

（二）聚合工艺路线简述

从乙烯装置来的聚合级乙烯进入界区后，一次压缩机将其压缩至30MPaG，冷却后，这部分乙烯分成两部分：一股进入二次压缩机的吸入口，另一个作为低压冷却物料注入反应器高压减压阀后的乙烯/聚乙烯的混合物中。循环乙烯、一次压缩机送来的新鲜乙烯、调节剂混合进入二次压缩机的吸入口，然后被压缩至约300MPaG左右。反应器的压力取决于聚合物的牌号，二次压缩机出来的其他进入反应器的不同入口，正面进料被预热到180℃左右，而侧线进料则被冷却到15℃。

有机过氧化物的混合物在反应器上分五点注入，引发聚合反应，根据产品牌号和不同的注入点，过氧化物混合物的组成也不同，产品产量一般为22~28t/h。

本装置为乙烯聚合放热反应，反应热通过夹套公用水的热传递和注入冷乙烯（采用侧线进料方式）两种方式带走。

在反应器的出口，反应物流由高压排放阀减压到30MPaG，高压排放阀也控制着反应器的压力。这股气体/聚合物的混合物经高压排放阀减压后被由一次压缩机来的低压急冷乙烯物流冷却，然后混合物进入高压分离器，在这里进行气体和聚合物的第一次分离，高压分离器

顶部出来的气体进入高压循环系统，这一系统有多个冷却器、分离罐，将这股气体冷却、脱蜡，之后返回二次压缩机吸入口。

高压分离器底部的熔融聚合物降压至0.07MPaG ，进入低压分离器。在此，几乎所有剩余的乙烯（大约0.3kg 气体/kg 聚合物）从聚合物中分离出来并进入排放气压缩机系统。排放气压缩机将低压分离器来的气体、一次压缩机和二次压缩机气缸的泄漏气体压缩，其中部分气体去排放气精制单元或乙烯装置，而大部分气体汇入到一次压缩机进料组成中。从低压分离器出来的熔融聚合物进入热熔融挤出机，经水下造粒，干燥，送到掺混料仓，脱气，掺混，再用空气输送到贮存料仓，最后包装出厂。

（三）本装置工艺路线特点及与国内外先进水平的对比

三、基本原理

（一）乙烯聚合主要反应及其影响因素

1、乙烯在高压下的聚合反应是按自由基反应机理进行的。一个自由基形成一个寿命较短的活性中心，它带有不成对的电子，当这个自由基与乙烯分子结合时就形成一个新的自由基，反应开始后，这个新的自由基继续与乙烯分子进行链增长反应，直到长链分子的增长结束。整个聚合反应可用方程式表示为：

简化自由基反应机理，可以分为以下4个步骤：

（1）链引发 引发剂分解形成的自由基与乙烯单体分子反应形成聚合反应所需要的自由基活性源。

n

CH CH CH CH n )()(2222---→=

（2）链增长单体分子接到增长的聚合物链尾端自由基上，通过一系列这样的反应，聚合反应就不断进行下去。

（3）链终止两个自由基结合到一起，形成另外一个或两个不具有活性的聚合物链，从而破坏活性自由基，终止反应。

这三步反应是机理中决定聚合速度的部分。另外还有一类决定分子量的反应，它是：

（4）链转移反应：即活性自由基中心从增长的聚合物链尾端转移到同一个聚合物分子的其它点，或者另外的聚合物分子、溶剂、单体或调节剂分子上。链转移反应影响聚合物分子的大小、结构和分子末端的基团。

2、乙烯聚合反应动力学

（1）链引发反应

（2）链增长反应

（3）链终止反应

（4）链转移反应

（5）LDPE中的不饱和结构

（6）主要的影响因素

A、反应温度的影响

B、反应压力的影响

C、气体组成的影响

（二）副反应及其影响因素

乙烯和空气能在一个很宽的浓度范围内形成易燃混合物，在氧

化剂存在时，乙烯会发生分解反应，放出热量。在高温高压下，发生这种反应的可能性增大，因此，在聚合反应器中，由于高温高压，使反应不稳定性增加，将很容易从乙烯的聚合反应转变到放出大量反应热的乙烯热分解反应。这种分解反应在合适的压力下，当系统内积聚了足够的能量，就可能发生。

乙烯发生分解反应是，生产碳、氢和甲烷。

分解反应发生的可能性随以下条件的增加而增大：

——能量积聚

——压力和温度

——不稳定性组分的浓度

——表面积与体积比值的减小 反应过程中，引发剂浓度不均匀，引起局部过热产生剧烈反应:机械摩擦；反复地进行绝热压缩和膨胀；搅拌不均匀等都可发生分解反应，而分解反应一旦发生，由于产生反应热，温度进一步升，就会加速反应，使之爆炸性进行，如果能充分地出去反应热，爆炸式的分解就能被抑制而停止在局部分解上。

（三）乙烯与VA 共聚反应原理

除了均聚物外，LDPE 管式法工艺也能生产VA 含量达10%乙烯-VA 的共聚物产品（EVA ）。与均聚物比较，EVA 共聚物是由二种单体组分形成的：乙烯和乙烯乙酸酯。

（四）反应热平衡方法及手段

2

4222H C H C +=442CH C H C +=