聚乙烯生产工艺剖析

聚乙烯工艺流程 12应用化学钱坤

摘 要 本设计中介绍聚乙烯的用途、聚乙烯的发展前景、工业生产所采用的最新技术、所采用的设备等内容。主要研究低密度聚乙烯的合成方法、工艺条件，并对其反应前后物料进行了计算。

前 言

聚乙烯结构: 22222222............CH CH CH CH CH CH CH CH =+=+----简称PE ，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的2CH --单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯(22CH CH =)的加成聚合而成的。

在工业上，也包括乙烯与少量 α－烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.91～0.96g ／3cm ）的产物。高密度聚乙烯(HDPE),密度0.945~0.96克/立方厘米，熔点125~137摄氏度。

聚乙烯（PE ）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚乙烯（LDPE ）、线型低密度聚乙烯（LLDPE ）、高密度聚乙烯（HDPE ）及一些具有特殊性能的产品。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。也适用于各种浆点、粉点、撒粉、涂布机及喷胶机产品；广泛用于服装、服装面料复合、制鞋、包装、书籍、无线装订、儿童玩具、家电等行业。合剂的首选材料。

高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F 低温度下均如此。各种等级HDPE 的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE 品级；在性能上达到最佳的平衡。

聚合实施方法： 淤浆法、溶液法 、气相法

产品密度大小：高密度、中密度、低密度、线性低密度

产品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量

生产方法：高压法、低压法、中压法

高压法用来生产低密度聚乙烯，这种方法开发得早，用此法生产的聚乙烯至今约占聚乙烯总产量的2/3,但随着生产技术和催化剂的发展，其增长速度已大大落后于低压法。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。近年来，各种低压法工艺发展很快。本设计中采用高压淤浆法合成低密度聚乙烯。

聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。

高密度聚乙烯，英文名称为“High Density Polyethylene”，简称为“HDPE”。HDPE 是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE 的外表呈乳 白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE 具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE 具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。

聚乙烯是最广为人知的高分子塑料，是聚烯烃的典型代表。在塑料材料中，聚乙烯是用量最大的品种。它是由乙烯聚合成的高分子材料，其分子式为22()n CH CH ，是一种生态环保的碳氢化合物。聚乙烯的用途十分广阔，制管材、管件是聚乙烯的重要用途之一。

我国PE 树脂开发始于20世纪50年代，近年来我国聚乙烯工业发展较快，除现有生产装置挖潜外，还建设了新的生产装置。1998年，齐鲁石化公司建成14万吨/年。低密度PE 装置，上海石化公司10万吨/年线性低密度PE 装置也建成投产，2001年，燕山石化公司20万吨/年低密度PE 装置投产，2001年下半年上海石化公司采用北欧化工公司北星双峰级PE 工艺建成25万吨/年全密度PE （双峰级）装置，成为我国最大的PE 装置，该装置单线最大设计能力可达30万吨/年。扬子石化公司20万吨/年高密度PE 装置也于2002年底投产。这些装置的建成投产提高了我国PE 的自给能力。2001年我国PE 产量达到312.24万吨，创历史最高记录，2001年PE 产量占合成树脂总产量的25.9%。我国聚乙烯产品的生产能力分别为：线性低密度聚乙烯（LLDPE ）113万吨/年，高密度

聚乙烯（HDPE ）70万吨/年，低密度聚乙烯（LDPE ）68万吨/年，超高分子量聚乙烯（UHMPE ）1万吨/年。

我国2001年PE 表观消费量为723万吨。预计2005年PE 产量可达492万吨，LDPE 、LLDPE 和HDPE 产量分别为128万吨、155万吨和209万吨。但我国PE 产量尚不能满足需求，预计PE 进口将从现在300万吨/年增加到2005年500～600万吨/年。

目前聚乙烯工业生产中所采用的新技术有：原位法技术、冷凝及超冷凝技术、不造粒技术、共聚技术、反应器新配置及双峰技术。

1.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。

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