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高压聚乙烯装置(LDPE)工艺说明


高压聚乙烯装置(LDPE)工艺说明
高压聚乙烯装置由调聚剂储存、乙烯压缩、引发剂配制及加料、聚合反应、聚合 物分离及气体循环、挤压造粒和颗粒干燥、批量掺混等单元组成。 装置设计可生产 54 个牌号,熔融指数范围为 0.2~65 克/10 分,密度范围为 918~926kg/m3 的高压聚乙烯产品。 装置控制系统采用 H0NNYWELL 公司的 TPS—502 系统。 装

置具有工艺流程短、反应温度低、单点进料、反应物料流速快、四点纯过氧化 物引发单和转化率高、单线生产能力大、控制先进合理、操作安全等特点。 化学反应 LDPE 是通过乙烯的自由基聚合合成的,在高温、高压和引发剂的作用下,使乙 烯形成乙烯自由基,Stamicarbon 工艺应用过氧化物作为聚合的引发剂,这些自由基 与其它乙烯单体聚合生成带有长链分支的链状聚合物,加入少量的 a—烯烃,可产生 少量的短链分支,丙烯和丙烷则用来终止聚合反应。 乙烯自由基聚合的基本反应如下: 引发: 引发剂分解生成能够引发聚合反应的自由基: 1→2R’ (引发剂分解) 引发剂 基团

使用的引发剂如下: 过氧化双叔丁基(引发剂 A) 过氧化苯甲酸叔丁酯(引发剂 C) 过氧化—2—乙基已酸叔丁酯(引发剂 S) R’*十 CH2=CH2→R’ ,—CH2—CH3 基团 链增长: 基团与乙烯连续反应生成分子链 R’—CH2 +CH2 *+n CH2=CH2→R—CH2—CH2 * 基团 链终止: 乙烯 聚合基团 乙烯 基团

活性聚合物基团并非无限增长下去,而是通过基团的偶合或歧化来终止反应。 a,偶合终止 2R—CH2—CH2 *→R—CH2 —CH2 —CH2 —CH2 —R 聚合基团 b.歧化终止 2R—CH2 —CH2*→R—CH= CH2 十 R—CH2—CH3 聚合基团 链转移: 乙稀自由基聚合,可发生下列链转移: a。向单体的链转移: R 一 CH2 一 CH2* + CH2 = CH2→R 一 CH=CH2 十 CH3 一 CH2*或 R 一 CH2 一 CH2* + CH2 = CH2→R CH2 一 CH3+CH2=CH* 聚合基团 乙烯 聚合物 基团 聚合物 聚合物 聚合物

b.向链转移剂的链转移: R 一 CH2 一 CH2*+CH3 一 CH2 一 CH3→R—CH2 一 CH3+ CH3—CH*—CH3 或 聚合基团 丙烷 聚合物 基团

R 一 CH2 一 CH2*+CH2=CH 一 CH3→R 一 CH2 一 CH3 +CH2=C·一 cH9 聚合基团 c,分子间链转移: 这种与其它分子间的链转移,可生成长链分支: R 一 CH2 一 CH=+It’一 CH2 一 R”一 R 一 CH2 一 CH3 十 R。0H。一 R” 聚合基团 6.分子内链转移: 这种在同一分子内的链转移,可生成短链分支: R 一 CH2 一 CH2 一 CH。 一 CH2。 c 痴~R 一 CH” 一 CH2 一 CH2 一 cH2 一 cH。 聚合基团 生产过程中控制的聚合物特性有: 一密度 一分子量 一分子量分布(MWD) 聚合基团 聚合物 聚合协 聚合基团 丙烯 聚合物 基团

上述聚合物特性可通过下列变量进行调整: 一反应温度 一压力 一温度曲线 一引发剂类型和浓度 一链转移剂(CTA)类型和浓度。 密度 密度表示链的支化度,特别是短链支化度, (分子内链转移形成) 。 如果短链分支增加,聚合物的结晶度就降低,相应地聚合物密度降低。 影响短支链比例的因素: a。聚合温度 七一 温度升高,分子内键转移增加,从而引起短键增加,密度降低。 b.压力 如果压力(单体浓度)升高,则链增长反应速度比形成支链的速度增 加的要快,因而密度上升。 c。键转移剂(CTA) 用丙烯做为链转移剂,可使共聚物分子内产生短链,因而密度降低。 d.分子量 分子量对聚合温度非常敏感,如上所述:温度上升,对链转移的影响 比对链增长的影响要大,因而平均分子量降低。 然而,聚合温度和压力是由所要求的密度决定的,因而用其它方法来 控制分子量。使用链转移剂(CTA) ,如丙烷或丙烯,可十分有效地 控制聚合物分子量,如果加 Ac’r^,可使键转移速度加剧,因而聚合 物分子量降低。 另一种控制分子量的变量是引发剂的类型和浓度。 e,分子量分布(MWD) 分子量分布对聚合物特性有很大的影响,分子量分布对聚合物的加工 特性也有着重要的影响,在管式反应器中,分子量分布是由沿反应器 各反应段的操作状况决定的,宽的温度分布区域可产生宽的分子量分

布。 乙烯压缩 因为聚合反应是在高压条件下进行的,所以反应气体必须进行压缩。 增压/一次压缩机(联合机组) 联合机组 K102 的增压部分收集三股气流: 该三股气流混合后的混合气体从 0. 24MPa 被压缩到 2. 8MPa。 控制增压机的吸人压力是为了保证 S-232 更好、 更稳定的脱气, 压力是由增压机的旁路进行控制的。 联合压缩机 K102 的一次压缩部分收集二股气流: a. 来自增压机经过冷却和分离的气体,流量由增压机的人口流量控制。 b.来自界区的乙烯,质量由在线分析仪连续检测。 混合气由 2. 7MPaG 被压缩到 25·1——26MPa

影响一次机流量/压力控制的因素: a。二次压缩机是一台容积式压缩机,要求的吸人压力范围窒窄,因此, 通过二次机的质量流量是恒定的(≈65t/h) 。 b.从高压分离器到二次机的高压循环气是通过高压分离气中的气——液 平衡和反应部分的转化率来进行控制的。 C.结果是一次排出的质量流量是由后面的工艺要求决定的。 d.因此,一次机的质量平衡是通过控制一次机人口压力从而控制乙烯的进气流量来 进行调整的。而一次机的排出流量是由二次机的人口压力和一次机的旁路进行控制。 如果二次机吸人压力控制平稳后, 则一次机排出压力的变化是由安装在一次机和二次 机之间的过滤器/旋风分离器压降变化决定的· 一次压缩机的排出气体由一次机出口冷却到 35~50℃,压力为 25~26MPa。 二次压缩机 K103 高压聚乙烯装置由调聚剂储存、乙烯压缩、引发剂配制及加料、 聚合反应、聚合物分离及气体循环、挤压造粒和颗粒干燥、批量掺混 等单元组成。 装置设计可生产 54 个牌号,熔融指数范围为 0.2 一 65 克/10 分,密 度范围为 918 一 926Kg/M3 的高压聚乙烯产品。 装置控制系统采用 H0NNYWELL 公司的 TPS 一 502 系统。 装置具有工艺流程短、反应温度低、单点进料、反应物料流速快、

四点纯过氧化物引发单和转化率高、单线生产能力大、控制先进合理、 操作安全等特点。 乙烯压缩 因为聚合反应是在高压条件下进行的,所以反应气体必须进行压缩。 增压/一次压缩机(联合机组) 联合机组 K102 的增压部分收集三股气流: 该三股气流混合后的混合气体从 0. 24MPa 被压缩到 2. 8MPa。 控制增压机的吸人压力是为了保证 S-232 更好、 更稳定的脱气, 压力是由增压机的旁路进行控制的。 联合压缩机 K102 的一次压缩部分收集二股气流: c. 来自增压机经过冷却和分离的气体,流量由增压机的人口流量控制。 d.来自界区的乙烯,质量由在线分析仪连续检测。 混合气由 2. 7MPaG 被压缩到 25·1——26MPa

影响一次机流量/压力控制的因素: a。二次压缩机是一台容积式压缩机,要求的吸人压力范围窒窄,因此, 通过二次机的质量流量是恒定的(≈65t/h) 。 b.从高压分离器到二次机的高压循环气是通过高压分离气中的气——液 平衡和反应部分的转化率来进行控制的。 C.结果是一次排出的质量流量是由后面的工艺要求决定的。 d.因此,一次机的质量平衡是通过控制一次机人口压力从而控制乙烯的进气流量来 进行调整的。而一次机的排出流量是由二次机的人口压力和一次机的旁路进行控制。 如果二次机吸人压力控制平稳后, 则一次机排出压力的变化是由安装在一次机和二次 机之间的过滤器/旋风分离器压降变化决定的· 一次压缩机的排出气体由一次机出口冷却到 35~50℃,压力为 25~26MPa。 二次压缩机 K103 二次压缩机 K103 收集二股气流: a.来自一次压缩机的气体 b.来自高压分离器 S—231 的高压循环气。 吸人压力和流量控制在一次机部分已作过说明。 a。二次机人口过滤器 S—108,其作用是收集蜡。循环气中夹带的蜡对二次机是没有 危害的,况且,少量的蜡对于活塞环可起到润滑作用,开车期间,S—108 的集蜡是

用于控制蜡含量,S—108 上设有压力降监检器,当压降达到 1MPa 时,用开通旁路, 给过滤器通蒸加热的方法使过滤器再生。 b·蜡分离器 S—12O 是利用旋风分离的作用除去油滴。 c·从 S—108 和 S—120 分离的油和蜡排到蜡分离器 S——117 进行脱气和处理。 反应气质量可由安装在 K 一 103 入口端的在线分析仪进行检测,分析仪可给出各组 分的浓度。如:丙烯/丙烷和惰性组分,这对于控制反应器内的产品特性是非常重要 的。 混合气体经二次压缩机 K 一 103 的两段压缩, 压力从 25MPa 升到 260MPa~270MPa, 排出压力是由反应器人口压力和反应器人口管道压降决定的。 压缩机第一压缩段的排 出压力接近 90—120MPaG,气体由 90—110℃,在段间冷却器 H—107A/B 和 H— 108A/B 中被冷却到 45℃,然后进入压缩二段,二次压缩机 K 一 103 的排出温度为 90—110℃。 来自二段各气缸的物流混合后进入反应器 R 一 201,泄漏气经泄漏;/ 油分离器 8 一 126 返回到联合机组 K 一 102 的人口,泄漏气由流量计监测。 引发剂配制: 本工艺使用的三种类型的引发剂都是市场上能办到的,催化剂是由不 稳定的过氧化物混合而成。过氧化物分别贮存在温度为 10dC 和 3oc 的 带空调的贮存间内,从贮存室到引发剂配制间运输催化剂所用的容器 应避免从外界环境过多的吸热,以防引发剂超温。 在引发剂配制间内,稀释的引发剂在 V 一 231、V232 和 V233 中进行批量 配制。 用来稀释引发剂或引发剂混合物的矿物油用溶剂泵 P4ae)A 溶剂贮罐送 到引发剂配制罐,引发剂通过人工加入到引发剂配制罐。 引发剂每天配制一次。


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