乙烯配套装置产品及工艺介绍（第五章）.doc

第五章 乙烯配套装置产品及工艺介绍武汉石化八十万吨乙烯项目配套装置有：30万吨／年线型低密度聚乙烯装置；30万吨／年高密度聚乙烯装置；40万吨／年聚丙烯装置；12万吨／年丁二烯抽提装置；57万吨／年裂解汽油加氢装置；35万吨／年芳烃抽提装置；10万吨／年环氧乙烷、38万吨／年乙二醇装置本章中将配套装置的主要产品及工艺分别介绍如下：第一节 聚 乙 烯一、聚乙烯的分类20世纪50～60年代，曾经按生产聚乙烯的操作条件分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯，但随着技术的进展，发现聚合压力的大小与所得聚乙烯的结构与性能无明确关系如在高压下也可得到高密度聚乙烯和线型聚乙烯，在低压下也可得到密度不同的聚乙烯目前实际使用的聚乙烯分类方法是按聚乙烯的密度，又适当考虑分子结构来划分，一般可分为四类：1. 高密度聚乙烯（HDPE）：密度0.941～0.97克／厘米3，分子呈线型结构并有很少量的短支链2. 低密度聚乙烯（LDPE）：密度0.915～0.940克／厘米3，它具有长短支链，有的支链呈树枝状3. 线型低密度聚乙烯(LLDPE)：密度0.915～0.93克／厘米3，分子呈线型结构，有一定数量无规则分布的短支链。

4. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）：分子量在100万以上这里主要介绍前三种聚乙烯二、聚乙烯的性能和主要用途(一) 聚乙烯的性能 聚乙烯（PE）是乙烯聚合而成的聚合物，为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优异的电绝缘性、良好的耐化学品性、很低的吸水性和突出的耐寒性聚乙烯的抗拉强度低，但耐冲击性好二）聚乙烯的主要用途聚乙烯以其优良的性能，广泛应用于工业、农业、医疗、建筑等行业1．薄膜：主要用于食品包装、商业和工业用包装、农用膜、购物袋、垃圾袋等2. 注塑制品：主要有家用器皿、玩具、饮料和食品的周转箱、医用品、机器零件等3. 吹塑制品：如日用容器、医用药瓶、汽车油箱、化学品储罐等4. 管材：如天然气管、煤气管、固体输送管、城市排水管、农用灌溉管等5. 单丝：如欲望、建筑用安全网、民用纱窗等6. 发泡制品：可作合成木材和合成纸合成木材用于汽车坐板、挡板、轮船甲板；合成纸强度好，耐水、耐油、化学稳定性好，可印刷，用于地图及重要文件用纸三、聚乙烯的生产工艺（一）低密度聚乙烯的生产工艺 LDPE是在高压103～345兆帕下生产的，一般使用的反应器有两种，一种是带搅拌的高压釜，另一种是管式反应器。

管式法和釜式法的主要区别在于反应器的设计、操作条件和聚合引发剂的种类管式法生产的聚乙烯因反应器内压力差和温度分布差异大，反应时间短，所得聚乙烯支链少，分子量分布较宽，适宜于制薄膜和共聚物产品近年来新建的一些LDPE装置都采用此法国外拥有管式法专利技术的公司很多，不同的公司对原料乙烯的要求、引发剂使用、操作条件、消耗定额等略有不同，但基本流程是相同的 1． 管式法生产流程：典型的管式法聚乙烯生产流程示意图见图5－1纯度大于99.95％（体）的原料新鲜乙烯和从低压分离器来的乙烯混合后一起进人一次压缩机压缩到20～30兆帕的压力，然后用二次压缩机压缩到200～255兆帕后进人反应器，用氧（也可用空气）或其他有机过氧化物作为引发剂，同时注人反应器反应器是带有夹套的合金钢管，夹套内通入冷却水以除去反应热反应温度150～330℃，停留时间35～50秒，单程转化率20％～30％从反应器出来的聚合物和未反应的乙烯混合物经脉冲阀减压（脉冲阀的作用是减少反应物料在反应器内的黏壁）进人高压分离器，在此将聚合物和约90％的未反应乙烯进行第一次分离，分离出来的未反应乙烯经冷却和除去低分子量聚合物（蜡）后返回二次压缩机人口。

聚合物再进低压分离器，在这里聚合物进一步与未反应的乙烯分离，分离出来的乙烯经冷却并除去低分子聚合物返回一次压缩机入口，脱除乙烯后的聚乙烯经挤压机造粒，再经干燥后集中于中间贮罐，经取样分析合格后送至掺混器掺混，使产品质量均匀后送去包装每吨成品聚乙烯消耗原料乙烯1010～1025千克 2. 釜式法生产流程：典型的釜式法聚乙烯生产流程示意图见图5－2 约3.3兆帕的新鲜乙烯进人一次压缩机的三段人口，从六段出来的25兆帕进人二次压缩机压缩至220兆帕左右进人反应釜，在温度160～270℃、压力130～250兆帕和有机过氧化物引发剂的存在下发生聚合反应反应停留时间25～40秒，单程转化率18％～23％含有未反应乙烯的熔融状态的聚乙烯经底部的减压阀排出进入高压分离器和低压分离器，未反应的乙烯经高压分离器和低压分离器出来，分别回到二次压缩机的入口和一次压缩机的一段入口熔融的聚乙烯通过挤压机经水下切粒、脱水干燥，用空气输送进人成品料仓进行掺合，最后送去包装每吨成品聚乙烯约消耗原料乙烯1030千克二）高密度聚乙烯的生产工艺 HDPE的生产方法有三种，即浆液法、气相法和溶液法下面主要介绍气相法。

气相法是乙烯在催化剂存在下直接在流化床反应器内反应生成固体聚乙烯，拥有这一专利技术的有美国联合碳化物公司和英国石油公司现分别介绍如下：1． 美国联合碳化物公司的尤尼帕尔（Unipol）工艺 尤尼帕尔工艺的生产流程示意图见图5－3纯度大于99.85％（体）的原料乙烯、共聚单体（丙烯或1一丁烯）和氢气一起加入流化床反应器底部，循环气鼓风机循环反应气体及新鲜原料气给反应器，并使其充分混合催化剂有铬系和钛系两种，根据生产产品的牌号不同相应选用催化剂以固态与氮气一起从几个部位注人反应器内反应物料在催化剂上聚合成颗粒产品，操作温度随产品牌号而定一般为100℃，操作压力2.0兆帕，乙烯单程转化率20％～30％产品的特性通过调节反应条件控制密度由共聚单体加人量控制，熔融指数由氢浓度和反应温度控制，系统压力用调节乙烯进气速率来控制，系统温度用返回反应器的循环气温度调节催化剂的进料速率决定反应速率，所以聚合物的生产率是由调节催化剂的进料速度来控制的在流化床反应器中，循环的乙烯与已聚合成聚乙烯的颗粒向上运动并进行返混形成流化床，当到达反应器上部扩大段时，由于流速降低，聚乙烯颗粒与反应气体分离落到反应器的下部，未反应气体从反应器上部出来，经循环压缩机返回反应器底部。

从反应器下部排料阀出来的聚乙烯颗粒进人脱气罐，在这里随产品一起带出的气体经过滤和压缩机压缩后进入循环压缩机的入口从脱气罐底部排出的聚合物进人吹洗塔，在这里用氮气吹扫，以清除在聚合物颗粒间的未反应单体及溶解在聚合物固体中的单体从吹洗塔出来的气体经冷却以回收共聚单体，回收的共聚单体返回反应器 从吹洗塔出来的聚合物加入添加剂后，经挤压、水下切粒、筛分、干燥、产品掺混后包装出厂设计每吨成品聚乙烯约消耗原料乙烯1020千克2. 英国石油公司（BP）工艺 本工艺与尤尼帕尔工艺的生产流程十分相似，主要差别是在流化床前增加了一个预聚合反应器，催化剂母液与乙烯在带搅拌的预聚合反应器中进行预聚合，经预聚合的催化剂称为预聚合物该预聚合物进入流化床后可使其具有极均匀的流化状态，反应具有良好的可控性，可防止高活性的催化剂局部过热而发生结块此外，从流化床反应器出来的未反应气体经旋风分离器再送至循环压缩机返回反应器三） 线型低密度聚乙烯的生产工艺线型低密度聚乙烯LLDPE有四种生产方法，它们是：气相法、溶液法、淤浆法和高压法下面主要介绍气相法和溶液法 1. 气相法目前世界上主要有两种气相法工艺，即联合碳化物公司的尤尼帕尔工艺和英国石油公司工艺。

它们都是在原来生产高密度聚乙烯的基础上发展而来的LLDPE的气相法工艺非常类似于HDPE的气相法工艺，其主要区别在于共聚单体的含量相对较高，达到5％～20％（质量）1）尤尼帕尔工艺气相法LLDPE的生产流程示意图同图5－3其主要操作参数为： 每吨成品聚乙烯约消耗乙烯930～960千克，1-丁烯60～90千克（2） 英国石油公司气相法LLDPE的生产流程与其HDPE的生产流程相同，其主要操作参数为： 每吨成品聚乙烯约消耗乙烯970千克、1-丁烯60千克2. 溶液法溶液法是生产过程中，单体和聚合物溶解在惰性溶剂中，聚合物产品作为一种热熔融物被分离，将其直接加人挤压切粒设备与气相法不同的是这里没有聚合物粉末形成，为将聚合物保留在溶液中，反应温度和反应压力比气相法高 采用溶液法生产LLDPE的专利商有加拿大杜邦公司、美国道化学公司（Dow Chem）和荷兰家矿业公司（DSM）等现将加拿大社邦公司生产LLDPE的Sclairtech工艺介绍如下 Sclairtech 工艺生产LLDPE的流程示意图见图5-4 纯度大于99.85％（体）的乙烯和共聚单体1－丁烯与循环的溶剂环己烷混合后进人聚合反应器，同时向反应器加人氢气和钒－钛改性的齐格勒催化剂，在温度200～300℃和压力11～16兆帕下进行聚合反应，通过改变温度和氢气注人量调节产品的熔体流动速率和分子量，通过改变1-丁烯的注入量调节产品的密度。

反应后的物料经注入脱活剂（乙酰丙酮、壬酸）脱活后进入溶液吸附器，在这里用氧化铝脱除催化剂残渣，接着到中压分离器、低压分离器进行一次和二次闪蒸经闪蒸后含有少量环己烷的熔融聚乙烯进挤压造粒机，经切粒后用水输送到脱水器，从脱水器出来的聚乙烯颗粒再进人汽提塔，在此用低压蒸汽汽提，使颗粒中的残余溶剂挥发，聚乙烯颗粒经掺混、包装后出厂设计每吨成品聚乙烯消耗乙烯948～1009千克，1－丁烯7～83千克 本工艺的优点是： （1）产品品种全（无黏度限制）；（2）反应器停留时间短（2分钟）； （3）反应器中的固体浓度高；（4）乙烯单程转化率在95％以上 该工艺的缺点是： （1）在高温下齐格勒催化剂的产率较低，因此必须消除聚合物中的残渣，这就要求设置溶液通过活性氧化铝吸附工序；（2）三废较多，如废催化剂、汽提塔排放气，共聚单体废液、重组分、废活性氧化铝等第二节 聚 丙 烯一、聚丙烯的分类聚丙烯从组成上可分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯两大类均聚聚丙烯是仅由单体丙烯聚合而成，共聚聚丙烯是由丙烯与共聚单体乙烯聚合而成聚丙烯从结构上可分为等规聚丙烯（IPP）、间规聚丙烯（SPP）和无规聚丙烯（APP）三大类。

二、聚丙烯的性能和主要用途（一）聚丙烯的性能 聚丙烯(PP)是白色、无味、无毒的粉状固体是一种典型的热塑性塑料，有很好的耐热性，它的熔点为164～170℃，软化点在150℃以上，相对密度小，仅为0.90～0.91, 是所有合成树脂中最轻的一种 聚丙烯具有优良的化学稳定性，与绝大多数化学品接触几乎不发生反应其界电性能优良，吸水性小，但低温抗冲击强度较低二）聚丙烯的主要用途 聚丙烯由于综合性能优良和容易加工成型，加上近年来聚丙烯树脂共聚、共混、填充增强、拉伸、发泡、交联和添加剂等改性技术迅速发展，所以用途日趋广泛，并替代了原有一部分聚苯乙烯和ABS的市场其主要用途如下：1. 日常生活: 聚丙烯可制作家具、餐具、厨具、盆、桶、玩具等 2. 农业: 聚丙烯可制成各种农具、渔网、蘑菇培养瓶等3. 汽车制造业: 聚丙烯可制造汽车上的很多部件，如方向盘、仪表盘、保险杠等4. 家用电器: 聚丙烯可制作电视机外壳、收录机外。