LDPE生产工艺中的相平衡分析

LDPE生产工艺中的相平衡分析

题帅

中天合创能源有限责任公司    内蒙古自治区鄂尔多斯市    017212

摘要：本文研究了LDPE的性能和用途，并根据其生产工艺技术，对高压分离器、高压循环系统、二次压缩机系统以及低压分离器展开相平衡分析，希望可以减少LDPE在工业生产过程中潜在的安全隐患。

关键词：LDPE；生产工艺；相平衡

引言：乙烯单体进行自由基聚合反应之后得到聚乙烯，由于其本身具有良好的化学性质和物理性质，被广泛应用于各行各业中。LDPE是低密度聚乙烯，又被称为高压聚乙烯，为了使这种通用塑料更加稳定，对其生产工艺展开分析，提升其生产过程中的安全性。

一、LDPE的生产工艺及其用途

低密度聚乙烯在工业生产中由于用途不同，在国内外的工业生产中对应有各种不同的生产工艺。根据其生产采用的聚合反应器的不同，可以将工业生产技术分为釜式法和管式法。釜式法产品相对于管式法产品来说，其分子会有更多的长支链，分子量分布较宽，而且釜式法易于切换牌号，单线生产能力小，可以满足灵活生产需要，目前主要用于挤出涂覆和超细纤维。管式法使用的聚合反应器结构更简单，便于维修制造，管式法产品具有较好的光学性能，可用做收缩包装膜和农膜。这两种生产工艺技术都具有其独特的特点，产品在用途上无法相互替代，我国在低密度聚乙烯的生产装置大多采用管式法[1]。

低密度聚乙烯的被广泛应用在各行各业中是因为其具有良好的机械性能和化学性能，这些性能在实际应用中发挥了很大的作用。首先，这种材料有非常稳定的物理性质，是电的不良导体，具有良好的绝缘性，因此会被制作成各种绝缘材料，应用于电力工程中，比如常见的变压器、电容设备、电线电缆包覆等。其次，除了物理性质，这种材料还具有稳定的化学特性。对有机性臭气渗透性大，对酸、碱、盐、有机溶剂等都比较稳定，耐腐蚀效果比较突出，故而在各种工业生产和各类生活制品等设备和零件的防腐上可以得到广泛应用。最后，低密度聚乙烯有非常强的自身应力，具有良好的抗撕拉性。并且该材料吸水性低，几乎不吸水，对水蒸气和空气的渗透性差，这些特点使得这种材料可以用来包装材料，成分塑料包装材料中的重要组成部分[2]。

二、相平衡在LDPE生产工艺的应用分析

（一）高压分离器中的相平衡

在高压分离器中的流体是乙烯与聚乙烯。聚合物的浓度低时，分离模式为露点相分离；聚合物的浓度上涨、超过临界浓度时，分离模式转变为沸点相分离。通过提升转化率，可以提升反应器内低密度聚乙烯的浓度，使高压分离器内物料处于沸点相分离模式的范围内。但是当反应器内反应区没有完全投入使用时、或转化率低时，就会降低低密度聚乙烯的浓度，在高压分离器内的流体将处于露点相分离模式的范围中。露点相分离形成的液滴极易被高压分离器中的高速气流带走，降低高压分离器的分离效果，液滴会在高循、二次机冷却凝结，堵塞高循、二次机管线。因此我们要在正常生产中增加压缩机的打气量、降低反应器进气温度以提升乙烯的转换率，保持高负荷生产，提升高分内低密度聚乙烯的浓度；在开、停车期间减少低负荷运行时间，缩短高压分离器在低分离效率下的运行时间。

降低高压分离器的温度，聚合物在乙烯流体中的溶解度随之降低。有些生产工艺在反应器出口设置有冷却器，以降低流体进入高压分离器的温度；部分生产工艺用一次压缩机出口的冷乙烯对进入高分的流体进行冷却，均可有效降低高分温度。

（二）高压循环系统中的相平衡

尽管已经利用各种方式提升聚合物在高压分离器中分离效果，但是仍然有极少量的大分子聚合物和未分离的低聚物随着乙烯气流共同进入高压循环系统。降低高循系统压力可降低聚乙烯在乙烯中的溶解度。使聚乙烯从乙烯流体中分离出来。但是，这样会降低二次机入口压力，降低二次机的打气量，降低产品转化率，所以一般不采取降低高压循环系统压力的措施提升分离效率。

聚合物在高压循环系统中浓度较低，以露点相分离的模式完成分离工作。降温可以使聚合物凝结成小液滴，从气流中分离出来。在高压循环系统中，后三级冷却器每组均设置有一个气液分离罐。在生产中，应充分利用温度对聚合物在乙烯流体中溶解度的影响，通过降低温度实现聚合物的分离。需要注意的是，聚合物不仅会在分离罐内分离出来，也会在冷却器内凝结，降低冷却器的冷却效果，需定期对冷却器进行除垢。在线升温除垢可能会将聚合物带到二次机系统，需控制好高压循环系统出口温度。将某个冷却器隔离出来，进行离线除垢是最好的除垢措施。

（三）二次压缩机系统中的相平衡

高压循环系统若是不能将聚合物彻底分离，在二次压缩机系统中会夹带一些大分子聚合物，在经二次压缩机冷却器冷却时会发生露点相分离，大分子聚合物从流体中分离出来，在冷却器的内壁形成垢层，影响换热效率，需定期清理。开车过程中对二次机出口换热器进行加热也会产生大分子聚合物，可通过注入调节剂的方法减小聚合物的分子量。

在二次压缩机各级压缩中，二次机系统内的低聚物不会被分离出来。但是在二级压缩机停止运行、快速降压时，流体温度骤降。降压降温导致低聚物在乙烯中的溶解度降低，低聚物分离出来。为减少此类情况发生，建议在停车降压时控制降压速度。

（四）低压分离器中的相平衡

在经历高压分离器的分离后，聚合物经过减压，进入低压处理器中进行下一步处理，低压分离器的主要作用是将液相聚合物中的乙烯分离出来。回收乙烯的同时，降低聚乙烯粒料内溶解的乙烯含量，也降低料仓内乙烯积聚着火爆炸的风险。

在低压分离器中，温度越高、压力越低的情况下，乙烯在聚乙烯中的溶解度越低，甚至某些低分子量的聚合物、溶剂也会随乙烯一起被分离出来。低聚物、溶剂的分离，可以减少聚乙烯后加工时的发烟现象。但是，低压分离器的温度过高，会导致挤出切粒机造粒困难，产生大块料和黏连料，我们可以通过选用低干点的溶剂来减少聚乙烯后加工产生的发烟现象。压力过低，会增加排放气压缩机入口抽空、吸入氧气、导致着火爆炸的风险。在确立最终温度、压力时要综合相平衡技术的应用，通过对各项操作参数的优化，使其既达到理想的分离效果，同时又满足产品质量和工艺安全的要求。

结论：1）生产过程中提高二次机打气量，降低反应进气温度，可提高产品转化率，有利于聚合物和乙烯在高压分离器内有效分离；降低高压分离器的温度，也可以提升分离效率，减少高压循环系统内乙烯中的聚合物含量；

2）通过降低高压循环系统的温度可有效分离高压循环系统乙烯中携带的低聚物，减少二次机中冷器的结垢现象；

3）停车过程中控制二次机系统的降压速度，可减少低聚物在二次机系统中分离出来导致的结垢。

4）通过降低低压分离器的压力、提升温度可减少聚乙烯中乙烯的含量，减少乙烯损失、减少产品后加工的发烟现象。

参考文献：

[1]金山,陆红楠,刘灿刚,刘群.高压低密度聚乙烯生产工艺技术探究及思考[J].炼油与化工,2021,32(01):6-9.

[2]赵立超.聚乙烯生产工艺综述及创新[J].化工设计通讯,2021,47(12):48-49.

[3]庞通.聚乙烯生产工艺技术探讨[J].化工管理,2020(09):187-188.