一種生產低密度聚乙烯的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及下生產聚乙烯的工藝，具體地涉及一種利用釜式反應器在高溫高壓條 件生產低密度聚乙烯的方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 低密度聚乙烯具有支鏈結構，熔點較低，相對分不良較寬，具有較強的熔體強度， 并且具有優秀的膜加工性能和良好的摻混性能，在涂覆、吹塑和薄膜等領域應用廣泛。生產 LDPE時，通常乙烯在溫度超過100攝氏度，壓力超過IOOMPa甚至更高的條件下在管式反應 器或釜式反應器中發生聚合反應。根據反應器的類型，可以將低密度聚乙烯的生產工藝分 為管式法工藝和釜式法工藝兩種，釜式法工藝生產的聚合物產品在分子結構上具有更高的 長短支化度，特別是長鏈支化度，使得釜式法工藝生產的低密度聚乙烯性能優于管式法工 藝，工業上許多高性能的低密度聚乙烯涂覆料樹脂只能采用釜式法工藝進行生產。
[0003] 目前世界上的擠出涂覆級低密度樹脂的90%以上采用高壓釜式法工藝生產，主要 應用與食品、醫藥、化學品以及農用品的包裝。釜式法反應器具有高高徑比，并且通常釜式 反應器中含有復雜的攪拌結構，因而在反應器中物料在攪拌器的作用下形成返混和分區現 象，形成反應器中非理想流動。乙烯在高溫高壓條件下的聚合過程是自由基聚合，對于快速 反應以及高粘度的聚合體系，反應物料的混合過程顯得尤為重要。釜式反應器中復雜的非 理想流動不僅會影響自由基聚合反應的速率和轉化率，也會影響產物的分子量分布以及長 短支鏈分布，從而對產品的性能產生影響。
[0004] 美國專利US2005/035566公布了一種生產低密度聚乙烯組合物的方法和從其生 產的聚合物。該方法采用串聯或并聯的至少一個管式反應器和至少一個高壓釜反應器的反 應器系統生產長鏈支化特點的乙烯均聚物或共聚物。采用多個反應器組合的形式會造成操 作流程復雜，設備費用和生產成本增加。
[0005] 英國專利GB0522706. 1公布了一種用于乙烯高壓聚合的裝置和方法。該系統采用 廢熱鍋爐產生的中壓蒸汽和高壓蒸汽源配合使用，對管式反應器多段預熱，通過改變反應 器的入口溫度，控制反應器內的溫度分布，從而可以生產多種等級的聚合物。
[0006] 美國專利US2011/052525公布了一種制備低密度聚乙烯的方法。該方法將包含原 料乙烯在釜式反應器或管式反應器兩個反應區域之間發生進行聚合反應，并且在不同反應 區域注入轉移活性不同的CTA體系，通過降低短鏈支化頻率并提高產品的密度，從而獲得 具有改善的膜光學性質同時良好流動性、加工性能的低密度聚乙烯產品。
[0007] 高壓釜式反應器中混合過程與聚合反應過程相互耦合，反應器中的非理想流動和 混合影響不同反應的反應速率，聚合過程中長支鏈和短支鏈形成受混合效果影響，其反應 速率之比在比較大的范圍內變化。本發明通過引入外部循環，增大反應器整體的返混程度， 可以獲得具有更多長支鏈的低密度聚乙烯產品，另一方面通過調節外循環流股的溫度來控 制反應器的溫度，可以增強反應器操作的穩定性。
【發明內容】
[0008] 本發明將反應器出口處的物料循環至反應器中，通過改變反應器中物料的混合狀 況，影響長支鏈和短支鏈的形成。利用上述聚合方法，可以得到具有更多長支鏈的低密度產 品。
[0009] 本發明提供一種生產低密度聚乙烯的方法，所述方法包括： 1) 提供生產低密度聚乙烯的高壓反應器； 2) 乙烯烴過第一壓縮機和第二壓縮機壓縮后分為至少三個流股，分別引入高壓反應器 的不同位置，聚合反應所需的引發劑分成至少兩個流股，分別引入高壓反應器的不同位置， 在一定的反應溫度和反應壓力下乙烯發生聚合反應。
[0010] 3)反應生成的聚乙烯和未反應的原料在反應器底部出口引出，從反應器引出的物 料分成兩個流股，第一流股物料輸送到分離器，第二流股物料經過換熱器冷卻后分成至少 一個流股，在反應器中部和/或下部返回反應器。
[0011] 4)在分離器中未反應的乙烯和反應產物聚乙烯發生分離，未反應的乙烯返回壓縮 機前，分離得到的聚乙烯作為產品輸送到下游工段。
[0012] 在本發明的一種實施方式中，所述乙烯與所述引發劑混合后加入反應器，或者在 反應器的不同位置處直接引入反應器。釜式反應器不同位置處物料的混合狀況存在較大的 差異，在保證聚合反應產率和產品質量穩定的前提下，優選地3~4個進料位置，在反應器上 部和中部加入乙烯原料和引發劑，可以獲得具有更高長支鏈含量的聚乙烯產品。
[0013] 在本發明的一種實施方式中，所述引發劑為氧氣和有機過氧化物，優選有機過氧 化物引發劑，例如過酸酯、過氧酮、過碳酸酯、二叔丁基過氧化物、過氧過新戊酸叔丁酯。其 他合適的引發劑包括偶氮類化合物，例如偶氮二羧酸酯、偶氮二羧酸二腈。
[0014] 在本發明的一種實施方式中，所述第一流股物料與第二流股物料的質量流量比為 0. 1~10。通過改變第一流股物料和第二流股物料的質量流量比，提高反應器的返混程度，有 利于聚乙烯上長支鏈的生成。其中第二流股經過套管換熱器后，冷卻10~100°c，一方面，通 過外循環移除部分反應熱，可以提高反應器的生產能力，另一方面，引入外循環后增強了反 應器的溫度調節能力，提高了反應器操作的穩定性。
[0015] 在本發明的一種實施方式中，所述乙烯在反應溫度為120~350 °C，優選 160~320°C，反應壓力為100~400Ma，優選160~320MPa條件下發生聚合反應。
[0016] 在本發明的一種實施方式中，所述乙烯在高壓反應器中的單程轉化率為5。/『25%。 單程轉化率過低，會導致分離設備和壓縮機動力系統能耗的增加，單程轉化率過高，反應器 中的聚合物溶液粘度增加，增加攪拌設備的能耗，同時聚合物的加工性能和光學性能降低， 產品質量惡化。
[0017] 本發明提供一種生產低密度聚乙烯的裝置，所述裝置包括： 用于乙烯發生聚合反應的高壓反應器， 位于高壓反應器上游，用于將乙烯壓縮至中等壓力的第一壓縮機，用于將乙烯壓縮至 反應壓力的第二壓縮機； 位于高壓反應器下游，將第二流股物料返回反應器的循環泵； 位于循環泵和高壓反應器之間，用于冷卻第二流股物料的換熱器。
[0018] 位于高壓反應器下游，用于分離未反應的乙烯和聚乙烯的分離器設備。
[0019] 在本發明的一種實施方式中，生產低密度聚乙烯的裝置，其特征在于，所述高壓反 應器為釜式反應器，高壓反應器中至少包含三種不同的攪拌槳。
[0020] 在本發明的一種實施方式中，所述循環泵為軸流泵。
[0021] 在本發明的一種實施方式中，所述用于分離未反應乙烯和聚乙烯的分離器設備包 括至少一個分離器，優選2~3個分離器。分離器過少會導致聚乙烯中溶解的乙烯等揮發性 組分過多，增加下游工段的脫揮裝置的負荷。分離器過多會導致設備費用急劇增加，并且操 作更加復雜。
[0022] 在本發明的一種實施方式中，所述換熱器為套管式換熱器。
【附圖說明】
[0023] 圖1是根據本發明實施例1和2所述的一種生產低密度聚乙烯的裝置的示意圖； 圖2是根據本發明實施例3所述的一種生產低密度聚乙烯的裝置的示意圖。
[0024] 圖中：第一壓縮機1，第二壓縮機2，高壓反應器3，引發劑儲罐4，引發劑進料 泵5,循環泵6,換熱器7,分離器設備8,9,11，低聚物分離器10。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合實施例和附圖對本發明進行詳細描述，但需要理解的是，所述實施例和 附圖僅用于對本發明進行示例性的描述，而并不能對本發明的保護范圍構成任何限制。所 有包含在本發明的發明宗旨范圍內的合理的變換和組合均落入本發明的保護范圍。
[0026] 圖1為根據本發明所述一種生產低密度聚乙烯的裝置的示意圖，包括： 用于乙烯發生聚合反應的高壓反應器3， 位于高壓反應器3上游，用于將乙烯壓縮至中等壓力的第一壓縮機1，用于將乙烯壓縮 至反應壓力的第二壓縮機2; 位于高壓反應器3下游，用于為第二流股物料提供流動動力的循環泵6 ; 位于高壓反應器3下游，用于分離未反應的乙烯和聚乙烯的分離器設備8和9 ; 位于循環泵6和高壓反應器3之間，并將第二流股物料冷卻后返回反應器的換熱器7 ; 用于將乙烯和揮發的低聚物組分分離的分離設備10。
[0027] 在本發明的一個優選實施例中，新鮮反應原料乙烯烴過第一壓縮機1壓縮到中等 壓力，經過第二壓縮機2壓縮至反應器壓力。從第二壓縮機2流出的原料乙烯分成四個流 股，分別在高壓反應器3的頂部和側面的上部、中部和下部引入高壓反應器3,聚合反應所 需的引發劑分成三個流股，分別在高壓反應器3的側面的上部、中部和下部引入高壓反應 器3。引發劑在高溫條件下生成自由基，引發聚合反應，在一定的反應溫度和反應壓力下乙 烯發生聚合反應。
[0028] 反應生成的聚乙烯和未反應的原料在高壓反應器3的出口引出，引出的物料分成 兩個流股，其中第一流股物料輸送到分離器8,第二流股物料在軸流泵6的作用下輸送到套 管式換熱器7,冷卻后的第二流股物料分成兩個流股，分別在反應器3中部和下部返回反應 器3。
[0029] 在分離器8和9中未反應的乙烯和反應產物聚乙烯發生分離，未反應的乙烯返回 第一壓縮機1和第二壓縮機2前，分離得到的聚乙烯作為產品輸送到下游工段。
[0030] 圖2為根據本發明所述一種生產低密度聚乙烯的裝置的示意圖，包括： 用于乙烯發生聚合反應的高壓反應器3， 位于高壓反應器3上游，用于將乙烯壓縮至中等壓力的第一壓縮機1，用于將乙烯壓縮 至反應壓力的第二壓縮機2; 位于高壓反應器3下游，用于為第二流股物料提供流動動力的循環泵6 ; 位于高壓反應器3下游，用于分離未反應