乙炳橡膠生產工藝及其經濟分析

崔仕昂

【摘 要】詳細論述了乙丙橡膠溶液聚合、懸浮聚合和氣相聚合生產工藝的技術狀況及特點，進行了初步技術經濟評價。通過對各種生產工藝的技術經濟比較，認為溶液聚合工藝作為乙丙橡膠主導生產技術的地位不可動搖，氣相聚合工藝將成為今后的發展方向。

【關鍵詞】橡膠；聚合物；乙烯；丙烯

目前FPR工業生產工藝路線有溶液聚合法、懸浮聚合法和氣相聚合法三種。下面將分別詳細論述其技術狀況及待點，并進行技術經濟比較。

一、溶液聚合工藝

（一）技術狀況

溶液聚合法經不斷完善和改進已成為工業生產的主導技術，約占乙丙橡膠總生產能力的77.6%。

該工藝是在既可以溶解產品、又可以溶解單體和催化劑體系的溶劑中進行的均相反應，通常以直鏈烷烴如正己烷為溶劑，聚合溫度為30～50℃，聚合壓力為0.4～0.8MPa，反應產物中聚合物的質量分數一般為8%～10%。乙丙橡膠溶液聚合工藝技術成熟，比較先進，有下列優點：（1）投資低，工藝最佳化。反應器的優比設計能滿足反應物料混合要求，能準確控制聚合反應工藝參數和產品質量，聚合物膠液濃度高而循環溶劑量少，聚合釜體積小但生產強度高，原料和循環單體不需要精制，催化劑效率高，三廢中釩含量低，生產彈性大。（2）生產操作費用低，裝置年操作時間長，原料和催比劑的消耗低，采用先進控制系統對生產進行控制。（3）產品質量具有極強的競爭力。產品中催化劑殘渣含量低，生產中次品少，產品牌號切換靈活，切換廢品量少，產品特性能夠按用戶要求進行調整，產品品種多。范圍內調節，質量穩定，重復性好，產品規格指標變化幅度窄和產品加工性能優異。

（二）技術特點

技術比較成熟，操作穩定，是工業生產乙丙橡膠的主要方法；產品品種較多，質量均勻，灰分含量較少，應用范圍廣泛，產品電絕緣性能好。但是由于聚合是在溶劑中進行，傳質傳熱受到限制，聚合物的質過分數一般控制在6%～9%，最高僅達11%～14%，[2]聚合效率低。同時，由于溶劑需回收精制，生產流程長，設備多，建設投資及操作成本較高。

二、懸浮聚合工藝

（一）技術狀況

EPR懸浮聚合工藝產品牌號不多，其用途有局限性，主要用作聚烯烴改性，目前只有Enichem公司和Bayer公司兩家使用，占EPR總生產能力的13.4%。該工藝是根據丙烯在共聚反應中活性較低的原理，將乙烯溶解在液態丙烯中進行共聚合。丙烯既是單體又兼作反應介質，靠其本身的蒸發致冷作明控制反應溫度，維持反應壓力。生成的共聚物不溶于液態丙烯，而呈懸浮于其中的細粒淤漿。又可分為一般懸浮聚合工藝和簡化懸浮聚合工藝。

（二）技術特點

EPR懸浮聚合工藝的特點是：聚合產物不溶于反應介質丙烯，體系粘度較低，提高了轉化率，聚合物的質量分數高達30%～35%，因而其生產能力是溶液法的4～5倍；無溶劑回收精制和凝聚等工序，工藝流程簡化，基建投資少；可生產很高分子量的品種；產品成本比溶液法低。而其不足之處是：由于不用溶劑，從聚合物中脫離殘留催化劑比較困難；產品品種牌號少，質量均勻性差，灰分含量較高；聚合物是不溶于液態丙烯的懸浮粒子，使之保持懸浮狀態較難，尤其當聚合物濃度較高和出現少量凝膠時，反應釜易于掛膠，甚至發生設備管道堵塞現象；產品的電絕緣性能較差。

三、氣相聚合工藝

（一）技術狀況

乙丙橡膠的氣相聚合工藝是于90年代初宣布氣相法EPR中試裝置投入試生產1999年正式投產。氣相聚合工藝，分為聚合、分離凈化和包裝三個工序。質量分數為60%的乙烯、35.5%的丙烯、4.5%的ENB同催化劑、氫氣、氮氣和炭黑一起加入流比床反應器，在50～65℃和絕對壓力2.07kPa下進行氣相聚合反應。乙烯、丙烯和ENB的單程轉化率分別為5.2%。[4]0.58%和0.4%。來自反應器的未反應單體經循環氣壓縮機壓縮后進入循環氣冷卻器除去反應熱，與新鮮原料氣一起循環回反應器。從反應器排出的乙丙橡膠粉未經脫氣降壓后進入凈化塔，用氮氣脫除殘留烴類。來自凈化塔頂部的氣體經冷凝回收后用泵送回流比床反應器。生成的微粒狀產品進入包裝工序。

（二）技術特點

與前兩種工藝相比，氣相聚合工藝有其突出的優點：工藝流程簡短序，而傳統工藝有七道工序；不需要溶劑或稀釋劑；幾乎無三暖排放，有利于生態環境保護。但其產品通用性較差，這是由于為避免聚合物過粘，采用炭黑作為流態化助劑的原因。

四、各種生產工藝的技術經濟比較

在生產工藝路線中，溶液聚合工藝成本最高，成本高主要是因為公用工程費、折舊費、固定成本費用高。這是由于生產過程中消耗較高的電和蒸汽所致。懸浮聚合工藝的投資與成本工藝分別相當于相同規模溶液聚合工藝的77%和88%，具有投資少、原料消耗和能耗低、生產成本低、三廢處理費用少等特點。氣相聚合工藝的投資和產品成本最低，分別相當于同等規模溶液聚合工藝的42%和68%。

結 語

綜上所述，雖然EPR溶液聚合工藝的投資和成本最高，但其產品綜合性能好，硫化速度快，產品應用范圍廣，是目前國外最廣泛使用的方法。懸浮聚合工藝生產流程短，投資和成本較低，然而產品性能沒有突出優點，應用范圍較窄，故目前不及溶液聚合工藝使用廣泛。氣相聚合工藝產品中含有大量炭黑，通用性較差，限制了它的使用范圍，但其工藝流程短，生產高效和清潔，有利于降低生產成本和保護生態環境，對長期沿用的溶液聚合工藝具有根本變革性意義，是合成橡膠工業技術今后發展的必然趨勢，已成為國外大石化公司競相開發和優先發展的項目。該工藝雖然目前尚有不盡如人意之處，有的公司對它甚至持謹慎態度，還不大可能很快取代長期工業應用的溶液聚合技術，但從長遠來看，其發展前景是樂觀的。而且，該技術正在向聚丁二烯橡膠氣相合成技術的方向擴展，必將對合成橡膠生產技術的未來發展產生重大的導向性作用。

參考文獻：

[1]朱景芬.乙丙橡膠生產工藝及其技術經濟分析[J].化工技術經濟，2000，05：25-27.

[2]趙秀清，孫立哲.合成乙丙橡膠的生產工藝特點及其技術經濟分析[J].中國新技術新產品，2010，10：130.