聚乙烯生產工藝綜述及創新

趙立超

（中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東揭陽 515200）

1 聚乙烯簡述

1.1 聚乙烯發展概述

聚乙烯由多個乙烯分子單體聚合而成，英國早在1922年就開始進行聚乙烯分子合成。隨著技術不斷發展成熟，1939年聚乙烯實現了工業化生產，并開始大量產出。聚乙烯具有非常穩定的性能，美軍在二戰期間開始將聚乙烯應用在軍需產品中。日本在1958年也開始進行聚乙烯的生產，且快速實現量產，年產量位居第二。

1.2 聚乙烯的性能和用途

聚乙烯的化學性能和機械性能均較好，成型難度低，且成本低廉，這些優勢使得聚乙烯材料得到了較為廣泛的應用。當前聚乙烯在應用上主要包括三類：①制作絕緣材料。聚乙烯有著非常穩定的物理性質，絕緣性能良好，是電的不良導體，因此可以將其應用于電力工程的絕緣材料部分，常見的包括電容設備、變壓器等；②作為防腐蝕材料。聚乙烯不僅有穩定的物理性質，還有著穩定的化學特性，耐腐蝕效果好，因此在零件、設備的防腐上得到了廣泛應用；③包材的制作。聚乙烯自身應力非常強，具有良好的抗撕拉型，且疏水性強，這就決定了聚乙烯能夠用于包裝材料，是塑料包裝材料中重要的組成部分。

聚乙烯的性能直接決定了它的廣泛用途，經輻射后的聚乙烯的用途變得更加廣泛，輻射的過程是對聚乙烯性能的優化，耐高溫、抗壓抗拉等性能都得到了大幅提升。輻射處理還能提高聚乙烯的絕緣性能，不容易發生形變。機械設備的易高溫部件、電器設備等部件上常能看到聚乙烯的存在。

2 聚乙烯的應用和工業現狀

2.1 聚乙烯的應用

上述用途都是聚乙烯基本性能的應用，為了讓聚乙烯材料獲得更好的使用效果，常常在材料中加入其他材料，包括鄰羥基二苯甲酮、炭黑等，這樣能夠讓聚乙烯獲得屏蔽紫外線的能力。為了讓聚乙烯的使用性能進一步提升，還可以將潤滑劑、著色劑等加入聚乙烯中。下面是復合型聚乙烯在生活中的實際應用。①塑料薄膜的制作。增加添加劑的聚乙烯薄膜物理性能顯著，因此在加工薄膜中有著更好的應用效果，可制作出具有良好抗水性的薄膜，且在應用中不容易出現破損；②用在管材、板材的制作。聚乙烯材料自身的可塑性極佳，在塑料管材、板材的制作中應用廣泛。此外，將聚乙烯埋在地下能夠實現長時間的不腐爛、不變形，因此在地下管廊中應用效果顯著，讓下水道管材選擇的問題得到解決。聚乙烯在發泡處理之后，能夠將其制成低泡沫塑料，低泡沫塑料在建筑材料的制作中非常常見。③在纖維制作中的應用。應用低壓工藝進行聚乙烯的制作，能夠生產出纖維，在制作繩子和漁網時會使用到。現有工藝水平已經能夠制作出具有較高強度的聚乙烯纖維，在防彈領域有很好的使用效果。④日常生活用品上的應用。聚乙烯的特殊屬性使它在人們生活中扮演著非常重要的角色，很多日常生活用品都需要有聚乙烯材料的參與。例如行李箱、臉盆等生活常備品。

2.2 聚乙烯的工業現狀

隨著聚乙烯高端應用領域的拓展，我國將聚乙烯生產技術列為國家級創新工作中，這就從側面凸顯出了聚乙烯的重要性。目前，我國在聚乙烯生產時主要采用的技術為氣相法，但是在生產中存在著一系列問題，最明顯的就是生產環節中產生了大量過渡料。為了解決該生產問題，國家投入了大量資金與人力，目的在于優化氣相法生產聚乙烯，氣相聚乙烯冷凝、超冷凝工藝因此出現，但是要想讓聚乙烯生產更加方便快捷，我國還需要經過漫長的技術研究，攻克各類難題。

3 冷工藝的應用研究

3.1 國內研究現狀

冷凝工藝生產聚乙烯是歷史較為悠久的聚乙烯生產技術，該方法是依靠物理反應促進乙烯出現冷凝反應，并得到聚乙烯，滿足生活、生產中的各類需求。我國開始研究聚乙烯冷凝工藝的時間較晚，但是在工藝研發與應用中對國外工作原理進行的學習借鑒，并以國外工作原理為基礎開展了一系列超冷凝技術的研究。國內工藝研究需要從我國設備的實際情況出發，對工藝進行本土化發展，并在實踐中優化聚乙烯生產技術，使其操作更加便捷。在工藝改進過程中，技術人員對經濟成本的控制格外重視，并在該方面取得了較好成果。

3.2 國外研究現狀

聚乙烯冷凝工藝在國外開始應用時間較早，是國外企業在技術研究過程中形成的生產工藝，技術人員在相應的反應裝置中借助高溫熱氣循環和低溫冷卻來實現聚乙烯的冷凝生產。在實際生產的工藝流程中，在一定條件下高溫與低溫環節能夠實現相互之間的轉換。以UCC公司所應用的生產工藝作為例子進行該工藝的簡要分析。UCC為了實現聚乙烯的冷凝生產，購置并安裝了特殊的工藝裝置，并借助控制技術在預設點形成所需要的循環氣體，在氣體循環時加入所需要的各類添加劑，使其與乙烯接觸并發生充分反應，通過一段時間的作用，就能借助物理反應生成所需要的聚乙烯。整個過程就是最初聚乙烯冷凝生產工藝，是冷凝工藝后續發展的基礎。聚乙烯冷凝生產技術發展到現今水平，國外的研究重點已經放在了工藝操作的優化上，希望借助技術發展提高聚乙烯的產量與生產效率，進而為企業創造出更加豐厚的經濟效益，為整個行業的發展營造良好氛圍。

4 雙峰工藝的研究

與冷凝工藝相比，雙峰工藝生產出的聚乙烯產品具有更強的韌性，且具有良好的可塑性。通過對雙峰工藝生產的聚乙烯進行承重測試后，根據數據總結開始將該材料用于購物袋的制作上，耐用不易破損。此外，該聚乙烯制作的包裝袋具有良好的環保性，更利于推廣應用。

4.1 國外研究現狀

要想應用雙峰工藝進行聚乙烯的生產，就需要對原料進行嚴格篩選，將不符合雙峰工藝要求的原材料剔除，保證原料質量。單反應器法是國外使用頻率較高的操作方法，但是在生產中需要加入相應的催化劑，導致聚乙烯生產成本增加。為了控制生產成本，技術人員針對催化劑添加量進行了系列研究，通過減少催化劑用量來降低成本投入。針對該問題，國外技術人員研發了Borstar工藝，并在生產中得到了推廣應用，應用該工藝能夠降低催化劑用量，且能夠提高聚乙烯原材料的利用率，減少原材料浪費現象。在對雙峰工藝生產的聚乙烯產品進行質量檢測發現，對比傳統工藝，新工藝實現了聚乙烯材料性能的提升，對人們的使用需求滿足程度更高。

4.2 國內研究現狀

我國雙峰工藝的研究是以國外工藝應用為基礎展開的深層次研究，對該工藝進行了優化研究。國內雙峰工藝的生產形式大多是兩個反應器進行同時操作，進而實現聚乙烯質量的控制，并在生產中研究熔斷技術的應用，旨在提高聚乙烯產品質量。這一目標的達成與聚乙烯的分子量關系密切，技術人員在操作中可以對氣相反應器中的熔體流動速率進行控制，實現聚合物分子量的提升，達到雙峰生產的目標。

5 反應裝置的應用研究

5.1 管式LDPE工藝

管式LDPE工藝使用的設備為管式反應器，該反應器是特殊的空心管裝的設備，在使用中可以根據生產工藝需求進行反應器長度的調整，設備適應效果好，操作方式方便快捷。技術人員通過研究發現，管式LDPE工藝能夠實現聚乙烯生產過程中的高轉化率，促進聚乙烯生產質量的提升。基于該優勢，國內外研究人員對該工藝的創新與完善格外關注，在實際操作上核心就是對整體反應器的更新換代，用反應器來實現創新操作。目前行業中有著多種形式的管式反應器，生產企業的技術人員可以根據自身生產需求進行反應器的選擇，保證生產工序順利進行。除此之外，現階段的管式反應器需要較高的電耗，這是技術人員現期需要攻克的重點問題。

5.2 釜式LDPE工藝

釜式LDPE工藝與管式LDPE工藝有著很多相似點，該工藝也需要有專業反應設備作為支持，區別于管式LDPE工藝管式反應器的是內部安裝有攪拌裝置和擋流板，這樣就能從聚乙烯生產的實際情況出發對工藝進行調整，控制整個反應過程的溫度。我國根據操作方式不同將釜式LDPE工藝劃分成了三類：間歇性、半連續性、連續性。國外對該工藝的應用多是串聯兩臺反應器進行生產，串聯工藝的應用提升了乙烯生成PE的轉化率，這是聚乙烯行業技術領域的重大突破。

6 其他生產工藝

6.1 LLDPE生產工藝研究

LLDPE生產工藝的基礎是聚乙烯共聚技術，借助低密度壓縮的方式實現乙烯的聚合，該工藝的特點體現在金屬催化劑上，通過反應能夠讓聚乙烯具有更強的聚合能力，還能實現抗氧化性、抗腐蝕性的提升，讓聚乙烯材料與市場需求更加吻合。國內外研究人員針對該工藝進行了生產效率提升的研究，并探索如何在生產中降低生產成本，且收效明顯。LLDPE生產工藝產出的聚乙烯性能特點決定了它在建筑裝修行業的廣泛應用，在地膜的鋪裝過程中也有很好的使用效果。

6.2 不造粒工藝研究

對傳統模式下的聚乙烯生產工藝進行分析可知，都需要在生產中制造原材料的顆粒，通過對顆粒的融合實現聚乙烯產品的生產。在當今社會中，技術人員對不造粒的聚乙烯生產模式開始進行大量研究，通過不需造粒樹脂的大量生產能夠實現能耗的降低，減少造粒環節所需要的能耗與原料消耗，達到了簡化操作的目的。此外，反應器中生成的低結晶產品有著更好的形態穩定性，不易發生形態轉換，加工周期因此大幅縮短，加工所需能耗也得到有效控制。值得注意的是，通過不造粒來簡化生產步驟很容易導致產品質量有所下降，進而影響到聚乙烯在某些行業中的應用。為了讓不造粒工藝產出的聚乙烯質量得到保障，就需要對該技術進行深入研究，目前研究人員開始將氣相流化床技術和淤漿法預聚技術聯合應用，讓生產過程得到優化，提高產品質量。該方式的應用需要有單獨的反應設備來完成預生產，實時監測材料指標變化情況，得到實驗數據再進行針對性的研究。通過分步控制各個生產環節，能夠讓整個生產過程更加靈活便捷。

7 結束語

對于聚乙烯而言，國內外相關研究人員與技術人員已經對材料的物理性能與化學性能有了非常全面的了解，包括材料的優點與不足，并明確提出了聚乙烯在生產過程中需要注意的內容。針對工藝缺陷提出了針對性的解決措施，實現了生產流程的優化，并在實踐中不斷優化與完善基礎設備，讓生產質量與生產效率得到同步提升，為聚乙烯生產行業的發展奠定基礎，通過行業的發展能夠讓聚乙烯更好地服務于人類的生活。