聚乙烯可行性报告(7)

2019-04-14 22:41

度和线型密度的聚乙烯。

在1996年公布的世界专利,Dupont和北卡罗来纳大学联合披露了新的后过渡金属单中心络合催化剂的制备和应用,尤其是镍和钯。Dupont和北卡罗来纳集团和BP化学/伦敦帝国学院分别独立工作,使这项开发继续延伸到其它第Ⅷ族金属。两个研究组已经公布了新型铁和钴聚合催化剂开发的研究成果。1999年3月,BP颁发了一项世界专利,探索这些催化剂的生产和应用;Dupont和北卡罗来纳的有关专利覆盖了铁和钴聚合催化剂的制备、丙烯在铁催化剂上的聚合。

这些催化剂的特点是在乙烯聚合反应中产生许多支链,有显著的温度和压力效应。使用镍催化剂时,压力增加,数均分子量增加,支链数减少,聚乙烯密度和熔点增高;若聚合温度增,则数均分子量减少,MWD变窄,支链数增加,度和熔点的降低。后过渡金属催化剂(镍、钴、铁和钯)是基于生产普通查用的原料。生产催化剂的成本预计可降到与Z-N催化剂的水平。为了和Z-N或茂金属单中心催化剂在成本上竞争,助催化剂的使用量将需要明显地降低

2.2.4冷凝态操作技术

“冷凝态操作技术”是近年来气相流化床工艺,其中最引人注目的一项改进技术,即通过把过冷的气体物料送入流化床反应器,来提高反应器的时空收率。该技术是美国UCC公司在1984年首先提出的。它采用把循环反应气冷

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却到露点以下,使其夹带的2%~20%液体再返回反应器,由于降低了反应器的入口温度,就能排除更多的聚合热,从而提高时空收率30%~70%。实践证明:只要原料中气液比足够高,使液体在被蒸发之前保持被夹带状态,就不会堵塞分布板,液体也不会在反应器底部积累,反应器完全可以正常运转。UCC称:采用这项工艺改进,对现有设备的唯一变动是增加一个折流板,以防在循环器入口区域形成一个低气速区,“冷凝态操作”不但可以提高反应器的生产能力,还可使反应器在较低温度下运行,有利于生产高级α-烯烃共聚物,减少共聚物结块的可能性。

由于流化床反应器的投资只占整套生产装置的10%~15%,而“超冷凝态气相工艺”对反应器进行扩能改造时,对其它设备如传热系统、排放系统、料仓等也需要做相应的扩能的改造,因此这部分追加投资的多少将成为制约是否采用“超冷凝态气相工艺”的一个关键因素。 2.2.5生产双峰分子量分布树脂的技术

为了改善分子量分布较窄的高分子量聚乙烯(HMWPE)的加工性能,人们最初把它与一部分低分子量的PE共混,但这种共混物性能不均一,后来又采用“分段式反应器法”,以及在一段反应器中使用混合催化剂或多活性中心催化剂来生产双峰分子量分布的树脂。实践证明,双峰树脂不但可有效地改善树脂的加工性能,而且还具有更高的耐环境应力开裂性能和抗冲击性能,特别是在薄膜制品的应用中具有独特的“减薄”功能。

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2.2.5.1分段式反应器生产双峰树脂技术

近年来,该工艺己应用于气相流化床,1994年UCC公司开发成功的UnipolⅡ型气相流化床工艺就是利用分段式反应器生产双峰树脂的典型。用该技术生产出的高分子量双峰聚乙烯既有高分子量部分提供的高强度,又有低分子量部分提供的流动性能,其新产品分为两类:(1)易流动LLDPE,可用现有LDPE加工设备加工,生产的薄膜冲击强度比LDPE高43%。(2)高强度LLDPE,比现有LLDPE具有更优的加工性能,其冲击强度比Unipol己烯级LDPE高270%,1μm膜的拉伸和撕裂强度比现有LLDPE分别高380%及390%,甚至比Dow公司的第二代Dowlex辛烯级LLDPE和Mobil的己烯级的超强LLDPE更具有降低膜厚度的潜力。

利用分段反应器生产双峰树脂,克服了共混型双峰树脂的不均一问题,具有操作灵活性大的优点,但其生产成本仍然较高。为了节省能源、降低成本,近年来不少公司都开发出了在一段反应器中生产双峰树脂的技术。 2.2.5.2通过多金属催化剂生产双峰树脂技术

在一段反应器中生产双峰树脂,必须要求两种催化剂或两种活性中心能分别控制各自链段的分子量及对共聚单体的选择性,制出符合要求的双峰树脂,因此就对催化剂提出了更高的要求。

早期的多金属催化剂有在一种或两种载体上负载两种以上Ti、V、Zr的

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过渡金属催化剂,如USP4 918 038中的Zr-V催化剂、或Ziegler型催化剂活性中心与Phillips型活性中心共存的催化剂,甚至两种催化剂混用。由于茂金属催化剂生产的PE分子量分布很窄,难于加工,因此为了改善产品的加工性,许多公司都把茂金属催化剂生产的树脂“双峰化”。如1993年,BP公司在其流化床工艺中使用茂金属与Z-N混合催化剂体系,生产出超韧、高强的双峰LLDPE;BP公司还用两种茂金属混合催化剂体系生产出HDPE双峰膜树脂,其韧性及纵/横向撕裂强度比目前的分段式反应器生产的双峰树脂还要好。另外,Exxon公司也采用两种或多种茂金属催化剂体系生产出具有双峰分子量分布的新一代增强LLDPE。 2.2.6不造粒技术

随着催化剂技术的进步,现在已出现了直接由聚合釜中制得无需进一步造粒的球形PE树脂的技术。直接生产不需造粒树脂,不但能省去大量耗能的挤出造粒等步骤,还可使从反应器中得到的低结晶产品不发生形态变化,这样有利于缩短加工周期、节省加工能量。如Montecatini近年来已成功地利用球形MgCl2载体催化剂生产出无需再造粒的球形全密度PE。

在不造粒技术方面走在前列的是Himont公司,该公司以其Spheripol PP工艺为基础,近年又开发成功了Spherilene PE 工艺,该工艺采用负载于MgCl2上的钛系催化剂,由反应器直接生产出密度为0.890~0.970g/cm3的PE球形树脂颗粒,产品包括LDPE、LLDPE和HDPE,甚至在不降低装置生产能

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力的情况下生产VLDPE和ULDPE。由于省去了造粒工序,可使装置投资减少20%。该工艺把淤浆法预聚技术与气相流比床技术结合起来,反应先在一个小环管反应器中进行,然后预聚物连续通过一个或两个短停留时间的气相流化床,两个气相流化床中可控制及维持完全独立的气体组成,温度和压力可独立控制,实现了产品设计更大的灵活性。

Spherilene工艺的核心是其催化剂技术,有人把它称为“颗粒反应器技术”。该技术使用的球形钛系催化剂在物理和化学结构上显示出三维空间的特点,可人为地控制载体本身的物理化学性能,并控制活性中心在载体上的分布。其原理为:通过控制载体的孔隙率,使活性中心优先分布在表面,致使单体扩散能力受限,这样在聚合过程中就可以得到层状或空心的聚合物颗粒,而颗粒本身又成为一个反应器,引入其中的其它单体,则可在中空颗粒内部的活性中心作用下聚合或共聚,从而生产出分散非常均匀的聚合共混物或称聚合物合金。采用不同的单体配方,可得到均聚物、共聚物、弹性体以及其它功能性聚合物,由于产物具有良好的颗粒形态,可不造粒直接出厂,大大节约了能量。据称,目前全世界需求的催化合金全部由Himont公司提供(约9万t/a)。 2.2.7共聚技术

采用共聚技术对PE进行改性,近年来得到长足的发展,低压PE工艺的明显进展之一就是HDPE和LLDPE的共聚单体从丁烯-1向高级a-烯烃(己烯、

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