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(fā)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(jìn)行聚乙烯分子合成。隨著技術(shù)不斷發(fā)展成熟，1939年聚乙烯實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并開始大量產(chǎn)出。聚乙烯具有非常穩(wěn)定的性能，美軍在二戰(zhàn)期間開始將聚乙烯應(yīng)用在軍需產(chǎn)品中。日本在1958年也開始進(jìn)行聚乙烯的生產(chǎn)，且快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，年產(chǎn)量位居第二。

1.2 聚乙烯的性能和用途

聚乙烯的化學(xué)性能和機(jī)械性能均較好，成型難度低，且成本低廉，這些優(yōu)勢使得聚乙烯材料得到了較為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前聚乙烯在應(yīng)用上主要包括三類：①制作絕緣材料。聚乙烯有著非常穩(wěn)定的物理性質(zhì)，絕緣性能良好，是電的不良導(dǎo)體，因此可以將其應(yīng)用于電力工程的絕緣材料部分，常見的包括電容設(shè)備、變壓器等；②作為防腐蝕材料。聚乙烯不僅有穩(wěn)定的物理性質(zhì)，還有著穩(wěn)定的化學(xué)特性，耐腐蝕效果好，因此在零件、設(shè)備的防腐上得到了廣泛應(yīng)用；③包材的制作。聚乙烯自身應(yīng)力非常強(qiáng)，具有良好的抗撕拉型，且疏水性強(qiáng)，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(jīng)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(yōu)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(fā)生形變。機(jī)械設(shè)備的易高溫部件、電器設(shè)備等部件上常能看到聚乙烯的存在。

2 聚乙烯的應(yīng)用和工業(yè)現(xiàn)狀

2.1 聚乙烯的應(yīng)用

上述用途都是聚乙烯基本性能的應(yīng)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(jìn)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(fù)合型聚乙烯在生活中的實(shí)際應(yīng)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(yīng)用效果，可制作出具有良好抗水性的薄膜，且在應(yīng)用中不容易出現(xiàn)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(yīng)用廣泛。此外，將聚乙烯埋在地下能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的不腐爛、不變形，因此在地下管廊中應(yīng)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(fā)泡處理之后，能夠?qū)⑵渲瞥傻团菽芰?，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(yīng)用。應(yīng)用低壓工藝進(jìn)行聚乙烯的制作，能夠生產(chǎn)出纖維，在制作繩子和漁網(wǎng)時會使用到?，F(xiàn)有工藝水平已經(jīng)能夠制作出具有較高強(qiáng)度的聚乙烯纖維，在防彈領(lǐng)域有很好的使用效果。④日常生活用品上的應(yīng)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(yè)現(xiàn)狀

隨著聚乙烯高端應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，我國將聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)列為國家級創(chuàng)新工作中，這就從側(cè)面凸顯出了聚乙烯的重要性。目前，我國在聚乙烯生產(chǎn)時主要采用的技術(shù)為氣相法，但是在生產(chǎn)中存在著一系列問題，最明顯的就是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生了大量過渡料。為了解決該生產(chǎn)問題，國家投入了大量資金與人力，目的在于優(yōu)化氣相法生產(chǎn)聚乙烯，氣相聚乙烯冷凝、超冷凝工藝因此出現(xiàn)，但是要想讓聚乙烯生產(chǎn)更加方便快捷，我國還需要經(jīng)過漫長的技術(shù)研究，攻克各類難題。

3 冷工藝的應(yīng)用研究

3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

冷凝工藝生產(chǎn)聚乙烯是歷史較為悠久的聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)，該方法是依靠物理反應(yīng)促進(jìn)乙烯出現(xiàn)冷凝反應(yīng)，并得到聚乙烯，滿足生活、生產(chǎn)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(fā)與應(yīng)用中對國外工作原理進(jìn)行的學(xué)習(xí)借鑒，并以國外工作原理為基礎(chǔ)開展了一系列超冷凝技術(shù)的研究。國內(nèi)工藝研究需要從我國設(shè)備的實(shí)際情況出發(fā)，對工藝進(jìn)行本土化發(fā)展，并在實(shí)踐中優(yōu)化聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)，使其操作更加便捷。在工藝改進(jìn)過程中，技術(shù)人員對經(jīng)濟(jì)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(xiàn)狀

聚乙烯冷凝工藝在國外開始應(yīng)用時間較早，是國外企業(yè)在技術(shù)研究過程中形成的生產(chǎn)工藝，技術(shù)人員在相應(yīng)的反應(yīng)裝置中借助高溫?zé)釟庋h(huán)和低溫冷卻來實(shí)現(xiàn)聚乙烯的冷凝生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)的工藝流程中，在一定條件下高溫與低溫環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間的轉(zhuǎn)換。以UCC公司所應(yīng)用的生產(chǎn)工藝作為例子進(jìn)行該工藝的簡要分析。UCC為了實(shí)現(xiàn)聚乙烯的冷凝生產(chǎn)，購置并安裝了特殊的工藝裝置，并借助控制技術(shù)在預(yù)設(shè)點(diǎn)形成所需要的循環(huán)氣體，在氣體循環(huán)時加入所需要的各類添加劑，使其與乙烯接觸并發(fā)生充分反應(yīng)，通過一段時間的作用，就能借助物理反應(yīng)生成所需要的聚乙烯。整個過程就是最初聚乙烯冷凝生產(chǎn)工藝，是冷凝工藝后續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。聚乙烯冷凝生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)今水平，國外的研究重點(diǎn)已經(jīng)放在了工藝操作的優(yōu)化上，希望借助技術(shù)發(fā)展提高聚乙烯的產(chǎn)量與生產(chǎn)效率，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造出更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，為整個行業(yè)的發(fā)展?fàn)I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(chǎn)出的聚乙烯產(chǎn)品具有更強(qiáng)的韌性，且具有良好的可塑性。通過對雙峰工藝生產(chǎn)的聚乙烯進(jìn)行承重測試后，根據(jù)數(shù)據(jù)總結(jié)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(huán)保性，更利于推廣應(yīng)用。

4.1 國外研究現(xiàn)狀

要想應(yīng)用雙峰工藝進(jìn)行聚乙烯的生產(chǎn)，就需要對原料進(jìn)行嚴(yán)格篩選，將不符合雙峰工藝要求的原材料剔除，保證原料質(zhì)量。單反應(yīng)器法是國外使用頻率較高的操作方法，但是在生產(chǎn)中需要加入相應(yīng)的催化劑，導(dǎo)致聚乙烯生產(chǎn)成本增加。為了控制生產(chǎn)成本，技術(shù)人員針對催化劑添加量進(jìn)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(shù)人員研發(fā)了Borstar工藝，并在生產(chǎn)中得到了推廣應(yīng)用，應(yīng)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(fèi)現(xiàn)象。在對雙峰工藝生產(chǎn)的聚乙烯產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)，對比傳統(tǒng)工藝，新工藝實(shí)現(xiàn)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(nèi)研究現(xiàn)狀

我國雙峰工藝的研究是以國外工藝應(yīng)用為基礎(chǔ)展開的深層次研究，對該工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。國內(nèi)雙峰工藝的生產(chǎn)形式大多是兩個反應(yīng)器進(jìn)行同時操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聚乙烯質(zhì)量的控制，并在生產(chǎn)中研究熔斷技術(shù)的應(yīng)用，旨在提高聚乙烯產(chǎn)品質(zhì)量。這一目標(biāo)的達(dá)成與聚乙烯的分子量關(guān)系密切，技術(shù)人員在操作中可以對氣相反應(yīng)器中的熔體流動速率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)聚合物分子量的提升，達(dá)到雙峰生產(chǎn)的目標(biāo)。

5 反應(yīng)裝置的應(yīng)用研究

5.1 管式LDPE工藝

管式LDPE工藝使用的設(shè)備為管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器是特殊的空心管裝的設(shè)備，在使用中可以根據(jù)生產(chǎn)工藝需求進(jìn)行反應(yīng)器長度的調(diào)整，設(shè)備適應(yīng)效果好，操作方式方便快捷。技術(shù)人員通過研究發(fā)現(xiàn)，管式LDPE工藝能夠?qū)崿F(xiàn)聚乙烯生產(chǎn)過程中的高轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)聚乙烯生產(chǎn)質(zhì)量的提升?；谠搩?yōu)勢，國內(nèi)外研究人員對該工藝的創(chuàng)新與完善格外關(guān)注，在實(shí)際操作上核心就是對整體反應(yīng)器的更新?lián)Q代，用反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新操作。目前行業(yè)中有著多種形式的管式反應(yīng)器，生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員可以根據(jù)自身生產(chǎn)需求進(jìn)行反應(yīng)器的選擇，保證生產(chǎn)工序順利進(jìn)行。除此之外，現(xiàn)階段的管式反應(yīng)器需要較高的電耗，這是技術(shù)人員現(xiàn)期需要攻克的重點(diǎn)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(diǎn)，該工藝也需要有專業(yè)反應(yīng)設(shè)備作為支持，區(qū)別于管式LDPE工藝管式反應(yīng)器的是內(nèi)部安裝有攪拌裝置和擋流板，這樣就能從聚乙烯生產(chǎn)的實(shí)際情況出發(fā)對工藝進(jìn)行調(diào)整，控制整個反應(yīng)過程的溫度。我國根據(jù)操作方式不同將釜式LDPE工藝劃分成了三類：間歇性、半連續(xù)性、連續(xù)性。國外對該工藝的應(yīng)用多是串聯(lián)兩臺反應(yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)，串聯(lián)工藝的應(yīng)用提升了乙烯生成PE的轉(zhuǎn)化率，這是聚乙烯行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。

6 其他生產(chǎn)工藝

6.1 LLDPE生產(chǎn)工藝研究

LLDPE生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)是聚乙烯共聚技術(shù)，借助低密度壓縮的方式實(shí)現(xiàn)乙烯的聚合，該工藝的特點(diǎn)體現(xiàn)在金屬催化劑上，通過反應(yīng)能夠讓聚乙烯具有更強(qiáng)的聚合能力，還能實(shí)現(xiàn)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(nèi)外研究人員針對該工藝進(jìn)行了生產(chǎn)效率提升的研究，并探索如何在生產(chǎn)中降低生產(chǎn)成本，且收效明顯。LLDPE生產(chǎn)工藝產(chǎn)出的聚乙烯性能特點(diǎn)決定了它在建筑裝修行業(yè)的廣泛應(yīng)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(tǒng)模式下的聚乙烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析可知，都需要在生產(chǎn)中制造原材料的顆粒，通過對顆粒的融合實(shí)現(xiàn)聚乙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)。在當(dāng)今社會中，技術(shù)人員對不造粒的聚乙烯生產(chǎn)模式開始進(jìn)行大量研究，通過不需造粒樹脂的大量生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的降低，減少造粒環(huán)節(jié)所需要的能耗與原料消耗，達(dá)到了簡化操作的目的。此外，反應(yīng)器中生成的低結(jié)晶產(chǎn)品有著更好的形態(tài)穩(wěn)定性，不易發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)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(chǎn)步驟很容易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量有所下降，進(jìn)而影響到聚乙烯在某些行業(yè)中的應(yīng)用。為了讓不造粒工藝產(chǎn)出的聚乙烯質(zhì)量得到保障，就需要對該技術(shù)進(jìn)行深入研究，目前研究人員開始將氣相流化床技術(shù)和淤漿法預(yù)聚技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，讓生產(chǎn)過程得到優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該方式的應(yīng)用需要有單獨(dú)的反應(yīng)設(shè)備來完成預(yù)生產(chǎn)，實(shí)時監(jiān)測材料指標(biāo)變化情況，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再進(jìn)行針對性的研究。通過分步控制各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，能夠讓整個生產(chǎn)過程更加靈活便捷。

7 結(jié)束語

對于聚乙烯而言，國內(nèi)外相關(guān)研究人員與技術(shù)人員已經(jīng)對材料的物理性能與化學(xué)性能有了非常全面的了解，包括材料的優(yōu)點(diǎn)與不足，并明確提出了聚乙烯在生產(chǎn)過程中需要注意的內(nèi)容。針對工藝缺陷提出了針對性的解決措施，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的優(yōu)化，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化與完善基礎(chǔ)設(shè)備，讓生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率得到同步提升，為聚乙烯生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，通過行業(yè)的發(fā)展能夠讓聚乙烯更好地服務(wù)于人類的生活。