高压聚乙烯产品质量控制

高压聚乙烯产品质量控制

艾铁锋

（中国石油大庆石化分公司塑料厂，大庆，163714）

摘要：高压聚乙烯装置生产过程中, 由于操作条件的变化，产品的使用性能受到影响，经过对装置的调查摸索, 总结了产品质量的影响因素，针对产品质量控制作出了相应措施，减少了协议产品的出现。

关键词：影响因素控制 产品质量

高压聚乙烯装置采用德国伊姆豪逊专利，以乙烯为原料，氧气作引发剂，丙烯、丙烷、丁烯作分子量调整剂，采用四点进料的管式法反应，可生产13个不同牌号的聚乙烯产品。装置生产过程中影响产品质量的因素很多,反应压力温度，调整剂质量、引发剂注入量对聚乙烯的产品质量影响较大，产品质量出现问题的事件时有发生,因此,我们对控制产品质量进行探讨,制定具体的控制措施, 避免不合格产品的出现,保证装置安全平稳长周期的运行。

1 高压聚乙烯装置的反应机理

聚合单体乙烯在超高压，引发剂氧气的作用下，发生游离基型聚合反应，由于聚合反应是在管式反应器中进行的，因此，该聚合反应方式被称为高压管式反应。乙烯高压聚合反应是自由基引发的加聚反应，按照自由基反应机理，聚合反应主要经历链引发、链增长、链终止和链转移四个过程。在聚合过程中, 引发速率最慢,是控制聚合速率的关键。

2影响聚合反应的因素

2.1 压力对反应速率的影响

高压聚乙烯反应压力对聚合反应的影响,表现在引发剂、调整剂浓度、反应速度等方面。当乙烯在反应器聚合时,随着反应压力的增加,反应速度和产物也增加。因为乙烯是气态单体,所以在聚合反应中,压力是提高其浓度的必要条件。

2.2 反应压力对熔融指数、密度和转化率的影响

聚合反应压力提高,产品的熔融流动指数降低,产品密度增加,转化率上升分子量增加。在超高压条件下,乙烯被压缩为气密相状态,乙烯分子之间的距离缩短，压力上升即相应地增加了乙烯的浓度, 促进了链增长反应,因此平均分子量增加,而熔融流动指数降低。同时提高压力,相应地增加了活性增长链与乙烯单体碰撞机会, 因而得到较少支链的长主链支化度减少, 结晶度高, 所以密度增加。

2.3温度对聚合反应的影响

增加引发剂的注入，聚合反应的温度升高,聚乙烯的熔融流动指数提高,而密度降低,转化率提高，分子量下降。反应温度升高后,链增长速率和链传递速率都相应增加,链传递反应速度较链增长反应增长的快,所以产品平均分子量降低,熔融流动指数增加。同时温度升高后,链传递速率加快,造成大分子带有较多的短支链和长支链,因而支化度增加,相应结晶度低,产品密度减少。必须采取措施,做出操作调整,使温度和压力达到聚合条件,满足产品质量的要求。

2.4调整剂对聚合反应的影响

在聚合反应中通过调节剂控制熔融指数，调整剂增加，熔融指数上升，密度降低，转化率轻微下降，装置开车时，控制调整剂的注入量和时间，根据系统所含丙烷量来决定，如果系统不含丙烷或丙烷浓度极少，增加注入时间，如果原系统含有丙烷，则根据其浓度适当地将注入时间缩短，最终开车时系统丙烷浓度达到规定值。对于正常生产中调整产品熔体流量速率时，注入丙烷的时间可根据生产方案和产品熔体流动速率的实际值来适当进行调整。

2.5杂质对聚合反应的影响

原料乙烯、引发剂、调节剂等达不到纯度要求, 杂质含量会影响产品质量。杂质含量增加，反应温度下降，聚乙烯熔融指数上升。惰性杂质包括甲烷、乙烷、氮气、二氧化碳等,它们不直接参加聚合反应,而积存在整个反应系统中,使乙烯浓度和分压降低。参与反应的杂质,包括乙炔、一氧化碳、乙醛酸等，一氧化碳和乙醛酸等在聚乙烯分子中引入极性基团, 影响产品的抗氧化能力和介电性能。乙烯属不饱合烃与乙烯聚合,在分子中引入双链和支链,则影响产品的热稳定性和结晶度,使薄膜的混浊度增加,环境应力开裂和介电性能增加。

3正常生产时对产品质量的控制

3.1 调节反应压力控制产品质量

3.1.1 控制反应压力平稳

反应压力的改变，立刻对反应速度产生影响，可通过反应器中气体体积的压缩或膨胀改变温度。反应器的压力对聚合过程影响很大，因此，保证反应压力的稳定对产品质量的控制是十分重要的。同时，反应压力很高，安全问题显得十分突出，为了确保压力检测信号的可靠性，故采用了三重检测，由脉冲阀自动调节反应压力的平稳控制,操作中要不断观察脉冲阀的动作和反馈值情况,防止脉冲阀出现故障,反应压力失控,发生程序动作。

3.1.2 控制二次机打气量, 防止反应压力波动

二次机打气量提高，聚乙烯产量也会相应地提高。二次机入口压力由于一次机和高循返回气组成, 生产中要严格控制二次机打气量, 即通过高分压力, 自动调节一次机旁路返回气量, 控制二次机入口压力、打气量稳定, 防止反应压力和引发剂注入量波动, 影响聚乙烯产品质量。

3.2 控制反应温度平稳

反应速度主要取决于反应温度，它不但影响产品的质量，也影响聚合反应的速度，一旦温度达到乙烯和聚乙烯分解温度就会发生热分解，使反应压力上升。无论从产品质量上或是从安全保护措施角度，均应对反应温度进行严格的控制。反应器内温度分布是不均匀的

，沿反应器安装了热电偶，随时检测温度，根据牌号要求反应温度设定值与所测的最高温度比较，得出的偏差被送入反应器压力控制器，对反应器压力设定值进行修正。操作中,密切注意反应温度的变化,各反应段的温峰值，及时对反应进行调整,控制反应温峰稳定。反应的温峰由过引发剂注入量来调节,引发剂的注入量过大时,会导致聚合反应放出的热量增加,使温峰超过控制温度,严重时会发生超温分解，因此要避免这种现象发生。

在操作中,要注意氧压机工作状况和输出压力、反应温度的变化,尤其是各反应段的温峰值,防止由于反应温峰的控制点信号故障使控制系统失灵。二次机入口压力变化大，氧压机的阀位变化，也会让引发剂的瞬时流量过大,造成反应温度过高。加强氧压机的维护保养，对氧压机出口压力变化、回油状况、段间温度等参数重点检查。

3.3 减少系统内杂质的含量

3.3.1 防止原料中氧气的存在

在原料中有氧气存在时,乙烯会发生局部分解反应,释放出热量。因此要严格控制系统内氧气的含量，原料乙烯的氧含量要定期化验分析。开车前对于装置内各个系统的置换必须彻底,尤其是压缩机系统、反应器系统、高低循系统。

3.3.2避免压缩机内部油降解产物产生

内部油为二次压缩机的润滑油,主要为气缸活塞润滑。润滑油注入后大多数都进入系统,其降解的产物具有较好的氧化效果,累积增多会引发分解反应。如果再有氧气的情况下,内部油会加速氧化反应,因此油品储存时,必须进行氮封。

3.4防止反应分解产物影响产品质量

当高压聚乙烯装置发生分解反应后,必须对反应器进行彻底的置换,启动一次机进行升压，给反应器充压，手动打开反应器放空阀，进行重复放空,将分解的残余物料带走，同时对反应器进行热冲刷，保证反应器内系统的纯净。

3.5控制各种添加剂的加入量

根据不同高压聚乙烯牌号的产品，需要添加不同种类的添加剂, 高压聚乙烯装置主要有滑剂、开口剂、抗氧剂和混合助剂，根据牌号的不同来调节添加剂的种类、加入量, 确保产品质量合格。

4结论

（1）高压聚乙烯装置反应压力高，联锁点多控制难度大,对聚乙烯产品影响因素多,聚乙烯产品出现不合格是很难避免的。

（2）装置发生分解反应时,要启动一次增压压缩机，升压进行彻底置换，通过多次充压放空将系统中黑料、灰料排放干净,保证系统的纯净，避免污染整个系统。

（3）影响高压聚乙烯产品质量的因素有反应压力、温度调节剂的种类及数量等。（4）通过严格控制反应压力、温度、减少系统中杂质等多种方法来控制产品质量, 减少不合格品的出现。

参考文献：

[1] 大庆石化分公司高压聚乙烯装置工艺技术规程.大庆石化