呼嘉楠，徐錦權(quán)，薛彬彬

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西延安 717100）

隨著乙烯聚合制成高密度聚乙烯（HDPE）在20世紀(jì)60年代的出現(xiàn)，高密度聚乙烯研制工作已經(jīng)獲得一定的進(jìn)步，結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實(shí)際情況，主要是淤漿法、溶液法和氣相法等三種制備工藝技術(shù)。高密度聚乙烯分子由于具有良好的耐化學(xué)腐蝕、硬度較強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適用于電纜覆蓋層、管材等領(lǐng)域，同時(shí)，聚乙烯所呈現(xiàn)出不吸水、無毒等性質(zhì)，也被應(yīng)用在食品包裝領(lǐng)域中。本文結(jié)合高密度聚乙烯制備發(fā)展情況的論述，探討了其在我國的主要應(yīng)用情況。

1 高密度聚乙烯制備工藝的技術(shù)

1.1 氣相聚合法制備高密度聚乙烯

在采用氣相聚合法制備高密度聚乙烯的過程中，是借助于低壓氣相流化反應(yīng)器，選擇鉻系催化劑，能滿足在85～110℃的工況環(huán)境下進(jìn)行相應(yīng)的聚合反應(yīng)。從這個(gè)角度來看，這項(xiàng)工藝技術(shù)主要體現(xiàn)出壓力較低、成本較低、便于維護(hù)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)則是對(duì)于原料純度往往有著較高的要求，則應(yīng)通過精制相關(guān)的原料。優(yōu)勢(shì)則具有較高的轉(zhuǎn)化率，適應(yīng)于工業(yè)生產(chǎn)的要求，能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的總利用率超過98.5%。同時(shí)，這種工藝下，還能進(jìn)行回收未參加反應(yīng)的乙烯而進(jìn)行下步使用。相比而言，其并沒有淤漿法應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用的領(lǐng)域則是涉及相應(yīng)的通訊電纜及高強(qiáng)度薄膜等范圍。在今后的工藝研發(fā)中，則應(yīng)致力于大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

1.2 淤漿法制備高密度聚乙烯

淤漿法則是體現(xiàn)出乙烯和脂肪烴類溶劑混合的特點(diǎn)，并能選擇鈦系或者鉻系催化劑，選擇在工況為低溫、低壓狀況的聚合反應(yīng)。這方面的工藝技術(shù)較為成熟，并且具有最為廣泛的應(yīng)用空間。結(jié)合相應(yīng)的反應(yīng)器的情況，可以涉及環(huán)管反應(yīng)器、攪拌釜式反應(yīng)器等類型。其中，后者是Hoechst公司發(fā)明并優(yōu)化，能有效實(shí)現(xiàn)并聯(lián)化的雙反應(yīng)期，也能結(jié)合實(shí)際需求來進(jìn)行串聯(lián)應(yīng)用，其中，第一反應(yīng)器中涉及催化器、氫氣和乙烯，并要求能滿足聚合反應(yīng)的條件，這樣就可以實(shí)現(xiàn)通過淤漿的形式在己烷中，所以稱為淤漿法制備工藝。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在對(duì)于原料純度要求不高，流程較為簡(jiǎn)單，可結(jié)合實(shí)際需求來選擇相應(yīng)的串聯(lián)及并聯(lián)方式，這樣能滿足相應(yīng)的單峰或者是雙峰高密度聚乙烯的生產(chǎn)要求，同時(shí)，能有效結(jié)合實(shí)際需求來進(jìn)行產(chǎn)品牌號(hào)的切換處理。另外一種則是環(huán)管反應(yīng)器工藝，其中最為典型的代表則是Philips工藝，借助于鉻系催化劑的作用，再進(jìn)行必要的活化處理，方可實(shí)現(xiàn)原料乙烯于氫氣等混合注入反應(yīng)器的過程，經(jīng)過必要的催化作用，而從實(shí)現(xiàn)聚乙烯的生成。這種方式體現(xiàn)出成本較低，流程較為簡(jiǎn)單，容易進(jìn)行輸送，但往往對(duì)原料純度有較高的要求。

1.3 溶液聚合法制備高密度聚乙烯

在應(yīng)用溶液聚合法的過程中，則是能夠在160～200℃工況的溶劑中進(jìn)行乙烯的溶解，并借助于催化劑來實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)。其中，主要選擇ZN系列的催化劑。相比于淤漿法來說，體現(xiàn)出較為相似的工藝特點(diǎn)，并沒有太高要求的原料純度，不需要特殊精制預(yù)料情況?？紤]到反應(yīng)器停留時(shí)間較短，能有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列的切換要求。

2 典型公司的高密度聚乙烯生產(chǎn)工藝分析

2.1 Univation研發(fā)Unipol 聚乙烯工藝

Unipol 聚乙烯工藝屬于氣相流動(dòng)床反應(yīng)器的范疇，是Univation公司所提出，借助于冷凝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)滿足實(shí)現(xiàn)高中低密度聚乙烯的生產(chǎn)要求。具體來說，其工藝方法具有較為全面的靈活性。同時(shí)，考慮到工藝流程往往較為簡(jiǎn)潔，這樣并沒有涉及相應(yīng)的溶劑脫除等內(nèi)容，往往能體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，所涉及的投資成本也較低。隨著不斷的發(fā)展，公司正在重點(diǎn)進(jìn)行雙峰產(chǎn)品的開發(fā)，并逐步將相應(yīng)的系列化產(chǎn)品應(yīng)用在實(shí)踐中。

2.2 INEOS研發(fā)Innovene S工藝

對(duì)于Innovene S工藝屬于雙環(huán)管反應(yīng)器的范疇，在不同產(chǎn)品的情況下，應(yīng)考慮到反應(yīng)器的不同存在著形式的差異化問題。針對(duì)單峰類普通產(chǎn)品來說，往往都是在第一環(huán)管后并沒有通過處理，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)滿足第二環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)的要求。結(jié)合雙峰類產(chǎn)品的特點(diǎn)，相比而言其應(yīng)重視第一環(huán)管中的處理，并通過有效的中央處理方式來保障滿足第二環(huán)管內(nèi)的反應(yīng)要求。在此環(huán)節(jié)，相應(yīng)的物料的循環(huán)動(dòng)力則是借助于軸流泵的作用，這種方式往往電能消耗較低，但依然在稀釋劑的分離及回收方面存在著不足之處。所以，這種方式往往意味著更多的蒸汽量的損耗?？傮w來看，這種工藝在相關(guān)的雙峰產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 BASELL研發(fā)的低壓淤漿法赫斯特工藝

針對(duì)赫斯特工藝來說，其屬于攪拌釜式反應(yīng)器的范疇，這種的方式中不同產(chǎn)品，則應(yīng)結(jié)合實(shí)際的反應(yīng)釜操作方式予以必要的優(yōu)化調(diào)整。其中，單峰普通產(chǎn)品的運(yùn)行，選擇兩臺(tái)反應(yīng)釜并聯(lián)與串聯(lián)的運(yùn)行方案；通過并聯(lián)或者串聯(lián)等方式都可以適用于單峰寬分子量產(chǎn)品；通過兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)的方式來生產(chǎn)雙峰產(chǎn)品。針對(duì)排放氣來說，則進(jìn)一步利用壓縮進(jìn)行去火炬。這種工藝措施總體的壓力、溫度等參數(shù)較低，工藝實(shí)現(xiàn)條件較為容易滿足。其中，具體來看，合成溫度控制在85℃，反應(yīng)壓力則是為1 000kPa，所涉及的生產(chǎn)操作往往較為容易，投資成本也能有效降低。主要是充分利用所研發(fā)的連續(xù)攪拌釜淤漿聚合工藝，主要涉及外循環(huán)、兩個(gè)反應(yīng)器等，能滿足相應(yīng)的合成雙峰產(chǎn)品的要求。相應(yīng)的合成產(chǎn)品具有較高的質(zhì)量性能，符合相應(yīng)的管材標(biāo)準(zhǔn)要求。其相應(yīng)的分子質(zhì)量分布及共聚物分布則能保障滿足有效的配合，并能體現(xiàn)出較好的性能指標(biāo)。但在具體的應(yīng)用實(shí)踐中，應(yīng)注意反應(yīng)中存在蠟沉浮在反應(yīng)器器壁的問題。如果不加以重視，則會(huì)造成其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行存在困難。

2.4 三種工藝對(duì)比分析

2.4.1 原料對(duì)比

針對(duì)上述三種工藝方式進(jìn)行對(duì)比分析，從原料的角度來看，特別是從原料純度的角度分析，Hostalen工藝對(duì)其具有最低的要求，其他兩種工藝措施往往具有較高的要求。從這個(gè)方面分析，Hostalen工藝技術(shù)并沒有涉及原料精制等問題，具有比較低的成本。其他兩種工藝技術(shù)則涉及己烯-1 生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。從這個(gè)角度分析，經(jīng)過對(duì)比，Hostalen則具有較低的成本。

2.4.2 工藝參數(shù)對(duì)比

經(jīng)過相應(yīng)的工藝參數(shù)的對(duì)比分析，其中，Unipol工藝僅僅采用1 個(gè)反應(yīng)器，這樣往往就會(huì)涉及比較低的催化劑應(yīng)用效率；而在其他兩種工藝技術(shù)環(huán)節(jié)所涉及的共聚單體則是丁烯和己烯，原料成本往往比較低；總體來看，三種工藝參數(shù)較為溫和，總體上的Unipol工藝具有比較廣的產(chǎn)品密度，滿足系列化的不同規(guī)格產(chǎn)品要求，體現(xiàn)出較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)性。

2.4.3 單耗、能耗對(duì)比

通過上述三種工藝技術(shù)方法的對(duì)比分析，這三種工藝的能耗中，Hostalen工藝最高，Innovene S的單耗最低。從這個(gè)角度來看，主要是考慮到Innovene S選擇雙環(huán)管工藝，所涉及的反應(yīng)器體積比較小，這樣在較短的運(yùn)行環(huán)節(jié)則會(huì)存在著較少的過渡料，而對(duì)于Hostalen工藝來說，由于過程中存在著蠟產(chǎn)生的問題，定期清理則意味著較高的單耗。從系統(tǒng)能耗來看，Innovene S工藝大型設(shè)備較少，相應(yīng)的精制單元并沒有太多設(shè)備，這樣整體的系統(tǒng)能耗較低；Hostalen工藝則涉及周期化的停工問題，造成總體能耗偏高。

3 高密度聚乙烯的主要應(yīng)用

考慮到高密度聚乙烯在應(yīng)用實(shí)踐中體現(xiàn)出較好的性能，在工業(yè)管材、食品包裝以及汽車構(gòu)件方面有著一定的應(yīng)用。

結(jié)合具體的管材應(yīng)用方面，則是在燃?xì)夤茴I(lǐng)域應(yīng)用中有著廣闊的前景。從這個(gè)角度來看，正是由于高密度聚乙烯材料具有良好的性能特點(diǎn)，從而在相關(guān)涉及的領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。首先，其具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，相比而言，高密度聚乙烯管材不存在著傳統(tǒng)鑄鐵管的電化學(xué)腐蝕問題，其具有比較好的抗氧化腐蝕能力，這樣就可以全面有效控制燃?xì)庀到y(tǒng)的維修成本。同時(shí)，其質(zhì)量較輕，這樣能更好地適應(yīng)于相應(yīng)的工程項(xiàng)目的實(shí)際要求，能有效控制運(yùn)輸及安裝成本。

結(jié)合當(dāng)前的應(yīng)用情況來看，高密度聚乙烯往往具有較為廣泛的應(yīng)用規(guī)模，能符合注塑、中空吹塑及薄膜制品的要求。當(dāng)前，其最大的發(fā)展領(lǐng)域集中于注塑料方面，大約占到高密度聚乙烯消費(fèi)三成左右的比例，特別是涉及化工行業(yè)、包裝行業(yè)、建筑行業(yè)的配件、包裝蓋、包裝桶等方面應(yīng)用；另外，中空吹塑件也大約具有20%左右的應(yīng)用量。其中，在進(jìn)行中空吹塑件的分析過程中，大部分集中于中小型產(chǎn)品，其能適用于汽車領(lǐng)域范圍，相應(yīng)的大型座椅、汽車油箱等范圍。比如，上海金菲公司則是滿足于摩托油箱、汽車油箱的產(chǎn)品開發(fā)，并能獲得良好的應(yīng)用效果。薄膜制品在發(fā)展過程中，則更加重視高分子薄膜制品的開發(fā)，并經(jīng)過技術(shù)的發(fā)展而提出了不同的高密度聚乙烯薄膜制品的方案，借助于高密度聚乙烯材料的薄膜比來說，相比而言，其具有更加優(yōu)異的性能，且結(jié)構(gòu)厚度比較小，適用于相應(yīng)的包裝行業(yè)中。結(jié)合實(shí)際來看，薄膜制品大都是通過進(jìn)口渠道，總體上我國高密度薄膜制品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力偏低，這也是意味著應(yīng)加強(qiáng)這方面的科研投入，以便更好地促進(jìn)薄膜制品業(yè)的健康發(fā)展。同時(shí)，高密度聚乙烯應(yīng)用在防滲透膜的領(lǐng)域中也具有一定的有效性，其最為主要的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)防腐蝕性能強(qiáng)，這樣在地下則不會(huì)被破壞，具有比較長(zhǎng)的使用壽命。可能盡管前期具有比較大投資，但能體現(xiàn)出良好的環(huán)保效果，這是其發(fā)展的必然趨勢(shì)所在。

4 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前高密度聚乙烯的應(yīng)用情況，其具有較為優(yōu)異的性能，在諸多工業(yè)領(lǐng)域中有著較為廣泛的應(yīng)用。結(jié)合高密度聚乙烯制備工藝的技術(shù)進(jìn)行全方位的論述，可以重點(diǎn)對(duì)于其所涉及的催化劑進(jìn)行研究，并能加強(qiáng)相應(yīng)的工藝技術(shù)優(yōu)化。針對(duì)這項(xiàng)工藝的反應(yīng)控制來說，則應(yīng)結(jié)合改性實(shí)現(xiàn)材料不同性能的實(shí)際情況，旨在全面提升材料的綜合性能水平，從而保障高密度聚乙烯具有更為廣泛的應(yīng)用空間，更好地符合時(shí)代發(fā)展的要求。