從乙烯裝置來的聚合級(jí)乙烯進(jìn)入界區(qū)后，一次壓縮機(jī)將其壓縮至30MPa(表)，冷卻后，這部分乙烯分成兩部分：一股進(jìn)入二次壓縮機(jī)的吸人口，另一股作為低壓冷卻物料注人反應(yīng)器高壓減壓閥后的乙烯／聚乙烯的混合物中。循環(huán)乙烯、一次壓縮機(jī)送來的新鮮乙烯、調(diào)節(jié)劑混合進(jìn)入二次壓縮機(jī)的吸人口，然后被壓縮至大約300MPa(表)左右。反應(yīng)器的壓力取決于聚合物的牌號(hào)，二次壓縮機(jī)出來的氣體進(jìn)入反應(yīng)器的不同人口，正面的進(jìn)料被預(yù)熱到180℃左右，而側(cè)線進(jìn)料則被冷卻到15℃
有機(jī)過氧化物的混合物在反應(yīng)器上分五點(diǎn)注入，引發(fā)聚合反應(yīng)。根據(jù)不同的產(chǎn)品牌號(hào)和不同的注入點(diǎn)，過氧化物混合物的組成也不同，產(chǎn)品產(chǎn)量一般為22-28t／h。
通過夾套冷卻水的熱傳遞和注入冷乙烯(側(cè)線進(jìn)料)移走管式反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)生成熱。
在反應(yīng)器的出口，反應(yīng)物流由高壓排放閥減壓到30MPa(表)，高壓排放閥(減壓閥)同時(shí)也控制著反應(yīng)器的壓力。這股氣體／聚合物的混合物經(jīng)高壓排放閥減壓后被由一次壓縮機(jī)來的低壓急冷乙烯物流冷卻，然后混合物進(jìn)人高壓分離器，在這里進(jìn)行氣體和聚合物的第一次分離，高壓分離器頂部出來的氣體進(jìn)入高壓循環(huán)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)有多個(gè)冷卻器、分離罐，將這股氣體冷卻、脫蠟，返回二次壓縮機(jī)吸入口。
高壓分離器底部的熔融聚合物降壓至0．07Pa(表)，進(jìn)入低壓分離器。在此，幾乎所有剩余的乙烯(大約0．3kg氣體／kg聚合物)從聚合物中分離出來并進(jìn)入排放氣壓縮系統(tǒng)。排放氣壓縮機(jī)將低壓分離器來的氣體、一次壓縮機(jī)和二次壓縮機(jī)氣缸的泄漏氣體壓縮，其中部分氣體去排放氣體精制單元或乙烯裝置，而大部分氣體匯人到一次壓縮機(jī)進(jìn)料組成中。從低壓分離器出來的熔融聚合物進(jìn)入熱熔融擠出機(jī)，經(jīng)水下造粒，干燥，送到摻混料倉，經(jīng)脫氣、摻混，再用空氣輸送到儲(chǔ)存料倉，最后包裝出廠。
(三)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
1．高壓聚乙烯反應(yīng)的特點(diǎn)
乙烯在高壓下的聚合反應(yīng)按自由基反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。一個(gè)自由基形成一個(gè)壽命較短的活性中心，它帶有不成對(duì)的電子，當(dāng)這個(gè)自由基與乙烯分子結(jié)合，形成一個(gè)新的自由基。反應(yīng)開始后，這個(gè)新的自由基繼續(xù)與乙烯分子進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，直到長(zhǎng)鏈分子的增長(zhǎng)結(jié)束。整個(gè)聚合反應(yīng)方程式為：
在高壓下，這種聚合反應(yīng)進(jìn)行得非?？?。盡管商業(yè)化的聚乙烯有很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是它韻聚合過程可以用典型自由基加聚反應(yīng)來描述。
簡(jiǎn)化自由基反應(yīng)機(jī)理，可以分為以下幾個(gè)步驟：
(1)引發(fā)引發(fā)劑分解形成的自由基與乙烯單體分子反應(yīng)形成聚合反應(yīng)所需要的自由基活性源。
(2)增長(zhǎng)單體分子接到增長(zhǎng)的聚合物鏈尾端自由基上，通過一系列這樣的反應(yīng)，聚合反應(yīng)不斷進(jìn)行下去。
(3)終止兩個(gè)自由基結(jié)合到一起，形成另外一個(gè)或兩個(gè)不具有活性的聚合物鏈，從而破壞活性自由基，終止反應(yīng)。這三步反應(yīng)(引發(fā)、增長(zhǎng)、終止)是機(jī)理中決定聚合速度的部分。
(4)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)：即活性自由基中心從增長(zhǎng)的聚合物鏈的尾端轉(zhuǎn)移到同一個(gè)聚合物分子的其他點(diǎn)，或者另外的聚合物分子上、溶劑、單體或調(diào)節(jié)劑分子上。鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)影響聚合物分子的大小、結(jié)構(gòu)和分子末端的基團(tuán)。
2．高壓聚乙烯反應(yīng)種類
(1)自由基的形成(引發(fā)劑分解)：引發(fā)劑分解形成自由基I--R。
(2)鏈引發(fā)：一旦一個(gè)引發(fā)劑自由基和一個(gè)單體分子結(jié)合，它們迅速反應(yīng)，引發(fā)聚合反應(yīng)。
(3)鏈增長(zhǎng)：一個(gè)聚合物鏈被引發(fā)后，單體分子不斷加到鏈上，進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。增長(zhǎng)反應(yīng)是放熱的，生成聚乙烯的反應(yīng)熱大約3266kJ／kg。
(4)終止反應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)聚合物自由基反應(yīng)形成一個(gè)或二個(gè)不具活性的聚合物分子，聚合物自由基失活，反應(yīng)終止。終止反應(yīng)可分為耦合反應(yīng)，兩個(gè)自由基結(jié)合形成一個(gè)大分子；和歧化反應(yīng)，兩個(gè)自由基反應(yīng)形成兩個(gè)聚合物分子，一個(gè)為飽和基團(tuán)，一個(gè)帶乙烯基。以及自由基的分解反應(yīng)和雜質(zhì)的阻聚反應(yīng)。
(5)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)：它包括了一個(gè)活性自由基中心從一個(gè)鏈的末端轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，或是同一個(gè)鏈上的不同點(diǎn)，或是不同的鏈上，或者是轉(zhuǎn)移到該系統(tǒng)中存在的溶劑、單體或調(diào)節(jié)劑分子上，從而使這個(gè)聚合物鏈的線性增長(zhǎng)停止。然后，增長(zhǎng)反應(yīng)由新的自由基重新開始。鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)分成3類：
?、傧蛉軇?、單體、調(diào)節(jié)劑的鏈轉(zhuǎn)移：這一類包括了向飽和調(diào)節(jié)劑的鏈轉(zhuǎn)移，也包括了向不飽和調(diào)節(jié)劑鏈轉(zhuǎn)移，也包括了向乙烯、雜質(zhì)和有解聚作用的物質(zhì)的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。②短鏈支化(分子內(nèi)的鏈轉(zhuǎn)移)。③長(zhǎng)鏈支化(分子間的鏈轉(zhuǎn)移)。
(6)其他反應(yīng)：乙烯的分解反應(yīng)。
(四)主要操作條件及工藝技術(shù)特點(diǎn)
1．主要操作條件
因不同的工藝，操作條件不盡相同，表5—3列出一般的主要操作條件。
2．工藝技術(shù)特點(diǎn)
以燕山石化管式法高壓聚乙烯舉例。
(1)單線生產(chǎn)能力大，達(dá)20xl04t／a,是目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)中單線生產(chǎn)能力最大的聚乙烯裝置。
(2)反應(yīng)器采用閉合的加壓冷卻水系統(tǒng)冷卻，不副產(chǎn)蒸汽，同時(shí)，采用高效有機(jī)過氧物引發(fā)劑，單程轉(zhuǎn)化率高，最高可達(dá)40％，考慮到產(chǎn)品質(zhì)量，一般控制在32％～34％。
(3)反應(yīng)器采用多管徑形式，有二路冷側(cè)線進(jìn)料，脈沖工藝，五個(gè)引發(fā)劑注入點(diǎn)，同時(shí)輔以先進(jìn)的控制系統(tǒng)，使得生產(chǎn)的靈活性好。
(4)反應(yīng)壓力高，達(dá)310MPa(表)，峰值溫度高，最高達(dá)320℃。
(5)產(chǎn)品范圍寬，涵蓋了密度范圍從0．918-0．934s／cm3的產(chǎn)品?？缮a(chǎn)中密度產(chǎn)品和高透明的膜料產(chǎn)品，既可生產(chǎn)均聚物，又可生產(chǎn)10％以下的EVA共聚物。
(6)反應(yīng)器后沒有產(chǎn)品冷卻器，而采用由一次壓縮機(jī)來的冷的乙烯氣體進(jìn)行急冷，從而可以獲得高光學(xué)性能的產(chǎn)品。
(7)本裝置的開工率高，一般在95％以上。
(8)物耗較低，在生產(chǎn)均聚物產(chǎn)品時(shí)為1．010t／t．PE，在生產(chǎn)共聚物時(shí)，為1．015t／t．PE。
(五)主要原、輔材料性質(zhì)
二、重點(diǎn)部位及設(shè)備
(一)重點(diǎn)部位
1，壓縮系統(tǒng)
壓縮系統(tǒng)由一次壓縮機(jī)、二次壓縮機(jī)、輔助油系統(tǒng)、中間冷卻器、中間分離罐組成。目前，高壓聚乙烯裝置的壓縮機(jī)均采用往復(fù)式壓縮機(jī)，隨著制造能力的提高，壓縮機(jī)逐漸大型化。壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)故障，將影響裝置的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)需停工處理。
2．反應(yīng)器系統(tǒng)
反應(yīng)器是高壓聚乙烯的反應(yīng)部位，也是壓力最高，溫度最高的部位，由于是管式反應(yīng)器，之間由法蘭聯(lián)接，容易發(fā)生高壓物料泄漏等事故。一旦出現(xiàn)泄漏，高溫物料容易出現(xiàn)著火或爆炸，破壞設(shè)備。
引發(fā)劑注入泵是確保反應(yīng)器正常生產(chǎn)的根本，引發(fā)劑泵一旦出現(xiàn)故障，將影響裝置的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)容易造成反應(yīng)點(diǎn)喪失。
3．高壓循環(huán)系統(tǒng)
高壓循環(huán)系統(tǒng)主要是將未反應(yīng)的乙烯經(jīng)過該系統(tǒng)的冷卻和分離后，接近新鮮乙烯的純度，經(jīng)二次壓縮機(jī)重新壓縮后進(jìn)行反應(yīng)。這一部位壓力高，冷熱變化較大，若出現(xiàn)泄漏極容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。
4．?dāng)D壓造粒系統(tǒng)
擠壓機(jī)是確保裝置繼續(xù)生產(chǎn)的根本，若這一設(shè)備出現(xiàn)故障，將影響裝置的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)需停工處理。
(二)重點(diǎn)設(shè)備
1．壓縮機(jī)
壓縮機(jī)是保證反應(yīng)器壓力的動(dòng)力設(shè)備，是裝置的心臟，若出現(xiàn)問題不能運(yùn)轉(zhuǎn)，裝置只能停工。由于設(shè)備的大型化，壓縮機(jī)沒有備用機(jī)。
2．引發(fā)劑泵
引發(fā)劑泵是保證過氧化物注入反應(yīng)器的重要設(shè)備。引發(fā)劑泵的氣缸填料、組合閥是故障多發(fā)部位，突然出現(xiàn)大量泄漏易造成反應(yīng)點(diǎn)的喪失或分解反應(yīng)。在引發(fā)劑泵出現(xiàn)故障時(shí)，可將主泵停止，運(yùn)行備用泵，以維持正常生產(chǎn)。
3．反應(yīng)器脈沖閥
反應(yīng)器脈沖閥是將超高壓物料經(jīng)它減壓后，將物料輸入高壓分離器進(jìn)行分離；同時(shí)脈沖閥產(chǎn)生脈沖時(shí)，對(duì)反應(yīng)器能起到除垢的作用。一旦脈沖閥出現(xiàn)故障，會(huì)造成反應(yīng)器超壓，從而造成系統(tǒng)聯(lián)鎖，引起裝置全部停車。
4．主擠壓機(jī)
主擠壓機(jī)是將反應(yīng)器中反應(yīng)生成的聚乙烯切成顆粒，以維持反應(yīng)器的連續(xù)生產(chǎn)。由于裝置的大型化，這一設(shè)備無備用。一旦出現(xiàn)故障將影響裝置的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)需停工處理。
