CN101113184A - 一种生产超高分子量聚乙烯树脂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种超高分子量聚乙烯(简称UHMW－PE)树脂的工业生产方法，特别是提供UHMW－PE聚合过程中一种撤热方法——气体外循环方法。该气体外循环方法包括使从聚合釜逸出的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽进入冷凝器，将己烷冷凝，再经冷凝液罐进行气、液相分离处理，随后将气相中的乙烯、氢气与原料乙烯、氢气一起重新进入聚合釜，继续进行聚合反应，而液相中的己烷则通过冷凝液泵送回到聚合釜，达到循环撤热的目的。与传统的撤热方式相比，本发明提供的撤热方法由于是直接由聚合釜内的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽将热量带走，而不是通过聚合釜内壁传导带走热量，因此，撤热效果更好，冷却更均匀，保持聚合釜内各点温度均匀，避免产生造成粉料结块的局部过热。

Description

一种生产超高分子量聚乙烯树脂的方法

技术领域

本发明旨在提供一种超高分子量聚乙烯(简称UHMW-PE)树脂的工业生产方法，特别是提供UHMW-PE聚合过程中一种撤热方法---气体外循环方法。

背景技术

UHMW-PE树脂是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，其分子量平均为常规高密度聚乙烯的几十倍，超高的分子量赋予UHMW-PE诸多其它聚合物材料所不具备的突出性能：杰出的耐磨性(比钢铁耐磨8-9倍)、优异的耐冲击性(是聚碳酸酯的2倍、ABS的5倍、聚甲醛的15倍)、极低的摩擦系数(其动摩擦系数为0.10-0.22)、自身润滑、耐化学腐蚀、抗结垢、耐应力开裂、符合卫生要求等优良的综合特性。

卓越的综合性能使得UHMW-PE树脂在日用、工业、文体、交通运输、国防、机械等众多领域，作为抗冲、减振、防弹、抗疲劳、耐磨、减阻、防粘材料得到了广泛的应用。

乙烯聚合反应为放热反应，随着聚合反应的持续进行，不断产生大量的热量，特别是生产UHMW-PE，能否及时地撤走反应热是生产过程能否连续进行的关键。如果不能及时撤走反应热，不仅使聚合反应速度及产量降低，甚至造成“熔釜”事故，使生产无法连续进行。因此，有必要提供一种能够及时撤热，从而使反应顺利进行的UHMW-PE树脂的工业生产方法。

发明内容

本发明的目的就在于克服传统的聚合撤热依靠聚合釜夹套及釜内指形管冷却水，即传质撤热方式的弊端。传质撤热方式因为是靠介质将热量先传导至聚合釜内壁及指形管壁，然后再传至夹套及指形管内的冷却水，将热量带走，撤热效果差，且冷却不均匀，易在聚合釜内形成局部过热。

为此，本发明提供了一种生产超高分子量聚乙烯树脂的方法，该方法采用气体外循环方法撤走反应热，该气体外循环方法包括使从聚合釜顶部逸出的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽进入冷凝器，将己烷冷凝，再进行气、液相分离处理，将所得气相中的乙烯、氢气与原料乙烯和氢气重新进入聚合釜继续进行聚合反应，而液相中的己烷也输送回到聚合釜中。

该方法中，冷凝器的进口温度可为60-90℃，优选70-80℃；出口温度可为20-50℃，优选30-40℃。

其中，液相中的己烷通过冷凝液泵输送回到聚合釜中；并且气液分离处理后的气相乙烯和氢气经由罗茨风机从旁路回流系统送回聚合釜，并通过调节旁路系统调节阀的开度，来调节罗茨风机的风量，以此调节进入聚合釜的气相乙烯、氢气量来控制聚合温度。

本发明的方法中，可控制循环风量为800m³/h～1200m³/h，优选900m³/h～1100m³/h或者控制聚合反应温度为60℃～90℃，优选70℃～80℃；，聚合压力为0.1MPa～2.0MPa。

具体来说，本发明提供了一种用于生产超高分子量聚乙烯树脂的气体外循环撤热方法，其包括以下步骤：

1)聚合釜中的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽从聚合釜顶部逸出进入冷凝器，将己烷冷凝，冷凝器的进口温度为60-90℃，出口温度为20-50℃；

2)经过冷凝器的液体已烷及气体乙烯、氢气被输送至冷凝液罐中，在此将气、液进行分离处理；

3)经分离处理后的液相己烷通过冷凝液泵被输送回聚合釜中循环使用；

4)经分离处理后的气相乙烯、氢气通过罗茨风机经旁路回流系统调节后，被输送至聚合釜中，并通过调节旁路系统调节阀的开度，来调节罗茨风机的风量，以此调节进入聚合釜的气相乙烯、氢气量来控制聚合温度。

本发明提供的方法利用反应介质已烷的蒸发潜热，通过气体外循环撤走反应热，即从聚合釜顶部逸出的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽进入聚合釜冷凝器，将己烷冷凝，再经冷凝液罐的气、液相分离处理后，气相中的乙烯、氢气与原料乙烯、氢气再重新进入聚合釜继续进行聚合反应，而液相中的己烷则通过冷凝液泵分两股被送回到聚合釜，达到循环撤热的目的，与传统的撤热方式相比，该撤热方法由于是直接由聚合釜内的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽将热量带走，而不是通过聚合釜内壁传导带走热量，因此，撤热效果更好，冷却更均匀，保持聚合釜内各点温度均匀，避免产生造成粉料结块的局部过热。

附图说明

图1是生产工艺流程示意图。

图2是气体外循环工艺流程示意图。

具体实施方式

本方法是一种工业化生产技术。本方法以高纯度乙烯(体积含量高于99.9％)为主要原料，已烷作溶剂，采用高活性催化剂，在60℃～90℃，0.1MPa～2.0MPa的条件下进行低压淤浆聚合，聚合浆液经过分离、干燥、掺混、包装等工序得到性能优良的平均分子量大于300万UHMW-PE树脂；通过调节工艺参数(如：聚合压力、温度、催化剂浓度等)控制产品分子量。

本生产工艺由催化剂配制、聚合、分离、干燥、包装等工序组成，如图1所示。

将乙烯、氢气及按一定浓度配制好的AT-催化剂与钛催化剂的稀释液(浓度：0.3-3.5g-Cat/L)，通过计量泵送入聚合釜，在反应压力(0.1～1.5MPaG)，温度(60-90)℃的条件下，在介质己烷溶液中，进行淤浆聚合。聚合反应中放出的聚合热(910～930kcal/kg)，通过己烷的蒸发潜热撤走，也就是气体外循环的撤热方式。聚合淤浆依靠本身的压力进入闪蒸釜，溶解于介质中的少量反应气体在闪蒸釜中被分离出来，由闪蒸气压缩机升压后返回聚合釜。

将闪蒸釜的聚合物淤浆送入高速离心机，离心分离成湿饼和母液。滤饼的湿含量为10％～50％，湿饼在氮气回转干燥机内被干燥成粉末，经旋转阀进入振动筛，经筛分后通过粉料输送风机送至料仓，然后包装成为产品。从干燥机出来的气体则进入干燥气洗涤塔，用己烷洗涤，后经冷却器冷却回收干燥气中的己烷，洗涤后的干燥气循环使用。离心分离机分离出来的母液，母液中含固量1.0wt％以下，一部分循环到聚合釜直接使用，其它部分送溶剂回收工段精制。

本发明的用于生产超高分子量聚乙烯树脂的气体外循环撤热方法是通过下述过程实现的，如图2所示：

1)聚合釜中的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽从聚合釜顶部逸出进入冷凝器，将己烷冷凝，冷凝器的进口温度为60-90℃，出口温度为20-50℃；

2)经过冷凝器的液体已烷及气体乙烯、氢气送至冷凝液罐，在此将气、液进行分离处理；

3)经分离处理后的液相己烷通过冷凝液泵被送回聚合釜循环使用；

4)经分离处理后的气相乙烯、氢气通过罗茨风机经旁路回流系统调节后，被送至聚合釜，并通过调节旁路系统调节阀的开度，来调节罗茨风机的风量(即气体外循环风量)，以此调节进入聚合釜的气相乙烯、氢气量，达到控制聚合温度的目的。

对本领域的技术人员而言，公知的是，生产不同牌号的UHMW-PE树脂，相应的聚合反应温度是不同的，而反应温度是控制产品分子量的重要手段。通过控制气体外循环风量，来调节聚合釜的撤热量，进而控制聚合反应温度。通常根据聚合反应温度为60℃～90℃，将循环风量控制在800m³/h～1200m³/h的范围内。

以下以具体实施例来对本发明进行进一步的说明：

实施例：

将己烷、烷基铝(浓度50-80mmol-A1/L)、配制好的催化剂悬浮液(浓度：0.3-3.5g-Cat/L)及乙烯(压力：0.1MPa)通过计量泵送至聚合釜。乙烯在聚合釜中进行聚合，聚合压力0.1MPa-2.0MPa，聚合温度60℃-90℃，聚合釜液位高度为聚合釜的50-70％，聚合浆液浓度为(120-500)g-PE/L，通过气体外循环方式撤除聚合反应热，控制反应温度。聚合浆液在聚合釜内停留约3-5小时后，浆液经插底管被压送到闪蒸釜，该釜在0.01MPa-1.0MPa压力、50℃-90℃温度的条件下进行闪蒸操作，以除去浆液中溶解的乙烯、氢气等少量不凝气体。脱除不凝气体后的浆液，经淤浆泵输送到离心机(操作压力：0.01MPa-0.5MPa，物料温度：40-80℃)，在此分离出近80％的己烷(即母液)，分离出的滤饼经过螺旋输送器送至氮气回转干燥机进行干燥处理(氮气出口的温度约为40℃-80℃)，除去聚乙烯粉料中的己烷之后，聚乙烯粉料经氮气输送风机输送至混料、包装工段。

比较实施例1

除了采用传统的聚合釜夹套及釜内指形管冷却水聚合撤热以外，其余同实施例1。

通过比较实施例1与实施例1进行对比，结果发现，与传统的撤热方式相比，气体外循环撤热方法直接由聚合釜内的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽将热量带走，而不是通过聚合釜内壁传导带走热量，其获得的撤热效果更好，冷却更均匀，聚合釜内各点温度保持更均匀，避免了因聚合热不能及时撤走产生局部暴聚，造成粉料结块的现象发生；从而大大提高了生产负荷，传统撤热方式下的生产负荷仅为气体外循环撤热方式的70％左右。

需要说明的是，本发明中所提到的设备或部件如冷凝器、冷凝液灌和冷凝液泵等皆可使用本领域中的常规设备或部件，其为本领域的技术人员而言所熟知。当然，也可以使用能实现相同功能的设备。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (10)

1.一种生产超高分子量聚乙烯树脂的方法，其采用气体外循环方法撤走反应热，该气体外循环方法包括使从聚合釜顶部选出的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽进入冷凝器，将己烷冷凝，再进行气、液相分离处理，将所得气相中的乙烯、氢气与原料乙烯和氢气重新进入聚合釜，继续进行聚合反应，而液相中的己烷也输送回到聚合釜中。

2.如权利要求1所述的方法，其中使得冷凝器的进口温度为60-90℃，出口温度为20-50℃。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述进口温度为70-80℃，所述出口温度为30-40℃。

4.如权利要求1所述的方法，其中气、液相分离处理在冷凝液罐中进行。

5.如权利要求1所述的方法，其中液相中的己烷通过冷凝液泵输送回到聚合釜中。

6.如权利要求1所述的方法，其中气液分离处理后的气相乙烯和氢气经由罗茨风机从旁路回流系统送回聚合釜，并通过调节旁路系统调节阀的开度，来调节罗茨风机的风量，以此调节进入聚合釜的气相乙烯、氢气量，以控制聚合温度。

7.如权利要求6所述的方法，其中控制循环风量为800m³/h～1200m³/h；或者控制聚合反应温度为60℃～90℃，聚合压力为0.1MPa～2.0MPa。

8.如权利要求7所述的方法，其中循环风量为900m³/h～1100m³/h。

9.如权利要求7所述的方法，其中聚合反应温度为70℃～80℃。

10.一种用于生产超高分子量聚乙烯树脂的气体外循环撤热方法，其包括以下步骤：

1)聚合釜中的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽从聚合釜顶部逸出进入冷凝器，将己烷冷凝，冷凝器的进口温度为60-90℃，出口温度为20-50℃；

2)经过冷凝器的液体己烷及气体乙烯、氢气被输送至冷凝液罐中，在此将气、液进行分离处理；

3)经分离处理后的液相己烷通过冷凝液泵被输送回聚合釜中循环使用；

4)经分离处理后的气相乙烯、氢气通过罗茨风机经旁路回流系统调节后，被输送至聚合釜中，并通过调节旁路系统调节阀的开度，来调节罗茨风机的风量，以此调节进入聚合釜的气相乙烯、氢气量来控制聚合温度。

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