CN110590981A - 一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料研发技术领域，具体涉及一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法。本方法在双环管低压淤浆工艺的两个反应器之间设置中间处理系统，使用中间处理系统对两个反应器产生不同的反应操作条件以实现每段聚乙烯的不同特性，并通过对共聚单体加入时的参数进行优化设计，实现生产低熔垂大口径管材聚乙烯树脂。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料研发技术领域，具体涉及一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法。
背景技术
我国聚乙烯低熔垂大口径管材料在21世纪发展迅速，近两年聚乙烯管材用量仍保持强劲增长的势头，与国外聚乙烯大口径管材料相比，我国的高密度聚乙烯大口径管材料的开发应用还有着较大的差距，主要表现在专用树脂牌号少，原料产量低。国内市场大口径管材料产品以进口为主，而且大部分产品机械性能较差尤其是产品抗熔垂性能差，在产品加工过程中容易产生熔垂现象。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法，以解决如何提升产品抗熔垂性能的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法，该生产方法包括如下步骤：
S1、在两个反应器之间设置中间处理系统，使第一反应器连通中间处理系统，中间处理系统连通第二反应器；
S2、向由第一反应器与第二反应器组成的双环管反应器内引入单体、催化剂和助催化剂；其中，单体采用乙烯，催化剂采用齐格勒系催化剂，助催化剂采用三乙基铝；使用中间处理系统对两个反应器产生不同的反应操作条件以实现每段聚乙烯的不同特性；
S3、向第一反应器注入氢气，确保第二反应器的氢气进料稳定；
S4、仅向第二反应器中注入共聚单体己烯-1，以此保证产品的力学性能和耐环境开裂性，己烯-1注入量跟随乙烯进料量调整。
进一步地，在步骤S2中，催化剂的加入量与乙烯进料比为0.23～0.4kg/t，助催化剂的注入量为2kg/h。
进一步地，在步骤S2中，通过中间处理系统控制两个反应器的乙烯浓度；其中，第一反应器中乙烯浓度为2.8-3.2mol％，第二反应器中乙烯浓度为1.8-2.2mol％。
进一步地，在步骤S2中，通过中间处理系统控制两个反应器的浆料密度；其中，第一反应器的浆料密度为540-550kg/m3，第二反应器的浆料密度为560-570kg/m3。
进一步地，在步骤S2中，通过中间处理系统控制两个反应器的温度；其中，第一反应器温度控制为95℃，第二反应器温度控制为90℃。
进一步地，在步骤S2中，通过中间处理系统控制两个反应器的压力；其中，第一反应器压力控制为4.0MPa，第二反应器压力控制为2.8MPa。
进一步地，在步骤S2中，通过中间处理系统控制两个反应器和中间处理系统内停留时间；其中，第一反应器内停留时间为60-70min，中间处理系统内停留时间为30-40min，第二反应器内停留时间为70-80min。
进一步地，在步骤S3中，第一反应器注入氢气的目标值为8.00kg/h；第二反应器内的氢气浓度不低于0.02mol％，第二反应器的氢气、乙烯浓度比不低于0.006mol％。
进一步地，在步骤S4中，己烯-1注入量与乙烯进料量的配比为35kg/t。
(三)有益效果
本发明提出的用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法，在双环管低压淤浆工艺的两个反应器之间设置中间处理系统，使用中间处理系统对两个反应器产生不同的反应操作条件以实现每段聚乙烯的不同特性，并通过对共聚单体加入时的参数进行优化设计，实现生产低熔垂大口径管材聚乙烯树脂。
本发明的具体有益效果包括：
1、使用本发明生产的聚乙烯树脂制备的高性能低熔垂大口径管材料的机械性能、抗熔垂性能等方面均好于其他同类产品。
2、使用本发明生产的低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂加工性能好于其他同类产品，不易造成下游加工设备堵塞，同时产生的异味小于市场上的同类产品。
附图说明
图1为本发明实施例低熔垂大口径聚乙烯管材料生产方法的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法，其原理如图1所示。
该生产方法具体包括如下步骤：
S1、在两个反应器之间设置中间处理系统，使第一反应器连通中间处理系统，中间处理系统连通第二反应器；中间处理系统用于对每个反应器产生不同的反应操作条件以实现每段聚乙烯的不同特性。
中间处理系统是两个反应器双峰工艺技术的基础。双峰聚乙烯技术的目标是体现在最终产品中的每段聚乙烯的特性不同，通过改变每段特性能够制造出具有高机械性能的特殊聚乙烯。
第一反应器生产的特定特性的粉料进入到中间处理系统，中间处理系统用于除去来自第一反应器的能危及第二反应器产品质量的部分(例如氢气)。这种分离是通过几个平衡阶段实现的，必要的超标准设计以确保操作的稳定和可靠。分离之后第一反应器反应得到的第一段粉料进入到不同操作条件的第二反应器继续反应。在第二反应器中，生成的第二段与第一段在分子结构上紧密的混合，第二段在第一段的顶部生长。通过中间处理系统，第二个反应器部分实现了不同的反应条件，并使得产品的机械性能大幅提升。
采用双峰聚乙烯生产技术生产出的高密度聚乙烯树脂产品分子量分布具有两个峰，使得产品的抗熔垂效果大大提升，各项指标均优于市场其他同类产品。
S2、向双环管反应器(第一反应器与第二反应器)内引入单体、催化剂、助催化剂，单体采用乙烯，催化剂采用齐格勒系催化剂(催化剂由INEOS公司提供，催化剂型号MT6515)，助催化剂采用三乙基铝。其中，催化剂的加入量与乙烯进料比为0.23～0.4kg/t，助催化剂的注入量为2kg/h。
生产过程中需要严格控制反应器内的乙烯浓度，通过控制反应器内乙烯浓度辅助调节分子量分布，主要是辅助控制反应过程中树脂的高分子量部分的生成，进而使高密度聚乙烯低熔垂大口径管材料产品冲击强度及拉伸强度满足要求。因两反应器控制条件不同，所以乙烯浓度不同，第一反应器中控制乙烯浓度为2.8-3.2mol％，第二反应器中控制乙烯浓度为1.8-2.2mol％。
在向双环管反应器内引入单体、催化剂、助催化剂之前，需要将异丁烷注入双环管反应器以建立液相条件，生产过程中需要严格控制双环管反应器中的浆料密度，其中第一反应器的浆料密度为540-550kg/m3，第二反应器的浆料密度为560-570kg/m3，以此来保证聚乙烯树脂的分子量分布，使高分子量部分及低分子量部分都能满足要求，以此来提高高密度聚乙烯低熔垂大口径管材料产品的韧性。
生产过程中需要严格控制反应温度，以此来调整聚乙烯树脂的分子量，进而保证高密度聚乙烯低熔垂大口径管材料产品高分子量部分满足要求，高分子量部分能有效改善产品机械性能尤其是对树脂抗熔垂性能的提高，同时低分子量部分使产品兼具良好的加工性能。因两反应器控制条件不同，所以温度不同，第一反应器温度控制为95℃，第二反应器温度控制为90℃。
生产过程中需要严格控制反应器压力，通过稳定控制反应压力来确保聚合反应稳定进行。因两反应器控制条件不同，所以反应器压力不同，第一反应器压力控制为4.0MPa，第二反应器压力控制为2.8MPa。
生产过程中需要严格控制反应器内停留时间，通过控制反应器内停留时间辅助调节分子量。因两反应器控制条件不同，所以反应器内停留时间不同，第一反应器内停留时间为60-70min，中间处理系统内停留时间为30-40min，第二反应器内停留时间为70-80min。
S3、向第一反应器R-3001注入氢气，目标值为8.00kg/h；确保第二反应器的氢气进料稳定(FIC30148.SP＝200.00g/h)，第二反应器R-3002内的氢气浓度AI50100B不低于0.02mol％，第二反应器R-3002的氢气、乙烯浓度比不低于0.006mol％。
S4、仅向第二反应器R-3002中注入共聚单体己烯-1，以此来保证产品的力学性能和耐环境开裂性，己烯-1注入量跟随乙烯进料量调整，配比为35kg/t。
在本实施例的生产过程中，需要每2小时对产品粉料、粒料产品进行取样分析，根据分析结果调整控制参数，以达到目标参数。
使用本实施例的生产方法生产出的低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂具有高性能，各项物性特征如下：
(1)高性能低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂的密度为0.946～0.952g/cm3，5Kg负荷检测熔体质量流动速率为0.23～0.25g/10min。
(2)高性能低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂的拉伸屈服应力为25～40MPa。
(3)高性能低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂的拉伸断裂应变为>350％。
(4)高性能低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂的弹性模量为≥950。
(5)高性能低熔垂大口径管材料聚乙烯树脂的环境应力开裂时间为≥1000h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于低熔垂大口径管材料的聚乙烯树脂生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
S1、在两个反应器之间设置中间处理系统，使第一反应器连通中间处理系统，中间处理系统连通第二反应器；
S2、向由第一反应器与第二反应器组成的双环管反应器内引入单体、催化剂和助催化剂；其中，单体采用乙烯，催化剂采用齐格勒系催化剂，助催化剂采用三乙基铝；使用所述中间处理系统对两个反应器产生不同的反应操作条件以实现每段聚乙烯的不同特性；
S3、向第一反应器注入氢气，确保第二反应器的氢气进料稳定；
S4、仅向第二反应器中注入共聚单体己烯-1，以此保证产品的力学性能和耐环境开裂性，己烯-1注入量跟随乙烯进料量调整。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述催化剂的加入量与乙烯进料比为0.23～0.4kg/t，所述助催化剂的注入量为2kg/h。
3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述中间处理系统控制两个反应器的乙烯浓度；其中，所述第一反应器中乙烯浓度为2.8-3.2mol％，所述第二反应器中乙烯浓度为1.8-2.2mol％。
4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述中间处理系统控制两个反应器的浆料密度；其中，所述第一反应器的浆料密度为540-550kg/m3，第二反应器的浆料密度为560-570kg/m3。
5.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述中间处理系统控制两个反应器的温度；其中，所述第一反应器温度控制为95℃，所述第二反应器温度控制为90℃。
6.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述中间处理系统控制两个反应器的压力；其中，所述第一反应器压力控制为4.0MPa，所述第二反应器压力控制为2.8MPa。
7.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述中间处理系统控制两个反应器和中间处理系统内停留时间；其中，所述第一反应器内停留时间为60-70min，所述中间处理系统内停留时间为30-40min，所述第二反应器内停留时间为70-80min。
8.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述第一反应器注入氢气的目标值为8.00kg/h；所述第二反应器内的氢气浓度不低于0.02mol％，第二反应器的氢气、乙烯浓度比不低于0.006mol％。
9.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述步骤S4中，己烯-1注入量与乙烯进料量的配比为35kg/t。
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