一、装置简介
(一)装置发展及类型
高压聚乙烯是目前世界上产量最大，价格较低，用途广泛的通用塑料之一。其薄膜制品，电器绝缘材料，注塑、吹塑制品，涂层，板材，管材在工农业生产和日常生活中得到普遍应用。并且由于生产技术不断发展以及共聚产品的不断出现，使之产品性能得到进一步的改善，用途日趋广泛。
高压聚乙烯是以乙烯单体在100-300MPa(表)的高压条件下，用有机过氧化物为催化剂经聚合而制得的。因其产品密度一般为0．910-0．935(高密度聚乙烯的密度则为0．940—O．970)，故又称低密度聚乙烯。高压聚乙烯从1939年开始工业化，至今已有六十多年的历史了。高压聚乙烯在聚乙烯生产中占优先地位，近些年来大型单线生产能力20X104t／a以上的装置还在继续大规模发展，其主要原因是：
1．产品具有优良的物理机械性能、电气绝缘性、耐化学腐蚀性、耐低温性和加工性能，因而用途广泛。
2．工艺过程简单，不需采用复杂的催化剂系统，即可得到高纯度聚乙烯产品，没有催化剂和溶剂回收等过程。
3．在高压条件下操作，反应设备小，能力大，催化剂用量少，技术经济指标较好，成本较低，它是塑料中价格较低的品种之一。
高压聚乙烯生产最显著的特点就是操作压力很高，不但有30MPa以上的高压系统，而且有iOOMPa以上的超高压系统。目前世界上高压聚乙烯的生产方法很多，不下十余种，按反应器形式划分，大致可分为管式反应器和釜式反应器两大类。一般的说管式法生产的聚乙烯因反应器压力梯度大和温度分布宽、反应时间短、所得聚合物的支链少、分子量分布宽，适宜制造薄膜和共聚物；单程转化率高，但存在器内粘壁、堵塞等问题。釜式法反应压力为100—250MPa，较管式法(200—350MPa)低，单程转化率较低，反应时间长，停留时间分布大，聚乙烯的长支链分子较多，分子量分布较狭窄，富于韧性，适宜于生产注塑、挤塑成型及涂层产品，尤其是多反应釜的釜式法聚乙烯，每个反应釜都可以进行多区的反应，生产的产品具有许多优良的性能。
近年来国外发展高压聚乙烯的一个动向是生产规模日趋大型化。新建高压聚乙烯规模基本都在20X104t／a以上，尤其是管式法聚乙烯。相应的设备也不断增大，如高压釜式反应器已达到750L，管式反应器长度增至2000m以上，超高压压缩机最大压缩量已达到80t／h以上，压力为350MPa；另一个发展动向是聚合反应器的高压化，不少厂家聚合压力达300~350MPa，甚至有高达500MPa者。从乙烯高压反应的机理来看，随着反应压力的提高，反应速度加快，同时可减少长支链分子的形成，提高结晶度和密度，对增大单位生产能力及提高产品质量是有利的。
燕化公司的釜式法高压聚乙烯是由日本住友化学株式会社引进的18X104t／a釜式法低密度聚乙烯成套装置，于1976年建成。目前装置的生产能力已经超过21X104t／a。另外，燕化公司化工一厂20X104t／a生产能力的高压管式法聚乙烯装置也于2001年建成投产，利用釜式法高压聚乙烯和管式法高压聚乙烯不同的产品，生产出性能优异和较高附加值的产品，进一步优化产品结构，是目前高压装置未来发展的趋势。
(二)单元组成与工艺流程
1．装置的主要单元构成
高压聚乙烯装置的基本组成单元为：压缩单元，聚合单元，分离造粒单元，混合空送单元。各单元作用介绍如下：
(1)压缩单元
压缩部分是将3．3MPa(表)、30℃的新鲜乙烯及高、低压分离系统分离的未反应乙烯经一次压缩机(C—1)，二次压缩机(C—2)加压至反应所需的压力，即130-250MPa(表)。
(2)聚合单元
二次压缩机送出的高压乙烯气进入反应器A、B聚合成聚乙烯；反应热由中间冷却器(E—15A)和反应器的水冷夹套导出，反应温度为180-270~C，由注入引发剂的多少来控制。
(3)分离及造粒单元由反应器(R—3B)出来的乙烯、聚乙烯混合物，经减压、冷却之后进入高压分离器(V—
2)。将未反应的乙烯与聚乙烯分离，气体经分离去低聚物并冷却后，绝大部分循环使用，少量经减压、加热后返回乙烯装置进行精制。
由高压分离器底部出来的聚乙烯减压后进入低压分离器(D—10)，气体经冷却后循环反应，底部聚乙烯进热进料挤压机(X—1)，经挤出，水下切粒、脱水、干燥得聚乙烯颗粒。
(4)混合与空送单元
造粒后的聚乙烯颗粒，用空气输送到混合部分，进行计量、检验、掺混、储存，之后送往包装储运。还有一些辅助系统，如引发剂配制系统、辅助油系统等。
2．工艺流程
釜式法高压聚乙烯工艺是以乙烯车间送来的3.3MPa(表)、30℃的乙烯为原料，经一次压缩机和二次压缩机压缩到反应所需压力(130—250MPa(表))，送人反应器内，以有机过氧化物作为引发剂，在高温高压条件下进行聚合，从反应器出来的物料在高压分离器内将未反应的乙烯和聚合物作一次分离；然后在低压分离器内将未反应的乙烯和聚合物作第二次分离，聚合物经切粒后进行计量、混合，如不需均化的产品即可装袋出厂。未反应的乙烯少部分返回乙烯装置，绝大部分根据压力不同分别返回本装置相应部分循环使用。
(三)化学反应过程
高压法聚乙烯的制造是通过自由基聚合反应进行的，它的反应历程和一般的乙烯基化合物聚合反应一样，可以用下列单元反应表示。
1．链引发反应
链引发即是乙烯分子在某种活性基团的作用下，打开双键成为活性分子的过程，也就是单体转变成自由基的过程。反应引发所必需的自由基是由链引发剂(即催化剂)的遇热分解生成的。引发剂一般使用氧、有机过氧化物及偶氮化合物等。
2．链增长反应
链增长反应是由引发剂引发后的活性乙烯分子与周围的单体乙烯分子进行链锁反应而成为链状大分子的过程。 3．链终止反应
活性链状游离基并非无限地增长下去，由于自由基之间的相互作用，使链增长反应终止。
(1)偶合终止反应：两个活性增长链自由基相互化合或链合而导致链终止。
(2)歧化终止反应：两个活性增长链之间，由于氢原子的转移而产生一个饱和分子，同时生成了含有不饱和端基的另一个分子：
4。链转移反应
在聚合反应过程中，除了正常的链增长反应外，增长中聚合物的活性可以传递到另一单元或大分子中，和氢原子作用而生成新的自由基，此为链转移反应。在乙烯的自由基聚合中，发生以下链转移反应： (3)分子间的链转移
活性增长链和其他聚合物大分子发生链转移，生成新的自由基，如果乙烯分子与这种新的活性自由基价链继续结合，便形成大分子内的长链支化。这种长链支化若让任其发展下去，便生成一种超高分子量的所谓“微观凝胶’’效应。这应力求避免。因为这种微观凝胶(鱼眼产生的原因)能使该产品的光学性能下降。
(4)分子内部的链转移
活性增长链中氢原子为同一链所夺取(即自由基在分子内部转移)，如果乙烯分子与这种活性的自由价键继续结合，就发生分子内的短链支化，这种短链支化直接影响到了高分子集结态的紧密程度，即高分子树脂产品的密度和结晶度，以及产品的分子量和分子量分布大小，因此，在工艺制造过程中，利用短链支化，来控制产品性能，已成为重要手段之一。
链转移反应是聚合物自由基自身停止增长的一种终止反应，因为自由基活性中心向其他分子转移，总的自由基个数并没有减少。所以，不影。向聚合速度，这一点与链终止反应是不同的。
(四)主要操作条件及工艺技术特点
１．主要操作条件因不同的工艺操作条件不尽相同，表5—6列出常用生产牌号的主要操作条件。
高压聚乙烯装置采用750L大型釜式反应器，并采用双釜串联工艺生产低密度聚乙烯。其特点如下：
(1)由于设备大型化使之实现生产系列大型化。在本装置中单系列生产能力已达到6X104t／a。使之建设费用大大降低，如用单系列6X104t／a的装置与两系列能力各为3X104t／a的装置比较，前者可节省投资25％左右。
(2)装置中聚合反应采用双釜串联，即把从第一台反应器(A)出来的未反应乙烯和聚乙烯的混合物经一中间冷却器冷却后(聚合物不用分离)直接进入第二台反应器(B)进一步反应，从而使单程转化率由单一反应器的17％提高到20％以上(最高可达24％)。由于单程转化率提高了，动力消耗及原材料消耗定额也有较大的降低，因而生产成本也降低。
