低密度ポリエチレン (LDPE)エチレンを重合モノマーとして、過酸化物を開始剤として重合し、フリーラジカル重合反応によって得られる熱可塑性樹脂で、分子量は一般に100000〜500000、密度は0.91〜0.93g/cm3で、ポリエチレン樹脂の中で最も軽い品種です。 。
柔軟性、伸長性、電気絶縁性、透明性、加工性、通気性に優れています。化学的安定性、耐アルカリ性、一般有機溶剤に対する耐性が良好で、押出コーティング、ブローフィルム、電線・ケーブルのコーティング、射出成形、ブロー成形中空成形など幅広い用途に使用されます。
開始剤によって生成されるフリーラジカルの寿命が短いため、エチレンは反応圧力 (110 ～ 350MPa) を高めることで高度に圧縮され、その密度は 0.5g/cm3 まで増加します。これは、反応できない液体と同様です。再び圧縮されます。エチレンの分子間隔を短くし、フリーラジカルまたは活発に成長する鎖とエチレン分子との衝突確率を高めるために、フリーラジカル重合反応が行われます。低密度ポリエチレンが製造されるため、低密度ポリエチレンは高圧低密度ポリエチレンとも呼ばれます。
低密度ポリエチレンの製造工程
低密度ポリエチレンの製造プロセスには、主にエチレン二段圧縮、開始剤および調整剤注入、重合反応システム、高圧および低圧分離回収システム、押出造粒および後処理システムなどが含まれます。
反応器の種類により、高圧管法とオートクレーブ法の2種類に分けられます。
管状反応器とケトル法にはそれぞれ独自の特徴があります。管状反応器は構造が単純で、製造とメンテナンスが容易で、高圧に耐えることができます。原子炉の構造は複雑であり、保守や設置は比較的困難です。同時に、熱除去能力が限られているため、反応器の容積は通常小さいです。
一般にチューブ方式は大規模設備に、ケトル方式は特級EVAや高酢酸ビニルなどの高付加価値製品を生産する設備に使用されます。
ケトル法は各工程の特性により分岐鎖が多く、衝撃強度に優れているため、コーティング樹脂の押出に適しています。チューブ法は分子量分布が広く、分岐鎖が少なく光学特性が良好なため、薄膜への加工に適しています。
高圧チューブ法低密度ポリエチレン製造技術
管型反応器の内径は通常 25 ～ 82 mm、長さは 0.5 ～ 1.5 km、アスペクト比は 10000:1 より大きく、外径と内径の比は通常 2 mm 以上、ウォーター ジャケットは反応熱の一部を除去するために使用されます。
これまでのところ、パイプは基本的な流れを処理する方法はほぼ同じですが、異なる反応器供給ポイント、異なる分子量調整器、開始剤とその注入位置、肥料注入の異なる方法、製品処理、返還量の採用が異なります。エチレンと送り出し位置は、プロセスのさまざまな特徴を形成しています。
現在、成熟した管状プロセス技術には主に、LyondellBasell の Lupotech T プロセス、Exxon Mobil の管状プロセス、DSM の CTR プロセスが含まれます。
ルポテックTプロセス
LyondellBasell Lupotech T プロセスは、国内の低密度ポリエチレン プラントの生産能力の約 60% に使用されています。反応圧力 260~310MPa、反応温度 160~330℃、一方向転化率 35%、生成物密度 0.915~0.935g/cm3、融解指数 0.15~50g/10min、単ライン生産能力 45×104T/A、このプロセスには 5 つの技術的特徴があります。
(1) パルスリアクター技術を採用し、リアクター端のバルブ開度、バルブ開時間、スイッチング周波数を実現しています。パルス操作により、反応器内の混合効果、良好な反応安定性、高い転化率が向上し、反応器壁の付着が減少し、熱伝達係数が向上し、ジャケット水のより良い除熱効果が得られます。
(2) 過酸化物を反応器の異なる領域の 4 箇所に注入して、反応ゾーンの 4 つのセクションを形成しました。
(3) 分子量調整剤としてプロピレン、プロパンアルデヒドを使用し、コンプレッサー入口からエチレンとともに反応器に導入し、幅広い製品範囲を実現します。
(4) 高圧循環ガスシステムは、シーケンス制御による自己洗浄、溶解、脱蝋動作を実現し、通常の生産作業への影響を軽減します。
(5) 冷却水の使用量を削減するための温水ステーションシステムを設置し、重合反応熱や他の装置への高圧循環ガスシステムを回収します。
エクソンモービル管状プロセス
エクソンモービルチューブプロセスの反応圧力は250~310MPa、反応温度は215~310℃、転化率は最大40%、生成物密度は0.918~0.934g/cm3、融解指数は0.2~50g/cm3です。 （10分）、単ライン生産能力は50×104T/Aです。このプロセスには 6 つの技術的特徴があります。
(1) 水平プッシュフローチューブ反応器を採用し、反応器径を軸方向に段階的に拡大することでガス流量と反応器圧力損失を最適化しました。反応の安定性を高め、分解反応を減らし、反応器内のスケールを減らし、反応器の熱伝達効率を改善します。
(2) 開始剤は反応器の軸方向に沿って注入され、4 ～ 6 の反応ゾーンを形成でき、変換率と操作の柔軟性が向上し、幅広い製品範囲が得られます。
（３）一般に、融解指数を制御するための調整剤としてプロピレンを使用し、調整剤としてプロパンアルデヒドを使用して中密度製品を製造し、高圧ダイヤフラムポンプを介して調整剤をコンプレッサー入口に２回注入し、次にエチレンを反応器に注入する。
（４）エチレンビニル前方供給と冷多点供給の熱管型反応器を使用し、横方向の均一な放熱を組み合わせ、反応熱を除去する効果もあり、反応器はジャケット付き冷却負荷を最適化し、反応器の長さを短縮する。反応器の温度分布を滑らかにし、エチレン転化率を向上させます。同時に、多点横方向供給により、反応器の前方への高温エチレン供給量が減少し、反応器入口予熱器の熱負荷が減少し、高圧および中圧蒸気の消費量が減少する。
(5) 密閉型温度調整水システムを使用して反応器ジャケットに水を供給し、反応熱を除去します。ジャケット水の給水温度を最適化することにより、熱伝達効率が向上し、反応器長が短縮され、転化率が向上します。
(6) 高圧分離器の塔頂から排出される高圧・高熱の流体エネルギーの回収・利用。
CTRプロセス
DSM CTRプロセスの反応圧力は200~250MPa、反応温度は160~290℃、転化率は28%~33.1%、最大38%に達することができ、製品密度は0.919~0.928g/cm3、融解指数は0.3~65gです。 / (10分)、最大単線容量は40×104T/Aに達します。このプロセスには 5 つの技術的特徴があります。
(1) 非パルス運転を使用すると、反応器の動作圧力が低く一定に保たれ、反応器内の流量が高く、優れた精練効果があり、壁の固着現象が発生せず、反応器の洗浄とスケール除去が必要ありません。運用コストを削減します。
(2) 反応器パイプの直径は一定に保たれ、直接「ワンパス」原理が採用され、複雑な側方ライン供給システムがなく、反応器と支持体の設計がより単純で、投資がより低くなります。
(3) 反応器ジャケットは冷水によって冷却され、生成物によって蒸気が生成される可能性があります。
（4）過酸化物開始剤の使用、生成物のゲル組成は少なく、触媒残留物がなく、環境保護効果が良好です。オリゴマーの発生が少なく、循環ガスのリサイクル工程が簡素化されました。
(5) 良好な操作条件と重合時の圧力変動がないため、高品質の製品が得られます。特にフィルム製品は光学特性と加工特性に優れ、最小膜厚 10μm のフィルム製品を生産できますが、製品範囲は狭いです。メルトインデックスの低いコポリマー（EVA）製品は製造できません。
オートクレーブ法による低密度ポリエチレンの製造技術
オートクレーブプロセスは撹拌システムを備えたタンク反応器を使用し、アスペクト比は 2:1 ～ 20:1 で、タンク反応器の容積は 0.75 ～ 3m3 です。反応温度は通常150～300℃、反応圧力は通常130～200MPa、転化率は15%～21%である。
ケトル反応器は厚壁の容器であるため、反応器壁を通る熱伝達は管型反応器よりも制限され、そのため反応は基本的に断熱プロセスとなり、反応器から明らかな熱は除去されません。反応温度は主に、反応熱のバランスをとるために冷エチレン供給原料を多点注入することによって制御されます。反応器にはモーター駆動のスターラーが装備されており、反応器内の混合物を均一にし、局所的なホットスポットを回避します。開始剤は有機過酸化物であり、反応器の軸方向に沿って異なる位置に注入して、異なる動作温度の複数の反応セクションを形成できます。反応セクション間の逆混合がなく、柔軟な操作と幅広い製品範囲により、酢酸ビニル含有量が最大 40% の共重合 EVA を製造できます。
ルポテックAプロセス
Lupotech A プロセスは撹拌槽型反応器を使用し、反応器容積は 1.2m3、原料と開始剤は複数点から反応器に注入され、反応圧力は 210 ～ 246MPa、最高反応温度は 285℃、調整器はプロピレンまたは二次コンプレッサーの入口によって追加されるプロパンは、さまざまなLDPE/EVA製品を製造できます。製品密度は0.912〜0.951g/cm3、融解指数は0.2〜800g/（10分）、酢酸ビニルの含有量は最大にすることができます。反応器の一方向転化率は10%〜21%であり、最大単ライン設計規模は12.5×104t/aに達することができる。
LupotechA プロセスは、分岐鎖が多く、耐衝撃性に優れた押出コーティング樹脂を製造できるだけでなく、分子量分布の広い薄膜製品も製造できます。LDPE/EVA製品の融解指数と密度はAPC制御システムにより良好に制御され、均一な製品が得られます。このプロセスの主な国内導入はシルボン石油化学、揚子石油化学、上海石油化学などであり、装置容量は10×104T /aです。
エクソンモービルのケトルプロセス
エクソンモービルのタンクプロセスでは、自社設計の 1.5m3 マルチゾーンタンク反応器を採用しています。この反応器は、アスペクト比が大きく、保持時間が長く、開始剤効率が高く、生成物の分子量分布が狭いため、チューブプロセスと同様の品質の薄膜生成物の生産に役立ちます。
レギュレーターはエクソンモービルのチューブ方式とは異なります。イソブテンまたはn-ブタンが使用され、高圧ダイヤフラムポンプによって25〜30MPaに昇圧され、コンプレッサー入口に2回注入され、エチレンとともに反応器に流入します。
反応器の圧力範囲が広く、最大反応圧力は200MPaであり、メルトインデックスの低いLDPEホモポリマーや酢酸ビニル含量の高いEVAコポリマーを製造することができます。
エクソンモービルタンクプロセスでは、メルティングインデックス0.2～150g/(10分)、密度0.910～0.935g/cm3のLDPEホモポリマー製品を製造できます。メルトインデックス 0.2~450g/(10分) 酢酸ビニル含有量最大35%のエチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)製品。このプロセスの主な国内導入はLianhong Group (旧Shandong Hauda)で、装置容量は10×104T /a、TRINA、装置容量は12×104T /aなどです。
投稿日時: 2022 年 8 月 17 日