常用溶液聚合生产的乙烯聚合物有乙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-苯乙烯共聚物、乙丙橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等。常用于乙烯溶液聚合的反应器有中压反应器、低压冷却型反应器和低压绝热反应器3类。
乙烯溶液聚合具有反应器体积小、聚合时间短、切换产品牌号时过渡料少、生产灵活性大、乙烯单程转化率高、凝胶含量低、乙烯和共聚单体分布均匀、产品质量稳定等特点。由于产品要经过脱溶剂和脱共聚单体等后处理工序,所以产品质量高,胶体和灰分含量低。由于采用辛烯等高碳烯烃作为共聚单体,产品的物理机械性能好,可生产具有特殊性能的产品,适用于高端消费领域。缺点是低熔融指数产品的生产能力受到限制;反应温度高,催化剂活性低,产品需用吸附剂脱除残余催化剂,废渣量较大。工艺流程相对较长,投资高。
乙烯溶液聚合工艺主要有诺瓦公司Sclairtech工艺、帝斯曼公司的Compact工艺、陶氏化学的Dowlex工艺。
是一种中压溶液法。该工艺是溶液法中生产能力最大、发展最快的一种工艺。乙烯升压后与净化过的循环共聚单体及溶剂一起进入冷却吸收器,在降温的同时充分混合溶解,用进料泵加压达到反应压力为10.79~16.67兆帕,经温度控制系统达到反应温度(100~300℃),用加入催化剂的量来控制乙烯转化率,用氢来调节熔体指数,用共聚单体量调节聚乙烯密度。采用两个或更多反应器,在不同温度和不同氢加入条件下操作,以调节产品分子量分布。在反应器出口加入催化剂脱活剂以终止反应,然后使反应物升温到300℃,通过氧化铝吸附剂吸附脱除催化剂残渣。采用改进后的新催化剂体系可免去脱催化剂的设施。反应物料进入中压闪蒸器,脱除反应乙烯、共聚单体和大部分溶剂。
最初用于生产高密度聚乙烯。采用齐格勒-纳塔催化剂生产所有线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯所有牌号,且所有产品均以窄分子量分布为特征,产品机械性能良好,适于生产薄膜。该工艺采用搅拌釜式反应器,聚合温度为200℃,用氢控制聚合物分子量,无须脱除催化剂步骤。生产的树脂密度为0.900~0.965克/厘米3,产品熔体指数为0.5~100;能生产VLDPE树脂(密度低于0.915克/厘米3),适于生产高韧性薄膜产品。通常采用的共聚单体是1-丁烯、1-辛烯或两者都有的三元共聚物。
采用两个串联的搅拌槽反应器,反应压力为4.8兆帕,反应器出口温度为170℃,第二反应器的聚合物含量为10%。反应停留时间短,单程转化率可超过90%。Dowlex工艺是采用重质溶剂Isopare(一种饱和的正构烷烃),在溶液法工艺中操作压力最低。通过催化剂、共聚单体类型、用量及氢气的加入量来调节。常采用1-辛烯作共聚单体,也能生产均聚物。通过加入不同种类的α-烯烃控制产品的强度,α-烯烃的加入量越大,树脂密度越低。