作者：高金龙 ，干昌舒 ，蒋召财 ，李 婧 ，范 江
（陕西工业职业技术学院 化工与纺织服装学院，陕西咸阳 712000； 四川锦成化学催化剂有限公司，四川眉山 620010）
20 世纪 80 年代后，由于清洁环保节约政策的要求， 采用新型专用树脂制得的轻型、环保塑料包装材料制品， 逐渐成为包装市场的主导产品，也越来越受到市场的青 睐，高密度聚乙烯（HDPE）树脂就是其中之一。高密度聚乙烯薄膜的拉伸强度、拉伸屈服强度、硬度高于低密度聚乙烯，冲击强度要低于低密度聚乙烯， 但高密度聚乙烯薄膜具有密度高、渗透性能较小、抗化学性能较好等优点。
高密度聚乙烯 (HDPE) 装置采用淤浆法 Hostalen 聚乙烯工艺，可生产多种牌号单峰和多峰高性能聚乙烯树脂。本工作采用 JCES-200 催化剂用于生产膜料 HM 9455F1，与装置常用市售催化剂进行对比，
为进一步掌握聚合系统操作条件提供了保障，促进催化剂的国产化。
乙烯 ( 纯度为 99.98% ) 和 1- 丁烯 ( 纯度为 99.64% )，均由石化公司生产；氢气 ( 纯度为 99.93% )，由四川 成都艾尔普气体产品有限公司生产；三乙基铝 ( 质量分 数不小于 94% )，由雅宝化工 ( 上海 ) 有限公司生产；JCES-200 催化剂，由四川锦成化学催化剂有限公司生产；Ref 催化剂，为装置常用市售催化剂。
采用英国马尔文仪器有限公司的 Masterizer 3000E 型激光粒径仪测试催化剂粒径及粒径分布；采用日本电 子株式会社的 JSM-6380LV 型扫描电子显微镜测试催化 剂颗粒形貌；采用上海分析仪器厂的 723N 型分光光度 计测定催化剂中的钛含量；采用乙二胺四乙酸二钠络合 滴定法测定催化剂的镁含量；采用 AgNO3 滴定法测定催 化剂的氯含量；采用德国 Fritsch 公司 Analysette-3 型振 筛机，根据 Q/SYCH 3011-2012 测试聚合物的粒径分布；采用意大利 Ceast 公司 7028 型熔融指数仪，根据 GB/T3682-2000 测试聚合物的熔体流动速率；采用英国 Ray-Ran 测试设备公司 RR/DGA 型密度梯度仪，根据 GB/T 1033.2-2008 测试聚合物的密度。
JCES-200 催化剂物化及聚合性能指标见表 1，催化剂产品指标均满足出厂控制。JCES-200 催化剂粒径分布 及电镜照片如图 1 和图 2 所示，催化剂粒径分布集中， 具有良好的颗粒形貌。
高密度聚乙烯 Hostalen 聚合工艺采用 JCES-200 催化剂试生产，两釜串联操作，第一反应器乙烯负荷 17.5t/h， 以氢气为链转移剂，聚合温度为 83~85 ℃，压力为 0.73~0.77 MPa；第二反应器乙烯负荷 17.5t/h，以 1- 丁烯为共聚单体， 聚合温度为 80~81 ℃，压力为 0.220~0.230 MPa。催化剂工 业应用工艺参数见表 2，JCES-200 催化剂切入无波动，便 于工艺参数的调整。聚合反应系统运行平稳，未出现淤浆泵、 搅拌器堵塞、卡料等现象。
聚合釜生产负荷为 35t/h 的条件下，根据催化剂的 消耗及生产聚合物的质量计算得出催化剂的活性，同等生产负荷下 JCES-200 催化剂和 Ref 催化剂的活性见表 3，JCES-200 催化剂的活性比 Ref 催化剂高约 77%，聚 合物堆积密度与 Ref 催化剂基本一致。
实际工业生产过程中通过调节氢气的量，达到生产 不同分子量的聚乙烯，从而满足不同性能的聚乙烯的需求，因此氢调敏感性是一项催化剂评价的重要指标。催 化剂的氢调敏感性能见表 4，在满足聚乙烯高韧性膜料 指标的情况下，JCES-200 催化剂的氢气平均消耗量（以 生产 1t 聚乙烯消耗的氢气质量计）为 0.629kg/t•PE， Ref 催化剂的氢气平均消耗量为 0.656kg/t•PE。同生产负 荷下，JCES-200 催化剂消耗的氢气乙烯比低于 Ref 催化 剂消耗的氢气乙烯比，说明 JCES-200 催化剂的氢调敏感性优于 Ref 催化剂。
对于采用 Hostalen 工艺生产的聚乙烯而言，通常采 用 1- 丁烯作为共聚单体来调节聚合物的密度。催化剂的 共聚性能见表5，JCES-200催化剂1-丁烯的平均消耗量（以 生产 1t 聚乙烯消耗的 1- 丁烯质量计）约为 2.84kg/ t•PE， Ref 催化剂 1- 丁烯的平均消耗量约为 3.08kg/ t•PE，且 JCES-200 催化剂消耗的丁烯乙烯比低于 Ref 催化剂消耗 的丁烯乙烯比，表明 JCES-200 催化剂的共聚性能比 Ref 催化剂提高约 8%。
同生产负荷下由二种催化剂生产的聚乙烯粉料粒径分布见表6。
由表 6 可知，JCES-200 催化剂生产的聚乙烯粉料粒 径集中分布在 150~315 μm，与 Ref 催化剂所生产的聚乙 烯粉料相比，粒径分布更为集中。不大于 150μm 聚乙烯 粉料由 JCES-200 催化剂生产的占 17.59%，由 Ref 催化 剂生产的占 20.83%，尤其在不大于 63μm 的细粉含量上， JCES-200 催化剂生产粉料的占 0.69%，Ref 催化剂生产 粉料的占 1.94%。聚合物的粒径分布直接影响聚合反应 状态、固液分离效果和干燥系统的运行状态。理论上， 聚合物粒径分布越窄、大颗粒和细粉含量越少越有利于 装置的稳定运行。
装置流化床运行状况良好，一腔温度略有下降，同时二 腔温度始终维持在 96~97 ℃ 的高点，说明减少粉料中细 粉的含量，改善了流化床的运行状况，使得流化床长周 期运行成为可能。JCES-200 催化剂的干燥床一二腔料位 压差与 Ref 催化剂基本一致，这不仅可减少循环氮气中 的细粉含量，而且可降低设备故障风险率。此外，粉料 颗粒大小均匀、形状规整、细粉含量偏低，有利于改善 干燥床一腔至二腔的出料状态，延长了装置的运行周期。
在聚合反应器、离心机进料罐温度控制相同的条件 下，JCES-200 催化剂生产膜料 HM 9455F1 时的蜡产量 为 19~21 kg/t-PE，低于 Ref 催化剂的 21~23 kg/t-PE。蜡产量降低，将有利于己烷精制系统和蜡回收系统的稳 定和长周期运行，减少己烷精制系统换热器的清理频率。
由表 8 可知，在熔体流动速率和密度相近的情况下， JCES-200 催化剂生产的 HM 9455F1 与 Ref 催化剂生产 的 HM 9455F1 力学性能基本相当，满足生产牌号的指标， 属于优级品。
（1）生产负荷 35t/h 下，JCES-200 催化剂的活性比Ref 催化剂高约 77%。JCES-200 催化剂的氢调性能略 好于 Ref 催化剂，JCES-200 催化剂的共聚性能比 Ref 催 化剂高约 8%。
（2）JCES-200 催化剂生产的聚合物粉料的分布更为集中，且小于 150μm 的聚乙烯粉料明显比 Ref 催化剂 生产的聚乙烯粉料低。
（3）JCES-200 催化剂使用过程中装置流化床运行 状况良好，粉料颗粒大小均匀、细粉含量偏低，有利于改善干燥床一腔至二腔的出料状态，延长了装置的运行 周期。
（4）JCES-200 催化剂生产膜料的产品质量符合 HM 9455F1 的各项指标，产品质量优异。
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