聶文燕

[摘要]乙丙橡膠（EPR）一種以乙烯、丙烯為基本單體的共聚橡膠，具有許多其它通用合成橡膠所不具備的優(yōu)異性能，加之單體價(jià)廉易得，用途廣泛，是國外七大合成橡膠品種中發(fā)展最快的一種，其產(chǎn)量、生產(chǎn)能力和消費(fèi)量在發(fā)達(dá)國家中均居第三位。本文根據(jù)乙丙橡膠國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀，市場供需情況，討論了乙丙橡膠溶液聚合法、懸浮聚合法及氣相聚合法三種生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了3種工藝路線的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)情況。

[關(guān)鍵詞]乙丙橡膠 溶液聚合 懸浮聚合 氣相聚合

1溶液聚合工藝

1.1技術(shù)狀況

生產(chǎn)工藝是在既可以溶解產(chǎn)品、又可以溶解單體和催化劑體系的溶劑中進(jìn)行的均相反應(yīng)，通常以直鏈烷烴如正己烷為溶劑，采用V-Al催化劑體系，聚合溫度為30～50℃，聚合壓力為0.4～0.8MPa，反應(yīng)產(chǎn)物中聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為8%～10%。DSM公司EPR溶液聚合工藝技術(shù)成熟，比較先進(jìn)，有下列優(yōu)點(diǎn)：投資低，工藝最佳化;生產(chǎn)操作費(fèi)用低，裝置年操作時(shí)間長，原料和催比劑的消耗低，采用先進(jìn)控制系統(tǒng)對生產(chǎn)進(jìn)行控制;產(chǎn)品質(zhì)量具有極強(qiáng)的競爭力。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)比較成熟，操作穩(wěn)定，是工業(yè)生產(chǎn)EPR的主要方法;產(chǎn)品品種牌號(hào)較多，質(zhì)量均勻，灰分含量較少，應(yīng)用范圍廣泛：產(chǎn)品電絕緣性能好。但是由于聚合是在溶劑中進(jìn)行，傳質(zhì)傳熱受到限制，聚合物的質(zhì)過分?jǐn)?shù)一般控制在6%～9%，最高僅達(dá)11%～14%，聚合效率低。同時(shí)，由于溶劑需回收精制，生產(chǎn)流程長，設(shè)備多，建設(shè)投資及操作成本較高。

2懸浮聚合工藝

2.1技術(shù)狀況

該工藝是根據(jù)丙烯在共聚反應(yīng)中活性較低的原理，將乙烯溶解在液態(tài)丙烯中進(jìn)行共聚合。丙烯既是單體又兼作反應(yīng)介質(zhì)，靠其本身的蒸發(fā)致冷作明控制反應(yīng)溫度，維持反應(yīng)壓力。生成的共聚物不溶于液態(tài)丙烯，而呈懸浮于其中的細(xì)粒淤漿，又可分為一般懸浮聚合工藝和簡化懸浮聚合工藝。

2.2技術(shù)特點(diǎn)

EPR懸浮聚合工藝的特點(diǎn)是：聚合產(chǎn)物不溶于反應(yīng)介質(zhì)丙烯，體系粘度較低，提高了轉(zhuǎn)化率，聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)30%～35%，因而其生產(chǎn)能力是溶液法的4～5倍;無溶劑回收精制和凝聚等工序，工藝流程簡化，基建投資少;可生產(chǎn)很高分子量的品種;產(chǎn)品成本比溶液法低。而其不足之處是：由于不用溶劑，從聚合物中脫離殘留催化劑比較困難;產(chǎn)品品種牌號(hào)少，質(zhì)量均勻性差，灰分含量較高;聚合物是不溶于液態(tài)丙烯的懸浮粒子，使之保持懸浮狀態(tài)較難，尤其當(dāng)聚合物濃度較高和出現(xiàn)少量凝膠時(shí)，反應(yīng)釜易于掛膠，甚至發(fā)生設(shè)備管道堵塞現(xiàn)象：產(chǎn)品的電絕緣性能較差。

3氣相聚合工藝

3.1技術(shù)狀況

UCC公司的EPR氣相聚合工藝最具代表性，它分為聚合、分離凈化和包裝三個(gè)工序。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的乙烯、35.5%的丙烯、4.5%的ENB同催化劑、氫氣、氮?dú)夂吞亢谝黄鸺尤肓鞅却卜磻?yīng)器，在50～65℃和絕對壓力2.07 kPa下進(jìn)行氣相聚合反應(yīng)。乙烯、丙烯和ENB的單程轉(zhuǎn)化率分別為5.2%。0.58%和0.4%。來自反應(yīng)器的未反應(yīng)單體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器除去反應(yīng)熱，與新鮮原料氣一起循環(huán)回反應(yīng)器。從反應(yīng)器排出的EPR粉未經(jīng)脫氣降壓后進(jìn)入凈化塔，用氮?dú)饷摮龤埩魺N類。來自凈化塔頂部的氣體經(jīng)冷凝回收ENB后用泵送回流比床反應(yīng)器。生成的微粒狀產(chǎn)品進(jìn)入包裝工序。

3.2技術(shù)特點(diǎn)

與前兩工藝相比，氣相聚合工藝有其突出的優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡短，僅三道工序，而傳統(tǒng)工藝有七道工序：不需要溶劑或稀釋劑，毋需溶劑回收和精制工序：幾乎無三暖排放，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。但其產(chǎn)品通用性較差，所有的產(chǎn)品皆為黑色。這是由于為避免聚合物過粘，采用炭黑作為流態(tài)化助劑之故。雖然開發(fā)成功了用硅烷粘土和云母代替炭黑生產(chǎn)的白色和有色產(chǎn)品，但第一套工業(yè)化生產(chǎn)裝置仍然只能生產(chǎn)黑色FPR。

4各種生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

由表1可以看出，在FPR的各種生產(chǎn)工藝路線中，溶液聚合工藝投資和成本最高。投資高是因。為流程長，高粘度散熱難，設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度低，反應(yīng)后聚合物流濃度太?。▋H為6%～14%，懸浮聚合工藝為33%），單體、溶劑回收需較高的費(fèi)用;成本高主要是因?yàn)楣霉こ藤M(fèi)、折舊費(fèi)、固定成本費(fèi)用高。這是由于生產(chǎn)過程中消耗較高的電和蒸汽所致。懸浮聚合工藝的投資與成本工藝分別相當(dāng)于相同規(guī)模溶液聚合工藝的77%和88%，具有投資少、原料消耗和能耗低、生產(chǎn)成本低、三廢處理費(fèi)用少等特點(diǎn)。氣相聚合工藝的投資和產(chǎn)品成本最低，分別相當(dāng)于同等規(guī)模溶表：液聚合工藝的42%和68%。

5結(jié)論

在FPR的各種生產(chǎn)工藝路線中，溶液聚合工藝投資和成本最高。投資高是因?yàn)榱鞒涕L，高粘度散熱難，設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度低，反應(yīng)后聚合物流濃度太稀（僅為6%～14%，懸浮聚合工藝為33%），單體、溶劑回收需較高的費(fèi)用;成本高主要是因?yàn)楣霉こ藤M(fèi)、折舊費(fèi)、固定成本費(fèi)用高。

綜上所述，雖然EPR溶液聚合工藝的投資和成本最高，但其產(chǎn)品綜合性能好，硫化速度快，產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，是目前國外最廣泛使用的方法。懸浮聚合工藝生產(chǎn)流程短，投資和成本較低，然而產(chǎn)品性能沒有突出優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍較窄，故目前不及溶液聚合工藝使用廣泛。氣相聚合工藝產(chǎn)品中含有大量炭黑，通用性較差，限制了它的使用范圍，但其工藝流程短。生產(chǎn)高效和清潔，有利于降低生產(chǎn)成本和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，對長期沿用的溶液聚合工藝具有根本變革性意義，是合成橡膠工業(yè)技術(shù)今后發(fā)展的必然趨勢。