高性能氣相聚乙烯催化劑的研究

范斌

【摘 要】社會的進步與經(jīng)濟的增長推動了科學技術(shù)的發(fā)展，使得高性能氣相聚乙烯催化劑被廣泛地應(yīng)用，并為社會進一步發(fā)展做出了重要的貢獻?；诖?，論文對聚乙烯生產(chǎn)工藝進行了簡單介紹，對高性能氣相聚乙烯催化劑實驗進行了闡述，并針對實驗結(jié)果展開了深入分析。

【Abstract】Social progress and economic growth have promoted the development of science and technology， making high performance gas phase polyethylene catalyst has been widely applied， which has made important contribution to the further development of society. Based on this， this paper briefly introduces the production process of polyethylene， and then introduces the experiment of high performance gas gathering ethylene catalyst， and analyzes the experimental results.

【關(guān)鍵詞】高性能；氣相聚乙烯；催化劑

【Keywords】 high performance； gas phase polyethylene； catalyst

【中圖分類號】TQ325.1+2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0164-02

1 引言

近年來，在經(jīng)濟與科學技術(shù)快速發(fā)展的背景下，氣相聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)得到了快速發(fā)展。而傳統(tǒng)的氣相聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)主要對鉻型催化劑、Z-N型催化劑等進行應(yīng)用，這些催化劑不論是自身的物理性質(zhì)，還是催化性能，都無法滿足當前氣相聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)的要求。因此，論文對自制的高性能氣相聚乙烯催化劑進行了深入研究，為我國聚乙烯更好的生產(chǎn)提供重要幫助。

2 聚乙烯氣相生產(chǎn)工藝概述

當前聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)由氣相法、中壓法等組成，其中，在使用氣相法生產(chǎn)聚乙烯時，操作相對簡單，需要的壓力不是很高，并且生產(chǎn)時還不需要添加其他試劑，同時，還可以有效地對生產(chǎn)流程進行控制，使得產(chǎn)品密度變化較大。因此，在我國聚乙烯生產(chǎn)的過程中，對氣相法進行了廣泛的應(yīng)用。采用氣相法制備聚乙烯時，是利用流化床反應(yīng)器，在乙烯氣體形態(tài)下聚合。聚合時先將催化劑放入儲罐內(nèi)，并由儲罐將適量的催化劑導入到床層[1]。之后通過高速乙烯循環(huán)的方式，使床層保持流態(tài)化同時，將產(chǎn)生的熱量排出。最后，生產(chǎn)出來的聚乙烯將會從反應(yīng)器底部導出。需要注意的是，聚合的過程中，需要確保反應(yīng)器的壓力穩(wěn)定在2.0MPa左右，溫度穩(wěn)定在95±5℃。

3 實驗

3.1 實驗材料

實驗時，需要使用到以下材料：①自制的三種硅膠，二級品；②滬震實業(yè)生產(chǎn)的C6H15Al，二級品；③泰峰化工生產(chǎn)的2-甲基丁烷，二級品；④鑫泰儀器儀表生產(chǎn)的給電子體，二級品；⑤鼎昊經(jīng)貿(mào)生產(chǎn)的MgCl2，二級品；⑥上虞華倫化工生產(chǎn)的二乙基氯化鋁與三正己基鋁，二級品；⑦星島化工科技生產(chǎn)的乙烯，二級品；⑧鼓臣生物技術(shù)生產(chǎn)的TiCl4，二級品。

3.2 實驗設(shè)備

實驗時，需要使用以下設(shè)備：①北京中和測通儀器生產(chǎn)的ZCA-1000吸收分光光度儀，用于測量催化劑中的Ti的含量；②德國Brand生產(chǎn)的自動回零滴定管，用于測量Mg與Al的含量：③歐美克儀器生產(chǎn)的粒徑分布儀，用于測量催化劑的粒徑情況；④諾頂儀器設(shè)備生產(chǎn)的GC-200氣相色譜儀，用于測量THF的含量；⑤金埃譜科技研發(fā)的比表面積孔徑分析儀，用于測量硅膠載體表面積和孔容；⑥華儀時代科技生產(chǎn)的掃描電子顯微鏡，用于測量催化劑與聚合物的形貌[2]。

3.3 催化劑的制備

將三種硅膠加熱到600℃后，加入C6H15Al反應(yīng)1h，再次加入TiCl4、MgCl2、THF（四氫呋喃）、給電子體，之后，利用二乙基氯化鋁與三正己基鋁進行還原，得出的固體粉粒即為催化劑，將其分別編號為1～3。

4 實驗分析

4.1 催化劑的元素分析

表1為催化劑元素分析結(jié)果，從中能夠發(fā)現(xiàn)，所有催化劑內(nèi)，全部由Ti、Mg、Al與THF構(gòu)成。其中，1號催化劑內(nèi)Ti的含量與傳統(tǒng)催化劑基本一致；2號催化劑Ti的含量與3號催化劑的基本一致；從Mg與THF的角度來說，2～4號催化劑基本一致，1號催化劑略少一些；所有催化劑內(nèi)Al的含量基本一致。

4.2 催化劑的粒徑分析

通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的催化劑相比，自制催化劑粒徑分布較窄，平均粒徑較大，并且跨距小，同時細粉含量低。受到這一特性的影響，不僅可以使反應(yīng)器內(nèi)的顆粒更加整齊，使得顆粒更好地聚合到一起，而且，還會減少聚合物內(nèi)細粉的數(shù)量，為反應(yīng)器更好的運行提供了幫助。

4.3 催化劑的微觀形態(tài)分析

聚乙烯生產(chǎn)的過程中，主要是在催化劑的基本離子表面、空隙微晶表面活性點上進行的。所以，催化劑的微觀狀態(tài)也會對聚乙烯的生產(chǎn)帶來一定影響。為了掌握影響的實際情況，利用電子顯微鏡對催化劑與生產(chǎn)出的聚乙烯進行了掃描。通過觀察發(fā)現(xiàn)，催化劑由表面光滑的球型微粒構(gòu)成；生產(chǎn)出來的聚乙烯也是由球型微粒構(gòu)成。所以說，生產(chǎn)的聚乙烯是催化劑微粒的復制[3]。

4.4 載體對催化劑性能的影響

表2為不同載體下催化劑的性能。通過對該表的觀察可以發(fā)現(xiàn)，三種自制催化劑的孔容與粒徑基本一致，只有比表面積存在較大的差異。所以，比表面積是影響催化劑性能的關(guān)鍵因素。其中，3號催化劑的比表面積最大，達到了316m2/g，催化劑的活性最高，達到了2523g/g，說明催化劑的比表面積越大，催化性能越強。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因為：載體的比表面積大，可以更好地將Mg、Ti等物質(zhì)進行分散，產(chǎn)生了更勻稱的活性部位，從而提升了催化能力[4]。

4.5 TiCl4用量對催化劑性能的影響

在整個催化劑內(nèi)，TiCl4是非常關(guān)鍵的一部分，通過化學配位于反應(yīng)物中，TiCl4加入的多少，將直接影響到催化劑的性能。圖2為不同TiCl4含量下催化劑變化圖。從圖中能夠發(fā)現(xiàn)，不論是催化劑中Ti元素的含量，還是催化劑活性，都呈現(xiàn)出先遞增后遞減的態(tài)勢。這說明在催化劑中加入一定的TiCl4后，TiCl4內(nèi)產(chǎn)生了締合現(xiàn)象。同時，TiCl4的增加，還會逐漸提升載體的負載能力，當其超出極限后，會使催化劑內(nèi)活性部位出現(xiàn)脫落，從而產(chǎn)生了大量細分，使得聚乙烯內(nèi)增加了雜質(zhì)。所以，n（Ti）/n（Si）為0.03時為聚乙烯的最佳狀態(tài)。

4.6 載鈦時間對催化劑活性的影響

通過對圖3觀察可以發(fā)現(xiàn)，在載鈦時間不斷提升的情況下，催化劑的活性在快速升高，而到了4h左右后，活性保持穩(wěn)定，甚至存在較小的下降趨勢。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因為：在整個載體的表面上，羥基的數(shù)量為恒定的，當羥基完全使用后，不論怎樣提升載鈦時間，Ti的含量也不會繼續(xù)增加。同時，Ti無法附著到羥基上，會使其游離在反應(yīng)器內(nèi)，對聚合反應(yīng)的進行起到了一定的抑制作用[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，氣相聚乙烯催化劑的性能會受到硅膠載體、載鈦時間、TiCl4用量等多種因素的影響，所以，在聚乙烯催化劑生產(chǎn)的過程中，應(yīng)根據(jù)論文的研究成果，結(jié)合實際生產(chǎn)的要求與情況，合理的設(shè)計生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)出來的催化劑性能最強。

【參考文獻】

【1】郭寧，于芙娣，余世炯，等.新型氣相法聚乙烯催化劑制備工藝的優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代化工，2015，12（6）：146-148.

【2】常江.氣相法聚乙烯工藝淤漿催化劑的工業(yè)應(yīng)用[D].上海：上海師范大學，2016.

【3】茍愛仙.氣相全密度聚乙烯催化劑有了自主技術(shù)PE漿液型催化劑工業(yè)試用成功[J].中國石油和化工，2015，06（3）：54-54.

【4】李巖，高榕，劉東兵，等.負載二亞胺鎳催化劑的乙烯氣相聚合性能[J].石油化工，2016，45（6）：685-690.

【5】張鵬，李麗，張翠玲等.高性能氣相聚乙烯催化劑的研究[J].合成樹脂及塑料，2011，28（04）：51-53.