高性能气相聚乙烯催化剂的研究

范斌

【摘 要】社会的进步与经济的增长推动了科学技术的发展，使得高性能气相聚乙烯催化剂被广泛地应用，并为社会进一步发展做出了重要的贡献。基于此，论文对聚乙烯生产工艺进行了简单介绍，对高性能气相聚乙烯催化剂实验进行了阐述，并针对实验结果展开了深入分析。

【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.

【关键词】高性能；气相聚乙烯；催化剂

【Keywords】 high performance； gas phase polyethylene； catalyst

【中图分类号】TQ325.1+2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0164-02

1 引言

近年来，在经济与科学技术快速发展的背景下，气相聚乙烯生产技术得到了快速发展。而传统的气相聚乙烯生产技术主要对铬型催化剂、Z-N型催化剂等进行应用，这些催化剂不论是自身的物理性质，还是催化性能，都无法满足当前气相聚乙烯生产技术的要求。因此，论文对自制的高性能气相聚乙烯催化剂进行了深入研究，为我国聚乙烯更好的生产提供重要帮助。

2 聚乙烯气相生产工艺概述

当前聚乙烯生产技术由气相法、中压法等组成，其中，在使用气相法生产聚乙烯时，操作相对简单，需要的压力不是很高，并且生产时还不需要添加其他试剂，同时，还可以有效地对生产流程进行控制，使得产品密度变化较大。因此，在我国聚乙烯生产的过程中，对气相法进行了广泛的应用。采用气相法制备聚乙烯时，是利用流化床反应器，在乙烯气体形态下聚合。聚合时先将催化剂放入储罐内，并由储罐将适量的催化剂导入到床层[1]。之后通过高速乙烯循环的方式，使床层保持流态化同时，将产生的热量排出。最后，生产出来的聚乙烯将会从反应器底部导出。需要注意的是，聚合的过程中，需要确保反应器的压力稳定在2.0MPa左右，温度稳定在95±5℃。

3 实验

3.1 实验材料

实验时，需要使用到以下材料：①自制的三种硅胶，二级品；②沪震实业生产的C6H15Al，二级品；③泰峰化工生产的2-甲基丁烷，二级品；④鑫泰仪器仪表生产的给电子体，二级品；⑤鼎昊经贸生产的MgCl2，二级品；⑥上虞华伦化工生产的二乙基氯化铝与三正己基铝，二级品；⑦星岛化工科技生产的乙烯，二级品；⑧鼓臣生物技术生产的TiCl4，二级品。

3.2 实验设备

实验时，需要使用以下设备：①北京中和测通仪器生产的ZCA-1000吸收分光光度仪，用于测量催化剂中的Ti的含量；②德国Brand生产的自动回零滴定管，用于测量Mg与Al的含量：③欧美克仪器生产的粒径分布仪，用于测量催化剂的粒径情况；④诺顶仪器设备生产的GC-200气相色谱仪，用于测量THF的含量；⑤金埃谱科技研发的比表面积孔径分析仪，用于测量硅胶载体表面积和孔容；⑥华仪时代科技生产的扫描电子显微镜，用于测量催化剂与聚合物的形貌[2]。

3.3 催化剂的制备

将三种硅胶加热到600℃后，加入C6H15Al反应1h，再次加入TiCl4、MgCl2、THF（四氢呋喃）、给电子体，之后，利用二乙基氯化铝与三正己基铝进行还原，得出的固体粉粒即为催化剂，将其分别编号为1～3。

4 实验分析

4.1 催化剂的元素分析

表1为催化剂元素分析结果，从中能够发现，所有催化剂内，全部由Ti、Mg、Al与THF构成。其中，1号催化剂内Ti的含量与传统催化剂基本一致；2号催化剂Ti的含量与3号催化剂的基本一致；从Mg与THF的角度来说，2～4号催化剂基本一致，1号催化剂略少一些；所有催化剂内Al的含量基本一致。

4.2 催化剂的粒径分析

通过实验可以发现，与传统的催化剂相比，自制催化剂粒径分布较窄，平均粒径较大，并且跨距小，同时细粉含量低。受到这一特性的影响，不仅可以使反应器内的颗粒更加整齐，使得颗粒更好地聚合到一起，而且，还会减少聚合物内细粉的数量，为反应器更好的运行提供了帮助。

4.3 催化剂的微观形态分析

聚乙烯生产的过程中，主要是在催化剂的基本离子表面、空隙微晶表面活性点上进行的。所以，催化剂的微观状态也会对聚乙烯的生产带来一定影响。为了掌握影响的实际情况，利用电子显微镜对催化剂与生产出的聚乙烯进行了扫描。通过观察发现，催化剂由表面光滑的球型微粒构成；生产出来的聚乙烯也是由球型微粒构成。所以说，生产的聚乙烯是催化剂微粒的复制[3]。

4.4 载体对催化剂性能的影响

表2为不同载体下催化剂的性能。通过对该表的观察可以发现，三种自制催化剂的孔容与粒径基本一致，只有比表面积存在较大的差异。所以，比表面积是影响催化剂性能的关键因素。其中，3号催化剂的比表面积最大，达到了316m2/g，催化剂的活性最高，达到了2523g/g，说明催化剂的比表面积越大，催化性能越强。出现这一现象的主要原因为：载体的比表面积大，可以更好地将Mg、Ti等物质进行分散，产生了更匀称的活性部位，从而提升了催化能力[4]。

4.5 TiCl4用量对催化剂性能的影响

在整个催化剂内，TiCl4是非常关键的一部分，通过化学配位于反应物中，TiCl4加入的多少，将直接影响到催化剂的性能。图2为不同TiCl4含量下催化剂变化图。从图中能够发现，不论是催化剂中Ti元素的含量，还是催化剂活性，都呈现出先递增后递减的态势。这说明在催化剂中加入一定的TiCl4后，TiCl4内产生了缔合现象。同时，TiCl4的增加，还会逐渐提升载体的负载能力，当其超出极限后，会使催化剂内活性部位出现脱落，从而产生了大量细分，使得聚乙烯内增加了杂质。所以，n（Ti）/n（Si）为0.03时为聚乙烯的最佳状态。

4.6 载钛时间对催化剂活性的影响

通过对图3观察可以发现，在载钛时间不断提升的情况下，催化剂的活性在快速升高，而到了4h左右后，活性保持稳定，甚至存在较小的下降趋势。出现这一现象的主要原因为：在整个载体的表面上，羟基的数量为恒定的，当羟基完全使用后，不论怎样提升载钛时间，Ti的含量也不会继续增加。同时，Ti无法附着到羟基上，会使其游离在反应器内，对聚合反应的进行起到了一定的抑制作用[5]。

5 结语

综上所述，气相聚乙烯催化剂的性能会受到硅胶载体、载钛时间、TiCl4用量等多种因素的影响，所以，在聚乙烯催化剂生产的过程中，应根据论文的研究成果，结合实际生产的要求与情况，合理的设计生产工艺，使得生产出来的催化剂性能最强。

【參考文献】

【1】郭宁，于芙娣，余世炯，等.新型气相法聚乙烯催化剂制备工艺的优化研究[J].现代化工，2015，12（6）：146-148.

【2】常江.气相法聚乙烯工艺淤浆催化剂的工业应用[D].上海：上海师范大学，2016.

【3】苟爱仙.气相全密度聚乙烯催化剂有了自主技术PE浆液型催化剂工业试用成功[J].中国石油和化工，2015，06（3）：54-54.

【4】李岩，高榕，刘东兵，等.负载二亚胺镍催化剂的乙烯气相聚合性能[J].石油化工，2016，45（6）：685-690.

【5】张鹏，李丽，张翠玲等.高性能气相聚乙烯催化剂的研究[J].合成树脂及塑料，2011，28（04）：51-53.