超高压聚乙烯压缩机的润滑

刘功德，王莉

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

0 引言

聚乙烯(PE)是通用合成树脂中应用最广泛的品种，其产量约占塑料总产量的1/4。根据制备工艺及产品性能的差异，聚乙烯(PE)产品已形成高压低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等产品。高压低密度聚乙烯 (LDPE)具有密度低、透明性好、绝缘性好及无毒、无味等优点，主要用于农膜(棚膜、地膜)、包装膜、收缩膜、透明膜、绝缘料、电缆护套及日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。

1 聚乙烯(PE)生产工艺

长期以来，聚乙烯生产一直是多种工艺并存。对低密度聚乙烯(LDPE)主要有管式法及釜式法工艺，对LLDPE、HDPE及UHMWPE类聚乙烯，主要有淤浆法/溶液法/气相法等工艺，不同聚乙烯的生产工艺及产品特性见表1。

表1 不同聚乙烯的生产工艺及产品特性

表1(续)

1933年(英)ICI公司超高压反应研究组在高温高压下制得白色蜡状聚乙烯，并将其应用作为高频绝缘材料，在1939年建成l00 t/a的中试装置，实现了高压法工业生产聚乙烯。1942年出现了高压釜式法生产聚乙烯，1943年美国杜邦(Du ont)公司和UCC公司开发了管式反应器法。至今为止，工业上仍然是采用这两种方法来生产高压低密度聚乙烯(LDPE)，生产能力也几乎相等。管式法反应器结构简单，制造和维修方便，能承受较高的压力。釜式法反应器结构复杂，维修安装都比较困难[1-2]。管式法与釜式法生产工艺及产品特点比较见表2。

表2 管式法及釜式法工艺比较

图1为管式法高压聚乙烯生产工艺示意图。乙烯与低压循环气在前段涡轮压缩机压缩至25～30 MPa，再经后段往复超高压压缩机压缩至反应压力(250～320 MPa)，并预热引发剂(催化剂),聚合反应产生的热量可使最高温度达到330 ℃，经反应器冷却段冷却后再添加引发剂聚合。在反复放热-冷却后，抽出反应产物在高压分离器中分离出聚合物和未反应的乙烯。聚合物经后处理即成产品。目前，乙烯单程转化率已从初期的8%～15%提高到24%～30%。

至今为止，各种管式法工艺的基本流程大体上与上述工艺相同。然而，由于采用了不同的聚合反应器的进料点,分子量调节剂、引发剂及其不同的注入部位,及由于助剂注入方法、产品的处理、返回乙烯的量和送出部位的不同，也就形成了各种不同特点的工艺。国内主要高压低密度聚乙烯生产工艺见表3。

图1 管式法高压聚乙烯生产工艺[3]

生产企业 生产能力/万t·a-1技术来源 投产时间/年兰州石化公司4.3英国ICI 釜式法1971兰州石化公司20德国Basell公司管式法2006大庆石油化工总厂6伊姆豪森管式法1986大庆石油化工总厂20德国Basell公司管式法2005燕山石油化工公司18日本住友化学釜式法1976燕山石油化工公司20EXXON化学管式法1976上海石化股份有限公司7.8日本三菱油化管式法1976上海石化股份有限公司8日本三菱油化管式法1992茂名石化公司10美国匡腾公司管式法1996茂名石化公司25管式法2007齐鲁石油化工公司14荷兰DSM管式法1998

2 超高压乙烯压缩机的润滑

在高压低密度聚乙烯的生产过程中，乙烯与低压循环气在前段涡轮压缩机压缩至25～30 MPa，再经后段往复超高压压缩机压缩至反应压力(250～320 MPa)，其中高压往复式压缩机是其工艺核心，对往复式压缩机气缸润滑油的要求很高，要求润滑油品在极高压力下仍具有足够的流动性及减摩抗磨能力，同时，油品还必须具有热氧化安定性、材料相容性及食品安全性等方面的要求。

目前，超高压压缩机用油主要有聚醚(PAG)型及白油型两种，其中PAG因其独特的黏压特性，在极高压力下仍具有足够的流动性，其使用压力远高于白油型产品。超高压乙烯压缩机油典型数据见表4。

表4 两类超高压乙烯压缩机油典型数据

PAG(也称为聚亚烷基二醇，简称聚醚，英文全称为Polyalkylene glycols)是由环氧化合物及其衍生物共聚或均聚而成的主链中含有醚键结构的高分子聚合物，其主要结构单元由环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)或四氢呋喃(THF)等组成。由于含有丰富的醚键和柔性链结构，PAG具有黏度指数高、倾点低、无毒等优势；醚键结构也使PAG具有良好的亲水性、减磨特性、极压特性、热稳定性、清净性和密封件适应性等特性，同时，PAG(聚醚)油具有较小的烃溶解性能、抗烃类气体稀释强、抗液态烃的冲洗性能好及黏压系数小等优点，特别能在极高压力下仍能保持一定的流动性，确保气缸、环组的润滑。

由于LDPE主要用于制造食品保鲜膜、农用膜等生活必须品，用做LDPE生产的超高压压缩机油还必须满足食品安全方面的要求。FDA/NSF H1是美国食品药物管理局/美国国家卫生基金会食品级润滑剂认证，适用于食品生产、制作、包装、处理、运输、贮存等机器设备中，具有偶然与食品接触的可能性，是安全无害的润滑油。布克哈德压缩机(Burckhardt Compression AG)有限公司是世界最大的往复式压缩机制造商之一，是高压聚乙烯生产工艺中超高压压缩机的主要供应商。获得FDA/NSF H1及Burckhardt认证是实现油品在该领域应用的基本条件。

3 昆仑超高压乙烯压缩油的开发

中国石油是高压低密度聚乙烯的主要供应商之一，有稳定的超高压乙烯压缩机油的使用需求。昆仑KCH270超高压乙烯压缩机油以特殊结构的聚醚(PAG)合成基础油及多功能添加剂组合而成，具有高压下流动性能好、油膜强度高、承载能力强、热氧化安定性好及满足食品安全性要求等特点，也通过了Burckhardt(布克哈德)及FDA/NSF H1食品安全认证，适用于超高压乙烯压缩机的润滑。合理的润滑及润滑剂质量是确保超高压乙烯压缩机高效运行及生产安全的重要因素。KCH270不同温度下的黏度-压力关系如图2所示，在350 MPa的高压情况下，油品仍呈现良好的流动性，确保对摩擦副的润滑。

图2 KCH270不同温度下的黏度-压力关系

4 结论

高压低密度聚乙烯(LDPE)主要由管式法及釜式法两种工艺生产，国内以高压管式法为主。管式法工艺的反应压力在300 MPa以上，对往复式压缩机气缸的润滑是确保正常生产的关键因素。工业界在用的压缩机油主要有聚醚(PAG)型及白油型两类，但聚醚(PAG)型产品因其黏度指数高、黏-压特性好及润滑性突出等优点，适合在更高的压力下使用。

参考文献：

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[5] 张德生.兰州石化分公司新建高压聚乙烯装置工艺流程及特点[J].石化技术与应用，2007，25(5):455-460.