(1) 圍繞聚合裝置的一系列設備,如壓縮機、反應器、分離器、管道、泵等設備,都要求能在100MPa以上的超高壓下使用,即使是分離工序和回收工序的設備,有的也要求在100-350MPa下操作,因此不論從設備上還是從操作上來看,整個工藝過程都存在著很多難點。
(2) 乙烯聚合熱比其他單體聚合熱高很多。在聚合反應中,一瞬間聚合率就達到10%-20%,甚至30%-40%,因此,在工藝上如何去除聚合熱成為工藝流程中的重要課題,也是提高單程轉化率、降低能耗的關鍵之一。
(3) 反應體系內的聚合產物黏度很大,釜式法工藝中的釜式反應器和管式法工藝中的管式反應器內壁容易積附聚合物。
(4) 如何輸送熔融狀態的聚合物也有一定的困難。反應壓力和溫度都影響產物的黏度,這就需要十分注意控制好溫度和壓力。
(5) 從高壓分離器出來的循環乙烯中所含低分子量聚乙烯蠟狀物如何很好地除去也是個問題。圍繞解決這些問題,各公司開發了多種生產工藝。按反應器類型可分為管式法流程和釜式法流程兩大類。管式反應器的主要特點是物流在管內呈柱塞狀流動,沒有返混現象;反應溫度沿反應管的長度而有變化,因此反應溫度有最高峰,所以所得聚乙烯的分子量分布較寬。而釜式反應器,物料可以充分混合,所以反應溫度均勻,還可以分區操作,以使各反應區具有不同的溫度,從而獲得分子量分布較窄的聚乙烯。
管式聚合反應器內徑通常為2.5~2.7cm的細長型高壓合金鋼管。為了提高單線生產能力,管徑增加至5.0~7.5cm。直徑與長度之比為1:250~1:40000,管式反應器長900~1500m。反應壓力約為200~350MPa,溫度為250~330℃,流體速度10~15m/s,單程轉化率為20%~34%,單線生產能力最大達10萬噸/年。釜式反應器的形狀有細長型和矮胖型兩種規格。細長型聚合釜的內徑與長度之比為1:20~1:4,而矮胖型內徑與長度比為1:4~1:2,反應壓力通常比管式法流程低,為110~250MPa,溫度為130~280℃,單程轉化率為20%~25%,單線生產能力最大達18萬噸/年。釜式反應器一般是將帶動攪拌器的電動機安裝在釜內,以減少攪拌軸的軸封在設計上的困難。隨著機械密封技術的發展,也可以將電動機安裝在釜外。釜式反應器已進一步大型化,ICI公司的反應器有1000L,而法國CdF公司的反應釜容積達1600L,是世界上最大的反應釜之一。據統計全世界高壓法聚乙烯中55%是用管式反應器生產的,其余45%是用釜式反應器生產的。