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乙丙橡膠（EPR）是繼Zieg1er一Natta催化劑的發(fā)明、聚乙烯和聚丙烯的出現后問(wèn)世的一種以乙烯。丙烯為基本單體的共聚橡膠，分為二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM）兩大類(lèi)。前者是乙烯和丙烯的共聚物；后者是乙烯、丙烯和少量非共軛二烯烴的共聚物。 EPR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80年代以來(lái)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)能力和消費量在發(fā)達國家中均居第三位，僅次于丁苯橡膠、順丁橡膠。1998年世界EPR總生產(chǎn)能力約為102噸，消費量為81．4萬(wàn)噸。初步統計，1999年消費量約為83．61萬(wàn)噸，預計2003年將達到98．0萬(wàn)噸。1998～2003年EPR的需求增長(cháng)率為3．8％，高于丁苯橡膠和順丁橡膠需求量的增長(cháng)速率。 　　目前FPR工業(yè)生產(chǎn)工藝路線(xiàn)有溶液聚合法、懸浮聚合法和氣相聚合法三種。下面將分別詳細論述其技術(shù)狀況及待點(diǎn)，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較?！　?、溶液聚合工藝　　1．1技術(shù)狀況　　60年代初實(shí)現工業(yè)化，經(jīng)不斷完善和改進(jìn)，技術(shù)己成熟，為許多新建裝置所使用，是工業(yè)生產(chǎn)的主導技術(shù)，約占FPR總生產(chǎn)能力的77．6％?！　≡摴に囀窃诩瓤梢匀芙猱a(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，通常以直鏈烷烴如正己烷為溶劑，采用V一A1催化劑體系，聚合溫度為30～50C，聚合壓力為0．4～0．8 MPa，反應產(chǎn)物中聚合物的質(zhì)量分數一般為8％～10％。工藝過(guò)程基本上由原材料準備、化學(xué)品配制、聚合、催化劑脫除、單體和溶劑回收精制以及凝聚、干燥和　　包裝等工序組成, 但由于各公司在某部分或控制方面有自己的專(zhuān)利技術(shù)，因而各具獨特的工藝實(shí)施方法。代表性的公司有DSM、 Exxon、uniroya1、DuPont、日本三井石化和JSR公司。其中最典型的代表是DSM公司，它不僅是全球最大的EPR生產(chǎn)者，而且在荷蘭、美國、日本、巴西所擁有的四套裝置均是采用溶液聚合工藝，占世界溶液聚合工藝生產(chǎn)EPR總能力的1/4。下面將以該公司為例進(jìn)行說(shuō)明?！　SM公司采用己烷為溶劑，乙叉降冰片烯（ENB）或雙環(huán)戊二烯（DCPD）為第三單體，氫氣為分子量調節劑，VOCL3一1／2AL2Et3CL3為催化劑。此外，為提高催化劑活性及降低其用量，還加入了促進(jìn)劑。催化劑的配比用量、預處理方式、促進(jìn)劑類(lèi)型是DSM公司的專(zhuān)有技術(shù)。反應物料二級預冷到一500C，根據生產(chǎn)的牌號，單釜或兩釜串聯(lián)操作。聚　　合釜容積大約為6m3。聚合反應條件為：溫度低于650C，壓力低于2. 5 MPa，反應熱用于反應器絕熱升溫。在堿性脫釩劑和熱水作用下，聚合物膠液中殘留的釩催化劑進(jìn)入水相，經(jīng)兩次轉相過(guò)程被徹底脫除。未反應單體經(jīng)二次減壓閃蒸回收并循環(huán)使用。此時(shí)向膠液中加入穩定劑等助劑（生產(chǎn)充油牌號時(shí)加入填充油）。汽提蒸出殘存的乙烯、丙烯和大部分溶劑后撇液送至兩臺串聯(lián)的凝聚釜進(jìn)行凝聚，并進(jìn)一步蒸出回收殘余己烷溶劑循環(huán)使用, JC膠粒漿液脫水后進(jìn)入干燥系統，然后壓塊或粉料包裝。含ENB的廢熱空氣送至焚燒爐焚燒，含釩污水送至污水脫釩單元，在脫釩劑的中和絮凝作用下，釩進(jìn)入釩渣中，定期送堆埋場(chǎng)掩埋，經(jīng)脫釩的污水排至污水處理注塑件加工處理。 　　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)： （1）投資低，工藝最佳化。反應器的優(yōu)比設計能滿(mǎn)足反應物料混合要求，能準確控制聚合反應工藝參數和產(chǎn)品質(zhì)量，聚合物膠液濃度高而循環(huán)溶劑量少，聚合釜體積小但生產(chǎn)強度高，原料和循環(huán)單體不需要精制，催化劑效率高，三廢中釩含量低，生產(chǎn)彈性大。（2）生產(chǎn)操作費用低，裝置年操作時(shí)間長(cháng)，原料和催比劑的消耗低，采用先進(jìn)控制系統對生產(chǎn)進(jìn)行控制。（3）產(chǎn)品質(zhì)量具有極強的競爭力。產(chǎn)品中催化劑殘渣含量低，生產(chǎn)中次品少，產(chǎn)品牌號切換靈活，切換廢品量少，產(chǎn)品特性能夠按用戶(hù)要求進(jìn)行調整，產(chǎn)品牌號多，門(mén)尼值可在20～160寬范圍內調節，質(zhì)量穩定，重復性好，產(chǎn)品規格指標變化幅度窄和產(chǎn)品加工性能優(yōu)異?！　?．2技術(shù)特點(diǎn)　　技術(shù)比較成熟，操作穩定，是工業(yè)生產(chǎn)EPR的主要方法；產(chǎn)品品種牌號較多，質(zhì)量均勻，灰分含量較少，應用范圍廣泛；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(guò)分數一般控制在6％～9％，最高僅達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(cháng)，設備多，建設投資及操作成本較高?！　? 懸浮聚合工藝　　2．技術(shù)狀況　　EPR懸浮聚合工藝產(chǎn)品牌號不多，其用途有局限性，主要用作聚烯烴改性，目前只有Enichem公司和Bayer公司兩家使用，占EPR總生產(chǎn)能力的13.4%。該工藝是根據丙烯在共聚反應中活性較低的原理，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介質(zhì)，靠其本身的蒸發(fā)致冷作明控制反應溫度，維持反應壓力。生成的共聚物不溶于液態(tài)丙烯，而呈懸浮于其中的細粒淤漿。又可分為一般懸浮聚合工藝和簡(jiǎn)化懸浮聚合工藝?！　?．1．1一般懸浮聚合工藝　　Enichem公司采用此工藝：以乙酰丙酮釩和AlEt2Cl為催化劑，二氯丙二酸二乙酯為活化劑，HNB或DCPD為第三單體，二乙基鋅和氫氣為分子量調節劑。視所生產(chǎn)產(chǎn)品牌號的不同，將乙烯、丙烯、第三單體以及催化劑加入具有多槳式攪拌器的夾套式聚合釜中，反應條件為：溫度一20～20oC，壓力0．35～1．05MPa。反應熱借反應相的單體蒸發(fā)移除。反應相中懸浮聚合物的質(zhì)量分數控制在30％～35％，整個(gè)聚合反應在高度自動(dòng)控制下進(jìn)行，生成的聚合物丙烯淤漿間歇地（10～15次／h）送入洗滌器，用聚丙二醇使催化劑失活，再用NaOH水溶液洗滌。懸浮液送入汽提塔汽提，未反應的乙烯、丙烯和ENB分別經(jīng)回收系統精制后循環(huán)使用。膠粒一水漿液經(jīng)振動(dòng)篩脫水、擠壓干燥、壓塊和包裝即得成品膠。該工藝特點(diǎn)是聚合精制不使用溶劑，聚合物濃度高，強化了設備生產(chǎn)能力，同時(shí)省略了溶劑循環(huán)和回收，節省了能量?！?．1．2簡(jiǎn)化懸浮聚合工藝 　　該工藝是在一般懸浮聚合工藝基礎上開(kāi)發(fā)成功的，主要是采用高效鈦系催化體系，不必進(jìn)行催化劑的脫除，未反應單體不需處理即可返回使用。通常用于生產(chǎn)EPM，這是因為閃蒸不易脫除未反應的第三單體。其工藝流程為：反應在帶夾套的攪拌釜中進(jìn)行，采用TiC1、一MgC12一A1（i一Bu），催化劑體系，催化劑效率為50kg聚合物／g鈦，反應溫度27C，壓力1．3MPa，聚合物的質(zhì)量分數為33％。反應釜出來(lái)的蒸汽物料壓縮到2．7 MPa并冷卻后返口反應釜。聚合物淤漿經(jīng)閃蒸脫除未反應單體，不需精制處理，壓縮和冷卻后直接循環(huán)到反應釜使用。脫除單體的聚合物不必凈化處理即可作為成品。產(chǎn)品可以為粉狀、片狀或顆粒狀。近年來(lái)，Enichem公司采用改進(jìn)后的V一A1催化體系，催化劑效率提高到30～50kg聚合物/g釩，省去了洗滌脫除催化劑工序，同樣簡(jiǎn)化了工藝流程?！　?．2技術(shù)特點(diǎn)　　EPR懸浮聚合工藝的特點(diǎn)是：聚合產(chǎn)物不溶于反應介質(zhì)丙烯，體系粘度較低，提高了轉化率，聚合物的質(zhì)量分數高達30％～35％，因而其生產(chǎn)能力是溶液法的4～5倍；無(wú)溶劑回收精制和凝聚等工序，工藝流程簡(jiǎn)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，尤其當聚合物濃度較高和出現少量凝膠時(shí)，反應釜易于掛膠，甚至發(fā)生設備管道堵塞現象；產(chǎn)品的電絕緣性能較差?！　?氣相聚合工藝　　3．1技術(shù)狀況　　EPR的氣相聚合工藝是由Himont公司率先于20世紀80年代后期實(shí)施工業(yè)化的。UCC公司則于90年代初宣布氣相法EPR中試裝置投入試生產(chǎn)，其9．1萬(wàn)噸/年的氣相法EPR工業(yè)裝置于1999年正式投產(chǎn)。目前，該工藝占EPR總生產(chǎn)能力的9％。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)量分數為60％的乙烯、35．5％的丙烯、4．5％的ENB同催化劑、氫氣、氮氣和炭黑一起加入流比床反應器，在50～65C和絕對壓力2．07 kPa下進(jìn)行氣相聚合反應。乙烯、丙烯和ENB的單程轉化率分別為5．2％。0.58％和0.4％。來(lái)自反應器的未反應單體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機壓縮后進(jìn)入循環(huán)氣冷卻器除去反應熱，與新鮮原料氣一起循環(huán)回反應器。從反應器排出的EPR粉未經(jīng)脫氣降壓后進(jìn)入凈化塔，用氮氣脫除殘留烴類(lèi)。來(lái)自?xún)艋敳康臍怏w經(jīng)冷凝回收ENB后用泵送回流比床反應器。生成的微粒狀產(chǎn)品進(jìn)入包裝工序。3．2技術(shù)特點(diǎn) 　　與前兩種工藝相比，氣相聚合工藝有其突出的優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡(jiǎn)短，僅三道工序，而傳統工藝有七道工序；不需要溶劑或稀釋劑，毋需溶劑回收和精制工序；幾乎無(wú)三暖排放，有利于生態(tài)環(huán)境保護。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(guò)粘，采用炭黑作為流態(tài)化助劑之故。雖然開(kāi)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?！　? 各種生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟比較　　FPR各種生產(chǎn)工藝技術(shù)經(jīng)濟比較如表：所示?！　∮杀?可以看出，在FPR的各種生產(chǎn)工藝路線(xiàn)中，溶液聚合工藝投資和成本最高。投資高是因為流程長(cháng)，高粘度散熱難，設備生產(chǎn)強度低，反應后聚合物流濃度太?。▋H為6％～14％，懸浮聚合工藝為33%），單體、溶劑回收需較高的費用；成本高主要是因為公用工程費、折舊費、固定成本費用高。這是由于生產(chǎn)過(guò)程中消耗較高的電和蒸汽所致?！　腋【酆瞎に嚨耐顿Y與成本工藝分別相當于相同規模溶液聚合工藝的77％和88％，具有投資少、原料消耗和能耗低、生產(chǎn)成本低、三廢處理費用少等特點(diǎn)?！　庀嗑酆瞎に嚨耐顿Y和產(chǎn)品成本最低，分別相當于同等規模溶液聚合工藝的42％和68％?！　”恚?EPR各種生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟比較　　項目 溶液聚合 懸浮聚合 氣相聚合 　　生產(chǎn)能力／（萬(wàn)t/a） 4．5 4．5 9．1 　　投資，／百萬(wàn)美元 　　界區內 6900 5250 6000 　　界區外 2510 2020 1900 　　總投資 9410 7270 7900 　　相對單位投資／％ 100 77 42 　　生產(chǎn)成本／（美元／t） 　　原料 691 688 686 　　公用工程 178 103 34 　　其它 35 35 13 　　可變成本/(美元／t) 904 826 733 　　固定成本/(美元／t) 200 168 83 　　總現金成本/(美元／t) 1104 994 816 　　折日費／(美元／t) 261 201 109 　　總成本(美元／t) 1365 1195 925 　　相對總成本／％ 100 88 68 　　5結論　　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(méi)有突出優(yōu)點(diǎn)，應用范圍較窄，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)成本和保護生態(tài)環(huán)境，對長(cháng)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，已成為國外大石化公司競相開(kāi)發(fā)和優(yōu)先發(fā)展的項目。該工藝雖然目前尚有不盡如人意之處，有的公司對它甚至持謹慎態(tài)度，還不大可能很快取代長(cháng)期工業(yè)應用的溶液聚合技術(shù)，但從長(cháng)遠來(lái)看，其發(fā)展前景是樂(lè )觀(guān)的。而且，該技術(shù)正在向聚丁二烯橡膠氣相合成技術(shù)的方向擴展，必將對合成橡膠生產(chǎn)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生重大的導向性作用。