Производство полиэтилена – Производство полиэтилена

Содержание

Производство полиэтилена

Полиэтилен занимает первое место в мировом производстве полимеров, синтезируемых методом полимеризации. Одним из методов производства является полимеризация этилена под высоким давлением. Этилен получают пиролизом предельных углеводородов в печах пиролиза с получением пирогаза.

Производством полиэтилена занимаются все крупные компании нефтехимической промышленности. Главным сырьем, из которого получают полиэтилен, является этилен. Производство осуществляется при низком, среднем и высоком давлениях. Как правило, он выпускается в гранулах, которые имеют диаметр от 2 до 5 миллиметров, иногда в виде порошка. На сегодняшний день известны четыре основных способа производства полиэтилена. В результате, получают:

  1. полиэтилен высокого давления (ПВД)
  2. полиэтилен низкого давления (ПНД)
  3. полиэтилен среднего давления (ПСД)
  4. линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД)

Полиэтилен высокого давления давления образуется при высоком давлении в результате полимеризации этилена, компримированного до высокого давления, в автоклаве или в трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под воздействием кислорода, органических пероксидов, ими являются лаурил, бензоил или их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700°С и сжимают компрессором до 25 МПа. После этого он поступает в первую часть реактора, в которой его нагревают до 1 800°С, а потом во вторую часть реактора для осуществления полимеризации, которая происходит при температуре в пределах от 190 до 300°С и давлении от 130 до 250 МПа. Всего этилен находится в реакторе не более 100 секунд. Степень его превращения составляет 25%. Она зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляется тот этилен, который не прореагировал, после чего продукт охлаждают и упаковывают. ПВД производят в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям:

  • Полимеризация, происходящая в суспензии
  • Полимеризация, происходящая в растворе. Таким раствором служит гексан
  • Газофазная полимеризация

Наиболее распространенным способом считается полимеризация в растворе. Полимеризация в растворе осуществляется в температурном промежутке от 160 до 2 500°С и давлении от 3,4 до 5,3 МПа. Контакт с катализатором осуществляется примерно на протяжении 10-15 минут. Выделение полиэтилена из раствора производится удалением растворителя сначала в испарителе, а после этого в сепараторе и в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром. ПНД производится в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул, а иногда и в порошке.

Производство полиэтилена среднего давления

осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления получается при температуре примерно 150°С, под давлением не более 4 МПа, в присутствии катализатора. ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Продукт, полученный вышеописанным образом, отличается средневесовым молекулярным весом не более 400 тысяч, степенью кристалличности не более 90%.

Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется при помощи химической модификации ПВД. Процесс происходит при температуре 150°С и примерно 3,0-4,0 МПа. Линейный полиэтилен низкой плотности по своей структуре напоминает полиэтилен высокой плотности, однако он отличается более длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена выполняется двумя способами:

  • Газофазная полимеризация
  • Полимеризация в жидкой фазе – наиболее популярный в настоящее время способ. Она осуществляется в реакторе со сжиженным слоем. В реактор непрерывно подается этилен и отводится полимер с сохранением в реакторе постоянного уровня сжиженного слоя. Процесс происходит при температуре около 100°С, давлении от 0,689 до 2,068 МПа

Эффективность данного способа полимеризации в жидкой фазе ниже, чем у газофазного, однако для него характерны и свои плюсы, а именно: размер установки намного меньше, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и гораздо ниже капиталовложения.

Практически аналогичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с применением циглеровских катализаторов. При этом образуется максимальный выход продукта. Не так давно для производства линейного полиэтилена стали использовать технологию, в результате которой применяются металлоценовые катализаторы. Такая технология дает возможность получить более высокую молекулярную массу полимера, благодаря чему возрастает прочность изделия. ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач. Кроме вышеперечисленных способов полимеризации этилена имеются и иные, только в промышленности они распространения не получили.

На сегодняшний день полимер выпускается двух основных марок ПВД и ПНД.

Существуют и другие виды полиэтилена, каждый из которых имеет свои свойства и сферу применения. В гранулированный полимер в процессе производства добавляются различные красители, позволяющие получить черный полиэтилен, красный или любого другого цвета.

Получение полиэтилена высокого давления происходит в автоклавах, трубчатых реакторах. Марок ПВД изготовленных в автоклаве, согласно ГОСТу, существует восемь. Из трубчатого реактора получают двадцать один тип полиэтилена высокого давления.

Для синтеза ПНД требуется соблюдение следующих условий:

  1. температурный режим – от 200 до 250°С
  2. катализатор – чистый кислород, пероксид (органический)
  3. давление от 150 до 300 МПа

Полимеризированная масса в первой фазе имеет жидкое состояние, после чего перемещается в сепаратор, далее в гранулятор, где происходит формовка гранул готового материала. Качества ПЭВД используются для производства упаковочных пленок, термопленок, многослойной упаковки. Также полиэтилен высокого давления применяется в автомобильной, химической, пищевой промышленностях. Из него делают качественные прочные трубы, используемые в жилом секторе.


Блок-схема

Важнейшими задачами предприятий по производству полиэтилена являются модернизация оборудования, совершенствование технологии пиролиза, конверсии, повышение мощности производства. В этом направлении «ЛЕННИИХИММАШ» выполняет следующие виды работ:

  • разработка оборудования для оснащения печей пиролиза при их модернизации
  • обследование существующего состояния предприятия
  • анализ, технико-экономическое обоснование и выбор оптимального варианта реконструкции
  • модернизация оборудования
  • проектирование зданий и сооружений

Основное оборудование производства полиэтилена:

  • реакторный блок
  • компрессоры
  • блоки рецикла высокого и среднего давления (отделитель, сепаратор, теплообменник)
  • станция горячей воды с насосами
  • холодильная установка
  • насосы
  • емкости, в т.ч. с перемешивающим устройством

Предварительное обследование существующего состояния оборудования


Холодильники рецикла высокого давления


Трубчатый реактор

     
Отделитель низкого давления V=12 м3Узел конфекционирования

Опыт «ЛЕННИИХИММАШ»

В период активного строительства в СССР заводов по производству из пирогаза этилена и пропилена для последующей выработки полимерных материалов ЛЕННИИХИММАШ являлся основным разработчиком и поставщиком колонного и теплообменного оборудования низкотемпературных блоков для установок различной мощности от 45 до 300 тыс.т этилена в год (Э-45, ЭП-60, Э-100, Э-200, ЭП-300). В последующие годы для действующих производств выполнялись работы по их реконструкции с целью повышения производительности по перерабатываемому пирогазу, реализованы технические решения по стабилизации работы установок, снижению потерь целевых продуктов (повышение коэффициента извлечения), повышению качества продукции. При этом проводилось оснащение установок дополнительной аппаратурой, замена контактных устройств колонн, оптимизация технологической схемы. В низкотемпературных блоках этиленовых производств при разработке колонной аппаратуры использованы результаты проведенных ЛЕННИИХИММАШ научно-исследовательских работ, разработанные методики гидравлического расчета тарелок, результаты обследования блоков разработанного оборудования на этиленовых производствах. Для производства полиэтилена высокого давления для Новополоцкого, Сумгаитского, Томского комбинатов и производства в Германии ЛЕННИИХИММАШ было разработано специальное оборудование: поршневые этиленовые компрессора (бустер-компрессор, компрессора этилена высокого давления на оппозитной базе (I каскада – до давления 25 МПа и II каскада – до 230 МПа), реакторное оборудование, емкости. Это оборудование продолжает успешно эксплуатироваться и в настоящее время.

В 2010 году для производства ПЭВД на предприятии «Лукойл Нефтехим Бургас АД» (Болгария) разработано предложение по реконструкции технологических линий с целью увеличения мощности производства, совершенствования технологии, замены устаревшего оборудования, экономической целесообразности.

В состав действующего производства входят:

  • Установка производства ПЭВД с трубчатым реактором производительностью 50 тыс. т/год (процесс фирмы АТО — Франция)
  • Установка получения ПЭВД с автоклавным реактором (две технологические линии мощностью по15 тыс. т/год каждая, общей производительностью – 30 тыс. т/год) процесс фирмы ICI- Англия

Специалистами ЛЕННИИХИММАШ было проведено обследование, в процессе которого выявлены следующие резервы по основному и вспомогательному оборудованию:

По установке с трубчатым реактором резерв имеются резервы по производительности, что делает целесообразным не заменять установку в полном объеме. Возможна частичная модернизация с увеличением мощности основных технологических блоков:

  • реакторный блок без демонтажа реактора
  • блок компрессии с частичной заменой оборудования без изменения строительной части
  • блок рецикла низкого давления сохранится без крупных изменений
  • блок рецикла высокого давления требует значительной реконструкции

Предложено проектирование новой холодильной установки, которая значительно увеличит производительность, составлен перечень нового и модернизируемого оборудования блоков с основными техническими характеристиками.


Вариант реконструкция трубчатого реактора – переход на трехзонный
реактор во 2 и 3 вариантах реконструкции с введением жидкостного
инициирования


Схема работы холодильной установки

Модернизация компрессоров — Мульти компрессор бустер/первый каскад
фирмы Burckhardt

Предложено три варианта реконструкции. В зависимости от объема реконструкции суммарная производительность двух производств может быть повышена с 80 тыс.т ПЭ в год до:

  • Вариант 1 – 90 тыс. т/год
  • Вариант 2 – 130 тыс.т/год
  • Вариант 3 – 128 тыс.т/год

В 2016 году в связи с реконструкцией цеха пиролиза и очистки газа завода этилена ПАО «Казаньоргсинтез» разработаны основные технические решения, а в 2017 году ведется техническое проектирование наружной установки « Четырехкамерная печь пиролиза этана П-810/815/820/825», в составе узла пиролиза этановой и пропановой фракции в трубчатых печах. Целью работы является привязка 4-х камерной печи, проектируемого и поставляемого компанией Technip, к существующим технологическим коммуникациям завода этилена ПАО «Казаньоргсинтез» и строительство вспомогательных объектов для обеспечения соответствия параметров, качественных и расходных показателей технологических потоков, необходимых для работы печного блока. Строительство новой 4-х камерной печи пиролиза и вспомогательных объектов предусматривается для обеспечения резервирования существующих печей пиролиза.

В состав проекта входит разработка узла нагрева и подготовки сырья и топливного газа, узла редуцирования пара, узла дозирования диметилдисульфида (ДМДС) – ингибитора коксообразования, система подготовки и насосная питательной воды, узел продувочных вод.

niihimmash.ru

Полиэтилен — Википедия

Полиэтиле́н — термопластичный полимер этилена, относится к классу полиолефинов[1]. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH2—CH2—CH2—CH2—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода.

Представляет собой массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны). Химически стоек, диэлектрик, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80—120°С), адгезия (прилипание) — чрезвычайно низкая. Часто неверно называется целлофаном[2].

Изобретателем полиэтилена считается немецкий инженер Ганс фон Пехманн, который впервые случайно получил этот продукт в 1899 году. Однако это открытие не получило распространения. Вторая жизнь полиэтилена началась в 1933 году благодаря инженерам Эрику Фосету и Реджинальду Гибсону. Сначала полиэтилен использовался в производстве телефонного кабеля и лишь в 1950-е годы стал использоваться в пищевой промышленности как упаковка[3].

По другой версии, более принятой в научных кругах, развитие полиэтилена можно рассматривать с работ сотрудников компании Imperial Chemical Industries по созданию промышленной технологии производства, проводившихся начиная с 1920-х. Активная фаза создания начата после монтажа установки для синтеза, с которой в 1931 году работали Фосет и Гибсон. Ими был получен низкомолекулярный парафинообразный продукт, имеющий мономерное звено, аналогичное полиэтилену. Работы Фоссета и Гибсона продолжались вплоть до марта 1933, когда было принято решение модернизировать аппарат высокого давления для получения более качественного результата и большей безопасности. После модернизации эксперименты были продолжены совместно с М. В. Перрином и Дж. Г. Паттоном и в 1936 завершились успешно, получением патента на полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Коммерческое производство ПЭНП было начато в 1938 году[4].

История полиэтилена высокой плотности (ПЭВП или ПЭНД) развивалась с 1920-х, когда Карл Циглер начал работы по созданию катализаторов для ионно-координационной полимеризации. В 1954 году технология была в целом освоена, и был получен патент. Позже было начато промышленное производство ПЭНД[4].

Различные виды полиэтилена принято классифицировать по плотности[5]. Несмотря на это, имеется множество ходовых названий гомополимеров и сополимеров, часть из которых приведена ниже.

  • Полиэтилен низкой плотности (высокого давления) — ПЭНП[6], ПЭВД, ПВД, LDPE (Low Density Polyethylene).
  • Полиэтилен высокой плотности (низкого давления) — ПЭВП[6], ПЭНД, ПНД, HDPE (High Density Polyethylene).
  • Полиэтилен среднего давления (высокой плотности) — ПЭСД[6].
  • Линейный полиэтилен средней плотности — ПЭСП[6], MDPE или PEMD[1].
  • Линейный полиэтилен низкой плотности — ЛПЭНП[6], LLDPE или PELLD[1].
  • Полиэтилен очень низкой плотности — VLDPE
  • Полиэтилен сверхнизкой плотности — ULDPE
  • Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности — MPE
  • Сшитый полиэтилен — PEX или XLPE, XPE.
  • Высокомолекулярный полиэтилен — ВМПЭ, HMWPE или PEHMW или VHMWPE[1].
  • Сверхвысокомолекулярный полиэтилен — UHMWPE

В данном разделе не рассматриваются названия разных сополимеров, иономеров и хлорированного полиэтилена.

Макромолекулы полиэтилена высокого давления (n≅1000) содержат боковые углеводородные цепи C1—С4, молекулы полиэтилена низкого давления практически неразветвлённые, в нём больше доля кристаллической фазы, поэтому этот материал более плотный; молекулы полиэтилена среднего давления занимают промежуточное положение. Большим количеством боковых ответвлений объясняется более низкое содержание кристаллической фазы и соответственно более низкая плотность ПЭВД по сравнению с ПЭНД и ПЭСД.

Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена:
ПоказательПЭВДПЭСДПЭНД
Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода:21,651,5
Число концевых групп СН3 на 1000 атомов углерода:4,521,5
Этильные ответвления14,411
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода0,4—0,60,4—0,71,1-1,5
в том числе:   
винильных двойных связей (R-CH=CH2), %174387
винилиденовых двойных связей , %71327
транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R’), %12256
Степень кристалличности, %50-6575-8580-90
Плотность, г/см³0,9-0,930,93-0,940,94-0,96

Полиэтилен высокой плотности HDPE (High-Density — высокая плотность)[править | править код]

Физико-механические свойства ПЭНД при 20°C:
ПараметрЗначение
Плотность, г/см³0,94-0,96
Разрушающее напряжение, кгс/см² 
при растяжении100—170
при статическом изгибе120—170
при срезе140—170
относительное удлинение при разрыве, %500—600
модуль упругости при изгибе, кгс/см²1200—2600
предел текучести при растяжении, кгс/см²90-160
относительное удлинение в начале течения, %15-20
твёрдость по Бринеллю, кгс/мм²1,4-2,5

С увеличением скорости растяжения образца разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве уменьшаются, а предел текучести при растяжении возрастает.

С повышением температуры разрушающее напряжение полиэтилена при растяжении, сжатии, изгибе и срезе понижается. а относительное удлинение при разрыве возрастает до определённого предела, после которого также начинает снижаться

Изменение разрушающего напряжения при сжатии, статическом изгибе и срезе в зависимости от температуры (определено при скорости деформации 500 мм/мин и толщине образца 2 мм):
Разрушающее напряжение, кгс/см²Температура, ºС
20406080
при сжатии1267740—
при статическом изгибе1188860—
при срезе1691319253
Зависимость модуля упругости при изгибе ПЭВД от температуры:
Температура, °С-120-100-80-60-40-2002050
Модуль упругости при изгибе, кгс/см²2810026700232001920013600740030502200970

Необходимо отметить, что свойства изделий из полиэтилена будут существенно зависеть от режимов их изготовления (скорости и равномерности охлаждения) и условий эксплуатации (температуры, давления, продолжительности. воздействия нагрузки и т. п.).

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности[править | править код]

Относительно новой и перспективной разновидностью полиэтилена является сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ, англ. UHMW PE), изделия из которого обладают рядом замечательных свойств: высокой прочностью и ударной вязкостью в большом диапазоне температур (от — 200°С до + 100°С), низким коэффициентом трения, большими химо- и износостойкостью и применяются в военном деле (для изготовления бронежилетов, шлемов), машиностроении, химической промышленности и др.[7]

Горит голубоватым пламенем, со слабым светом[8], при этом издаёт запах парафина[9], то есть такой же, какой исходит от горящей свечи.

Устойчив к действию воды, не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой, но разрушается при действии 50%-й азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора. При реакции полиэтилена с галогенами образуется множество полезных для народного хозяйства продуктов, поэтому эта реакция может быть использована для переработки отходов полиэтилена. В отличие от непредельных углеводородов, не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия[8].

При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80°C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде. Под высоким давлением может быть растворён в перегретой до 180°C воде.

Со временем подвергается деструкции с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

На обработку поступает в виде гранул от 2 до 5 мм. Полиэтилен получают полимеризацией этилена:

Получение полиэтилена высокого давления[править | править код]

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), образуется при следующих условиях:

в автоклавном или трубчатом реакторах. Реакция идёт по радикальному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—500 000 и степень кристалличности 50-60 %. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве.

Получение полиэтилена среднего давления[править | править код]

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) образуется при следующих условиях:

продукт выпадает из раствора в виде хлопьев. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 300 000—400 000, степень кристалличности 80-90 %.

Получение полиэтилена низкого давления[править | править код]

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), образуется при следующих условиях:

Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—300 000, степень кристалличности 75—85 %.

Следует иметь в виду, что названия «полиэтилен низкого давления», «среднего давления», «высокой плотности» и т. д. имеют чисто риторическое значение. Так, полиэтилен, получаемый по 2 и 3-му методам, имеет одинаковую плотность и молекулярный вес. Давление в процессе полимеризации при так называемых низком и среднем давлениях в ряде случаев одно и то же.

Другие способы получения полиэтилена[править | править код]

Существуют и другие способы полимеризации этилена, например под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения.

Модификации полиэтилена[править | править код]

Ассортимент полимеров этилена может быть значительно расширен получением сополимеров его с другими мономерами, а также путём получения композиций при компаундировании полиэтилена одного типа с полиэтиленом другого типа, полипропиленом, полиизобутиленом, каучуками и т. п.

На основе полиэтилена и других полиолефинов могут быть получены многочисленные модификации — привитые сополимеры с активными группами, улучшающими адгезию полиолефинов к металлам, окрашиваемость, снижающими его горючесть и т. д.

Особняком стоят модификации так называемого «сшитого» полиэтилена ПЭ-С (PE-X). Суть сшивки состоит в том, что молекулы в цепочке соединяются не только последовательно, но и образуются боковые связи которые соединяют цепочки между собой, за счёт этого достаточно сильно изменяются физические и в меньшей степени химические свойства изделий.

Различают 4 вида сшитого полиэтилена (по способу производства): пероксидный (а), силановый (b), радиационный (с) и азотный (d). Наибольшее распространение получил РЕх-b, как наиболее быстрый и дешёвый в производстве.

  • Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочная, например, пузырчатая упаковка или скотч),
  • Тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады)
  • Полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения
  • Электроизоляционный материал.
  • Полиэтиленовый порошок используется как термоклей[10].
  • Броня (бронепанели в бронежилетах)[11]
  • Корпуса для лодок[12], вездеходов, деталей технической аппаратуры, диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода и др.
  • Вспененный полиэтилен (пенополиэтилен) используется, как теплоизолятор. Наиболее известны следующие марки: МультиФлекс, Изоком, Изолон, Порилекс, Алентекс
  • Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или высокой плотности (HDPE), применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твёрдых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.[13]
  • Полиэтилен низкого давления широко применяется в благоустройстве придомовых территорий и детских площадок, отодвигая фанеру и дерево на второй план, ведь срок использования скатов из ПНД более 15 лет в то время как у «деревянных аналогов» срок использования всего 10 лет причем через 3-5 лет дерево теряет товарный вид

Малотоннажная марка полиэтилена — так называемый «сверхвысокомолекулярный полиэтилен», отличающийся отсутствием каких-либо низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой, используется в медицинских целях в качестве замены хрящевой ткани суставов. Несмотря на то, что он выгодно отличается от ПЭНД и ПЭВД своими физическими свойствами, применяется редко из-за трудности его переработки, так как обладает низким ПТР и перерабатывается только прессованием.

Для борьбы с загрязнением окружающей среды полиэтиленовыми пакетами применяются различные меры, и уже около 40 стран ввели запрет или ограничение на продажу и(или) производство пластиковых пакетов.

Переработка[править | править код]

Изделия из полиэтилена пригодны для переработки и последующего использования. Полиэтилен (кроме сверхвысокомолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена возможна на оборудовании с установленным «универсальным» червяком.

Сжигание[править | править код]

При нагревании полиэтилена на воздухе возможно выделение в атмосферу летучих продуктов термоокислительной деструкции. При термической деструкции полиэтилена в присутствии воздуха или кислорода образуется больше низкокипящих соединений, чем при термической деструкции в вакууме или в атмосфере инертного газа. Исследование структурных изменений полиэтилена во время деструкции на воздухе, в атмосфере кислорода или в смеси, состоящей из O2 и О3, при 150—210°С показало, что образуются гидроксильные, перекисные, карбонильные и эфирные группы. При нагревании полиэтилена при 430°С происходит очень глубокий распад на парафины (65—67 %) и олефины (16—19 %). Кроме того, в продуктах разложения обнаруживаются: окись углерода (до 12 %), водород (до 10 %), углекислый газ (до 1,6 %). Из олефинов основную массу составляет обычно этилен. Наличие окиси углерода свидетельствует о присутствии кислорода в полиэтилене, то есть о наличии карбонильных групп.

Плесневые грибки Penicillium simplicissimum способны за три месяца частично утилизировать полиэтилен, предварительно обработанный азотной кислотой. Относительно быстро разлагают полиэтилен бактерии Nocardia asteroides. Некоторые бактерии, обитающие в кишечнике южной амбарной огнёвки (Plodia interpunctella), способны разложить 100 миллиграммов полиэтилена за восемь недель. Гусеницы пчелиной огнёвки (Galleria mellonella) могут утилизировать полиэтилен еще быстрее[14][15].

  1. ↑ 1 2 3 4 Описание и марки полимеров — Полиэтилен
  2. ↑ Король упаковки: как появился целлофан
  3. ↑ История полиэтилена: неожиданное рождение пластикового пакета
  4. ↑ 1 2 Дж. Уайт, Д.Чой.// Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины. — СПб.: Профессия, 2007.
  5. ↑ Vasile C., Pascu M.// Practical Guide to Polyethylene. — Shawbury: Smithers Rapra Press, 2008.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Кулезнев В. Н. (ред.), Гусев В. К. (ред.)// Основы технологии переработки пластмасс. — М.: Химия, 2004.
  7. ↑ Сайт Polymeri.ru » Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: рынок в ожидании переработчиков»
  8. ↑ 1 2 Цветков Л. А. § 10. Понятие о высокомолекулярных соединениях // Органическая химия. Учебник для 10 класса. — 20-е изд. — М.: Просвещение, 1981. — С. 52—57. — 1 210 000 экз.
  9. ↑ Шульпин Г. Эти разные полимеры // Наука и жизнь. — 1982. — № 3. — С. 80—83.
  10. ↑ Сжать и провернуть: Сделано в России
  11. ↑ Доспехи XXI века
  12. ↑ Total Petrochemicals создала ротомолдинговую лодку из полиэтилена
  13. ↑ Геомембрана HDPE
  14. ↑ Русакова Е. Гусеницы приспособились к скоростному перевариванию полиэтилена (неопр.). N+1 Интернет-издание (25 апреля 2017). Дата обращения 25 апреля 2017.
  15. ↑ Bombelli P., Howe C. J., Bertocchini F. Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella // Current Biology. — Vol. 27. — P. R283—R293. — DOI:10.1016/j.cub.2017.02.060.

ru.wikipedia.org

Производство Полиэтилена: технология изготовления

Полиэтилен является наиболее дешевым неполярным синтетическим полимером, который относится к классу полиолефинов. Полиэтилен- это твердое белое вещество, имеющее сероватый оттенок.

Первым полимеризацию этилена стал изучать в 1873 году русский химик Бутлеров. А вот попытку осуществить ее попытался в 1884 году химик-органик Густавсон.

Технология производства полиэтилена + видео как делают

Производством полиэтилена занимаются все крупные компании нефтехимической промышленности. Главным сырьем, из которого получают полиэтилен, является этилен. Производство осуществляется при низком, среднем и высоком давлениях. Как правило, он выпускается в гранулах, которые имеют диаметр от 2 до 5 миллиметров, иногда в виде порошка. На сегодняшний день известны четыре основных способа производства полиэтилена. В результате, получают: полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, полиэтилен среднего давления, а также линейный полиэтилен высокого давления. Давайте рассмотрим, как осуществляется производство ПДВ.

Полиэтилен высокого давления образуется при высоком давлении в результате полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под воздействием кислорода, органических пероксидов, ими являются лаурил, бензоил или их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700 градусов и сжимают компрессором до 25 мегапаскаль. После этого он поступает в первую часть реактора, в которой его нагревают до 1800 градусов, а потом во вторую часть реактора для осуществления полимеризации, которая происходит при температуре в пределах от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскаль. Всего этилен находится в реакторе не более 100 секунд. Степень его превращения составляет 25 процентов. Она зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляется тот этилен, который не прореагировал, после чего продукт охлаждают и упаковывают.

ПВД производят в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул. Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям. Первой является полимеризация, которая происходит в суспензии. Второй является полимеризация, происходящая в растворе. Таким раствором служит гексан. Третьей является газофазная полимеризация. Наиболее распространенным способом считается полимеризация в растворе. Полимеризация в растворе осуществляется в температурном промежутке от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей. Контакт с катализатором осуществляется примерно на протяжении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора в результате удаления растворителя. Прежде всего, в испарителе, а после этого в сепараторе и в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром.

ПНД производится в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул, а иногда и в порошке. Производство полиэтилена среднего давления осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления получается при температуре примерно150 градусов, давлении не более 4 мегапаскаль, а также при наличии катализатора. ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Продукт, полученный вышеописанным образом, отличается средневесовым молекулярным весом не более 400 тысяч, степенью кристалличности не более 90 процентов. Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется при помощи химической модификации ПВД. Процесс происходит при температуре 150 градусов и примерно 30-40 атмосферах. Линейный полиэтилен низкой плотности по своей структуре напоминает полиэтилен высокой плотности, однако он отличается более длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена выполняется двумя способами: первым является газофазная полимеризация, вторым способом служит полимеризация в жидкой фазе. Она в настоящее время самая популярная. Что касается производства линейного полиэтилена вторым способом, то оно осуществляется в реакторе со сжиженным слоем. В реактор подается этилен, полимер же в свою очередь отводят непрерывно. Однако постоянно сохраняется в реакторе уровень сжиженного слоя. Процесс происходит при температуре около ста градусов, давлении от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность данного способа полимеризации в жидкой фазе ниже, чем у газофазного.

Видео как делают:

Стоит отметить, что данному способу характерны и свои плюсы, а именно: размер установки намного меньше, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и гораздо ниже капиталовложения. Практически аналогичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с применением циглеровских катализаторов. При этом образуется максимальный выход. Не так давно для производства линейного полиэтилена стали использовать технологию, в результате которой применяются металлоценовые катализаторы. Такая технология дает возможность получить более высокую молекулярную массу полимера, благодаря чему возрастает прочность изделия. ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач. Кроме вышеперечисленных способов полимеризации этилена имеются и иные, только в промышленности они распространения не получили.

Загрузка…

moybiznes.org

Технология производства полиэтилена различных видов

Первый опыт полимеризации этилена в конце XIX века получил выходец из России – учёный Густавсон, проведя этот процесс с катализатором AlBr3. На протяжении долгих лет полиэтилен производился в небольших объемах, но в 1938 году процесс промышленного производства освоили англичане. В то время метод полимеризации был ещё не совершенен.

1952 год совершил прорыв в процессе промышленного производства полиэтилена. Немецкий химик Циглер изобрёл эффективный вариант полимеризации этилена под действием металл-органических катализаторов. Впрочем, настоящая технология производства полиэтилена основана именно на данном методе.

Сырье

Исходным материалом для получения является этен – простейший представитель ряда алкенов. Простота данного способа производства сильно зависит от наличия этилового спирта, который используется как сырьё. Современные промышленные линии для получения полимера разрабатывают с учётом их работы на нефтяных и попутных газах – легкодоступных фракций нефти.

Такие газы выделяются при пиролизе или крекинге нефтепродуктов при очень высоких температурах и содержат в себе примеси h3, Ch5, C2H6 и другие газы. Попутный газ в свою очередь содержит такие компоненты как газы-парафины, поэтому при подвергании их термической обработке с высоким выходом получают этилен.

Технология производства полиэтилена высокого давления

Процесс получения ПЭ идёт по радикальному механизму. При проведении применяют разного рода инициаторы для снижения активационного порога молекулы. В качестве примера таковых можно привести перекись водорода, органические перекиси, О2, нитрилы. Радикальный механизм, в общем, не имеет отличий от обычной полимеризации:

  • 1 стадия – инициирование;
  • 2 стадия – увеличение цепи;
  • 3 стадия – обрыв цепи.

Цепь инициируется посредством выделения свободных радикалов при термической обработке их источника. Этен реагирует с выделившимся радикалом, наделяется определённой Еакт, увеличивая тем самым число молекул мономера вокруг себя. В дальнейшем наблюдается нарастание цепи.

Технология процесса

Существует два варианта процесса полимеризации – либо полиэтилен образуется в массе, либо в суспензии. Первый получил наибольшее распространение и представляет собой совокупность процессов.

Газ этилен, являющийся смесью, а не чистым веществом, вначале проходит путь фильтрации через тканевый фильтр, задерживающий механические примеси. Далее к очищенному этену подводят инициатор в баллоне, объём которого рассчитывается исходя из условий процесса. Поправка делается на наибольший выход полимера.

После, смесь транспортируют, фильтруют и подвергают сжатию в две стадии. На выходе из реактора получают практически чистый полиэтилен с примесью этилена, от которого избавляются дросселированием смеси в приёмнике под низким давлением.

Технология производства полиэтилена низкого давления

Источниками сырья для получения данного вида полиэтилена служат чистый, без примесей этилен и катализатор – триэтилат алюминия и тетрахлорид Ti. Заменой Al(C2H5)3 может послужить как хлорид диэтилалюминия, так и дихлорид этилата алюминия. Катализатор получается в 2 стадии.

Технология процесса

Для данного процесса получения ПЭ низкого давления характерна как периодичность, так и непрерывность. От выбора технологии зависит и схема процесса, каждая их которых различна по конструкции оборудования, объёму реакторов, методу очистки полиэтилена от примесей и др.

Самая распространённая схема получения полимера включает три непрерывных стадии: полимеризация сырья, очистка продукта от остатков катализатора и его высушивание. Аппараты для катализаторной подачи выделяют в мерники пятипроцентный раствор смешанного катализатора, после чего он поступает в бак, в котором смешивается с органическим растворителем до необходимой концентрации в 0.2%. Из бака готовая смесь катализатора отводится в реактор, где поддерживается при необходимом давлении.

Этилен подводится в реактор снизу, где впоследствии перемешиваясь с катализатором, образует рабочую смесь. Для производства полиэтилена при пониженном давлении характерно загрязнение продукта остатками катализаторной смеси, которые изменяют его окраску на коричневую. Очистка основного продукта производится нагреванием смеси, в результате чего происходит разрушение катализатора, дальнейшее отделение примесей и их прямая фильтрация от полиэтилена.

Увлажнённый продукт поступает на сушку в сушильные камеры бункера, где полностью очищается на кипящем слое азота (T = 373 K). Сухой порошок высыпается из бункера на пневмолинию, где отправляется на гранулирование. На эту же линию отправляется пыль с частицами полиэтилена, оставшаяся после очистки азота.

polimerinfo.com

Технология производства полиэтилена | ЮНИТРЕЙД

Полиэтилен – полимер, синтезируемый путем полимеризации этилена в различных условиях и при разных катализаторах. В зависимости от температуры, давления и присутствия разных катализаторов возможно получение материалов с принципиально различными свойствами.

Сырье для изготовления полиэтилена

  • Мономер – этилен. Представляет собой простейший олефин (или алкен), при комнатной температуре это бесцветный горючий газ, который легче воздуха.
  • Вещества, необходимые для прохождения реакции. Для полиэтилена высокого давления (ПВД) может применяться кислород или пероксид в качестве инициатора реакции полимеризации. Для полиэтилена низкого давления (ПНД) используют катализаторы Циглера – Натты.
  • Другие мономеры, которые могут участвовать в реакции при изготовлении сополимеров этилена с улучшенными свойствами. Например, бутен или гексен.
  • Присадки и вспомогательные вещества, которые модифицируют итоговые товарные свойства материала. К примеру, некоторые присадки увеличивают долговечность материала, некоторые – ускоряют процесс кристаллизации и т.п.

Технология производства полиэтилена

На практике встречается три вида полиэтилена: низкого, среднего и высокого давления. Принципиальная разница существует между материалом низкого и высокого давления, полиэтилен среднего давления можно считать разновидностью ПНД. Потому рассматривать стоит два кардинально различных процесса полимеризации:

  • Полиэтилен высокого давления (или низкой плотности) получают при температуре не менее 200 °C, при давлении от 150 до 300 МПа, в присутствии инициатора кислорода. В промышленных условиях применяют автоклавы и трубчатые реакторы. Полимеризация проходит в расплаве. Получаемое жидкое сырье гранулируют, на выходе получают небольшие белые гранулы.
  • Полиэтилен низкого давления (или высокой плотности) изготавливается при температуре 100 — 150 °C при давлении до 4 МПа. Обязательное условие прохождения реакции – присутствие катализатора Циглера – Натты, в промышленных условиях чаще всего применяется смесь хлорида титана и триэтилалюминий или другие алкилпроизводные вещества. Чаще всего полимеризация проходит в растворе гексана. После прохождения полимеризации вещество проходит грануляцию в вакуумных условиях, приобретая товарную форму.

Технология производства линейного полиэтилена средней плотности и низкой плотности

Отдельно следует сказать о производстве линейного полиэтилена. Он отличается от обычного полимера тем, что имеет особую структуру: большое количество коротких молекулярных цепочек, дающих материалу особые свойства. Продукт сочетает эластичность, легкость и увеличенную прочность.

Процесс производства предполагает присутствие других мономеров для реакции сополимеризации, чаще всего – бутена или гексена, в редких случаях – октена. Наиболее эффективный способ производства – полимеризация в жидкой фазе, в реакторе с температурой около 100 °C. Для повышения плотности линейного полиэтилена применяют металлоценовые катализаторы.

unitreid-group.com

Производство полиэтилена — получение и свойства вспененного и листового полиэтилена

Что такое полиэтилен

Полиэтилен (ПЭ, PE) – один из самых первых из крупнотоннажных и самый распространенный полимерный материал. Не будет преувеличением сказать, что полиэтилен известен практически всем людям и само это понятие в быту является синонимом пластмассы, как таковой. Не специалисты часто называют полиэтиленом многие материалы, которые ничего общего с ним не имеют.

ПЭ является простейшим из полиолефинов, его химическая формула (–Ch3–)n, где n – степень полимеризации. Основными разновидностями ПЭ являются полиэтилен низкого давления (ПЭНД, ПНД), он же полиэтилен высокой плотности (ПВП, PEHD, HDPE) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД), он же полиэтилен низкой плотности (ПНП, PELD, LDPE). Далее мы рассмотрим эти и другие виды ПЭ подробнее.

Полиэтилен – синтетический полимер, его получают при помощи полимеризации этилена (химическое название – этен) по свободно-радикальному механизму. Крупнотоннажный синтез ПЭВД и ПЭНД производится практически всеми ведущими мировыми нефтяными и газовыми концернами. В России полиэтилен производится на нефтехимических заводах «Роснефти», «Лукойла», «Газпрома», СИБУРа, на «Казаньоргсинтезе» и «Нижнекамскнефтехиме». В странах бывшего СССР полимер выпускают в Белоруссии, Узбекистане, Азербайджане. Серийные марки полиэтилена выпускают в виде гранул размером 2-5 мм, однако существуют и марки в виде порошка, например так выпускают в продажу сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).


Рис.1. Полимер в гранулах

История ПЭ

Полиэтилену уже более 100 лет. Впервые его получил инженер из Германии Ганс фон Пехманн в 1899 году, с тех пор он считается изобретателем этого полимера. Но, как часто бывает, важное открытие сразу не нашло применения. Оно пришло только к концу 1920-х годов, а в 1930-е годы производство полиэтилена было окончательно налажено, в чем сыграли большую роль инженеры Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон. Изначально они синтезировали низкомолекулярный парафиновый продукт, который можно назвать полиэтиленовым олигомером. В итоге большой работы, в 1936 году изыскания инженеров по разработке установки высокого давления закончились получением патента на ПЭНП (ПЭВД). В 1938 году производство товарного полиэтилена стартовало. Первоначально он предназначался для производства оболочек телефонных кабелей и несколько позже – для выпуска упаковки.

Технологию производства полиэтилена высокой плотности (ПЭНД) начали разрабатывать также в 1920-х годах. Большую роль в производстве этого материала сыграл Карл Циглер – известный в среде пластмасс изобретатель катализаторов ионно-координационной полимеризации, самым важным из которых позже было присвоено имя Циглера-Натта. Окончательно процесс получения ПЭНД был полностью описан лишь в 1954 году и тогда же на нее был выдан патент. Промышленное производство нового полиэтилена с более высокими, чем ПЭВД свойствами стартовало несколько позже.  


Получение полиэтилена

Опишем вкратце технологию производства обоих главных типов полиэтиленов.

  1. ПЭВД (LDPE)

Этот полиэтилен, как понятно из названия, синтезируют при повышенном давлении. Синтез обычно проводят в реакторе трубчатого типа или автоклаве. Синтез проходит под действием окислителей – кислорода, пероксидов или и того, и другого. Этилен смешивают с инициатором полимеризации, сжимают до величины давления в 25 МПа и нагревают до 70 градусов С. Обычно реактор состоит из двух ступеней: в первой смесь еще больше разогревают, а во второй уже непосредственно проводят полимеризацию при еще более жестких условиях – температуре до 300 градусов С и давлении до 250 МПа.

Стандартное время нахождения этиленовой смеси в реакторе 70-100 секунд. За этот промежуток 18-20 процентов этилена преобразуется в полиэтилен. Затем непрореагировавший этилен отправляется на рециркуляцию, а получившийся ПЭ охлаждают до и подвергают грануляции. Полиэтиленовые гранулы вновь охлаждаются, сушатся и отправляются на упаковку. Полиэтилен низкой плотности производят в форме неокрашенных гранул.


  1. ПЭНД (HDPE)

ПНД (ПЭ высокой плотности) производят при низком давлении в реакторе. Для синтеза применяют три основные вида техпроцесса полимеризации: суспензионный, растворный, газофазный.

Для производства ПЭ чаще всего применяют раствор этилена в гексане, который нагревают до 160-250 градусов С. Процесс проводят при давлении 3,4-5,3 МПа в течение времени контакта смеси с катализатором 10-15 минут. Готовый ПЭНД отделяют при помощи испарения растворителя. Гранулы получившегося полиэтилена проходят пропарку паром при температуре выше Т плавления ПЭ. Это нужно для перевода в водный раствор низкомолекулярных фракций ПЭ и удаления следов катализаторов. Как и ПЭВД, готовый ПЭНД обычно бывает бесцветным и отгружается в мешках по 25 кг, реже в биг-бэгах, цистернах или другой таре.


Виды полиэтилена

Помимо детально описанных в этой статье ПЭНД и ПЭВД промышленностью производятся и используются другие многочисленные типы полиэтиленов, основными группами из которых являются:

ЛПНП, LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности. Этот тип завоевывает всё большую популярность. По свойствам этот полиэтилен подобен ПЭВД, однако превосходит его по многим параметрам, в том числе по прочности и стойкости изделий к короблению.  

mLLDPE, MPE — металлоценовый ЛПЭНП.

MDPE — ПЭ средней плотности.

ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный.

СВМПЭ, UHMWPE — сверхвысокомолекулярный.

EPE — вспенивающийся.

PEC – хлорированный.

Также существует большое количество сополимеров этилена с различными другими мономерами. Наиболее известными из них являются сополимеры с пропиленом, которые производят под общими названиями рандом- или статсополимер и блоксополимер. Помимо них производят сополимеры этилена с акриловой кислотой, бутил- и этилакрилатом, метилакрилатом и метилметилакрилатом, винилацетатом и т.д. Существуют и эластомеры на основе этилена, их обозначают аббревиатурами POP и POE.


Свойства полиэтилена

Говоря о характеристиках ПЭ нужно понимать, что свойства различных типов этого полимера сильно отличаются. Рассмотрим, как и в случае с синтезом, показатели двух наиболее распространенных типов.

  1. ПЭ высокого давления (LDPE)

Молекулярная масса ПЭВД колеблется от 30 000 до 400 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,2 до 20 г/10 минут.

Степень кристалличности ПВД примерно составляет 60 процентов.

Температура стеклования равна минус 4 градуса С.

Температура плавления марок материала от 105 до 115 градусов С.

Плотность около 930 кг/куб.м.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2 процентов.

Основное свойство структуры полиэтилена высокого давления – разветвленное строение. Отсюда проистекает его низкая плотность, обусловленная рыхлой аморфно-кристаллической структурой материала на молекулярном уровне.

  1. ПЭ низкого давления (HDPE)

Молекулярная масса ПЭНД колеблется от 50 000 до 1 000 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,1 до 20 г/10 минут..

Степень кристалличности ПНД составляет от 70 до 90 процентов.

Температура стеклования равна 120 градусов С.

Температура плавления марок материала от 130 до 140 градусов С.

Плотность около 950 кг/куб.м3.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2,0 процентов.

  1. Общие свойства полиэтиленов

Химические свойства. ПЭ имеет низкую газопроницаемость. Его химстойкость зависит от молекулярной массы и от плотности полимера. ПЭ инертен к разбавленным и концентрированным основаниям, растворам всех солей, некоторым сильнейшим кислотам, органическим растворителям, маслам и смазкам. Полиэтилен не стоек к 50-процентной азотной кислоте и галогенам, например чистому хлору и брому. Причем бром и йод имею свойство диффузии сквозь полиэтилен.

Физические характеристики. Полиэтилен является эластичным достаточно жестким материалом (ПЭВД – существенно мягче, ПЭНД – жестче). Морозостойкость изделий из полиэтилена – до минус 70 градусов С. Высокая ударная вязкость, прочность, хорошие диэлектрические характеристики. Водо- и паропоглощение у полимера невысокое. С точки зрения физиологии и экологии ПЭ является нейтральным инертным веществом, без запаха и вкуса.

Эксплуатационные свойства полиэтилена. Деструкция ПЭ в атмосфере начинается с температуры 80 градусов С. Полиэтилен без специальных добавок не стоек к солнечной радиации и больше всего к ультрафиолету, легко подвергается фотодеструкции. Для уменьшения этого эффекта в композиции ПЭ добавляют стабилизаторы, например сажу для светостабилизации. Полиэтилен не выделяет вредные для здоровья и природы химикаты в окружающую среду, при этом он самостоятельно разлагается очень медленно – процесс занимает десятилетия. ПЭ довольно пожароопасен и поддерживает горение, этот факт нужно учитывать при его использовании.

Применение полиэтилена

Полиэтилен является самым популярным полимером в мире. Он неприхотлив в переработке и отлично поддается повторному использованию. Получить изделия из полиэтилена можно практически всеми разработанными на сегодняшний день методами переработки пластмасс. Он не требователен к качеству и конструкции оборудования и оснастке, ПЭ не нуждается в специальной подготовке перед переработкой, например сушке. Индустрией концентратов и добавок к полимерам производится огромное количество суперконцентратов пигментов для ПЭ и на основе полиэтилена. Во многих случаях они применимы для окраски в массе изделий не только из других полиолефинов, но и прочих полимеров.


Рис.2. ПНД трубы

В случае переработки полиэтилена методом экструзии получают пленку, применяющуюся на каждом шагу как в чистом виде, так и в виде пакетов в упаковке, фасовке, сельском хозяйстве; ПЭ трубы для водоснабжения и газа; оболочки кабелей; листы; вспененные профили и т.д..

Литьем полиэтилена под давлением производят многочисленные упаковочные изделия, например крышки и пробки, баночки. Также литьем производят медицинские изделия, хозяйственные товары бытового назначения, канцтовары, игрушки.

Полиэтилен можно переработать экструзионно-выдувным и инжекционно-выдувным формованием, ротоформованием, каландрованием, а также пневмо- или вакуумформованием из листов.

Более редкие, специализированные типы полиэтилена, например сшитый, хлорсульфированный, сверхвысокомолекулярный используют во многих отраслях, но больше всего в строительстве. Например сверхвысокомолекулярный ПЭ входит в состав композиций для выпуска оболочек оптиковолоконного кабеля. Армированный полиэтилен, в отличие от чистого полимера, может являться конструкционным материалом. Изделия из ПЭ хорошо поддаются сварке любыми методами: термоконтактным, газовым, с применением присадочного прутка, трением и т.п.


Экология и вторичное использование полиэтилена

В последние годы полиэтилен подвергается серьезному давлению из-за своей якобы не экологичности. На самом деле этот материал – один из самых безопасных. Проблема ПЭ в том, что это основной полимер, применяемый для производства пленок, в том числе тонких, и пакетов из них. Не имея адекватной политики по раздельному сбору мусора, многие низкоразвитые страны занимаются захоронением огромного количества ПЭ отходов, что приводит к попаданию полиэтилена в окружающую среду и водные ресурсы и загрязнению их.


Рис.3. Пакеты для мусора – типичное применение вторичного ПЭ

При этом в случае правильного сбора и сортировки мусора, полиэтиленовые отходы становятся ценным ресурсом и отличным вторичным сырьем. Уже достаточно большое количество предприятий в странах бывшего СССР закупают отходы полимера для переработки во вторсырье, получением гранул и последующим использованием в своем производстве или продажей вторичного ПЭ на рынке. Таким образом загрязнение планеты полиэтиленом должно в скором времени сойти на нет.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на         

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на               

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

e-plastic.ru

Производство полиэтилена высокой плотности

В настоящее время для производства ПЭВП используют два основных метода — суспензионный и газофазный.

По суспензионному методу ПЭВП получают в среде органического растворителя (гексан, бензин и др.) в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов.Технологические процессы получения ПЭНД могут несколько различаться по рецептурам, технологическим режимам. Приведем описание одной из наиболее известных технологий.

ПЭВП (950-960 кг/м3) при низком давлении получают полимеризацией этилена в органическом растворителе (бензин и др.) непрерывным методом при давлении 0,15-0,5 МПа и температуре 70-80 °С в присутствии катализаторов Циглера-Натты.

Катализаторы Циглера-Натта — комплексные металлоорганические соединения, состоящие из четыреххлористого титана и алкилов алюминия (триэтил- и триизобутилалюминия, диэтилалюминийхлорида). Они образуются при сливании растворов компонентов (в алифатических, ароматических и циклоалифатических углеводородах). Присутствие влаги и воздуха способствуют разрушению катализатора и даже его загоранию. Смешивание компонентов сопровождается химическими реакциями, одна из которых приводит к восстановлению четыреххлористого титана до треххлористого титана за счет взаимодействия с димером триалкилалюминия по уравнению

Но катализатор, представляющий собой комплекс из продуктов реакции и выпадающий из раствора в виде дисперсного (коллоидного) темного порошка, имеет сложное строение. Предполагают, что он содержит активные центры на своей поверхности — алкилалюминийхлориды, связанные координационными связями с титаналкилхлоридом и способные образовывать комплексы с этиленом и вовлекать его в реакцию полимеризации.

Скорость полимеризации этилена и свойства получаемого ПЭ зависят от концентрации и активности катализатора, температуры и давления процесса. Оптимальная температура полимеризации 70-80°С; при дальнейшем ее повышении резко снижается скорость процесса из-за разложения катализатора. Увеличение давления выше 0,5 МПа приводит к значительному ускорению процесса, что затрудняет теплосъем и поддержание заданного режима.

Для регулирования показателя текучести расплава и молекулярной массы полимера в реакционную среду вводят водород, простые эфиры и другие добавки.

Технологический процесс производства полиэтилена состоит из следующих основных стадий: приготовление катализатора, полимеризация этилена, выделение, промывка и сушка порошка полимера (рис. 5.2).

Катализаторный комплекс А1(С2Н5)2С1 • TiCl4 приготавливают смешением растворов диэтилалюминийхлорида и тетрахлорида титана в бензине, подаваемых в смеситель 1 при 20-25°С. Его выдерживают в течение 15 мин, а затем разбавляют бензином до концентрации 1 г/л в разбавителе 2. Готовая суспензия катализатора поступает в промежуточную емкость 3, откуда дозирующими насосами непрерывно подается в реактор 4. Туда же непрерывно вводится смесь этилена с водородом (регулято­ром молекулярной массы). Полимеризацию проводят при 70-80°С и давлении 0,15-0,2 МПа. Конверсия этилена достигает 98 %. Концентрация полиэтилена в сус­пензии в бензине составляет примерно 100 г/л. Производительность реактора 55- 60 кг/(м3 • ч).

Теплота реакции полимеризации этилена отводится из верхней части реактора путем испарения бензина и уноса части этилена. Пары бензина, охлажденные и сконденсированные в скруббере с помощью холодного бензина, возвращаются снизу в реактор 4, а охлажденный этилен подается вместе со свежим этиленом. Количество подаваемого свежего этилена определяется давлением в реакторе, которое поддерживают в пределах 0,15-0,2 МПа.

Суспензия ПЭ в бензине из реактора 4 поступает на центрифугу непрерывного действия 5. Отжатый полимер переводят в аппарат 6, в котором при 50-70 «С и перемешивании мешалкой со скоростью вращения 1,5 об/с обрабатывают смесью изопропилового спирта с бензином в целях разложения остатка катализатора.

Суспензию ПЭ вновь центрифугируют в центрифуге 7. Спирто-бензиновую смесь после нейтрализации направляют на регенерацию, а пасту ПЭ промывают в аппарате 8 свежей порцией спиртобензиновой смеси. Окончательную промывку проводят в центрифуге 9. Отмытый порошок ПЭ сушат горячим азотом в «кипящем» слое в су­шилке 10 до содержания летучих не более 0,2 % и затем подают на «усреднение» и гранулирование.

Воспроизводимость процесса обеспечивается автоматическим регулированием постоянства состава и структуры катализатора, а также концентрации раствора и температуры реакции.

Основной аппарат — реактор объемом 10-40 м3 — представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат из нержавеющей стали, в нижней части которого расположено барботирующее устройство. Перемешивание реакционной массы проводится этиленом, подаваемым через барботеры. При этом часть этилена растворяется в бензине и превращается в полимер под влиянием катализатора. В этом процессе наряду с высокомолекулярным ПЭ образуется часть низкомолекулярного полимера (до 10 %), так называемого воска, который растворяется в бензине.

Регенерация бензина или смеси бензина с изопропиловым спиртом заключается в отделении от мелких частичек ПЭ, нейтрализации соляной кислоты, отгонке летучих (бензина, изопропилового спирта), их разделении и сушке.

Описанный метод полимеризации этилена в присутствии катализаторов Циглера-Натты, несмотря на ряд положительных сторон, все же обладает существенными недостатками: огнеопасностью, невозможностью регенерации применяемого катализатора и необходимостью тщательного удаления следов катализатора, снижающих свето-, термостойкость и диэлектрические свойства ПЭ. В этом процессе применяются большие количества бензина и изопропилового спирта, регенерация которых является многостадийной и сложной.

Особенностью полимеризации этилена при низком давлении является образование полимера в присутствии катализаторов, получающихся по реакции между соединениями переходных элементов IV—VIII групп (катализаторов) и соединений типа гидридов или металлалкилов, способных образовывать гидрид-ионы или кар- банионы (сокатализаторов). В общем виде катализаторы выражаются формулой MXnYm (где М — металл IV-VIII групп; X — галоген; Y — ОН, OR и др.), а сокатализаторы — MXnRm (где М — металл; X — галоген; R — алкил, арил и другие группы).

Активность катализатора зависит от мольного соотношения триэтилалюминия и четыреххлористого титана. Выбор мольного соотношения компонентов катализатора определяется требованиями, предъявляемыми к физико-механическим свой­ствам полимера. Для получения ПЭ с молекулярной массой 70 000-350 000, который может перерабатываться методами экструзии и литья под давлением при 200-260 °С, соотношение триэтилалюминия и четыреххлористого титана должно находиться в пре­делах от 1:1 до 1: 2. При отношении выше 1:1 получается ПЭ, с трудом подвергающийся экструзии, а при отношениях ниже 1:2 ПЭ становится низкомолекулярным.

При низком давлении по указанной технологической схеме получают и сополимеры этилена с пропиленом, содержащие 1-10% (мол.) второго компонента.

По газофазному методу полимеризацию этилена проводят в газовой фазе при низком давлении с использованием металлорганических катализаторов на носителях. Этим методом получают ПЭ в виде гомополимера или сополимера с небольшими добавками второго мономера. Отличительной особенностью процесса является то, что использование различных каталитических систем позволяет получать полимер с раз­личной шириной молекулярно-массового распределения, различными молекуляр­ной массой и показателем текучести расплава (ПТР в пределах от 0,2 до 60г/10 мин), с более широким, чем у суспензионного ПЭ, диапазоном по плотности (от 943 до 965 кг/м3). По теплофизическим свойствам, химической стойкости ПЭ, полученный газофазным методом, аналогичен ПЭ, получаемому суспензионным методом.

Реакционный аппарат для получения ПЭ представляет собой стальную вертикальную емкость. Например, реактор, установленный на одном из отечественных предприятий, имеет диаметр 4,4 м и объем 540 м3. Верхняя часть реактора расширена до 7,3 м, что предотвращает унос образовавшихся частиц полимера за счет уменьшения давления газового потока. В нижней части реактора расположена газораспределительная плита с отверстиями. Поток циркуляционного газа (этилен, если необходимо — сомономер, а также азот и водород) непрерывно подается через распределительную решетку. В реакторе поддерживается следующий режим процесса:

температура 90-115 °С,

давление 2,1 МПа,

расход циркуляционного газа 475 • 103—624 • 103 кг/ч

Температура циркуляционного газа регулируется автоматически. Подача газа в реактор осуществляется через компрессор.

Для охлаждения выходящего из реактора газа устанавливают холодильник воздушного охлаждения. Охлажденный до 30-85 °С циркуляционный газ смешивается со свежим этиленом и после добавления необходимого количества водорода вновь подается в реактор.

Газофазный метод предусматривает использование катализаторов на основе соединений хрома, например, хромтитанфторсодержащий катализатор, получаемый последовательным нанесением на пористый порошкообразный силикагель триоксида хрома, тетраизопропоксититана и кремнефторида алюминия с последующим прокаливанием на воздухе при 750-850 °С. Выход полимера с 1 г катализатора (при температуре полимеризации 85-95°С, давлении 2,15 МПа) составляет от 2,2 до 20 кг.

По одной из используемых технологических схем этилен или его смесь с сомономером непрерывно подается в реактор с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного полимера. Газовый поток проходит через этот слой и выводится из реактора в верхней его части. Сухой свободносыпучий порошок периодически отводится через газовую камеру, обеспечивая поддержание псевдоожиженного слоя на заданном уровне. Общая степень конверсии этилена и сомономеров в полимер составляет 97 %. На завершаю­щей стадии процесса синтеза к полимеру добавляют стабилизаторы, антистатики и другие добавки в соответствии с рецептурой, отвечающей конкретной марке полимера.

В современных производствах ПЭВП выпускается главным образом в виде гранул и используется как для непосредственного производства широкого ассортимента изделий, так и для получения различных композиционных пластмасс со специальными свойствами.

studfile.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *