Технология производства полиэтилена: Производство полиэтилена

Содержание

Производство полиэтилена

Направления деятельности >  Комплексное проектирование >  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 м3 Узел 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 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.

Производство полиэтилена: организация бизнеса, технологии, оборудование

Производство полиэтилена, наиболее востребованного полимера, основано на реакции полимеризации газа этилена. Это термопластичный полимер, класса органических полифенолов. Его популярность объясняется целым комплексом технологических свойств, позволяющих производить из него множество изделий бытового назначения и изделий для разных сфер промышленного производства. Немаловажным фактором востребованности данного материала является его низкая стоимость по сравнению с аналогами, использующимися в этих же сферах.



Оглавление:

  • Основные виды полиэтилена
  • Сферы применения полиэтилена
  • Технология производства полиэтилена
  • Производство полиэтилена низкого давления
  • Производство полиэтилена высокого давления
  • Производство вспененного полиэтилена
  • Производство вторичного полиэтилена
  • Оборудование для производства полиэтилена
  • Как организовать завод по производству полиэтилена
  • Составление бизнес-плана
  • Помещение
  • Персонал
  • Оформление документов
  • Расчет затрат
  • Рентабельность бизнеса

Краткий анализ бизнеса:
Затраты на организацию бизнеса:150 – 250 тысяч долларов
Актуально для городов с населением:без ограничений
Ситуация в отрасли:низкая конкуренция
Сложность организации бизнеса:4/5
Окупаемость:12 – 14 месяцев

Основные виды полиэтилена

  • ПНД – полиэтилен низкого давления, или ПВП – высокой плотности;
  • ПВД – высокого давления, или ПНП – низкой плотности;
  • ПСД – среднего давления, или ПСП – средней плотности.

Кроме этих видов полимеров, есть и другие: сшитый – PEX, вспененный и хлорсульфированный (ХСП) полиэтилены.

Сферы применения полиэтилена

Полиэтилен – один из самых широко применяемых современных материалов в производстве:

  • упаковочных, термоусадочных, сельскохозяйственных и других видов пленки;
  • водопроводных, газовых и других видов труб;
  • различных синтетических волокон;
  • емкостей для разного рода жидкостей;
  • большого ассортимента стройматериалов;
  • санитарно-технических изделий;
  • посуды и предметов домашнего обихода;
  • изоляционных материалов для электрических кабелей;
  • деталей для автомобилей, станков, различного оборудования, инструментов и другой техники;
  • протезов для стоматологии и других видов эндопротезирования;
  • пенополиэтилена.

Широкий спектр потребительских свойств полиэтилена обусловлен целым комплексом химических, физико-механических и диэлектрических характеристик этого материала. Поэтому он востребован в радиоэлектротехнической, кабельной, химической, строительной, медицинской и многих других отраслях.

Специальные разновидности этого материала, такие как вспененный полиэтилен, сшитый, сверхмолекулярный, хлорсульфированный – эффективно используются в производстве строительных материалов. Хотя сам полиэтилен не конструкционный по структуре, но армирование стекловолокном дает возможность использовать его в конструкционных композитных изделиях.

Полиэтилен используется и как вторсырье. Его отходы отлично перерабатываются для дальнейшего применения.

к оглавлению ↑

Технология производства полиэтилена

Полиэтиленовый полимер получают в результате химической реакции полимеризации этилена в различно созданных условиях и в присутствии определенных катализаторов. В зависимости от условий протекания реакции – температуры, давления и катализаторов, полиэтилен приобретает кардинально отличающиеся характеристики.

Чаще всего практическую ценность имеют три вида полиэтилена – низкого, среднего и высокого давления. Поэтому стоит рассмотреть технологию получения именно этих материалов. Надо заметить, что полиэтилен среднего давления считается всего лишь разновидностью ПНД и технология их производства ничем не отличается.

к оглавлению ↑

Производство полиэтилена низкого давления

ПНД производится из очищенного газа этилена. Процесс идет при температуре 100-150°C при давлении до 4 МПа. В реакции полимеризации обязательно должен присутствовать катализатор: или триэтилаллюминий или четыреххлористый титан. Процесс может быть непрерывным или кратковременным, с перерывами.

Существует ряд технологий производства полиэтилена, отличающихся по типу используемых конструкций, размеру реактора, способу очистки полимера от катализатора. Весь технологический процесс разбит на три этапа:

  • полимеризация полиэтилена;
  • очистка его от катализатора;
  • просушка.

Необходимое условие для нормального протекания реакции полимеризации – постоянная температура, которая поддерживается с помощью подаваемого этилена и его объемов. Процесс полимеризации с участием катализатора имеет свои недостатки – происходит неизбежное загрязнение полученного продукта остатками катализатора.

Он не только окрашивает полиэтилен в неприемлемый коричневый цвет, но и ухудшает его химические свойства. Для устранения этого недостатка катализатор разрушается, а потом растворяется и отфильтровывается. Отмывается полученный полимер в специальной центрифуге, в которую добавляют метиловый спирт.

После промывки он отжимается, к нему добавляют вещества, повышающие его прочность и внешний вид. Для улучшения внешних качеств добавляют воск, который придает полиэтилену блеск. Далее продукт полимеризации попадает в сушильные аппараты и в цеха грануляции. Основные марки полиэтилена производятся в порошкообразном виде, композиционные марки – в виде гранул. к оглавлению ↑

Производство полиэтилена высокого давления

ПВД производится при температуре не менее 200 °C, при давлении от 150 до 300 МПа, в качестве активатора реакции выступает кислород. Оборудование для получения полимера – автоклавные и трубчатые реакторы.

Трубчатый реактор – это длинный резервуар в виде трубы, в котором и происходит реакция полимеризации под высоким давлением. Полимер, в виде расплава выводится из реактора и поступает в отделитель промежуточного давления, где он изолируется от непрореагировавшего этилена. Затем, согласно технологической схеме он поступает на экструдер и выходит из него в виде гранул, и направляется на дополнительную обработку. Эта технология является наиболее востребованной среди производителей.

Автоклавные реакторы – цилиндрические, вертикально расположенные агрегаты, в которых идет реакция полимеризации этилена с инициатором реакции. Реакторы отличаются условиями протекания реакций, в том числе условиями теплоотвода. Концентрации инициаторов и параметров реакционной массы.

Различия протекания химических реакций. Разные виды оборудования и другие различия обусловливают структурные особенности получаемого продукта полимеризации.

Несмотря на тип реактора, схема производства ПВД для них одинаковая:

  • подача в приемник реактора сырья и инициатора;
  • разогрев ингредиентов и повышение параметров давления;
  • промежуточная подача сырья и инициатора;
  • изоляция непрореагировавшего этилена и его сбор для повторного использования;
  • охлаждение полученного полимера, сброс давления;
  • грануляция конечного продукта, промывка, сушка, упаковка.

к оглавлению ↑

Производство вспененного полиэтилена

Вспененный полиэтилен, или ППЭ – это полимер, отличающийся пористой структурой и имеющий высокие эксплуатационные и технические характеристики. Он широко используется как термоизоляционный материал в строительстве и в приборостроительном машиностроении, а также как упаковочный материал и в других сферах.

Технология производства этого полимера отличается определенной сложностью. Для ее полного цикла необходимо специальное оборудование: смесители, загрузчики, охлаждающие устройства, насосы высокого давления. Но самым главным оборудованием в производстве вспененного полиэтилена являются экструдеры. В качестве сырья используется ПВД, в качестве вспенивающих агентов – фреоны и алкановые смеси, например, бутан.

В зависимости от особенностей технологии производства, различают два вида ППЭ – сшитый и несшитый. Процесс вспенивания идет под определенным давлением и с высокой температурой. Этапы технологического процесса:

  • загрузка смеси;
  • смешивание;
  • продавливание смеси через экструдер;
  • сшивание пленок;
  • вспенивание;
  • получение заготовок в виде плит, пленки и других полуфабрикатов.

к оглавлению ↑

Производство вторичного полиэтилена

Для того, чтобы избежать затрат на крупномасштабное производство полимеров, можно воспользоваться их вторичной переработкой. Из вторсырья производится высококачественный гранулированный полимерный продукт, который по своим характеристикам ничем не уступающий первично полученному полимерному продукту.

Сырье подвергается дроблению. Затем, оно моется и сушится в центрифуге. Очищенная сырьевая масса проходит операцию агломерации и идет на гранулирование. Это – конечный продукт вторичной переработки полиэтилена. к оглавлению ↑

Оборудование для производства полиэтилена

Оборудование для производства полиэтилена различается в соответствии с назначением и видом перерабатываемого сырья. Технологическая цепочка представлена следующим оборудованием:

  • один или несколько экструдеров-грануляторов;
  • машина для резки;
  • загрузчики, работающие на основе вакуума;
  • насосы, оснащенные фильтрами для расплавов;
  • вибросита;
  • ванны для охлаждения;
  • транспортеры;
  • бункера для подачи сырьевой массы;
  • мельницы.

Покупка нового основного оборудования для производства полиэтилена может стать в пределах 120-200 тысяч долларов.Новое отечественное оборудование будет стоить меньше в два раза. к оглавлению ↑

Как организовать завод по производству полиэтилена

Всякий производственный бизнес начинается с разработки бизнес-плана.

Составление бизнес-плана

Цель бизнес-плана – предоставление общей информации об авторе проекта, описание продукции, которую он собирается производить. Также должна быть раскрыты задачи проекта, в подробностях должна быть описана технология производства продукции.

Если эта технология является новой, то в бизнес-плане должны быть представлены заключения соответствующих органов об ее безопасности для окружающей среды и здоровья людей. к оглавлению ↑

Помещение

Промышленное производство, каковым является выпуск полиэтилена, следует размещать в производственной зоне населенного пункта. Для производственного помещения существуют определенные санитарные и технические требования. Площадь помещения не должна быть меньше 100 кв. метров, высота его не должна быть ниже 10 метров. В производственных цехах должна быть противопожарная защита и хорошая вентиляция.

к оглавлению ↑

Персонал

Обеспечить производственный процесс может небольшой по численности коллектив:

  • руководитель предприятия;
  • бухгалтер;
  • менеджер по продажам;
  • технолог;
  • рабочие по обслуживанию технологической линии – 4 человека.

Возможны и другие варианты штатного расписания.

к оглавлению ↑

Оформление документов

Прежде всего, необходимо зарегистрировать свое предприятие. Это может быть ИП или ООО. Также необходимо получить разрешительные документы в таких инстанциях:

  • городская администрация;
  • пожарная, экологическая и санитарно-эпидемиологическая службы;
  • электронадзор.

Расчет затрат

Сначала производится расчет доходов от производства продукции:

  • сколько затрачивается в среднем на производство определенного объема продукции;
  • какова ее рыночная стоимость;
  • каков размер дохода.

Затем надо посчитать все расходы:

  • стоимость разрешительных документов;
  • подготовка помещения;
  • закупка оборудования;
  • закупка сырья.

Ежемесячные расходы:

  • оплата труда работникам;
  • оплата аренды помещения;
  • налоги и коммунальные услуги.

Далее выполняются расчеты окупаемости бизнеса и его прибыльности. к оглавлению ↑

Рентабельность бизнеса

При стабильной работе предприятия и при хорошем стартовом капитале на приобретение оборудования, этот бизнес окупается через 12-14 месяцев. Через год стабильной работы, затраты на оборудование могут полностью окупиться и завод станет приносить чистую прибыль.

Технология получения полиэтилена высокого и низкого давления

Полиэтилен – самый распространенный в мире полимер, который выпускается двумя способами: при высоком и низком давлении. Разница между этими двумя материалами весьма существенна. Полиэтилен низкого давления отличается высокой плотностью и улучшенными эксплуатационными свойствами, а высокого давления имеет меньшую плотность, более эластичный и мягкий.

Как получают полиэтилен низкого давления?

Синтез данного материала стал возможен только после открытия катализатора Циглера – Натты. Эти два выдающихся химика конкурировали друг с другом, и их исследовательские команды независимо и почти одновременно смогли получить металлорганические катализаторы, запустившие настоящую революцию в синтезе полимеров.

В целом гранулы ПНД синтезируются следующим образом:

  • В реактор загружается раствор этилена в гексане. Это наиболее распространенный и экономически оправданный способ, хотя возможна полимеризация суспензии и газовой фазы.
  • Раствор разогревается до температуры от 160 до 2500 градусов под давлением до 5,3 Мпа, чаще всего даже менее 1 Мпа. На 10 – 15 минут раствор контактирует с катализатором.
  • Спустя 15 минут полимеризация происходит, однако чистый полимер нужно выделить из раствора, очистив его от примесей. Этот процесс происходит в испарителе, а затем – в сепараторе.
  • Финальный этап – грануляция. Формируются гранулы округлой формы, пропариваются водяным паром, остывают и ссыпаются в специальную тару.

В результате добывается готовый к дальнейшей переработки материал. Отметим, что для достижения нужных характеристик могут добавляться дополнительные присадки.

Особенности технологии полиэтилена высокого давления

В свою очередь ПВД получают без катализатора, а температурные параметры существенно отличаются. Для полимеризации используется газ этилен, он подается в автоклавный или трубчатый реактор и разогревается до температуры 300 градусов. Добавляется инициатор – кислород и органические пероксиды.

С помощь компрессора нагнетается давление около 25 Мпа, после чего сырье перемещается во вторую часть реактора, где давление увеличивается до 130 – 250 Мпа, а температура снижается ориентировочно до 190 градусов. В результате запускается радикальный механизм полимеризации. После прохождения реакции сырье очищается от остатков этилена, гранулируется и упаковывается.

Полиэтилен — самый дешевый неполярный синтетический полимер из класса полиолефинов, представляющий из себя твердое белое вещество с сероватым оттенком.

Производством полиэтилена занимаются практически все крупнейшие компании нефтехимической промышленности. Основным сырьем для него является этилен. Синтезируют полиэтилен при низком, среднем и высоком давлениях. В основном полиэтилен выпускают в гранулах диаметром от 2 до 5 мм, намного реже в виде порошка.

Существует четыре основных способа производства полиэтилена, с помощью которых получают:

  • полиэтилен высокого давления (ПВД)
  • полиэтилен низкого давления (ПНД)
  • полиэтилен среднего давления (ПСД)
  • линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД)

Производство полиэтилена высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП)

В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысяча восемьсот градусов, а потом во вторую — для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП)

ПНД получают в промышленности с помощью низкого давлении. Для этого используют три основных технологии:

  • полимеризация происходит в суспензии
  • полимеризация происходит в растворе (гексане)
  • газофазная полимеризация

Самый распространенный способ — это полимеризация в растворе.

Полимеризация в растворе проводится при температуре от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт с катализатором происходит в течении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора с помощью удаления растворителя: сначала в испарителе, потом в сепараторе и затем в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром (температура, превышающая температуру плавления полиэтилена). Товарный ПНД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул и иногда в порошке.

Производство полиэтилена среднего давления (ПСД)

ПСД получают в промышленности при среднем давлении путем полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен СД образуется при:

  • температуре — 150 градусов
  • давление до 4 мегапаскалей
  • наличие катализатора (Циглера-Натта)

ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев.

Полиэтилен, полученный таким образом, имеет:

  1. средневесовой молекулярный вес до 400 000
  2. степень кристалличности до 90 процентов

Производство линейного полиэтилена высокого давления (ЛПВД) или низкой плотности (ЛПНП)

Линейный полиэтилен высокого давления получают с помощью химической модификации ПВД (при температуре в 150 градусов и 30-40 атмосферах).

ЛПНП по структуре подобен ПЭВП, но имеет более длинные и многочисленные боковые ответвления. Производство линейного полиэтилена происходит двумя способами:

  • газофазная полимеризация
  • полимеризация в жидкой фазе — наиболее популярный

Производство линейного полиэтилена вторым способом происходит в реакторе с сжиженным слоем. В основание реактора подается этилен, полимер же отводят непрерывно, при этом постоянно сохраняя в реакторе уровень сжиженного слоя. Условия: температура около ста градусов, давление от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность способа полимеризации в жидкой фазе ниже (два процента превращения за цикл), чем у газофазного (до тридцати процентов превращения за цикл). Однако данный способ имеет и свои плюсы — размер установки значительно меньшее, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и существенно ниже капиталовложения. Практически идентичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с использованием циглеровских катализаторов. Пари этом получается наиболее высокий выход.

С недавних пор для производства линейного полиэтилена начали применять технологию, в которой используются металлоценовые катализаторы. Данная технология позволяет получить более высокую молекулярную массу полимера, что способствует увеличению прочности изделия.

ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга и по своей структуре и по своим свойствам, соответственно, и применяются они для решения различных задач.

На ряду с выше перечисленными способами полимеризации этилена существуют и другие, однако промышленного распространения они не получили.

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.

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.

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.

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

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


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.

ПЭНД имеет общее назначение и характеризуется линейной структурой с незначительными ответвлениями от основной цепи.

Отсутствие объёмных ограничений позволяет выработать материал с повышенной кристалличностью, которая может достигать 80%.

Благодаря этому достигаются высокие эксплуатационные свойства данного полимера.

Композиционными особенностями полиэтилена низкого давления является качественное улучшение модификации базового полиэтилена ПЭНД 276-73.

Для образования такого полиэтилена требуются определённые условия:

  • температурный режим на уровне 120–150 °C;
  • показатели давления ниже 0,1–2 МПа;
  • наличие катализаторов Циглера — Натта. Пример: смесь TiCl4 и AlR3.

Процесс полимеризации протекает в суспензии при условиях ионно-координационного механизма. В результате образуется полиэтилен со средним молекулярным весом 80–300 тыс.

Основные физические и химические свойства

Полиэтилен низкого давления соответствует формуле (-СН2-СН2-)n. Он химически стоек по отношению к агрессивным химическим элементам и обладает отличными диэлектрическими свойствами.

Гранулированная форма полиэтилена низкого давления изготавливается методом полимеризации. Показатель плотности при таком технологическом процессе составляет более 0,945 г/см³. Гранулы получаются более кристаллическими и с низкой степенью прозрачности. Температура плавления зависит от длины полимерных цепей.

Высокая температура плавления при изготовлении изделий из ПЭНД очень энергозатратна. Однако эксплуатационные характеристики таких изделий прекрасные. Они выдерживают довольно суровые условия и относительно высокие температурные режимы без образования механических повреждений.

Субъективными недостатками изделий из ПЭНД являются матовость поверхности, некоторая шершавость и недостаточная тягучесть. Кроме того, плёнка из полиэтилена низкого давления легко мнётся и шуршит.

Склонность к хладотекучести со временем изменяет размер плёнки при постоянной нагрузке.

Применение в промышленности

Особенности ПЭНД, характеризующиеся высокой прочностью, небольшим относительным удлинением при разрыве и повышенной морозостойкостью, делают сферу его применения достаточно широкой. В бытовом сегменте ПЭНД используется при производстве разнообразных кухонных принадлежностей и предметов быта.

В строительстве этот материал нашёл широкое применение в изготовлении водопроводных труб и различных строительных материалов. Наиболее часто используется в упаковочной промышленности в процессе производства упаковочной тары и бутылок.

Экструзия плёнки позволяет получить пакеты для фасовки, пакеты «майка» и пакеты с вырубной ручкой. Используется при выработке барьерного слоя для многослойных упаковочных материалов, воздушно-пузырьковой плёнки и мусорных пакетов.

Произведённые таким способом применяются в системах газоснабжения, холодного водоснабжения и с целью защиты электросетей. Применяются в дренажных системах, внешней и внутренней , а также в виде обсадных труб в скважинах. Кроме того, в процессе экструзии вырабатываются листы гидроизоляции, детали изделий для машиностроительной отрасли, мембраны для гидроизоляционных работ, конвейерные ленты и геоячейки.

Методом выдувания получают разнообразные плёнки и ёмкости. При помощи литья под давлением вырабатываются товары народного потребления, двусоставные и односоставные крышки, тарные ящики, мебельная фурнитура и почти 400 наименований автокомплектующих.

Результатом ротоформования является выпуск:

  • баков,
  • бочек,
  • мобильных туалетов,
  • детских игровых комплексов,
  • дорожных ограждений,
  • колодцев,
  • септиков,
  • мусоросборов и эстакад.

Страны — производители ПЭНД

Потребление полимерного сырья на территории Европы показывает ежегодный рост на уровне 6%. Объём рынка полиэтилена низкого давления в России составляет примерно 340 тыс. т/год, а средний ежегодный рост — 30%.

Эксперты «Лукойл-нефтехим» оценивают производство в РФ в 450 тыс. тонн ПЭНД, из которых 315 тыс. т/год приходится на внутреннее потребление. От 30 до 35% от общего объёма, произведённого в России ПЭНД, идёт на экспорт.

Почти 87% всего объёма ПЭНД, производимого в России, приходится на предприятия: «Ставролен» от «Лукойл-нефтехимия», «Томскнефтехим» от АК «Сибур», «Казаньоргсинтез», «Нижнекамскнефтехим» и «Газпромнефтехим Салавата». В прошлом году российскими предприятиями был сокращён выпуск ПЭНД на 18%. Основной причиной стал простой предприятия «Ставролен».

Лидирующие позиции на мировом рынке занимает фирма Univation Technologies. Она является совместным детищем компаний Exxon Mobil и Dow/Union Carbide, которые являются признанными мировыми лидерами по производству полиолефинов.

Если вы увлекаетесь интересными открытиями вам следует прочитать материал про .

Знания должны быть разнообразные! Многим будет интересно узнать, например, про химическое оружие. Познавательные сведенья о нем в .

Вторичная переработка

Многократная переработка ПЭНД изменяет вязкостные свойства на уровне 5–10%, а прочностные характеристики понижаются на 10–20%. Применение вторичной переработки полиэтиленов существенно не влияет на прочностные и вязкостные свойства ПЭНД. Свойства вязкости можно легко скорректировать изменением температурного режима при литье.

На данный момент большие денежные средства вкладываются в улучшение качественных характеристик ПЭНД. Именно в этом полиолефине видят будущее многие современные производители.

Технология производства полиэтилена высокого давления

Основным промышленным методом производства ПЭВД является свободнорадикальная полимеризации этилена в массе при температуре 200-320 °С и давлениях 150-350 МПа. Полимеризация осуществляется на установках непрерывного действия различной производительности от 0,5 до 20 т/ч.

Технологический процесс производства ПЭВД включает следующие основные стадии: компримирование этилена до давления реакции; дозирование индикатора; дозирование модификатора; полимеризация этилена; разделение полиэтилена и непрореагировавшего этилена; охлаждение и очистка непрореагировавшего этилена (возвратного газа) ; грануляция расплавленного полиэтилена; конфекционирование, включающее обезвоживание и сушку гранул полиэтилена, распределение по анализным бункерам и определение качества полиэтилена, формирование партий в товарных бункерах, смешение, хранение; загрузку полиэтилена в цистерны и контейнера; расфасовку в мешки; дополнительная обработка — получение композиций полиэтилена со стабилизаторами, красителями, наполнителями и другими добавками.

2.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ.

Производства ПЭВД состоят из установок синтеза и установок конфекционирования и дополнительной обработки.

Этилен с установки газоразделения или хранилища подается под давлением 1-2 МПа и при температуре 10-40 °С в ресивер, где в него вводится возвратный этилен низкого давления и кислород (при использовании его в качестве инициатора). Смесь сжимается компрессором промежуточного давления до 25-30 МПа. соединяется с потоком возвратного этилена промежуточного давления, сжимается компрессором реакционного давления до 150-350 МПа и направляется в реактор. Пероксидные инициаторы в случае использования их в процессе полимеризации вводятся с помощью насоса в реакционную смесь непосредственно перед реактором. В реакторе происходит полимеризация этилена при температуре 200-320 С. На данной схеме приведен реактор трубчатого типа, однако могут использоваться и автоклавные реакторы.

Образовавшийся в реакторе расплавленный полиэтилен вместе с непрореагировавшим этиленом (конверсия этилена в полимер 10-30%) непрерывно выводятся из реактора через дросселирующий клапан и поступает в отделитель промежуточного давления, где поддерживается давление 25-30 МПа и температура 220-270 °С. При этих условиях происходит разделение полиэтилена и непрореагировавшего этилена. Расплавленный полиэтилен из нижней части отделителя вместе с растворенным этиленом через дросселирующий клапан поступает в отделитель низкого давления. Этилен (возвратный газ промежуточного давления) из отделителя проходит систему охлаждения и очистки (холодильники, циклоны), где происходит ступенчатое охлаждение до 30 — 40 °С и выделение низкомолекулярного полиэтилена, и затем подается на всасывание компрессора реакционного давления. В отделителе низкого давления при давлении 0,1-0,5 МПа и температуре 200-250 °С из полиэтилена выделяется растворенный и унесенный механически этилен (возвратный газ низкого давления), который через систему охлаждения и очистки (холодильник, циклон) поступает в ресивер. Из ресивера сжатый бустерным компрессором возвратный газ низкого давления (с добавленным в него при необходимости модификатором) направляется на смешение со свежим этиленом.

Расплавленный полиэтилен из отделителя низкого давления поступает в экструдер, а из него в виде гранул пневмо- или гидротранспортом направляется на конфекционирование и дополнительную обработку.

Возможно получение некоторых композиций в экструдере первичной грануляции. В этом случае экструдер оборудуется дополнительными узлами для ввода жидких или твердых добавок.

Ряд дополнительных узлов по сравнению с технологической схемой синтеза традиционного ПЭВД имеет технологическая схема производства линейного полиэтилена высокого давления, представляющего собой сополимер этилена с высшим a-олефином (бутеном-1, гексеном-1, октеном-1) и получаемого сополимеризацией по анионно-координационному механизму под влиянием комплексных металлорганических катализаторов. Так, этилен, поступивший на установку, проходит дополнительную очистку. В возвратный газ промежуточного давления после его охлаждения и очистки вводится сомономер — a-олефин. После реактора добавляется дезактиватор, предотвращающий протекание полимеризации в системе разделения полимера и мономеров. Катализаторы подаются непосредственно в реактор.

В последние годы ряд зарубежных фирм-производителей ПЭВД организовали выпуск ЛПЭВД на промышленных установках ПЭВД, оснастив их необходимым дополнительным оборудованием.

Гранулированный полиэтилен из установки синтеза в смеси с водой подастся на узел обезвоживания и сушки полиэтилена, состоящий из водоотделителя и центрифуги. Осушенный полиэтилен поступает в приемный бункер, а из него через автоматические весы в один из анализных бункеров. Анализные бункеры предназначены для хранения полиэтилена на время проведения анализа и заполняются поочередно. После определения свойств полиэтилен направляется с помощью пневмотранспорта в воздушный смеситель, в бункер некондиционного продукта или в бункеры товарного продукта.

В воздушном смесителе проводится усреднение полиэтилена с целью выравнивания его свойств в партии, составленной из продуктов из нескольких анализных бункеров.

Из смесителя полиэтилен направляется в бункеры товарного продукта, откуда поступает на отгрузку в железнодорожные цистерны, автоцистерны или контейнеры, а также на расфасовку в мешки. Все бункеры для предотвращения накопления этилена продуваются воздухом.

Для получения композиций полиэтилен из бункеров товарного продукта поступает в расходный бункер. В расходный бункер подаются стабилизаторы, красители или другие добавки, обычно в виде гранулированного концентрата в полиэтилене. Через дозаторы полиэтилен и добавки поступают в смеситель. Из смесителя смесь направляется в экструдер. После гранулирования в подводном грануляторе, отделения воды в водоотделителе и сушки в центрифуге композиция полиэтилена поступает в бункеры товарного продукта. Из бункеров продукт направляется на отгрузку или расфасовку.

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 1

Мельников А.Я.

студент 3 курса Амурский государственный университет (г. Благовещенск, Россия)

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА

Аннотация: статья посвящена исследованию технологического процесса производства полиэтилена, а также его применению.

Ключевые слова: полиэтилен, технология, применение, полимер, способы производства.

Введение. Актуальность.

Полиэтилен — самая массовая пластмасса в производстве упаковочных материалов. Это один из старейших полимеров, остающийся и сегодня незаменимым для производства специальных пленок, пакетов, контейнеров, канистр и т. п. Вопреки развитию технологий и внедрению новых материалов, значимость полиэтилена не становится меньше, а наоборот, спрос на него только увеличивается.

На сегодняшний день список компаний-лидеров рынка полиэтилена: Chevron Phillips Chemical Company, LyondellBasell Industries N.V., Huntsman Corporation, Exxon Mobil Corporation, The Dow Chemical Company, INEOS Olefins and Polymers, и Mitsui Chemicals Inc [5].

А в России существует пять производителей полиэтилена:1) Томскнефтехим(СИБУР).2) Казаньоргсинтез.3) Уфаоргсинтез.4) Ангарский завод полимеров (Роснефть).5) Газпром нефтехим Салават. [4]

Комплекс химических, физико-механических и диэлектрических свойств определяет потребительские свойства полиэтилена и позволяет широко применять его во многих промышленных отраслях (радиотехнической, кабельной, легкой, химической, медицине и др. ).

Выбор технологического процесса переработки (экструзия, литье, выдув и т.д.), в первую очередь, определяется необходимостью получения марочного ассортимента с определенными свойствами.

Специальные виды полиэтилена, такие как вспененный полиэтилен, сшитый полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен,

хлорсульфированный полиэтилен, довольно успешно применяются для создания специальных строительных материалов. Полиэтилен, сам по себе, не конструкционный материал, однако армированный полиэтилен используется именно в изделиях конструкционного назначения. Также широко распространена сварка изделий, изготовленных из полиэтилена, который сваривается всеми основными способами: горячим газом, трением, контактным, присадочным прутком и т.д.

Отдельным сегментом современного рынка стоит вторичная переработка полиэтилена (рециклинг). Многие компании в мире, в том числе и в России, специализируются на приобретении отходов из полиэтилена для дальнейшей их переработки и продажи или самостоятельного применения. Чаще всего для этого используется экструдирование очищенных отходов с последующим дроблением, в результате получается вторичный гранулированный материал пригодный для изготовления изделий [3].

Итак, полиэтилен применяется для производства:

пленок (упаковочных, сельскохозяйственных, стретч, термоусадочных) труб (водопроводных, газовых, ненапорных, напорных) емкостей (канистр, цистерн, бутылей) волокон

стройматериалов

санитарно-технических изделий протезов внутренних органов предметов домашнего обихода изоляции электрических кабелей деталей автомашин и различной техники пенополиэтилена

И это далеко не все для чего можно использовать полиэтилен регулярно появляются новые марки этого материала с усовершенствованными потребительскими свойствами [1].

Технология производства полиэтилена Первоначальным способом получения, в последствии из которого получат современные метода производства, была реакция бензойного альдегида с этиленом в присутствии кислорода и высоком давлении. И так производством полиэтилена занимаются практически все крупнейшие компании нефтехимической промышленности. Основным сырьем для него является этилен. Синтезируют полиэтилен при низком, среднем и высоком давлениях. В основном полиэтилен выпускают в гранулах диаметром от 2 до 5 мм, намного реже в виде порошка.

Существует четыре основных способа производства полиэтилена, с помощью которых получают:

полиэтилен высокого давления (ПВД) полиэтилен низкого давления (ПНД) полиэтилен среднего давления (ПСД) линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД) ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПВД) ИЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ПНП)

В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в

. На рынке новыми

реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысячи восемьсот градусов, а потом во вторую — для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул [2].

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПНД) ИЛИ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ (ПВП)

ПНД получают в промышленности с помощью низкого давлении. Для этого используют три основных технологии:

полимеризация происходит в суспензии полимеризация происходит в растворе (гексане) газофазная полимеризация

Самый распространенный способ — это полимеризация в растворе. Полимеризация в растворе проводится при температуре от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт с катализатором происходит в течении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора с помощью удаления растворителя: сначала в испарителе, потом в сепараторе и затем в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром (температура, превышающая температуру плавления полиэтилена). Товарный ПНД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул и иногда в порошке [2,3].

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ (ПСД)

ПСД получают в промышленности при среднем давлении путем полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен СД образуется при: температуре — 150 градусов давление до 4 мегапаскалей наличие катализатора (Циглера—Натта) ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Полиэтилен, полученный таким образом, имеет: средневесовой молекулярный вес до 400 000 степень кристалличности до 90 процентов

ПРОИЗВОДСТВО ЛИНЕЙНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ЛПВД) ИЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛПНП)

Линейный полиэтилен высокого давления получают с помощью химической модификации ПВД (при температуре в 150 градусов и 30-40 атмосферах).

ЛПНП по структуре подобен ПЭВП, но имеет более длинные и многочисленные боковые ответвления. Производство линейного полиэтилена происходит двумя способами:

газофазная полимеризация

полимеризация в жидкой фазе — наиболее популярный Производство линейного полиэтилена вторым способом происходит в реакторе с сжиженным слоем. В основание реактора подается этилен, полимер же отводят непрерывно, при этом постоянно сохраняя в реакторе уровень сжиженного слоя. Условия: температура около ста градусов, давление от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность способа полимеризации в жидкой фазе ниже (два процента превращения за цикл), чем у газофазного (до тридцати процентов превращения за цикл). Однако данный способ имеет и свои плюсы — размер установки значительно меньшее, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и существенно ниже капиталовложения. Практически идентичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с

использованием циглеровских катализаторов. Пари этом получается наиболее высокий выход [2].

С недавних пор для производства линейного полиэтилена начали применять технологию, в которой используются металлоценовые катализаторы. Данная технология позволяет получить более высокую молекулярную массу полимера, что способствует увеличению прочности изделия.

ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга и по своей структуре, и по своим свойствам, соответственно, и применяются они для решения различных задач.

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

В заключении, хочется подчеркнуть актуальность рассмотренной темы «Полиэтилен». Рассмотренные в работе вопросы гораздо более многогранны, и интересны как для ознакомления, так и в качестве предмета для исследований. В работе были изложены основные моменты, позволяющие читателю получить обобщенное знание по указанной теме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Компания «Камелот Пласт» [Электронный ресурс]: Компания «Камелот Пласт» — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: http://www.camelotplast.ru (Дата обращения :04.01.19)

Институт дистанционного образования ТГУ [Электронный ресурс]: Институт дистанционного образования ТГУ — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://ido.tsu.ru (Дата обращения:04.01.19)

Общедоступная многоязычная универсальная интернет-энциклопедия «wikipedia» [Электронный ресурс]: Общедоступная многоязычная

универсальная интернет-энциклопедия «wikipedia» — Электрон. текстовые дан. -Режим доступа:

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%8D% D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD (Дата обращения:04.01.19) Веб ресурс «ProPolyethylene.ru» [Электронный ресурс]: Веб ресурс «ProPolyethylene.ru — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://propolyethylene.ru/ (Дата обращения:04.01.19)

Интернет портал «M.Plast.by» [Электронный ресурс]: Интернет портал «M.Plast.by» — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://mplast.by/ (Дата обращения:04.01.19)

Исследовательская работа на тему: «Полиэтилен — это много или мало?» Автор: Мелихова Мария (1997г.)

Melnikov A.Ya.

3rd year student Amur State University (Blagoveshchensk, Russia)

OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL POLYETHYLENE PRODUCTION PROCESS

Abstract: the article is devoted to the study of the technological process of polyethylene production, as well as its application.

Keywords: polyethylene, technology, application, polymer, production methods.

Полиэтилен низкого давления — характеристики и способы производства

Полиэтилен высокого и низкого давления является очень распространенным синтетическим сырьем для производства различных изделий. Этот материал обладает огромным запасом прочности на разрыв, что и обуславливает основную сферу его применения. Он используется для изготовления различных упаковочных пленок, входит в состав полимерных труб для водопроводов и газопроводов, служит в качестве изоляционного слоя в некоторых видах электрического и оптоволоконного кабеля, применяется в теплоизоляционных целях.


Производство полиэтилена обходится достаточно дешево, поэтому он и получил столь широкое распространение. Но в последнее время его производство сокращается благодаря усилиям борцов за экологию. Дело в том, что изделия из полиэтилена не разлагаются под воздействием природных факторов и отходы наносят существенный вред окружающей среде. Развитые страны уже перешли на изготовление упаковок и пакетов из экологически чистых материалов. В будущем эта тенденция затронет весь мир, так что за полиэтиленом останется только промышленная сфера, а бытовую сторону жизни возьмут на себя другие материалы.


Полиэтилен низкого давления (ПНД) — это жесткий полимерный продукт высокой плотности. Он обладает высокой степенью связанности между молекулами структурной сетки, что повышает его износоустойчивость. Из-за высокой плотности молекулярной сетки этот материал менее прозрачен, чем полиэтилен высокого давления. Используется ПНД в основном в промышленных целях, так как он имеет повышенную стойкость к химическим маслам и другим техническим жидкостям. Его применяют для изготовления различных технологических емкостей. Лишь незначительный процент идет на удовлетворение бытовых нужд населения.

 

Технологии производства ПНД

 

Существует три технологии изготовления данного материала. Первая называется «суспензионная полимеризация». Этот метод подразумевает полимеризацию заранее подготовленных гранул. Весь процесс происходит в специальном растворе — суспензии. Для устойчивости материала используются химические стабилизаторы, которыми могут выступать полимерные спирты, оксиды легких металлов, неагрессивные кислоты и некоторые виды глины. Протекает процесс при постоянном перемешивании состава, благодаря чему полимеризация происходит в каждом мономере, что обеспечивает максимально устойчивое слияние элементов. Такая технология позволяет получать максимально однородный по строению продукт, который не будет содержать изъянов или слабых зон. Недостатком метода является попадание остатков стабилизатора в структуру конечного продукта.


Растворная полимеризация протекает под действием температуры 60-130 градусов при помощи катализатора. Получаемый полиэтилен низкого давления имеет однородное строение, высокую степень гибкости, хорошо восстанавливает структуру после незначительных деформаций, более устойчив к истиранию. Из минусов стоит отметить сложность подбора катализатора, так как многие химические элементы под воздействием температуры начинают принимать участие в химической реакции, что является недопустимым ввиду влияния подобного процесса на конечный результат.

 

 

Газофазная полимеризация в наши дни сохранилась на единицах заводов. Она практически не применяется ввиду невысокого качества получаемой продукции. Основа метода состоит в использовании газовой среды для полимеризации мономеров. Процесс соединения протекает благодаря воздействию диффузии. Этот процесс подразумевает свободное перемещение и столкновение молекул, поэтому финальный продукт имеет не совсем однородную структуру и некоторые участки могут быть гораздо менее устойчивы к износу.


Производство полиэтилена, как видно из приведенных методов, основано на применении законов химии. Оно сопряжено с постоянным использованием реакций между различными элементами. В ходе протекания реакций выделяется большое количество побочных продуктов, которые являются отходами производства. Большинство отходов являются вредными для экологии, поэтому требуют правильного хранения и утилизации. Не стоит пренебрегать этими процедурами, так как они урегулированы законодательными актами и нарушение повлечет за собой серьезные последствия.

 

 

 

Также на многих заводах налажено производство вторичного полиэтилена. В качестве сырья используются отслужившие свой срок материалы. Этот метод привлекателен с нескольких точек зрения. С экономической стороны он требует меньших затрат на производство, так как идет фактически не производство нового материала, а возвращение к жизни уже готового элемента. А с точки зрения экологии, вторичное сырье, которое идет на переработку, не загрязняет природу и не требует больших площадей для хранения после окончания эксплуатационного периода.

 

Требования ГОСТ

 

Установлены рабочие параметры полиэтилена низкого давления ГОСТом 16338-85. Постановление было принято еще советским правительством в 1985 году и дошло до наших дней без изменений и поправок. Установленные стандарты удовлетворяют, в том числе и международным требованиям, так что отечественная продукция пригодна для экспорта во все страны мира. Продукция, которая соответствует предъявляемым требованиям, относится к высшей и первой категориям качества. Технические характеристики согласно ГОСТу: плотность — не менее 0,93 грамма на сантиметр кубический, температура плавления — 125-130 градусов по Цельсию, плотность гранул мономера в структурном строении — не менее 0,5 грамм на сантиметр кубический, стойкость к разрушению на изгиб — не менее 19 мегапаскаль, стойкость к разрушению на порез — не менее 19 мегапаскаль, удельное электрическое сопротивление — 1,014 килоом, водопоглощение за календарный месяц — не более 0,04%.

 

 

Полиэтилен высокой плотности имеет линейное строение молекулярной кристаллической сетки. Продукция высокого качества не содержит разветвлений, которые приводят к неоднородности структуры материала. Неоднородное строение влечет за собой негативные последствия в виде не одинаковой прочности изделия на любом участке. Поэтому необходимо тщательно соблюдать требования технологического процесса производства и использовать только сырье высокого качества. Из основных свойств полиэтилена низкого давления также стоит выделить высокую степень связи между молекулами в кристаллической решетке и растворимость в ароматических углеводородах только под воздействием температуры свыше 120 градусов по Цельсию. Плотность полиэтилена низкого давления должна соответствовать ГОСТу, иначе материал будет непригоден для использования в целевой отрасли. Это является самым важным параметром, который и определяет принадлежность полиэтилена к той или иной группе.

 

Широкая сфера применения полиэтилена обусловлена его отличными характеристиками

 

В мире насчитывается огромное количество производителей полиэтилена. Они ведут постоянную конкурентную борьбу между собой. Высокая степень стандартизации продукции не дает широких просторов для производственных экспериментов. Поэтому основными аргументами в споре за внимание потенциальных клиентов являются ценовая политика и качество продукции. Немаловажным фактором является и реклама. А на фоне осознания многими людьми проблемы глобального загрязнения природы весомым условием может оказаться внедрение более современного оборудования, минимизирующего количество вредных выбросов.


Марки полиэтилена весьма разнообразны. Материалы отличаются своим назначением и способом производства. В их структуру могут быть введены различные добавки, изменяющие базовые свойства до необходимого для определенных целей значения. Некоторые фирмы практикуют изготовление материалов по специальному заказу с уникальными свойствами. Но такой вид производства используется крайне редко ввиду его дороговизны. Изделия из полиэтилена отличаются высоким качеством и долговечностью. Невосприимчивость к разрушающим природным факторам и способность противостоять многим видам агрессивных химических элементов значительно расширяет сферу возможного использования готовой продукции.


Полиэтилен является материалом для изготовления различных изделий. Поэтому его закупают в основном другие заводы, занимающиеся производством продукции из синтетического сырья. В продажу чаще всего поступает листовой полиэтилен низкого давления. Подобный вид расфасовки очень удобен для клиентов. Он позволяет отматывать необходимое количество пленки и производить с ней всевозможные манипуляции. К тому же рулон дает возможность хранить большое количество продукции в компактном виде, что также имеет положительное значение для транспортировки.

 

 

Одним из самых важных моментов в промышленном масштабе является производство труб из полиэтилена. Эти изделия приходят на смену металлическим трубопроводам. Они гораздо более долговечны, им не требуется защитное покрытие, и они имеют меньший вес. Используются такие трубы как непосредственно в домах, так и при прокладке надземных и подземных коммуникаций. Сварка производится при помощи электрического нагревания концов соединяемых предметов. Под воздействием температуры материал переходит в вязкое состояние, которое позволяет легко совместить два элемента. Для этого их плотно прижимают друг к другу и держат некоторое время до полного остывания. Затем при помощи специального инструмента удаляют лишние детали, а полиэтиленовые изделия остаются надежно скрепленными друг с другом.

 

 

 

 

Поли(этен) (полиэтилен)

Ежегодно производится более 80 миллионов тонн поли(этилена), часто известного как полиэтилен и полиэтилен, что делает его самым важным пластиком в мире. Это составляет более 60% этилена, производимого каждый год.

Поли(этен) производится в трех основных формах: низкой плотности (LDPE) (< 0,930 г см -3 ) и линейной низкой плотности (LLDPE) ( ca 0,915-0,940 г см -3 ) и высокой плотности (HDPE) ( ca 0,940-0,965 г см -3 ).

Форма LDPE или LLDPE предпочтительна для пленочной упаковки и электроизоляции. ПЭВП выдувается для изготовления контейнеров для бытовых химикатов, таких как моющие средства, и барабанов для промышленной упаковки. Он также экструдируется в виде трубопровода.

Все формы можно использовать для литья под давлением таких изделий, как ведра, ящики для пищевых продуктов и миски для мытья посуды (таблица 1).

  В 2013, 2015 2018 (оценка)
Мир 81,8 99,6
Северная Америка 2 16,0 18,1
Европа 3 12,9 13,8
Азиатско-Тихоокеанский регион 36,6 47,5
Прочее 16,3  20,2

1. Freedonia, 2014
2. США: 17,4 млн. Тонн в 2014 году.   LDPE LLDPE* HDPE* Мир 4 18,7 24.1 37,5 США 5 3,2 6,3 7,9 Европа 6 8.2 7 5,8

4. Nexant и ChemVision, 2014 г.
5. Руководство по химическому бизнесу, 2015 г., Американский химический совет
6. Plastics- the Facts 2016, PlasticsEurope, 2016
обе формы полиэтилена, а также изменить количество каждого типа, которое они производят, в кратчайшие сроки. Оба используют катализатор Циглера (или Филлипса). Если используется чистый этилен, образуется ПЭВП. ЛПЭНП получают, когда к этилену добавляют небольшое количество другого алкена, например, бут-1-ена.

Другая форма, обсуждаемая ниже, mLLDPE, в настоящее время производится в гораздо меньших количествах.

Поли(этен) получают несколькими способами путем аддитивной полимеризации этена, который в основном получают крекингом этана и пропана, лигроина и газойля.

В Бразилии строится новый завод по производству полиэтилена из этилена, получаемого из сахарного тростника с использованием биоэтанола. Иногда его называют поли(этилен) на биологической основе (полиэтилен на биологической основе).

Поли(этилен) низкой плотности (LDPE)

Процесс осуществляется при очень высоком давлении (1000-3000 атм) при умеренных температурах (420-570 K), как можно предсказать из уравнения реакции:

Этот представляет собой процесс радикальной полимеризации, в котором используется инициатор, такой как небольшое количество кислорода и/или органический пероксид.

Этен (чистота более 99,9%) компримируется и вместе с инициатором направляется в реактор. Расплавленный полиэтилен удаляют, экструдируют и нарезают на гранулы. Непрореагировавший этен рециркулируют. Средняя молекула полимера содержит 4000-40 000 атомов углерода, с множеством коротких разветвлений.

Например,

Может быть представлено как:

На 1000 атомов углерода приходится около 20 ответвлений. Относительная молекулярная масса и разветвление влияют на физические свойства ПЭНП. Ветвление влияет на степень кристалличности, которая, в свою очередь, влияет на плотность материала. LDPE обычно аморфен и прозрачен с кристалличностью около 50%. Ответвления не позволяют молекулам плотно прилегать друг к другу, и поэтому он имеет низкую плотность.

Поли(этен) высокой плотности (ПЭВП)

В производстве ПЭВП в основном используются два типа катализатора:

  • Металлоорганический катализатор Циглера-Натта (соединения титана с алюминийалкилом).
  • неорганическое соединение, известное как катализатор типа Филлипса. Хорошо известным примером является оксид хрома (VI) на кремнеземе, который получают обжигом соединения хрома (III) при температуре 9000––1000 К в кислороде и затем хранят перед использованием в атмосфере азота.

HDPE производится тремя способами. Все они работают при относительно низких давлениях (10-80 атм) в присутствии катализатора Циглера-Натта или неорганического катализатора. Типичный диапазон температур составляет 350–420 К. Во всех трех процессах водород смешивают с этеном, чтобы контролировать длину цепи полимера.

(i) Суспензионный процесс (с использованием CSTR (реактора непрерывного действия с мешалкой) или контура)

Катализатор Циглера-Натта в виде гранул смешивается с жидким углеводородом (например, 2-метилпропаном (изобутаном) или гексаном ), который просто действует как разбавитель. Смесь водорода и этилена пропускают под давлением в суспензию, и этилен полимеризуется в ПЭВП. Реакция происходит в большом петлевом реакторе при постоянном перемешивании смеси (рис. 4). При открытии клапана продукт высвобождается, а растворитель испаряется, оставляя полимер, все еще содержащий катализатор. Водяной пар, протекающий с азотом через полимер, вступает в реакцию с каталитическими центрами, разрушая их активность. Остаток катализатора, оксиды титана (IV) и алюминия, остается смешанным в незначительных количествах с полимером.

Рисунок 5. Суспензионный процесс с использованием петлевого реактора.
С любезного разрешения Total.

 

 

 


Рисунок 4. Производство полиэтилена с использованием суспензионного процесса
в петлевом реакторе.

(ii) Способ растворения

Второй метод включает пропускание этилена и водорода под давлением в раствор катализатора Циглера-Натта в углеводороде (C 10 или C 12 алкан). Полимер получают аналогично суспензионному способу.

(iii) Газофазный процесс

Рисунок 6. Газофазный процесс низкого давления.

Смесь этилена и водорода пропускают через катализатор Филлипса в реакторе с неподвижным слоем (рис. 6).

Этен полимеризуется с образованием зерен ПЭВП, взвешенных в протекающем газе, которые выходят из реактора при открытии клапана.

Современные установки иногда используют два или более отдельных реактора последовательно (например, два или более шламовых реактора или два газофазных реактора), каждый из которых находится в слегка различающихся условиях, так что свойства различных продуктов из реакторов присутствуют в полученной полимерной смеси, что приводит к широкому или бимодальному молекулярно-массовому распределению. Это обеспечивает улучшенные механические свойства, такие как жесткость и ударная вязкость.

Рисунок 7. Гранулы полиэтилена, которые затем используются для изготовления пленки, экструдированной в трубы или формованной.
С любезного разрешения Total.

Порошок ПЭВП, выходящий из любого из рассмотренных выше реакторов, отделяют от разбавителя или растворителя (если он используется), экструдируют и измельчают в гранулы.

Этот метод дает линейные полимерные цепи с небольшим количеством ответвлений. Молекулы полиэтилена могут располагаться ближе друг к другу. Полимерные цепи можно представить следующим образом:

Это приводит к прочным межмолекулярным связям, что делает материал более прочным, плотным и жестким, чем LDPE. Полимер не прозрачен.

Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)

Полиэтилен низкой плотности имеет множество применений, но метод производства под высоким давлением требует больших капитальных затрат. Тем не менее, была разработана элегантная технология, основанная как на катализаторах Циглера-Натта, так и на неорганических катализаторах, для производства линейного полиэтилена низкой плотности из полиэтилена низкой плотности, свойства которого даже лучше, чем у полиэтилена низкой плотности. При выборе катализатора Циглера-Натта можно использовать любой из трех процессов: суспензионный, растворный и газовый. Газофазный процесс используется, когда используется неорганический катализатор.

Небольшие количества сомономера, такого как бутен-1 или гекс-1-ен, добавляют к исходному сырью. Мономеры полимеризуются случайным образом, и вдоль линейных цепочек есть небольшие разветвления, состоящие из нескольких атомов углерода.

Например, с бут-1-еном CH 3 CH 2 CH=CH 2 структура полимера следующая:

Боковые цепи известны как боковые группы или короткие цепи разветвление. Молекула может быть представлена ​​как:

Структура в основном линейная, но из-за коротких разветвлений цепи имеет низкую плотность. Структура придает материалу гораздо лучшую упругость, прочность на разрыв и гибкость без использования пластификаторов. Это делает линейный полиэтилен низкой плотности идеальным материалом для изготовления пленочных изделий, например, используемых для обертывания.

Свойства полимера и, следовательно, его применение можно варьировать, изменяя соотношение этена и сомономера и используя разные сомономеры. Все это можно сделать, не останавливая завод, что является огромным преимуществом.

Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности (мЛПЭНП)

Рисунок 8 Полиэтиленовая пленка широко используется для упаковки пищевых продуктов.
С любезного разрешения BP.

Этот поли(этен), известный как mLLDPE, производится с использованием нового семейства катализаторов – металлоценов. Другое название этого семейства — катализатор с одним участком . Преимущество заключается в том, что mLLDPE гораздо более гомогенен с точки зрения молекулярной структуры, чем классический LLDPE, полученный с помощью катализаторов Циглера-Натта. Каждый катализатор представляет собой катализатор с одним центром, который производит одну и ту же цепь РЕ. Химики сравнили структуру металлоценов со структурой сэндвича. Существует переходный металл (часто цирконий или титан), «заполняющий» дыру между слоями органических соединений.

Катализаторы еще более специфичны, чем оригинальный катализатор Циглера-Натта, и можно контролировать молекулярную массу полимера, а также его конфигурацию. Обычно используются суспензионные или растворные процессы.

Поли(этен), полученный с использованием металлоцена, может использоваться в качестве очень тонкой пленки, которая обладает превосходными оптическими свойствами и герметизирующими свойствами, что делает их очень эффективными для упаковки пищевых продуктов. Настоящим плюсом металлоценовых катализаторов являются улучшенные механические свойства пленок из mLLDPE.

Сополимеры

Этен образует сополимеры с пропиленом, которые обладают очень полезными свойствами.

 

 

Дата последнего изменения: 27 апреля 2017 г.

Производство полиэтилена

Группа компаний

Направления деятельности > Комплексный дизайн > Производство полиэтилена

Полиэтилен занимает первое место в мировом производстве полимеров, синтетически получаемых методом полимеризации. Одним из методов производства является полимеризация этилена под высоким давлением. Этилен получают крекингом насыщенных углеводородов в крекинг-печах с утилизацией крекинг-газа.

Все крупные предприятия нефтехимической промышленности производят полиэтилен. Основным сырьем для производства полиэтилена является этилен. Производство осуществляется под низким, средним и высоким давлением. Как правило, выпускается в виде гранул диаметром 2-6 мм, иногда в виде порошка. На сегодняшний день существует четыре основных метода производства полиэтилена. В результате производится:

  1. Полиэтилен высокого давления или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)
  2. Полиэтилен низкого давления или полиэтилен высокой плотности (HDPE)
  3. 5 Полиэтилен среднего давления или полиэтилен среднего давления (MDPE)
  4. 5 Линейный полиэтилен высокого давления или линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)

Полиэтилен высокого давления Образуется при высоком давлении и в результате полимеризации сжатого до высокого давления этилена в автоклаве или трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов, т. е. лаурил, бензоил и их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700 °С и сжимают компрессором до 25 МПа. После этого поступает в первую секцию реактора, где нагревается до 1 800°С, а затем во вторую секцию реактора для полимеризации, протекающей при температуре 190-300°С и давление 130-250 МПа. Этилен находится в реакторе суммарно не более 100 секунд. Степень конверсии 25%. Это зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем продукт охлаждают и упаковывают. ПВД производится в виде неокрашенных или окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям:

  • Полимеризация в суспензии
  • Полимеризация в растворе. Раствор гексан
  • Газофазная полимеризация

Наиболее распространенным методом считается полимеризация в растворе . Полимеризацию в растворе проводят в интервале температур 160-2500°С и давлении 3,4-5,3 МПа. Контакт с катализатором осуществляется в течение примерно 10-15 минут. Выделение полиэтилена из раствора проводят растворителем в испарителе, а затем в сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривают парами влаги. ПНД производится в виде неокрашенных или окрашенных гранул.

Производство полиэтилена среднего давления осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления производят при температуре около 150°С и давлении не более 4 МПа с использованием катализатора. ПНД выходит из раствора в виде хлопьев. Продукт, полученный описанным выше способом, отличается среднемассовой молекулярной массой не более 400 тысяч и степенью кристалличности не более 90%.

Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется путем химической модификации ПВД: Процесс протекает при температуре 150°С и давлении около 3,0-4,0 МПа. Линейный полиэтилен низкой плотности напоминает по своей структуре полиэтилен высокой плотности, но отличается длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена осуществляется двумя способами:

  • Газофазная полимеризация
  • Жидкофазная полимеризация. На сегодняшний день это самый популярный метод. Осуществляется в реакторе с псевдоожиженным слоем. В реактор постоянно подают этилен, а удаление полимера осуществляют при поддержании постоянного уровня псевдоожиженного слоя в реакторе. Процесс протекает при температуре 100°С и давлении около 0,689-2,068 МПа

Эффективность данного метода жидкофазной полимеризации меньше, чем газофазного, но он характеризуется следующими преимуществами: размеры установки значительно меньше оборудования газофазной полимеризации, а также ниже капитальные затраты .

Методика в реакторе со смесителем с использованием катализаторов Циглера практически аналогична. В этом случае получается максимальный выход продукта. Недавно была внедрена технология производства линейного полиэтилена, в результате которой стали использовать металлоценовый катализатор. Эта технология позволяет получить более высокую молекулярную массу полимера, за счет чего повышается прочность изделия. LDPE, HDPE, MDPE и LLDPE отличаются друг от друга по своей структуре и свойствам, соответствуют LPGy и используются для решения разных задач. Помимо перечисленных выше способов полимеризации этилена, существуют и другие, пока не получившие широкого распространения в промышленности.

В настоящее время производятся два основных типа полимера LDPE и HDPE.

Существуют и другие виды полиэтилена, каждый из которых имеет свои свойства и области применения. В процессе производства в гранулированный полимер добавляют различные добавки, позволяющие получить черный, красный или другой полиэтилен.

Производство полиэтилена высокого давления осуществляется в автоклавах и трубчатых реакторах. В автоклаве производится восемь марок полимеров по ГОСТу. В трубчатом реакторе производится 21 вид полиэтилена высокого давления.

Для синтеза высокого ПЭНП необходимо соблюдение следующих условий:

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

Полимеризованное сырье в первой фазе имеет жидкую форму, затем подается в сепаратор, а затем в гранулятор, где происходит формирование гранул готового сырья. Свойства ПВД используются для производства упаковочной пленки, термопленки, многослойной упаковки. Также полиэтилен высокого давления используется в автомобильной, химической, пищевой промышленности. Используется для производства качественных прочных труб бытового назначения.


Технологическая схема

Основными задачами предприятий по производству полиэтилена являются модернизация оборудования, совершенствование технологий крекинга и конверсии, увеличение производственных мощностей. ЛЕННИИХИММАШ выполняет следующие виды работ по направлению :

  • разработка оборудования для крекинговых печей оснащение и модернизация
  • проверка текущего состояния объектов
  • анализ, ТЭО и выбор оптимального варианта реконструкции
  • обновление оборудования
  • проектирование зданий и сооружений

Основное оборудование производства полиэтилена:

  • реакторная секция
  • компрессоры
  • рецикловые установки высокого и среднего давления (сепаратор, теплообменник)
  • Станция горячей воды с насосами
  • блок охлаждения
  • насосы
  • судов, в т.ч. смеситель

Предварительный осмотр текущего состояния оборудования


Рециркуляционные холодильники высокого давления


Реактор трубчатый

     
Сепаратор низкого давления V=12 м 3 Кондитерский блок

Опыт ЛЕННИИХИММАШ

В период активного строительства в СССР заводов по извлечению этилена и пропилена из крекинг-газа для дальнейшего производства полимерных материалов ЛЕННИИХИММАШ был основным разработчиком и поставщиком колонн и тепловых теплообменники холодильных боксов для установок различной производительности от 45 до 300 тыс. т этилена в год (Э-45, ЭП-60, Э-100, Э-200, ЭП-300). В последующие годы ЛЕННИИХИММАШ провел работы по реконструкции действующих мощностей с целью увеличения мощностей по переработке крекинг-газа; внедрены технические решения по стабилизации работы установок, снижению потерь целевой продукции (повышение коэффициента извлечения), повышению качества продукции. Кроме того, заводы были оснащены дополнительным оборудованием, заменены внутренние устройства, усовершенствованы технологические схемы. Результаты научно-исследовательских работ ЛЕННИИХИММАШ, разработанные методики гидравлических расчетов тарелок, результаты обследования коробов оборудования, разработанного на предприятиях по производству этилена, были использованы в холодильных камерах предприятий по производству этилена и при разработке колонного оборудования. ЛЕННИИХИММАШ разработал специальное оборудование, такое как поршневые компрессоры этилена (дожимной компрессор, компрессор этилена высокого давления на оппозитном основании (1-й каскад — до давления 25 МПа, 2-й каскад — до давления 230 МПа), реакторное оборудование, сосуды для высоких производство полиэтилена под давлением для Новополоцкого, Сумгаитского, Томского комбинатов и производства в Германии, которое успешно работает и в настоящее время.

В состав действующего производства входят:

  • Установка производства ПВД с трубчатым реактором мощностью 50 тыс. куб. т/год (процесс компании АТО, Франция)
  • Установка производства ПВД с автоклавным реактором (для технологической линии производительностью до 15 тыс. т/год, суммарной мощностью 30 тыс. т/год, процесс фирмы ICI, ELPGand)

Специалисты ЛЕННИИХИММАШ провели обследование и выявили следующие резервы основного и вспомогательного оборудования:

Что касается трубчатого реактора, то здесь имеется резерв по мощности, что делает целесообразным не заменять всю установку целиком. Возможна частичная модернизация с увеличением мощности основных технологических блоков:

  • реакторная секция без разборки реактора
  • компрессионный блок с частичной заменой оборудования без замены конструктивной части
  • рециркуляционная установка низкого давления оставить без больших изменений
  • рециркуляционная установка высокого давления требует значительного ремонта

Предложен проект нового охладителя, который значительно увеличит производительность, составлен перечень нового и модернизированного оборудования блоков с основными техническими характеристиками.


Вариант реконструкции трубчатого реактора — перевод на трехзонный реактор
в вариантах реконструкции 2 и 3 с впрыском жидкости
инициирование


Схема работы блока охлаждения

Модернизация компрессоров — Бустерный мультикомпрессор/первый каскад
Burckhardt компания

Предлагаются три варианта восстановления. В зависимости от объема реконструкции суммарная мощность двух объектов может быть увеличена с 80 тыс. т полиэтилена в год:

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

В 2016 году в связи с реконструкцией цеха крекинга и газоочистки на заводе этилена ПАО «Казаньорсинтез» разработаны основные технические решения, а в 2017 году внешний блок Проектируется трехкамерная крекинг-печь П-819/815/820 в составе установки крекинга этановой и пропановой фракций в трубчатых печах. Цель – подключение 3-х камерной печи, спроектированной и поставленной компанией «Технип», к технологическим коммуникациям завода этилена ПАО «Казаньоргсинтез» и строительство вспомогательных объектов для обеспечения соответствия параметров и показателей качества технологических линий и расходных показателей, необходимых для эксплуатации. топочного блока с учетом будущего строительства дополнительной четвертой камеры печи.

Проект включает в себя разработку узла нагрева и подготовки сырья и топливного газа, узла редуцирования пара, узла дозирования диметилдисульфида (ДМДС) — ингибитора коксообразования, системы подготовки и перекачки питательной воды, узла продувки.

Технология дозирования эффективно управляет производством полиэтилена

Ежегодно производится более 60 миллионов тонн полиэтилена, что делает его самым распространенным пластиком в мире. Из него делают бутылки, ведра, упаковку и десятки других изделий, которые мы видим и трогаем каждый день.

Сырье, используемое для производства пластмасс, представляет собой сырую нефть и природный газ, которые разбиваются на более мелкие компоненты, такие как нафта, этан и пропан (среди прочего). Более крупные углеводороды далее разделяются на более мелкие молекулы посредством сложного процесса крекинга, в котором используются температура, давление и химические добавки для создания строительных блоков, необходимых для преобразования исходного сырья в пластмассы.

Изображение 1. Эти насосы-дозаторы предназначены для ответственной химической обработки под высоким давлением. (Изображения любезно предоставлены Милтоном Роем)

Этот процесс похож на выпечку пирога, поскольку различные ингредиенты добавляются в определенных количествах точно в нужное время. Однако эти ингредиенты токсичны, опасны и в некоторых случаях легко воспламеняются. Насосы-дозаторы должны быть рассчитаны на подачу этих химикатов с максимальной точностью и безопасностью.

Некоторые из крупнейших производителей химической продукции в мире составили контрольный список элементов, определяющих их наиболее эффективную технологию (МЭТ). В химических применениях, таких как производство полиэтилена, MET для насосов-дозаторов представляют собой технологии, разработанные для обеспечения точности, надежности, гибкости и безопасности.

Точность насоса

Хотя точность насоса-дозатора важна в любой отрасли, она приобретает другое значение в критической химической обработке. В качестве сравнения рассмотрим насосы-дозаторы, используемые в некоторых других отраслях промышленности, где небольшие допуски по объему перекачиваемых химикатов все же дадут желаемый эффект. Рассмотрим тот же сценарий с дозированием химических катализаторов для производства пластмасс. Углеводороды, меняющие состояние, не переходят из одной начальной точки в одну конечную. Вместо этого они следуют динамическому континууму, где изменения давления и температуры или различные объемы катализаторов могут привести к превращению сырья в любое количество элементов. Слишком большое или слишком малое дозирование может привести к взрыву или может привести к тому, что продукт не будет похож на желаемый пластик. В любом случае крайне важно дозировать точное количество катализатора точно в нужное время для получения желаемого продукта.

В химической обработке точность выходит за рамки контроля качества. Это также влияет на итоговый результат. Поскольку химические заводы работают непрерывно, действия должны быть выполнены правильно с первого раза. Трудно, а в некоторых случаях и невозможно повторить настройку и начать заново. Ошибки в одной части процесса создают волновые эффекты в других частях процесса, что требует времени и денег.

По всем этим причинам насосы-дозаторы должны быть спроектированы так, чтобы обеспечивать погрешность в установившемся режиме ±1 процент с диапазоном изменения 100:1 и производительностью, которую можно регулировать с помощью ручного управления, приводов с регулируемой скоростью и электронных или пневматических приводов.

Рис. 2. Мембрана с гидравлическим приводом работает с одинаковым давлением между гидравлической и технологической жидкостями, что снижает нагрузку на движущиеся части, что приводит к повышению производительности и долговечности насоса.

Повышенная надежность

Отказы или незапланированное техническое обслуживание могут иметь дорогостоящие последствия для установок, работающих круглосуточно. Для защиты от сбоев многие крупнейшие химические компании используют насосы-дозаторы с мембранами с гидравлическим приводом (HAD).

Секрет долговечности насоса HAD заключается в тефлоновой диафрагме, которая действует как барьер между поршнем и технологической жидкостью. HAD работает с одинаковым давлением между гидравлической и технологической жидкостями, что устраняет нагрузку на диафрагму, поскольку давление практически одинаково с обеих сторон в любое время. Без равного давления с обеих сторон диафрагме пришлось бы выдерживать все давление процесса. В насосе HAD диафрагма сбалансирована и остается под низким напряжением. Ни одна из движущихся частей не растягивается и не сжимается, в результате чего срок службы может достигать 9 часов.6000 часов (или 10 лет непрерывной работы) с минимальным обслуживанием.

Гибкость системы

Из-за токсичности жидкостей в сочетании с многочисленными колебаниями температуры и давления во время производства гибкость в конструкции насоса-дозатора имеет важное значение для критически важных технологических операций.

Конструкции насосов-дозаторов должны быть модульными и настраиваемыми, чтобы они могли работать с различными блоками подачи (из нержавеющей стали, сплавов, ПВХ) и удовлетворять различным технологическим требованиям. В идеале насосы должны иметь рамы разных размеров, чтобы иметь возможность работать с широким диапазоном мощностей и давлений. Мультиплексные конфигурации одной и той же рамы или комбинации рам обеспечивают еще большую гибкость, позволяя приводить в действие до 16 различных насосов одним двигателем.

Безопасность рабочих

Агрессивный характер химикатов, подаваемых через дозирующие насосы, может привести к выходу из строя обратных клапанов и диафрагм, вызывая засорение блока подачи, что может привести к утечкам.

Для применений с давлением до 5000 фунтов на квадратный дюйм (psi) была разработана критическая рабочая диафрагма (CSD), способная выдерживать высокое давление всасывания. CSD может выдерживать давление всасывания, равное максимальному давлению нагнетания насоса, без повреждения диафрагмы. Это особенно полезно при работе с насыщенными жидкостями, потому что давление всасывания необходимо для преодоления высокого давления пара, чтобы удерживать жидкости в растворе.

Кроме того, дозирующие насосы CSD обеспечивают высокую скорость жидкости через головку насоса. Технология передней продувки на диафрагме обеспечивает опорожнение всей проточной части при каждом ходе, очищая ее и предотвращая засорение или утечки. Поскольку некоторые углеводороды воспламеняются при смешивании с воздухом, дозирующие насосы не должны иметь вращающихся уплотнений, которые могут вызвать утечки. Они должны иметь герметичные диафрагмы и, в некоторых случаях, двойные диафрагмы с системами обнаружения разрыва, которые могут отключить двигатель насоса до любого разрыва.

Заключение

Производство пластмасс остается огромной отраслью, и эта отрасль продолжает расти. Из-за роста производства сланца в США, упростившего доставку сырья, за последние два года в США было построено больше химических заводов, чем за предыдущие 15 лет вместе взятые.

Опасности, связанные с производством пластмасс, хорошо известны; кодифицированы передовые методы безопасного обращения с материалами; и технология, которая автоматизирует эти передовые методы, продолжает развиваться и совершенствоваться.

Учитывая эти факторы, долгосрочные перспективы отечественного производства полиэтилена являются жизнеспособными, а при наличии легкодоступных насосов-дозаторов MET действительно настало время, когда химические компании тоже могут получить свой пирог и съесть его.

Практический пример

Вызов

Насосы загрузки катализатора в полипропиленовый реактор, используемые на крупном заводе по производству полиэтилена, сталкивались с многочисленными отказами, что приводило к остановке установки каталитического реактора и потерям производства на сотни тысяч долларов в час. Предприятию требовался более надежный насос, который мог бы выдерживать агрессивные химические вещества, давление и условия обработки, а также насос, который мог бы выдерживать колебания климата в регионе.

Решение

Один производитель разработал специальный насос загрузки реактора. Насос отличался критически важными рабочими жидкостными частями, специально разработанной диафрагмой из гайлона с более толстыми стенками, чем у стандартных насосов, и обратными клапанами, оснащенными закаленными шарами и седлами. Конструкция насоса 92-го года позволила ему приспособиться к твердым частицам и вязкости, встречающимся в реакторной жидкости, и непрерывно перекачивать твердые частицы в реактор катализатора под давлением около 800 фунтов на квадратный дюйм с точностью и надежностью. Кроме того, насос не защищен от погодных условий, подвергаясь воздействию температур от 100 F (38 C) до дождя, ветра и других неблагоприятных условий. Из-за надежности работы насоса оператор завода установил насосы на других объектах в регионе и по всему миру.

Насколько могут увеличиться мощности заводов по производству полиэтилена и полипропилена?

Установки по производству полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) являются популярными производными после установок для крекинга этилена или нефтехимического каталитического крекинга в кипящем слое (petro-FCC).

Дайви, Дж. Д., консультант по технологии производства полиолефинов

Заводы по производству полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) являются популярными производными после установок для крекинга этилена или нефтехимического каталитического крекинга в кипящем слое (petro-FCC). Нефтеперерабатывающие заводы диверсифицировались в сторону нефтехимии, чтобы улучшить валовую маржу переработки (ВМР) и гибкость ассортимента продукции. Это привело к эволюции конфигурации интегрированных нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов. Строительство таких крупных комплексов требует больших капитальных затрат, поэтому также наблюдается рост спроса на оптимизацию экономики затрат.

Следовательно, заводы по производству этиленового крекинга мощностью более 1 млн т этилена в год стали нормой. Мощности заводов по производству этилена выросли почти до 2 млн тонн в год, что было немыслимо еще два десятилетия назад.

Будучи постоянно растущим термопластом, ПЭ был на волне и разделил большую часть этиленового пирога. Нередко в конфигурации можно увидеть одну, две или даже три установки ПЭ.

Точно так же в конфигурацию всегда входит по крайней мере один полипропиленовый завод. Интеграция петро-FCC с заводом по производству полипропилена стала нормой для многих нефтеперерабатывающих заводов, которые не хотят заниматься другими видами нефтехимии. Точно так же за последние два десятилетия увеличилось количество установок по дегидрированию пропана (PDH) и производству полипропилена. Это увеличило тенденцию к созданию одного или двух крупных заводов по производству полипропилена на постоянно расширяющемся рынке полипропилена.

С включением нескольких заводов по производству ПЭ/ПП для обеспечения баланса олефинов производительность одной линии установок по производству ПЭ/ПП увеличилась до 450 000–550 000 т/год. Примерно до 2010 года заводы по производству ПЭ/ПП мощностью 300–400 000 тонн в год считались стандартными для крупного завода. Однако лицензиары технологий ПЭ/ПП не отстают, предлагая мощности в диапазоне от 450 000 до 650 000 т/год, в зависимости от ассортимента продукции.

В этой статье будут рассмотрены определяющие факторы для различных технологий премиум-класса, которые могут ограничить пропускную способность одной линии, а также потенциальные проблемы для будущего увеличения пропускной способности.

Мощности заводов по производству ПЭ/ПП следует рассматривать с двух разных точек зрения: с одной точки зрения – с точки зрения лицензиаров технологии, а с другой – с точки зрения владельцев-производителей, которые не лицензируют технологию.

Владельцы-производители разрабатывают, строят и эксплуатируют свои собственные заводы, которые могут располагаться в одном или нескольких местах и ​​либо принадлежат напрямую, либо являются частью СП. Эти производители ПЭ/ПП не лицензируют технологию. Мощности этих заводов в основном построены по модульному принципу и не обязательно сопоставимы с другими заводами; поэтому эти растения не рассматриваются в этой статье.

Действуют два типа лицензиаров технологий: те, которые разрабатывают, строят и эксплуатируют свои собственные заводы либо на своих предприятиях, либо на предприятиях СП; и те, которые на данном этапе не управляют своим заводом или не владеют им. Очевидно, что либо они, либо их предшественники в области этих технологий были пионерами, разрабатывали, строили и эксплуатировали свои собственные установки в прошлом.

Когда лицензиары выдают лицензию на ноу-хау технологии лицензиатам, они проектируют установки с учетом гарантий производительности в соответствии с лицензионными соглашениями. В таких ситуациях лицензиары будут проектировать установки с разумной расчетной маржой, как правило, 10–15%. Поэтому, если завод гарантирован на 100% мощности, лицензиар проектирует завод на 110%–115% этой мощности.

В этой статье рассматриваются лицензированные технологии, некоторая информация о которых находится в открытом доступе.

Технологии ПЭ: современные и перспективные сценарии

ПЭ является ведущей термопластичной смолой на рынке в течение последних семи десятилетий. В то время как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), производимый по технологии высокого давления, появился в 1930-х годах, настоящий прорыв произошел в 1950-х годах с появлением полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), производимого процессами низкого давления с использованием катализаторов Циглера или хромовых катализаторов. катализаторы на основе.

С тех пор развитие технологии ПЭВП привело к радикальным изменениям в способах использования полиэтилена для различных целей. ПЭВП, имеющий широкий спектр применения, обычно производится либо суспензионным способом, либо газофазным процессом в псевдоожиженном слое. Суспензионный процесс далее делится на два процесса: реактор с мешалкой непрерывного действия (CSTR) или петлевой шламовый процесс. Основными лицензиарами в этой категории являются LyondellBasell (CSTR) 1 , показанные на РИС. 1 ; Мицуи Кемикалс (CSTR) 2 , показанный на ФИГ. 2 ; и Chevron Phillips Chemicals (петлевая суспензия) 3 , показанная на фиг. . 3 с использованием одного или нескольких реакторов. Мощности одной линии с этими технологиями установились в диапазоне от 400 000 до 500 000 тонн в год, чтобы обеспечить особенно нишевые приложения в диапазоне высокой молекулярной массы (HMW).

РИС. 1. Полиэтилен: технологическая схема CSTR — Hostalen ACP. Источник: LyondellBasell.

РИС. 2. Полиэтилен: технологический процесс CSTR — Mitsui CX. Источник: Mitsui Chemicals.

РИС. 3. Полиэтилен: циклический суспензионный процесс. Источник: Chevron Phillips Chemicals.

В 1960-х годах Union Carbide внедрила газофазный процесс с псевдоожиженным слоем (теперь широко известный как Unipol PE™, показанный на РИС. 4 ) для производства ПЭВП, ориентированный в основном на более низкие области применения с точки зрения молекулярной массы. Его преемник Univation 4 в настоящее время является единственным лицензиаром в этом технологическом сегменте после того, как Ineos прекратила свой лицензионный бизнес. Unipol PE™ предлагает либо катализаторы Циглера-Натта (ZN), либо катализаторы на основе хрома, либо специальные катализаторы, охватывающие весь диапазон областей применения продукта.

РИС. 4. Полиэтилен: газовая фаза с псевдоожиженным слоем Univation (UNIPOL).

В 60-х и 70-х годах были разработаны два процесса, которые стали пионерами линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE) в растворе и газофазного процесса в псевдоожиженном слое. Однако эта технология решения, которая произвела революцию в LLDPE, практически исчезла из-за более высоких капитальных затрат и громоздких операций по сравнению с конкурирующими технологиями и не представляется перспективной для любого нового завода. За последнее десятилетие не появилось ни одного нового завода, основанного на этой технологии.

Компания Univation, преемница Union Carbide, тем временем максимизировала концепцию «поворотного» режима производства ЛПЭНП и ПЭВП в одном реакторе. И здесь, после ухода Ineos с рынка лицензирования, Univation фактически является монополистом в этой категории. Основным преимуществом Unipol PE™ является его способность предлагать большие однолинейные мощности до 650 000 тонн в год и, возможно, даже больше. Эта технология предлагает ZN-катализаторы, катализаторы на основе хрома и металлоценовые катализаторы для различных видов ЛПЭНП, тем самым обещая все, от ЛПЭНП до высококачественных сортов ПЭВП, в одном реакторе.

Основные лицензиары технологии производства полиэтилена приведены в ТАБЛИЦЕ 1 .

Технологии полипропилена: современные и перспективные сценарии

Полипропилен является второй по популярности термопластичной смолой с точки зрения объема и областей применения и производится в основном с использованием петлевой суспензии, процессов в газовой фазе с псевдоожиженным слоем и газовой фазе с перемешиванием.

Технология петлевой суспензии предлагается LyondellBasell (Spheripol™) 5 , показана на РИС. 5 и Mitsui Chemicals (Hypol™) 6 ; технология газовой фазы с псевдоожиженным слоем предлагается W. R. Grace and Co. (Unipol PP™) 7 ; и технология газовой фазы с перемешиванием предлагается компанией Lummus Novolen (Vertical Stirred Gas Phase) 8, показанной на фиг.. 6 . Ineos предлагала процесс с горизонтальным перемешиванием в газовой фазе, пока не вышла из лицензионного бизнеса в 2016–2017 годах. С уходом Ineos конкуренция сократилась в основном до LyondellBasell, W. R. Grace and Co., Lummus Novolen и Mitsui Chemicals. За исключением Mitsui Chemicals, все остальные лицензиары предлагают производительность одной линии в диапазоне от 450 000 до 600 000 тонн в год, в зависимости от ассортимента продукции. Ожидается, что в будущем Mitsui Chemicals предложит конкурирующие однолинейные мощности.

РИС. 5. Полипропилен: петлевая суспензия Spheripol упрощает технологический процесс. (Источник: LyondellBasell)

РИС. 6. PP: газофазный процесс с перемешиванием. Источник: Луммус Новолен.

Гомополимер ПП, составляющий основную часть объема (примерно 70%–75%), производится в одноступенчатом реакторе или двух параллельных реакторах, в зависимости от технологии. Статистические сополимеры полипропилена, составляющие около 5–10% объема, также производятся в одноступенчатом реакторе или двух параллельных реакторах, как и гомополимер полипропилена с использованием этилена в качестве сомономера.

Ударопрочные сополимеры с использованием этилена в качестве сомономера, составляющие 20–25% по объему, производятся в последовательном или каскадном режиме, при этом второй реактор представляет собой газофазный реактор с псевдоожиженным слоем, как в случае LyondellBasell, W. R. Grace and Co. , и технологии Mitsui, а также реактор с вертикальным перемешиванием для Lummus Novolen. Все эти технологии предлагают свои запатентованные каталитические системы на основе ZN либо с запатентованными внешними донорами, либо с коммерчески доступными донорами. Хотя гомополимер полипропилена доминирует в объемах производства, ударопрочные сополимеры находят все более широкое применение в новых и инновационных областях применения. Терполимеры также появляются для специализированных применений, таких как низкотемпературная термосварка.

Лицензиары технологии полипропилена приведены в ТАБЛИЦЕ 2 .

Технологии LDPE: существующие и перспективные сценарии

Спрос на продукцию LDPE, который когда-то считался исчезающим, в последние два десятилетия резко возрос. LDPE производится либо трубчатым процессом высокого давления, либо автоклавным процессом высокого давления. Лицензиарами технологий для LDPE являются LyondellBasell, ExxonMobil и Sabtec. На заводах, построенных за последние два десятилетия, ПЭНП обычно производится исключительно в трубчатом реакторе. Автоклавная технология используется для производства только сополимеров, таких как этиленвинилацетат (EVA), важность которых для специальных применений растет. Проектные мощности трубчатых или автоклавных процессов зависят исключительно от инженерных возможностей высокого давления. Трубчатый процесс обеспечивает производительность до 450 000 тонн в год, а автоклавный процесс обеспечивает производительность до 150 000 тонн в год для EVA. Трубчатый процесс также может производить до 20% сополимеров ЭВА, в то время как автоклавный процесс может производить до 40% ЭВА. В ближайшем будущем не ожидается дальнейшего увеличения однолинейной производительности ни трубчатого, ни автоклавного процессов.

Две основные области непрерывных инноваций и совершенствования определяют производительность линии с одним реактором. Одна область специфична для технологических процессов, а другая является общей для всех технологий.

Реакторная технология

Конкретной областью, относящейся к каждой технологии или каждому лицензиару, является реакторная технология. Независимо от технологии, общей областью является экструдер или гранулятор, который преобразует порошок смолы в гранулы продукта путем плавления, что является более реологическим масштабированием и усовершенствованием оборудования в оборудовании для гранулирования.

Реакции полимеризации этилена и пропилена сильно экзотермичны. Реакция требует как можно более быстрого отвода тепла, чтобы контролировать температуру реактора и избежать «горячих точек» или локальных реакций. Давление в реакторе обычно поддерживают постоянным, а температуру регулируют в зависимости от типа получаемого полимера в пределах +/–1°С. Тепло отводится либо охлаждением рубашки, либо внешними охладителями, либо их комбинацией, и механизм варьируется от технологии к технологии.

Роль каталитической системы уникальна в полимеризации, поскольку катализатор обеспечивает реакцию и определяет характеристики полимера или свойства полимерного продукта. Это требует определенного минимального времени пребывания в реакторе, которое также различается для каждой технологии. Следовательно, размер или объем реактора в первую очередь определяются с учетом аспектов теплопередачи, массообмена и кинетики реакции.

Выход катализатора или производительность катализатора, определяемая количеством произведенного полимера в тоннах на кг катализатора (метрическая т/кг), является самым важным фактором, способствующим развитию технологии ПЭ/ПП. Хотя это не является темой данной статьи, следует отметить, что производительность катализатора благодаря непрерывным исследованиям и инновациям увеличилась в несколько раз до достаточно высокого уровня, чтобы обеспечить большие мощности однореакторных линий, которые в настоящее время преобладают. Ключевые факторы, влияющие на мощность реактора, различаются для каждого типа технологии.

Технологии CSTR для полиэтилена

Участвуют два основных фактора: объем реактора и мешалка реактора. Реактор представляет собой сосуд высокого давления с умеренным давлением, поэтому конструкция для данного объема не является определяющим фактором. Для больших емкостей решающее значение имеет конструкция системы мешалки.

Реакция полимеризации этилена является гетерогенной и включает сочетание газа (этилен, водород и сомономер), жидкости (сокатализатор и гексан) и твердого вещества (частицы катализатора и смола). Конструкция мешалки должна соответствовать следующим минимальным критериям:

  • Быстрое или почти мгновенное рассеивание газа в реакционной среде
  • Быстрые скорости реакции
  • Консистенция твердо-жидкой суспензии
  • Максимально быстрая теплопередача или отвод тепла для точного контроля температуры.

Продуманный баланс радиального и осевого перемешивания является ключом к конструкции перемешивания. Масштабирование мешалки стало более предсказуемым и точным с появлением вычислительного гидродинамического анализа (CFD); тем не менее, эмпирическое масштабирование, основанное на опыте, наряду с анализом CFD доминирует в дизайне. Известные поставщики справились с задачей масштабирования до больших мощностей, включая разработку надежных систем уплотнений мешалки. Минимум два реактора работают либо в параллельном, либо в каскадном режиме. Технология Hostalen ACP, предлагаемая LyondellBasell, использует три реактора.

Несколько реакторов предназначены для управления свойствами продукта, а также для снижения производительности каждого реактора. Размер отдельных реакторов с рубашкой достиг примерно 350 м 3 –400 м 3 . Большая часть тепла отводится внешними охладителями с помощью циркуляционных шламовых насосов.

Технологии шламовых реакторов с циркуляцией для полиэтилена

Опять же, двумя основными факторами являются объем реактора и циркуляционный циркуляционный насос. Реактор имеет форму длинных вертикальных сосудов, называемых реакторными петлями или опорами. Гетерогенная реакция включает газ (этилен, сомономер и агент обрыва цепи), жидкость (изобутан) и твердое вещество (смола и катализатор). Время пребывания или объем и аспекты теплопередачи определяются отношением L/D. Это привело к появлению нескольких ответвлений или контуров, работающих последовательно или параллельно с несколькими циркуляционными насосами. Таким образом, увеличение диаметра и отношения L/D на петлю в сочетании с несколькими петлями позволило увеличить производительность реактора. Масштабирование шламового циркуляционного насоса не только в объеме реактора, но и в масштабе стало проблемой для производителей специализированных насосов. Циркуляционный насос должен иметь большой расход, работающий с низким ΔP — но при высоком давлении всасывания — для поддержания высокой скорости для поддержания высокой консистенции суспензии или высокого соотношения твердой и жидкой фаз. Механически сложной задачей было создание системы уплотнений для работы с этиленом и легкими углеводородами, такими как изобутан, в дополнение к увеличению размера рабочего колеса насоса.

Зарекомендовавшие себя поставщики постепенно преодолели эту проблему и стали поставлять требуемые насосы большой производительности, работающие в тяжелых условиях.

Технология петлевого шламового реактора для ПП

Предыдущее обсуждение в принципе справедливо и для полипропиленовой технологии. Отличие заключается в том, что реагент пропилен выступает в роли разбавителя суспензии. Газофазный реактор с псевдоожиженным слоем используется в каскадном режиме для производства ударопрочных сополимеров.

Газофазный реактор с псевдоожиженным слоем для PE

Здесь реакция проводится в псевдоожиженном слое, и полученное тепло реакции переносится во внешний охладитель газом-носителем или рециркулирующим газом через компрессор рециркуляционного газа.

Часть тепла реакции также удаляется путем испарительного охлаждения с использованием инертного изопентана в циркулирующем газе, что также называется режимом конденсации. Реактор состоит из двух частей: одна представляет собой цилиндрическую вертикальную оболочку, в которой находится псевдоожижающий слой смолы, а вторая состоит из большого куполообразного сосуда поверх цилиндрической оболочки, который отделяет циркулирующий газ от порошка смолы перед выходом из реактора. .

Объем купола очень велик по сравнению с корпусом, что позволяет отделить циркулирующий газ от любых частиц смолы. Объем кипящего слоя обеспечивает минимальное время пребывания и действует как теплоотводящая среда. Объем цилиндрической оболочки определяет минимальное время пребывания. Скорость псевдоожижения должна быть высокой, чтобы рассеивание тепла было быстрым для точного и точного контроля температуры, и в то же время обеспечивалось хорошее перемешивание катализатора и реагентов в слое смолы, чтобы псевдоожижающий слой почти приближался к CSTR, хотя и несопоставим. в CSTR.

Таким образом, объемы реакторов, определяемые соотношением L/D и скоростью псевдоожижения, а также соответствующий объем купола, с годами выросли в несколько раз, чтобы соответствовать мощностям одного реактора. Единственный реактор используется для производства бимодальных продуктов из ПЭВП с использованием радикальных инноваций в технологии катализаторов.

Мощности компрессоров рециркуляционного газа соответствуют требуемым расходам газа, чтобы соответствовать мощностям реактора. Известные поставщики увеличили производительность компрессора, что требует очень высоких скоростей потока при низких ΔP , но с высоким давлением всасывания и соответствующей надежной системой механического уплотнения для работы с этиленом, сомономерами, водородом и т. д.

Газофазный реактор с псевдоожиженным слоем для полипропилена в принципе, но с некоторыми отклонениями. Избыток реагента пропилена используется для испарительного охлаждения, называемого режимом конденсации, для повышения производительности по отводу тепла в данном реакторе. Хотя существуют некоторые различия в механизмах псевдоожижения этилена и пропилена, общие принципы проектирования в основном одинаковы.

Газофазный реактор с вертикальным слоем перемешивания

Здесь реактор типа CSTR без разбавителя, в котором слой смолы приводится в движение за счет низкой скорости несущего газа. Избыток реагента пропилена также используется для испарительного охлаждения, таким образом, он служит испаряющейся жидкостью, а также газом-носителем.

Высокая скорость не требуется, поскольку перемешивание заменило задачу псевдоожижения. Механическое смешивание катализатора в слое смолы улучшает характеристики смешивания, а также реакцию и рассеивание тепла. Расходы газа-носителя довольно малы, поскольку псевдоожижение отсутствует. Минимальное время пребывания зависит от объема реактора и соотношения L/D.

Опять же, как и в случае с другими технологиями CSTR, конструкция сосуда высокого давления не представляла особых проблем, в отличие от увеличения конструкции мешалки. Однако, в отличие от CSTR, эта мешалка не требует интенсивного перемешивания радиальными и осевыми движениями, а требует умеренной интенсивности перемешивания. Конструкция мешалки здесь отличается от CSTR в том смысле, что здесь в основном происходит смешивание газа и твердой фазы с очень небольшим количеством жидкой фазы.

Смешивание газа и твердых частиц было более эмпирическим, чем мешалка CSTR. Опять же, появление CFD-анализа помогло усовершенствовать запатентованную конструкцию мешалки. Lummus Novolen начала заниматься лицензированием относительно поздно, но быстро ускорила наращивание мощностей до мирового стандарта с помощью известных поставщиков мешалок.

Суть проблем, связанных с масштабированием реактора, обобщена в ТАБЛИЦА 3 .

Экструдер или установка для гранулирования

Экструдер является важным узлом на любом предприятии по производству полиэтилена и полипропилена, независимо от технологии или лицензиара. За системой реакции полимеризации следует дегазация смолы, обработка порошка смолы, смешивание полимерных добавок и, наконец, экструдер или гранулятор. В экструдер подается либо порошок смолы, либо расплав смолы. За исключением технологии LDPE и растворного PE, во всех других технологиях используются экструдеры с подачей порошка смолы. Точно так же все эти экструдеры являются двухшнековыми экструдерами. Блок экструдера представляет собой комплектное изделие, состоящее из нескольких компонентов, в том числе:

  • Главный двигатель и главный редуктор
  • Технологическая секция или основной экструдер, состоящий из комбинации нескольких шнековых элементов собственной разработки, шестеренчатого насоса, фильеры, подводного гранулятора, сушилки гранул и т. д.

Когда речь идет об увеличении производительности экструдера, автоматически включаются все связанные компоненты. Каждый из компонентов должен соответствовать общей производительности экструдера. На самом деле, когда указана основная секция обработки, производительность последующих блоков (например, шестеренчатый насос, пресс-форма, гранулятор, сушилка гранул) должна быть на 10–15% выше, чем у основной секции обработки.

Используя ту же аналогию, мощность экструдера должна быть на 10–20 % выше, чем у реакционной секции. Это гарантирует, что небольшой останов на техническое обслуживание в зоне экструдера на 4-8 часов не повлияет на работу реактора; когда экструдер перезапускается, он может работать с более высокой производительностью, чем реактор, чтобы снизить запасы смолы на входе до нормального уровня и снова перевести установку в режим стабильной работы. Руководящим принципом при проектировании установки является то, что любое оборудование после зоны реакции не должно контролировать или ограничивать производительность.

В ТАБЛИЦЕ 4 показано, как комплекты экструдеров и системы транспортировки гранул (или системы пневмотранспорта) проектируются в зависимости от производительности установки или мощности реактора. Следует отметить, что экструдер и конвейерные установки обычно рассчитаны на соотношение производительности реактора:экструдера:транспортера = 100:120:140 или 100:110:120 по отношению к реактору.

100:120:140 является более консервативным подходом и обычно желателен и применяется в полной мере для любого завода. Тем не менее, схема 100:110:120 иногда выбирается выборочно, чтобы оптимизировать экономику предприятия или сохранить первоначальные капитальные затраты на более низком уровне для более высокой производительности > 500 000 тонн в год с учетом ассортимента продукции.

Вместимость экструдера

Комплект экструдера является самой дорогостоящей статьей во всей смете расходов на ПЭ/ПП. Пакет экструдера занимает большую площадь и усложняет конструкцию установки в дополнение к более высоким капитальным затратам. Тенденция состоит в том, чтобы установить только один экструдер эквивалентной мощности, а не делить его на два меньших пакета экструдеров.

Исключение делается только для тех заводов по производству полиэтилена, на которых должна производиться большая часть сортов труб (например, трубы из полиэтилена 100 или черные трубы), что оправдывает установку специального экструдера для трубных сортов.

Экструдер с двигателем или приводом мощностью 15 МВт–20 МВт считается очень большим и обычно является односкоростным экструдером, поскольку экструдеры с регулируемой скоростью и такими большими двигателями чрезвычайно дороги. Кроме того, удельный энергетический индекс пакета экструдера, определяемый как кВтч/кг (киловатт-час/килограмм) мощности, становится высоким и непомерно дорогим из-за затрат на энергию или электроэнергию.

Производительность экструдера номинально определяется диаметром шнека. Известные поставщики упаковки для экструдеров успешно продемонстрировали работу с диаметром шнека 380–450 мм с улучшенной эффективностью наполнения. Мега-компаундеры, как их называют, почти достигли предела крутящего момента для стандартизированной пропускной способности по отношению к удельной энергии, особенно для ЛПЭНП и ПЭВП для определенных применений примерно на уровне 100 т/ч.

Производительность одного экструдера до 100 т/ч считается проверенным и надежным способом масштабирования. Это означает, что компоненты, расположенные ниже по потоку от технологической секции, рассчитаны на производительность более 100 т/ч. Таким образом, логично, что производительность реактора или установки 80–85 т/ч (или эквивалент 700 000 т/ч) достижима с эксплуатационной надежностью, если производительность экструдера 100 т/ч считается доказанным масштабированием. .

Силосы и пневмотранспорт

Силосы обычно изготавливаются из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Эти безнапорные сосуды изготавливаются на месте. Количество и размер силосов определяются заказчиком в зависимости от его философии работы. Тем не менее, каждый силос вместимостью от 700 до 1000 т является обычным в отрасли с комбинированным установленным пространством для хранения 24–48 часов для смешивания и хранения, что определяет количество силосов.

Пневматическая транспортировка гранул

Гранулы продукта пневматически транспортируются из экструдера в бункеры для смешивания/хранения и транспортируются из бункеров на склад для расфасовки или упаковки.

Пневматическая транспортировка пеллет во многом определяется принципом скорости для предотвращения оседания твердых частиц во время транспортировки по конвейеру. Следовательно, размеры трубопроводов увеличиваются пропорционально пропускной способности и имеют тенденцию к увеличению. Это не так очевидно в прямых трубопроводах; именно такие элементы трубопровода, как отводы, отводные клапаны, поворотные питатели и т. д., действительно ограничивают надежность масштабирования и надежность компонентов. Как правило, производительность пневмотранспорта до 120 т/ч считается доказанной благодаря надежному масштабированию, хотя в будущем кажутся многообещающими мощности до 140 т/ч.

Впереди проблемы с производительностью одной линии

Это обсуждение предполагает, что производительность одной линии для заводов по производству полиэтилена и полипропилена, как ожидается, будет находиться в диапазоне от 500 000 до 700 000 т/год в верхней части спектра. Производительность завода будет зависеть от ассортимента продукции и выбранной технологии. Выбор технологии определяется следующими факторами:

  • Гибкость
  • Универсальность
  • Ассортимент продукции
  • Ассортимент катализаторов и производительность
  • Время перехода продукта
  • Подтвержденная мощность критического оборудования, такого как реактор, экструдер и т. д.

Это, конечно, сверх обычных параметров CAPEX и OPEX.

Вывод

ПЭ сталкивается с более серьезными проблемами из-за природы широкого спектра применения продукта, начиная от LLDPE, MLLDPE, MDPE, MM-HDPE и HM-HDPE до бимодального HDPE. Ожидается, что ни одна технология не будет охватывать весь диапазон в равной мере по разным причинам. Это вынуждает лицензиатов искать разумное сочетание технологий, чтобы охватить весь ассортимент продукции, или сосредоточиться на выборочной номенклатуре продукции. Возможные комбинации могут быть следующими, но не ограничиваются ими:

  • Газовая фаза кипящего слоя + петлевая суспензия
  • Газовая фаза с псевдоожиженным слоем + CSTR
  • Две газовые фазы в псевдоожиженном слое с возможностью качания
  • Двухконтурный навоз: SL + ADL.

Можно ожидать, что производительность одной линии этих технологий вскоре возрастет до диапазона 550 000–750 000 т/год с упором на энергоэффективный дизайн.

ПП имеет преимущество перед ПЭ в том, что все технологии ПП предлагают полный ассортимент продукции. При отсутствии этилена может быть установлена ​​только установка по производству гомополимера полипропилена с возможностью последующего добавления реактора ударопрочного сополимера полипропилена, за исключением компании Lummus Novolen, поскольку ее двухреакторная технология позволяет производить весь ассортимент продукции. Ожидается, что все технологии полипропилена в скором времени выйдут на диапазон от 550 000 до 750 000 т/год с упором на энергоэффективный дизайн.

Можно предположить, что проблема крупнотоннажных установок может быть частично решена путем установки одной или нескольких маломощных, дорогостоящих специализированных установок, которые представляют собой производные этилена или пропилена, отличные от обычных ПЭ и ПП. Новая тенденция перенаправления части этилена и пропилена для производства специальных химикатов с более высокой добавленной стоимостью ярко маячит на горизонте и появится раньше, чем позже. Размер завода будет удобно меньше, и, соответственно, капитальные затраты уменьшатся при относительно более высокой отдаче. Элементы бизнес-рисков, сопровождающие большие однолинейные мощности, будут заменены возможностями. HP

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. LyondellBasell, онлайн: https://www.lyondellbasell.com/en/search/?q=hostalen
  2. Mitsui Chemicals, онлайн: https://jp. mitsuichemicals.com/en/search/?q=cx
  3. Chevron Phillips Chemical, онлайн: https://www.cpchem.com/search?search=martech
  4. Univation Technologies, онлайн: https://www.univation.com/en-us/unipol.html
  5. LyondellBasell, онлайн: https://www.lyondellbasell.com/en/search/?q=spheripol\
  6. Mitsui Chemicals, онлайн: https://jp.mitsuichemicals.com/en/search/?q=hypol
  7. W. R. Grace and Co., онлайн: https://grace.com/en-us/capabilities/Pages/unipol-plant-and-process-overview.aspx
  8. Lummus Technology, онлайн: https://www.lummustechnology.com/Process-Technologies/Petrochemicals/Polyпропилен-Production

Автор

Дайви, Дж. Д. — Консультант по технологии полиолефинов, Мумбаи, Индия

Джаянт Д. Дайви работает консультантом по технологиям производства полиолефинов, оказывая помощь в оценке и выборе технологий, проектировании процессов и устранении неполадок как на новых, так и на действующих нефтехимических заводах. До этого он ушел с поста старшего вице-президента Reliance Industries Ltd., где отвечал за технологии производства полиолефинов. Он обладает обширным опытом в течение четырех десятилетий практически во всех технологиях HDPE, LLDPE, LDPE и PP. Он также работал менеджером по технологиям в производстве легких олефинов FCC, работая с химическими веществами C2, C3, C4 и C5. Область его интересов и знаний варьируется от полиолефиновых катализаторов и реакционных систем до продуктов. Он руководил многими проектами от концепции до ввода в эксплуатацию, включая проектирование и проектирование. Он имеет степень бакалавра технических наук (BS) Лакшминараянского технологического института Нагпурского университета и степень M.Tech (MS) Индийского технологического института в Бомбее, Индия, в области химического машиностроения.

Статьи по теме

  • Редакционный комментарий: Наша цель: 100 лет стремления обеспечить техническое редакционное превосходство для HPI
  • История HPI: 2000-е годы: Net-zero, экологические нормы, ускорение производства и цифровая трансформация
  • Точка зрения: путь к автономии: как автоматизация процессов строит завод будущего
  • Создание возможностей для будущих специалистов по жидкостным машинам
  • История HPI: 1990-е годы: экологически чистое топливо и сокращение выбросов, слияния и поглощения, GTL и войны полевых шин
  • Передовые методы перезагрузки и перезапуска катализатора гидрообработки — часть 2

Из архива

  • Шесть соображений по модернизации системы управления турбомашинами
  • Точка зрения: «Интеллектуализация» нефтеперерабатывающего завода для обеспечения устойчивости бизнеса
  • Бизнес-тенденции: глобальный обзор нефтехимии — часть 1
  • Максимальное использование нефтехимии в FCCU для повышения рентабельности НПЗ и улучшения качества бензинового пула
  • Тенденции в бизнесе: чистые виды топлива — глобальный переход к миру с низким содержанием серы
  • Семь основных причин снижения производства олефинов

POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES / polyethylene-production-technologies.

pdf / PDF4PRO

POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESPOLYETHYLENE PRODUCTIONTECHNOLOGIES POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESROUTES TO POLYETHYLENEPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESB yproducts(LPG or C4 s)EthyleneNatural GasEthylenePartialOxidationAcetyleneButa dieneButaneCondensateEthane/PropaneMetha neПропиленПолимеризацияПолиэтиленПаровой крекингПропиленБутадиенЭкстракция и дегидрированиеПаровой крекингСепарация природного газа1. Из природного газаПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИC4 для производства сжиженного нефтяного газа Топливный газПропиленБутадиенБензинМазутЭтиленПолимеризацияПолиэтиленПаровой крекингЭкстракция и дегидрированиеБутанНафта2. От нафтаПОЛИЭТИЛЕНА ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Пути к ПЭ Новые тенденции1. МТО (метанол в олефины)2. Бионефтехимия (дегидратация этанола) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИПОЛИЭТИЛЕНА полимеризация РЕАКЦИЯ И МЕТОДЫ ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация РеакцииРеакция, в которой полимерная цепь образуется путем объединения большого количества малых молекул, называемых мономерами.

ПЭ Полимеризация Методы (продолжение) 2. Полимеризация при низком давлении • Производство ЛПЭНП и ПЭВП • Использование сомономера (бутен-1, гексен-1 или октен-1) • Рабочее давление от 10 до 80 бар изб. • Рабочая температура от 70 до 300 °C • Можно использовать 3 типа катализатора Ziegler/ Natta

Transcription of POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES

1 POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESPOLYETHYLENE PRODUCTIONTECHNOLOGIES POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESROUTES TO POLYETHYLENEPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESB yproducts(LPG or C4 s)EthyleneNatural GasEthylenePartialOxidationAcetyleneButa dieneButaneCondensateEthane/PropaneMetha nePropylenePolymerizationPolyethyleneSte am crackingPropyleneButadieneExtraction & ДегидрированиеПаровой крекингСепарация природного газа1. Из природного газаПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИC4 для производства сжиженного нефтяного газа Топливный газПропиленБутадиенБензинМазутЭтиленПолимеризацияПолиэтиленПаровой крекингЭкстракция и дегидрированиеБутанНафта2. От нафтаПОЛИЭТИЛЕНА ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Пути к ПЭ Новые тенденции1. МТО (метанол в олефины)2. Бионефтехимия (дегидратация этанола) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИПОЛИЭТИЛЕНА полимеризация РЕАКЦИЯ И МЕТОДЫ ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация РеакцииРеакция, в которой полимерная цепь образуется путем объединения большого количества малых молекул, называемых мономерами.

2 полимеризация полимеризация стадии реакции:1. Инициирование Чтобы запустить реакцию, нужно использовать катализатор, инициатор или ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ2. Размножение/рост Новый радикал, образовавшийся на первой стадии, реагирует с другой молекулой мономера с образованием нового более крупного радикала. Этот рост цепи продолжается до тех пор, пока распространение не прекратится PE полимеризация Реакции (продолжение)3. Прекращение Механизм остановки распространения- Дис-размножение- Рекомбинация- Передача цепи ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация Техники Путь к ПЭ делится на две категории:1. Полимеризация под высоким давлением Производство полиэтилена низкой плотности Рабочее давление от 1000 до 3000 бар изб. Рабочая температура от 80 до 300 C Автоклавный или трубчатый реактор Свободнорадикальные катализаторы с использованием инициаторов (пероксидов) Компрессия этилена до реакционного давления через несколько стадий сжатия с межступенчатым охлаждением в основном ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация Технологии (продолжение)2.

3 Полимеризация при низком давлении Производит ЛПЭНП и ПЭВП Использует сомономер (бутен-1, гексен-1 или октен-1) Рабочее давление от 10 до 80 бар изб. Рабочая температура от 70 до 300°С Возможны 3 типа катализатора б/у Ziegler/ натта Cr/Mo оксид МеталлоценПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация Методы (продолжение) Существует ТРИ различных процесса, разработанных для полимера низкого давления Процесс Оба катализатора и полученный полимер необходимо удалить, чтобы изолировать растворитель. Реакция полимеризации происходит в CSTR (реактор непрерывного действия с мешалкой). КатализаторЭтиленРастворительПолимер2. Низкое давление полимеризация (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация Методы (продолжение)II. Суспензионный катализатор и полимер, образовавшиеся во время производства, остаются взвешенными в жидкой среде, но никогда не растворяются. полимеризация реакция происходит в CSTR ortubular Низкое давление полимеризация (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ полимеризация Методы (продолжение)III.

4 Газофазный процесс Растворитель не используется. Этиленовый мономер и катализатор на носителе вдувают в реактор. Полимеризация Реакция имеет влияние на индивидуальное русло низкое давление Полимеризация (продолжение D) Полиэтилен Производство Технология Egional Difference/Polishylymer (9031 (9031 ( 344444. ПОЛИЭТИЛЕН PRODUCTION TECHNOLOGIESPE polymerization TYPICAL PROCESS SCHEMEPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESCo-monomerPurificationEthyle ne Purification & CompressionEthyleneh3 HydrogenPurification(If Applicable)Catalyst(s)PreparationSection PolymerizationRecycle gas recovery & coolingRecycle gas compressorDegassingGas recycle & RecoveryPolymer withdrawal & conditioning (drying )ЭкструзияДобавкиПеллетированиеСилосы для хранения, расфасовка в мешки и паллетированиеПродуктРегенерация растворителя(если применимо) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИПОЛИЭТИЛЕН, МАРКИ И СВОЙСТВАПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ ПЭ представляет собой термопластичный полимер, который может быть расплавлен до жидкого состояния и переформован при возвращении в твердое состояние.

5 ПЭ синтезируется химическим путем из молекул, содержащих длинные цепи мономера этилена. ПЭ является наиболее широко используемым пластиком, годовой объем производства которого во всем мире составляет около 150 миллионов метрических тонн (2013 г.). ПОЛИЭТИЛЕН ПРОДУКЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ Важнейшие марки ПЭ СвойстваHDPELLDPELDPED Плотность, г/см , %80

0 65 Темп. C130125115 Прочность на выход, MPA20 408 454 16. типы ПЭВП по молекулярно-массовому распределению1. Низкомолекулярный вес (LMW)2. Высокомолекулярный (HMW) Оба называются UNIMODALHDPE, что связано с наличием уникального режима для каждого реактора. БИМОДАЛЬНЫЙ – это комбинация LMW и HMW в одном реакторе. Почему BIMODAL HDPE? Легкие контейнеры при сохранении хорошего качества PRODUCTION TECHNOLOGIES UNIMODAL HDPEPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES BIMODAL HDPE (cont d) POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESPOLYETHYLENE END USER TECHNIQUESPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES End User Processing TechniquesExtrusionPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESS heet ExtrusionThermoforming End User Processing Techniques (продолжение г) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО Technologiesb Lown Film End User Techniques (продолжение D) Полиэтилен Производство Технологические технологии. Ведра и контейнеры Стретч-пленкиПОЛИЭТИЛЕН ПРОДУКЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ HDPE Каски Бутыли для моющих средств Трубопроводы для распределения природного газа и воды Контейнеры для хранения пищевых продуктов Пробки для бутылокПОЛИЭТИЛЕН PRODUCTION TECHNOLOGIES LDPE Plastic bags Dispensing bottles Film warps Cables insulation General purpose containersPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESPOLYETHYLENE MARKET ANALYSISPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES PE Global Demand Growth RatePOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES LLDPE Market Analysis Over the forecast period (2025 ), ожидается, что общий рост ЛПЭНП будет увеличиваться примерно на процент в год. Бутен-1 является традиционным сомономером для товарного применения из-за его относительно низкой стоимости. Темпы роста мирового спросаПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ2. Мировой спрос (2013 г.) млн т Анализ рынка ЛПЭНП (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ3.

7 Анализ мирового рынка ЛПЭНП и спроса (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ2. Местный спрос (2013 г.) Спрос на сорт бутена-1 KTA Гексен-1 – это KTA LLDPE Анализ рынка Египта (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ3. Местное предложение и спрос (бутен-1) LLDPE Анализ рынка Египта (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Анализ рынка ПЭНД1. Глобальный темп роста % ежегодно2. Мировой спрос (2013 г.) млн т ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ3. Анализ мирового рынка спроса и предложения ПНД (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Анализ рынка ПВД1. Глобальный темп роста % ежегодно2. Мировой спрос (2013 г. ) 20 млн т ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ3. Рост местного потребления2151201251301351402010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Потребление KTAC Потребление KTA LDPE Анализ рынка (продолжение) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Основными движущими силами цены являются сочетание себестоимости производства и баланс спроса и предложения Факторы, влияющие на цену:1.

8 Цены в другом регионе2. Отношение к другим продуктам нефтехимии3. Рентабельность предшествующих и последующих процессов ЦЕНЫ ОСНОВАПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Марки ПЭ Ценовая историяПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИПОЛИЭТИЛЕН TECHNOLOGIES AND FEATURESPOLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIESHIGH PRESSURE polymerization LICENSORS(LDPE) POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES High Pressure polymerization Licensors ExxonMobil (Autoclave, Tubular) SABIC (Tubular) Lyondell Basell (Lupotech T) (Tubular ) Lyondell Basell (Lupotech A) (автоклав) Polineri Europa (автоклав, трубчатый) Mitsubishi (автоклав) Simon Carves (автоклав) ПОЛИЭТИЛЕН PRODUCTION TECHNOLOGIES Exxon Mobil (Tubular) POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES Exxon Mobil (Autoclave) POLYETHYLENE PRODUCTION TECHNOLOGIES Exxon Mobil (Tubular/Autoclave) Features The tubular reactors operate at pressure up до 3000 бар, где автоклавный реактор работает при давлении ниже 2000 бар. Диапазон MI: 150 Диапазон плотностей: Диапазон регулирования реактора: 50% Короткое время пребывания.

9Утечка в реакторе до 40% Технологическая и механическая конструкция до 400 тыс. тонн в год Возможность перехода от гомополимеров к сополимерам Продукт трубчатого процесса обычно имеет более высокую молекулярную массу и имеет больше ответвлений с короткой цепью, чем ПЭНП из автоклавного процесса. Производство гомополимеров LDPE и этиленвинилацетата (EVA) ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ полимеризация ЛИЦЕНЗИАРЫ (HDPE & LLDPE) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Низкое давление Полимеризация Лицензиары1. Суспензионные процессы Циглера (HDPE) Lyondell Basell (Hostalen) Mitsui Chemicals (процесс CX) Nippon Equistar2. Процессы шламового цикла (ПЭВП и качающийся ЛПЭНП/ПЭВП) Chevron Phillips Borealis (BORSTAR) (цикл шлама и газовая фаза последовательно) INEOS ТЕХНОЛОГИИ (Innovene S) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ3. Газофазные процессы (HDPE и качающийся LLDPE/HDPE) Унивация (UNIPOL PE Process, PRODIGY Bimodal) и унимодальный качающийся процесс UNIPOL Lyondell Basell (Spherilene), бимодальный качающийся Lyondell Basell (Lupotech G) унимодальный ПЭВП/MDPE INEOS INNOVEN G унимодальный качающийся процесс4 .

10 Процессов растворов (LLDPE) DOW Chemical (Dowlex) DSM/STAMICARBORD (компактный) NOVA Chemicals (Sclairtech) (Advanced Sclairtech) Низкое давление Полимеризация Лицензиары 1.10334 -vecellegel. Суспензионный процесс (ПЭВП) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Используемый катализатор AVANT Z501 ИЛИ ZS509 Давление от 5 до 10 атм Температура от 75 до 90°С В качестве сополимера используется БУТЕН-1 Время пребывания до часов на реактор Гексан используется в качестве разбавителя Lyondell Basell Ziegler Slurry Process Особенности ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Chevron Phillips (шламовый цикл) ПОЛИЭТИЛЕН ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИИ Chevron Phillips (шламовый цикл) Особенности Два различных катализатора:1. Катализатор на основе хрома — MI до 52. Металлоорганический — MI от 1 до 100 Изобутен (углеводород), используемый в качестве разбавителя. Используемый сомономер — только гексан-1. свыше 96% Эффективный отвод тепла Водород используется для контроля молекулярной массы.

Показать больше


виды полиэтилена Технология производства ПЭ

При производстве литья под давлением деталей неизбежно использование пластикового сырья. Сегодня мы объясним процесс производства полиэтилена, основных 11 типов полиэтилена в мире. Технология производства полиэтилена

В настоящее время в мире существует много компаний с технологией полиэтилена , в том числе 7 компаний с технологией LDPE, 10 компаний с LDPE и технология полной плотности и 12 компаний с технологией HDPE. С точки зрения технологического развития, производство ПЭНП под высоким давлением является наиболее зрелым методом производства полиэтиленовой смолы. Как чайниковый метод, так и трубчатый метод созрели. В настоящее время эти две производственные технологии сосуществуют. Развитые страны обычно применяют процесс производства труб. Кроме того, зарубежные компании обычно используют низкотемпературные высокоактивные катализаторы для инициирования систем полимеризации, что позволяет снизить температуру и давление реакции. Производство ПВД высокого давления будет развиваться в направлении крупнотоннажного и трубчатого производства. В производстве ПЭНД и ЛПЭНП низкого давления в основном используются титановые и комплексные катализаторы. В Европе и Японии в основном используются титановые катализаторы типа Циглера, в то время как в США в основном используются комплексные катализаторы. В настоящее время в мире в основном используются 11 видов технологий производства полиэтилена. Краткое введение выглядит следующим образом:
(1) Базельская компания Газовая фаза Процесс Spherilene

Производство линейного полиэтилена может варьироваться от полиэтилена очень низкой плотности (ULDPE) до LLDPE, а также HDPE. Pick

Используются катализатор на основе титана типа Циглера-Натта и газофазный процесс Spherilene. В присутствии легких инертных углеводородов катализатор и сырье предварительно полимеризуются в массе, а полимеризация в массе происходит в мягких условиях. Суспензия поступает в первый газофазный реактор, использует охладитель контура циркулирующего газа для отвода тепла, а затем поступает в два газофазных реактора. Плотность выпускаемой продукции колеблется от ULDPE (менее 900 кг/м3) в ПЭВП (более 960 кг/м3), а скорость течения расплава (MFR) колеблется от 0,01 до 100. Благодаря использованию двух газофазных реакторов можно производить бимодальные и специальные полимеры. Вещи. Поскольку процесс Spheri Lene был представлен на рынке в 1992 году, его производственная мощность составляет 1,8 миллиона тонн в год. Шесть производственных установок (1 в США, 2 в Южной Корее, 2 в Бразилии и 1 в Индии) введены в эксплуатацию, еще две (по одной в Индии и Иране) находятся в стадии строительства. Мощность однолинейного производства может достигать 100 000 тонн на единицу продукции. Один 300000 тонн в год. В настоящее время в Китае нет производственных мощностей для такого типа техники.
(2)Borealis Bastar Process

Процесс Beixing PE может производить бимодальные и одномодальные LLDPE, MDPE (полиэтилен средней плотности) и HDPE. используйте петлевой реактор низкого давления серии

. Плотность ПЭ составляет 918-970 кг/м3, индекс расплава 0,1-100. Используйте катализатор Z-N или катализатор Ssc (с одним активным центром).

Катализатор и пропановый разбавитель смешиваются в компактном реакторе предварительной полимеризации, а сокатализатор,

Этилен, сомономер и водород. Предварительно полимеризованная суспензия поступает во второй более крупный шламовый петлевой реактор и работает в сверхкритических условиях (75-100°С, 5,5-6,5 МПа). Может производить бимодальные продукты. Испаренный полимер далее направляется в газофазный реактор с псевдоожиженным слоем без добавления новых катализаторов, и могут быть получены гомополимеры. Условия газофазной реакции: 75-100°С, 2,0 МПа. Первый комплекс промышленного оборудования был введен в эксплуатацию в Финляндии в 19Во второй половине 2001 года в Абу-Даби были построены две производственные линии (450 000 т/год бимодальной продукции). Нефтехимическая компания становится крупнейшим в Китае полиэтиленовым устройством. Максимальная проектная мощность этой единственной линии этого процесса может достигать 300 000 тонн в год.
(3) Процесс Innovene в газовой фазе BP

Он может производить продукты LLDPE и HDPE с использованием катализаторов Z-N на основе титана, хрома или металлоцена. Хром

Химический агент может производить продукты с широким молекулярно-массовым распределением, а катализатор Циглера-Натта (Z-N) может производить продукты с узким молекулярно-массовым распределением. Рабочие условия реактора со слоем смягчены: 75-100°С и 2,0 МПа. В качестве сомономера можно использовать бутен или гексен. Введено в эксплуатацию, проектируется или строится 30 комплектов производственных линий. Мощность варьируется от 50 000 до 350 000 тонн в год.

Technip сотрудничает с BP в Европе, бывшем Советском Союзе, Южной Америке, Китае и Малайзии
Поддержка процесса BP Innovene для производства полиэтилена. Мощности BP Innovene PE в настоящее время превысили 8 миллионов тонн в год, включая устройства PE в Бандар-Имане в Иране, Грангермусе в Шотландии, Мераке в Индонезии и Келтихе в Малайзии. Второе расширение завода LLDPE/HDPE китайской Dushanzi Petrochemical Company также приняло процесс Innovene, увеличив производительность со 120 000 тонн в год до 200 000 тонн в год. Эта технология будет использоваться для производства новых 600 000 тонн полиэтилена SECCO.
(4) Процесс реакции в трубах и котлах ExxonMobil

Свободнорадикальный процесс высокого давления используется для производства гомополимера LDPE и сополимера EVA (этиленвинилацетат).

Используются крупные трубчатые реакторы (производительностью от 130 до 350 000 т/год) и реакторы с мешалкой (производительностью около 100 000 т/год). Рабочее давление трубчатого реактора достигает 300 МПа, а резервуарного реактора ниже 200 МПа. Преимущество процесса высокого давления заключается в сокращении времени пребывания, и тот же самый реактор может быть переключен с производства гомополимеров на сополимеры. Плотность гомополимерного полимера 912-935 кг/м3, индекс расплава 0,2-150. Содержание винилацетата может достигать 30%. Расход материалов и энергии на тонну производства полимеров составляет: 1,008 т этилена, 800 кВтч электроэнергии, 0,35 т пара, 5 м3 азота. Введено в эксплуатацию 23 комплекта технологических реакторов высокого давления производственной мощностью 1,7 млн ​​тонн в год. Производство гомополимеров и различных сополимеров. В настоящее время на недавно построенном заводе Yanshan по производству ПВД мощностью 200 000 тонн в год используется технология трубчатого метода компании.
(5) Mitsui Chemicals процесс суспензии низкого давления Cx

Он может производить HDPE и MDPE , используя метод суспензии низкого давления CX. Может давать бимодальное распределение молекулярной массы

Продукт. В реактор поступают этилен, водород, сомономер и катализатор сверхвысокой активности, и реакция полимеризации протекает в суспензионном состоянии. Система автоматического контроля свойств полимера может эффективно контролировать качество продукта, а катализатор сверхвысокой активности не нужно удалять из продукта. 90% растворителя, отделенного от суспензии, можно сразу рециркулировать в реактор без какой-либо обработки. Он может производить продукцию с узким или широким молекулярно-массовым распределением плотностью 930-970 кг/м3 и индексом расплава 0,01-50. Расход материалов и энергии на тонну произведенной продукции составляет: 1010 кг этилена и сомономеров, 305 кВтч электроэнергии, 340 кг пара, 190 т охлаждающей воды, 30 м3 азота. Введены в эксплуатацию или строятся 35 производственных линий общей мощностью 3,6 млн тонн в год. В настоящее время отечественные предприятия, использующие эту технологию, в основном включают завод мощностью 220 000 тонн в Дацине, завод мощностью 140 000 тонн в Янцзы и Яньшане и завод мощностью 70 000 тонн в Ланьчжоу.
(6) Процесс LPE с двухконтурным реактором Chevron-Philips

Процесс LPE компании Phillips Petroleum используется для производства линейного полиэтилена (LPE). Высокоактивный катализатор

Реагент полимеризуется в петлевом реакторе и суспензии изобутана. Индекс расплава продукта и распределение молекулярной массы можно регулировать и контролировать с помощью катализатора, рабочих условий и водорода. Сомономером может быть бутен-1, гексен-1, октен-1 и т.п. Высокая активность катализатора делает ненужным удаление катализатора, а во время полимеризации не образуется парафин или другие побочные продукты, что значительно снижает загрязнение окружающей среды. Этилен, изобутан, сомономер и катализатор непрерывно поступают в петлевой реактор и реагируют при температуре ниже 100°С и примерно 4,0 МПа, а время пребывания составляет примерно 1 час. Однопроходная конверсия этилена превышает 97%. Расход материалов и энергии на тонну произведенной продукции составляет: 1,007 тонны этилена, 2-10 долларов США на катализаторы и химикаты (для различных продуктов), 350 кВтч электроэнергии, 0,25 тонны пара, 185 тонн охлаждающей воды и 30 м3 азота. Введено в эксплуатацию и построено 82 производственные линии, что составляет 34% мировых мощностей по полиэтилену. Эта технология используется на заводе шанхайской компании Jinfei мощностью 135 000 тонн. Недавно построенное новое устройство Maoming производительностью 350 000 тонн в год также может использовать эту технологию.
(7) Univation Technology Company Газовая фаза низкого давления Процесс Unipol

LLDPE-HDPE производится по процессу Unipol PE низкого давления и давления воздуха. Использование суспензионного катализатора и газа

Фаза, реактор с псевдоожиженным слоем. При использовании обычных и металлоценовых катализаторов этап удаления катализатора не требуется. Инвестиционные и эксплуатационные расходы ниже, а окружающая среда меньше загрязняется. Этилен, сомономер и катализатор поступают в реактор с псевдоожиженным слоем, рабочие условия составляют около 100°С и 2,5 МПа. Плотность продукта 915-970кг/м3, индекс расплава 0,1-200. В зависимости от типа катализатора можно регулировать узкое или широкое молекулярно-массовое распределение. Введено в эксплуатацию или построено 89 производственных линий. Производительность одной линии может составлять от 410 000 до 450 000 тонн в год. В настоящее время существует много бытовых устройств, использующих эту технологию, в основном Maoming, Jihua, Yangtze, Tianjin, Zhongyuan, Guangzhou, Daqing, Qilu и т. д. технология получения плотности

900-970 кг/м3 полиэтилена. Используют реактор с мешалкой, а температура полимеризации составляет 200°С. Водород используется для контроля молекулярной массы полимера. Стадии удаления катализатора не требуется. Расход материалов и энергии на тонну продукта составляет: этилен и сомономер 1,016 т, электричество 500 кВтч, пар 400 кг, охлаждающая вода 230 м3, пар низкого давления (выход) 330 кг. В эксплуатации находится 5 комплектов установок общей мощностью 650 000 тн/год.
(9) Базельская полиолефиновая компания Hostalen Process

Хосталенский процесс перемешивания используется для производства ПЭВП. Используйте два реактора параллельно или последовательно

Суспензионная полимеризация.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.