Производство полиэтилена

Производство полиэтилена.

Полиэтилен – самый дешевый пластик, который сегодня производится на рынке. Исходный компонент – газ этилен. Промышленное производство ПЭ строится на трех основных методах полимеризации:

• При давлении 120-300 МПа с добавлением кислорода как катализатора;
• При низком давлении до 0,6 МПа с катализатором из органических соединений;
• При среднем давлении до 7 МПа с растворителем углерода и другими катализаторами.

Сырье для полиэтилена

Этен – исходное сырье для этилена, простейший углеводород, бесцветный газ, который получают из легкодоступных фракций нефти. Это нефтяные или попутные газы, образующиеся при производстве многочисленных нефтепродуктов.

Современные линии по производству полимера часто находятся на предприятиях нефтепереработки, чтобы миновать стадии сборки и транспортировки газов.

Чтобы реакция прошла успешно, к этилену добавляются вспомогательные вещества – катализаторы. Как правило, это кислород, некоторые другие газы и присадки, позволяющие добиться тех или иных качеств конечного материала.

Получение ПВД

ПВД также проходит стадию полимеризации, которая включает в себя три этапа:

• Добавление инициаторов (катализаторов) к этилену;
• Рост цепи полимера;
• Обрыв цепи.

Процесс протекает при высоком давлении (до 300 МПа) и температуре (200 градусов), в результате чего инициатор (как правило, это кислород или оксид) распадается на свободные радикалы, взаимодействующие с этиленом.

Свободные радикалы помогают молекулам этилена присоединять к себе другие молекулы этилена, таким образом, начинается рост цепи конечного полимера – полиэтилена. Вновь образованные цепи всегда имеют боковые ответвления, тем самым повышается прочность материала.

Технология получения ПВД может осуществляться в массе или в растворе. Первый вариант наиболее распространен. По данному методу газы – исходное сырье, пропускают через фильтр, чтобы очистить их от различных примесей.

К этилену добавляют кислород в качестве катализатора. Чтобы добиться максимального количества полиэтилена на выходе, важно следить за температурой, давлением и количеством кислорода, т.е. важно соблюдать технологический процесс.

Поэтому на производстве строго контролируют поступление кислорода, т.е. именно он влияет на качество материала. При повышенной концентрации О2 этилен взрывается и разлагается.

Кислород добавляют на стадии фильтрации этилена. Смесь сжимают при давлении 35 МПа в четырехступенчатом компрессоре в два этапа. После каждого этапа полученный сжатый этилен охлаждается в водном растворе. Затем вещество опять фильтруется и проходит второй этап сжатия при давлении 300 МПа.

После этого сжатый газ нагревают до температуры в 200 градусов, чтобы началась реакция полимеризации. В результате нагрева получается смесь этилена и полиэтилена, так как перерабатывается не весь газ, часть остается в неизменном виде. Этилен убирается из раствора, полиэтилен проходит стадии охлаждения, гранулирования и сушки.

Корректируя температуру, давление, концентрацию кислорода можно регулировать свойства конечного продукта. Если давление превысит нормы, то у материала будет большая молекулярная масса, менее разветвленная структура и большая пригодность к переработке. Его будет легче перерабатывать

Если добавляется больше кислорода, молекулярная масса уменьшается, и повышается количество кислорода в полимере. Если превысить нормы температуры, полимер получится с большим количеством ветвей, но меньшей массой. Длительное время реакции повысить и массу вещества.

Получение ПНД

В качестве сырья также используется чистый этилен. Катализатором является триэтилат алюминия (органическое вещество, бесцветная жидкость, которая самовоспламеняется в воздухе) или хлорид диэтилалюминия (один из самых распространенных катализаторов для химических реакций, ускоряет полимеризацию). Может использоваться и хлорид титана.

Последовательная технология сегодня наиболее распространена, т. е. вещество проходит операцию полимеризации, очистку ПЭ от катализатора и сушки. В реакции участвует только 5% катализатора (от общей массы сырья). Рабочее давление 4 МПа, температура реакции 150 градусов.

5% катализатора поступают в емкость для размешивания и добавления полиэтилена. Емкость нагревают до 50 градусов, и газ этилен подают в нижнюю ее часть. Смесь катализатора и этилена взаимодействует, при этом температура остается постоянной 50-60 градусов – это температура реакции.

В результате ПНД получается загрязненным продуктами распада катализатора. Поэтому необходимо удалять катализатор из раствора ПНД. Его разлагают и отфильтровывают от полиэтилена. Конечный продукт гранулируют и сушат в чистом виде. Гранулирование производится в вакууме.

Получение линейного полиэтилена

Линейный полиэтилен изготавливается при температуре в 100 градусов и среднем давлении в 30-40 МПа. Полимеризация происходит в растворе. Такой способ эффективнее, так как раствор позволяет максимально превратить газы в конечный продукт, без большого количества побочных материалов. Выход материала в гранулах – до 80%.