Kõrg- ja madalrõhu polüetüleeni tootmise tehnoloogia. Madala tihedusega polüetüleeni tootmistehnoloogia

Polüetüleenkilede tootmise tooraineks on etüleeni polümerisatsioonil saadud polüetüleengraanulid. Kõrge ja madala tihedusega polüetüleeni tootmiseks kasutatakse kahte tehnoloogiat, mis hõlmavad protsessi erinevates polümerisatsioonitingimustes. HDPE ja LDPE toodetakse erinevatel temperatuuridel ja rõhkudel. Selle tulemusena omandavad materjalid erineva füüsikalise ja keemilised omadused.

Natuke tootmistehnoloogiast

Kõrgsurve all (1000-3000 kg/cm 2) saadud graanulitel on väiksem sisemine tihedus 0,925 g/cm 3. Sel viisil saadud kile on katsudes “õlisema” tunnetusega. See on suhteliselt läbipaistev ja venib hästi ilma rebenemiseta. Materjali iseloomustavad lühemad polümeerahelad. See on vähem kristalne ja sulab temperatuuril üle 100 C. Need omadused on seotud suure tihedusega polüetüleeniga, mida sageli nimetatakse LDPE-ks.

Madala tihedusega polüetüleen ehk HDPE polümeriseerub rõhul 1-5 kg/cm 2 ja saavutab tiheduse 0,945 g/cm 3 . Seda tüüpi polüetüleenkile on kristallilisem, selles olevad polümeeriahelad on pikemad ja vähem läbipaistvad. HDPE-kile sulatamine nõuab kõrgemat temperatuuri - alates 120C, seega on selle tootmise energiakulud suuremad. Kuid töö ajal talub seda tüüpi polüetüleenkile kõrgemaid temperatuure.

Populaarsed faktid

Silma järgi on LDPE-d HDPE-st väga lihtne eristada: madalsurvematerjalist polüetüleenkile “roostetab” alati purustamisel. Kodused lühendid erinevad välismaistest lühenditest, LDPE vastab LDPE-le (madala tihedusega polüetüleen) ja HDPE vastab HDPE-le (kõrge tihedusega polüetüleen). See on tingitud asjaolust, et Venemaal võetakse klassifitseerimise aluseks polüetüleeni polümerisatsiooni rõhk ja väljaspool selle piire - kasutatud graanulite tihedus. Kõrgsurvel valmistatud materjalil on madal tihedus ja madalal rõhul on see vastupidi kõrge.

Kus näeme kõige sagedamini polüetüleenkilest valmistatud tooteid? Muidugi poodides. Pidage meeles kahisevaid matte pakendikotte ja T-särkide kotte ning teadke, et need on valmistatud kõrge tihedusega madala tihedusega polüetüleenist. Siledad pakendikotid ning keevitatud ja pressitud käepidemetega kotid on valmistatud madala tihedusega kõrge tihedusega polüetüleenist. LDPE-st valmistatud tooted on esteetilisemad välimus ja võimaldab teil oma pinnale kanda eredaid ja värvilisi kujundusi.

Kokkuvõtteks tasub öelda, et praegu on polüetüleenist saanud pakenditööstuses kõige levinum polümeermaterjali tüüp. Ta oli leiutas esimesena, kuid sellegipoolest on selle populaarsus pakendites endiselt üks suurimaid.

Polüetüleen on polümerisatsiooni teel sünteesitud polümeeride ülemaailmses tootmises esikohal. Üks tootmismeetodeid on etüleeni kõrgsurve polümerisatsioon. Etüleeni toodetakse küllastunud süsivesinike pürolüüsi teel pürolüüsiahjudes pürolüüsigaasi tootmiseks.

Polüetüleeni tootmisega tegelevad kõik suured ettevõttedõli keemiatööstus. Peamine tooraine, millest polüetüleeni toodetakse, on etüleen. Tootmine toimub madalal, keskmisel ja kõrgel rõhul. Reeglina toodetakse seda 2–5 millimeetrise läbimõõduga graanulitena, mõnikord ka pulbrina. Tänapäeval on polüetüleeni tootmiseks neli peamist meetodit. Selle tulemusena saame:

1. kõrge tihedusega polüetüleen (HDPE)
2. madalrõhu polüetüleen (HDPE)
3. keskmise rõhuga polüetüleen (MDP)
4. lineaarne suure tihedusega polüetüleen (LDPE)

Kõrgsurve polüetüleen rõhk tekib kõrgel rõhul etüleeni polümerisatsiooni tulemusena, mis on kokkusurutud kõrge rõhuni, autoklaavis või torureaktoris. Polümerisatsioon reaktoris toimub radikaalse mehhanismi abil hapniku, orgaaniliste peroksiidide, nagu laurüül-, bensoüül- või nende segude mõjul. Etüleen segatakse initsiaatoriga, kuumutatakse seejärel temperatuurini 700 °C ja surutakse kompressoriga kokku kuni 25 MPa. Pärast seda siseneb see reaktori esimesse ossa, kus see kuumutatakse temperatuurini 1800 °C, ja seejärel reaktori teise ossa, et viia läbi polümerisatsioon, mis toimub temperatuuril vahemikus 190–300 °C ja rõhk 130 kuni 250 MPa. Kokku on etüleen reaktoris mitte rohkem kui 100 sekundit. Selle konversiooniaste on 25%. See sõltub initsiaatori tüübist ja kogusest. Saadud polüetüleenist eemaldatakse reageerimata etüleen, misjärel toode jahutatakse ja pakendatakse. LDPE-d toodetakse nii värvimata kui ka värviliste graanulite kujul.

Tootmine madalrõhu polüetüleen viiakse läbi kolme peamise tehnoloogia abil:

• Suspensioonis toimuv polümerisatsioon
• Lahuses toimuv polümerisatsioon. See lahus on heksaan.
• Gaasifaasi polümerisatsioon

Arvesse võetakse kõige tavalisemat meetodit polümerisatsioon lahuses. Polümerisatsioon lahuses viiakse läbi temperatuurivahemikus 160–2500 °C ja rõhul 3,4–5,3 MPa. Kokkupuude katalüsaatoriga kestab ligikaudu 10-15 minutit. Polüetüleen eraldatakse lahusest, eemaldades lahusti esmalt aurustis ning seejärel separaatoris ja granulaatori vaakumkambris. Granuleeritud polüetüleen aurutatakse veeauruga. HDPE-d toodetakse nii värvimata kui ka värviliste graanulite kujul ning mõnikord ka pulbrina.

Tootmine keskmise rõhuga polüetüleen viiakse läbi etüleeni polümerisatsiooni tulemusena lahuses. Keskmise rõhuga polüetüleeni toodetakse katalüsaatori juuresolekul temperatuuril ligikaudu 150 °C, rõhul, mis ei ületa 4 MPa. PSD sadestub lahusest helvestena. Ülalkirjeldatud viisil saadud toote massikeskmine molekulmass ei ületa 400 tuhat ja kristallilisusaste ei ületa 90%.

Tootmine lineaarne kõrgsurve polüetüleen teostatakse LDPE keemilise modifitseerimisega. Protsess toimub temperatuuril 150°C ja ligikaudu 3,0-4,0 MPa. Lineaarne madala tihedusega polüetüleen on struktuurilt sarnane suure tihedusega polüetüleeniga, kuid sellel on pikemad ja rohkem külgharusid. Lineaarse polüetüleeni tootmine toimub kahel viisil:

• Gaasifaasi polümerisatsioon
• Vedelfaasiline polümerisatsioon on praegu kõige populaarsem meetod. See viiakse läbi veeldatud kihi reaktoris. Etüleeni juhitakse pidevalt reaktorisse ja polümeer eemaldatakse, säilitades samal ajal reaktoris vedela kihi konstantse taseme. Protsess toimub temperatuuril umbes 100 °C, rõhul 0,689 kuni 2,068 MPa

Selle vedelfaasis polümerisatsioonimeetodi efektiivsus on madalam kui gaasifaasil, kuid sellel on ka oma eelised, nimelt: paigaldise suurus on palju väiksem kui gaasifaasi polümerisatsiooni seadmetel ja kapital. investeering on palju väiksem.

Peaaegu sarnane on meetod Ziegleri katalüsaatoreid kasutava segamisseadmega reaktoris. Selle tulemuseks on maksimaalne saagis. Mitte kaua aega tagasi hakati lineaarse polüetüleeni tootmiseks kasutama tehnoloogiat, mille tulemuseks on metallotseenkatalüsaatorite kasutamine. See tehnoloogia võimaldab saada polümeeri suuremat molekulmassi, suurendades seeläbi toote tugevust. LDPE, HDPE, PSD ja LDPV erinevad üksteisest nii oma struktuuri kui omaduste poolest ning neid kasutatakse lahendamiseks. erinevaid ülesandeid. Lisaks ülaltoodud etüleeni polümerisatsiooni meetoditele on ka teisi, kuid need pole tööstuses laialt levinud.

Tänapäeval toodetakse polümeeri kahes põhiklassis: LDPE ja HDPE.

On ka teisi polüetüleeni liike, millest igaühel on oma omadused ja kasutusala. Granuleeritud polümeerile lisatakse tootmisprotsessi käigus erinevaid värvaineid, mis võimaldavad saada musta polüetüleeni, punast või mis tahes muud värvi.

Kõrgsurve polüetüleeni toodetakse autoklaavides ja torureaktorites. GOST-i järgi on autoklaavis toodetud kaheksa marki LDPE-d. Torureaktorist toodetakse 21 tüüpi kõrge tihedusega polüetüleeni.

HDPE sünteesimiseks peavad olema täidetud järgmised tingimused:

1. temperatuurivahemik - 200 kuni 250 ° C
2. katalüsaator - puhas hapnik, peroksiid (orgaaniline)
3. rõhk 150 kuni 300 MPa

Esimeses faasis olev polümeriseeritud mass on vedelas olekus, seejärel liigub see separaatorisse, seejärel granulaatorisse, kus moodustuvad valmismaterjali graanulid. LDPE omadusi kasutatakse pakkekilede, termokilede ja mitmekihiliste pakendite tootmiseks. Kõrge tihedusega polüetüleeni kasutatakse ka auto-, keemia- ja toiduainetööstuses. Seda kasutatakse elamusektoris kasutatavate kvaliteetsete vastupidavate torude valmistamiseks.

Polüetüleeni tootmisettevõtete olulisemateks tööülesanneteks on seadmete moderniseerimine, pürolüüsi ja muundamise tehnoloogia täiustamine ning tootmisvõimsuse suurendamine. Selles suunas Esineb "LENNIIKHIMMASH". järgmised tüübid töötab :

• pürolüüsiahjude varustamise seadmete väljatöötamine nende moderniseerimise ajal
• ettevõtte hetkeseisu uuring
• analüüs, tasuvusuuring ja optimaalse rekonstrueerimisvõimaluse valik
• seadmete moderniseerimine
• hoonete ja rajatiste projekteerimine

Põhivarustus polüetüleeni tootmiseks:

• reaktoriplokk
• kompressorid
• kõrge ja keskmise rõhu taaskasutusseadmed (separaator, separaator, soojusvaheti)
• soojaveejaam pumpadega
• külmutusseade
• pumbad
• konteinerid, sh. segistiga

Seadmete olemasoleva seisukorra eelkontroll

Kogemus "LENNIIKHIMMASH"

Ajal, mil NSV Liidus ehitati aktiivselt pürogaasidest etüleeni ja propüleeni tootmiseks polümeermaterjalide tootmiseks ette nähtud tehaseid, oli LENNIIKHIMMASH mitmesuguste taimede madala temperatuuriga seadmete kolonni- ja soojusvahetusseadmete peamine arendaja ja tarnija. võimsused 45 kuni 300 tuhat tonni etüleeni aastas (E-45, EP-60, E-100, E-200, EP-300). Järgnevatel aastatel tehti tööd olemasolevate tootmisruumide rekonstrueerimiseks, et tõsta töödeldud pürogaaside tootlikkust, rakendati tehnilisi lahendusi paigaldiste töö stabiliseerimiseks, sihttoodete kadude vähendamiseks (saasteteguri suurendamiseks) ja toote kvaliteedi parandamiseks. . Samal ajal varustati paigaldised lisaseadmetega, vahetati välja kolonni kontaktseadmed, optimeeriti tehnoloogilist skeemi. Etüleeni tootmise madalatemperatuurilistes üksustes kasutati kolonniseadmete väljatöötamisel LENNIIKHIMMASH poolt läbi viidud uurimistöö tulemusi, välja töötatud salvete hüdraulilise arvutuse meetodeid ja etüleeni tootmisel välja töötatud seadmete plokkide kontrollimise tulemusi. Kõrgsurvepolüetüleeni tootmiseks Novopolotski, Sumgaiti, Tomski tehastele ja tootmiseks Saksamaal LENNIIHIMMASH töötati välja spetsiaalne varustus: kolb-etüleenkompressorid (võimenduskompressor, kõrgsurve-etüleenkompressor vastasalusel (I kaskaad - kuni rõhuni). 25 MPa ja II kaskaad - kuni 230 MPa), reaktoriseadmed, mahutid. Need seadmed töötavad edukalt ka praegu.

2010. aastal LDPE tootmiseks ettevõttes Lukoil Neftekhim Burgas AD (Bulgaaria) on välja töötatud ettepanek tootmisliinide rekonstrueerimiseks, et suurendada tootmisvõimsust, täiustada tehnoloogiat, asendada vananenud seadmeid ja olla majanduslikult otstarbekas.

Praegune toodang sisaldab:

• LDPE tootmistehas torureaktoriga võimsusega 50 tuhat tonni aastas (ATO protsess - Prantsusmaa)
• Paigaldus LDPE tootmiseks autoklaavreaktoriga (kaks tehnoloogilist liini võimsusega 15 tuhat tonni/aastas, kogutootlikkusega 30 tuhat tonni/aastas) ICI protsess - Inglismaa

LENNIIKHIMMASH spetsialistid viisid läbi ekspertiisi, mille käigus tuvastati järgmised põhi- ja abiseadmete varud:

Torureaktoriga paigaldise puhul on tootlikkuse osas reservid, mistõttu ei ole soovitatav seadet täielikult välja vahetada. Osaline moderniseerimine on võimalik peamiste tehnoloogiliste üksuste võimsuse suurendamisega:

• reaktoriplokk ilma reaktorit lahti võtmata
• surveseade koos seadmete osalise väljavahetamisega ilma konstruktsiooniosa muutmata
• madalrõhu taaskasutusseade jääb suuremate muudatusteta
• Kõrgsurve taaskasutusseade vajab olulist rekonstrueerimist

Välja on pakutud uue külmutusagregaadi projekt, mis tõstab oluliselt tootlikkust, on koostatud nimekiri uutest ja kaasajastatud seadmetest koos põhiliste tehniliste näitajatega.

Torureaktori rekonstrueerimise võimalus - üleminek kolmetsoonilisele
reaktor 2 ja 3 rekonstrueerimisvõimaluses koos vedeliku sisseviimisega
algatamine

Kompressori moderniseerimine – mitme kompressori võimendi/esimene etapp
Burckhardt

Välja on pakutud kolm rekonstrueerimisvõimalust. Olenevalt rekonstrueerimise mahust saab kahe tootmisüksuse kogutootlikkust tõsta 80 tuhandelt tonnilt PE aastas kuni:

• Variant 1 - 90 tuhat tonni/aastas
• Variant 2 - 130 tuh t/aastas
• Variant 3 - 128 tuh t/aastas

2016. aastal Seoses PJSC Kazanorgsintez etüleenitehase pürolüüsi ja gaasipuhastuse tsehhi rekonstrueerimisega on välja töötatud põhilised tehnilised lahendused ning 2017. aastal välispaigaldise “Neljakambriline etaanpürolüüsiahi P-810/815 tehniline projekt. /820/825” on käimas osana etaani pürolüüsiseadmest ja propaanifraktsioonist toruahjudes. Töö eesmärk on ühendada Technipi projekteeritud ja tarnitud 4-kambriline ahi PJSC Kazanorgsintezi etüleenitehase olemasoleva tehnoloogilise kommunikatsiooniga ning ehitada abirajatised, et tagada vastavus tehase parameetritele, kvaliteedi- ja tarbimisnäitajatele. ahjuploki tööks vajalikud protsessivood. Olemasolevate pürolüüsiahjude koondamise tagamiseks on ette nähtud uue 4-kambrilise pürolüüsiahju ja abirajatiste ehitamine.

Projekt hõlmab toorme ja põlevgaasi kütte- ja ettevalmistussõlme, auru redutseerimisseadme, dimetüüldisulfiidi (DMDS) - koksi inhibiitori - doseerimisseadme, toitevee puhastus- ja pumpamissüsteemi ning läbipuhumisveesõlme väljatöötamist.

• ristsidumine, vahustamine, klorosulfoonimine ehitusmaterjalide tootmiseks;
• metallist tugevdamine - suurendab jäikust, tugevust, võimaldab hankida ehituseks konstruktsioonimaterjale;
• keevitamine (takistuskeevitus, kasutades hõõrdumist, kuumutatud gaasi) - lehtede, kileribade, jäikade konteinerielementide ühendamine.

Saadud pakkematerjale saab kasutada toiduainetes, tööstuses, toiduks mittekasutatavad tooted. See pakend on universaalne:

• kaitseb niiskuse ja mustuse eest;
• ökonoomne;
• sobib igale tootele;
• sellel on neutraalsed keemilised omadused, ohutu koostis;
• võib olla läbipaistev, värviline (värvitud massis), kaunistatud trükiga;
• sobib taaskasutamiseks (lihtsam võrreldes teiste polümeeridega).

Liigid

Polümeer saadakse madala või kõrge rõhu tingimustes toimuva keemilise reaktsiooni tulemusena.

LDPE (LDPE, LDPE). Etüleen segatakse hapnikuga. Gaas polümeriseerub kuumutamisel ja rõhul 25 MPa. Tootlikkus - 18-20% gaasist läbib polümerisatsiooni, ülejäänu eemaldatakse reaktorist. Pärast jahutamist saadud polümeer granuleeritakse ja kuivatatakse. Enne granuleerimist võib toorainele lisada värvaineid. Pigmendi lisamisel muutuvad graanulid värviliseks (polümeer säilitab värvi edasise töötlemise käigus).

Saadud materjali molekulaarstruktuur on hargnenud sidemete ja amorfse kristallvõrega, mis tagab selle madala tiheduse.

Tehnilised andmed:

• molekulmass: (30-400)*10^3;
• sulandi voolavus: 0,2-20 g/10 min temperatuuril 230°C;
• klaas/sulab temperatuuril -4°C/+105-115°C;
• tihedus: 0,91-0,93 g/cm3;
• kristallilisuse koefitsient: 60%;

HDPE (HDPE, HDPE). Selle saamiseks piisab rõhust 3,4-5,3 MPa. Valmismaterjali tihedus suureneb suhteliselt madala rõhu tõttu. Polümerisatsioon viiakse enamasti läbi reaktsioonina orgaanilise lahusti (heksaani) lahuses katalüsaatori lisamisega. Segu kuumutatakse temperatuurini 160-250 ° C, rõhk - 3,4-5,3 MPa. Saadud lahus läbib täiendava töötluse: heksaanijääkide eemaldamine, granuleerimine, katalüsaatorijääkide väljapesemine. Seda tehnoloogiat kasutades on võimalik toota pulbrilist polüetüleeni. Sarnaselt PVD-ga saab seda pigmente lisades värvida.

Tehnilised andmed:

• molekulmass: (50-1000)*10^3;
• sulandi voolavus: 0,1-15 g/10 min temperatuuril 230 °C;
• klaas/sulab temperatuuril -120°C/+130-140°C;
• tihedus: 0,94-0,96 g/cm3;
• kristallilisuse koefitsient: 70-90%;
• tootmise käigus kahaneb see 1,5-2%.

Pakenditööstuses kasutatakse järgmisi lisatüüpe polüetüleeni ja etüleeni kopolümeere.

Polüetüleen:

• LLDPE - õhuke, lamineeritud, veniv, ;
• mLLDPE - kasutatakse lisakomponendina kilede tootmisel;
• MDPE - tootmiseks pöörleva vormimise teel, saab kasutada konteinerite ja jäikade konteinerite valmistamisel;
• EPE - vahutav, kasutatakse amortisaatorite, masinate, seadmete jms kaitsepakendite valmistamisel;
• PEC – klooritud, kasutatav modifitseeriva lisandina eriomadustega pakkematerjalide valmistamisel.

Etüleeni kopolümeerid:

• butüülakrülaadiga (EBA jne) - toit, mitmekihilised kiled, polümeeri tooraine modifikaator;
• metüülakrüüliga (EMA) - modifikaator polümeeride ühilduvuse parandamiseks;
• etüülakrülaadiga (EEA) - mitmekihilised kilematerjalid;
• vinüülatsetaadiga (EVA) - toiduainete pakendamine;
• vinüülalkoholiga (EVOH jne) - omadused määratakse etüleenisisalduse järgi, kasutatakse toiduks, kokkutõmbuvateks kiledeks, vormitud materjalideks;
• polüolefiinplastomeeridega (POE, POP) - mitmekihiliste kilede modifikaator.

LDPE-l ja HDPE-l on mitmeid ühiseid füüsikalisi ja keemilisi omadusi:

• vastupidavus kemikaalidele (mida suurem on tihedus ja molekulmass, seda vastupidavam on materjal);
• auru- ja gaasiläbilaskvus võib erineva kihtide arvuga ja erineva molekulaarstruktuuriga valmismaterjalide puhul erineda, kuid jääb igal juhul madalaks;
• neutraalsed keemilised omadused - ei reageeri leeliseliste kontsentraatide, soolalahustega, paljude hapetega (fluoriid, vesinikkloriid, süsinik jne), lahustitega (sh orgaaniline), alkoholide, õlidega;
• võib hävida kokkupuutel kloori, fluori, lahusega lämmastikhape(kontsentratsioonil 50%);
• võib orgaanilise lahusti mõjul paisuda;
• kõvadus - kõrgem HDPE (võib olla kõva), madalam LDPE (pehme) puhul;
• füüsikalised omadused- paindub ilma murdudeta, säilitab elastsuse laias temperatuurivahemikus ja on vastupidav löökkoormustele. Oma lõhna pole. Dielektriline. Ei ima ega ima võõrkehi;
• talub õhus kuumutamist kuni +80°C;
• vastuvõtlik fotovananemisele pikaajalise kokkupuute korral otsese UV-kiirgusega. Võimalik on kasutada fotostabilisaatoreid;
• ei eralda kahjulikke ega ohtlikke aineid, on kahjutu, kasutatav toiduainete pakendamiseks.

Ettevõte Alita kasutab LDPE-d, HDPE-d ja muud tüüpi polüetüleeni polümeerkilede, ümbriste, poolhülsside, mahutite ja muude pakkematerjalide tootmisel.