Tehnologia de producere a polietilenei de înaltă și joasă presiune. Tehnologia de producere a polietilenei de joasă densitate

Materia prima pentru fabricarea foliilor de polietilena este granulele de polietilena obtinute prin polimerizarea etilenei. Pentru obținerea polietilenei de înaltă și joasă presiune se folosesc două tehnologii, care implică trecerea procesului în diferite condiții de polimerizare. HDPE și LDPE sunt produse la temperaturi și presiuni diferite. Ca urmare, materialele capătă diferite fizice și Proprietăți chimice.

Câteva despre tehnologia de producție

Granulele obținute la presiune înaltă (1000-3000 kg/cm2) au o densitate intrinsecă mai mică de 0,925 g/cm3. Filmul rezultat este mai „gras” la atingere. Este relativ transparent și se întinde bine fără a se rupe. Materialul este caracterizat de lanțuri polimerice mai scurte. Este mai puțin cristalin și se topește la temperaturi peste 100 C. Aceste caracteristici se aplică polietilenei de înaltă presiune, care este adesea denumită LDPE.

Polietilena de joasă presiune sau HDPE polimerizează la o presiune de 1-5 kg ​​/ cm 2 și atinge o densitate de 0,945 g / cm 3. Acest tip de folie de polietilenă este mai cristalină, lanțurile polimerice sunt mai lungi, iar transparența este mai mică. Pentru a topi o peliculă HDPE este necesară o temperatură mai mare - de la 120C, deci costurile energetice pentru producerea acestuia sunt mai mari. Dar chiar și în timpul funcționării, acest tip de folie de plastic poate rezista la temperaturi mai ridicate.

Fapte populare

Este foarte ușor să distingem LDPE de HDPE cu privire la ochi: o peliculă de polietilenă din material de joasă presiune „foșnește” întotdeauna când este mototolită. Abrevierile interne sunt diferite de cele străine.LDPE corespunde LDPE (Low Density PolyEthylene) și HDPE - HDPE (High Density PolyEthylene). Acest lucru se datorează faptului că în Rusia clasificarea se bazează pe presiunea în timpul polimerizării polietilenei, iar în afara acesteia - densitatea granulelor utilizate. Un material realizat la presiune mare are o densitate redusă, în timp ce la presiune scăzută, dimpotrivă, este ridicat.

Unde vedem cel mai des produse de folie de plastic? Desigur, în magazine. Gândiți-vă la pungile și tricourile de ambalaj înghețate și știți că sunt fabricate din HDPE. În timp ce pungile de umplere netede și pungile cu mânere sudate și tăiate sunt fabricate din polietilenă de înaltă densitate de joasă densitate. Produsele LDPE au un aspect mai estetic aspectși vă permit să aplicați modele strălucitoare și colorate pe suprafața dvs.

În concluzie, trebuie spus că în prezent, polietilena a devenit cel mai masiv tip de material polimeric folosit în industria ambalajelor. A fost inventat primul, dar popularitatea sa în ambalaje este încă una dintre cele mai mari.

Polietilena ocupă primul loc în producția mondială de polimeri sintetizați prin polimerizare. Una dintre metodele de producție este polimerizarea la presiune înaltă a etilenei. Etilena este produsă prin piroliza hidrocarburilor saturate în cuptoarele de piroliză pentru a produce gaz de piroliză.

Toți sunt angajați în producția de polietilenă companii mari industria petrochimică. Principala materie primă din care se obține polietilena este etilena. Producția se realizează la presiuni joase, medii și înalte. De obicei, vine în granule care au un diametru de 2 până la 5 milimetri, uneori sub formă de pulbere. Astăzi există patru metode principale de producere a polietilenei. Ca rezultat, obțineți:

1. polietilenă de înaltă densitate (LDPE)
2. polietilenă de joasă densitate (HDPE)
3. Polietilenă cu densitate medie (PSD)
4. polietilenă liniară de înaltă presiune (LPVD)

Polietilenă de înaltă presiune presiunea se formează la presiune ridicată ca urmare a polimerizării etilenei, comprimată la presiune înaltă, într-o autoclavă sau într-un reactor tubular. Polimerizarea în reactor se realizează printr-un mecanism radical sub influența oxigenului, peroxizilor organici, sunt lauril, benzoil sau amestecurile lor. Etilena este amestecată cu un inițiator, apoi încălzită la 700 ° C și comprimată de un compresor la 25 MPa. După aceea, intră în prima parte a reactorului, în care este încălzit la 1.800 ° C, apoi în a doua parte a reactorului pentru a efectua polimerizarea, care are loc la o temperatură cuprinsă între 190 și 300 ° C. și o presiune de la 130 la 250 MPa. În total, etilena se află în reactor nu mai mult de 100 de secunde. Rata sa de conversie este de 25%. Depinde de tipul și cantitatea inițiatorului. Etilena care nu a reacţionat este îndepărtată din polietilena obţinută, după care produsul este răcit şi ambalat. LDPE este produs atât sub formă de granule nevopsite, cât și colorate.

Productie polietilenă de joasă presiune se realizează conform a trei tehnologii principale:

• Polimerizarea are loc în suspensie
• Polimerizarea are loc în soluție. Această soluție este hexan
• Polimerizare în fază gazoasă

Este considerată cea mai comună modalitate polimerizare în soluție... Polimerizarea în soluție se efectuează în intervalul de temperatură de la 160 la 2500 ° C și presiunea de la 3,4 la 5,3 MPa. Contactul cu catalizatorul durează aproximativ 10-15 minute. Separarea polietilenei din soluție se realizează prin îndepărtarea solventului, mai întâi în evaporator, apoi în separator și în camera de vid a granulatorului. Polietilena granulară este aburată cu vapori de apă. HDPE este produs atât sub formă de granule nevopsite, cât și colorate și uneori sub formă de pulbere.

Productie polietilenă presiune medie se efectuează ca urmare a polimerizării etilenei în soluție. Polietilena la presiune medie se obține la o temperatură de aproximativ 150 ° C, la o presiune de cel mult 4 MPa, în prezența unui catalizator. PSD din solutie cade sub forma de fulgi. Produsul obținut în modul de mai sus are o greutate moleculară medie în greutate de cel mult 400 mii, un grad de cristalinitate de cel mult 90%.

Productie polietilenă liniară de înaltă presiune se efectuează folosind o modificare chimică a LDPE. Procesul are loc la o temperatură de 150 ° C și aproximativ 3,0-4,0 MPa. Polietilena liniară de joasă densitate este similară ca structură cu polietilena de înaltă densitate, cu toate acestea, are ramuri laterale mai lungi și mai numeroase. Producția liniară de polietilenă se realizează în două moduri:

• Polimerizare în fază gazoasă
• Polimerizarea în fază lichidă este în prezent cea mai populară metodă. Se realizează într-un reactor cu pat lichefiat. Etilena este alimentată continuu în reactor și polimerul este îndepărtat în timp ce se menține un nivel constant al patului lichefiat din reactor. Procesul are loc la o temperatură de aproximativ 100 ° C, o presiune de 0,689 până la 2,068 MPa

Eficiența acestei metode de polimerizare în fază lichidă este mai mică decât cea a celei în fază gazoasă, dar are și propriile avantaje și anume: dimensiunea instalației este mult mai mică decât cea a echipamentelor de polimerizare în fază gazoasă, și investiții de capital mult mai mici.

Metoda într-un reactor cu un dispozitiv de agitare care utilizează catalizatori Ziegler este practic aceeași. În acest caz, se formează randamentul maxim al produsului. Nu cu mult timp în urmă, pentru producția de polietilenă liniară, a început să fie utilizată o tehnologie, în urma căreia s-au folosit catalizatori metalocen. Această tehnologie face posibilă obținerea unei greutăți moleculare mai mari a polimerului, crescând astfel rezistența produsului. LDPE, HDPE, PSD și LPVD diferă unul de celălalt, atât ca structură, cât și, respectiv, proprietăți, și sunt folosite pentru a rezolva sarcini diferite... Pe lângă metodele de mai sus de polimerizare a etilenei, există și altele, doar în industrie nu au primit distribuție.

Până în prezent, polimerul este produs în două clase principale de LDPE și HDPE.

Există și alte tipuri de polietilenă, fiecare dintre ele având proprietățile și domeniul de aplicare proprii. La polimerul granular se adaugă diferiți coloranți în timpul procesului de producție, care fac posibilă obținerea de polietilenă neagră, roșie sau orice altă culoare.

Polietilena de înaltă presiune se obține în autoclave, reactoare tubulare. Există opt mărci de LDPE fabricate într-o autoclavă, conform GOST. Douăzeci și unu de tipuri de polietilenă de înaltă presiune sunt produse din reactorul tubular.

Pentru sinteza HDPE, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

1. regim de temperatură - de la 200 la 250 ° С
2. catalizator - oxigen pur, peroxid (organic)
3. presiune de la 150 la 300 MPa

Masa polimerizata in prima faza are stare lichida, dupa care se deplaseaza in separator, apoi in granulator, unde sunt turnate granulele materialului finit. Calitățile LDPE sunt utilizate pentru producția de folii de ambalare, filme termice, ambalaje multistrat. De asemenea, polietilena de înaltă presiune este utilizată în industria auto, chimică, alimentară. Este folosit pentru a face țevi durabile de înaltă calitate utilizate în sectorul rezidențial.

Cele mai importante sarcini ale întreprinderilor pentru producția de polietilenă sunt modernizarea echipamentelor, îmbunătățirea tehnologiei de piroliză, conversia, creșterea capacității de producție. În această direcție „LENNIIHIMMASH” efectuează următoarele tipuri de muncă :

• dezvoltarea echipamentelor pentru echiparea cuptoarelor de piroliză în perioada modernizării acestora
• studiul stării existente a întreprinderii
• analiza, studiul de fezabilitate și selectarea opțiunii optime de reconstrucție
• modernizarea echipamentelor
• proiectarea cladirilor si structurilor

Principalele echipamente pentru producția de polietilenă:

• bloc reactor
• compresoare
• unități de reciclare la presiune înaltă și medie (separator, separator, schimbător de căldură)
• statie de apa calda cu pompe
• unitate frigorifică
• pompe
• containere, incl. cu dispozitiv de agitare

Examinarea preliminară a stării existente a echipamentului

Experiența „LENNIIHIMMASH”

În perioada de construcție activă în URSS a instalațiilor pentru producția de etilenă și propilenă din gaz de piroliză pentru producția ulterioară de materiale polimerice, LENNIIHIMMASH a fost principalul proiectant și furnizor de echipamente de schimb de căldură și coloane pentru blocuri de joasă temperatură pentru instalații de diferite capacități de la 45 la 300 de mii de tone de etilenă pe an (E-45, EP-60, E-100, E-200, EP-300). În anii următori, pentru unitățile de producție existente s-a lucrat la reconstrucția acestora în vederea creșterii productivității piroguelor prelucrate, s-au implementat soluții tehnice pentru stabilizarea funcționării instalațiilor, reducerea pierderii produselor țintă (creșterea factorului de recuperare). ) și îmbunătățirea calității produsului. Totodată, instalațiile au fost dotate cu echipamente suplimentare, au fost înlocuite dispozitivele de contact ale coloanelor, iar fluxul procesului a fost optimizat. În blocurile cu temperatură scăzută ale producției de etilenă, în dezvoltarea echipamentelor coloane, au fost utilizate rezultatele cercetării efectuate de LENNIIHIMMASH, metodele dezvoltate de calcul hidraulic al plăcilor, rezultatele examinării blocurilor de echipamente dezvoltate în producția de etilenă. Pentru producția de polietilenă de înaltă presiune pentru uzinele Novopolotsk, Sumgait, Tomsk și producția din Germania LENNIIHIMMASH, au fost dezvoltate echipamente speciale: compresoare cu piston de etilenă (compresor booster, compresor de etilenă de înaltă presiune pe bază opusă (I cascadă - până la 25) Cascada MPa și II - până la 230 MPa), echipamente reactoare, rezervoare Acest echipament continuă să funcționeze cu succes în prezent.

În anul 2010 pentru producția de LDPE la întreprinderea „Lukoil Neftekhim Burgas AD” (Bulgaria) a elaborat o propunere de reconstrucție a liniilor tehnologice în scopul creșterii capacității de producție, îmbunătățirii tehnologiei, înlocuirii echipamentelor învechite, fezabilitate economică.

Productia existenta include:

• Instalație pentru producția de LDPE cu un reactor tubular cu o capacitate de 50 mii tone/an (proces ATO - Franța)
• Instalatie pentru productia LDPE cu reactor autoclav (doua linii tehnologice cu o capacitate de 15 mii tone/an fiecare, cu o capacitate totala de 30 mii tone/an), procesul companiei ICI-Anglia

Specialiștii LENNIIHIMMASH au efectuat un sondaj, în cadrul căruia au fost identificate următoarele rezerve pentru echipamentele principale și auxiliare:

Pentru o instalatie cu reactor tubular exista rezerve de capacitate, ceea ce face recomandabil sa nu se inlocuiasca intreaga instalatie. Modernizarea parțială este posibilă cu creșterea capacității principalelor unități tehnologice:

• bloc reactor fără dezmembrare reactor
• unitate de compresie cu înlocuire parțială a echipamentului fără schimbarea piesei de construcție
• unitatea de reciclare la presiune joasă va rămâne neschimbată
• Unitatea de reciclare de înaltă presiune necesită renovare semnificativă

A fost propusă proiectarea unei noi unități frigorifice, care va crește semnificativ productivitatea, a fost întocmită o listă de echipamente noi și modernizate ale unităților cu principalele caracteristici tehnice.

Reconstrucția unui reactor tubular - trecerea la un reactor cu trei zone
reactor în 2 și 3 versiuni de reconstrucție cu introducere de lichid
iniţiere

Modernizare compresor - Booster multicompresor / prima treapta
de Burckhardt

Sunt propuse trei variante de reconstrucție. În funcție de volumul de reconstrucție, productivitatea totală a celor două producții poate fi crescută de la 80 mii tone PE pe an la:

• Opțiunea 1 - 90 mii tone/an
• Opțiunea 2 - 130 mii tone/an
• Opțiunea 3 - 128 mii tone/an

În 2016în legătură cu reconstrucția atelierului de piroliză și epurare a gazelor a uzinei de etilenă din Kazanorgsintez PJSC, au fost elaborate principalele soluții tehnice, iar în 2017, proiectarea tehnică a unității exterioare „Furnal de piroliză cu etan cu patru camere P-810/ 815/820/825" este în curs de desfășurare, ca parte a unității de piroliză a etanului și a fracțiunii de propan în cuptoarele tubulare. Scopul lucrării este de a lega cuptorul cu 4 camere, proiectat și furnizat de Technip, la comunicațiile tehnologice existente ale fabricii de etilenă a PJSC Kazanorgsintez și construirea de instalații auxiliare care să asigure respectarea parametrilor, indicatorilor de calitate și consum ale fluxurile tehnologice necesare funcţionării blocului cuptorului. Se are în vedere construcția unui nou cuptor de piroliză cu 4 camere și a unor instalații auxiliare pentru a asigura redundanță pentru cuptoarele de piroliză existente.

Proiectul include dezvoltarea unei unități de încălzire și pregătire pentru materii prime și gaz combustibil, o unitate de reducere a aburului, o unitate de dozare a disulfură de dimetil (DMDS) - un inhibitor de cocs, un sistem de tratare a apei de alimentare și o stație de pompare, o unitate de purjare de apă.

• reticulare, spumare, clorosulfonare pentru producerea materialelor de constructii;
• armătură metalică - crește rigiditatea, rezistența, vă permite să obțineți materiale structurale pentru construcție;
• sudare (contact, prin frecare, gaz încălzit) - foi de îmbinare, benzi de film, elemente de containere rigide.

Materialele de ambalare rezultate pot fi folosite pentru produse alimentare, industriale, produse nealimentare... Acest ambalaj este universal:

• protejează împotriva umezelii, murdăriei;
• economic;
• potrivit pentru orice bun;
• are proprietăți chimice neutre, compoziție sigură;
• poate fi transparent, colorat (colorat în vrac), decorat prin imprimare;
• Reciclabil (mai ușor de procesat decât alți polimeri).

feluri

Polimerul este produs ca rezultat al unei reacții chimice care are loc în condiții de presiune joasă sau înaltă.

LDPE (LDPE, LDPE). Etilena este amestecată cu oxigenul. Gazul polimerizează atunci când este încălzit și sub o presiune de 25 MPa. Productivitate - 18-20% din gaz suferă polimerizare, restul este îndepărtat din reactor. Polimerul rezultat, după răcire, este granulat și uscat. Coloranții pot fi adăugați la materia primă înainte de granulare. Când se adaugă pigment, granulele devin colorate (polimerul își păstrează culoarea în timpul prelucrării ulterioare).

Structura moleculară a materialului obținut este cu legături ramificate, cu o rețea cristalină amorfă, care îi conferă o densitate scăzută.

Specificații:

• masa moleculară: (30-400) * 10 ^ 3;
• debitul de topire: 0,2-20 g/10 min la 230°C;
• sticlos / se topește la o temperatură de -4 ° C / + 105-115 ° C;
• densitate: 0,91-0,93 g/cm3;
• coeficient de cristalinitate: 60%;

HDPE (HDPE, HDPE). Pentru a-l obține este suficientă o presiune de 3,4-5,3 MPa. Densitatea materialului finit este crescută datorită presiunii relativ scăzute. Polimerizarea se realizează cel mai adesea ca reacție într-o soluție de solvent organic (hexan) cu adăugarea unui catalizator. Amestecul este încălzit la 160-250 ° C, presiunea este de 3,4-5,3 MPa. Soluția rezultată este supusă unei procesări suplimentare: îndepărtarea reziduurilor de hexan, granulare, spălarea reziduurilor de catalizator. Polietilena sub formă de pulbere poate fi produsă folosind această tehnologie. La fel ca LDPE, poate fi colorat cu adaos de pigmenți.

Specificații:

• masa moleculară: (50-1000) * 10 ^ 3;
• debitul de topire: 0,1-15 g/10 min la 230°C;
• sticlos / se topește la o temperatură de -120 ° C / + 130-140 ° C;
• densitate: 0,94-0,96 g/cm3;
• coeficient de cristalinitate: 70-90%;
• contracție de 1,5-2% în timpul producției.

În industria ambalajelor, se folosesc copolimeri de polietilenă, etilenă de următoarele tipuri suplimentare.

Polietilenă:

• LLDPE - subțire, laminat, extensibil,;
• mLLDPE - utilizat ca componentă suplimentară în producția de filme;
• MDPE - pentru productie prin turnare rotationala, poate fi folosit la fabricarea containerelor, containerelor rigide;
• EPE - expandabil, utilizat la fabricarea ambalajelor antisocuri, de protecție pentru mașini, echipamente etc.;
• PEC - clorurat, poate fi folosit ca aditiv modificator la fabricarea materialelor de ambalare cu proprietati deosebite.

Copolimeri de etilenă:

• cu acrilat de butii (EBA, etc.) - alimente, filme multistrat, modificator de materii prime polimerice;
• cu metil acrytal (EMA) - modificator pentru a îmbunătăți compatibilitatea polimerului;
• cu acrilat de etil (EEA) - materiale film multistrat;
• cu acetat de vinil (EVA) - ambalaje alimentare;
• cu alcool vinilic (EVOH, etc.) - proprietățile sunt determinate de conținutul de etilenă, utilizată pentru alimente, folii termocontractibile, materiale turnate;
• cu plastomeri poliolefinici (POE, POP) - modificator pentru pelicule multistrat.

LDPE și HDPE au o serie de proprietăți fizice și chimice comune:

• rezistența la acțiunea chimiei (cu cât densitatea și greutatea moleculară sunt mai mari, cu atât materialul este mai stabil);
• permeabilitatea la vapori și gaze poate varia pentru materialele finite cu un număr diferit de straturi, cu o structură moleculară diferită, dar în orice caz rămâne scăzută;
• proprietăți chimice neutre - nu reacționează cu concentrate alcaline, cu soluții saline, cu o serie de acizi (fluorhidric, clorhidric, carboxilic etc.), cu solvenți (inclusiv organici), alcooli, uleiuri;
• poate fi distrus în contact cu clor, fluor, soluție acid azotic(la o concentrație de 50%);
• se poate umfla atunci când este expus la solvent organic;
• rigiditate - mai mare pentru HDPE (poate fi tare), mai mică pentru LDPE (moale);
• proprietăți fizice- se indoaie fara fracturi, isi pastreaza elasticitatea intr-un domeniu larg de temperatura, rezistent la sarcini de soc. Nu are miros propriu. Dielectric. Nu absoarbe, nu absoarbe materii străine;
• rezistă la încălzirea în aer până la + 80 ° C;
• supus fotoîmbătrânirii la expunerea prelungită la razele UV directe. Este posibil să folosiți stabilizatori foto;
• nu emite substanțe nocive sau periculoase, este inofensiv, poate fi folosit pentru ambalarea alimentelor.

Compania „Alita” folosește LDPE, HDPE, alte tipuri de polietilenă la fabricarea foliilor polimerice, manșoane, semimansoane, containere și alte materiale de ambalare.