Способи виробництва поліетилену
Поліетилен - найдешевший неполярний синтетичний полімер з класу поліолефінів, що вдає із себе тверде білу речовину з сіруватим відтінком.
Виробництвом поліетилену займаються практично всі найбільші компанії нафтохімічної промисловості. Основною сировиною для нього є етилен. Синтезують поліетилен при низькому, середньому і високому тиску. В основному поліетилен випускають у гранулах діаметром від 2 до 5 мм, набагато рідше у вигляді порошку.
Існує чотири основних способи виробництва поліетилену, за допомогою яких отримують:
- поліетилен високого тиску (ПВД)
- поліетилен низького тиску (ПНД)
- поліетилен середнього тиску (ПВД)
- лінійний поліетилен високого тиску (ЛПВД)
Виробництво поліетилену високого тиску (ПВД) або низької щільності (ПНП)
У промисловості ПВД отримують при високому тиску шляхом полімеризації етилену в автоклаві або в трубчастому реакторі. Процес в реакторі відбувається за радикальним механізмом під дією кисню, органічних пероксидів (лаурил, бензоїл) або їх сумішей. Змішаний з ініціатором, нагрітий до семисот градусів і стислий компресором до двадцяти п'яти мегапаскалей, етилен спочатку надходить в першу частину реактора, де розігрівається до тисяча вісімсот градусів, а потім у другу - для полімеризації при температурі від 190 до 300 градусів і тиску від 130 до 250 мегапаскалей. В середньому етилен знаходиться в реакторі від 70 до 100 секунд. Ступінь перетворення до двадцяти відсотків, все залежить від типу і кількості ініціатора. З отриманого поліетилену видаляють не прореагував етилен, потім його охолоджують і гранулюють. Гранули підсушують і упаковують. Товарний ПВД випускають у вигляді нефарбованих і забарвлених гранул.
Виробництво поліетилену низького тиску (ПНД) або високої щільності (ПВП)
ПНД отримують в промисловості за допомогою низького тиску. Для цього використовують три основних технології:
- полімеризація відбувається в суспензії
- полімеризація відбувається в розчині (гексане)
- газофазних полімеризація
Найпоширеніший спосіб - це полімеризація в розчині.
Полімеризація в розчині проводиться при температурі від 160 до 2500 градусів і тиску від 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт з каталізатором відбувається протягом 10-15 хвилин. Виділяється поліетилен з розчину за допомогою видалення розчинника: спочатку в випарнику, потім в сепараторі і потім у вакуумній камері гранулятора. Гранульований поліетилен пропарюється водяною парою (температура, що перевищує температуру плавлення поліетилену). Товарний ПНД випускають у вигляді нефарбованих і забарвлених гранул і іноді в порошку.
Виробництво поліетилену середнього тиску (ПВД)
ПКД отримують в промисловості при середньому тиску шляхом полімеризації етилену в розчині. Поліетилен СД утворюється при:
- температурі - 150 градусів
- тиск до 4 мегапаскалей
- наявність каталізатора (Циглера-Натта)
ПКД з розчину випадає у вигляді пластівців.
Поліетилен, отриманий таким чином, має:
- средневесовой молекулярний вагу до 400 000
- ступінь кристалічності до 90 відсотків
Виробництво лінійного поліетилену високого тиску (ЛПВД) або низької щільності (ЛПНЩ)
Лінійний поліетилен високого тиску отримують за допомогою хімічної модифікації ПВД (при температурі в 150 градусів і 30-40 атмосферах).
ЛПНЩ за структурою подібний до ПЕВП, але має довші і численні бічні відгалуження. Виробництво лінійного поліетилену відбувається двома способами:
- газофазних полімеризація
- полімеризація в рідкій фазі - найбільш популярний
Виробництво лінійного поліетилену другим способом відбувається в реакторі зі зрідженим шаром. В основу реактора подається етилен, полімер ж відводять безперервно, при цьому постійно зберігаючи в реакторі рівень зрідженого шару. Умови: температура близько ста градусів, тиск від 689 до 2068 кН / м2. Ефективність способу полімеризації в рідкій фазі нижче (два відсотка перетворення за цикл), ніж у газофазного (до тридцяти відсотків перетворення за цикл). Однак даний спосіб має і свої плюси - розмір установки значно менше, ніж у устаткування для газофазной полімеризації, і істотно нижче капіталовкладення. Практично ідентичним є спосіб в реакторі з пристроєм для перемішування з використанням ціглеровскіх каталізаторів. Парі цьому виходить найбільш високий вихід.
З недавніх пір для виробництва лінійного поліетилену почали застосовувати технологію, в якій використовуються металлоценовий каталізатори. Дана технологія дозволяє отримати більш високу молекулярну масу полімеру, що сприяє збільшенню міцності вироби.
ПВД, ПНД, ПВД і ЛПВД відрізняються один від одного і за своєю структурою і за своїми властивостями, відповідно, і застосовуються вони для вирішення різних завдань.
На ряду з вище перерахованими способами полімеризації етилену існують і інші, однак промислового поширення вони не отримали.