Другие способы производства полиэтилена

Известны и были внедрены в промышленность и другие способы производства полиэтилена. Например, длительное время использовалась технология получения полиэтилена высокой плотности (960-970 кг/м³) при среднем давлении (ПЭСД).

Поскольку в литературных источниках можно встретить упоминание о ПЭСД, в данной книге приводится описание технологического процесса и сведения о свойствах полимера, получаемого по данной технологии.

ПЭВП (960-970 кг/м³) при среднем давлении получают полимеризацией этиленa в органическом растворителе (бензин, циклогексан, ксилол и др.) непрерывным методом при давлении 3,5-4 МПа и температуре 130-150 °С в присутствии окиснохромового катализатора.

Технологический процесс получения ПЭ состоит из следующих основных стадий: подготовка исходного сырья (этилена и растворителя) и катализатора, полимеризация этилена, отделение и регенерация катализатора, выделение полимера и отделение растворителя (рис. 5.3).

В реактор 1, снабженный турбинной мешалкой (или каскад из трех реакторов), подают очищенные от примесей и нагретые до 120 °С растворитель, этилен и активированный катализатор в виде суспензии в растворителе. По одному из вариантов пpoцecc проводят в циклогексаноне при 130-150 °С и давлении 3,5 МПа. В раствориеле содержится около 0,5 % катализатора и до 5 % этилена. При указанной температуре образующийся полимер находится в растворе; его концентрация достигает 18- 20 % (при оформлении технологического процесса производства в виде каскада реакторов).

Теплота реакции полимеризации этилена снимается парами растворителя, испаряющегося из реактора, и удаляемым непрореагировавшим этиленом. Парогазовая смесь охлаждается до 60 °С в холодильнике и после очистки возвращается вновь в реактор (на схеме не показано).

Горячий раствор, содержащий полимер, непрореагировавший этилен и катализатор в виде мелких частиц, попадает в газоотделитель 2, в котором производится снижение давления; выделяющийся этилен поступает на очистку и возвращается в цикл.

Вязкий раствор ПЭ с суспензированным катализатором затем разбавляется в аппарате 3 горячим растворителем (для снижения вязкости и облегчения его фильтрования) и подается в центрифугу 4 и барабанный фильтр 5. На этих стадиях из раствора полимера отделяется катализатор, который подается на регенерацию (удаление органических примесей и растворителя, активация).

Разбавленный раствор ПЭ затем охлаждается в аппарате б, и уже при 30-35 °С полностью выпадает ПЭ в виде мелкого порошка (полимер растворяется в растворителе лишь при температурах выше 100 °С). Выделению полимера также способствует добавление в раствор осадителя — спирта.

Образовавшаяся суспензия ПЭ в холодном растворителе проходит фильтр 7, на котором отделяется порошок полимера, подаваемый затем в сушилку 8, а растворитель, содержащий некоторое количество тонкого порошка ПЭ и катализатора, направляется на очистку и регенерацию.

Высушенный порошок ПЭ гранулируют, предварительно вводя в него стабилизаторы, красители, пигменты.

Процесс может быть осуществлен таким образом, что на стадии выделения полимера горячий раствор ПЭ сначала отделяется от катализатора фильтрованием, а затем подается в аппарат для концентрирования. В нем создают пониженное давление до 1 МПа; при этом происходит испарение части растворителя и удаление растворенного этилена. Раствор, концентрация полимера в котором повысилась до 35 %, поступает в сепаратор-дегазатор для дальнейшего отделения этилена при снижении давления, а затем — в приемную камеру экструдера. В камере давление снижается до атмосферного, при этом из горячего раствора испаряется растворитель и полностью улетучивается этилен. Парогазовая смесь из сепаратора-дегазатора и приемной камеры экструдера поступает на охлаждение и очистку, а затем возвращается в цикл.

После прохождения экструдера ПЭ выдавливается в виде прутков-стренгов, режется на гранулы, охлаждается и расфасовывается.

Параметры процесса производства (давление и температура) по-разному влияют на свойства получаемого ПЭСД и скорость процесса. Повышение давления способствует повышению молекулярной массы полимера и увеличению скорости его образования. Увеличение температуры реакции вызывает более сильное снижение молекулярной массы и в меньшей степени отражается на скорости полимеризации этилена. Поэтому регулирование свойств получаемого ПЭСД осуществляется путем изменения температуры при постоянном давлении. Увеличение концентрации катализатора повышает скорость реакции, но практически мало влияет на свойства полимера.

Получение ПЭ при среднем давлении имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. К ним относятся: проведение процесса при умеренном давлении, доступность и малая токсичность катализатора, возможность его многократного использования после регенерации, относительная простота регенерации растворителя, а также улучшенные свойства полимера по сравнению с ПЭВД. Благодаря использо­ванию растворителя достигается хороший отвод тепла, равномерное распределение катализатора и облегчается отделение полимера от катализатора.

К недостаткам способа относится необходимость тщательной очистки ПЭ от остатков катализатора, приводящая к усложнению процесса, применение больших количеств растворителя, выбросы паров растворителя в атмосферу при сушке порошка и регенерации катализатора, вызывающие загрязнение окружающей среды.

Скорость полимеризации этилена повышается с ростом температуры и концентрации катализатора, но основным фактором, определяющим молекулярную массу ПЭ, является температура. Давление выше 3 МПа практически не оказывает влияния на молекулярную массу полимера и скорость процесса.