Раздел 4. Производство полиэтилена

Раздел 4. Производство полиэтилена

Полиэтилен (ПЭ) является наиболее широко производимым и применяемым полимером во всем мире. Созданный в качестве изолирующего материала для электрических кабелей, сегодня ПЭ используется повсеместно благодаря его свойствам и обладает огромным потенциалом для дальнейшего применения.

ПЭ служит сырьем для производства мягкой, пластичной, а также жесткой, твердой, прочной продукции, в том числе предметов бытового назначения - упаковочных материалов, игрушек и т.п.

Благодаря особым свойствам различают следующие основные марки ПЭ:

- HDPE (ПЭВП) - высокой плотности (низкого давления) с плотностью более 0,94 г/см³;

- LDPE (ПЭНП) - низкой плотности (высокого давления) с плотностью до 0,94 г/см³;

- LLDPE (ЛПЭНП) - линейный низкой плотности (с плотностью до 0,94 г/см³);

- mLLDPE, MPE - металлоценовый линейный;

- MDPE (ПЭСП) - средней плотности;

- HMWPE, VHMWPE - высокомолекулярный;

- UHMWPE (СВМПЭ) - сверхвысокомолекулярный;

- EPE - вспенивающийся;

- PEC - хлорированный.

ПЭ производится, как правило, на предприятиях, расположенных в непосредственной близости от пиролизных производств, которые обеспечивают производство ПЭ сырьем. На рисунке 4.1 приведена принципиальная схема производства ПЭ.

Рисунок 4.1 - Принципиальная схема производства ПЭ

Полиэтиленовая продукция заменяет традиционные материалы, такие как бумага или металл.

4.1 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении в трубчатом реакторе

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), или полиэтилен высокого давления (ПЭВД), получаемый в процессах при высоком давлении, представляет собой мягкий, упругий и пластичный продукт, что связано с его сильноразветвленной молекулярной структурой. Плотность ПЭНП составляет 915 - 935 кг/м³. После деформации данный тип полиэтилена восстанавливает начальную форму благодаря присущей ему эластичности. ПЭНП характеризуется более высоким показателем текучести расплава (ПТР) и, следовательно, более простыми технологическими процессами получения, чем для большинства других типов полиэтилена.

Требования к ПЭНП определяются в соответствии с ГОСТ 16337-77, а также в соответствии с другой нормативно-технической документацией.

ПЭНП широко использовался для изготовления прочных, гибких элементов, например, крышек, также применялся в качестве изоляционного материала в течение длительного времени. Сегодня наибольшее распространение полимер получил в изготовлении тары и упаковочных материалов (полиэтиленовая пленка).

На рисунке 4.1.1 представлена сильноразветвленная молекулярная структура ПЭНП.

Рисунок 4.1.1 - Молекулярная структура ПЭНП

4.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Кроме ПЭНП, технологии высокого давления позволяют получать следующие продукты:

- сополимеры этилена и винилацетата (СЭВ, ЭВА);

- сополимеры этилена и акриловой кислоты (ЭАК);

- сополимеры этилена и метилакрилата;

- большая часть марок ЛПЭНП;

- ПЭ очень низкой плотности;

- ПЭ сверхнизкой плотности.

Эти полимеры производят в промышленных уровнях на установках высокого давления. Для получения этих типов полимеров необходимы дополнительные инвестиции (например, в антикоррозионную защиту, хладопроизводительность, экструзионное оборудование и технологические установки для повторного использования сомономеров после очистки).

4.1.1.1 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении в трубчатом реакторе

Процесс полимеризации полиэтилена может происходить в трубчатом реакторе с различной эффективностью, которая определяется различными параметрами: размером труб, температурой теплоносителя в рубашке реактора, температурой инициирования полимеризации, максимальной температурой реакции, давлением в реакторе. Кроме того, важную роль играет скорость подачи сырья, которая определяет время пребывания мономера в реакторе, а также количество точек ввода инициатора и этилена в реактор, количество и тип агента передачи цепи.

Общая схема производства ПЭНП в трубчатом реакторе представлена на рисунке 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 - Схема производства ПЭНП с применением трубчатого реактора

Трубчатый реактор конструктивно представляет собой аппарат типа "труба в трубе". Он состоит из труб высокого давления, последовательно соединенных при помощи фланцев. Трубы имеют внутренний диаметр (для различных установок) от 34 до 100 мм. Общая длина реактора составляет от нескольких сотен до тысячи и более метров. Трубы снабжены наружными рубашками, в которых циркулирует теплоноситель - горячая вода под давлением. По всей длине реактора имеются термопары, измеряющие температуру реакционной среды. В начале, в конце реактора, а также в нескольких точках по длине проводится измерение давления реакционной массы. В конце реактора установлен дросселирующий клапан, с помощью которого поддерживается необходимое реакционное давление и осуществляется выгрузка реакционной массы из реактора.

По принципу действия трубчатый реактор является аппаратом вытеснения: режим движения реакционной массы в реакторе - турбулентный, поршневой. Полимеризация протекает при постоянно меняющихся по длине реактора параметрах - температуре, давлении, концентрации инициатора и образующегося полимера.

В реакторе можно выделить три участка. В первом - подогревателе - происходит разогрев этилена до температуры реакции. Образования полиэтилена на этом участке практически не происходит. Во втором участке - собственно зоне реакции - протекает полимеризация этилена, температура за счет экзотермии возрастает до максимальной, концентрация инициатора снижается к концу участка до нуля. В третьем участке реакционная масса, состоящая из полиэтилена и непрореагировавшего мономера, охлаждается. Охлаждение реакционной массы к концу реактора необходимо для того, чтобы при снижении давления температура ее не достигла температуры разложения этилена (дросселирование до давления 25-30 МПа сопровождается выделением теплоты). Каждый участок реактора имеет свой контур теплоносителя.

Введение инициатора или смеси этилен/воздух в различных точках реактора создает ряд зон с более высокими температурами (пиками), за которыми следуют зоны охлаждения, где удаляется тепло реакции из смеси этилен-полимер. Эти температурные пики/циклы охлаждения могут повторяться несколько раз по длине реактора. Из-за теплопередачи стенок трубчатый реактор имеет более высокую степень конверсии в полимер, чем автоклавный реактор: коэффициент конверсии достигает 36 % (до 20 % для автоклавного реактора). Конверсия этилена влияет на свойства продукта, при более высокой конверсии возрастает степень разветвленности.

Тепло, выделяемое при экзотермической реакции, снимается водой через охлаждающую рубашку, что позволит получить пар низкого давления. Современные установки используют закрытые системы охлаждения для минимизации потребления пресной воды для охлаждения. В то же время надлежащая подготовка воды обеспечивает максимальную защиту высокопрочных материалов, используемых на установке, от коррозии.

В общем случае, трубчатый тип реактора более предпочтителен для получения полимеров с хорошими оптическими свойствами и для изготовления высококачественных пленочных изделий.

Важными факторами, влияющими на степень конверсии и уровни потребления энергии, являются следующие аспекты:

- молекулярно-массовое распределение (ММР) производимых полимеров: продукты с более широким ММР производят при более высоких уровнях конверсии этилена, чем при производстве полимеров с более узким ММР;

- теплообмен: в трубчатых реакторах конверсия этилена может быть дополнительно увеличена при сохранении желаемого качества продукта (увеличения конверсии на 5 - 15 %) путем улучшения способности к теплообмену (увеличение площади поверхности теплообмена за счет удлинения реактора и/или повышения коэффициента теплообмена);

- система инициирования: оптимизация системы инициирования может позволить достичь более высокой степени конверсии для тех же свойств продуктов. Трубчатые установки могут работать только с кислородом, пероксидами/кислородом или только пероксидом в качестве системы инициирования. Трубчатые реакторы, работающие с пероксидами в качестве инициаторов, как правило, показывают более высокие степени конверсии, чем реакторы, использующие систему инициирования только кислородом. Введение органического инициатора потребует использования углеводородных растворителей в качестве пероксидного носителя для инжекции инициатора.

4.1.1.2 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении в автоклавном реакторе

Автоклавные реакторы позволяют получать полимеры для нанесения экструзионного покрытия и более однородные сополимерные продукты. Автоклавная технология обычно предполагает использование органических инициаторов.

В настоящее время в промышленности используются автоклавные реакторы двух типов:

1) удлиненный реактор со встроенным электродвигателем мешалки, работающим в среде этилена под рабочим давлением; отношение высоты к диаметру 8-20;

2) компактный реактор с электродвигателем мешалки, вынесенным из реакционной зоны; отношение высоты к диаметру 2-5. Объем реакторов первого типа 0,2-1 м³, второго - более 1 м³.

Автоклавные реакторы работают под давлением 150-250 МПа и при температуре 180-300 °С.

Автоклавный реактор по принципу действия является аппаратом смешения - во всем объеме устанавливается одинаковая концентрация инициатора и полимера. Для автоклавов компактного типа характерен небольшой температурный градиент по высоте реактора.

В отличие от трубчатых реакторов, в которых время пребывания для всех частиц одинаково, для автоклавных реакторов характерно широкое распределение отдельных частиц по времени пребывания, что обусловлено интенсивным перемешиванием реакционной массы. Это оказывает влияние на полидисперсность и структуру получаемого полиэтилена.

Подача этилена и растворов инициаторов в реактор осуществляется через специальные вводы в одну или несколько точек по высоте.

Автоклавные реакторы оснащены быстроходными мешалками (1000-1500 об/мин), которые обеспечивают интенсивное перемешивание реакционной массы.

Для поддержания температуры в заданной точке используются различные типы инициаторов. Важно, чтобы инициаторы полностью потреблялись до выхода потока газа из реактора. Если в реакторе наблюдается избыточное количество свободных радикалов, то реакция полимеризации может продолжаться за пределами реактора. Инициаторы растворяют в углеводородном растворителе, затем этот раствор вводят через боковые отверстия в стенке сосуда. Некоторые технологии используют эти боковые отверстия для контролируемого введения этиленового газа. Охлаждающий эффект газа используется для контроля температуры в реакторе. Рабочий температурный диапазон автоклавных реакторов составляет 180 - 300 °С. Стенки реактора также имеют отверстия для установки термоэлементов и клапанов сброса давления.

При высокотемпературной полимеризации этилена свежий сырьевой этилен используют в качестве теплопоглотителя для тепла экзотермической реакции полимеризации. Конверсия в полимер в адиабатических условиях рассчитывается по следующей формуле:

Конверсия (%) = 0,075 * (температура реакции - температура этилена на входе).

4.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

4.1.2.1 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду при производстве полиэтилена в трубчатом реакторе

Уровни потребления энергоресурсов при производстве ПЭ в трубчатом реакторе представлены в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1 - Уровни потребления энергетических ресурсов

Наименование энергетических ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход (удельное значение)	Максимальный расход (удельное значение)
Электроэнергия		790	1200
Пар	Гкал/т	0,2	0,89

Уровни потребления материальных ресурсов представлены в таблице 4.1.2.

Таблица 4.1.2 - Уровни потребления материальных ресурсов

Наименование материальных ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)	Максимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)
Этилен	кг/т	1015	1065
Пропионовый альдегид (пропан*)	кг/т	2,3 (1,2*)	2,5 (1,5*)

В таблицах 4.1.3-4.1.5 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих веществ, объемах образования отходов при получении ПЭ в трубчатом реакторе.

Таблица 4.1.3 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при производстве полиэтилена в трубчатом реакторе

Наименование	Удельные показатели выбросов ЗВ, кг/т продукции, не более
Взвешенные вещества (в том числе пыль полимера)	0,06
Углеводороды предельные C1 - C5 (исключая метан)	0,07
Углеводороды предельные C6 - C10	0,02
Пропилен	0,01
Этилен	5,0
Пропаналь	0,01
Минеральное масло	0,04

Таблица 4.1.4 - Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты при производстве полиэтилена в трубчатом реакторе

Наименование	Удельная масса ЗВ в сточных водах до очистки, кг/т, не более
Взвешенные вещества	0,2
Сухой остаток	9,0
ХПК	0,04
pH (ед.)	5-8

Таблица 4.1.5 - Отходы производства

Наименование отходов	Код по ФККО	Класс опасности для ОС	Масса образования отходов в референтном году, т	Удельное количество отходов, кг/т продукции, не более
Отходы масел (минеральных и синтетических)	40613001313 41340001313	3	662	2,8
Отходы негалогенированных полимеров от зачистки оборудования (отходы низкомолекулярного полиэтилена)	31581191204	4	38	0,2

4.1.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду при производстве полиэтилена в автоклавном реакторе

Уровни потребления энергоресурсов при производстве ПЭ в автоклавном реакторе представлены в таблице 4.1.6.

Таблица 4.1.6 - Уровни потребления энергетических ресурсов

Наименование энергетических ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход энергетических ресурсов (удельное значение)	Максимальный расход энергетических ресурсов (удельное значение)
Теплоэнергия	Гкал/т	0,17	0,37
Электроэнергия		846	956
Промышленная вода	м3/т	290	430

Уровни потребления материальных ресурсов представлены в таблице 4.1.7.

Таблица 4.1.7 - Уровни потребления материальных ресурсов

Наименование материальных ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)	Максимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)
Этилен	т/ч	1,61	6,67
Инициатор Тригонокс С	кг/ч	0,24	1,03
Инициатор Тригонокс 42S	кг/ч	0,15	0,87
Инициатор Тригонокс В	кг/ч	0,15	0,68
Инициаторное масло	т/ч	7,78	32,21
Компрессорное масло	кг/ч	6,86	28,42

В таблицах 4.1.8-4.1.10 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих веществ, объемах образования отходов при получении ПЭ в автоклавном реакторе.

Таблица 4.1.8 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

Наименование	Годовая масса ЗВ в отходящих газах, т	Удельные показатели выбросов ЗВ, кг/т продукции, не более
Этилен	124,80	2,9
Полиэтиленовая пыль	10,63	0,27

Таблица 4.1.9 - Сбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

Наименование	Удельные массы ЗВ в сточных водах до очистки, кг/т, не более
ХПК	4,6
pH (ед)	6,5-8,5

Таблица 4.1.10 - Отходы производства

Наименование отходов	Код по ФККО	Класс опасности для ОС	Масса образования отходов в референтном году, т
Отходы минеральных масел технологических	40618001313	3	33,93
Пыль полиэтиленовая, выделяемая на фильтрах в отделении обработки и расфасовки	43411002295	5	1,68

4.2 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии

Производство полиэтилена в газовой фазе остается наиболее популярной технологией в России и в мире благодаря механической простоте и возможности производить полиэтилен в широком диапазоне ассортимента - полиэтилен высокой (ПЭВП) и средней плотности (ПЭСП), линейный (ЛПЭНП) и бимодальный полиэтилен. Благодаря упрощенной конструкции оборудования и возможности использования широкого ассортимента сомономеров (бутена-1, гексена-1 и, потенциально, октена-1) газофазные процессы имеют преимущества перед другими процессами.

Полиэтилен, получаемый газофазным методом, выпускают в виде композиций со стабилизаторами. ПЭВП, получаемый по данной технологии, должен соответствовать ГОСТ 16338-85, а также другой нормативно-технической документации.

4.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Существует три основных вида процессов производства полиэтилена в газовой фазе: один реактор с псевдоожиженным слоем, конфигурация с двумя каскадными реакторами и гибридный процесс. Газофазная технология получения полиэтилена позволяет использовать различные катализаторы - хромоорганические, металлоценовые и Циглера - Натта, с помощью которых можно выпускать полиэтилен высокой, средней и низкой плотности.

4.2.1.1 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии Unipol

Технология Unipol является самой популярной технологией в мире, позволяет получать широкий ассортимент марок полиэтилена. Применяя катализаторы Циглера - Натта, хромоорганические, металлоценовые и недавно разработанные бимодальные катализаторы, можно производить продукты для всех значимых сегментов рынка.

Данная технология основана на сополимеризации этилена и сомономеров (пропилена, бутена-1 и гексена-1) при температуре от 90 °С до 115 °С и давлении от 1,5 до 3,0 МПа с применением катализаторов в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Центральным звеном процесса является газофазный реактор с псевдоожиженным слоем, дающий продукт очень однородного качества, что уменьшает потребность в усреднении по сравнению с другими процессами. Взвешенный слой образующихся и растущих частиц полимера поддерживается подачей циркуляционного газа, состоящего из газообразного этилена, сомономера, азота и водорода, которым регулируют молекулярную массу полимера. На одном катализаторе возможно получение ПЭ плотностью 0,916 - 0,965 г/см³ из 2 - 3 сополимеров, что позволяет производить полимеры высокой прочности, однородные, без гелей.

На рисунке 4.2.1 представлена общая схема производства ПЭ газофазным методом.

1 - Холодильник циркуляционного газа; 2 - компрессор циркуляционного газа; 3 - реактор; 4 - система выгрузки продукта

Рисунок 4.2.1 - Производство ПЭВП газофазным методом

Катализаторы полимеризации поставляются в готовом виде: катализаторы Циглера - Натта и бимодальные - в виде порошка или суспензии, а металлоорганические и хромооксидные - в сухом виде. Подача катализатора производится периодически очищенным азотом.

В газофазной технологии полимер находится в твердой фазе, а мономер и сомономер используются в качестве газообразного носителя для поддержания псевдоожиженного слоя и удаления тепла. Требования к твердому состоянию накладывают ограничения на максимальную рабочую температуру и возможность получения полимеров более низкой плотности.

Новое поколение газофазных процессов может работать в режиме конденсации, что значительно улучшает теплоотвод и производительность реактора. С этой целью в процесс вводят сомономер гексен-1 и/или "конденсируемый" растворитель (например, гексан, изопентан). Конденсация этих компонентов в контуре рециркуляции значительно повышает интенсивность отвода теплоты.

Реактор Unipol производит легко гранулированный полимерный порошок с частицами постоянного размера. Устойчивость и надежность процесса позволяют осуществлять гранулирование наиболее экономичным способом, соединив смеситель и гранулятор с выходом реакторной секции, выходящий из системы гранулят пневматическим способом доставляется в хранилище (рисунок 4.2.2).

1 - смеситель непрерывного действия; 2 - экструзионный насос; 3 - гранулятор; 4 - осушитель гранулята; 5 - система циркуляции воды гранулятора; 6 - барабанный бункер

Рисунок 4.2.2 - Система гранулирования

Основное преимущество технологии Unipol производства ПЭ в одном реакторе по сравнению с каскадными реакторами - механическая простота, что ведет к низким капитальным и оперативным затратам.

4.2.1.2 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии Spherilene

Газофазная полимеризация этилена проводится по двухреакторной схеме в каскаде, что позволяет получать более выраженные бимодальные свойства ПЭ.

В основе процесса получения ПЭ лежит реакция полимеризации этилена газофазной полимеризацией в псевдоожиженном слое на высокоактивных катализаторах Циглера - Натта на титановой основе при низких давлениях. Для обеспечения равномерного распределения катализатора в реакционной смеси предварительно готовят катализаторную пасту, представляющую собой суспензию катализатора в смеси консистентной смазки и парафинового масла.

Установка представляет собой каскадную двухреакторную систему, процесс полимеризации этилена протекает в газовой фазе в псевдоожиженном слое в присутствии катализаторов Циглера - Натта.

В первый реактор непрерывно вводится катализаторная паста, в результате полимеризации мономера (этилена) в газофазном реакторе происходит образование порошка полимера, который далее подается во второй реактор и затем выводится из реактора. В отпаривателе проводится пропарка полимера, предназначенная для дезактивации остатков катализатора, алкилов и удаления растворенных углеводородов из полимера путем контакта между паром и полимером. После отпарки полимер направляется в осушитель для сушки. Далее порошок подается через питатель в блок дозирования и шнековый питатель, где непрерывно смешивается с жидкими и твердыми добавками и подается на экструдер. В экструдере порошок ПЭ и добавки усредняются, экструдируются и гранулируются и затем по системе пневмотранспорта гранулы направляются в силосы хранения.

На рисунке 4.2.3 представлена общая схема производства ПЭ газофазным методом по технологии Сферилен.

1 - емкость предварительного контакта; 2, 3 - газофазные реакторы; 4 - фильтр дегазации; 5 - отпариватель; 6 - осушитель; 7 - силос хранения порошка; 8 - шнековый питатель; 9 - мешалка; 10 - экструдер; 11 - сушилка; 12 - бункер гранул

Рисунок 4.2.3 - Схема производства полиэтилена по технологии Сферилен

4.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Уровни потребления энергоресурсов при производстве полиэтилена по газофазной технологии представлены в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 - Уровни потребления энергетических ресурсов

Наименование энергетических ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход энергетических ресурсов (удельное значение)	Максимальный расход энергетических ресурсов (удельное значение)
Электроэнергия	кВт ч/т	160	870
Топливный газ	Гкал/т	0,16	1,68
Воздух	м3/т	7,78	32,21
Азот	м3/т	6,86	284,2
Вода оборотная	м3/т	0,21	0,37

Уровни потребления материальных ресурсов-в таблице 4.2.2.

Таблица 4.2.2 - Уровни потребления материальных ресурсов

Наименование материальных ресурсов	Единицы измерения	Минимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)	Максимальный расход материальных (сырьевых) ресурсов (удельное значение)
Этилен на производство сополимера	кг/т	-	1022
Этилен + сумма сомономеров	кг/т	1117	1117

В таблицах 4.2.3-4.2.5 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих веществ, объемах образования отходов при получении ПЭ по газофазной технологии.

Таблица 4.2.3 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

Наименование	Удельные показатели выбросов ЗВ, кг/т продукции не более
Азота диоксид	0,32
Азота оксид	0,05
Углерода оксид	2,40
Бутилен	0,09
Углеводороды предельные C1 - C5 (исключая метан)	0,3
Углеводороды предельные C6 - C10 (гексен)	0,02
Этилен	3,92
Полиэтиленовая пыль	0,03

Таблица 4.2.4 - Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

Наименование	Удельная масса ЗВ в сточных водах до очистки, кг/т, не более
Сульфат-анион (сульфаты)	4,5
Хлорид-анион (хлориды)	0,87
Сухой остаток	9,04
Взвешенные вещества	0,23

Таблица 4.2.5 - Отходы производства

Наименование отходов	Код по ФККО	Класс опасности для ОС	Масса образования отходов в референтном году, т, не более
Отходы минеральных масел	31310000000 40613001313	3	35,5
Отходы компрессорного масла	40616601313	3	5,0
Катализатор на основе оксида алюминия с содержанием цинка менее 70,0 % отработанный	44100502493	3	10,0
Цеолит отработанный при осушке воздуха и газов, не загрязненный опасными веществами	44210101495	5	50,0
Уголь активированный отработанный, загрязненный оксидами железа и нефтепродуктами (суммарное содержание менее 15 %)	44250403204	4	5,0
Отходы сжигания продуктов полимеризации этилена при пропарке и зачистке оборудования процесса димеризации этилена в производстве -бутилена	31312400204	4	4,12
Отходы зачистки фильтров очистки хромоцена после пропарки при синтезе хромоцена	31510000392	2	2,68
Отходы зачистки оборудования (смесителей) при синтезе силилхромата	31500000202	2	0,86

4.3 Полиэтилен, получаемый по жидкофазной (суспензионной) технологии в среде инертного растворителя

Суспензионной полимеризацией называют полимеризацию, протекающую в каплях мономера, диспергированного в жидкой среде. Основными компонентами суспензионной полимеризации являются: мономер, инициатор, стабилизатор и дисперсионная среда. Необходимым фактором для осуществления процесса является интенсивное перемешивание.

4.3.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Жидкофазная (суспензионная) технология получения ПЭВП в среде органического растворителя (бензина, гексана и др.) предполагает полимеризацию этилена при давлении 0,15-0,5 МПа и температуре минус 70-80 °C в присутствии катализаторов Циглера - Натта.

Технологический процесс обеспечивается автоматическим регулированием состава катализатора, концентрации раствора и температуры реакции. Основным аппаратом технологической схемы является реактор-полимеризатор, объем которого может быть 10-40 м³. Перемешивание реакционной массы осуществляется за счет подачи этилена через барботеры.

Технология производства ПЭВП по суспензионной технологии представлена на рисунке 4.3.1.

1, 2 - весовой мерник; 3 - смеситель; 4 - аппарат для разбавления катализаторного комплекса; 5 - расходная емкость; 6 - реактор; 7 - газодувка; 8 - центробежный насос; 9 - скруббер; 10 - холодильник; 11 - газоотделитель; 12 - аппарат для разложения катализатора; 13, 16 - центрифуга; 14 - аппарат для нейтрализации маточника; 15 - промыватель; 17 - сушилка

Рисунок 4.3.1 - Производство ПЭВП в жидкой фазе

В жидкофазной технологии полимер растворен в фазе растворителя/сомономера. Более высокие -олефины хорошо смешиваются с углеводородным растворителем (обычно C₆-C₉); применение в качестве сополимера бутена-1 может привести к необходимости повышения рабочего давления, чтобы обеспечить однофазные условия. Жидкофазный процесс очень гибок в отношении плотности полимера. Как правило, жидкофазные реакторы работают в адиабатических условиях, но с возможностью включения в систему реактора циркуляционных охладителей. Использование охладителей способно улучшить соотношение между полимером и растворителем в выходящем из ректора потоке и таким образом уменьшить энергозатраты на испарение фракции растворителя. Достигаемое соотношение между полимером и растворителем может ограничиваться максимальной рабочей температурой каталитической системы, возможностью теплоотвода и максимально допустимой вязкостью. Вязкость среды не должна негативно сказываться на смешении в реакторе и/или теплообменной способности.

4.3.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Данные потребления энергетических и материальных ресурсов при производстве ПЭ по жидкофазной (суспензионной) технологии представлены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1 - Уровни эмиссий и потребления ресурсов

Показатель	Значение
Потребление этилена, кг/т	1027
Энергопотребление, кВт/т	700
Потребление воды, м3/т	2,3
Выбросы пыли, кг/т	0,097
Выбросы ЛОС, кг/т	2,30
ХПК, кг О2/т	0,067
Образование инертных отходов, кг/т	0,0028
Образование опасных отходов, кг/т	0,0039