Производство полиэтилена высокой плотности при среднем давлении

Известны и были внедрены в промышленность и другие способы производства полиэтилена. Например, длительное время использовалась технология получения полиэтилена высокой плотности при среднем давлении (ПЭСД) в растворе.

Аппаратное оформление. Реактор, снабженный турбинной мешалкой или каскад из трех реакторов.

Условия получения. ПЭВПСД с плотностью 960-970 кг/м³ при среднем давлении получают полимеризацией этилена в органическом растворителе (бензин, циклогексан, ксилол и др.) непрерывным методом при давлении 3,5-4 МПа и температуре 130-150 °С в присутствии окисно-хромового катализатора.

Стадии. Технологический процесс получения ПЭСД состоит из следующих основных стадий:

подготовка исходного сырья (этилена и растворителя) и катализатора,

полиме­ризация этилена,

отделение и регенерация катализатора,

выделение полимера,

отде­ление растворителя.

Описание технологического процесса. 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 (рис. 3.8).

Рис. 3.8 – Схема производства полиэтилена высокой плотности при среднем давлении в при­сутствии окиснохромового катализатора: 1 – реактор с мешалкой; 2 – газоотдели­тель; 3 - аппарат для разбавления; 4 – центрифуга; 5,7 – барабанные фильтры; 6 – осадитель; 8 – сушилка.

По одному из вариантов процесс проводят в циклогексаноне при 130-150 °С и давлении 3,5 МПа. В растворителе 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 6, 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.

Особенности полимеризации при среднем давлении. 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 но 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,

· улучшенные свойства полимера по сравнению с ПЭНП.

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.