Polüpropüleeni tootmisprotsess

Polüpropüleenvaik on üks neljast üldotstarbelisest termoplastsest vaigust (polüetüleen, polüvinüülkloriid, polüpropüleen, polüstüreen). Seda toodetakse polümerisatsioonireaktsiooni teel, kasutades toorainena propüleeni ja komonomeerina etüleeni.
Maailmas polüpropüleeni tootmiseks kasutatavad protsessimeetodid jagunevad kategooriate järgi peamiselt järgmistesse kategooriatesse: lahustimeetod, lahusmeetod, vedelfaasi meetod (sh vedelfaasi gaasifaasi kombineeritud tüüp) ja gaasifaasi puistemeetod. Iga protsessi omadusi tutvustatakse lühidalt järgmiselt:
lahusti polümerisatsioon
Lahustimeetod (tuntud ka kui lobrimeetod või mudameetod, lobrimeetod) on kõige varasem polüpropüleeni tootmisprotsess. Lahusti eemaldamise ja lahusti taaskasutamise protsesside tõttu on protsess aga pikk ja keeruline ning katalüsaatorite uurimise tehnoloogia edenedes on alates 1980. aastatest lahustimeetod kippunud seisma ja on järk-järgult asendatud vedelfaasi hulgimeetodiga.
Protsessi omadused: (1) Propüleeni monomeer lahustatakse inertses vedelas lahustis (nagu heksaan) ja lahusti polümerisatsioon viiakse läbi katalüsaatori toimel. Polümeer suspendeeritakse lahustis tahkete osakeste kujul ja kasutatakse veekeetja tüüpi segamisreaktorit; (2) On olemas eemaldamis- ja lahusti regenereerimisprotsessid. Protsess on pikk ja keeruline, suurte seadmeinvesteeringute ja suure energiatarbimisega. Tootmist on aga lihtne kontrollida ja toote kvaliteet on hea; (3) Polüpropüleeni osakesed eraldatakse tsentrifugaalfiltrimisega ja seejärel kuivatatakse õhuvooluga keetmise ja ekstrusioongranuleerimisega.
lahuse polümerisatsioon
Protsessi omadused: (1) Kasutage lahustitena kõrge keemistemperatuuriga lineaarseid süsivesinikke ja töötage temperatuuril, mis on kõrgem kui polüpropüleeni sulamistemperatuur. Saadud polümeerid lahustatakse kõik lahustis ja jaotatakse ühtlaselt; (2) Kõrge temperatuuriga gaaside eemaldamise meetod aurustab ja eemaldab lahusti. Saadakse sulatatud polüpropüleen ning seejärel ekstrudeeritakse ja granuleeritakse graanulitoodete saamiseks; (3) Ainus tootja on Ameerika Kodak Company.
Vedelfaasi hulgimeetod
Vedelfaasi ja gaasifaasi kombineeritud tüüpi, vedela faasi hulgimeetodil polüpropüleeni tootmisprotsess on uus protsess, mis on välja töötatud polüpropüleeni tootmise keskmises ja hilises etapis. See tootmisprotsess töötati välja seitse aastat pärast polüpropüleeni tööstusliku tootmise alustamist 1957. aastal.
Polüpropüleeni tootmiseks kasutatakse vedelfaasi puistemeetodit. Katalüsaator dispergeeritakse vahetult vedelfaasis propüleenist, lisamata reaktsioonisüsteemi muud lahustit, et teostada propüleeni vedelfaasi polümerisatsiooni. Polümeer sadestub pidevalt vedelast propüleenist ja suspendeerub vedelas propüleenis peente osakeste kujul. Reaktsiooniaja pikenedes suureneb polümeeriosakeste kontsentratsioon vedelas propüleenis. Kui propüleeni konversioonimäär jõuab teatud tasemeni, eraldatakse polümeriseerimata propüleeni monomeer kiiraurustamisega, et saada polüpropüleenpulber. See on suhteliselt lihtne ja täiustatud polüpropüleeni tööstuslik tootmismeetod. Vedelfaasiline hulgimeetod esindab uut tehnoloogiat ja uut taset polüpropüleeni tootmises maailmas 1980. aastatel.
Protsessi omadused: (1) Süsteemi ei lisata lahustit, propüleenmonomeer läbib vedelfaasis veekeetja reaktoris vedelfaasi polümerisatsiooni ja etüleenpropüleen läbib gaasifaasi kopolümerisatsiooni keevkihtreaktoris; (2) Protsess on lihtne, vähem seadmeid, vähem investeeringuid, madal energiatarve ja tootmiskulud; (3) Homopolümerisatsiooniks kasutatakse veekeetja segamisreaktorit (Hypoli protsess) või silmusreaktorit (Spheripoli protsess), juhuslik kopolümerisatsioon ja plokk-kopolümerisatsioon viiakse mõlemad läbi segamistüüpi keevkihis.
Vedelfaasi puistemeetodi tüüpiline esindaja on BASELLi Spherizone vedelfaasi puistemeetodi protsess. Spherisone on gaasifaasi ringlussevõtu tehnoloogia, mis kasutab Ziegler-Natta katalüsaatorit, mis toodab polümeere, mis säilitavad sitkuse ja töödeldavuse, olles samal ajal väga kristalsed, jäigad ja ühtlasemad. See toodab ühes reaktoris väga ühtlaseid multimonomeerseid vaike või bimodaalseid homopolümeere. Spherisooni tsükli reaktsioonil on kaks omavahel seotud piirkonda. Teiste protsesside gaasifaasi ja vedela faasi silmusreaktorite rolli mängivad erinevad piirkonnad. Need kaks piirkonda võivad toota erineva suhtelise molekulmassi või monomeeri koostise jaotusega vaiku, mis suurendab polüpropüleeni jõudlusvahemikku.
Selle protsessi põhiseade on MZCR (mitmetsooniline tsirkulatsioonireaktorisüsteem) reaktor R230 süsteem. Reaktor koosneb tõusutorust ja laskumistorust. Püsttorus puhutakse polümeeri reaktsioonigaasiga ülespoole, et moodustada keevkihistumine, ja see suunatakse allavoolutoru ülemisse ossa ja läbib tsükloniseparaatori. Pulber kogutakse allavoolutorusse. Reaktsioonigaasi tsirkuleerib tsentrifugaalkompressor läbi välise torujuhtme ja reaktsioonisoojus eemaldatakse välise tsirkulatsioonitorustiku tsirkulatsioonijahuti abil. Reaktori toode juhitakse välja läbi laskuvtoru alumisse ossa paigaldatud ventiili. Pärast seda, kui tühjendatud pulber on kõrge ja madala rõhu all degaseeritud, aurutatakse ja kuivatatakse see otse homopolümeeride ja juhuslike kopolümeeride tootmisel pulbritoodete saamiseks. Löögivastaste toodete valmistamisel juhitakse pulber pärast kõrgsurvega degaseerimist gaasifaasi keevkihtreaktorisse. Reaktor kasutab endiselt Spheripol II gaasifaasi reaktorisüsteemi. Kopolümerisatsioonireaktor on vertikaalne silindriline anum, mille ülemisel ja alumisel osal on sfäärilised pead ning alumises osas on kihisev kiht. Peamine materjal on roostevaba teras ja sisepind on poleeritud.
Selle protsessi praegune maksimaalne tootmisvõimsus ühes liinis on jõudnud 450,000 tonnini aastas. MZCR-i (mitmetsoonilise tsirkulatsioonireaktori) löökkopolümeeri toodete etüleenisisaldus võib ulatuda 22%ni (kummisisaldus on suurem kui 40%), samuti saab toota etüleeni ja 1-buteeni sisaldavaid terpolümeertooteid.