Proces proizvodnje polipropilena

Polipropilenska smola je jedna od četiri termoplastične smole opšte namene (polietilen, polivinil hlorid, polipropilen, polistiren). Proizvodi se reakcijom polimerizacije sa propilenom kao sirovinom i etilenom kao komonomerom.
Procesne metode koje se koriste za proizvodnju polipropilena u svijetu uglavnom spadaju u sljedeće kategorije prema kategorijama: metoda rastvarača, metoda rastvora, metoda tečne faze u rasutom stanju (uključujući kombinovani tip tečne faze gasne faze) i metoda gasne faze u rasutom stanju. Karakteristike svakog procesa su ukratko predstavljene kako slijedi:
polimerizacija rastvaračem
Metoda otapala (također poznata kao metoda suspenzije ili metoda blata, metoda suspenzije) je najraniji proces proizvodnje polipropilena. Međutim, zbog procesa odmrzavanja i oporavka otapala, proces je dug i složen, a s napretkom tehnologije istraživanja katalizatora, od 1980-ih, metoda otapala je imala tendenciju da stagnira i postupno je zamijenjena metodom tekuće faze.
Karakteristike procesa: (1) Propilenski monomer se rastvara u inertnom tečnom rastvaraču (kao što je heksan), a polimerizacija rastvarača se izvodi pod dejstvom katalizatora. Polimer se suspenduje u rastvaraču u obliku čvrstih čestica, a koristi se reaktor za mešanje tipa kotao; (2) Postoje procesi odumiranja i otapala. Proces je dug i komplikovan, sa velikim ulaganjem u opremu i velikom potrošnjom energije. Međutim, proizvodnju je lako kontrolisati i kvalitet proizvoda je dobar; (3) Čestice polipropilena se odvajaju centrifugalnom filtracijom, a zatim se suše ključanjem strujanja zraka i ekstruzionom granulacijom.
polimerizacija rastvora
Karakteristike procesa: (1) Koristite linearne ugljovodonike visoke tačke ključanja kao rastvarače i rade na temperaturi višoj od tačke topljenja polipropilena. Dobijeni polimeri su svi rastvoreni u rastvaraču i ravnomerno raspoređeni; (2) Metoda uklanjanja plina na visokoj temperaturi isparava i uklanja otapalo. Dobija se rastopljeni polipropilen, koji se zatim ekstrudira i granulira kako bi se dobili peletni proizvodi; (3) Jedini proizvođač je američka kompanija Kodak.
Masovna metoda tečne faze
Kombinovani tip tečne faze i gasne faze, proces proizvodnje polipropilena u rasutom stanju tečne faze je novi proces razvijen u srednjoj i kasnoj fazi proizvodnje polipropilena. Ovaj proizvodni proces razvijen je sedam godina nakon što je polipropilen započeo industrijsku proizvodnju 1957. godine.
Za proizvodnju polipropilena koristi se metoda tekuće faze. Katalizator se direktno raspršuje u tečnoj fazi propilena bez dodavanja bilo kakvog drugog rastvarača u reakcioni sistem da bi se izvršila polimerizacija propilena u tečnoj fazi. Polimer se kontinuirano taloži iz tekućeg propilena i suspendira u tekućem propilenu u obliku finih čestica. Kako se vrijeme reakcije povećava, koncentracija polimernih čestica u tekućem propilenu raste. Kada stopa konverzije propilena dostigne određeni nivo, nepolimerizovani propilen monomer se regeneriše kroz brzo isparavanje da bi se dobio proizvod polipropilena u prahu. Ovo je relativno jednostavan i napredan način industrijske proizvodnje polipropilena. Metoda tečne faze u rasutom stanju predstavlja novu tehnologiju i novi nivo proizvodnje polipropilena u svijetu 1980-ih.
Karakteristike procesa: (1) Ne dodaje se rastvarač u sistem, propilen monomer se podvrgava polimerizaciji u tečnoj fazi u reaktoru u tečnom stanju, a etilen propilen se podvrgava kopolimerizaciji u gasnoj fazi u reaktoru sa fluidizovanim slojem; (2) Proces je jednostavan, manje opreme, manje ulaganja, niska potrošnja energije i troškovi proizvodnje; (3) Homopolimerizacija usvaja reaktor sa mešanjem u kotlu (Hypol proces) ili reaktor u petlji (Spheripol proces), slučajna kopolimerizacija i blok kopolimerizacija se obavljaju u mešanom tipu u fluidizovanom sloju.
Tipičan predstavnik tečne faze bulk metode je BASELL-ov proces Spherizone tečne faze bulk metode. Spherizone je tehnologija recikliranja u gasnoj fazi koja koristi Ziegler-Natta katalizator koji proizvodi polimere koji održavaju žilavost i obradivost, dok su visoko kristalni, kruti i ujednačeniji. Proizvodi visoko ujednačene multimonomerne smole ili bimodalne homopolimere u jednom reaktoru. Reakcija ciklusa Spherizone ima dva međusobno povezana područja. Različite oblasti igraju ulogu reaktora gasne faze i petlje tečne faze drugih procesa. Ova dva regiona mogu proizvoditi smole sa različitim relativnim molekularnim težinama ili distribucijom sastava monomera, proširujući opseg performansi polipropilena.
Osnovna oprema ovog procesa je MZCR (multi-zone circulation reactor system) reaktorski sistem R230. Reaktor se sastoji od uspona i silaznog voda. U usponu, polimer se izduvava nagore reakcionim gasom da bi se formirala fluidizacija, i šalje se u gornji deo silaznog voda i prolazi kroz ciklonski separator. Prah se skuplja u silaznom vodu. Reakcioni gas cirkuliše centrifugalnim kompresorom kroz spoljni cevovod, a reakciona toplota se odvodi pomoću cirkulacionog hladnjaka na spoljnom cirkulacionom cevovodu. Reaktorski proizvod se ispušta kroz ventil instaliran u donjem dijelu silaznog voda. Nakon što se ispušteni prah degazira pod visokim pritiskom i niskim pritiskom, direktno se pari i suši prilikom proizvodnje homopolimera i nasumičnih kopolimera kako bi se dobili praškasti proizvodi. Prilikom proizvodnje proizvoda protiv udara, prah se nakon degazacije pod visokim pritiskom ispušta u reaktor s fluidiziranim slojem plinske faze. Reaktor i dalje koristi sistem reaktora u gasnoj fazi Spheripol II. Reaktor za kopolimerizaciju je vertikalna cilindrična posuda sa sfernim glavama na gornjem i donjem dijelu i ebulirajućim slojem na donjem dijelu. Glavni materijal je nerđajući čelik, a unutrašnja površina je polirana.
Trenutni maksimalni proizvodni kapacitet ovog procesa u jednoj liniji je dostigao 450,000 tona/godišnje. Sadržaj etilena u proizvodima udarnog kopolimera MZCR (višezonski cirkulacioni reaktor) može biti čak 22% (sadržaj gume je veći od 40%), a mogu se proizvoditi i proizvodi od terpolimera koji sadrže etilen i 1-buten.