Tecnología para la producción de polietileno de alta y baja presión

El polietileno es el polímero más común en el mundo, que se produce de dos formas: a alta y baja presión. La diferencia entre estos dos materiales es muy significativa. Polietileno baja presión caracterizado por una alta densidad y mejores propiedades de rendimiento, y presión alta Tiene una menor densidad, más elástica y suave.

¿Cómo se produce el polietileno de baja densidad?

La síntesis de este material solo fue posible después del descubrimiento del catalizador Ziegler-Natta. Estos dos destacados químicos compitieron entre sí y sus equipos de investigación, de forma independiente y casi simultánea, fueron capaces de crear catalizadores organometálicos que supusieron una auténtica revolución en la síntesis de polímeros.

En general, los gránulos de HDPE se sintetizan de la siguiente manera:

• Se carga en el reactor una solución de etileno en hexano. Este es el método más común y económicamente justificado, aunque es posible la polimerización en suspensión y en fase gaseosa.
• La solución se calienta a una temperatura de 160 a 2500 grados bajo presión de hasta 5,3 MPa, la mayoría de las veces incluso menos de 1 MPa. Durante 10 - 15 minutos, la solución está en contacto con el catalizador.
• Después de 15 minutos, ocurre la polimerización, sin embargo, el polímero puro debe aislarse de la solución, habiéndolo limpiado de impurezas. Este proceso tiene lugar en el evaporador y luego en el separador.
• La etapa final es la granulación. Se forman gránulos de forma redonda, se cuecen al vapor con vapor de agua, se enfrían y se vierten en un recipiente especial.

El resultado es un material listo para su posterior procesamiento. Tenga en cuenta que para lograr características deseadas se pueden agregar aditivos adicionales.

Características de la tecnología de polietileno de alta densidad.

A su vez, el LDPE se obtiene sin catalizador y los parámetros de temperatura difieren significativamente. El gas etileno se usa para la polimerización, se alimenta a un autoclave o reactor tubular y se calienta a una temperatura de 300 grados. Se agrega el iniciador: oxígeno y peróxidos orgánicos.

Con la ayuda de un compresor, se inyecta una presión de aproximadamente 25 MPa, luego de lo cual la materia prima se transfiere a la segunda parte del reactor, donde la presión aumenta a 130-250 MPa y la temperatura desciende a aproximadamente 190 grados. Como resultado, se pone en marcha un mecanismo de polimerización por radicales. Después de pasar la reacción, la materia prima se limpia de residuos de etileno, se granula y se envasa.

Polietileno- el polímero sintético no polar más barato de la clase de poliolefinas, que es un sólido blanco con un tinte grisáceo.

Casi todas las empresas más grandes de la industria petroquímica se dedican a la producción de polietileno. La principal materia prima para ello es el etileno. El polietileno se sintetiza a bajas, medias y altas presiones. Básicamente, el polietileno se produce en gránulos con un diámetro de 2 a 5 mm, con mucha menos frecuencia en forma de polvo.

Existen cuatro métodos principales para la producción de polietileno, que se utilizan para obtener:

• polietileno de alta presión (LDPE)
• polietileno de baja presión (HDPE)
• polietileno de media presión (PSD)
• polietileno lineal de alta presión (LDPE)

Producción de polietileno de alta densidad (LDPE) o polietileno de baja densidad (LDPE)

En la industria, el LDPE se obtiene a alta presión por polimerización de etileno en autoclave o en un reactor tubular. El proceso en el reactor ocurre según un mecanismo de radicales bajo la acción del oxígeno, peróxidos orgánicos (lauril, benzoilo) o sus mezclas. Mezclado con un iniciador, calentado a setecientos grados y comprimido por un compresor a veinticinco megapascales, el etileno ingresa primero a la primera parte del reactor, donde se calienta a mil ochocientos grados, y luego a la segunda, para la polimerización. a una temperatura de 190 a 300 grados y una presión de 130 a 250 megapascales. En promedio, el etileno está en el reactor de 70 a 100 segundos. El grado de conversión es de hasta el veinte por ciento, todo depende del tipo y la cantidad del iniciador. El etileno sin reaccionar se elimina del polietileno resultante, luego se enfría y se granula. Los gránulos se secan y se envasan. El LDPE básico se produce en forma de gránulos coloreados y sin pintar.

Producción de polietileno de baja densidad (HDPE) o polietileno de alta densidad (HDPE)

El HDPE se obtiene en la industria utilizando baja presión. Para ello se utilizan tres tecnologías principales:

• la polimerización ocurre en suspensión
• la polimerización ocurre en solución (hexano)
• polimerización en fase gaseosa

El método más común es la polimerización en solución.

La polimerización en solución se lleva a cabo a una temperatura de 160 a 2500 grados y una presión de 3,4 a 5,3 megapascales, el contacto con el catalizador se produce en 10-15 minutos. El polietileno se separa de la solución eliminando el solvente: primero en el evaporador, luego en el separador y luego en la cámara de vacío del granulador. El polietileno granular se vaporiza con vapor de agua (una temperatura que supera el punto de fusión del polietileno). El HDPE básico se produce en forma de gránulos coloreados y sin pintar y, a veces, en polvo.

Producción de polietileno de media densidad (MPD)

PSD se produce comercialmente a media presión por polimerización de etileno en solución. El polietileno SD se forma cuando:

• temperatura - 150 grados
• presión hasta 4 megapascales
• la presencia de un catalizador (Ziegler-Natta)

PSD de la solución precipita en forma de escamas.

El polietileno así obtenido tiene:

1. peso molecular promedio en peso hasta 400,000
2. grado de cristalinidad hasta el 90 por ciento

Producción de polietileno lineal de alta densidad (LDPE) o polietileno de baja densidad (LDPE)

El polietileno lineal de alta presión se obtiene por modificación química del LDPE (a una temperatura de 150 grados y 30-40 atmósferas).

LDL es similar en estructura a HDPE, pero tiene más largo y más numerosos ramas laterales. La producción de polietileno lineal se produce de dos formas:

• polimerización en fase gaseosa
• La polimerización en fase líquida es la más popular.

La producción de polietileno lineal por el segundo método tiene lugar en un reactor de lecho fluidizado. El etileno se alimenta a la base del reactor, mientras que el polímero se elimina continuamente, manteniendo constantemente el nivel del lecho licuado en el reactor. Condiciones: temperatura de unos cien grados, presión de 689 a 2068 kN/m2. La eficiencia del método de polimerización en fase líquida es menor (dos por ciento de conversión por ciclo) que la de la fase gaseosa (hasta un treinta por ciento de conversión por ciclo). Sin embargo, este método tiene sus ventajas: el tamaño de la instalación es mucho más pequeño que el de los equipos para polimerización en fase gaseosa y una inversión de capital significativamente menor. Casi idéntico es el método en el reactor con agitador que utiliza catalizadores Ziegler. Esta apuesta da como resultado el mayor rendimiento.

Recientemente, para la producción de polietileno lineal, se ha utilizado una tecnología que utiliza catalizadores de metaloceno. Esta tecnología permite una mayor peso molecular polímero, lo que aumenta la resistencia del producto.

LDPE, HDPE, PSD y LDPE difieren entre sí tanto en su estructura como en sus propiedades, respectivamente, y se utilizan para resolver varias tareas.

Junto con los métodos anteriores de polimerización de etileno, existen otros, pero no han recibido distribución industrial.

El polietileno es un polímero sintetizado por la polimerización del etileno en varias condiciones y con diferentes catalizadores. Dependiendo de la temperatura, la presión y la presencia de diferentes catalizadores, es posible obtener materiales con propiedades fundamentalmente diferentes.

Materias primas para la fabricación de polietileno.

• El monómero es etileno. Es la olefina (o alqueno) más simple, a temperatura ambiente es un gas combustible incoloro y más liviano que el aire.
• Sustancias necesarias para que se produzca la reacción. Para polietileno de alta presión (LDPE), se puede usar oxígeno o peróxido como iniciador de la reacción de polimerización. Para polietileno de baja presión (HDPE), se utilizan catalizadores Ziegler-Natta.
• Otros monómeros que pueden estar involucrados en la reacción en la fabricación de copolímeros de etileno con propiedades mejoradas. Por ejemplo, buteno o hexeno.
• Aditivos y sustancias auxiliares que modifican las propiedades finales del material. Por ejemplo, algunos aditivos aumentan la durabilidad del material, algunos aceleran el proceso de cristalización, etc.

En la práctica, existen tres tipos de polietileno: baja, media y alta presión. Existe una diferencia fundamental entre el material de baja y alta presión, el polietileno de media presión se puede considerar un tipo de HDPE. Por lo tanto, vale la pena considerar dos procesos de polimerización radicalmente diferentes:

• El polietileno de alta presión (o de baja densidad) se obtiene a una temperatura de al menos 200 °C, a una presión de 150 a 300 MPa, en presencia de un iniciador de oxígeno. En condiciones industriales, se utilizan autoclaves y reactores tubulares. La polimerización tiene lugar en la masa fundida. La materia prima líquida resultante se granula y se obtienen pequeños gránulos blancos en la salida.
• Polietileno de baja densidad (o alta densidad) se fabrica a una temperatura de 100 - 150 °C a una presión de hasta 4 MPa. condición requerida reacción: la presencia de un catalizador Ziegler-Natta; en condiciones industriales, se usa con mayor frecuencia una mezcla de cloruro de titanio y trietilaluminio u otros derivados de alquilo. Muy a menudo, la polimerización tiene lugar en una solución de hexano. Después de someterse a la polimerización, la sustancia se somete a granulación en condiciones de vacío, adquiriendo una forma mercantil.

Tecnología para la producción de polietileno lineal de media y baja densidad

Por separado, debe decirse sobre la producción de polietileno lineal. Se diferencia de un polímero convencional en que tiene una estructura especial: un gran número de Cadenas moleculares cortas que confieren al material propiedades especiales. El producto combina elasticidad, ligereza y mayor resistencia.

El proceso de fabricación implica la presencia de otros monómeros para la reacción de copolimerización, con mayor frecuencia buteno o hexeno, en raras ocasiones octeno. La mayoría metodo efectivo producción - polimerización en fase líquida, en un reactor con una temperatura de alrededor de 100 °C. Los catalizadores de metaloceno se utilizan para aumentar la densidad del polietileno lineal.

El polietileno ocupa el primer lugar en la producción mundial de polímeros sintetizados por polimerización. Uno de los métodos de producción es la polimerización de etileno a alta presión. El etileno se obtiene por pirólisis de hidrocarburos saturados en hornos de pirólisis para producir pirogas.

Todos se dedican a la producción de polietileno. grandes compañias industria petroquímica. La principal materia prima de la que se obtiene el polietileno es el etileno. La producción se realiza a baja, media y alta presión. Por regla general, se produce en gránulos, que tienen un diámetro de 2 a 5 milímetros, a veces en forma de polvo. Hasta la fecha, se conocen cuatro métodos principales para la producción de polietileno. Como resultado, obtenga:

1. polietileno de alta presión (LDPE)
2. polietileno de baja presión (HDPE)
3. polietileno de media presión (PSD)
4. polietileno lineal de alta presión (LDPE)

Polietileno de alta densidad La presión se forma a alta presión como resultado de la polimerización de etileno comprimido a alta presión en un autoclave o en un reactor tubular. La polimerización en el reactor se lleva a cabo por un mecanismo radicalario bajo la influencia del oxígeno, peróxidos orgánicos, sean laurilo, benzoilo, o mezclas de los mismos. El etileno se mezcla con un iniciador, luego se calienta a 700 °C y se comprime mediante un compresor a 25 MPa. Luego ingresa a la primera parte del reactor, en la cual se calienta a 1.800°C, y luego a la segunda parte del reactor para la polimerización, que ocurre a una temperatura en el rango de 190 a 300°C y una presión de 130 a 250 MPa. En total, el etileno está en el reactor por no más de 100 segundos. El grado de su conversión es del 25%. Depende del tipo y la cantidad del iniciador. El etileno que no ha reaccionado se elimina del polietileno resultante, después de lo cual el producto se enfría y envasa. El LDPE se produce en forma de gránulos tanto sin teñir como coloreados.

Producción Polietileno de baja densidad llevado a cabo utilizando tres tecnologías principales:

• Polimerización que ocurre en suspensión.
• Polimerización en solución. Esta solución es hexano.
• Polimerización en fase gaseosa

La forma más común se considera polimerización en solución. La polimerización en solución se lleva a cabo en el rango de temperatura de 160 a 2500°C y presión de 3,4 a 5,3 MPa. El contacto con el catalizador se lleva a cabo durante unos 10-15 minutos. La separación del polietileno de la solución se lleva a cabo eliminando el solvente, primero en el evaporador y luego en el separador y en la cámara de vacío del granulador. El polietileno granular se cuece con vapor de agua. El HDPE se produce en forma de gránulos sin teñir y coloreados y, a veces, en forma de polvo.

Producción polietileno de media presión se lleva a cabo como resultado de la polimerización del etileno en solución. El polietileno de media presión se obtiene a una temperatura de aproximadamente 150°C, bajo una presión de no más de 4 MPa, en presencia de un catalizador. PSD de la solución precipita en forma de escamas. El producto obtenido como se describe anteriormente tiene un peso molecular promedio en peso de no más de 400 mil y un grado de cristalinidad de no más del 90%.

Producción polietileno de alta densidad lineal llevado a cabo con la ayuda de la modificación química de LDPE. El proceso tiene lugar a una temperatura de 150°C y aproximadamente 3,0-4,0 MPa. El polietileno lineal de baja densidad es similar en estructura al polietileno de alta densidad, sin embargo, difiere en ramas laterales más largas y numerosas. La producción de polietileno lineal se realiza de dos formas:

• Polimerización en fase gaseosa
• La polimerización en fase líquida es actualmente el método más popular. Se lleva a cabo en un reactor de lecho fluidizado. El etileno se alimenta continuamente al reactor y el polímero se extrae mientras se mantiene un nivel de lecho fluidizado constante en el reactor. El proceso tiene lugar a una temperatura de unos 100°C, presión de 0,689 a 2,068 MPa

La eficiencia de este método de polimerización en fase líquida es menor que la de la polimerización en fase gaseosa, pero también tiene sus ventajas, a saber, el tamaño de la planta es mucho más pequeño que el del equipo de polimerización en fase gaseosa y la inversión de capital es mucho menor.

Prácticamente similar es el método en el reactor con agitador utilizando catalizadores Ziegler. Esto da como resultado el máximo rendimiento del producto. No hace mucho tiempo, para la producción de polietileno lineal, se comenzó a utilizar la tecnología, como resultado de lo cual se utilizan catalizadores de metaloceno. Esta tecnología permite obtener un mayor peso molecular del polímero, aumentando así la resistencia del producto. LDPE, HDPE, PSD y LDPE se diferencian entre sí, tanto en su estructura como en sus propiedades, respectivamente, y se utilizan para resolver diversos problemas. Además de los métodos anteriores de polimerización de etileno, existen otros, pero no han recibido distribución en la industria.

Hasta la fecha, el polímero se produce en dos grados principales de LDPE y HDPE.

Existen otros tipos de polietileno, cada uno de los cuales tiene sus propias propiedades y alcance. Durante el proceso de producción, al polímero granular se le añaden diversos colorantes, que permiten obtener polietileno de color negro, rojo o de cualquier otro color.

La producción de polietileno de alta presión se realiza en autoclaves, reactores tubulares. Hay ocho marcas de LDPE hechas en autoclave, según GOST. Veintiún tipos de polietileno de alta presión se producen a partir del reactor tubular.

Para la síntesis de HDPE, se deben cumplir las siguientes condiciones:

1. régimen de temperatura - de 200 a 250°C
2. catalizador - oxígeno puro, peróxido (orgánico)
3. presión de 150 a 300 MPa

La masa polimerizada en la primera fase tiene estado liquido, luego de lo cual se traslada al separador, luego al granulador, donde se forman los gránulos del material terminado. Las cualidades de LDPE se utilizan para la producción de películas de embalaje, películas térmicas, embalaje multicapa. Asimismo, el polietileno de alta presión se utiliza en automoción, química, industrias alimentarias. Está hecho de calidad tubos duraderos utilizado en el sector residencial.

Las tareas más importantes de las empresas para la producción de polietileno son la modernización de los equipos, la mejora de la tecnología de pirólisis, la conversión y el aumento de la capacidad de producción. En esta dirección LENNIIHIMMASH realiza los siguientes tipos obras :

• desarrollo de equipos para equipar hornos de pirólisis durante su modernización
• examen del estado actual de la empresa
• análisis, estudio de viabilidad y selección la mejor opción reconstrucción
• actualización de equipo
• diseño de edificios y estructuras

El equipo principal para la producción de polietileno:

• bloque de reactores
• compresores
• unidades de reciclaje de alta y media presión (separador, separador, intercambiador de calor)
• estación agua caliente con bombas
• unidad de refrigeración
• zapatillas
• contenedores, incluido con agitador

Relevamiento preliminar del estado existente del equipo

Experiencia de "LENNIIHIMMASH"

Durante el período de construcción activa en la URSS de plantas para la producción de etileno y propileno a partir de pirogas para su posterior producción. materiales poliméricos LENNIIHIMMASH fue el principal desarrollador y proveedor de equipos de columna e intercambio de calor para unidades de baja temperatura para plantas de diversas capacidades de 45 a 300 mil toneladas de etileno por año (E-45, EP-60, E-100, E-200, EP-300). En años posteriores, se realizaron trabajos de reconstrucción de las instalaciones productivas existentes con el fin de aumentar la productividad de los pirogas procesados, se implementaron soluciones técnicas para estabilizar la operación de las plantas, reducir las pérdidas de productos objetivo (aumento del factor de recuperación) y mejorar la calidad del producto. . Al mismo tiempo, se equiparon las instalaciones con equipos adicionales, se reemplazaron los dispositivos de contacto de las columnas, se optimizó esquema tecnológico. En las unidades de baja temperatura de producción de etileno, en el desarrollo de equipos de columna, los resultados del trabajo de investigación realizado por LENNIIHIMMASH, los métodos desarrollados calculo hidraulico placas, los resultados de la inspección de unidades de los equipos desarrollados en la producción de etileno. Para la producción de polietileno de alta presión para las plantas de Novopolotsk, Sumgait, Tomsk y la producción en Alemania, LENNIIHIMMASH desarrolló equipos especiales: compresores de etileno alternativos (compresores de refuerzo, compresores de etileno de alta presión sobre una base opuesta (etapa I - hasta una presión de 25 MPa y etapa II - hasta 230 MPa), equipos del reactor, tanques. Estos equipos continúan siendo operados exitosamente en la actualidad.

En 2010 para la producción de PEBD en la empresa "Lukoil Neftekhim Burgas AD" (Bulgaria), se elaboró ​​una propuesta de reconstrucción de líneas de producción con el fin de aumentar la capacidad productiva, mejorar la tecnología, reemplazar equipos obsoletos y la viabilidad económica.

La producción actual incluye:

• Instalación para la producción de LDPE con un reactor tubular con una capacidad de 50 mil toneladas / año (el proceso de la empresa ATO - Francia)
• Instalación para la producción de PEBD con reactor autoclave (dos líneas de producción con una capacidad de 15 mil toneladas/año cada una, con una capacidad total de 30 mil toneladas/año) Proceso empresa ICI - Inglaterra

Los especialistas de LENNIIHIMMASH realizaron una encuesta, durante la cual se identificaron las siguientes reservas para el equipo principal y auxiliar:

Para una planta de reactor tubular existen reservas de rendimiento, lo que hace aconsejable no sustituir la planta en en su totalidad. La modernización parcial es posible con un aumento en la capacidad de las principales unidades tecnológicas:

• bloque del reactor sin desmantelar el reactor
• unidad de compresión con reemplazo parcial del equipo sin cambiar la parte del edificio
• la unidad de reciclaje de baja presión permanecerá sin cambios importantes
• la unidad de reciclaje de alta presión necesita una renovación importante

Propuesta de diseño de un nuevo unidad de refrigeración, que aumentará significativamente la productividad, se ha compilado una lista de equipos de bloques nuevos y modernizados con las principales características técnicas.

Opción para la reconstrucción de un reactor tubular - transición a tres zonas
reactor en la segunda y tercera opciones de reconstrucción con la introducción de un líquido
iniciación

Modernización de compresores: refuerzo de compresores múltiples/primera etapa
Burckhardt

Se han propuesto tres opciones de reconstrucción. Dependiendo del volumen de reconstrucción, la productividad total de las dos instalaciones de producción se puede aumentar de 80 mil toneladas de PE por año a:

• Opción 1 - 90 mil toneladas / año
• Opción 2 - 130 mil toneladas / año
• Opción 3 - 128 mil toneladas / año

En 2016 en relación con la reconstrucción del taller de pirólisis y purificación de gases de la planta de etileno de Kazanorgsintez PJSC, se desarrollaron las principales soluciones técnicas y en 2017 se encuentra en ejecución el diseño técnico instalación al aire libre"Horno de pirólisis de etano de cuatro cámaras P-810/815/820/825", como parte de la unidad de pirólisis de fracción de etano y propano en hornos tubulares. El objetivo de la obra es vincular un horno de 4 cámaras, diseñado y suministrado por Technip, a las comunicaciones tecnológicas existentes de la planta de etileno de Kazanorgsintez PJSC y la construcción de instalaciones auxiliares para asegurar que los parámetros, calidad e indicadores de consumo de la flujos de proceso requeridos para la operación del bloque del horno. Se prevé la construcción de un nuevo horno de pirólisis de 4 cámaras e instalaciones auxiliares para garantizar la redundancia hornos existentes pirólisis.

El proyecto incluye el desarrollo de una unidad de calentamiento y preparación de materias primas y gas combustible, una unidad de reducción de vapor, una unidad de dosificación de disulfuro de dimetilo (DMDS) - inhibidor de la formación de coque, un sistema de preparación y un sistema de bombeo agua de alimentación, unidad de agua de purga.

HDPE tiene propósito general y se caracteriza estructura lineal con ramas menores de la cadena principal.

La ausencia de restricciones volumétricas permite desarrollar un material con una cristalinidad aumentada, que puede llegar al 80%.

Esto da como resultado un alto propiedades operativas de este polímero.