Главная / Рецепты / Технология производства полиэтилена высокого давления

Технология производства полиэтилена высокого давления

Полиэтилен – самый распространенный в мире полимер, который выпускается двумя способами: при высоком и низком давлении. Разница между этими двумя материалами весьма существенна. Полиэтилен низкого давления отличается высокой плотностью и улучшенными эксплуатационными свойствами, а высокого давления имеет меньшую плотность, более эластичный и мягкий.

Как получают полиэтилен низкого давления?

Синтез данного материала стал возможен только после открытия катализатора Циглера – Натты. Эти два выдающихся химика конкурировали друг с другом, и их исследовательские команды независимо и почти одновременно смогли получить металлорганические катализаторы, запустившие настоящую революцию в синтезе полимеров.

В целом гранулы ПНД синтезируются следующим образом:

В реактор загружается раствор этилена в гексане. Это наиболее распространенный и экономически оправданный способ, хотя возможна полимеризация суспензии и газовой фазы.
Раствор разогревается до температуры от 160 до 2500 градусов под давлением до 5,3 Мпа, чаще всего даже менее 1 Мпа. На 10 – 15 минут раствор контактирует с катализатором.
Спустя 15 минут полимеризация происходит, однако чистый полимер нужно выделить из раствора, очистив его от примесей. Этот процесс происходит в испарителе, а затем – в сепараторе.
Финальный этап – грануляция. Формируются гранулы округлой формы, пропариваются водяным паром, остывают и ссыпаются в специальную тару.

В результате добывается готовый к дальнейшей переработки материал. Отметим, что для достижения нужных характеристик могут добавляться дополнительные присадки.

Особенности технологии полиэтилена высокого давления

В свою очередь ПВД получают без катализатора, а температурные параметры существенно отличаются. Для полимеризации используется газ этилен, он подается в автоклавный или трубчатый реактор и разогревается до температуры 300 градусов. Добавляется инициатор – кислород и органические пероксиды.

С помощь компрессора нагнетается давление около 25 Мпа, после чего сырье перемещается во вторую часть реактора, где давление увеличивается до 130 – 250 Мпа, а температура снижается ориентировочно до 190 градусов. В результате запускается радикальный механизм полимеризации. После прохождения реакции сырье очищается от остатков этилена, гранулируется и упаковывается.

Сырьем для изготовления полиэтиленовых пленок служат гранулы полиэтилена, получаемые путем полимеризации этилена. Для получения полиэтилена высокого и низкого давления используются две технологии, предполагающие прохождение процесса при разных условиях полимеризации. ПНД и ПВД производят при разных температуре и давлении. В результате материалы приобретают разные физические и химические свойства.

Немного о технологии производства

Гранулы, полученные под высоким давлением (1000-3000 кг/см 2) обладают меньшей собственной плотностью, составляющей 0,925 г/см 3 . Полученная таким образом пленка на ощупь более «маслянистая». Она относительно прозрачна и хорошо растягивается без раздиров. Материал отличается более короткими полимерными цепям. Он менее кристалличен и плавится при температуре более 100 С. Данные характеристики относятся к полиэтилену высокого давления, который довольно часто обозначается как ПВД.

Полиэтилен низкого давления или ПНД полимеризуется при давлении-1-5 кг/см 2 и достигает плотности 0,945 г/см 3 . Такой вид полиэтиленовой пленки более кристалличен, полимерные цепи в нем длиннее, а прозрачность меньше. Для плавления пленки из ПНД требуется более высокая температура — от 120С, поэтому энергетические затраты на ее производство выше. Зато и в процессе эксплуатации такой вид полиэтиленовой пленки может выдерживать более высокие температуры.

Основные виды полиэтилена

ПНД – полиэтилен низкого давления, или ПВП – высокой плотности;
ПВД – высокого давления, или ПНП – низкой плотности;
ПСД – среднего давления, или ПСП – средней плотности.

Кроме этих видов полимеров, есть и другие: сшитый – PEX, вспененный и хлорсульфированный (ХСП) полиэтилены.

Полиэтилен – один из самых широко применяемых современных материалов в производстве:

упаковочных, термоусадочных, сельскохозяйственных и других видов пленки;
водопроводных, газовых и других видов труб;
различных синтетических волокон;
емкостей для разного рода жидкостей;
большого ассортимента стройматериалов;
санитарно-технических изделий;
посуды и предметов домашнего обихода;
изоляционных материалов для электрических кабелей;
деталей для автомобилей, станков, различного оборудования, инструментов и другой техники;
протезов для стоматологии и других видов эндопротезирования;
пенополиэтилена.

Широкий спектр потребительских свойств полиэтилена обусловлен целым комплексом химических, физико-механических и диэлектрических характеристик этого материала. Поэтому он востребован в радиоэлектротехнической, кабельной, химической, строительной, медицинской и многих других отраслях.

Специальные разновидности этого материала, такие как вспененный полиэтилен, сшитый, сверхмолекулярный, хлорсульфированный – эффективно используются в производстве строительных материалов. Хотя сам полиэтилен не конструкционный по структуре, но армирование стекловолокном дает возможность использовать его в конструкционных композитных изделиях.

Полиэтилен используется и как вторсырье. Его отходы отлично перерабатываются для дальнейшего применения.

Технология производства полиэтилена

Полиэтиленовый полимер получают в результате химической реакции полимеризации этилена в различно созданных условиях и в присутствии определенных катализаторов. В зависимости от условий протекания реакции – температуры, давления и катализаторов, полиэтилен приобретает кардинально отличающиеся характеристики.

Чаще всего практическую ценность имеют три вида полиэтилена – низкого, среднего и высокого давления. Поэтому стоит рассмотреть технологию получения именно этих материалов. Надо заметить, что полиэтилен среднего давления считается всего лишь разновидностью ПНД и технология их производства ничем не отличается.

Производство полиэтилена низкого давления

ПНД производится из очищенного газа этилена. Процесс идет при температуре 100-150°C при давлении до 4 МПа. В реакции полимеризации обязательно должен присутствовать катализатор: или триэтилаллюминий или четыреххлористый титан. Процесс может быть непрерывным или кратковременным, с перерывами.

Существует ряд технологий производства полиэтилена, отличающихся по типу используемых конструкций, размеру реактора, способу очистки полимера от катализатора. Весь технологический процесс разбит на три этапа:

полимеризация полиэтилена;
очистка его от катализатора;
просушка.

Необходимое условие для нормального протекания реакции полимеризации – постоянная температура, которая поддерживается с помощью подаваемого этилена и его объемов. Процесс полимеризации с участием катализатора имеет свои недостатки – происходит неизбежное загрязнение полученного продукта остатками катализатора.

Он не только окрашивает полиэтилен в неприемлемый коричневый цвет, но и ухудшает его химические свойства. Для устранения этого недостатка катализатор разрушается, а потом растворяется и отфильтровывается. Отмывается полученный полимер в специальной центрифуге, в которую добавляют метиловый спирт.

После промывки он отжимается, к нему добавляют вещества, повышающие его прочность и внешний вид. Для улучшения внешних качеств добавляют воск, который придает полиэтилену блеск. Далее продукт полимеризации попадает в сушильные аппараты и в цеха грануляции. Основные марки полиэтилена производятся в порошкообразном виде, композиционные марки – в виде гранул.

Производство полиэтилена высокого давления

ПВД производится при температуре не менее 200 °C, при давлении от 150 до 300 МПа, в качестве активатора реакции выступает кислород. Оборудование для получения полимера – автоклавные и трубчатые реакторы.

Трубчатый реактор – это длинный резервуар в виде трубы, в котором и происходит реакция полимеризации под высоким давлением. Полимер, в виде расплава выводится из реактора и поступает в отделитель промежуточного давления, где он изолируется от непрореагировавшего этилена. Затем, согласно технологической схеме он поступает на экструдер и выходит из него в виде гранул, и направляется на дополнительную обработку. Эта технология является наиболее востребованной среди производителей.

Автоклавные реакторы – цилиндрические, вертикально расположенные агрегаты, в которых идет реакция полимеризации этилена с инициатором реакции. Реакторы отличаются условиями протекания реакций, в том числе условиями теплоотвода. Концентрации инициаторов и параметров реакционной массы.

Различия протекания химических реакций. Разные виды оборудования и другие различия обусловливают структурные особенности получаемого продукта полимеризации.

Несмотря на тип реактора, схема производства ПВД для них одинаковая:

подача в приемник реактора сырья и инициатора;
разогрев ингредиентов и повышение параметров давления;
промежуточная подача сырья и инициатора;
изоляция непрореагировавшего этилена и его сбор для повторного использования;
охлаждение полученного полимера, сброс давления;
грануляция конечного продукта, промывка, сушка, упаковка.

Вспененный полиэтилен, или ППЭ – это полимер, отличающийся пористой структурой и имеющий высокие эксплуатационные и технические характеристики. Он широко используется как термоизоляционный материал в строительстве и в приборостроительном машиностроении, а также как упаковочный материал и в других сферах.

Технология производства этого полимера отличается определенной сложностью. Для ее полного цикла необходимо специальное оборудование: смесители, загрузчики, охлаждающие устройства, насосы высокого давления. Но самым главным оборудованием в производстве вспененного полиэтилена являются экструдеры. В качестве сырья используется ПВД, в качестве вспенивающих агентов – фреоны и алкановые смеси, например, бутан.

В зависимости от особенностей технологии производства, различают два вида ППЭ – сшитый и несшитый. Процесс вспенивания идет под определенным давлением и с высокой температурой. Этапы технологического процесса:

смешивание;

продавливание смеси через экструдер;

сшивание пленок;

вспенивание;

получение заготовок в виде плит, пленки и других полуфабрикатов.

Для того, чтобы избежать затрат на крупномасштабное производство полимеров, можно воспользоваться их вторичной переработкой. Из вторсырья производится высококачественный гранулированный полимерный продукт, который по своим характеристикам ничем не уступающий первично полученному полимерному продукту.

Сырье подвергается дроблению. Затем, оно моется и сушится в центрифуге. Очищенная сырьевая масса проходит операцию агломерации и идет на гранулирование. Это – конечный продукт вторичной переработки полиэтилена.

Оборудование для производства полиэтилена различается в соответствии с назначением и видом перерабатываемого сырья. Технологическая цепочка представлена следующим оборудованием:

один или несколько экструдеров-грануляторов;
машина для резки;
загрузчики, работающие на основе вакуума;
насосы, оснащенные фильтрами для расплавов;
вибросита;
ванны для охлаждения;
транспортеры;
бункера для подачи сырьевой массы;
мельницы.

Покупка нового основного оборудования для производства полиэтилена может стать в пределах 120-200 тысяч долларов.Новое отечественное оборудование будет стоить меньше в два раза.

Как организовать завод по производству полиэтилена

Всякий производственный бизнес начинается с разработки бизнес-плана.

Составление бизнес-плана

Цель бизнес-плана – предоставление общей информации об авторе проекта, описание продукции, которую он собирается производить. Также должна быть раскрыты задачи проекта, в подробностях должна быть описана технология производства продукции.

Если эта технология является новой, то в бизнес-плане должны быть представлены заключения соответствующих органов об ее безопасности для окружающей среды и здоровья людей.

Помещение

Промышленное производство, каковым является выпуск полиэтилена, следует размещать в производственной зоне населенного пункта. Для производственного помещения существуют определенные санитарные и технические требования. Площадь помещения не должна быть меньше 100 кв. метров, высота его не должна быть ниже 10 метров. В производственных цехах должна быть противопожарная защита и хорошая вентиляция.

Оформление документов

Прежде всего, необходимо зарегистрировать свое предприятие. Это может быть ИП или ООО . Также необходимо получить разрешительные документы в таких инстанциях:

городская администрация;
пожарная, экологическая и санитарно-эпидемиологическая службы;
электронадзор.

Расчет затрат

Сначала производится расчет доходов от производства продукции:

сколько затрачивается в среднем на производство определенного объема продукции;
какова ее рыночная стоимость;
каков размер дохода.

стоимость разрешительных документов;
подготовка помещения;
закупка оборудования;
закупка сырья.

Ежемесячные расходы:

оплата труда работникам;
оплата аренды помещения;
налоги и коммунальные услуги.

Рентабельность бизнеса

При стабильной работе предприятия и при хорошем стартовом капитале на приобретение оборудования, этот бизнес окупается через 12-14 месяцев. Через год стабильной работы, затраты на оборудование могут полностью окупиться и завод станет приносить чистую прибыль.

ПЭНД имеет общее назначение и характеризуется линейной структурой с незначительными ответвлениями от основной цепи.

Отсутствие объёмных ограничений позволяет выработать материал с повышенной кристалличностью, которая может достигать 80%.

Благодаря этому достигаются высокие эксплуатационные свойства данного полимера.

Композиционными особенностями полиэтилена низкого давления является качественное улучшение модификации базового полиэтилена ПЭНД 276-73.

Для образования такого полиэтилена требуются определённые условия:

температурный режим на уровне 120–150 °C;
показатели давления ниже 0,1–2 МПа;
наличие катализаторов Циглера - Натта. Пример: смесь TiCl4 и AlR3.

Процесс полимеризации протекает в суспензии при условиях ионно-координационного механизма. В результате образуется полиэтилен со средним молекулярным весом 80–300 тыс.

Основные физические и химические свойства

Полиэтилен низкого давления соответствует формуле (-СН2-СН2-)n. Он химически стоек по отношению к агрессивным химическим элементам и обладает отличными диэлектрическими свойствами.

Гранулированная форма полиэтилена низкого давления изготавливается методом полимеризации. Показатель плотности при таком технологическом процессе составляет более 0,945 г/см³. Гранулы получаются более кристаллическими и с низкой степенью прозрачности. Температура плавления зависит от длины полимерных цепей.

Высокая температура плавления при изготовлении изделий из ПЭНД очень энергозатратна. Однако эксплуатационные характеристики таких изделий прекрасные. Они выдерживают довольно суровые условия и относительно высокие температурные режимы без образования механических повреждений.

Субъективными недостатками изделий из ПЭНД являются матовость поверхности, некоторая шершавость и недостаточная тягучесть. Кроме того, плёнка из полиэтилена низкого давления легко мнётся и шуршит.

Склонность к хладотекучести со временем изменяет размер плёнки при постоянной нагрузке.

Применение в промышленности

Особенности ПЭНД, характеризующиеся высокой прочностью, небольшим относительным удлинением при разрыве и повышенной морозостойкостью, делают сферу его применения достаточно широкой. В бытовом сегменте ПЭНД используется при производстве разнообразных кухонных принадлежностей и предметов быта.

В строительстве этот материал нашёл широкое применение в изготовлении водопроводных труб и различных строительных материалов. Наиболее часто используется в упаковочной промышленности в процессе производства упаковочной тары и бутылок.

Экструзия плёнки позволяет получить пакеты для фасовки, пакеты «майка» и пакеты с вырубной ручкой. Используется при выработке барьерного слоя для многослойных упаковочных материалов, воздушно-пузырьковой плёнки и мусорных пакетов.

Произведённые таким способом применяются в системах газоснабжения, холодного водоснабжения и с целью защиты электросетей. Применяются в дренажных системах, внешней и внутренней , а также в виде обсадных труб в скважинах. Кроме того, в процессе экструзии вырабатываются листы гидроизоляции, детали изделий для машиностроительной отрасли, мембраны для гидроизоляционных работ, конвейерные ленты и геоячейки.

Методом выдувания получают разнообразные плёнки и ёмкости. При помощи литья под давлением вырабатываются товары народного потребления, двусоставные и односоставные крышки, тарные ящики, мебельная фурнитура и почти 400 наименований автокомплектующих.

Результатом ротоформования является выпуск:

баков,
бочек,
мобильных туалетов,
детских игровых комплексов,
дорожных ограждений,
колодцев,
септиков,
мусоросборов и эстакад.

Страны - производители ПЭНД

Потребление полимерного сырья на территории Европы показывает ежегодный рост на уровне 6%. Объём рынка полиэтилена низкого давления в России составляет примерно 340 тыс. т/год, а средний ежегодный рост - 30%.

Эксперты «Лукойл-нефтехим» оценивают производство в РФ в 450 тыс. тонн ПЭНД, из которых 315 тыс. т/год приходится на внутреннее потребление. От 30 до 35% от общего объёма, произведённого в России ПЭНД, идёт на экспорт.

Почти 87% всего объёма ПЭНД, производимого в России, приходится на предприятия: «Ставролен» от «Лукойл-нефтехимия», «Томскнефтехим» от АК «Сибур», «Казаньоргсинтез», «Нижнекамскнефтехим» и «Газпромнефтехим Салавата». В прошлом году российскими предприятиями был сокращён выпуск ПЭНД на 18%. Основной причиной стал простой предприятия «Ставролен».

Лидирующие позиции на мировом рынке занимает фирма Univation Technologies. Она является совместным детищем компаний Exxon Mobil и Dow/Union Carbide, которые являются признанными мировыми лидерами по производству полиолефинов.

Если вы увлекаетесь интересными открытиями вам следует прочитать материал про .

Знания должны быть разнообразные! Многим будет интересно узнать, например, про химическое оружие. Познавательные сведенья о нем в .

Вторичная переработка

Многократная переработка ПЭНД изменяет вязкостные свойства на уровне 5–10%, а прочностные характеристики понижаются на 10–20%. Применение вторичной переработки полиэтиленов существенно не влияет на прочностные и вязкостные свойства ПЭНД. Свойства вязкости можно легко скорректировать изменением температурного режима при литье.

На данный момент большие денежные средства вкладываются в улучшение качественных характеристик ПЭНД. Именно в этом полиолефине видят будущее многие современные производители.

В настоящее время отечественный рынок полиэтилена абстрагируется от влияния мировой отрасли, что спровоцировано удорожанием импортного сырья и продукции. Это создало новые условия для активации собственных ресурсов и возможностей. Как указывают эксперты, у российской отрасли производства полиэтилена имеются все необходимые факторы для успешного независимого развития. В частности, это обеспечивается большим количеством сильных производителей, ежегодно поставляющих на рынок более 1,5 млн. т высококачественного полиэтилена.

Тройка лидеров производства полиэтилена в России

Компании, производящие полиэтиленовый полимер, как правило, изготавливают обширную номенклатуру товаров химической промышленности, что обеспечивает комплексный характер производства, существенную экономию затрат и, как следствие, снижение себестоимости итогового продукта. Наилучшие результаты в 2015 году показали следующие компании:

«Казаньоргсинтез»;
«Томскнефтехим»;
«Нижнекамскнефтехим».

Лидером российского рынка полиэтилена является ПАО «Казаньоргсинтез» . По итогам 2015 года на заводах этого предприятия было изготовлено около 42% всего объема ПЭ. Всего в структуру компании входит 7 заводов, на которых производится полиэтилен как низкого, так и высокого давления, а также обширный ассортимент иных полимеров. Продукция поступает на внутренний российский рынок и активно экспортируется.

Вторую позицию по итогам прошедшего года заняло ООО «Томскнефтехим» - предприятие, образованное ПАО «СИБУР Холдинг», которое является лидирующей интегрированной компанией в российской газоперерабатывающей и нефтехимической сфере. «Томскнефтехим» в 2015 году обеспечил производство 14,6% от общего объема полиэтилена, изготовленного в России. Основная специализация компании – выпуск ПВД. Необходимое сырье полностью изготавливается на собственных производственных мощностях.

Стабильно высокие результаты демонстрирует ПАО «Нижнекамскнефтехим» . По результатам 2015 года данной компанией произведено 12,5 общего объема российского полиэтилена. Компания входит в группу «ТАИФ», частью которой является и лидер отрасли «Казаньоргсинтез». На производственных мощностях компании «Нижнекамскнефтехим» производится множество видов полимеров, и выпуск ПЭ различной плотности является одним из приоритетных направлений работы предприятия. Одной из особенностей этой компании является развитая инфраструктура производства – уже 40 лет назад она организовала прямой этиленопровод до Казани, имевший длину 280 км.

Большой объем производимого полиэтилена отпускается на внутренний рынок. Его реализацией занимаются многие компании, в частности, ООО «Юнитрейд», в ассортименте которого представлен полиэтилен от большого количества отечественных производителей. Это не только лидирующие компании, но и прочие влиятельные игроки этой ниши рынка.

Другие крупные производители

Также значительными объемами производимого полиэтилена характеризуются такие компании, как:

ПАО «Уфаоргсинтез»;
ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»;
ОАО «Ставролен»;
АО «Ангарский завод».

Башкирская компания «Уфаоргсинтез» технологически интегрирована с нефтяным гигантом «Башнефть». Специализируется на производстве обширной номенклатуры продукции органического синтеза, в том числе производит большие объемы полиэтиленов различных марок и плотностей. Одна из сфер деятельности предприятия – переработка попутных газов нефтехимической промышленности, из которых и получается сырье для производства полиэтилена. Такая особенность работы позволяет ПАО «Уфаоргсинтез» оптимизировать технологически сложный процесс производства ПЭ.

ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» представляет собой полноценный комбинат, в состав которого входит большое количество производственных подразделений. На сегодняшний день компания полностью интегрирована в структуру ПАО «Газпром». Ассортимент изготавливаемой продукции разнообразен, на комбинате производятся не только различные марки полиэтилена, но и топливо, лакокрасочная продукция, удобрения и т.д.

Особенностью ОАО «Ставролен» является то обстоятельство, что предприятие изначально специализировалось на производстве именно полиэтилена. В 1998 г. компания вошла в состав гиганта «Лукойл-Нефтехим», после чего последовало крупномасштабное переоснащение производства, «Ставролен» получил стабильные поставки сырья и существенно увеличил объемы производимой продукции. На сегодняшний день в номенклатуре производителя множество марок полиэтилена различной плотности.

Расположенное в Восточной Сибири АО «Ангарский завод» так же специализируется на производстве большого количества нефтехимической продукции, среди которой значительное место занимает полиэтилен. В частности, компания производит внушительные объемы различных марок ПВД. АО «Ангарский завод» является частью ПАО «НК «Роснефть», что обеспечивает стабильные и объемные поставки сырья, налаженные каналы сбыта и экономическую стабильность.

Как видно, производство полиэтилена в России осуществляется преимущественно специализированными компаниями, входящими в состав крупнейших нефтехимических холдингов страны. Это обеспечивает, с одной стороны, квалифицированный подход к этой наукоемкой отрасли, с другой стороны, стабильные показатели деятельности и возможность инвестирования в развитие отечественной сферы производства ПЭ.