Proces výroby polypropylenu

Polypropylenová pryskyřice je jednou ze čtyř termoplastických pryskyřic pro všeobecné použití (polyethylen, polyvinylchlorid, polypropylen, polystyren). Vyrábí se polymerační reakcí s propylenem jako surovinou a ethylenem jako komonomerem.
Procesní metody používané k výrobě polypropylenu ve světě spadají hlavně do následujících kategorií podle kategorií: metoda rozpouštědel, metoda roztoku, metoda hromadného zpracování v kapalné fázi (včetně kombinovaného typu v kapalné fázi s plynnou fází) a metoda hromadného plnění v plynné fázi. Charakteristiky každého procesu jsou stručně představeny takto:
rozpouštědlovou polymeraci
Rozpouštědlová metoda (také známá jako kalová metoda nebo bahenní metoda, kalová metoda) je nejstarším procesem výroby polypropylenu. Vzhledem k procesům odpopelnění a regenerace rozpouštědla je však tento proces dlouhý a složitý a s pokrokem technologie výzkumu katalyzátorů má rozpouštěcí metoda od 80. let tendenci stagnovat a byla postupně nahrazována hromadnou metodou v kapalné fázi.
Vlastnosti procesu: (1) Propylenový monomer se rozpustí v inertním kapalném rozpouštědle (jako je hexan) a polymerace v rozpouštědle se provádí za působení katalyzátoru. Polymer je suspendován v rozpouštědle ve formě pevných částic a je použit kotlíkový míchací reaktor; (2) Existují procesy odpopelnění a regenerace rozpouštědel. Proces je dlouhý a komplikovaný, s velkými investicemi do zařízení a vysokou spotřebou energie. Výroba je však snadno kontrolovatelná a kvalita produktu je dobrá; (3) Polypropylenové částice se oddělí odstředivou filtrací a poté se suší varem za průtoku vzduchu a vytlačovací granulací.
roztoková polymerace
Charakteristiky procesu: (1) Používejte lineární uhlovodíky s vysokým bodem varu jako rozpouštědla a pracujte při teplotě vyšší, než je teplota tání polypropylenu. Výsledné polymery jsou všechny rozpuštěny v rozpouštědle a rovnoměrně distribuovány; (2) Metoda stripování plynu při vysoké teplotě se odpařuje a odstraňuje rozpouštědlo. Získá se roztavený polypropylen, který se poté extruduje a granuluje, aby se získaly peletové produkty; (3) Jediným výrobcem je American Kodak Company.
Objemová metoda v kapalné fázi
Proces výroby polypropylenu s kombinovaným typem kapalné a plynné fáze, hromadnou metodou v kapalné fázi je nový proces vyvinutý ve středních a pozdních fázích výroby polypropylenu. Tento výrobní proces byl vyvinut sedm let po zahájení průmyslové výroby polypropylenu v roce 1957.
K výrobě polypropylenu se používá hromadná metoda v kapalné fázi. Katalyzátor je přímo dispergován v propylenu v kapalné fázi bez přidání jakéhokoli dalšího rozpouštědla do reakčního systému za účelem provedení hromadné polymerace propylenu v kapalné fázi. Polymer se kontinuálně sráží z kapalného propylenu a je suspendován v kapalném propylenu ve formě jemných částic. Se zvyšující se dobou reakce se zvyšuje koncentrace polymerních částic v kapalném propylenu. Když rychlost konverze propylenu dosáhne určité úrovně, nezpolymerovaný propylenový monomer se izoluje pomocí rychlého odpařování, aby se získal práškový polypropylenový produkt. Jedná se o relativně jednoduchý a pokročilý způsob průmyslové výroby polypropylenu. Objemová metoda v kapalné fázi představuje novou technologii a novou úroveň výroby polypropylenu ve světě v 80. letech 20. století.
Znaky procesu: (1) Do systému se nepřidává žádné rozpouštědlo, propylenový monomer podléhá blokové polymeraci v kapalné fázi v kotlíkovém reaktoru v kapalném stavu a ethylenpropylen podléhá kopolymeraci v plynné fázi v reaktoru s fluidním ložem; (2) Proces je jednoduchý, méně zařízení, méně investic, nízká spotřeba energie a výrobní náklady; (3) Homopolymerizace využívá kotlíkový míchaný reaktor (Hypol proces) nebo smyčkový reaktor (Spheripol proces), náhodná kopolymerizace a bloková kopolymerizace jsou obě míchaného typu prováděné ve fluidním loži.
Typickým představitelem objemové metody v kapalné fázi je proces BASELL Spherizone v kapalné fázi. Spherizone je technologie recyklace v plynné fázi využívající katalyzátor Ziegler-Natta, který produkuje polymery, které si zachovávají houževnatost a zpracovatelnost, přičemž jsou vysoce krystalické, tuhé a jednotnější. Vyrábí vysoce jednotné multimonomerní pryskyřice nebo bimodální homopolymery v jediném reaktoru. Reakce Spherizone cyklu má dvě propojené oblasti. Různé oblasti hrají roli smyčkových reaktorů v plynné a kapalné fázi jiných procesů. Tyto dvě oblasti mohou produkovat pryskyřice s různými relativními molekulovými hmotnostmi nebo distribucí složení monomerů, čímž se rozšiřuje výkonnostní rozsah polypropylenu.
Jádrem tohoto procesu je reaktorový systém R230 MZCR (vícezónový cirkulační reaktorový systém). Reaktor se skládá ze stoupačky a spádové trubky. Ve stoupačce je polymer vyfukován vzhůru reakčním plynem za vzniku fluidizace a je posílán do horní části spádové části a prochází cyklonovým separátorem. Prášek se shromažďuje ve spádové trubce. Reakční plyn cirkuluje odstředivým kompresorem vnějším potrubím a reakční teplo se odvádí pomocí oběhového chladiče na vnějším cirkulačním potrubí. Produkt z reaktoru je vypouštěn ventilem instalovaným ve spodní části spádové trubky. Poté, co je vypuštěný prášek odplyněn pod vysokým tlakem a nízkým tlakem, je přímo napařován a sušen při výrobě homopolymerů a statistických kopolymerů za účelem získání práškových produktů. Při výrobě protinárazových produktů se prášek po vysokotlakém odplynění vypouští do reaktoru s fluidním ložem v plynné fázi. Reaktor stále používá reaktorový systém Spheripol II v plynné fázi. Kopolymerizační reaktor je vertikální válcová nádoba s kulovými hlavami na horní a spodní části a ebulačním ložem na spodní části. Hlavním materiálem je nerezová ocel a vnitřní povrch je leštěný.
Současná maximální výrobní kapacita tohoto procesu na jedné lince dosáhla 450,000 tun/rok. Obsah ethylenu v produktech nárazového kopolymeru MZCR (vícezónový cirkulační reaktor) může být až 22 % (obsah kaučuku je vyšší než 40 %) a lze také vyrábět terpolymerní produkty obsahující etylen a 1-buten.