Полиэтилен өндірісі

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 38 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ

Полиолефиндер полимерлердің ең кең таралған типі, этилен және α-олефиндердің (пропилен, бутилен, 4-метилпентен) полимеризация және сополимеризация реакцияларымен алынады. Полиолефиндердің арасында ең кең таралғандары полиэтилен (ПЭ) мен полипропилен (ПП) .

Ресейлік классификация жоғары қысымдағы полиэтиленді (ЖҚПЭ) алыну әдісіне байланысты ажыратады, ол - жоғарымолекулалы өнім, яғни этиленді жоғары температурада (300°C дейін) және 250 МПа қысымға дейін радикал типті инициатор қатысында полимеризация арқылы алынады және төменгі қысымдағы полиэтилен (ТҚПЭ), яғни 6 МПа қысымға дейін комплексті металорганикалық катализаторлар қатысында алынатын.

Алынатын полимер тығыздығы 920-930 кг/м ³ болады, молекулалы-массалы бөлінуімен және қысқа- және ұзынтізбекті тармақталған макромолекуласымен сипатталады. ТҚПЭ сызықты құрылымымен және ұзынтізбекті тармақтарының жоқтығымен ажыратылады. ТҚПЭ тығыздығы 950-960 кг/ м ³ . Осы жағдайларды ескере отырып әлемдік практикада ЖҚПЭ төмен тығыздықтағы полиэтилен (ТТПЭ) деп атайды, ал екінші түрін ТҚПЭ жоғары тығыздықтағы полиэтилен.

2004 жылы полиэтиленнің әлемдік өндірісінің күштілігі 70 млн т. жатты. Жақын уақытта полиэтилен өндірісінің өсуі мен қолданысының жылдық қарқыны әлем бойынша 4-5% құрайды, тағы да ең үлкен қарқындылық төменгі тығыздықтағы сызықты полиэтилен ТТСПЭ сұранысының өсуі (7-8%), орташа сұраныс ЖТПЭ (4-5%), ең аз ТТПЭ (1, 5-2%) күтілуде.

Промышленное производство полиэтилена низкого давления является одним из самых молодых направлений полимерной химии. Полиэтилен низкого давления - это недорогой, экологически чистый продукт.

С момента открытия новых ионно-координационных катализаторов оно развивается исключительно высокими темпами. Высокие темпы роста производства полиэтилена низкого давления связаны с непрерывно растущими потребностями в этом материале, что объясняется весьма ценным комплексом свойств полиэтилена низкого давления: высокой прочностью, стойкостью к растрескиванию в агрессивных средах, теплостойкостью, морозостойкостью, малым удельным весом, способностью пропускать ультрафиолетовые лучи и поглощать радиоактивные излучения, хорошими диэлектрическими свойствами, хорошей перерабатываемостью в изделия различными методами.

Основные мощности по производству полиэтилена сосредоточены в США, Европе и Японии, но наблюдается перенос производства в станы Персидского Залива и Северной Африки. В США крупными фирмами-производителями являются «Юсай», «Юнион Карбайд», «Доу», в Японии - «Мицубиши Юкка».

Производство полиэтилена низкого давления основано на жидкофазном методе полимеризации этилена в суспензии (АО «») и на газофазном методе полимеризации этилена на базе оборудования фирмы « Си Джей Би» (Великобритания) по методу фирмы «Юнион Карбайд» (США) (ОАО «Казаньоргсинтез») .

Наиболее крупными потребителями полиэтилена низкого давления являются сельское хозяйство (производство труб и шлангов для полива, обогрева и орошения, производства тары и пленки для теплиц), водное хозяйство и мелиорация (для изготовления изделий санитарно-безнапорных труб), строительная индустрия (для изготовления изделий санитарно-технического назначения, труб и изоляция магистральных газопроводов), пищевая промышленность (для изготовления пленок и тары) и кабельная промышленность.

Использование полиэтилена низкого давления в народном хозяйстве наряду с высокой экономической эффективностью способствует техническому прогрессу - уменьшению веса изделия, увеличение срока их службы, снижение трудоемкости изготовления и т. д.

1 Әдеби шолу

Полиэтилен және оның ашылу тарихы

1873 жылы этиленнің полимеризациязын алғаш рет Бутлеров А. М. зерттеген болатын, ал 1884 жылы оны орыс химигі Густавсон Г. Г. катализатор ретінде бромды алюминийді қолдана отырып жүзеге асырды. Алынған этиленнің полимерлері төменмолекулалы өнімдер болатын.

Содан кейін дүние жүзінің әр түрлі мемлекеттерінде көптеген ғалымдар этиленнің жоғарымолекулалы өнімдер түріне полимерленуі проблемаларымен айналысты. Тек қана 1933-1936 жылдары совет ғалымы Динцес А. И. және ағылшын зерттеушілері Фосет пен Джибсондарға 1000 атм-дан жоғары қысымда және 200 ºС шамасындағы температурада қатты жоғарымолекулалы этиленнің полимерлерін ала алды.

Полиэтиленнің өнеркәсіптік өндірісі 1938 жылы Ұлыбританияда жоғарғы қысым әдісі бойынша басталды. Біршама уақыттан кейін - Германияда, КСРОда.

Жоғарғы қысым әдісі бойынша алынатын полиэтиленнің өндірісінің технологиялық процесінің қиындығы - полимеризацияны үлкен қысымға шыдамды қондырғыда жүргізу керектігі; реакциялық жүйеде этиленнің циркуляциясын жоғары емес түрлену дәрежесіне байланысты бірнеше рет жүргізу қажеттігі және т. б. Бұл жағдайлар этиленнің полимерленуінің жаңа жолдарын іздеуге мәжбүрледі. 1952 жылы Циглер К. басшылығымен неміс ғалымдарының ашқан жаңалығы үлкен оқиға болды, олар этиленнің қалыпты температурада комплексті металлорганикалық катализаторлардың қатысында полимерленуін ашты.

Циглер К. жұмыстары баспаға шығарылғаннан кейін, АҚШта «Филлипс Петролеум компани» мен «Стандарт ойл оф Индиан» компанияларында полиэтиленнің жоғары емес қысымда (35-70 атм) қарапайым металл тотықтары катализаторлардың қатысында полимерленуінің бірнеше әдістерінің ашылып, өнеркәсіпте жүзеге асырылып жатқаны туралы хабарлама шықты. 1970-жылдары тағы да этиленнің жаңа әдістер бойынша, өтетін сәулелердің әрекетінің астында және электрлік разрядтардың әсері, т. б. бойынша, полимерленуі мүмкіндіктері ашылды.

Қазіргі кезде полиэтиленнің өнеркәсіптік өндірісі үш әдіс бойынша жүзеге асырылады:

‒ 1200-2500 атм қысымда катализатор ретінде оттектің аздаған мөлшері қатысында этиленнің полимерленуі;

‒ төмен қысымда (0, 5-6 атм) комплексті металлорганикалық катализатордың қатысында этиленнің полимерленуі;

‒ орта қысымда (35-70 атм) көмірсутекті еріткіштердегі металл тотықтары катализаторлары қатысында этиленнің полимерленуі.

Қазіргі кезде осы әдістердің біреуін бөлуге болмайды, себебі бұл әдістермен алынған өнімдер бірқатар қасиеттері мен қолданылу салаларына байланысты ерекшеленеді. Сондықтан, жұмысымда осы барлық үш әдісті, олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін қарастырып өтемін [1] .

Өндірістің физика - химиялық негізі

1. Оптимизация удаления тепла в газовом процессе с псевдоожиженным слоем.

Изобретение относится к способу получения полиэтилена из этилена в газовой фазе в реакторе с псевдоожиженным слоем. Способ получения полиэтилена включает стадии

· гидрирования, в которой подаваемый этилен, содержащий примеси, реагирует с водородом с удалением примесей;

· стадию полимеризации, в которой этилен, покидающий первую стадию, реагирует в газовой фазе в реакторе с псевдоожиженным слоем с образованием полиэтилена.

2. Способ устранения образования отложений в газовых реакторах.

Изобретение относится к способу введения в реакторную систему стабилизирующей работу добавки в количестве, которое предотвращает или устраняет образование отложений полимера. Получаемого реакцией полимеризации олефина, где реакцию полимеризации проводят в реакторной системе, которая включает реактор с псевдоожиженным слоем, зону уноса, средство подачи катализатора для введения каталитической системы, способной образовывать полимер, средство подачи стабилизирующей работу добавки для введения стабилизирующей работу добавки независимо от каталитической смеси, средство мониторинга уровней электростатической активности в зоне уноса.

3. Получение полиэтилена с широким молекулярно-массовым распределением.

Изобретение относится к способу получения полиэтилена из этилена в газовой фазе в реакторе с псевдоожиженным слоем. Способ получения полиэтилена включающий стадии контактирования этилена в полимеризационных условиях с каталитической системой, которая представляет собой нанесенный на носитель хромовый катализатор, включающий оксид хрома, содержащий диоксид кремния носитель, включающий диоксид кремния, выбранный из группы, включающей диоксид кремния, обладающий удельным объемом пор от примерно 1, 1 до примерно 1, 8 см ³ /г и удельной площадью поверхности от примерно 245 до примерно 375 м ² /г. Полученный полимер имеет широкое молекулярно-массовое распределение.

4. Способ получения полиэтилена низкого давления.

Изобретение относится к технологии получения полиолефинов, а именно к синтезу полимеров этилена на модифицированных оксиднохромовых катализаторах по методу низкого давления в газофазном реакторе с псевдоожиженном слоем. Описан способ получения полиэтилена низкого давления непрерывной газофазной полимеризацией этилена в реакторе с псевдоожижающей решеткой с использованием катализатора, содержащего оксид хрома, модифицирующий оксид, фтор и диоксид кремния в качестве носителя, с подачей в реактор ниже псевдоожижающей решетки газообразной реакционной смеси, содержащей этилен, водород и азот. Технический эффект - повышение выхода полиэтилена низкого давления с единицы массы используемого катализатора, снижение расходной нормы катализатора в производстве полиэтилена низкого давления при сохранении постоянства показателей качества синтезируемого полимера.

5. Способ полимеризации олефинов.

Изобретение относиться к способу полимеризации олефинов, включающий контактирование в условиях полимеризации олефинов с катализатором Циглера-Натта, с образование полимера. Технический эффект - повышение выхода полиэтилена низкого давления.

6. Способ выделения олефинов из установок для получения полиолефинов.

Изобретение относится к области газофазной полимеризации. Описан способ выделения олефинов из содержащей один или несколько олефинов, инертный газ и катализаторный яд газовой смеси, причем газовая смесь подается в разделительный блок и разделяется на олефин и инертный газ. Способ данного изобретения отличается тем, что до или после разделительного блока присоединена аппаратура для удаления катализаторного яда. Олефины выделяют при этом из газовой смеси, образующейся при каталитической газофазной полимеризации для получения полиолефинов в виде отходящего газа. Технический результат: способ позволяет регенерацию олефинов из отходящего газа и их повторное введение в реакционную смесь.

Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разработана достаточно хорошо. Однако внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательской активности приходиться на 2002-2006. Для анализа отобрано 7 изобретений, именующих непосредственное отношение к исследуемой теме. В них разработаны способ оптимизации удаления тепла в газовом процессе с псевдоожиженным слоем, устранения образования отложений в газовых реакторах, получение полиэтилена с широким молекулярно-массовым распределением, устройство для переработки термопластического материала, способ полимеризации олефинов, способ получения полиэтилена низкого давления, способ выделения олефинов из установок для получения полиолефинов, при этом решаются задачи проведения газофазной полимеризации в псевдоожиненном слое с точки зрения экономии капитальных вложений, путем сокращения времени простоя на чистку реактора от отложений, сокращения энергетических затрат, достижения высокого выхода продукта.

1. 2 Описание существующего производства [4]

Производство полиэтилена низкого давления ОАО «Казаньоргсинтез» введено в эксплуатацию в 1983 году. Проектная мощность производства по порошку составляет 192563, 4 т/год, в том числе:

- гомополимера - 59842, 4 т/год

- сополимера с бутеном-1 - 123039 т/год

- сополимера с пропиленом - 9692 т/год

Производство состоит из трех технологических линий полимеризации, которые обеспечивает сырьем одна технологическая линия очистки сырья.

Получение полиэтилена низкого давления (гомополимера и сополимера с пропиленом и бутеном-1) осуществляется газофазным методом при температуре 90°С - 112°С и давлении (17-19) кгс/см ² (1, 7- 1, 9 МПа) с применением в качестве катализатора хроморганических соединений, нанесенных на силикатную основу.

Сырье, используемое в производстве полиэтилена (этилен, водород, азот), проходит предварительную очистку.

Разработчик технологического процесса фирма "Юнион Карбайд" (США) .

Производство полиэтилена низкого давления относится к первой категории по технико-экономическому уровню.

Производство реконструкции не подвергалось.

1. 3 Выбор и оценка существующего метода производства [1, 2, 5]

В настоящее время существуют три основных промышленных метода производства полиэтилена:

· радикальная полимеризация этилена при высоком давлении

· полимеризация на гетерогенных каталитических системах при низком давлении

· полимеризация при среднем давлении.

При выборе метода производства полиэтилена основываются на их сравнительной характеристики.

Высокое давление процесса делает производство опасным с точки зрения промышленной безопасности.

По сравнению с полиэтиленом высокого давления полиэтилен низкого давления имеет более высокую температуру плавления, большую прочность, жесткость. Полиэтилен низкого давления проявляет большую стойкость к действию растворителей, масел и жиров чем полиэтилен высокого давления. Он имеет модуль изгиба при 20єС в 2, 5 раза выше, чем модуль упругости полиэтилена высокого давления.

Для данного проекта выбрано производство полиэтилена низкого давления.

В промышленности полиэтилен низкого давления (ПНД) получают ионной и ионно-координационной полимеризацией в газовой и жидкой фазе.

При выборе метода производства полиэтилена низкого давления основываются на их сравнительной характеристике.

Получение полиэтилена в газовой фазе, где в отличии от производства полиэтилена в жидкой фазе не применяются органические растворители, позволяет исключить из технологического процесса стадии выделения и промывки полимера. Таким образом, технологическая схема газофазного метода значительно упрощается. Вывод готового продукта, то есть разгрузка порошка, происходит непосредственно из реакторов. Так как количество катализатора, расходуемого на единицу веса полимера мало, удалять остатки катализатора после процесса полимеризации из полимера не требуется.

Кроме того, отсутствие в процессе растворителя делает производство менее опасным с точки зрения промышленной безопасности и экологичности процесса.

При получении полиэтилена в газовой фазе теплосъем осуществляется самим этиленом, который циркулирует через выносные холодильники. Для предотвращения уноса частиц полимера с потоком газа предусмотрена специальная конструкция реактора - то есть не требуется специальных аппаратов для отделения полимера от теплоотводящего агента, как в случае производства полиэтилена низкого давления в жидкой фазе.

Упрощение технологической схемы за счет применения газофазного метода стало возможным благодаря разработке высокоэффективных хроморганических катализаторов, применение которых позволило получать широкий ассортимент марок полиэтилена с плотностью 940-960 кг/м ³ и как с узким, так и с широким молекулярно-массовым распределением.

Кроме того, газофазный метод производства выгоден и с экономической точки зрения. Во-первых, за счет упрощения технологической схемы снижается себестоимость продукта. Во-вторых, такой способ производства приводит к более рациональному использованию реагентов. В третьих поскольку резко снижается объем сточных вод, уменьшаются затраты на их очистку.

На основании сравнительных данных для данного проекта взято производство полиэтилена низкого давления в газовой фазе.

Выводы: из приведенной таблицы видно, что единый метод производства, на которой ориентировались бы фирмы, отсутствует. Все ведущие фирмы имеют производство полиэтилена высокой плотности с технологией производства собственной разработки.

Все методы производства обеспечивают выпуск качественной продукции, которая имеет, сбыт на мировом рынке.

На основании приведенных в таблице технических характеристик методов производства следует, что метод газофазной полимеризации выгодно отличается от метода жидкофазной полимеризации. При газофазной полимеризации резко сокращается расходы воды и пара.

Этилен әр түрлі шарттарға сай полимерленеді. Полиэтилен өндірудің үш әдісі бар: жоғары, орта және төмен қысымда этилен полимерлеу.

Жоғары қысымды полиэтилен өндірісі

Жоғары қысымда этиленнің полимерленуі бос-радикалдық механизм бойынша жүретін тізбекті процесс болып табылады. Активтену энергиясын төмендету үшін инициаторлар қолданылады: көбінесе оттегі, сонымен қатар пероксидтер, кейбір нитрилді қосылыстар және т. б.

Полимерлеу процесі үш саты бойынша жүреді: иницирлеу, тізбектің өсуі және тізбектің үзілуі.

Иницирлеу процесі қыздырғанда инициатордың ыдырауы нәтижесінде пайда болған бос радикалдардың пайда болуына негізделген. Түзілген радикал этиленнің молекуласымен әрекеттеседі.

Температураның әсері мен қосылған радикалдың арқасында этилен молекуласы қажетті активтену энергиясын жинайды, соның нәтижесінде ол этиленнің жаңа молекулаларын қосып алуға қабілетті, оларға активтену энергиясын беріп, осылайша полимердің тізбегінің өсуін қамтамасыз етеді. Бұл реакцияны келесі түрде кескіндеуге болады:

И → R˙; R˙ + СН ₂ = СН ₂ → R- СН ₂ -С˙Н ₂

мұнда И - инициатор;

R˙ - бос радикал.

Инициатор ретінде оттегінің эффективтілігінің себебі, ол этиленді гидропероксидке дейін тотықтырады. Температура әсерінен гидропероксидтің ыдырауы автоматты түрде тізбекті реакциялардың бос радикалдарын түзе отырып, келесі бастапқы көмірсутектердің тотығуына себепші болады.

Тізбектің өсуі мономердің активті молекуласына ретті түрде этиленнің жаңа молекулалары қосылуына негізделген, нәтижесінде аяғында қанықпаған активті тобы бар әрі қарай жалғаса беретін тізбек пайда болады:

R- СН ₂ -С˙Н ₂ + СН ₂ = СН ₂ → R- СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ -С˙Н ₂ + СН ₂ = СН ₂ →

R- СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ - СН ₂ -С˙Н ₂ және т. б.

Тізбектің үзілуі рекомбинация мен диспропорция нәтижесінде соңғы активті топтардың жойылуы бойынша анықталады. Рекомбинация қанықпаған соңғы топтардың екі тізбегінің бір-бірімен қосылуы нәтижесінде іске асады да, нәтижесінде полимердің молекуласы түзіледі:

R- (- СН ₂ - СН ₂ -) _n -С˙Н ₂ + С˙Н ₂ - (- СН ₂ - СН ₂ -) _m -R ₁ →

→R- (- СН ₂ - СН ₂ -) _n - СН ₂ - СН ₂ - (- СН ₂ - СН ₂ -) _m -R ₁ .

Диспропорциялану қаныққан және қанықпаған тізбектің аяғындағы топтары бар полимердің екі молекуласы түзе отырып, сутегінің атомын беру прцесі арқылы жүреді:

R- (- СН ₂ - СН ₂ -) _n -С˙Н ₂ + С˙Н ₂ - СН ₂ - (- СН ₂ - СН ₂ -) _m -R ₁ →

R- (- СН ₂ - СН ₂ -) _n -СН ₃ + СН ₂ = СН- (- СН ₂ - СН ₂ -) _m -R ₁ [4] .

1. 4. 2 ЖҚПЭнің алыну технологиясы

Этиленнің жоғары қысымда полимерленуі екі әдіс бойынша: массада және еріткішпен немесе суспензияда полимерлеу арқылы жүзеге асады.

Жоғары қысымды полиэтилен 1500 атм қысымда, 220-250 ºС температурада радикалдық механизм бойынша алынады, молекулалық салмағы мен балқу индексі бойынша ерекшеленетін полиэтиленнің бірнеше маркалары шығарылады. Полиэтиленнің қасиеттері, оның молекулалық салмағы, макромолекуланың тармақталу дәрежесі полимерлеу процесінің шарттарынан тәуелді болады. Қысым мен температура жоғарылағанда реакция жылдамдығы жоғарылайды. Берілген температура мен қысымда және инициатордың қолайлы концентрациясында молекулалық салмағы 10 мыңнан-45 мыңға дейінгі полиэтилен алынады. Жоғары қысымды полиэтилен өндірудің ең көп тараған екі өнеркәсіптік қондырғысы бар, онда этилен полимерлеу үшін реакторлардың жобалары әр түрлі болады. Реакторлар змеевик типті түтікті аппараттар немесе араластыратын құралы бар вертикальды цилиндрлік аппараттар. Соңғысының өнімділігі біршама жоғары. Ол мынамен түсіндіріледі: оған екі және үш аумаққа этилен мен инициаторды енгізуге болады, соған қарай біршама тиімді асқын тотықты катализаторларды қолдануға болады (трибутил асқын тотығы және лауроил асқын тотығы), бірақ түтікті реакторлар жобасы мен эксплуатациялығы бойынша біршама қарапайым [4] .

Полиэтиленді өндірудің түтікті реактор кескіні бойынша технологиялық процесі мына сатылардан тұрады: этиленді оттекпен және қайтқан газдармен араластыру, газдың сығылуы, этиленнің полимерленуі, полиэтиленнің түйірлену және тұрақтануы және қайтқан этиленнің тазалануы.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.