2. Отримання поліетилену високого тиску

Поліетилен високого тиску за обсягом виробництва та застосування займає провідне місце в усіх країнах світу. Поліетилен високого тиску - пластичний, злегка матовий. Щільність його може змінюватись в межах 0,916 - 0,935 г/см³.

Він складається з розгалужених макромолекул і являє собою м’який і еластичний матеріал.

У промисловості для виробництва поліетилену високого тиску застосовуються в основному дві типи установки, що розрізняються конструкцією реактора для полімеризації етилену. Реактори є або трубчастими апаратами, що працюють за принципом ідеального витиснення, або вертикальними циліндровими апаратами, з перемішуючим пристроєм - автоклави з мішалкою, що працюють за принципом ідеального змішення.

Для отримання поліетилену з достатньо високою молекулярною масою і гус-

тиною полімеризацію проводять при високому тиску. Це дає необхідність застосування товстостінних металевих труб і апаратів з обмеженою поверхнею теплообміну. Крім того, етилен має найвищу теплоту полімеризації серед мономерів олефінового ряду (96,4кДж/моль), що вимагає ефективний тепловідводу.

Для забезпечення високих швидкостей процесу, тим самим високої продуктивності реактора при обмеженому об’ємі реакційного простору, полімеризацію

проводять при максимально припустимих температурах - приблизно 200–300 ^оС. Верхня температурна межа залежить від робочого тиску в реакторі.

Процеси полімеризації в трубчастому реакторі і автоклаві розрізняються температурним режимом і часом перебування реакційної маси в апараті. Поліетилен високого тиску, одержаний в апаратах різного типу розрізняється своїми властивостями.

Виробництво поліетилену високого тиску в трубчастому реакторі .

Промислові трубчасті реактори-полімеризатори є послідовно сполученими теплообмінниками типу “труба в трубі”. Трубки реактора мають змінний діаметр (50-75мм). Окремі ланки “трубчатки” сполучають масивними порожнистими

плитами-ретурбентами або калачами. Як теплоносій, для підігріву етилену і відведення надмірного тепла, застосовують перегріту воду з температурою

190- 230 ^оС, яка поступає в сорочку трубчастого реактора протитечією до етилену і до потоку реакційної маси. Застосування високих температур необхідне для попередження утворення плівки полімеру на стінках труб. Для підтримки постійного температурного режиму в реакторі і забезпечення ефективного теплоз’єднання проводитися додаткове введення етилену і ініціатору в різні зони по довжині реактору. Багатозонний реактор більш продуктивний, ніж однозонний. Однозонний реактор при максимальній температурі реакції (300 ^оС) забезпечує 15-17% перетворення етилену за один прохід. Двозонний реактор досягає при цій же температурі 21 - 24% перетворення. У трьохзонному реакторі при двох бічних введеннях (у першу зону подається 50% газу, а в другу і третю по 25%)

ступінь перетворення збільшується до 26 - 30%. Продуктивність чотирьохзонного апарату в порівнянні з трьохзонним трохи збільшується.

Для отримання постійних показників властивостей поліетилену необхідно підтримувати температуру в реакторі по зонах на одному рівні.

Продуктивність реактора залежить від його розмірів, тому в даний час застосовуються трубчасті реактори з різним діаметром і довжиною труб. Для реакторів великої одиничної потужності довжина труб сягає 1000 м і більш. Одинична потужність агрегатів полімеризації, на цей момент 75 тис. т/рік.

Технологічний процес виробництва поліетилену високого тиску у трубчастому реакторі складається з стадій змішання свіжого етилену з поворотним газом і киснем, двокаскадного стиснення газу, полімеризації етилену в конденсуючій фазі (густина етилену 400-500кг/м³), розділення поліетилену високого тиску і етилену, що не прореагував і поступає в рецикл грануляції продукту. Для фарбування, стабілізації і наповнення в поліетилен високого тиску вводять відповідні добавки, після чого його розплавляють і гранулюють. Готовий поліетилен упаковують у мішки або направляють на конфекціонування.

Поліетилен високого тиску випускається в натуральному вигляді або забарвленим у різні кольори.

При отриманні поліетилену високого тиску у трубчастому реакторі, в якості ініціатору застосовують кисень, що забезпечує прийнятну в даному процесі швидкість реакції при температурах реакційної суміші 180-200 ^оС.

Екзотермічний характер процесу приводить до того, що температура маси по довжині реактора підвищується (неізотермічний процес), досягаючи до кінця реакції 240-250 ^оС. Максимальні температура і конверсія залежать від концентрації ініціатора і тиску (змінні параметри).

Для підвищення ступеня конверсії етилену в трубчастих реакторах необхідне додаткове введення свіжого етилену, що містить ініціатор. При певному співвідношенні потоків температуру реакційної суміші можна знизити до 200 ^оС і за ра-

хунок свіжого ініціатора знов почати реакцію. Регулюючи параметри процесу, одержують широку гаму продуктів з густиною 916 — 935 кг/м³і показником текучості розплаву від 0,2 до 200г/10 хв.

Основним промисловим методом виробництва поліетилену високого тиску є вільнорадикальна полімеризація етилену в масі, при температурі 200-320 °С і тиску 150-350 Мпа. Полімеризація здійснюється на установках безперервної дії різної продуктивності від 0,5 до 20 т/ч.

Технологічний процес виробництва поліетилену високого тиску включає наступні стадії: компримірування етилену до тиску реакції, дозування індикатора, дозування модифікатора, полімеризація етилену, поділ поліетилену і непрореагувавшого етилену, охолодження і очищення непрореагувавшого етилену (поворотного газу), грануляція розплавленого поліетилену, конфекціонування, що включає зневоднення і сушіння гранул поліетилену, розподіл по бункерах і визначення якості поліетилену, формування партій у товарних бункерах, змішання, зберігання, завантаження поліетилену в цистерни і контейнери, розфасування у мішки, додаткова обробка - одержання композицій поліетилену з стабілізаторами, барвниками, наповнювачами і іншими домішками. [ ]