Веб-меню

Поиск продукта

Язык

Делиться

ГЛАВНАЯ / Новости / Новости отрасли / Как производят полиэтилен высокой плотности? Объяснение производства HDPE
Новости отрасли

Как производят полиэтилен высокой плотности? Объяснение производства HDPE

Контент

Как производят полиэтилен высокой плотности: прямой ответ

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) производится путем полимеризации газообразного этилена под низким давлением с помощью катализатора Циглера-Натта, хрома (Филлипса) или металлоцена, который связывает тысячи мономеров этилена в длинные прямые молекулярные цепи с очень небольшим разветвлением. Именно эта структура с прямой цепью придает ПНД характерную плотность от 0,941 до 0,965 г/см3, а также жесткость, химическую стойкость и прочность. Сам этиленовый исходный материал сначала производится путем парового крекинга сжиженного природного газа или нафты, а затем очищается еще до того, как он попадает в реактор. Далее смола проходит полимеризацию, дегазацию, аддитивное компаундирование, экструзию и гранулирование, прежде чем становится сырьем, которое формовщики и экструдеры превращают в трубы, бутылки, пленку и резервуары.

В настоящее время в производстве HDPE преобладают три промышленных процесса: суспензионная полимеризация, газофазная полимеризация и полимеризация в растворе. Каждый метод меняет условия реактора, но в основе лежит одна и та же реакция координационной полимеризации, впервые коммерциализированная Карлом Циглером и Джулио Наттой в 1950-х годах. В оставшейся части статьи подробно рассматривается каждый этап этого процесса, сравнивается ПЭВП с другими семействами полимеров, включая Полиамид 66 и отвечает на наиболее распространенные технические вопросы, которые задают покупатели и инженеры о производстве смол HDPE.

Шаг первый: Производство этиленового сырья

Прежде чем сможет образоваться какая-либо полимерная цепь, необходимо выделить сырой этиленовый газ высокой чистоты, обычно выше 99,9 процента. Производители достигают этого посредством парового крекинга — процесса, при котором углеводородное сырье, такое как этан, пропан или нафта, нагревается до температуры от 750 до 950 градусов по Цельсию внутри трубчатых печей в течение доли секунды. Экстремальная жара разрывает длинные углеродные цепи сырья на более мелкие молекулы олефинов, причем наибольший выходной поток составляет этилен.

Выбор сырья для крекинга

Крекинг на основе этана, распространенный в Северной Америке из-за поставок сланцевого газа, дает более чистый поток этилена с меньшим количеством тяжелых побочных продуктов. Крекинг на основе нафты, более распространенный в Азии и Европе, дает наряду с этиленом более широкий спектр побочных продуктов, таких как пропилен и бутадиен, что меняет общую экономику предприятия.

Очистка перед полимеризацией

После крекинга газовый поток проходит через последовательность компрессорных, охлаждающих и дистилляционных колонн, которые отделяют этилен от метана, водорода, пропилена и более тяжелых фракций. На этом этапе удаляются следовые примеси, такие как ацетилен, окись углерода и соединения серы, поскольку даже несколько частей на миллион могут отравить катализатор, используемый позже в полимеризации. Эта линия очистки является одной из наиболее капиталоемких частей интегрированного завода по производству полиэтилена высокой плотности, и именно по этой причине большинство крупных производителей полиэтилена высокой плотности строят свои реакторы рядом с крекинговой установкой, а не отправляют этилен на большие расстояния.

Каталитические системы, определяющие структуру HDPE

Катализатор является самым важным фактором, отличающим HDPE от других марок полиэтилена. Поскольку этилен полимеризуется практически без помощи тепла или давления, необходим катализатор для координации мономерных звеньев и контроля роста цепи. Сегодня в коммерческих целях используются три семейства катализаторов.

Сравнение семейств катализаторов, используемых в коммерческом производстве HDPE
Тип катализатора Типичная температура реактора Молекулярно-массовое распределение Общий процесс
Циглера-Натта (хлорид титана) от 70 до 90 С Широкий Шламовый, газовая фаза
Филлипс (оксид хрома на диоксиде кремния) от 85 до 110 С Широкий to bimodal Навозная петля
Металлоцен (односайтовый) от 60 до 85 С Узкий Газофазный, раствор

Катализаторы Циглера-Натта остаются наиболее широко используемыми, поскольку они недороги и дают производителям возможность регулировать плотность и молекулярную массу путем регулирования уровня водорода и подачи сомономера. Катализаторы Phillips, разработанные Робертом Бэнксом и Джоном Хоганом из Phillips Petroleum в 1951 году, производят полиэтилен высокой жесткости и являются основой большинства смол трубного качества. Металлоценовые катализаторы, коммерциализированные с 1990-х годов, обеспечивают наиболее однородную структуру цепи и предпочтительны для пленок и специальных применений, где консистенция имеет большее значение, чем стоимость сырья.

Сларри-фазовая полимеризация: метод петлевого реактора

Жидкостная полимеризация является наиболее распространенным коммерческим путем получения HDPE. Этилен, углеводородный разбавитель, такой как изобутан, водород и катализатор непрерывно подают в петлевой реактор. В процессе полимеризации образуются твердые частицы ПЭВП, которые остаются во взвешенном состоянии в жидком разбавителе, поэтому этот процесс называется суспензией.

  1. Этилен и разбавитель закачиваются в петлевой реактор вместе с катализатором и, если требуется сорт сополимера, небольшим количеством сомономера, такого как 1-гексен.
  2. Газообразный водород дозируется для контроля длины цепи, поскольку водород останавливает растущие полимерные цепи посредством реакций передачи цепи.
  3. Реакция протекает при температуре примерно от 85 до 110 градусов Цельсия и давлении от 30 до 45 бар, при этом суспензия непрерывно циркулирует с помощью осевого насоса.
  4. Отстойники периодически отводят концентрированную суспензию, которая затем перемещается в расширительные емкости, где разбавитель отделяется для восстановления и повторного использования.
  5. Оставшийся порошок ПНД, иногда называемый пухом, сушат и отправляют на компаундирование.

Петлевые реакторы ценятся потому, что одна линия может производить тысячи тонн в день при времени пребывания менее двух часов, а также потому, что современные конструкции позволяют производить бимодальные смолы путем последовательного запуска двух реакторов: один производит цепи с низкой молекулярной массой, а другой - цепи с высокой молекулярной массой, которые смешиваются на месте, чтобы придать трубной смоле исключительную стойкость к медленному росту трещин.

Газофазная полимеризация

Газофазная полимеризация полностью исключает жидкий разбавитель. Газообразный этилен, водород и катализатор вводятся в реактор с псевдоожиженным слоем, где растущие гранулы полимера удерживаются во взвешенном состоянии восходящим потоком рециркулируемого газа. По мере протекания реакции гранулы превращаются из частиц катализатора микронного размера в гранулы размером примерно от 500 до 1000 микрон.

Почему производители выбирают газофазный

На газофазных установках отсутствует оборудование для регенерации разбавителей, что снижает капитальные затраты и устраняет категорию выбросов летучих органических соединений. Этот процесс также работает в широком диапазоне плотностей, позволяя одной реакторной цепочке переключаться между полиэтиленом высокой плотности и линейными марками полиэтилена низкой плотности путем регулирования соотношения сомономеров. Охлаждение осуществляется путем рециркуляции непрореагировавшего газа через внешний теплообменник, поскольку сам псевдоожиженный слой имеет ограниченную способность рассеивать тепло экзотермической реакции полимеризации.

Полимеризация раствора

При полимеризации в растворе этилен и катализатор растворяют в углеводородном растворителе, таком как циклогексан, при температурах выше точки плавления полимера, обычно от 130 до 250 градусов Цельсия. Поскольку полимер остается растворенным, а не выпадает в осадок в виде твердого вещества, реакция и контроль вязкости существенно отличаются от суспензионных или газофазных способов.

Процессы растворения проходят при более высокой температуре и более коротком времени пребывания, часто менее пяти минут, что делает их хорошо подходящими для специальных марок и марок с металлоценовым катализатором, где строгий контроль молекулярной массы является приоритетом. После полимеризации растворитель выпаривают в вакууме и перерабатывают, а расплавленный полимер направляют непосредственно на гранулирование без отдельной стадии сушки.

От реакторного порошка к готовой таблетке: компаундирование и экструзия

Независимо от того, какая реакторная технология используется, сырой ПЭВП, выходящий из стадии полимеризации, представляет собой мелкий порошок или гранулу, а не однородную таблетку, которую покупают формовщики. Отделочная обработка превращает смолу реакторного качества в стабильные, защищенные добавками таблетки, готовые к экструзии, выдувному формованию или литью под давлением.

Аддитивные рецептуры

Антиоксиданты, обычно фенольные и фосфитные стабилизаторы, добавляются первыми, чтобы предотвратить термическое разложение во время обработки расплава. В зависимости от целевого применения добавляются УФ-стабилизаторы, углеродная сажа, красители, скользящие или антиадгезивные добавки. В полиэтилен высокой плотности для труб обычно добавляют от 2 до 2,5 процентов технического углерода специально для устойчивости к ультрафиолету при наружной установке.

Экструзия расплава и гранулирование

Порошок и пакет добавок подаются в двухшнековый экструдер, где механический сдвиг и нагрев цилиндра равномерно плавят смолу, обычно при температуре от 200 до 260 градусов Цельсия в зависимости от марки. Расплавленный полимер проталкивается через фильеру в пряди, которые охлаждаются на водяной бане и разрезаются на однородные гранулы вращающимся резаком. Перед выпуском производственной партии команды по обеспечению качества постоянно отбирают образцы гранул на предмет индекса текучести расплава, плотности и содержания геля.

Параметры тестирования качества

Типичные характеристики выпуска, проверенные на партиях готовых гранул ПЭВП.
Недвижимость Метод испытания Типичный диапазон
Плотность АСТМ Д792 0,941–0,965 г/см3
Индекс текучести расплава АСТМ Д1238 0,05–40 г/10 мин.
Предел прочности при текучести АСТМ Д638 от 20 до 32 МПа
Устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды АСТМ Д1693 от 100 до 5000 часов

Почему структура цепочки влияет на плотность и производительность

HDPE получил свое название потому, что его молекулярные цепи плотно прилегают друг к другу. В отличие от полиэтилена низкой плотности, который образует сильное разветвление, препятствующее выстраиванию цепей, цепи ПЭВП имеют очень мало боковых разветвлений, иногда менее 5 ветвей на 1000 атомов углерода. Это позволяет цепочкам кристаллизоваться в плотно упорядоченные области, а кристалличность коммерческого HDPE обычно достигает 60–80 процентов по сравнению с 40–50 процентами для LDPE.

Более высокая кристалличность напрямую приводит к измеримому повышению производительности: большей прочности на разрыв, более высокой жесткости, измеряемой как модуль упругости при изгибе, лучшей химической стойкости к растворителям и топливу, а также более высокой температуре размягчения. Компромиссом является пониженная гибкость и меньшая прозрачность по сравнению с разветвленными полиэтиленами, поэтому HDPE доминирует в тех областях, где требуется жесткость, таких как трубы, бочки и конструктивные элементы, в то время как LDPE и LLDPE доминируют в гибкой пленке.

HDPE в сравнении с инженерными пластиками, такими как полиамид 66

Покупатели, приобретающие компоненты для промышленных или автомобильных деталей, часто сравнивают HDPE с конструкционными термопластами, такими как Полиамид 66, также называемый нейлоном 66 или PA66. , потому что оба являются полукристаллическими полимерами, но имеют очень разные рабочие характеристики. Полиамид 66 производится в результате отдельной реакции конденсационной полимеризации между гексаметилендиамином и адипиновой кислотой, образующей амидные связи вдоль основной цепи, что химически не связано с координационной полимеризацией, используемой для производства ПЭВП из этилена.

Сравнение свойств ПЭВП и полиамида 66 типичных ненаполненных марок.
Недвижимость HDPE Полиамид 66
Плотность 0,941–0,965 г/см3 1,13–1,15 г/см3
Предел прочности от 20 до 32 МПа от 75 до 85 МПа
Температура плавления от 125 до 135 С от 255 до 265 С
Поглощение влаги Незначительный От 2,5 до 3 процентов при насыщении
Типичный вариант использования Труба, контейнеры, пленка Шестерни, подшипники, разъемы

Практический вывод для покупателей прост. Полиэтилен высокой плотности выбирается, когда деталь требует химической стойкости, низкой стоимости, невосприимчивости к влаге и ударной вязкости в холодных условиях, а Полиамид 66 выбирается, когда деталь требует высокой термостойкости, износостойкости и несущей способности при повышенной температуре, например, автомобильные компоненты под капотом или шестерни, работающие по металлу. Некоторые производители смешивают или усиливают полиамид 66 стекловолокном, чтобы еще больше сократить разрыв в жесткости, но химический состав базовой смолы и, следовательно, производственный маршрут по-прежнему фундаментально отличаются от полиэтилена высокой плотности.

Распространенные марки HDPE и как производство адаптируется к ним

Не все смолы HDPE производятся одинаково, даже несмотря на то, что основной химический процесс полимеризации является общим. Производители корректируют выбор катализатора, соотношение водорода, тип сомономера и конфигурацию реактора для достижения различных целевых сортов.

Выдувное формование

Смола для выдувного формования бутылок и бочек требует широкого молекулярно-массового распределения и высокой прочности расплава, чтобы заготовка не провисала до закрытия формы. Обычно это происходит за счет катализатора Циглера-Натта, работающего в однопетлевом реакторе с умеренным дозированием водорода.

Марка труб (PE80 и PE100)

Трубная смола требует исключительной устойчивости к замедлению роста трещин в течение срока службы, который может превышать 50 лет под землей. Современная трубная смола PE100 почти всегда является бимодальной, ее производят в двух последовательных реакторах, где на первом этапе формируются низкомолекулярные цепи для технологичности, а на втором этапе создаются высокомолекулярные цепи для обеспечения длительной прочности.

Литье под давлением

Марки для литья под давлением отличаются более узким молекулярно-массовым распределением и более высоким индексом текучести расплава, часто в диапазоне от 5 до 40 г/10 мин, поэтому смола быстро заполняет сложные полости формы, не деформируясь.

Фильм

Пленочная смола HDPE, используемая для продуктовых пакетов и упаковочных вкладышей, часто изготавливается посредством газофазной полимеризации с небольшой долей сомономера, чтобы сбалансировать жесткость и сопротивление разрыву, придавая ощущение морщинистости и высокой прозрачности, типичное для пакетов для покупок HDPE.

Краткая история создания производства ПНД

HDPE не появился в одночасье. Ее производственный маршрут вырос из двух параллельных открытий в начале 1950-х годов, которые изменили всю индустрию пластмасс. В 1953 году Карл Циглер из Института Макса Планка в Германии обнаружил, что некоторые соединения титана и алюминия могут полимеризовать этилен при низком давлении и комнатной температуре, что раньше считалось невозможным без экстремального давления. В том же году в компании Phillips Petroleum в США химики Роберт Бэнкс и Джон Хоган независимо друг от друга обнаружили, что оксид хрома, нанесенный на кремнезем, может достичь аналогичного результата. Оба открытия были коммерциализированы в течение нескольких лет, и к концу 1950-х годов первые заводы по производству полиэтилена высокой плотности, использующие суспензионную технологию петлевого реактора, работали в промышленных масштабах.

Циглер разделил Нобелевскую премию по химии 1963 года с Джулио Наттой, чья работа по распространению химии катализаторов на полипропилен оказалась столь же важной. Путь низкого давления, открытый этими двумя семействами катализаторов, по-прежнему, более семидесяти лет спустя, является основой практически каждого завода по производству полиэтилена высокой плотности, действующего сегодня, даже несмотря на то, что реакторы, системы управления и рецептуры катализаторов многократно совершенствовались. Металлоценовые катализаторы, широко коммерциализированные начиная с 1990-х годов, представляют собой самый последний крупный прорыв в технологии катализаторов, предоставляя производителям единый контроль над структурой цепи, с которым не могут сравниться ни катализаторы Циглера-Натта, ни катализаторы Филлипса.

Реакторостроение: как производители контролируют тепло, давление и время пребывания

Полимеризация этилена является сильно экзотермической, выделяя примерно 3,5 мегаджоуля на килограмм образовавшегося полимера. Безопасное управление этой тепловой нагрузкой при поддержании постоянной скорости реакции является одной из центральных инженерных задач при производстве полиэтилена высокой плотности, независимо от того, какой технологический маршрут использует завод.

Отвод тепла в петлевых реакторах

Шламовые петлевые реакторы основаны на конструкции трубы с рубашкой, в которой охлаждающая вода течет по внешней стороне петли, в то время как суспензия этилена, разбавителя и катализатора циркулирует с высокой скоростью внутри, приводимая в движение осевым насосом. Эта постоянная циркуляция, часто со скоростью, превышающей 6 метров в секунду, удерживает разбавитель в тесном контакте с охлаждаемыми стенками реактора, поэтому тепло непрерывно уносится, а не позволяет образовываться горячим точкам, которые в противном случае могли бы вызвать неравномерный рост полимера или засорение реактора.

Отвод тепла в реакторах с псевдоожиженным слоем

Газофазные реакторы с псевдоожиженным слоем не могут полагаться только на рубашку, поскольку объем реагирующего газа велик по сравнению с площадью стенок сосуда. Вместо этого непрореагировавший газ постоянно отводится из верхней части слоя, охлаждается во внешнем теплообменнике, сжимается и повторно вводится в нижнюю часть, как для псевдоожижения частиц смолы, так и для отвода тепла из системы. Скорость потока рециркулирующего газа является одной из наиболее тщательно отслеживаемых переменных на экране диспетчерской, поскольку слишком малый поток может привести к обрушению слоя, а слишком большой поток может вынести мелкие частицы из реактора.

Контроль давления и времени пребывания

Суспензионные реакторы обычно работают при давлении от 30 до 45 бар, газофазные реакторы - от 20 до 25 бар, а растворные реакторы - до 150 бар, чтобы поддерживать растворение полимера при повышенной температуре. Время пребывания, означающее, как долго молекулы этилена и растущие цепи остаются внутри реактора перед выводом, настраивается путем регулирования скорости подачи и скорости вывода, и оно напрямую влияет на среднюю молекулярную массу и количество непрореагировавшего мономера в потоке продуктов, направляемых на дегазацию.

Химия сомономеров: почему небольшой процент меняет все

Из чистого гомополимера этилена производятся сорта ПЭВП с самой высокой плотностью и жесткостью, но многие коммерческие смолы включают небольшое количество сомономера альфа-олефина, обычно от 0,5 до 4 мольных процентов, сополимеризованного вместе с этиленом. Этот выбор единой рецептуры является одним из наиболее важных рычагов, которыми располагают производители для адаптации конечного поведения смолы.

Распространенные сомономеры альфа-олефина, используемые в сополимерах ПЭВП.
Сомономер Представлен филиал Влияние на смолу
1-бутен Этильная боковая цепь Улучшает гибкость, умеренное усиление удара.
1-гексен Бутиловая боковая цепь Лучший баланс жесткости и стойкости к растрескиванию под напряжением, характерный для труб
1-октен Гексильная боковая цепь Более высокая прочность при низких температурах, используется в пленках премиум-класса.

Короткие ответвления, которые создают эти сомономеры, прерывают прямую основу ПЭВП ровно настолько, чтобы немного уменьшить кристалличность и снизить плотность до нижнего предела диапазона ПЭВП, одновременно значительно улучшая устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды, что является свойством, которое определяет, насколько хорошо готовая деталь сопротивляется растрескиванию при воздействии определенных химикатов при механическом воздействии с течением времени. Производители трубной смолы, в частности, полагаются на сополимеризацию 1-гексена, поскольку трубы должны противостоять медленному росту трещин в течение срока службы, который, как ожидают регулирующие органы, превысит пятьдесят лет под землей.

Молекулярно-массовое распределение и технология бимодальных реакторов

Средняя молекулярная масса дает лишь часть информации о том, как будет вести себя смола HDPE. Две смолы с одинаковой средней молекулярной массой могут обрабатываться и работать совершенно по-разному в зависимости от того, как эта масса распределяется по совокупности цепей, производители свойств описывают это, используя распределение молекулярной массы, часто сокращенно MWD.

Почему помогает широкое распространение

Смола с широким или бимодальным распределением содержит как короткие цепи, которые снижают вязкость расплава и облегчают экструдирование или формование смолы, так и длинные цепи, которые обеспечивают механическую прочность, ударную вязкость и устойчивость к медленному росту трещин после эксплуатации детали. Попытка достичь обоих свойств с помощью одной группы с узкой молекулярной массой затруднена, поскольку низкая вязкость и высокая прочность обычно тянутся в противоположных направлениях.

Двухреакторное бимодальное производство

Преобладающим решением является запуск двух реакторов полимеризации последовательно, чаще всего двух петлевых реакторов. В первый реактор подается высокая концентрация водорода для получения коротких низкомолекулярных цепей, которые поддерживают высокий поток расплава. Частично обработанная суспензия затем поступает во второй реактор с небольшим количеством дополнительного водорода или вообще без него, где растут гораздо более длинные цепи и физически переплетаются с материалом, уже полученным на первом этапе. В результате после смешивания получается единая совокупность гранул, содержащая идеальное сочетание цепей обеих длин, что обеспечивает сочетание технологичности и долгосрочной прочности, которое ни один реактор не может обеспечить в одиночку. Этот бимодальный подход в настоящее время является стандартной технологией, используемой в смолах для напорных труб PE100 и PE100-RC, продаваемых по всему миру.

Мировые мощности по производству полиэтилена высокой плотности и региональные тенденции

ПНД производится в промышленных масштабах на всех континентах со значительной нефтехимической инфраструктурой, а география производства существенно изменилась за последнее десятилетие. В течение 2010-х годов мощности в Северной Америке быстро росли за счет дешевого этанового сырья, полученного из сланцев, что давало производителям на побережье Мексиканского залива структурное преимущество в затратах на крекинг этилена на основе этана. Одновременно Китай создал огромные новые мощности, как за счет традиционных установок крекинга на основе нафты, так и за счет маршрутов переработки угля в олефины и метанола в олефины, которые в меньшей степени зависят от импортируемой нефти.

Ближний Восток по-прежнему имеет ценовое преимущество, основанное на доступе к недорогому попутному природному газу, получаемому при добыче нефти, поддерживая крупные интегрированные комплексы, которые сочетают крекинг этилена с последующими установками HDPE, LLDPE и других производных на одной площадке. Европа, напротив, в последние годы столкнулась с более высокими затратами на электроэнергию, что оказало давление на экономику более старых и мелких крекинговых установок и подтолкнуло некоторых региональных производителей консолидировать или переориентировать мощности на специальные сорта и сорта с переработанным содержанием, где рентабельность в меньшей степени зависит только от стоимости сырья.

Контроль окружающей среды и безопасности на заводе по производству полиэтилена высокой плотности

Поскольку этилен легко воспламеняется, а разбавители, используемые в шламовых процессах, представляют собой летучие углеводороды, заводы по производству полиэтилена высокой плотности проектируются с несколькими уровнями защиты и мониторинга. Контуры реактора и расширительные резервуары работают как закрытые системы под положительным давлением, при этом датчики непрерывного обнаружения газа расположены вокруг потенциальных точек утечки, таких как уплотнения насосов, фланцы и уплотнения клапанов.

Управление выбросами

Разбавитель и непрореагировавший мономер, извлеченный во время мгновенного испарения и дегазации, сжимаются и рециркулируются обратно в процесс, а не выбрасываются, как по экономическим причинам, так и для минимизации выбросов летучих органических соединений. Современные электростанции направляют любой остаточный газ через факельные системы или термические окислители, так что углеводороды сжигаются, а не выбрасываются в атмосферу в необработанном виде.

Обработка сточных вод и твердых побочных продуктов

Контуры охлаждающей воды хранятся отдельно от технологических потоков во избежание загрязнения углеводородами, а любая техническая вода, которая контактирует со смолой или разбавителем, перед сбросом подвергается сепарации нефти и воды и биологической очистке. Остатки катализатора и любые частицы полимера, не соответствующие техническим требованиям, образующиеся во время запуска или перехода к другому сорту, собираются и, где это возможно, перерабатываются в продукты более низкого качества, а не отправляются на свалку.

Где производственные возможности проявляются в готовой продукции из полиэтилена высокой плотности

Решения по реактору и катализатору, принятые несколькими месяцами ранее на заводе по производству смол, в конечном итоге определяют, как готовый продукт из полиэтилена высокой плотности будет работать на местах. Следующая разбивка связывает конкретные конечные рынки с производственными решениями, которые делают их возможными.

Напорный трубопровод и газораспределение

Муниципальные водопроводы и газораспределительные трубы используют бимодальную смолу PE100, полученную с помощью технологии двухступенчатого циркуляционного реактора, поскольку эти приложения требуют десятилетий безотказной эксплуатации при постоянном внутреннем давлении и напряжении почвы.

Выдувные контейнеры

В молочных кувшинах, бутылках для моющих средств и промышленных бочках используется мономодальная смола с широким молекулярно-массовым распределением, полученная в суспензионном или газофазном процессах, катализируемых Циглером-Наттой, выбранная из-за высокой прочности расплава, которая предотвращает неравномерное утончение горячей заготовки во время цикла выдувного формования.

Геомембраны и большой структурный лист

Облицовка для свалок и прудов требует исключительно высокой стойкости к растрескиванию под воздействием окружающей среды и прочности на прокол, что побуждает производителей использовать сополимеры 1-гексена или 1-октена с тщательно контролируемой плотностью, близкой к нижней границе диапазона полиэтилена высокой плотности.

Оболочка проводов и кабелей

В оболочке подземных телекоммуникационных и силовых кабелей используется полиэтилен высокой плотности, ценимый за его электроизоляционные свойства и устойчивость к проникновению влаги, обычно в состав которого входит углеродная сажа для защиты от ультрафиолета в течение длительного срока службы на открытом воздухе или под землей, аналогично практике компаундирования для труб.

Куда движется производство ПНД дальше?

Некоторые разработки активно изменят способ производства HDPE в ближайшие годы. Передовые технологии или технологии химической переработки, которые разлагают бывшие в употреблении пластиковые отходы обратно на пиролизное масло или рекуперированные углеводороды этиленового диапазона, интегрируются в сырьевой список некоторых производителей, так что этилен переработанного происхождения может поступать в те же установки парового крекинга, которые используются для первичного ископаемого сырья, получая химически идентичный полиэтилен высокой плотности с документально подтвержденным заявлением о переработанном содержании.

Этилен биологического происхождения, получаемый путем обезвоживания этанола, полученного из сахарного тростника или другой биомассы, уже используется в коммерческих целях в ограниченных масштабах для производства того, что в отрасли называется зеленым или био-ПЭВП, который молекулярно идентичен обычному ПЭВП, но имеет меньший углеродный след, связанный с возобновляемыми источниками сырья. Цифровизация управления реактором, включая передовое программное обеспечение для управления технологическими процессами и встроенные датчики, которые оценивают индекс расплава и плотность практически в реальном времени, а не ждут лабораторных испытаний, также сокращает объемы производства, не отвечающие техническим требованиям, и помогают предприятиям быстрее переходить от одного сорта к другому, повышая как производительность, так и энергоэффективность всей производственной линии.

Вопросы устойчивого развития и переработки в текущем производстве

HDPE имеет идентификационный код смолы номер 2 и является одним из наиболее широко перерабатываемых пластиков, поскольку его свойства плавления относительно хорошо переносят повторную обработку по сравнению с более термочувствительными полимерами. Недавние инвестиции производителей сместились в сторону потоков механической переработки, в которых переработанный HDPE, в основном из молочных кувшинов и бутылок для моющих средств, смешивается с новыми поставками гранул в пропорциях, которые могут достигать от 25 до 100 процентов переработанного содержания в зависимости от применения.

Химическая переработка, при которой ПЭВП снова расщепляется до этилена или углеводородов нафтаового ряда посредством пиролиза, расширяется как дополнительный путь для загрязненных или смешанных пластиковых потоков, с которыми механическая переработка не может справиться экономически. Несколько крупных производителей смол объявили о расширении мощностей по вторичной переработке, при этом растет доля сертифицированных марок полиэтилена высокой плотности, поступающих в цепочки поставок труб, упаковки и автомобилей, поскольку владельцы брендов берут на себя обязательства по содержанию переработанного контента.

Часто задаваемые вопросы

Из какого сырья изготавливают ПНД?

ПЭВП производится из газообразного этилена, который получают в результате парового крекинга сжиженного природного газа, такого как этан или нафта, при переработке сырой нефти.

Какой катализатор используется для производства HDPE?

Производители используют катализаторы Циглера-Натта, катализаторы на основе оксида хрома Phillips или металлоценовые катализаторы, причем выбор влияет на распределение молекулярной массы, контроль плотности и конечное применение, для которого предназначена смола.

Является ли производство ПНД химической реакцией?

Да. ПЭВП образуется в результате координационной полимеризации, при которой катализатор открывает двойную углерод-углеродную связь в каждом мономере этилена и присоединяет ее к растущей полимерной цепи, что принципиально отличается от реакции конденсации, используемой для производства Полиамида 66.

В чем разница между производством ПНД и ПВД?

ПЭНП производится путем радикальной полимеризации при очень высоком давлении, часто выше 1500 бар, что приводит к образованию сильно разветвленных цепей. ПЭВП производится при гораздо более низком давлении, обычно ниже 50 бар, с использованием катализатора, который образует прямые, минимально разветвленные цепи.

Можно ли перерабатывать ПНД и Полиамид 66 на одном и том же оборудовании?

Не типично. Полиамид 66 требует температуры обработки выше 270 градусов по Цельсию и должен быть предварительно высушен из-за его гигроскопичности, в то время как полиэтилен высокой плотности обрабатывается при температуре значительно ниже 260 градусов по Цельсию и не требует сушки, поэтому большинство производителей используют отдельное специальное оборудование.

Сколько времени занимает процесс производства ПНД от этилена до гранул?

Время пребывания полимеризации варьируется от нескольких минут в процессах в растворе до одного или двух часов в суспензионных петлевых реакторах с дополнительным временем для дегазации, компаундирования и гранулирования, в результате чего полный цикл достигает нескольких часов на производственную партию на установке непрерывного действия.

Почему полиэтилен высокой плотности устойчив к химическим веществам?

Его высокая кристалличность и неполярная углеводородная основа оставляют мало мест для воздействия кислот, оснований или растворителей, поэтому контейнеры из полиэтилена высокой плотности широко используются для хранения и транспортировки химикатов.

Что такое бимодальный полиэтилен высокой плотности и почему он важен для труб?

Бимодальный ПЭВП производится в двух реакторах, соединенных последовательно, в которых фракция с низкой молекулярной массой сочетается с легкой переработкой, а фракция с высокой молекулярной массой обеспечивает длительную прочность, поэтому почти все современные смолы для напорных труб производятся таким образом, а не в одном реакторе.

Создает ли производство ПНД опасные выбросы?

Современные заводы ПНД восстанавливают и перерабатывают непрореагировавший этилен и разбавитель, а не удаляют их, и направляют остаточный газ через факелы или термические окислители, сохраняя выбросы летучих органических соединений значительно ниже уровней, связанных со старыми, менее интегрированными конструкциями заводов.

Как переработанный полиэтилен высокой плотности снова используется в новом производстве?

Бывший в употреблении полиэтилен высокой плотности, чаще всего получаемый из молочников и бутылок для моющих средств, сортируется, промывается и механически перерабатывается в форму гранул, затем смешивается с первичной смолой в пропорциях от небольшой доли до полностью переработанного содержания в зависимости от требований к механическим свойствам конечного продукта.

В чем разница между ПЭВП и Полиамидом 66 с точки зрения способа их производства?

ПЭВП создается путем аддитивной полимеризации одного мономера, этилена, с использованием металлического катализатора, а Полиамид 66 создается путем конденсационной полимеризации двух разных мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, которые выделяют воду в качестве побочного продукта и требуют совершенно другой конструкции реактора и стратегии управления процессом.

Почему при производстве некоторых сортов полиэтилена высокой плотности используется газообразный водород?

Водород действует как агент передачи цепи, который разрывает растущую полимерную цепь раньше, чем это было бы в противном случае, давая производителям точный контроль над средней молекулярной массой и, в свою очередь, индексом текучести расплава готовой смолы.

Может ли производство ПНД производить разные цвета и сорта на одном заводе?

Да. Реактор базовой полимеризации обычно производит натуральную неокрашенную смолу, а красители, технический углерод и другие добавки вводятся на выходе во время компаундирования и экструзии, что позволяет одной цепочке реакторов поставлять множество различных готовых сортов и цветов из одной основной цепи полимера.

Предыдущий：Нет предыдущей статьиСледующий：Как готовят нейлон? Объяснение процесса производства нейлона 66

Горячие продукты