Proces výroby polypropylénu

Polypropylénová živica je jednou zo štyroch termoplastických živíc na všeobecné použitie (polyetylén, polyvinylchlorid, polypropylén, polystyrén). Vyrába sa polymerizačnou reakciou s propylénom ako surovinou a etylénom ako komonomérom.
Procesné metódy používané na výrobu polypropylénu vo svete spadajú hlavne do nasledujúcich kategórií podľa kategórií: metóda rozpúšťadla, roztoková metóda, hromadná metóda v kvapalnej fáze (vrátane kombinovaného typu v kvapalnej fáze s plynnou fázou) a hromadná metóda v plynnej fáze. Charakteristiky každého procesu sú stručne predstavené takto:
rozpúšťadlová polymerizácia
Metóda rozpúšťadla (tiež známa ako kalová metóda alebo bahenná metóda, kalová metóda) je najskorší proces výroby polypropylénu. Avšak v dôsledku procesov odstraňovania popola a regenerácie rozpúšťadla je tento proces dlhý a zložitý a s pokrokom technológie výskumu katalyzátorov má rozpúšťadlová metóda od 80. rokov tendenciu stagnovať a bola postupne nahradená hromadnou metódou v kvapalnej fáze.
Charakteristiky procesu: (1) Propylénový monomér sa rozpustí v inertnom kvapalnom rozpúšťadle (ako je hexán) a polymerizácia v rozpúšťadle sa uskutočňuje pôsobením katalyzátora. Polymér sa suspenduje v rozpúšťadle vo forme pevných častíc a použije sa miešací reaktor kotlíkového typu; (2) Existujú procesy odstraňovania popola a regenerácie rozpúšťadiel. Proces je dlhý a komplikovaný, s veľkými investíciami do zariadení a vysokou spotrebou energie. Výroba je však ľahko kontrolovateľná a kvalita produktu je dobrá; (3) Polypropylénové častice sa oddelia odstredivou filtráciou a potom sa sušia varom v prúde vzduchu a extrúznou granuláciou.
roztoková polymerizácia
Charakteristiky procesu: (1) Ako rozpúšťadlá používajte lineárne uhľovodíky s vysokou teplotou varu a pracujte pri teplote vyššej ako je teplota topenia polypropylénu. Výsledné polyméry sú všetky rozpustené v rozpúšťadle a rovnomerne distribuované; (2) Metóda stripovania plynu pri vysokej teplote sa odparuje a odstraňuje rozpúšťadlo. Získa sa roztavený polypropylén, ktorý sa potom extruduje a granuluje, čím sa získajú peletové produkty; (3) Jediným výrobcom je American Kodak Company.
Hromadná metóda v kvapalnej fáze
Proces výroby polypropylénu s kombinovaným typom kvapalnej a plynnej fázy, hromadnou metódou kvapalnej fázy je nový proces vyvinutý v stredných a neskorých štádiách výroby polypropylénu. Tento výrobný proces bol vyvinutý sedem rokov po začatí priemyselnej výroby polypropylénu v roku 1957.
Na výrobu polypropylénu sa používa hromadná metóda v kvapalnej fáze. Katalyzátor je priamo dispergovaný v kvapalnej fáze propylénu bez pridania akéhokoľvek ďalšieho rozpúšťadla do reakčného systému na uskutočnenie hromadnej polymerizácie propylénu v kvapalnej fáze. Polymér sa kontinuálne zráža z kvapalného propylénu a je suspendovaný v kvapalnom propyléne vo forme jemných častíc. So zvyšujúcim sa reakčným časom sa zvyšuje koncentrácia polymérnych častíc v kvapalnom propyléne. Keď rýchlosť konverzie propylénu dosiahne určitú úroveň, nezpolymerizovaný propylénový monomér sa izoluje pomocou rýchleho odparovania, čím sa získa práškový polypropylénový produkt. Ide o relatívne jednoduchý a pokrokový spôsob priemyselnej výroby polypropylénu. Metóda hromadnej kvapalnej fázy predstavuje novú technológiu a novú úroveň výroby polypropylénu vo svete v osemdesiatych rokoch minulého storočia.
Charakteristiky procesu: (1) Do systému sa nepridáva žiadne rozpúšťadlo, propylénový monomér podlieha hromadnej polymerizácii v kvapalnej fáze v kotlíkovom reaktore v kvapalnom stave a etylénpropylén sa podrobuje kopolymerizácii v plynnej fáze v reaktore s fluidným lôžkom; (2) Proces je jednoduchý, menej zariadení, menej investícií, nízka spotreba energie a výrobné náklady; (3) Homopolymerizácia využíva reaktor s miešaným kotlom (proces Hypol) alebo slučkový reaktor (proces Spheripol), náhodná kopolymerizácia a bloková kopolymerizácia sa uskutočňujú v miešanom type vo fluidnom lôžku.
Typickým predstaviteľom hromadnej metódy v kvapalnej fáze je metóda BASELL Spherizone v kvapalnej fáze. Spherizone je technológia recyklácie v plynnej fáze využívajúca katalyzátor Ziegler-Natta, ktorý produkuje polyméry, ktoré si zachovávajú húževnatosť a spracovateľnosť, pričom sú vysoko kryštalické, tuhé a rovnomernejšie. Produkuje vysoko jednotné multimonomérne živice alebo bimodálne homopolyméry v jedinom reaktore. Reakcia Spherizone cyklu má dve vzájomne prepojené oblasti. Rôzne oblasti zohrávajú úlohu slučkových reaktorov v plynnej a kvapalnej fáze iných procesov. Tieto dve oblasti môžu produkovať živice s rôznymi relatívnymi molekulovými hmotnosťami alebo distribúciou zloženia monomérov, čím sa rozširuje rozsah výkonu polypropylénu.
Hlavným zariadením tohto procesu je systém MZCR (multi-zone Cirkulační reaktorový systém) reaktorový systém R230. Reaktor pozostáva zo stúpačky a zostupnej rúrky. V stúpačke je polymér vyfukovaný nahor reakčným plynom, aby sa vytvorila fluidizácia, a posiela sa do hornej časti zostupnej rúrky a prechádza cez cyklónový separátor. Prášok sa zhromažďuje v zostupnej časti. Reakčný plyn cirkuluje odstredivým kompresorom cez vonkajšie potrubie a reakčné teplo sa odvádza pomocou obehového chladiča na vonkajšom cirkulačnom potrubí. Produkt z reaktora sa vypúšťa cez ventil inštalovaný v spodnej časti zostupnej rúrky. Po odplynení vypusteného prášku pri vysokom a nízkom tlaku sa priamo naparuje a suší pri výrobe homopolymérov a náhodných kopolymérov, aby sa získali práškové produkty. Pri výrobe protinárazových produktov sa prášok po vysokotlakovom odplynení vypúšťa do reaktora s fluidným lôžkom v plynnej fáze. Reaktor stále využíva reaktorový systém Spheripol II v plynnej fáze. Kopolymerizačný reaktor je vertikálna valcová nádoba s guľovitými hlavami na hornej a spodnej časti a ebulačným lôžkom na spodnej časti. Hlavným materiálom je nehrdzavejúca oceľ a vnútorný povrch je leštený.
Súčasná maximálna výrobná kapacita tohto procesu na jednej linke dosiahla 450,000 ton/rok. Obsah etylénu v produktoch nárazového kopolyméru MZCR (viaczónový cirkulačný reaktor) môže byť až 22 % (obsah kaučuku je vyšší ako 40 %) a možno vyrobiť aj terpolymérne produkty obsahujúce etylén a 1-butén.