Polypropeenin tuotantoprosessi

Polypropeenihartsi on yksi neljästä yleiskäyttöisestä termoplastisesta hartsista (polyeteeni, polyvinyylikloridi, polypropeeni, polystyreeni). Sitä valmistetaan polymerointireaktiolla propeenin raaka-aineena ja eteenin komonomeerinä.
Maailmassa polypropeenin valmistukseen käytetyt prosessimenetelmät jakautuvat pääosin seuraaviin luokkiin luokkien mukaan: liuotinmenetelmä, liuosmenetelmä, nestefaasimassamenetelmä (mukaan lukien nestefaasikaasufaasiyhdistetty tyyppi) ja kaasufaasimassamenetelmä. Kunkin prosessin ominaisuudet esitellään lyhyesti seuraavasti:
liuotinpolymerointi
Liuotinmenetelmä (tunnetaan myös nimellä lietemenetelmä tai mutamenetelmä, lietemenetelmä) on varhaisin polypropeenin tuotantoprosessi. Kuivaus- ja liuottimen talteenottoprosessien vuoksi prosessi on kuitenkin pitkä ja monimutkainen, ja katalyyttitutkimustekniikan kehittyessä liuotinmenetelmällä on 1980-luvulta lähtien ollut taipumus pysähtyä ja se on vähitellen korvattu nestefaasin bulkkimenetelmällä.
Prosessin ominaisuudet: (1) Propyleenimonomeeri liuotetaan inerttiin nestemäiseen liuottimeen (kuten heksaaniin) ja liuotinpolymerointi suoritetaan katalyytin vaikutuksesta. Polymeeri suspendoidaan liuottimeen kiinteiden hiukkasten muodossa ja käytetään kattilatyyppistä sekoitusreaktoria; (2) On olemassa rasvanpoisto- ja liuottimen talteenottoprosesseja. Prosessi on pitkä ja monimutkainen, ja siihen liittyy suuria laiteinvestointeja ja korkea energiankulutus. Tuotanto on kuitenkin helppo valvoa ja tuotteen laatu on hyvä; (3) Polypropeenihiukkaset erotetaan keskipakosuodatuksella ja kuivataan sitten ilmavirtakeittämällä ja ekstruusiorakeisuudella.
liuospolymerointi
Prosessin ominaisuudet: (1) Käytä liuottimina korkean kiehumispisteen lineaarisia hiilivetyjä ja käytä polypropeenin sulamispistettä korkeammassa lämpötilassa. Saadut polymeerit liukenevat kaikki liuottimeen ja jakautuvat tasaisesti; (2) Korkean lämpötilan kaasustrippausmenetelmä haihduttaa ja poistaa liuottimen. Saadaan sulaa polypropeenia, joka sitten ekstrudoidaan ja rakeistetaan pellettituotteiden saamiseksi; (3) Ainoa valmistaja on amerikkalainen Kodak Company.
Nestefaasibulkkimenetelmä
Nestefaasi- ja kaasufaasiyhdistelmätyyppinen, nestefaasin bulkkimenetelmällä valmistettu polypropeenin valmistusprosessi on uusi prosessi, joka on kehitetty polypropeenituotannon keski- ja loppuvaiheessa. Tämä tuotantoprosessi kehitettiin seitsemän vuotta sen jälkeen, kun polypropeeni aloitti teollisen tuotannon vuonna 1957.
Nestefaasimassamenetelmää käytetään polypropeenin valmistukseen. Katalyytti dispergoidaan suoraan nestefaasipropeeniin lisäämättä mitään muuta liuotinta reaktiojärjestelmään propeenin nestefaasimassapolymeroinnin suorittamiseksi. Polymeeri saostuu jatkuvasti nestemäisestä propeenista ja suspendoituu nestemäiseen propeeniin hienojen hiukkasten muodossa. Reaktioajan pidentyessä polymeerihiukkasten pitoisuus nestemäisessä propeenissa kasvaa. Kun propeenin konversionopeus saavuttaa tietyn tason, polymeroimaton propeenimonomeeri otetaan talteen pikahaihdutuksella jauhemaisen polypropeenituotteen saamiseksi. Tämä on suhteellisen yksinkertainen ja edistynyt polypropeenin teollinen tuotantomenetelmä. Nestefaasibulkkimenetelmä edustaa uutta teknologiaa ja uutta polypropeenituotannon tasoa maailmassa 1980-luvulla.
Prosessin ominaisuudet: (1) Järjestelmään ei lisätä liuotinta, propeenimonomeeri käy läpi nestefaasin bulkkipolymeroinnin kattilareaktorissa nestefaasitilassa ja eteenipropeeni käy läpi kaasufaasikopolymeroinnin leijukerrosreaktorissa; (2) Prosessi on yksinkertainen, vähemmän laitteita, vähemmän investointeja, alhainen virrankulutus ja tuotantokustannukset; (3) Homopolymerointi käyttää kattilassa sekoitettua reaktoria (Hypol-prosessi) tai loop-reaktoria (Spheripol-prosessi), satunnaiskopolymerointi ja lohkokopolymerointi ovat molemmat sekoitettuna, ja ne suoritetaan leijukerroksessa.
Tyypillinen nestefaasimassamenetelmän edustaja on BASELLin Spherizone nestefaasibulkkimenetelmä. Spherizone on kaasufaasikierrätystekniikka, jossa käytetään Ziegler-Natta-katalyyttiä, joka tuottaa polymeerejä, jotka säilyttävät sitkeyden ja prosessoitavuuden samalla kun ne ovat erittäin kiteisiä, jäykkiä ja tasaisempia. Se tuottaa erittäin tasalaatuisia multimonomeerihartseja tai bimodaalisia homopolymeerejä yhdessä reaktorissa. Spherizone-syklireaktiolla on kaksi toisiinsa liittyvää aluetta. Eri alueet toimivat muiden prosessien kaasufaasi- ja nestefaasisilmukkareaktoreina. Nämä kaksi aluetta voivat tuottaa hartseja, joilla on erilaiset suhteelliset molekyylipainot tai monomeerikoostumusjakaumat, mikä laajentaa polypropeenin suorituskykyaluetta.
Tämän prosessin ydinlaitteisto on MZCR (multi-zone Circuit Reactor System) reaktorijärjestelmä R230. Reaktori koostuu nousuputkesta ja laskuputkesta. Nousuputkessa polymeeri puhalletaan ylöspäin reaktiokaasulla leijutuksen muodostamiseksi, ja se lähetetään alasputken yläosaan ja kulkee syklonierottimen läpi. Jauhe kerätään alasputkeen. Reaktiokaasua kierrätetään keskipakokompressorilla ulkoisen putkiston läpi ja reaktiolämpö poistetaan ulkoisen kiertovesiputken kiertovesijäähdyttimen avulla. Reaktorituote poistetaan laskuputken alaosaan asennetun venttiilin kautta. Kun poistetusta jauheesta on poistettu kaasut korkeassa ja matalassa paineessa, se höyrytetään ja kuivataan suoraan, kun valmistetaan homopolymeerejä ja satunnaiskopolymeerejä jauhetuotteiden saamiseksi. Iskunestotuotteita valmistettaessa jauhe korkeapaineisen kaasunpoiston jälkeen johdetaan kaasufaasileijupetireaktoriin. Reaktorissa käytetään edelleen Spheripol II -kaasufaasireaktorijärjestelmää. Kopolymerointireaktori on pystysuora sylinterimäinen astia, jonka ylä- ja alaosassa on pallomaiset päät ja alaosassa kuohuva kerros. Päämateriaali on ruostumaton teräs ja sisäpinta on kiillotettu.
Tämän prosessin nykyinen enimmäistuotantokapasiteetti yhdellä linjalla on saavuttanut 450,000 tonnia/vuosi. MZCR (multi-zone Circuit Reactor) -iskukopolymeerituotteiden eteenipitoisuus voi olla jopa 22 % (kumipitoisuus yli 40 %), ja myös eteeniä ja 1-buteenia sisältäviä terpolymeerituotteita voidaan valmistaa.