Polypropeenihartsi on yksi neljästä yleiskäyttöisestä termoplastisesta hartsista (polyeteeni, polyvinyylikloridi, polypropeeni, polystyreeni). Se valmistetaan polymeroimalla käyttämällä propeenia raaka-aineena ja eteeniä komonomeerinä.
Prosessimenetelmät, joita käytetään polypropeenin tuotannossa maailmassa, on jaettu seuraaviin luokkiin luokkien mukaan: liuotinmenetelmä, liuosmenetelmä, nestefaasin irtotapa (mukaan lukien yhdistetty nestefaasi ja kaasufaasi) ja kaasufaasimenetelmä. Kunkin prosessin ominaisuudet ovat seuraavat:
Liuotinpolymerointi
Liuotinmenetelmä (tunnetaan myös nimellä lietemenetelmä tai lietemenetelmä, lietemenetelmä) on varhaisin polypropeenin tuotantoprosessi. Kuitenkin johdotuksen ja liuottimen talteenottomenettelyjen takia prosessi on pitkä ja monimutkainen jne. Katalyyttitutkimustekniikan kehittyessä. 1980-luvulta lähtien liuotinmenetelmä on yleensä pysähtynyt ja se on vähitellen korvattu nestefaasimassalla menetelmä.
Menetelmän ominaisuudet: (1) Propyleenimonomeeri liuotetaan inerttiin nestefaasin liuottimeen (kuten heksaaniin) ja liuotinpolymerointi suoritetaan katalyytin vaikutuksesta. Polymeeri suspendoidaan liuottimeen kiinteiden pellettien tilassa ja käytetään säiliötyyppistä sekoitettua reaktoria; (2) On olemassa rauhoittavia ja liuottimien talteenottomenettelyjä, prosessi on pitkä, monimutkaisempi, laiteinvestoinnit ovat suuret ja energiankulutus suuri. Tuotantoa on kuitenkin helppo hallita ja tuotteen laatu on hyvä; (3) Polypropeenihiukkaset erotetaan keskipakosuodatuksella ja alistetaan sitten ilmavirran kiehumiskuivaukselle ja ekstruusiorakeistukselle.
Liuospolymerointi
Menetelmän ominaisuudet: (1) Käytä korkean kiehumispisteen suoraketjuisia hiilivetyjä liuottimina ja toimi korkeammassa lämpötilassa kuin polypropeenin sulamispiste, ja kaikki saadut polymeerit liuotetaan liuottimeen homogeenisessa jakautumassa; (2) Korkeassa lämpötilassa tapahtuvan kaasunpoistomenetelmän haihdutus liuottimen poistamiseksi Saadaan sula polypropyleeni, joka sitten ekstrudoidaan ja pelletoidaan pellettien saamiseksi; (3) Ainoa valmistaja on Kodak, USA. [10]
Nestefaasimassamenetelmä
Polypropeenia sisältävän nestefaasin ja kaasufaasin yhdistetyn nestemäisen faasin bulkkimenetelmän tuotantoprosessi on uusi prosessi, joka on kehitetty polypropeenin tuotannon keski- ja loppuvaiheessa. Tuotantoprosessi alkoi seitsemän vuotta polypropeenin teollisen tuotannon jälkeen vuonna 1957.
Nestefaasimassamenetelmää käytetään polypropeenin tuottamiseen. Katalyytti dispergoidaan suoraan nestefaasipropeeniin lisäämättä muita liuottimia reaktiojärjestelmään propeenin nestefaasipolymeroinnin suorittamiseksi. Polymeeri saostuu jatkuvasti nestefaasipropeenista ja suspendoidaan nestefaasipropeeniin hienojakoisina hiukkasina. Kun reaktioaika kasvaa, polymeerihiukkasten pitoisuus nestemäisessä propeenissa kasvaa. Kun propeenin muunnosnopeus saavuttaa tietyn tason, polymeroimaton propyleenimonomeeri otetaan talteen pikahaihduttamalla jauhemaisen polypropeenituotteen saamiseksi. Tämä on suhteellisen yksinkertainen ja kehittynyt polypropeenin teollinen tuotantomenetelmä. Nestefaasimassamenetelmä edustaa uutta tekniikkaa ja kansainvälisen polypropeenituotannon tasoa 1980-luvulla.
Menetelmän ominaisuudet: (1) Liuotinta ei lisätä järjestelmään, propyleenimonomeeri polymeroidaan nestefaasissa nestefaasissa olevassa säiliöreaktorissa, ja eteeni ja propyleeni kopolymeroidaan leijukerrosreaktorissa kaasufaasissa; (2) Prosessi on yksinkertainen, vähemmän laitteita, vähemmän investointeja, alhainen virrankulutus ja tuotantokustannukset; (3) Homopolymeroinnissa käytetään säiliötyyppistä sekoitettua reaktoria (Hypol-prosessi) tai silmukkareaktoria (Spheripol-prosessi), ja sekä satunnainen kopolymerointi että lohkokopolymerointi ovat sekoitetusti leijupetissä.
Tyypillinen nestefaasimassamenetelmän edustaja on BASELLin Spherizone-nestefaasimassamenetelmä. Spherizone on kaasufaasikiertotekniikka, joka käyttää Ziegler-Natta-katalyyttejä sellaisten polymeerien tuottamiseksi, jotka säilyttävät sitkeyden ja prosessoitavuuden samalla kun niillä on korkea kiteisyys, jäykkyys ja yhtenäisyys. Se voi tuottaa erittäin yhtenäisiä monimonomeerihartseja tai bimodaalisia homopolymeerejä yhdessä reaktorissa. Spherizone-syklireaktiossa on kaksi toisiinsa kytkettyä vyöhykettä, ja eri vyöhykkeillä on muiden prosessien kaasu- ja nestesilmukkareaktorien rooli. Nämä kaksi aluetta voivat tuottaa hartseja, joilla on erilainen suhteellinen molekyylimassa tai monomeerikoostumuksen jakauma, mikä laajentaa polypropeenin suorituskykyä.
Tämän prosessin ydinlaite on MZCR (Multi-Zone Circulation Reactor System) -reaktorijärjestelmä R230. Reaktori koostuu kahdesta osasta: nousuputkesta ja laskuputkesta. Reaktiokaasulla puhalletaan nousupolymeerin polymeeri leijutuksen muodostamiseksi, ja se lähetetään laskuputken yläosaan sen jälkeen, kun se on kulunut syklonierottimen läpi, ja jauhe kerätään alavirtaan. Reaktiokaasu kierrätetään keskipakokompressorilla ulkoisen putkiston läpi, ja reaktiolämpö poistetaan kiertovesijäähdyttimellä ulkoisella kiertoputkella. Reaktorituote poistetaan laskuputken alaosaan asennetun venttiilin kautta. Sen jälkeen kun poistetusta jauheesta on poistettu kaasu korkeassa paineessa ja matalassa paineessa, se höyrytetään ja kuivataan suoraan tuotettaessa homopolymeerejä ja satunnaisia kopolymeereja jauhetuotteiden saamiseksi. Valmistettaessa iskunkestäviä tuotteita korkeapainekaasulla poistettu jauhe johdetaan kaasufaasileijureaktoriin. Reaktorissa käytetään edelleen Spheripol II -kaasufaasireaktorijärjestelmää. Kopolymerointireaktori on pystysuora sylinterimäinen astia, jossa on pallomaiset päät ylä- ja alaosassa ja leijupeti pohjassa. Päärunko on valmistettu ruostumattomasta teräksestä ja sisäpinta on kiillotettu.
Tämän prosessin nykyinen yhden linjan suurin tuotantokapasiteetti on saavuttanut 450 000 tonnia vuodessa. MZCR: n (monivyöhykkeinen kiertävä reaktori) iskukopolymeerituotteiden eteenipitoisuus voi olla jopa 22% (kumipitoisuus on yli 40%), ja myös eteeniä ja 1-buteenia sisältäviä kolmikopolymeerituotteita voidaan tuottaa.
Höyryfaasimassamenetelmä
Menetelmän ominaisuudet: (1) Järjestelmä ei tuo liuotinta, ja propyleenimonomeeri polymeroituu reaktorin kaasufaasissa kaasufaasimassana; (2) Prosessi on lyhyt, laitteet ovat pieniä, tuotanto on turvallista ja tuotantokustannukset alhaiset; (3) Polymerointireaktorissa on virtaava kemiallinen kerros (Union Carbon / Shell UNIPoi -prosessi), pystysekoitettu sekoituskerros (BASF Novolen -prosessi) ja vaakasuora sekoituskerros (Amoco / El Paso -prosessi). [10]
Tyypillinen kaasufaasimassamenetelmän edustaja on DOW Chemical Companyn Unipol-kaasufaasiprosessi. Unipol-kaasufaasipolypropyleeniprosessi on kaasufaasinen leijupetipolypropyleeniprosessi, jonka ovat kehittäneet US United Carbon Corporation (UCCP) ja Shell 1980-luvulla. Se on prosessi, joka siirtää polyeteenin tuotannossa käytetyn leijupetimen prosessin polypropeeniksi, on tuotannossa ja ollut menestyksekäs. Prosessissa käytetään erittäin hyötysuhteista katalysaattorijärjestelmää, pääkatalyytti on korkean hyötysuhteen kantajakatalyytti ja kokatalyytti on trietyylialumiini ja elektronidonori.
UNIPOL-prosessilla on yksinkertaisuuden, joustavuuden, taloudellisuuden ja turvallisuuden piirteet; Prosessi voi tuottaa täyden valikoiman tuotteita, mukaan lukien homopolymeerit, satunnaiskopolymeerit ja iskukopolymeerit hyvin pienellä laitteistolla. Säädä käyttöolosuhteita toiminta-alueella, jotta tuotteen tasainen suorituskyky säilyy. Koska käytettyjen laitteiden määrä on pieni, huoltotyömäärä on pieni ja laitteen luotettavuus paranee. Itse leijukerrosreaktiokinetiikan rajoitusten ja matalan käyttöpaineen vuoksi materiaalien varastointi järjestelmään on prosessi turvallisempi kuin muut prosessit, eikä laitteiden ylipaineen vaaraa ole, kun onnettomuus ei ole hallinnassa.
Tässä prosessissa ei ole nestemäisen jätteen päästöjä, ja ilmakehään päästetään hyvin vähän hiilivetyjä, joten vaikutus ympäristöön on hyvin pieni. Muihin prosesseihin verrattuna tämä prosessi on helpompi täyttää erilaiset tiukat ympäristönsuojelun, terveyden ja turvallisuuden vaatimukset. Toinen tämän prosessin merkittävä piirre on, että sitä voidaan käyttää superkondensoituneessa tilassa, niin sanotussa superkondensoituneessa kaasufaasisessa leijupetiprosessissa (SCM). Tämä tekniikka voi lisätä nykyistä tuotantokapasiteettia 200% lisäämällä reaktorin nestefaasin osuuden 45 prosenttiin. Koska nestepitoisuus ei ole leijupedin epävakauden ja polymeeriagglomeraation muodostumisen perustekijä, tämän tekniikan keskeiset toimintamuuttujat ovat paisutetun kerroksen tiheys ja laajennetun irtotiheyden suhde sedimentaation irtotiheyteen. Koska superkondensoitunut tilaoperaatio voi tehokkaimmin poistaa reaktiolämmön, se voi lisätä reaktorin tuotantokapasiteettia yli 2 kertaa lisäämättä tilavuutta, ja investointisäästöt ovat erittäin merkittäviä. Iskukopolymeerituotteet, joiden eteenipitoisuus on enintään 17% (kumipitoisuus yli 30%).
Prosessin ydinlaitteet ovat kaasufaasinen leijupetireaktori, kiertävä kaasukompressori, kiertävä kaasujäähdytin ja ekstruusiopelletointiyksikkö. Leijukerrosreaktori on ontto astia, jonka yläosassa on suurennettu osa ja alaosassa suihkuputki. Ensimmäisen reaktorin käyttöpaine on 3,5 MPaG ja lämpötila 67 ° C℃. Toisen reaktorin käyttöpaine on 2,1 MPaG ja lämpötila 70 ° C℃. ; Kiertävä kaasukompressori on yksivaiheinen, vakionopeuksinen keskipakokompressori.
