Поэтилен низкого давления

Перспективы развития производства полиэтилена

В мировом производстве пла­стмасс доля полиолефинов не­прерывно возрастает и в на­стоящее время уже достигла 35—40% [216, с. 33]. Согласно прогнозам такой удельный вес полиолефинов в мировом вы­пуске пластмасс сохранится до 2000 года. Особенно быстрыми темпами развивается произ­водство ПЭНД. Так, за каж­дые пять лет наблюдается уве­личение производства этого полимера примерно в 2 раза. Соотношение производства ПЭВД, ПЭНД и ПП, которое к 1980 г. сложилось как 2:1:1, сохранится и в дальней­шем [4].

Есть все основания утверж­дать, что в ближайшие 25 лет промышленное производство ПЭНД будет развиваться в на­правлении освоения и дальней­шего усовершенствования про­цессов «II поколения» [3, 7]. Какой из процессов «II поко­ления»— суспензионный, рас­творный или газофазный —

Займет доминирующее положение, будет определяться техническим уровнем каждого из этих процессов.

Определяющая роль в развитии производства ПЭНД, как и раньше, остается за катализаторами. В последние годы ведутся поиски каталитических систем, принци­пиально отличающихся от известных. К таким системам относятся, в частности, иммобилизованные на полимер­ных носителях («гетерогенизированные» каталитические системы) [214]. Представляют существенный интерес однокомпонентные катализаторы, работающие при по­вышенных температурах (до 200°С), а также бифунк­циональные катализаторы [61]. Исследования в области высокоактивных каталитических систем полимеризации олефинов примыкают к общей проблеме катализа — использованию каталитических систем, близких к био­катализаторам— ферментам [195, 196].

Далеко не исчерпаны еще и потенциальные возмож­ности каталитических систем на основе металлоргани - ческих комплексных соединений. Их реализация может привести к созданию принципиально новых технологи­ческих схем и процессов. К таким процессам относится каталитическая полимеризация в аппаратах «идеального вытеснения», проведение полимеризации в среде жид­кого этилена, использование плазменной и лазерной тех­ники. Все эти направления еще далеко не дошли до промышленной реализации и потребуют немалых уси­лий для разработки.

В последние годы на ряде фирм ведутся интенсивные работы по созданию унифицированного процесса произ­водства ПЭ как высокой, так и низкой плотности. Фирмы «Юнион Карбайд», «Дюпон», «Дау Кемикл» (США) сообщают о разработке процессов, позволяю­щих получать при умеренных давлениях и температурах в присутствии особых комплексных катализаторов ПЭ низкой плотности. Фирма «Юнион Карбайд» разрабо­тала такие катализаторы для газофазной полимеризации этилена, а «Дау Кемикл» — для растворного и суспен­зионного процессов. Фирма «CDF Chemie» (Франция) сообщила о начале промышленного выпуска ПЭ высо­кой плотности в трубчатом реакторе установки ПЭВД с использованием металлорганических комплексных ка­тализаторов. Однако ни один из перечисленных новых способов получения ПЭ не может претендовать на уни­версальность в отношении синтеза материала, удовле­творяющего всем требованиям потребителей.

Не вызывает сомнения, что новые процессы и про­мышленные производства ПЭ на их основе будут высо­коэкономичными, мало энерго - и металлоемкими, просты по технологическому и аппаратурному оформлению. При этом также будут разработаны различные методы соз­дания полимерных материалов заданной морфологии, структуры и свойств.

Каким же образом необходимо осуществлять выбор лучших процессов?

Самым объективным является метод оценки различ­ных процессов по возможно полной сумме критериев с использованием ЭВМ. Исходные данные для этого получаются при экспериментальной отработке каждого процесса. Существенное сокращение сроков общего цикла наука — производство может быть обеспечено с помощью методов математического моделирования. Для создания промышленного агрегата требуется целая цепочка моделей, в которой исходной является кинети­ческая модель, т. е. система уравнений, выражающая зависимость скорости реакций от концентрации реаген­тов, температуры, давления и т. д. С учетом кинетиче­ской модели разрабатываются модели массо-теплооб - мена и другие звенья общей модели процесса.

Достоверность модели и, следовательно, надежность создаваемого производства должна быть подтверждена проверкой на адекватность модели и процесса в мас­штабах, приближающихся к промышленным. При использовании математического моделирования необхо­димо учитывать одно из важнейших требований—неза­висимость модели предыдущего уровня от модели после­дующего. Так, кинетические закономерности, заклады­ваемые в общую математическую модель, не должны зависеть от таких некинетических факторов, как кон­струкция аппарата и его габариты, схема его работы и др. Это требование далеко не всегда удовлетворяется при полимеризации олефинов при низком давлении: сложность и динамичность каталитических систем, мно­жество факторов, влияющих на полимеризацию, значи­тельная часть которых не поддается учету, возмож­ное изменение теплопередачи от реакционной среды к охлаждающим поверхностям вследствие обрастания их полимером и другие—все это настоятельно требует получе­ния достоверных экспериментальных данных с установок, масштабы которых приближаются к промышленным.

Проблема экспериментальных баз является одной из важнейших в реализации огромного научного потен­циала, уже накопленного академическими и отрасле­выми институтами в области металлорганического ката­лиза и каталитической полимеризации этилена.

В нашей стране имеется определенный положитель­ный опыт, показывающий возможность при наличии экс­периментальной базы выполнять сложные разработки в короткие сроки. Так, создание и освоение в промыш­ленности нового высокопроизводительного процесса производства полиэтилена при высоком давлении «По - лимир-50» потребовало менее 5 лет [217].

Таким образом, проблема экспериментальной базы является чрезвычайно важным звеном в техническом прогрессе промышленности. Обобщенный опыт работы зарубежных фирм, в частности фирм США, по разра­ботке и освоению новой продукции свидетельствует, что крупные капитальные затраты на создание специальных «инженерных парков», экспериментальных заводов или цехов безусловно окупаются выбором оптимального ва­рианта нового процесса или изделия, сокращением сро­ков освоения в промышленности, своевременной подго­товкой потребителей [218].

В нашей стране обширнейшие перспективы и воз­можности для технического прогресса промышленности открывает постановление ЦК КПСС и Совета Минист­ров СССР от 12 июля 1979 г. «Об улучшении планиро­вания и усилении воздействия хозяйственного меха­низма на повышение эффективности производства и ка­чества работы». Всемерно стимулируется совместная работа НИИ или НПО и промышленных объединений. Комплексное планирование всего цикла от научных ис­следований до внедрения результатов в производство создает, с одной стороны, основу для повышения целе­направленности и эффективности научных разработок, а с другой стороны, уже с первых этапов этих работ к ним подключаются производственные коллективы, за­интересованные в конкретных результатах и сокраще­нии срока разработки. Этим создаются хорошие предпо­сылки для обеспечения технического прогресса.