Поэтилен низкого давления

Технологическая схема производства полиэтилена

На первых производствах ПЭНД приготовление каталитического комплекса про­водилось периодическим способом. После выдерживания

Рис. 1.15. Схема Теплосъема реактора с холодильником:

/—реактор; 2—холодильник; 3—циклон; 4—иасос; 5—газодувка.

В течение определенного времени при необходимой тем­пературе концентрированный каталитический комплекс разбавлялся оастворителем до рабочей концентрации и непрерывно подавался дозировочным насосом или под давлением инертного газа в реактор.

При непрерывном приготовлении каталитического комплекса в аппарате-комплексообразователе должно быть обеспечено необходимое среднее время контакта АОС с соединением титана до разбавления образовавше­гося катализатора разбавителем. Существуют различ­ные конструкции аппаратов, приспособления и способы, позволяющие изменять среднее время контакта смеши­ваемых компонентов.

Основные трудности в аппаратурном оформлении технологического узла полимеризации заключаются в отводе теплоты полимеризации этилена (около 98,7 кДж/моль) и в интенсивном перемешивании реак­ционной массы в реакторе. При использовании первых промышленных каталитических систем механическое пе­ремешивание реакционной массы практически было не­приемлемо, так как в этом случае происходило обраста­ние полимером поверхности реактора, вала и лопастей мешалки. По этой же причине был неэффективен отвод тепла через охлаждаемые стенки реактора.

Более технологичным является перемешивание поли - меризационной массы газовым потоком этилена, барбо - тирующего через суспензию полиэтилена в реакторе. При этом происходит и теплосъем, так как испарение рас­творителя приводит к охлаждению реакционной массы. Для увеличения интенсивности испарения производится принудительная циркуляция этилена и паров бензина че­рез суспензию полимера в реакторе с помощью газо­дувки или компрессора. Теплосъем осуществляется в ох­лаждаемом водой холодильнике, через который прохо­дит парогазовая смесь (рис. 1.15) [46].

По другой схеме теплосъем осуществляется при вклю­чении в циркуляционный контур скруббера, орошаемого холодным растворителем [47]. Горячая парогазовая смесь, проходя через скруббер, охлаждается встречным потоком растворителя и с помощью газодувки возвра­щается в реактор (рис. 1.16). Нагретый бензин из скруб­бера насосом прокачивается через холодильник второго циркуляционного контура, после чего подается на оро­шение скруббера. Данная система теплосъема имеет следующие преимущества перед системой, изображенной на рис. 1.15:

1) в скрубберной системе происходит прямой кон­такт горячих паров бензина и этилена с холодным рас­творителем, что облегчает теплопередачу;

2) поскольку пары бензина, выходящие из реактора, в скруббере в основном конденсируются, эффективная производительность газодувки или компрессора увели­чивается.

Меняя количество подаваемой в холодильник воды или количество циркулирующей через реактор парогазо­вой смеси, можно в широких пределах регулировать тем­пературу в реакторе. Чем выше давление паров раство­рителя, тем легче осуществляется теплосъем, однако с повышением давления паров снижается парциальное давление этилена в реакторе и, следовательно, снижает­ся скорость полимеризации этилена. Все эти обстоятель-

В течение определенного времени при необходимой тем­пературе концентрированный каталитический комплекс разбавлялся оастворителем до рабочей концентрации и непрерывно подавался дозировочным насосом или под давлением инертного газа в реактор.

При непрерывном приготовлении каталитического комплекса в аппарате-комплексообразователе должно быть обеспечено необходимое среднее время контакта АОС с соединением титана до разбавления образовавше­гося катализатора разбавителем. Существуют различ­ные конструкции аппаратов, приспособления и способы, позволяющие изменять среднее время контакта смеши­ваемых компонентов.

Основные трудности в аппаратурном оформлении технологического узла полимеризации заключаются в отводе теплоты полимеризации этилена (около 98,7 кДж/моль) и в интенсивном перемешивании реак­ционной массы в реакторе. При использовании первых промышленных каталитических систем механическое пе­ремешивание реакционной массы практически было не­приемлемо, так как в этом случае происходило обраста­ние полимером поверхности реактора, вала и лопастей мешалки. По этой же причине был неэффективен отвод тепла через охлаждаемые стенки реактора.

Более технологичным является перемешивание поли- меризационной массы газовым потоком этилена, барбо - тирующего через суспензию полиэтилена в реакторе. При этом происходит и теплосъем, так как испарение рас­творителя приводит к охлаждению реакционной массы. Для увеличения интенсивности испарения производится принудительная циркуляция этилена и паров бензина че­рез суспензию полимера в реакторе с помощью газо­дувки или компрессора. Теплосъем осуществляется в ох­лаждаемом водой холодильнике, через который прохо­дит парогазовая смесь (рис. 1.15) [46].

По другой схеме теплосъем осуществляется при вклю­чении в циркуляционный контур скруббера, орошаемого холодным растворителем [47]. Горячая парогазовая смесь, проходя через скруббер, охлаждается встречным потоком растворителя и с помощью газодувки возвра­щается в реактор (рис. 1.16). Нагретый бензин из скруб­бера насосом прокачивается через холодильник второго циркуляционного контура, после чего подается на оро­шение скруббера. Данная система теплосъема имеет следующие преимущества перед системой, изображенной на рис. 1.15:

1) в скрубберной системе происходит прямой кон­такт горячих паров бензина и этилена с холодным рас­творителем, что облегчает теплопередачу;

2) поскольку пары бензина, выходящие из реактора, в скруббере в основном конденсируются, эффективная производительность газодувки или компрессора увели­чивается.

Меняя количество подаваемой в холодильник воды или количество циркулирующей через реактор парогазо­вой смеси, можно в широких пределах регулировать тем­пературу в реакторе. Чем выше давление паров раство­рителя, тем легче осуществляется теплосъем, однако с повышением давления паров снижается парциальное давление этилена в реакторе и, следовательно, снижает­ся скорость полимеризации этилена. Все эти обстоятель-

Ртва учитываются при расчете аппаратуры реакторного [ узла и при выборе растворителя, выполняющего роль j среды для полимеризации и агента теплосъема. і

. Существуют и другие принципы и системы тепло - : съема, например, циркуляция полимерной суспензии че - j рез выносной холодильник, резкий сброс давления при I выгрузке суспензии в приемную емкость с возвратом в ! реактор сконденсированных паров растворителя и др. j [48—50]. j

Первая использованная в промышленных произвол - j ствах ПЭНД каталитическая система на основе диэтил- алюминийхлорида и четыреххлористого титана, как из­вестно, имеет относительно небольшую активность: на 1 г комплексного катализатора образуется 150—250 г ПЭ. Наличие примесей катализатора в ПЭ ухудшает его свойства, в первую очередь диэлектрические, водо - и химическую стойкость, цвет изделий и др. Поэтому из полимера в процессе промывки должны быть удалены соединения алюминия, титана, а также хлор.

Отмывка полимера от катализатора, как правило, заключается в переводе последнего в растворимое со­стояние, поскольку входящий в состав каталитического комплекса треххлористый титан (так же, как и ПЭ) не растворяется в среде для полимеризации. Существует много способов и рецептур для проведения операции промывки. В качестве промывочного агента предложено использовать низшие и высшие спирты, кислоты, воду и др. На первых промышленных производствах ПЭНД для промывки ПЭ использовались низшие спирты или их смеси с растворителем.

Перед обработкой полимерной суспензии промывным агентом обычно удаляется растворитель, чтобы вывести растворенные в нем низкомолекулярные фракции ПЭ, так называемые воска, которые ухудшают некоторые по­казатели ПЭ. После каждой промывки (как правило, их бывает 2—3) полимер отжимается от промывного аген­та, содержащего растворенные соединения алюминия и титана. По окончании промывки ПЭ сушится в инерт­ном газе, для чего чаще всего используется метод кипя­щего слоя. На рис. 1.17 приведена схема получения порошка ПЭ.

Готовый продукт подвергается гомогенизации для усреднения его состава по молекулярной массе. В него

В специальных смесителях могут вноситься добавки (стат билизаторы, красители, противокоррозионные добавки и др.), после чего ПЭ либо гранулируется и упаковы­вается, либо фасуется в виде порошка.

Использованные в процессе полимеризации и про­мывки растворитель и промывной агент подвергаются регенерации и возвращаются в цикл.

При регенерации растворитель перегоняется с острым паром для отделения низкомолекулярных фракций ПЭ, частиц полимера, попавших из центрифуг, продуктов разложения катализатора, после чего подвергается азеотрогіной осушке. Аналогичным способом происходит регенерация промывного раствора.