فرآیند تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن احتمالا مهمترین و پرکاربردترین پلیمری است که روزانه همه ما در زندگی خود با آن سرو کار داریم. یکی از نام هایی که برای این ماده و خانواده متعلق به آن وجود دارد پلی الفین است که رایج نمی باشد.

این ماده محبوب ترین پلاستیک در سراسر جهان است. پلیمری که با آن کیسه های مواد غذایی، بطری های شامپو، اسباب بازی های کودکان و حتی جلیقه های ضد گلوله را می سازند.

برای چنین کاربردهای متنوعی ، این محصول دارای ساده ترین ساختار ممکن در بین تمام پلیمرهای تجاری است. مولکول PE چیزی بیش از یک زنجیره طولانی از اتم های کربن با دو اتم هیدروژن متصل به هر اتم کربن نیست و بر اساس تفاوت در وزن مولکولی دارای گریدهای مختلفی مانند پلی اتیلن با چگالی پایین ( LDPE )، پلی اتیلن سنگین ( HDPE ) ، پلی اتیلن سبک خطی ( LLDPE ) است.

فرایندهای تولید این ماده را بر اساس موارد زیر نیز می توان طبقه بندی کرد :

• فرایند فشار بالای اتوکلاو
• فرایند فشار بالای لوله ای
• محلول دوغابی(سوسپانسیون)
• فاز گازی
• محلول

فرایند تولید پلی اتیلن سبک ( گرید LDPE )

در فرایند تولید پلی اتیلن سبک پراکسیدهای آلی جهت شروع و کنترل دمای واکنش استفاده می شوند. واکنش پلیمریزاسیون نیاز به آغازگرهای مناسبی جهت شروع زنجیره های پلیمری خواهد داشت که پس از رقیق سازی با یک حلال مناسب در نقاط مشخصی از راکتور تزریق خواهد شد.

اتیلن ، آغاز گز و در صورت امکان کومونومرها (اتیل وینیل استات، ان بوتیل اکریلات) بعنوان خوراک به واحد تولیدی وارد می شوند و به وسیله کمپرسور بوستر، پرایمری و همچنین هایپر تا فشار 2400 بار فشرده می شوند و در مرحله بعد به راکتور اتوکلاو وارد می شوند. خواص پلیمر مانند(شاخص ذوب شدن ،چگالی،توزیع وزن مولکولی) توسط اغازگر،فشار،توزیع دمایی و مقادیر کوپلیمر تعیین می شود.

بعد از اختلاط مواد و واکنش آنها با یکدیگر در راکتور اتیلن اضافی وارد چرخه بازیابی و ریکاوری می شود و دوباره به جریان ورودی راکتور متصل می گردد.

پلیمر ذوب شده با افزودنی ها ترکیب شده و برای رسیدن به بازده و محصول نهایی وارد اکسترودر می شود. در ادامه وارد قسمت بسته بندی و نگهداری می گردند.

LDPE به طور بخصوص و فقط توسط روش فشار بالا یا اتوکلاو تولید می شود. اغلب اوقات پراکسیدهای ارگانیک بعنوان آغاز گر استفاده می شوند.کاتالیست های فلزی (زیگلر-ناتا ، فیلیپس و تک سایت) برای تولید پلی اتیلن با چگالی خیلی پایین VLDPE ،  پلی اتیلن با چگالی متوسط MDPE ،  LLDPEو HDPE در روش تولیدی دوغابی،فاز گازی و محلول استفاده می گردد.

حدود 27 درصد از تولیدات جهانی پلی اتیلن از طریق فرایند فشار بالا تولید می شود.

فرایند تولید پلی اتیلن سنگین ( گرید HDPE )

مقدمه :

این فرایند با استفاده از پلیمریزاسیون دوغابی و سه راکتور متوالی انجام می گردد. پشت سرهم بودن و نظم واکنش های صورت گرفته باعث تولید انواع پلی اتیلن با کیفیت بالا می گردد.فرایند پلیمری شدن توسط یک واسطه مانند ان هگزان که وظیفه یکنواخت کردن را در کنار کاتالیست بسیار فعال زیگلر ناتا را دارد انجام می گردد.

هیچگونه غیر فعال کردن یا زدودن کاتالیست نیاز نمی باشد زیرا مقدار بسیار ناچیزی از کاتالیست در پلیمر باقی می ماند.

شرح فرایند :

برای تولید HDPE کاتالیست،واسطه یکنواخت کننده و هیدروژن به راکتور شماره یک وارد می شوند تا اولین مرحله فرایند پلیمریزاسیون اتفاق بیوفتد.

مرحله دوم و سوم پلیمریزاسیون تحت شرایط متفاوتی برای هرکدام از راکتورها انجام می شود.به راکتورهای 2 و 3 کاتالیست تزریق نمی شود و فقط اتیلن و بوتن و واسطه یکنواخت کننده به آنها بعنوان خوراک وارد می گردد.شرایط انجام واکنش در راکتورها به صورت متناوب به منظور رسیدن به خلوص بالای HDPE کنترل می شود.در اخر محلول دوغابی HDPE خارج شده از راکتور سوم به سانتریفیوژ (4) وارد می شود و پلیمر از واسط یکنواخت کننده جدا می گردد.پلیمری که حاوی هگزان باقی مانده از مراحل پیشین است در یک خشک کن بستر سیال (5) و بعد ازآن توسط تجهیزات پودر کننده اضافه های کاتالیست جدا می گردد.(7)

پودر بدست آمده توسط قسمت اکستروژن به شکل دانه های جامد پلیمر درآمده و به واحد بسته بندی و ذخیره ارسال می شوند.

فرایند تولید پلی اتیلن سبک خطی ( گرید LLDPE )

راکتور شماره (1) بمنظور اطمینان از اختلاط دمایی مناسب طراحی شده است.تحت شرایط کنترل شده و در دمای 75 تا 110 درجه سانتیگیراد فشار 20 بار  کاتالیستهای زیگلر ناتا و متالوسن از منبعی که کاتالیست کروم هم وجود دارد بصورت مستقیم به راکتور تزریق می شود.در این راکتور بستر سیال که بستر گازی آن شامل گازهای اتیلن،کومونومر،هیدروژن و نیتروژن ذرات پلیمر شروع به تولید شدن می نمایند.

ذراتی که به کیفیت مطلوب نرسیده باشند بوسیله گازی که سیکلون ها (2) جمع آوری کرده اند دوباره به راکتور وارد می شوند.این تکنولوژی که فقط منحصر به شرکت INEOS  است باعث می شود که ذرات معیوب و بسیار ریز دوباره وارد چرخه واکنش نشوند و باعث اختلال در دستگاه های فرآیندی نگردند.

گازهایی که در فرآیند شرکت نکرده اند در مرحله (3)بوسیله مبدل حرارتی خنک شده،در مرحله (4) از هرگونه مایعی جداسازی می شوند، در قسمت (5) فشرده می شوند و سپس به راکتور مرحله (1) برگردانده می شوند.این چرخه تا رسیدن به محصول مطلوب ادامه پیدا می کند و در پایان محصول نهایی از راکتور خارج می گردد.

منابع :

Malpass, D. B. (2010). Introduction to industrial polyethylene: properties, catalysts, and processes (Vol. 45). John Wiley & Sons.