ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИМЕРОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ (ИТС 32-2022)

Свойства отечественных высокомолекулярных силоксановых каучуков приведены

в таблице 2.76.

Таблица 2.76 - Свойства отечественных высокомолекулярных силоксановых

каучуков

Потеря

Моляр-

Молеку-

Характерис-

массы

ная доля

Марка

Технические усло-

лярная

Раствори-

тическая вяз-

(термо-стой-

МеViSi-

каучука

вия

масса,

мость

кость, дл/ч

кость), %,

звеньев,

тыс. ед.

не более

СКТ

38.103694-89

420-570

2,5 (3 ч,

В толуоле

(группа 1)

150 °C)

571-670

(группа 2)

СКТВ

38.103694-89

420-570

3,0 (3 ч,

0,07-0,11

В бензоле и

(группа 1)

150 °C)

толуоле

571-670

10 (2 ч,

(группа 2)

300 °C)

СКТВ-1

38.103694-89

470-570

3,0 (3 ч,

0,18-0,28

В бензоле и

(группа 1)

150 °C)

толуоле

571-720

10,0 (2 ч,

(группа 2)

300 °C)

СКТВ-МЕД

38.1033560-84

600-950

4,0 (3 ч,

0,07-0,12

В бензоле и

150 °C)

толуоле

СКТФВ-803,

38.103371-77

430-680

4,0 (3 ч,

0,3 + 0,05

В бензоле

марка 1

150 °C)

СКТФВ-803,

38.103371-77

430-680

4,0 (3 ч,

0,3 ± 0,05

В бензоле

марка 2

150 °C)

Лестосил

38.0311006-90

0,1-0,6

1,5 (4 ч,

Полная в

СМ

160 °C)

толуоле

Лестосил

38.0311006-90

0,20-0,35

1.5 (4 ч,

В толуоле

СМ-НТ

160 °C)

99,8 %

СКТЭ

38.103371-77

470-670

4,0 (3 ч,

В бензоле

150 °C)

СКТЭ щ

38.403738-92

400-800*

4,0 (3 ч,

В толуоле

150 °C) 6,0

(2 ч, 250 °C)

СКТЭМ-1

38.03.1.048-93

1,0-1,6

390-800**

4,0 (3 ч,

0,3 + 0,1

В толуоле, в

500 800

150 °C)

этилацетате

6,0 (2 ч,

250 °C)

СКТФТ-50

0,75-1,15

500-800

5,0 (2 ч,

0,3 ± 0,1

В этилаце-

200 °C)

тате

СКТФТ-50

38.103182-85

0,75-1,15

500-900

5,0 (2 ч,

0,3 ± 0,1

В этилаце-

АНТ,

200 °C)

тате

марка А

161

Окончание таблицы 2.76

Потеря

Моляр-

Молеку-

Характерис-

массы

ная доля

Марка

Технические усло-

лярная

Раствори-

тическая вяз-

(термо-стой-

МеViSi-

каучука

вия

масса,

мость

кость, дл/ч

кость), %,

звеньев,

тыс. ед.

не более

СКТФТ-50

38.103182-85

600-900

2,0 (2 ч,

0,35 ± 0,15

В этилаце-

АНТ,

200 °C)

тате

марка Б

СКТФТ-100

38.103182-85

0,70-1,15

700-900

5,0 (2 ч,

0,3 ± 0,1

В этилаце-

НТ

200 °C)

тате

СКТФ-100П

38.403397-81

700-2000

2,0 (2 ч, 200

0,17 ± 0,04

°С)

СКТФТ-100

2294-114-00151963-

0,05-0,30

45-60

2,0 (4 ч,

В толуоле,

лестосил

2006

160 °С)

этилацетате

Каучук термостойкий низкомолекулярный СКТН выпускают четырех марок (А, Б,

В, Г), различающихся вязкостью.

По внешнему виду каучук СКТН представляет собой вязкую бесцветную мутную

жидкость, содержание летучих - не более 2,0 % (для марки Г - 6 %), термостабиль-

ность - не более 2,0 %, вулканизуемость - не более 5 ч, вода должна отсутствовать.

Ненаполненные вулканизаты на основе силиконовых каучуков имеют очень низ-

кую прочность при разрыве (0,2-0,5 МПа) и практически не применяются.

Резина на основе высокомолекулярных силоксановых каучуков широко исполь-

зуют как эластичные материалы специального назначения во многих отраслях промыш-

ленности. В электротехнической, радиоэлектронной и кабельной промышленности ре-

зина из высокомолекулярных (твердых) эластомеров применяют для изоляции проводов

и кабелей, моторов и генераторов, амортизации, защиты точных приборов и т. д. Высо-

кие диэлектрические свойства, термо- и морозостойкость, гидрофобность силиконовой

резины делают особо эффективным их применение для изоляции проводов и кабелей,

работающих в жестких условиях.

Силиконовая резина, наполненная техническим углеродом печного типа, является

электропроводящими термостойкими материалами и могут использоваться как беспро-

волочные электронагреватели.

Широкое применение нашла резина из твердых каучуков в резинотехнической,

фармацевтической, медицинской и пищевой отраслях промышленности для изготовле-

ния тепло- и морозостойких изделий.

Резина на основе жидких каучуков типа СКТН применяют для изготовления зали-

вочных, обволакивающих, герметизирующих и губчатых материалов, стойких при темпе-

ратурах от минус 60 °C до 300 °C.

На основе силоксановых каучуков промышленность СК выпускает в большом ас-

сортименте одно- и двухкомпонентные герметики, компаунды и самослипающиеся элек-

троизоляционные ленты.

162

2.3.6 Каучук эпихлоргидриновый

Эпихлоргидриновые каучуки (ЭХГК) занимают особое положение в ряду топливо-

и термостойких каучуков специального назначения: они обладают сочетанием таких

свойств, как бензо-, термо- и морозостойкость, газонепроницаемость, стойкость к гид-

роксилсодержащим топливным смесям, а также озоностойкостью и превосходными ди-

намическими характеристиками.

ЭХГК получают из циклических эфиров, содержащих эпоксидные группы. В ре-

зультате раскрытия эпоксидного кольца образуются макромолекулы с эфирными свя-

зями в основной цепи. Звенья в ЭХГК соединяются посредством эфирных связей. В ре-

зультате подвижность макромолекул определяется суммарным действием двух факто-

ров: наличием простых эфирных связей в основной цепи и наличием полярных хлорме-

тильных групп в боковой цепи. Увеличение межмолекулярного взаимодействия, связан-

ное с этим, отрицательно влияет на гибкость цепи и эластические свойства ЭХГК.

Ассортимент выпускаемых ЭХГК достаточно широк. Варьирование свойств этих

каучуков осуществляется путем изменения относительного содержания звеньев четы-

рех типов: эпихлоргидриновых (ЭХГ), этиленоксидных (ОЭ), пропиленоксидных (ОП) и

непредельных эпоксидных (НЭ), что обусловливает возможность получения резины с

различными динамическими, температурными и другими техническими свойствами, та-

кими как газопроницаемость, огнестойкость, масло- и топливостойкость.

По строению основной цепи ЭХГК делятся на две большие группы: насыщенные

каучуки - гомополимер ЭХГ и сополимер ЭХГ с ОЭ или ОП и ненасыщенные каучуки -

сополимер ЭХГ и аллилглицидилового эфира (АГЭ), а также терполимеры - сополимеры

ЭХГ, ОЭ, ОП с АГЭ или с другими ненасыщенными эпоксидами (НЭ).

Свойства ЭХГК определяются природой структурных звеньев, входящих в состав

макромолекул. Отсутствие непредельных связей в основной цепи придает этим каучу-

кам стойкость к действию тепла, кислорода, озона и других агентов.

2.3.6.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Эпихлоргидриновые каучуки получают полимеризацией эпихлоргидрина и его со-

полимеризацией с различными оксидами, которая проводится в присутствии каталити-

ческих систем на основе алюминийалкилов. Наиболее часто для этих целей используют

системы триэтил- или триизобутилалюминия с водой (полиалкилалюмоксаны).

Для регулирования молекулярной массы полимеров, полученных в присутствии

полиалкилалюмоксанов, используют хелатирующие добавки (ацетилацетон, ацетила-

цетонаты металлов). Ацетилацетон резко изменяет кинетику процесса полимеризации

α-оксидов, при увеличении его содержания в каталитической системе увеличивается мо-

лекулярная масса полимера.

Аппаратурное оформление, условия и этапы проведения процесса являются ха-

рактерными для каучуков растворной полимеризации и во многом соответствуют опи-

санным выше для каучуков СКИ и СКД.

Свойства ЭХГК определяются природой структурных звеньев, входящих в состав

макромолекул. Отсутствие непредельных связей в основной цепи придает этим каучу-

кам стойкость к действию тепла, кислорода, озона и других агентов.

163

2.3.7 Каучук пропиленоксидный

Пропиленоксидный каучук (СКПО) представляет собой сополимер пропиленок-

сида (ПО) и непредельного эпоксида, в качестве которого наиболее часто используется

аллилглицидиловый эфир (АГЭ).

При этом звенья АГЭ распределяются по цепи равномерно, а присутствие 2 % -

3 % (мол.) непредельного мономера (по отношению к оксиду) пропиленоксида позволяет

проводить серную вулканизацию с получением вулканизатов с хорошими физико-меха-

ническими свойствами.

Наличие в основной цепи простых эфирных групп придает молекуле большую гиб-

кость вследствие низкого потенциала барьера вращения по связи «углерод - кислород»,

но в то же время полярность эфирного кислорода может усиливать межмолекулярное

взаимодействие. Таким образом, подвижность цепей и свойства сополимера определя-

ются сложным суммарным эффектом двух противоположно действующих факторов.

Полярность каучуков обеспечивает масло- и бензостойкость резины - лучшую,

чем у резины на основе натурального и изопренового каучуков, но худшую, чем у резины

на основе ЭХГК.

Высокая подвижность связи -С-О- позволяет прогнозировать хорошие низкотем-

пературные характеристики каучука. Отсутствие ненасыщенных связей в основной цепи

придает ему большую стойкость к действию тепла, кислорода, озона по сравнению с

непредельными каучуками, полученными на основе диеновых мономеров.

Сравнительный анализ свойств СКПО и других каучуков специального назначе-

ния, результаты испытаний некоторых резинотехнических изделий на его основе, пока-

зали, что СКПО может быть использован для производства резины, стойкой к агрессив-

ным средам и работающей в широком температурном интервале.

2.3.7.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Получают пропиленоксидный каучук сополимеризацией мономеров в растворе

(катализаторы - алкилы алюминия или цинка; сокатализатор - вода). Чтобы гидролиз

катализатора протекал мягко, в систему вводят эфир, для повышения активности ката-

лизатора и для регулирования молекулярной массы каучука - ацетилацетон.

Аппаратурное оформление, условия и этапы проведения процесса являются ха-

рактерными для каучуков растворной полимеризации и во многом соответствуют опи-

санным выше для каучуков СКИ и СКД.

2.3.8 Каучук олигопипериленовый

Олигопипериленовый каучук (СКОП-К, СКОП-Н), как и другие жидкие углеводород-

ные каучуки (или олигодиены), является олигомерным аналогом высокомолекулярных

углеводородных каучуков.

Он представляет собой однородную вязкую жидкость (сухой остаток 50 %) с вре-

менем высыхания 24 ч, полностью совместимую с растительными неоксидированными

маслами.

Синтетический каучук олигопипериленовый (СКОП-К) предназначен для примене-

ния в качестве заменителя натуральных олиф в производстве растительных масел для

164

масляных красок и лаков. Также жидкий каучук СКОП может быть использован как пла-

стификатор эластомеров взамен минерального масла ПН-6.

2.3.8.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Олигопипериленовый каучук получают в растворе по аналогии с получением кау-

чука СКД на различных катализаторах, где в качестве мономера используют жидкий пи-

перилен (при более низком давлении, так как пиперилен представляет собой ЛВЖ).

Синтез жидких углеводородных каучуков проводят на таком же оборудовании, как

и при получении синтетического каучука. Для наиболее специфичных узлов - выделения

и сушки - чаще всего используют тонкопленочные роторные испарители высокой произ-

водительности.

Основное отличие в получении жидкого углеводородного каучука от синтетиче-

ского каучука состоит в том, что для обрыва растущей цепи на стадии образования оли-

гомера инициатор, катализатор или регулятор полимеризации используют в концентра-

ции, превышающей на 1-2 порядка их концентрации при получении высокомолекуляр-

ного синтетического каучука.

Производство олигопипериленового каучука реализовано в 1987 г. на Стерлита-

макском СК. Кроме проблемы замены растительных масел, создание этого производ-

ства в значительной степени было направлено на решение проблемы использования

диена пиперилена, сбыт которого меньше, чем сбыт бутадиена и изопрена. Массовая

доля сухого остатка в СКОП-К не менее 50 %, условная вязкость по вискозиметру ВЗ

равна 246 (диаметр сопла - 4 мм, время истечения - 20-80 с, температура измерения -

20 °C).

Жидкие углеводородные каучуки можно модифицировать как по двойным связям

основной цепи (гидрирование, малеинизация, эпоксидирование, галогенирование

и т. д.), так и по функциональным группам, в частности концевым.

Каучук СКОП-К модифицируют фульвенами.

Фульвены - непредельные углеводороды, содержащие циклопентадиенильную

группировку (с двумя резонансными структурами).

Каучук используется также в композиции с бутанолом и скипидаром для обеспе-

чения влагостойкости и повышения долговечности древесины (пропитка).

165

2.3.9 Транс-1,4-полиизопрен

Отечественный транс-1,4-полиизопрен выпускают под торговой маркой СГ, его

зарубежным аналогом является канадский полимер «Полисар-Х-414», а его природными

аналогами - гуттаперча (гутта) и балата.

Гуттаперча представляет собой смолу, добываемую из растения pertja (pertja (ма-

лайск.) - дерево, источающее камедь), это высокомолекулярное соединение, геометри-

ческий стереоизомер натурального каучука (С5Н8)n средней молекулярной массой ~30-

200 тыс.

Поскольку природные запасы деревьев pertja семейства гевеи постоянно сокра-

щались, исследователи были вынуждены искать способы синтеза синтетического про-

дукта. Впервые такой продукт был получен в 1955 г. первооткрывателем металлоорга-

нического катализа К. Циглером, а уже в начале 60-х гг. XX века канадская компания Pol-

ysar начала промышленное производство синтетического транс-1,4-полиизопрена на

ванадиевых катализаторах.

Кроме гутты (собственно транс-1,4-полиизопрен), техническая гуттаперча содер-

жит смолы, белковые вещества, влагу и др.

В отличие от природных полимеров, синтетические имеют более высокую моле-

кулярную массу и содержат определенное количество геля, поэтому они требуют пла-

стикации перед переработкой.

При комнатной температуре техническая гуттаперча - твердый кожеподобный

продукт плотностью ~0,95 г/см³, стойкий к действию кислот (в том числе HF, HCl), водо-

непроницаемый, имеющий высокие электроизоляционные свойства.

Основное назначение транс-1,4-полиизопрена - изоляция подводных кабелей,

изготовление клеящих и кислотоупорных материалов в силу способности к вулканизации

и хорошей совместимости с другими материалами.

Применение этого материала для изготовления протезно-ортопедических изде-

лий для иммобилизации определенных сегментов или целиком конечностей и позвоноч-

ника позволило осуществлять непосредственно лечебные функции на завершающем

этапе консервативного и оперативного лечения. Материалы использовали для произ-

водства протезов голени, фиксирующих корсетов, туторов верхних и нижних конечно-

стей, изделий для лечения сколиоза, компрессионных переломов, в стоматологии и т. д.

2.3.9.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Процесс синтеза синтетической гуттаперчи аналогичен процессу синтеза

1,4-цис-изопренового каучука (СКИ), описанному выше в 2.1.1. Этот процесс также осу-

ществляется на катализаторах Циглера-Натта в растворе, но в качестве катализаторов

используют систему на основе ванадия.

Технические требования к транс-1,4-полиизопрену:

- пластичность по Карреру - менее 0,65;

- прочность при разрыве - более 250 кгс/см²;

- относительное удлинение при разрыве - более 400 %;

- твердость по ТМ2 - более 90;

- содержание золы - менее 0,8 %;

- содержание ионола - 0,2 % - 0,8 %;

166

Раздел 3 Производство термоэластопластов

Производство термоэластопластов (ТЭП) является одной из самых быстроразви-

вающихся областей полимерной промышленности, с динамично растущим спросом. Эти

материалы сочетают свойства вулканизованных каучуков со свойствами термопластов,

т. е. они при более низких температурах ведут себя подобно пластикам, позволяя вести

переработку на оборудовании для пластиков и не требуя его вулканизации.

ТЭП - полимеры с механическими свойствами эластомеров, однако по способу

переработки они являются термопластиками. В целом структура ТЭП состоит из двух

микроскопических фаз: одна - низкомодульная и легкодеформируемая, а вторая - жест-

кая, выполняющая функции связи между упругоэластичными зонами. Такие свойства

обусловливают возможность изменения внутренних механических характеристик ТЭП от

упругоэластичного полимера до полимерной жидкости. При нагревании ТЭП выше тем-

пературы плавления жесткая фаза расплавляется и позволяет полимеру вытекать в пе-

рерабатывающее оборудование.

Широкое применение ТЭП обусловлено особенностью их свойств по сравнению с

другими пластиками. Термопластичные эластомеры отличаются такими свойствами,

как:

- мягкость и упругость;

- высокая технологичность и возможность вторичной переработки;

- высокая эластичность при низких температурах;

- термическая и климатическая стойкость;

- длительный эксплуатационный период;

- нетоксичность;

- стойкость к слабым кислотам, растворам щелочей и солей, спиртам, воде, ат-

мосферным воздействиям;

- диэлектрические характеристики, позволяющие использовать в производстве

изоляционные материалы.

ТЭП полностью перерабатываются, не содержат хлор и серу. Новые ТЭП не со-

держат свинцовых стабилизаторов и других тяжелых металлов. Другим положительным

свойством, с точки зрения экологии, является пониженная миграция пластификатора.

Изменяя рецептуры ТЭП, можно регулировать их основные физико-механические

и потребительские свойства изделий: твердость, эластичность, маслобензостойкость,

морозостойкость, огнестойкость, цвет.

Но важнее всего то, что именно свойства ТЭП гарантируют длительное функцио-

нирование изделий без потери эксплуатационных свойств в условиях постоянно меняю-

щихся атмосферных факторов (мороз и жара, высокая и низкая влажность и пр.).

Так же, как и каучуки, они позволяют вводить в свой состав различные минераль-

ные наполнители или стабилизаторы с пластификаторами. Это позволяет регулировать

свойства ТЭП.

Различные группы ТЭП образованы на основе химического различия составляю-

щих полимеров. Основой нескольких групп стал полимер, состоящий из макромолекул,

сочетающих жесткие и эластичные блоки. Это блок-сополимеры, включающие термо-

пластичные стирольные эластомеры (СБС), термопластичные уретаны (ТПУ), сополи-

эфиры (COPE), сополиамиды (COPA).

168

Другие группы представляют собой соединения жестких и эластичных полимеров,

достаточно совместимых для обеспечения связи. В них входят термопластичные соеди-

нения полиолефиновых эластомеров (ТПО) и полипропилена с поливинилхлоридом / бу-

тадиен-нитрильными каучуковыми смесями (ПВХ/БНК). Еще одна группа объединяет от-

дельные жесткие и эластичные полимеры, вступившие в химические реакции для уси-

ления механических свойств, особенно в местах поперечного сшивания фазы эласто-

мера. ТЭП с фазой эластомера поперечного сшивания являются термопластичными

вулканизатами (ТПВ) и, как правило, имеют механические свойства класса термопла-

стичной резины. Резкий количественный рост продуктов в этих областях продолжается,

особенно это касается термопластичных вулканизатов (ТПВ).

Помимо этого, ТЭП обладают способностью со временем улучшать свои проч-

ностные показатели, в отличие от резины, которая теряет эластичность, становится

хрупкой и ломкой.

3.1 Стирол-бутадиеновый блок-сополимер линейный

Бутадиен-стирольные термоэластопласты представляют собой новый класс поли-

меров, сочетающих свойства эластомеров и пластмасс. При рабочих температурах они

ведут себя как вулканизаты каучуков - резины, не требуя вулканизации, а при повышен-

ных температурах перерабатываются как термопласты (литьем под давлением, экстру-

зией и т. д.).

В связи с тем, что термопласты не требуют вулканизации, изделия из них получа-

ются гигиеничнее, дешевле. ТЭП легко окрашиваются в различные тона, что позволяет

производить из них большой ассортимент изделий.

Стирол-бутадиен-стирольные (СБС) блок-сополимеры являются наиболее из-

вестными и распространенными материалами этого класса ТЭП. Также их называют ди-

винилстирольные термоэластопласты (ДСТ).

В настоящее время получены различные типы стирол-бутадиен-стирольных ТЭП

линейного и разветвленного строения с низким, средним и высоким содержанием свя-

занного стирола, а также маслонаполненных с повышенной текучестью.

При получении СБС (или ДСТ), предназначенных для различных областей приме-

нения, учитывают влияние различных факторов на их свойства: соотношение мономе-

ров, количество блоков и их размеры, микроструктуру полибутадиенового блока, содер-

жание статистически распределенного стирола в эластомерном блоке.

Обычно полибутадиеновый блок в СБС содержит 40 % - 45 % цис-1,4 и 8 % - 12 %

1,2-звеньев и имеет температуру стеклования от -90 °C до -100 °C. Полистирольные

блоки имеют атактическое строение, и их температура стеклования в зависимости от

молекулярной массы колеблется от 80 °C до 100 °C. Размер полистирольного блока ока-

зывает большое влияние на прочностные свойства стирол-бутадиен-стирольных ТЭП.

При молекулярных массах полистирольных блоков ниже 5-10·10³ ТЭП практически пол-

ностью утрачивают прочность, так как из-за низкой температуры стеклования такие

блоки не создают достаточно прочных связей в структуре.

169

Бутадиен-стирольные ТЭП представляют собой блок-сополимеры типа полисти-

рол - полибутадиен - полистирол:

Наибольший практический интерес представляют трехблочные сополимеры, в ко-

торых срединный блок обладает достаточно высокой гибкостью полимерных цепей (по-

либутадиен или полиизопрен), а концевые блоки являются жесткоцепными (полистирол

или поли-α-метилстирол). Такие сополимеры проявляют свойства термоэластопластов

и при обычных температурах являются гетерофазными. Жесткоцепные микроблоки при

комнатной температуре находятся в стеклообразном состоянии и, поскольку полистирол

в полибутадиене не растворяется, сегрегируются в эластичной матрице с образованием

доменов диаметром 10-40 нм с последующим их микрофазовым разделением. Домены,

связанные друг с другом цепями мягкого блока, выполняют функцию полифункциональ-

ных узлов полимерной пространственной сетки, хотя межмолекулярные связи в такой

системе имеют исключительно физическую природу. Тем не менее при обычных усло-

виях полимер ведет себя как сетчатый, т. е. по свойствам приближается к резине. При

температурах переработки полимер жестких блоков переходит в вязкотекучее (или вы-

сокоэластическое) состояние; блок-сополимер проявляет свойства линейного полимера

и хорошо формуется обычными приемами переработки термопластов. Чтобы сополимер

обладал хорошей эластичностью и термопластичностью, необходимо, чтобы содержа-

ние гибкоцепных блоков в его макромолекулах было не менее 50 %.

Синтез таких «трехблочников» основан на анионной полимеризации с использо-

ванием «живых» полимеров. Достоинством этого процесса является возможность управ-

ления строением получаемого продукта, т. е. химическим составом, длиной и последо-

вательностью блоков. В качестве катализаторов полимеризации обычно применяют ли-

тийорганические соединения, чаще всего втор-бутиллитий. Для получения в составе

блок-сополимеров бутадиеновых или изопреновых блоков с преимущественным содер-

жанием 1,4-цис-звеньев процесс проводят в неполярной среде.

Бутадиен образуют блоки, состоящие из нерегулярно чередующихся звеньев раз-

личного строения. В полибутадиеновых блоках 1,4-цис-звеньев обычно содержится

меньше (40 % - 45 %), а 1,2-звеньев - больше (8 % - 12 %). Блоки полистирола явля-

ются атактическими, и размеры образуемых ими доменов зависят от молекулярной

массы блока. Свойства термоэластопластов при переработке и эксплуатации значи-

тельно зависят от молекулярных масс гибкоцепного и жесткоцепного блоков. Наилуч-

шими физико-механическими свойствами обладают бутадиен-стирольные ТЭП при мо-

лекулярных массах полибутадиенового блока от 80 до 100 тыс., а полистирольных бло-

ков - около 30 тыс.

ТЭП выпускаются в виде небрикетированной массы (крошки, гранул или сыпучего

порошка с размером частиц менее 2,5 мм), опудренной антиагломератором (тальком,

белой сажей или стеаратом кальция).

170

3.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Процесс получения ТЭП может осуществляться двумя способами. В обоих слу-

чаях применяют литийорганический катализатор, как правило втор-бутиллитий, позво-

ляющий получать сополимеры с узким ММР. Полимеризацию необходимо проводить в

неполярном растворителе. Поскольку ароматические углеводороды участвуют в реак-

циях переноса кинетических цепей, то предпочтительным является использование али-

фатических или циклоалифатических растворителей.

В первом варианте процесс получения каучука может проводиться по непрерыв-

ной схеме, а его блочное строение достигается за счет большой разницы в константах

сополимеризации бутадиена и стирола (в данных условиях rбут = 10,0 и rст = 0,035). Од-

нако при этом не удается получать строго трехблочные сополимеры и всегда какая-то

часть стирола статистически распределяется в составе бутадиеновых (изопреновых)

блоков.

В отечественной промышленности процесс проводится в две стадии: полимери-

зация стирола, затем - бутадиена. Температура реакции на второй стадии составляет

95 °C - 105 °C. На каждой из стадий мономер полностью исчерпывается. Если на первой

стадии температура составляет 40 °C - 45 °C, то на второй и третьей она равна 50 °C -

60 °C и 70 °C - 80 °C соответственно. При производстве ТЭП-35 вся циклограмма в иде-

альных условиях с откачкой из реактора составляет 90-100 мин. Процесс полимериза-

ции длится 70-75 мин.

Дезактивацию катализатора проводят стабилизатором, вводимым в виде рас-

твора. Дегазацию блочных сополимеров можно проводить как путем традиционной вод-

ной дегазации, так и безводным способом на обогреваемых валковых машинах. Каучук

далее гомогенизируют в червячном прессе, гранулируют или выпускают в виде порошка

и упаковывают.

Обозначения промышленных марок термоэластопластов зависят от типа приме-

няемых мономеров и содержания связанного стирола, показываемого цифрами после

буквенных обозначений. Так, бутадиен-стирольные сополимеры обозначают как ДСТ-30,

ДМСТ-35 (линейные) или ДМСТ-Р (разветвленные). Разветвленные (звездообразные,

радиальные) полимеры получают сшиванием двухблочных сополимеров три- или тетра-

функциональными низкомолекулярными органическими соединениями. Выпускают

также маслонаполненные термоэластопласты.

Бутадиен-стирольные термоэластопласты обладают наиболее ценным комплек-

сом свойств при содержании связанного стирола 25 маcс. % - 35 маcс. %. Они сохра-

няют эластические свойства при низких температурах (до -60 °C), тогда как макромоле-

кулы других сополимеров такого же состава при этих температурах утрачивают гибкость.

Поскольку эти полимеры не требуют вулканизации, их можно перерабатывать такими

высокоэффективными методами, как литье под давлением, экструзия с последующим

раздувом, прессование, вакуум-формование, каландрование. Переработку осуществ-

ляют при температуре 140 °C - 190 °C; существенным достоинством этого класса поли-

меров является возможность их многократной переработки.

ТЭП имеют большую износостойкость, являются хорошими диэлектриками, сов-

мещаются с НК и синтетическими каучуками. Общим недостатком ТЭП является низкая

температуростойкость, которая может быть несколько повышена при замене стирола на

171

его высшие гомологи, в частности на α-метилстирол. Высокая регулярность физической

пространственной сетки ТЭП обеспечивает им большую прочность - до 40 МПа при от-

носительном удлинении до 1000 %. Но в то же время они имеют малое сопротивление

раздиру, неустойчивы к многократным деформациям.

Процесс производства бутадиен-стирольных ТЭП состоит из следующих основ-

ных стадий:

- очистки возвратного растворителя;

- очистки бутадиена;

- очистки стирола;

- приема и приготовления растворов катализатора, электродонора, сочетающего

агента, антиоксиданта, компонентов антиагломератора;

- блок-сополимеризации бутадиена со стиролом в среде растворителя;

- дезактивации, стабилизации, наполнения маслом полимеризата;

- усреднения полимеризата;

- водной дегазации полимеризата;

- усреднения пульпы крошки ТЭП;

- выделения, сушки и упаковки готового продукта;

- вспомогательные установки (очистка воздушных выбросов и сточных вод).

Химико-технологические основы процесса получения термоэластопластов пред-

ставлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Химико-технологические

основы

процесса

получения

термоэластопластов

Стадии и узлы

№ п/п

Химико-технологические параметры и условия процесса

процесса

Очистка возврат-

Ректификация в аппарате колонного типа

ного растворителя

Адсорбция остаточной влаги на молекулярных ситах по-

сле ректификации

Адсорбция хлорорганических соединений из сухого рас-

творителя, поступающего от аппаратов мгновенного испа-

рения

Очистка бутадиена

Осушка от влаги, ректификация от тяжелокипящих приме-

сей и ингибитора по непрерывной схеме на ректификаци-

онных колоннах

Очистка стирола

Осушка от влаги и очистка от примесей и ингибитора ме-

тодом адсорбции в осушителях

Полимеризация

Процесс полимеризации проводится в реакторах с пере-

мешивающим устройством периодическим способом

4.1

Получение 1-го

Смешение растворителя, инициатора и стирола осуществ-

блока (полистирол-

ляется непосредственно в полимеризаторе. Тепловой эф-

лития)

фект растворения стирола в смеси циклогексан/нефрас.

(75 : 25 масс. %) составляет 25 кДж/кг (6,0 ккал/кг). Поли-

меризация стирола проводится в адиабатическом режиме

172

Окончание таблицы 3.1

Стадии и узлы

№ п/п

Химико-технологические параметры и условия процесса

процесса

4.2

Получение «жи-

Подача бутадиена в полимеризатор после окончания по-

вого» двухблочника

лимеризации стирола. Тепловой эффект растворения бу-

тадиена в смешанном растворителе (циклогексан/нефрас.

75/25) + 110 кДж/кг ( +26 ккал/кг). Полимеризация бутади-

ена проводится в адиабатическом режиме. Для снятия

тепла предусматривается охлаждение хладаген-

том +25 °C через рубашку аппарата

4.3

Сшивка двухблоч-

Смешение раствора «живого» двухблочника с раствором

ника

сшивающего агента и проведение реакции «сшивки» про-

водится непосредственно в полимеризаторе. Реакция

идет без теплового эффекта

4.4

Стабилизация ТЭП

Стабилизация проводится непрерывно в потоке с приме-

нением интенсивного механического смесителя

4.5

Усреднение

Усреднение растворов ТЭП осуществляется в усредните-

лях, снабженных мешалками. Чистка аппаратов не реже

одного раза в год

Получение масло-

Непрерывное смешение раствора ТЭП с маслом в без-

наполненного

объемном смесителе перед водной дегазацией

ДСТ-(для 30РМ)

Дегазация при по-

ТЭП выделяются из раствора методом водной дегазации.

лучении ТЭП

Процесс проводится по непрерывной схеме

Сушка ТЭП и упа-

Сушка проводится в червячных машинах по непрерывной

ковка

схеме. Упаковка в мешки в виде крошки по непрерывной

схеме

Улавливание газов

Узел улавливания газов стравливания в струйном аппа-

стравливания

рате, на который направляются все постоянные отдувки

Очистка воздушных

Очистка воздуха из аппарата досушки и отсосов с мокрой

выбросов стадии

группы от органических примесей (циклогексан, нефрас,

выделения и сушки

стирол, ионол и др.) проводится на установке очистки воз-

душных выбросов. Процесс проводится по непрерывной

схеме

Очистка сточных

Основная масса углеводородов из сточной воды (цикло-

вод от органиче-

гексан, гексан, стирол) удаляется в технологическом про-

ских примесей

цессе на стадии отпарки углеводородов из воды. До-

очистка стоков до требований ПДК осуществляется на ОС

Вспомогательные

Приготовление рабочих растворов антиоксидантов, антиа-

операции

гломераторов и др. проводится по периодической схеме

173

Примерный цикл работы реактора при получении линейного ДСТ состоит из сле-

дующих стадий: загрузки растворителя, стирола и катализатора; полимеризации сти-

рола; подачи и полимеризации бутадиена; загрузки чистого диметилдихлорсилана либо

дифенилдихлорсилана; выгрузки продукта из реактора.

Принципиальные технологические схемы основных стадий процесса приведены

на рисунках 3.1-3.3.

1 - реактор периодического действия; 2, 6, 7, 10, 14, 16 - насос; 3, 11 - испарительная

емкость; 4, 12 - конденсатор; 5, 13 - сборник растворителя; 8, 15 - смеситель; 9 - сме-

сительная емкость (усреднитель раствора полимера); 4, 12 - конденсатор

Рисунок 3.1 - Принципиальная технологическая схема полимеризации, предваритель-

ной дегазации, стабилизации и усреднения раствора полимера ТЭП

1 - дегазатор I ступени; 18, 20, 26, 28 - насос; 19 - дегазатор II ступени; 22,

25, 29 - конденсатор; 21 - отбойник; 23 - отстойник; 24 - сборник влажного

растворителя; 27 - буферная емкость (усреднитель пульпы)

Рисунок 3.2 - Принципиальная технологическая схема двухступенчатой

водной дегазации и усреднения пульпы крошки ТЭП

174

1 - вибросито; 31 - экспеллер; 32 - экспандер; 33 - вибросушилка; 34 -

линия упаковки и пакетирования; 35, 36, 39 - емкости циркулярной воды;

37, 40 - насос; 38 - крошкоуловитель

Рисунок 3.3 - Принципиальная технологическая схема выделения, сушки и

упаковки крошки ТЭП

3.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве ТЭП приведены в таблице 3.2.

Таблица

3.2 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

ТЭП

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Бутадиен

кг/т

707,00

715,00

Стирол привозной

кг/т

305,00

313,00

Электроэнергия

кВт·ч/т

750,00

830,00

Пар водяной

Гкал/т

8,00

9,00

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, по-

ставляемым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей

не учтены

В таблицах 3.3 и 3.4 представлена информация по выбросам и сбросам производ-

ства термоэластопластов.

При производстве ТЭП загрязняющие вещества (ЗВ) в окружающую среду попа-

дают с воздушными выбросами и сточными водами.

175

Основным источником выделения ЗВ является технологическое оборудование на

стадиях дегазации полимера, выделения и сушки полимера. Основными ЗВ в производ-

стве ТЭП являются: бутадиен, гексан, циклогексан, стирол, производные н-литийбутила

и сшивающий агент.

Воздушные выбросы

Для минимизации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от всех техноло-

гических установок предусматривается узел улавливания газов стравливания, на кото-

рый направляются все постоянные отдувки.

Газы стравливания с дыхательных клапанов технологического оборудования про-

изводства ТЭП, содержащие азот и пары органических растворителей (гексана, цикло-

гексана, бутанов и стирола), поступают в коллектор приема газов в струйный аппарат,

откуда газовая фаза выводится через сепаратор и направляется по отводящему трубо-

проводу в каплеотбойник, а затем - на утилизацию.

При выделении и сушке ТЭП образуются воздушные выбросы, содержащие в ос-

новном гексан, циклогексан, толуол, бутадиен, взвешенные вещества (полимерная

пыль).

Очистка воздушных выбросов от оборудования выделения и сушки (от вибросита,

шнека-дозатора ТЭП с ворошителем, экспеллеров, вибросушилки) производится на

установке очистки воздушных выбросов, также предусмотрены обводные линии для

настройки оборудования при первоначальных пусках. Установка работает под разряже-

нием, создаваемым вентилятором, воздух после которого выбрасывается в атмосферу.

Сточные воды

При получении ТЭП образуются сточные воды, содержащие в качестве основных

загрязнителей нефтепродукты, стирол, соли неорганических кислот, взвешенные веще-

ства.

В производстве ТЭП образуются сточные воды: балансовый сброс воды дегаза-

ции и балансовый избыток циркуляционной воды участка выделения, сушки, упаковки.

Сточные воды сбрасываются в ХЗК, откуда направляются на биологические очистные

сооружения.

Сброс сточных вод в поверхность водоемов отсутствует.

Твердые отходы

При производстве ТЭП образуются следующие основные типы твердых отходов:

- отходы полимерных материалов (крошка ТЭП);

- отработанная окись алюминия с узла очистки и осушки стирола;

- отработанный цеолит;

- термополимер, образующийся на стадиях сушки и очистки мономеров.

Отходы передаются на утилизацию организациям - потребителям отходов, име-

ющим лицензию по обращению с отходами.

176

Таблица 3.3 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве ТЭП

Масса выбросов загрязняющих ве-

Метод очистки,

ществ после очистки в расчете на 1 т

Наименование загрязняю-

обработки, по-

продукции, кг/т

щего вещества

вторного ис-

Диапазон

Среднее

пользования

Минималь-

Максимальное

значение

ное значение

значение

Оксиды азота (в сумме)

2,0

Оксид углерода

2,0

Циклогексан

6,0

Гексан

2,0

Нефрас ЧС 94/99

1,0

–

1,3-бутадиен (дивинил)

1,1

Толуол

1,0

Углеводороды предельные

0,04

С1-С5 (исключая метан)

Взвешенные вещества

0,03

Таблица 3.4 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве ТЭП

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

Направление

Диапазон

няющего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максимальное

значение

Нефтепродукты

0,017

Стирол

–

0,094

ХПК

5,76

3.2 Стирол-бутадиеновый блок-сополимер разветвленный (в

том числе маслонаполненный)

ТЭП синтетические бутадиен-стирольные разветвленной структуры СБС Р 30-00

являются продуктами блок-сополимеризации бутадиена-1,3 со стиролом в растворе уг-

леводородов в присутствии литийорганического инициатора, стабилизированными

неокрашивающими антиоксидантами.

ТЭП ДСТ-РМ получают наполнением полимеризата соответствующих базовых по-

лимеров маслом-мягчителем в количестве 50-55 масс. ч перед дегазацией полимера.

Содержание связанного стирола для ТЭП ДСТ-30Р, ДСТ-30РМ составляет 27 % -

31 %, для ДСТ-40Р, ДСТ-40РМ - 38 % - 42 %, для ДСТ-45РМ - 43 % - 47 % (в пересчете

на базовый полимер).

ТЭП ДСТ-Р, ДСТ-РМ используются для изготовления битумных кровельных и до-

рожных материалов, обувных композиций, клеев, адгезивов, медицинских изделий, РТИ,

для модификации пластмасс.

177

Термоэластопласты выпускаются в виде сыпучего порошка с размером частиц ме-

нее 2,5 мм; гранул с размером частиц не более 8 мм; крошки неопределенной формы,

опудренной антиагломератором (тальком, белой сажей или стеаратом кальция).

3.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Технология получения бутадиен-стирольных ТЭП разветвленной структуры ана-

логична технологии получения бутадиен-стирольных ТЭП линейной структуры (см.

3.1.1). Разница заключается только в использовании разных сочетающих агентов.

В производстве трехблочных разветвленных сополимеров типа ТЭП тетрахлорид

кремния (Аппрет СА-1) используется для соединения молекул так, чтобы центральный

элемент образовывал стержень, от которого отходят четыре цепи молекул. В результате

полимерная молекула эластомера приобретает радиальную четырехблочную конфигу-

рацию.

Последовательность работы реактора при получении разветвленного ДСТ анало-

гична циклу при производстве ТЭП линейной структуры. Разница заключается только в

использовании разных сочетающих агентов. В качестве сочетающего агента использу-

ется четыреххлористый кремний.

Принципиальная схема производства приведена на рисунке 3.4.

178

Описание технологического процесса приведено в таблице 3.5, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 3.6, перечень природоохранного оборудования - в таб-

лице 3.7.

Таблица 3.5 - Описание технологического процесса производства бутадиен-стироль-

ных ТЭП разветвленной структуры

Выходной поток

Основное

Стадия техно-

Природоохран-

Основные, по-

Входной

технологиче-

логического

ное оборудо-

бочные и про-

Эмис-

поток

ское оборудо-

процесса

вание

межуточные

сии

вание

продукты

3.1

3.2

Раствори-

тель при-

Очистка рас-

Очищенный

Ректифика-ци-

возной, воз-

творителя

растворитель

онная колонна

вратный

Аппарат с пере-

меши-вающим

устройством

Привозной

Очистка бута-

Очищенный бу-

Реактор

бутадиен и

диена и сти-

тадиен и сти-

Сушильный аг-

стирол

рола

рол

регат

Дегазаторы

Экспеллер

Раствори-

Аппарат с пере-

тель

меши-вающим

Бутадиен

устройством

Полимериза-

Катализа-

Полимеризат

Реактор

ция

торы

Сушильный аг-

Антиокси-

регат

дант

Дегазаторы

Реактор

Полимери-

Пульпа (крошка

Сушильный аг-

Дегазация

зат

в воде)

регат

Дегазаторы

Установка ре-

Пульпа

Термоэласто-

Экспеллер

Выделение и

генера-тивного

(крошка в

пласт гранулы

Вибросу-шилка

сушка

терми-ческого

воде)

или порошок

Вибросито

окисления

180

Таблица 3.6 - Перечень основного технологического оборудования производства бу-

тадиен-стирольных ТЭП разветвленной структуры

Наименование

Назначение обо-

Существенные характеристики

оборудования

рудования

технологического оборудования

Вместимость - 34,5 м³

Рраб. - 0,7 МПа (7,0 кг/см²)

Ведение про-

Ррас. - 1,27 МПа (12,7 кг/см²)

Реактор

цесса полимери-

Рраб.руб. - 0,40 МПа (4,0 кг/см²)

зации

Ррас.руб. - 0,6 МПа (6,0 кг/см²)

Высота 8,3 м

Диаметр 3 м

Рраб. - 0,02 МПа (0,2 кгс/см²)

Р расч. - 0,31 МПа (3,1 кгс/см²)

Дегазатор первой

Трасч. - 150 °C

Дегазация

ступени

Вместимость - 58,8 м³

Диаметр - 3600 мм

Высота цилиндрической части - 4600 мм

Дегазация

Вместимость - 58,8 м³

Рраб. - 0,08 МПа (0,8 кгс/см²)

Дегазатор второй

Р расч. - 0,31 МПа (3,1 кгс/см²)

ступени

Трасч. - 150 °C

Диаметр - 3600 мм

Высота цилиндрической части - 4505 мм

Дегазация

Вместимость - 100 м³

Высота ц.ч. - 11100 мм

Дегазатор (первая

Диаметр - 3200 мм

ступень)

Расчетное давление - 0,2 МПа (2,0 кгс/см²)

Рраб. - 0,07 МПа (0,7 кгс/см²)

Дегазация

Вместимость - 100 м³

Высота ц.ч. - 11100 мм

Диаметр - 3200 мм

Дегазатор (вторая

Ррас. - 0,2 МПа (2 кгс/см²)

ступень)

Рраб. - 0,07 МПа (0,7 кгс/см²)

Число оборотов мешалки - 46 об/мин

Мощность - 55 кВт, 1460 об/минНапряжение -

500 В

Отделение

крошки ТЭП от

циркуляционной

Производительность - 4000 кг/ч

Вибросито GS-603

воды и транс-

Габариты - 3210 х 1700 х 2150 мм Мощность

портировки

привода - 2 х 2 кВт

крошки к обезво-

живателю

181

Продолжение таблицы 3.6

Наименование

Назначение обо-

Существенные характеристики

оборудования

рудования

технологического оборудования

Тип - горизонтальный, одношнековый, наруж-

ный

Диаметр вала - 352 мм

Обезвоживатель

Удаление воды

Наружный диаметр вала - 352 мм

крошки

из крошки ТЭП

Частота вращения - 120 мин^-1 (об/мин)

Мощность привода - 600 кВт

Производительность - 4000 кг/ч

Мощность привода - 600 кВт

Удаление воды

Экспандер

Частота вращения червячного вала - от 0 до

из ТЭП

315 об/мин

Габаритные размеры - 5743 х 1499 х 966 мм

Производительность - 4000 кг/ч

Измельчение

Привод фрезы - гидравлический

Турбулятор

ТЭП

Скорость фрезы - от 500 до 3000 об/мин

Мощность электродвигателя - 55 кВт

Удаление влаги

Производительность - 4000 кг/ч

Вибросушилка

из ТЭП

Габаритные размеры - 8930 х 2510 х 2590 мм

Тип машины - горизонтальная, одношнековая,

двухстадийная.

Наружный диаметр шнека - 300 мм Частота вра-

щения - до 250 об/мин

Производительность - 4000 кг/ч

Удаление воды

Привод машины - регулируемый, постоянного

Отжимная машина

из крошки ТЭП

тока.

Мощность электродвигателя - 420 кВт

Напряжение электродвигателя - 220 В

Масса отжимной машины с электродвигателем -

14 т

Габариты машины - 8120 х 1810 х 1515 мм

Тип - горизонтальная, одношнековая. Произво-

дительность - 4000 кг/ч

Наружный диаметр шнекового вала - 250 мм

Привод регулируемый, постоянного тока.

Направление вращения вала - правое со сто-

Сушильная

ма-

Сушка

роны электродвигателя

шина

Мощность электродвигателя - 630 кВт

Частота вращения - до 250 об/мин

Напряжение - 440 В

Масса машины - 15000 кг

Габариты - 9360 х 1945 х 1820 мм

182

Продолжение таблицы 3.6

Наименование

Назначение обо-

Существенные характеристики

оборудования

рудования

технологического оборудования

Аппарат цельносварной с эллиптическими дни-

Аппарат с переме-

щем и крышкой типа 1023.2-32-0,6

шивающим устрой-

Разбавление

Вместимость - 32 м³

ством

раствора НБЛ

Диаметр - 3000 мм

Высота - 7800 мм

Расчетное давление - 0,6 МПа

Аппарат цельносварной с перемешивающим

устройством с эллиптическими днищем и крыш-

кой

Вместимость - 32 м³

Аппарат с переме-

Приготовление

Диаметр - 3000 мм

шивающим устрой-

раствора анти-

Высота - 7800 мм

ством

окислителя

Расчетное давление - 0,6 Мпа

Мешалка:

мощность электродвигателя - 18,5 кВт;

частота вращения - 60 об/мин

Аппарат с плоским днищем и съемной плоской

крышкой

Вместимость - 2 м³

Диаметр - 1400 мм

Аппарат с переме-

Высота - 2700 мм

Приготовление

шивающим устрой-

Расчетное давление - атмосферное

раствора

ством

Расчетная температура - 110 ˚С

Рабочее давление - атмосферное

Мешалка:

мощность электродвигателя - 3 кВт;

частота вращения - 125 об/мин (кгс/см²)

Аппарат с плоским днищем и съемной плоской

крышкой

Вместимость - 2 м³

Диаметр - 1400 мм

Аппарат с переме-

Высота - 2700 мм

Приготовление

шивающим устрой-

Расчетное давление - атмосферное

раствора

ством

Расчетная температура - 110 ˚С

Рабочее давление - атмосферное

Мешалка:

мощность электродвигателя - 3 кВт;

частота вращения - 125 об/мин (кгс/см²)

183

Продолжение таблицы 3.6

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Ректификационная колонна с клапанными тарел-

ками

Тарелки колонны - клапанные диаметром 1000 мм

- 36 шт.

Внутренний объем - 16 м³

Диаметр - 1000 мм

Ректификацион-

Осушка бута-

Расчетная температура - 250 ˚С.

ная колонна

диена

Расчетное давление верхней части - 0,7 МПа

Расчетное давление кубовой части - 0,7 МПа

Рабочее давление верхней части - 0,34 МПа

Рабочее давление кубовой части - 0,4 МПа

Рабочая температура верхней части - 35-40 ˚С

Рабочая температура кубовой части - 40-45 ˚С

Габаритные размеры: 25910 х 3250 х 1880 мм

Ректификационная колонна с клапанными тарелками

Тарелки колонны диметром 1000 мм - 15 шт.

Внутренний объем - 8,3 м³

Диаметр - 1000 мм

Расчетная температура - 250 ˚С

Ректификацион-

Очистка бута-

Расчетное давление верхней части - 0,7 МПа

ная колонна

диена

Расчетное давление кубовой части - 0,7 МПа

Рабочее давление верхней части - 0,34 МПа

Рабочее давление кубовой части - 0,4 МПа

Рабочая температура верхней части - 35-40 ˚С

Рабочая температура кубовой части - 40-45 ˚С

Габаритные размеры - 17150 х 3240 х 1880 мм

Ректификационная колонна с клапанными тарел-

ками

Диаметр верхней части - 1400 мм

Диаметр кубовой части - 2200 мм

Расчетное давление:

верхней части колонны - 0,6 МПа;

кубовой части колонны - 0,6 МПа

Осушка и

Ректификацион-

Расчетная температура:

очистка рас-

ная колонна

верхней части колонны - 180 °C;

творителя

кубовой части колоны - 180 °C

Рабочее давление:

верхней части колонны - 0,253 МПа;

кубовой части колонны - 0,268 МПа

Рабочая температура:

верхней части колонны - 100-125 °C;

кубовой части колоны - 120 °C

184

Продолжение таблицы 3.6

Наименование

Назначение обо-

Существенные характеристики

оборудования

рудования

технологического оборудования

Аппарат цельносварной с эллиптическими дни-

щем и крышкой.

Вместимость - 63,3 м³

Расчетное давление корпуса - 1,5 МПа

Расчетное давление рубашки - 0,6 МПа

Расчетное давление змеевика - 0,6 МПа

Расчетная температура корпуса - 220 ˚С

Расчетная температура рубашки - 115 ˚С

Ведение реак-

Реактор

Расчетная температура змеевика - 115 ˚С

ции

Рабочее давление корпуса - 0,5 МПа

Рабочее давление рубашки - 0,4 МПа

Рабочее давление змеевика - 0,4 МПа

Рабочая температура корпуса - 115 ˚С

Рабочая температура рубашки - 40 ˚С

Рабочая температура змеевика - 40 ˚С

Мощность электродвигателя - 75 кВт

Частота вращения мешалки - 71 об/мин

Вертикальный сварной аппарат с перемешиваю-

щим устройством

Вместимость - 92 м³

Диаметр - 4000 мм

Высота - 11650 мм.

Дегазатор первой

Расчетное давление - 0,6 МПа

Дегазация

ступени

Расчетная температура - 200 °C

Рабочее давление - 0,03 МПа

Рабочая температура - 95-100 ˚С

Мешалка:

мощность электродвигателя - 132 кВт;

частота вращения - 105 об/мин

Вертикальный сварной аппарат с перемешиваю-

щим устройством.

Вместимость - 92 м³.

Диаметр - 4000 мм.

Высота - 11550 мм.

Дегазатор второй

Расчетное давление - 0,6 МПа.

Дегазация

ступени

Расчетная температура - 200 °C.

Рабочее давление - 0,04 МПа.

Рабочая температура - 107-115 ˚С.

Мешалка:

мощность электродвигателя - 132 кВт;

частота вращения - 105 об/мин

185

Таблица 3.7 - Перечень природоохранного оборудования производства бутадиен-сти-

рольных ТЭП разветвленной структуры

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики

Аппарат пылегазоочистки

Производительность - 50000 м³/ч

Аэродинамическое сопротивление - 4800 Па

Рабочая температура - (30÷80) °С

Вода на орошение:

- давление - (3 ÷5) кгс/см²,

- температура - (4÷600) °С,

- расход - (5÷30) м3/ч

Dц = 2200 мм

Dверх = 4500 мм

Очистка воздуш-

Hц.= 6635 мм

Скруббер

ных выбросов от

Высота ШВ-50 - 9100 мм

твердых частиц

Рабочее или номинальное давление - атм.

Расчетное давление - 0,015 МПа

Пробное давление - 0,015 МПа

Испытательная среда - вода температурой 20

°С

Рабочая среда - газовоздушный поток, вода

Электроэнергия (шкаф управления):

- напряжение - 380 В,

- частота - 50 Гц,

- мощность - 1,0 кВт

Производительность по очищаемой газовоз-

душной смеси - 50000 м³/ч

Рабочая температура - 840 °С

Наименование вредного вещества - гексан

Теплота сгорания вредных веществ - 44000

Установка регене-

кДж/кг

Очистка воздуш-

ративного терми-

Коэффициент полезного действия теплооб-

ных выбросов

ческого окисления

менника - (94,7÷95,0) %

Электроэнергия: рабочее напряжение - 240 /

400 В (частота - 50 Гц)

Габаритные размеры (без учета вытяжных

вентиляторов и дымовой трубы), мм - 9730 х

3630 х 8580

186

3.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

При производстве ТЭП разветвленной структуры загрязняющие вещества (ЗВ) в

окружающую среду попадают с воздушными выбросами и сточными водами и анало-

гичны производству ТЭП линейной структуры.

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов производства бута-

диен-стирольных ТЭП разветвленной структуры приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

бутадиен-стирольных ТЭП разветвленной структуры

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Стирол

кг/т

294

310

Бутадиен

кг/т

682

708

Растворители гексановые

кг/т

4,2

Циклогексан технический

кг/т

7,3

10,5

Электроэнергия

кВт·ч/т

310

830

Пар

Гкал/т

2,4

3,3

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, по-

ставляемым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей

не учтены

Характеристика выбросов, сбросов, отходов, образующихся при производстве

бутадиен-стирольных ТЭП разветвленной структуры, приведены в таблицах 3.9-3.11.

Таблица 3.9 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве бута-

диен-стирольных ТЭП разветвленной структуры

Масса выбросов загрязняющих веществ по-

Метод очистки,

сле очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Азота диоксид

1,64

Азота оксид

0,29

Углерода оксид

2,0

1,3-бутадиен

1,1

Циклогексан

5,8

Гексан

(гептановая

2,73

фракция, нефрас)

Взвешенные вещества

0,4

187

Таблица 3.10 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве бутадиен-стироль-

ных ТЭП разветвленной структуры

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование за-

Направление сбро-

грязняющего веще-

Диапазон

сов

Среднее

ства

Минимальное

Максимальное

значение

Стирол

Сброс сточных вод

0,00816

Нефтепродукты

от производства в

–

0,0163

систему заводской

ХПК

5,76

канализации

Таблица 3.11 - Отходы, образующиеся при производстве бутадиен-стирольных ТЭП

разветвленной структуры

Масса образующихся отходов

Способ ути-

производства в расчете

Класс

лизации,

на 1 т продукции, кг/т

Наименова-

Источник об-

опасно-

обезврежива-

Диапазон

Сред-

ние

разования

сти

ния, разме-

Минималь-

Макси-

нее

щения

ное значе-

мальное

значе-

ние

значение

ние

Оксид алю-

миния, отра-

ботанный

Осушка рас-

Утилизация

0,56

1,67

1,18

при осушке и

творителя

пиролизом

очистке рас-

творителя

Керамиче-

ские изделия

технического

Осушка воз-

назначения,

вратного

Размещение

отработан-

0,19

0,20

0,19

раствори-

на полигоне

ные

неза-

теля

грязненные

практически

неопасные

Катализатор

на основе ок-

сида алюми-

Каталитиче-

ния актив-

ская очистка

III

Регенерация

0,18

0,19

0,18

ного, содер-

загрязнен-

жаий палла-

ного воздуха

дий отрабо-

танный

188

Раздел 4 Производство полиэтилена

Полиэтилен (ПЭ) является наиболее широко производимым и применяемым по-

лимером во всем мире. Созданный в качестве изолирующего материала для электриче-

ских кабелей, сегодня ПЭ используется повсеместно благодаря его свойствам и обла-

дает огромным потенциалом для дальнейшего применения.

ПЭ служит сырьем для производства мягкой, пластичной, а также жесткой, твер-

дой, прочной продукции, в том числе предметов бытового назначения - упаковочных ма-

териалов, игрушек и т. п.

Благодаря особым свойствам различают следующие основные марки ПЭ:

- HDPE (ПЭВП) - высокой плотности (низкого давления) с плотностью более

0,94 г/см³;

- LDPE (ПЭНП) - низкой плотности (высокого давления) с плотностью до

0,94 г/см³;

- LLDPE (ЛПЭНП) - линейный низкой плотности (с плотностью до 0,94 г/см³);

- mLLDPE, MPE - металлоценовый линейный;

- MDPE (ПЭСП) - средней плотности;

- HMWPE, VHMWPE - высокомолекулярный;

- UHMWPE (СВМПЭ) - сверхвысокомолекулярный;

- EPE - вспенивающийся;

- PEC - хлорированный.

ПЭ производится, как правило, на предприятиях, расположенных в непосред-

ственной близости от пиролизных производств, которые обеспечивают производство ПЭ

сырьем.

Полиэтиленовая продукция заменяет традиционные материалы, такие как бумага

или металл.

4.1 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), или полиэтилен высокого давления

(ПЭВД), получаемый в процессах при высоком давлении, представляет собой мягкий,

упругий и пластичный продукт, что связано с его сильноразветвленной молекулярной

структурой. Плотность ПЭНП составляет 915-935 кг/м³. После деформации данный тип

полиэтилена восстанавливает начальную форму благодаря присущей ему эластично-

сти. ПЭНП характеризуется более высоким показателем текучести расплава (ПТР) и,

следовательно, более простыми технологическими процессами получения, чем для

большинства других типов полиэтилена.

ПЭНП широко использовался для изготовления прочных, гибких элементов,

например, крышек, также применялся в качестве изоляционного материала в течение

длительного времени. Сегодня наибольшее распространение полимер получил в изго-

товлении тары и упаковочных материалов (полиэтиленовая плёнка).

На рисунке 4.1 представлена сильноразветвленная молекулярная структура

ПЭНП.

189

Рисунок 4.1 - Молекулярная структура ПЭНП

Кроме ПЭНП, технологии высокого давления позволяют получать следующие про-

дукты:

- сополимеры этилена и винилацетата (СЭВ, ЭВА);

- сополимеры этилена и акриловой кислоты (ЭАК);

- сополимеры этилена и метилакрилата;

- большая часть марок ЛПЭНП;

- ПЭ очень низкой плотности;

- ПЭ сверхнизкой плотности.

Эти полимеры производят в промышленных уровнях на установках высокого дав-

ления. Для получения этих типов полимеров необходимы дополнительные инвестиции

(например, в антикоррозионную защиту, хладопроизводительность, экструзионное обо-

рудование и технологические установки для повторного использования сомономеров по-

сле очистки).

4.1.1 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении в трубчатом

реакторе

4.1.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Процесс полимеризации полиэтилена может происходить в трубчатом реакторе с

различной эффективностью, которая определяется различными параметрами: разме-

ром труб, температурой теплоносителя в рубашке реактора, температурой инициирова-

ния полимеризации, максимальной температурой реакции, давлением в реакторе.

Кроме того, важную роль играет скорость подачи сырья, которая определяет время пре-

бывания мономера в реакторе, а также количество точек ввода инициатора и этилена в

реактор, количество и тип агента передачи цепи.

Принципиальная схема производства ПЭНП в трубчатом реакторе представлена

на рисунке 4.2.

190

Рисунок 4.2 - Схема производства ПЭНП с применением трубчатого реактора

Трубчатый реактор конструктивно представляет собой аппарат типа «труба в

трубе». Он состоит из труб высокого давления, последовательно соединенных при по-

мощи фланцев. Трубы имеют внутренний диаметр (для различных установок) от 34 до

100 мм. Общая длина реактора составляет от нескольких сотен до тысячи и более мет-

ров. Трубы снабжены наружными рубашками, в которых циркулирует теплоноситель -

горячая вода под давлением. По всей длине реактора имеются термопары, измеряющие

температуру реакционной среды. В начале, в конце реактора, а также в нескольких точ-

ках по длине проводится измерение давления реакционной массы. В конце реактора

установлен дросселирующий клапан, с помощью которого поддерживается необходи-

мое реакционное давление и осуществляется выгрузка реакционной массы из реактора.

По принципу действия трубчатый реактор является аппаратом вытеснения: режим

движения реакционной массы в реакторе - турбулентный, поршневой. Полимеризация

протекает при постоянно меняющихся по длине реактора параметрах - температуре,

давлении, концентрации инициатора и образующегося полимера.

В реакторе можно выделить три участка. В первом - подогревателе - происходит

разогрев этилена до температуры реакции. Образования полиэтилена на этом участке

практически не происходит. Во втором участке - собственно зоне реакции - протекает

полимеризация этилена, температура за счет экзотермии возрастает до максимальной,

концентрация инициатора снижается к концу участка до нуля. В третьем участке реакци-

онная масса, состоящая из полиэтилена и непрореагировавшего мономера, охлажда-

ется. Охлаждение реакционной массы к концу реактора необходимо для того, чтобы при

снижении давления температура ее не достигла температуры разложения этилена

(дросселирование до давления 25-30 МПа сопровождается выделением теплоты). Каж-

дый участок реактора имеет свой контур теплоносителя.

191

Введение инициатора или смеси этилен/воздух в различных точках реактора со-

здает ряд зон с более высокими температурами (пиками), за которыми следуют зоны

охлаждения, где удаляется тепло реакции из смеси этилен-полимер. Эти температурные

пики/циклы охлаждения могут повторяться несколько раз по длине реактора. Из-за теп-

лопередачи стенок трубчатый реактор имеет более высокую степень конверсии в поли-

мер, чем автоклавный реактор: коэффициент конверсии достигает 36 % (до 20 % для

автоклавного реактора). Конверсия этилена влияет на свойства продукта, при более вы-

сокой конверсии возрастает степень разветвленности.

Тепло, выделяемое при экзотермической реакции, снимается водой через охла-

ждающую рубашку, что позволит получить пар низкого давления. Современные уста-

новки используют закрытые системы охлаждения для минимизации потребления прес-

ной воды для охлаждения. В то же время надлежащая подготовка воды обеспечивает

максимальную защиту высокопрочных материалов, используемых на установке, от кор-

розии.

В общем случае трубчатый тип реактора более предпочтителен для получения

полимеров с хорошими оптическими свойствами и для изготовления высококачествен-

ных пленочных изделий.

Важными факторами, влияющими на степень конверсии и уровни потребления

энергии, являются следующие аспекты:

- молекулярно-массовое распределение (ММР) производимых полимеров: про-

дукты с более широким ММР производят при более высоких уровнях конверсии этилена,

чем при производстве полимеров с более узким ММР;

- теплообмен: в трубчатых реакторах конверсия этилена может быть дополни-

тельно увеличена при сохранении желаемого качества продукта (увеличения конверсии

на 5-15 %) путем улучшения способности к теплообмену (увеличение площади поверх-

ности теплообмена за счет удлинения реактора и/или повышения коэффициента тепло-

обмена);

- система инициирования: оптимизация системы инициирования может позволить

достичь более высокой степени конверсии для тех же свойств продуктов. Трубчатые

установки могут работать только с кислородом, пероксидами/кислородом или только пе-

роксидом в качестве системы инициирования. Трубчатые реакторы, работающие с пе-

роксидами в качестве инициаторов, как правило, показывают более высокие степени

конверсии, чем реакторы, использующие систему инициирования только кислородом.

Введение органического инициатора потребует использования углеводородных раство-

рителей в качестве пероксидного носителя для инжекции инициатора.

Описание технологического процесса приведено в таблице 4.1, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 4.2, перечень природоохранного оборудования - в таб-

лице 4.3.

192

Таблица 4.1 - Описание технологического процесса производства полиэтилена в

трубчатом реакторе

Выходной поток

Приро-

Основные,

Стадия техноло-

Основное

доохран-

Входной

побочные и

гического про-

технологическое обору-

ное обо-

Эмис-

поток

промежуточ-

цесса

дование

рудова-

сии

ные про-

ние

дукты

3.1

3.2

Фильтры свежего этилена

Смеситель низкого дав-

ления

Фильтры возвратного эти-

лена высокого давления

Компримирова-

Этилен

Смеситель высокого

ние этилена

Фильтры возвратного эти-

лена низкого давления

Поршневые компрессоры

Плунжерные компрес-

соры

Реакторы полимеризации

, типа труба в трубе

Отделитель высокого

давления

Отделитель низкого дав-

ления

Этилен

Расплав-

Холодильник возвратного

высокого

Полимеризация

ленный по-

газа высокого давления

давле-

этилена

лиэтилен

Циклонные отделители

ния

Концевой отделитель вы-

сокого давления

Сепаратор низкого давле-

ния

Сборник низкомолеку-

лярного полиэтилена

Экструзия / гра-

Гранулятор

ПЭВД

нулирование по-

ПЭВД

Экструдеры

лиэтилена

193

Окончание таблицы 4.1

Выходной поток

Приро-

Основные,

Стадия техноло-

Основное

доохран-

Входной

побочные и

гического про-

технологическое обору-

ное обо-

Эмис-

поток

промежуточ-

цесса

дование

рудова-

сии

ные про-

ние

дукты

3.1

3.2

Обработка поли-

Барабанный смеситель

этилена в товар-

Гранулятор

ПЭВД

ный продукт и

Пневматический очисти-

расфасовка

тель

Таблица 4.2 - Перечень основного технологического оборудования производства по-

лиэтилена в трубчатом реакторе

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Производительность компрессора 1-го каскада -

Компрессор 1-го

Компримирова-

12,5 м³/мин (13460 кг/час)

каскада

ние газа

Давление газа на всасе - 17 кгс/см²

Производительность компрессора 2-го каскада

Компрессор 2-го

Компримирова-

1,12 м³/мин (28000 кг/час)

каскада

ние газа

Давление газа на всасе - 250 кгс/см²

Давление газа на нагнетании 2500 кгс/см²

Блок реакторный 1 - давление рабочее 225Мпа

Блок реакторный

Полимеризация

Блок реакторный 2 - давление рабочее 225МПа

Экструдер

Грануляция

Производительность - до 20 т/ч

Очистка эти-

Вертикальный цилиндрический аппарат. Внутри

Фильтры свежего

лена от механи-

расположен перфорированный стакан, обтяну-

этилена

ческих приме-

тый сеткой

сей

Смеситель низкого

Смеситель газа

Цилиндрический, вертикальный аппарат

давления

Вертикальный цилиндрический аппарат со съем-

Очистка эти-

Фильтры возврат-

ными крышками. Снабжен шестью армирован-

лена от механи-

ного этилена вы-

ными фильтрующими цилиндрами из керамики

ческих приме-

сокого давления

или пятнадцатью щелевыми вставками, выпол-

сей

ненных из стали, фиксируемых решеткой

194

Продолжение таблицы 4.2

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Цилиндрический вертикальный аппарат.Для

Смеситель высо-

улучшения смешивания газа, по высоте аппарат

Смеситель газа

кого давления

снабжен шестью перфорированными перегород-

ками

Очистка эти-

Цилиндрический, вертикальный аппарат. Снаб-

Фильтры возврат-

лена от механи-

жен 13 армированными фильтрующими цилин-

ного этилена низ-

ческих приме-

драми из керамики или цилиндрами из перфори-

кого давления

сей

рованной стали, обмотанным фетром

Поршневые ком-

Компримирова-

Сборная еденица, вертикальные двухрядные,

прессоры каскада

ние этилена

шести ступенчатые

Плунжерные ком-

прессоры горизон-

Компримирова-

Сборная еденица, горизонтальные двухкриво-

тальные двухряд-

ние этилена

шипные, двухступенчатые

ные двухступенча-

тые

Реактор - трубчатый аппарат состоящий из 33

Реакторы полиме-

труб высокого давления, соединенных между со-

Полимеризация

ризации типа

бой трубными коленами. Трубы и колена имеют

этилена

«труба в трубе»

рубашки для подогрева и охлаждения реакцион-

ной смеси перегретой водой

Тип «труба в трубе», объем в трубе - 2,29 м³,

Реакторы полиме-

Полимеризация

объем в рубашке - 19,41 м³, общая длина реак-

ризации

этилена

тора, включая зону подогрева, - 1040 м

Отделение рас-

Вертикальный, цилиндрический аппарат витой

Отделитель высо-

плава полиэти-

конструкции. Корпус имеет рубашку для обо-

кого давления

лена от этилена

грева перегретой водой

Цилиндрический вертикальный аппарат с кони-

ческим днищем. Внутри аппарат снабжен насад-

Отделение рас-

кой, состоящей из двух отбойных конических та-

плавленного по-

Отделитель низ-

релок для более полного отделения полиэти-

лиэтилена от

кого давления

лена от газа. Снабжен рубашкой для обогрева

растворенного в

паром, внутренние стенки газовой полости футе-

нем этилена

рованы слоем нержавеющей стали толщиной 1,5

мм

195

Продолжение таблицы 4.2

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Состоит из 33 труб диаметром 70 мм, толщиной

стенки - 12 мм, длина каждой трубы - 9000 мм.

Выполнены из нержавеющей стали. Каждая

Холодильник воз-

Охлаждение

труба снабжена рубашкой диаметром 13 мм и

вратного газа вы-

газа

толщиной стенки 4 мм. Во внутреннюю трубу по-

сокого давления

дается этилен, в рубашки подается пром. вода.

По газу и пром. воде холодильник трехступенча-

тый

Вертикальный, цилиндрический с плоским дни-

щем и крышкой

Сбор низкомо-

Циклонные отде-

Диаметр внутренний - 325 мм

лекулярного по-

лители

Высота - 1930 мм

лиэтилена

Давление расчетное - 325 кгс/см²

Температура расчетная - 200 °С

Цилиндрический, вертикальный аппарат. Снаб-

Сборник низкомо-

Сбор низкомо-

жен рубашкой для обогрева паром. Для более

лекулярного поли-

лекулярного по-

полного отделения этилена от полиэтилена ап-

этилена.

лиэтилена

парат внутри снабжен стаканом

Дополнительная

емкость

Сбор низкомо-

Вертикальный цилиндрический аппарат со сфе-

низкомолекуляр-

лекулярного по-

рическим днищем. Внутри аппарат снабжен ста-

ного

лиэтилена

каном

полиэтилена

Основной частью гранулятора является экстру-

дер, представляющий собой двухваловый чер-

вячный пресс с набором шнеков и месильных

Гранулятор 1 сту-

Экструзия поли-

дисков. Цилиндр экструдера имеет 4 зоны

пени

этилена

нагрева и охлаждения. Обогрев ведется пере-

гретой водой, охлаждение - конденсатом. Ком-

плектуется гранулирующим устройством

Сбор полиэти-

Вертикальный, цилиндрический аппарат, с тремя

лена для подго-

Анализный бункер.

опорными лапами. Снабжен месдозой для опре-

товки к смеше-

деления массы загруженного полиэтилена

нию в партию

Горизонтальный, цилиндрический, пустотелый

аппарат. Внутри барабана к стенкам приварены

Барабанный сме-

Усреднение по-

пластины для продольного перемещения гранул

ситель

лиэтилена

и лучшего перемешивания Приводится во вра-

щение электродвигателем через понижающий

редуктор

196

Окончание таблицы 4.2

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Вертикальный цилиндрический аппарат с кони-

Усреднение по-

ческим днищем и тремя опорными лапами. Ком-

Сортовой бункер

лиэтилена

плектуется месдозой для определения количе-

ства полиэтилена в бункере

Основной частью гранулятора является экстру-

Гранулятор 2 сту-

Экструзия поли-

дер, представляющий собой двухваловый чер-

пени

этилена

вячный пресс с набором шнеков и месильных

дисков

Цилиндрический, вертикальный аппарат, с кони-

Сбор полиэти-

ческим днищем. Имеет три опорные лапы. Ком-

Товарный бункер

лена

плектуется месдозой для определения количе-

ства загруженного в бункер полиэтилена

Бустерный ком-

Сжатие этилена

Производительность - до 2700 кг/ч

прессор

до рабочего

Мощность э/двигателя - 75,5-303 кВт

давления

Сжатие этилена

Компрессор 1 кас-

Производительность - 2870-11500 кг/ч

до рабочего

када

Мощность э/двигателя - 1030 кВт

давления

Сжатие этилена

Компрессор 2 кас-

Производительность - 46000 кг/ч

до рабочего

када

Мощность э/двигателя - 7700 кВ

давления

Сжатие этилена

Кислородный ком-

Производительность - 35 нм³/ч

до рабочего

прессор

Мощность э/двигателя - 10 кВт

давления

Экструзия и гра-

Двушнековый экструдер, производительность -

Экструдер

нулирование

до 8500 кг/ч

4.1.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиэтилена в трубчатом реакторе приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

полиэтилена в трубчатом реакторе

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Этилен

т/т

1,02

1,065

Электроэнергия

кВт·ч/т

790

1197

Пар

Гкал/т

0,2

0,9

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, по-

ставляемым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей

не учтены

197

В таблицах 4.4-4.6 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих ве-

ществ, объемах образования отходов при получении ПЭ в трубчатом реакторе.

Таблица 4.4 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве поли-

этилена в трубчатом реакторе

Масса выбросов загрязняющих веществ по-

Метод очистки,

сле очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Взвешенные вещества

0,0052

0,13

0,044

Этилен

2,45

5,62

3,52

Таблица 4.5 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве полиэтилена в труб-

чатом реакторе

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

Направление

Диапазон

няющего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максималь-

значение

ное

значение

Взвешенные вещества

Сточные

воды

0,017

0,62

0,31

направляют в цех

нейтрализации и

очистки промыш-

ленных сточных

ХПК

0,080

1,41

0,54

вод или в сеть хим-

загрязненной кана-

лизации

(ХЗК)

предприятия

198

Таблица 4.6 - Отходы, образующиеся при производстве полиэтилена в трубчатом реакторе

Масса образующихся отходов про-

изводства в расчете на 1 т продук-

ции, кг/т

Класс

Источник образова-

Способ утилизации, обез-

Наименование

Диапазон

опасности

ния

вреживания, размещения

Минималь-

Макси-

Среднее

ное значе-

мальное

значение

ние

значение

Отходы минеральных масел

Замена масел

гидравлических, не содержа-

III

Утилизация

0,060

0,066

0,063

гидравлических

щих галогены

Утилизация / передача дру-

Отходы минеральных масел

Замена масел

гим предприятиям для ис-

III

1,70

1,85

1,80

индустриальных

пользования, переработки

или обезвреживания

Отходы минеральных масел

Замена масел

III

Утилизация

0,95

1,03

0,99

компрессорных

Отходы минеральных масел

Замена масел

III

Утилизация

0,044

0,048

0,046

турбинных

Отходы прочих минераль-

Замена прочих

III

Утилизация

0,0028

0,0031

0,0029

ных масел

минеральных масел

Замена синтетиче-

Отходы синтетических ма-

ских

III

Утилизация

2,77

3,01

2,91

сел компрессорных

масел компрессор-

ных

Отходы грануляции полиэти-

Грануляция

лена в его

Утилизация

0,010

0,012

0,011

полиэтилена

производстве

Окончание таблицы 4.6

Масса образующихся отходов про-

изводства в расчете на 1 т продук-

ции, кг/т

Класс

Источник образова-

Способ утилизации, обез-

Наименование

опасности

ния

вреживания, размещения

Диапазон

Среднее

Минималь-

Макси-

значение

ное значе-

мальное

ние

значение

Отходы негалогенированных

Утилизация / передача дру-

полимеров в

Зачистка оборудо-

гим предприятиям для ис-

смеси от зачистки оборудо-

0,15

0,21

0,18

вания

пользования, переработки

вания в их

или обезвреживания

производстве

Смесь минеральных масел

От производствен-

Использование на собствен-

отработанных с примесью

III

3,09

3,60

3,35

ной деятельности

ном предприятии

синтетических масел

Лом и отходы изделий из по-

От производствен-

лиэтилена незагрязненные

Полигон ТКО

0,13

0,16

0,15

ной деятельности

(кроме тары)

Выделяется на се-

Масла синтетические ком-

параторах при

Передача другим предприя-

прессорные, загрязненные

охлаждении и

тиям для использования, пе-

низкомолекулярным поли-

III

2,00

2,07

2,03

очистки возвратного

реработки или обезврежива-

этиленом в производстве по-

газа высокого дав-

ния

лиэтилена

ления

4.1.2 Полиэтилен, получаемый при высоком давлении в автоклавном

реакторе

4.1.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Автоклавные реакторы позволяют получать полимеры для нанесения экструзион-

ного покрытия и более однородные сополимерные продукты. Автоклавная технология

обычно предполагает использование органических инициаторов.

В настоящее время в промышленности используются автоклавные реакторы двух

типов:

1) удлиненный реактор со встроенным электродвигателем мешалки, работающим

в среде этилена под рабочим давлением; отношение высоты к диаметру - 8 : 20;

2) компактный реактор с электродвигателем мешалки, вынесенным из реакцион-

ной зоны; отношение высоты к диаметру - 2 : 5. Объем реакторов первого типа - 0,2-1

м³, второго - более 1 м³.

Автоклавные реакторы работают под давлением 150-250 МПа и при температуре

180-300 °С.

Автоклавный реактор по принципу действия является аппаратом смешения - во

всем объеме устанавливается одинаковая концентрация инициатора и полимера. Для

автоклавов компактного типа характерен небольшой температурный градиент по высоте

реактора.

В отличие от трубчатых реакторов, в которых время пребывания для всех частиц

одинаково, для автоклавных реакторов характерно широкое распределение отдельных

частиц по времени пребывания, что обусловлено интенсивным перемешиванием реак-

ционной массы. Это оказывает влияние на полидисперсность и структуру получаемого

полиэтилена.

Подача этилена и растворов инициаторов в реактор осуществляется через специ-

альные вводы в одну или несколько точек по высоте.

Автоклавные реакторы оснащены быстроходными мешалками

(1000-1500

об/мин), которые обеспечивают интенсивное перемешивание реакционной массы.

Для поддержания температуры в заданной точке используются различные типы

инициаторов. Важно, чтобы инициаторы полностью потреблялись до выхода потока газа

из реактора. Если в реакторе наблюдается избыточное количество свободных радика-

лов, то реакция полимеризации может продолжаться за пределами реактора. Инициа-

торы растворяют в углеводородном растворителе, затем этот раствор вводят через бо-

ковые отверстия в стенке сосуда. Некоторые технологии используют эти боковые отвер-

стия для контролируемого введения этиленового газа. Охлаждающий эффект газа ис-

пользуется для контроля температуры в реакторе. Рабочий температурный диапазон

автоклавных реакторов составляет 180-300 ^оС. Стенки реактора также имеют отверстия

для установки термоэлементов и клапанов сброса давления.

При высокотемпературной полимеризации этилена свежий сырьевой этилен ис-

пользуют в качестве теплопоглотителя для тепла экзотермической реакции полимери-

зации. Конверсия в полимер в адиабатических условиях рассчитывается по следующей

формуле:

Конверсия (%) = 0,075* (температура реакции - температура этилена на входе).

Принципиальная схема производства приведена на рисунке 4.3.

201

Рисунок 4.3 - Схема получения полиэтилена в автоклавном реакторе

Описание технологического процесса приведено в таблице 4.7, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 4.8, перечень природоохранного оборудования - в таб-

лице 4.9.

Таблица 4.7 - Описание технологического процесса производства полиэтилена в ав-

токлавном реакторе

Выходной поток

Основное

Стадия техно-

Природоохран-

Основные, по-

Входной

Технологиче-

логического

ное оборудо-

бочные и про-

Эмис-

поток

ское оборудо-

процесса

вание

межуточные

сии

вание

продукты

3.1

3.2

Этилен

Компримиро-

Сжатый этилен

Компрессоры

вание этилена

Этилен

Полимериза-

Расплав поли-

Реакторы

Пропилен

ция

этилен

Инициаторы

Расплав по-

Экструзия

Гранулирован-

Экструдеры

лиэтилена

гранулирова-

ный полиэти-

ние

лен

Гранулиро-

Расфасовка и

Гранулы поли-

Бункера

ваный поли-

паллетирова-

этилена

из

этилен

ние

бункеров идут

на расфасовку,

паллетирова-

ние и отгрузку

202

Таблица 4.8 - Перечень основного технологического оборудования производства по-

лиэтилена в автоклавном реакторе

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Q = 1200 м³/ч

Pвс. = 0,2 кгс/см²

Компрессор дожим-

Компримирование эти-

Pнагн. = 9 кгс/см²

ной

лена

Электродвигатель:

U = 380 В, I = 278 А, N = 132 кВт,

n = 500 об/мин

Q = 1200 м³/ч

Pвс. = 0,2 кгс/см²

Компрессор дожим-

Компримирование эти-

Pнагн. = 9 кгс/см²

ной

лена

Эл. двигатель: U = 380 В,

I = 234 А, N = 125 кВт, n = 500 об/мин

Температура - до115 ^оС.

Q = 516 м³/ч (3200 нм³/ч)

Pвс. = 6 кгс/см²

Pнагн. = 250 кгс/см²

Компрессор 1-го кас-

Компримирование эти-

Tвс. = 35-45 °С

када

лена

Электродвигатель:

U = 440 В, I = 1220 A, N = 500 кВт, n =

0-500 об/мин

Q = 42,3 м³/ч

Pвс. = 250 кгс/см²

Pнагн. = 1450-1600 кгс/см²

Компресссор 2-го

Компримирование эти-

Tвс. = 35-45 °С

каскакда

лена

Электродвигатель:

U = 6000 В, I = 251 А, N = 2500 кВт, n =

200 об/мин

Бустерный компрес-

Компримирование эти-

Производительность - 1630 кг/ч

сор

лена

Мощность э/двигателя - 205 кВт

Компрессор 1 кас-

Компримирование эти-

Производительность - 460-4600 кг/ч

када

лена

Мощность э/двигателя - 432 кВт

Компрессор 2 кас-

Компримирование эти-

Производительность - 8900 кг/ч

када

лена

Мощность э/двигателя - 1040 кВт

Q = 4000 кг/ч

Для получения гранул

Электродвигатель: 1ВАО-280 S-0,38.

Гранулятор

полиэтилена заданных

U = 380 В, I = 111 А, N = 55 кВт,

размеров

n = 10-750 об/мин

203

Окончание таблицы 4.8

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

технологического оборудования

Dвн. = 520 мм, Dнар. = 712 мм, Dруб. =

Разделение полиэтилена и

1120 мм, H = 5250 мм, V = 1 м³, P

Отделитель высокого

непрореагировавшего эти-

раб.корп. = до 250 кгс/см², P раб. рубашка

давления

лена

= до 18 кгс/см²,

T = до 250 °С

Dвн. = 900 мм, Dнар. = 1000 мм, H = 8520

Разделение полиэтилена и

мм, V = 5 м³,

Отделитель низкого

непрореагировавшего эти-

P раб.корп. = до 3 кгс/см², P раб. рубашка

давления

лена

= до 18 кгс/см²,

T = до 250 °С

Dвн. = 305 мм, Dнар. = 550 мм, H = 5800

Полимеризация этилена в

мм, V = 0,25 м³,

Реактор

полиэтилена

Pраб. = до 1500 кгс/см², Tраб. = 160-280

°С

Образование экструдатов

Экструдер

Q = 4000 кг/ч, P16Д = до 160 кгс/см²

полиэтилена

Отделитель низкого

Экструзия и гранулирова-

Объем - 3,8 м³

давления

ние

Экструзия и гранулирова-

Экструдер

Производительность - 3200 кг/ч

ние

Экструзия и гранулирова-

Количество отверстий фильеры - 400

Гранулятор

ние

шт, количество ножей - 8 шт.

Таблица 4.9 - Перечень природоохранного оборудования производства полиэтилена

в автоклавном реакторе

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики

Средняя фактическая степень очистки 74,16-

Циклон

Очистка газа

88,12 % (полиэтен)

4.1.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) приведены в

таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

полиэтилена в автоклавном реакторе

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Этилен

т/т

1,01

1,041

Масло компрессорное

кг/т

4,2

Масло-растворитель

кг/т

3,4

4,65

204

Окончание таблицы 4.10

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Инициаторы Луперокс 270,

Тригонокс

21S, Триганокс

кг/т

0,14

36-С75, Тригонокс 42S

Инициатор Триганокс В

кг/т

0,05

Инициатор Триганокс С

кг/т

0,32

Промышленная вода

м³/т

290

310

Теплоэнергия

Гкал/т

0,15

2,9

Электроэнергия

кВт·ч/т

846

1300

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, поставляе-

мым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей не учтены

В таблицах 4.11-4.13 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих

веществ, объемах образования отходов при получении ПЭ в автоклавном реакторе.

Таблица 4.11 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве по-

лиэтилена в автоклавном реакторе

Масса выбросов загрязняющих веществ после

Метод очистки,

очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Этилен

2,5

6,70

4,60

Полиэтилен

0,23

0,46

0,32

Углеводороды

пре-

дельные C1-C-5 (ис-

0,31

ключая метан)

Таблица 4.12 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве полиэтилена в ав-

токлавном реакторе

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

Направление

Диапазон

няющего вещества

сбросов

Среднее

Минималь-

Максималь-

значение

ное значение

ное

значение

Нефтепродукты

Сточные

воды

0,032

направляются на

механическую и

ХПК

1,85

биологическую

очистку

205

Таблица 4.13 - Отходы, образующиеся при производстве полиэтилена в автоклавном

реакторе

Масса образующихся отходов

Способ ути-

производства в расчете

Класс

лизации,

на 1 т продукции, кг/т

Источник об-

Наименование

опасно-

обезврежи-

Диапазон

Сред-

разования

сти

вания, раз-

Мини-

Макси-

нее

мещения

мальное

значе-

значение

ние

Пыль полиэти-

Передача

лена при

другим пред-

очистке воз-

приятиям

духа пневмот-

При проведе-

для исполь-

ранспорта, уз-

нии ремонт-

0,069

0,077

0,073

зования, пе-

лов хранения,

ных работ

реработки

усреднения и

или обезвре-

отгрузки поли-

живания

этилена

Передача

другим пред-

Отходы мине-

приятиям

ральных ма-

Ремонт обо-

для исполь-

III

0,48

2,69

1,41

сел индустри-

рудования

зования, пе-

альных

реработки

или обезвре-

живания

Лом и отходы

изделий из по-

От производ-

Размещение

лиэтилена не-

ственной дея-

на полигоне

0,10

0,49

0,38

загрязненные

тельности

ТКО / ТБО

(кроме тары)

Смесь мине-

ральных ма-

Использова-

сел

отрабо-

От производ-

ние на соб-

танных с при-

III

ственной дея-

2,54

2,96

2,75

ственном

месью синте-

тельности

предприятии

тических ма-

сел

206

4.2 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии

Производство полиэтилена в газовой фазе остается наиболее популярной техно-

логией в России и в мире благодаря механической простоте и возможности производить

полиэтилен в широком диапазоне ассортимента - полиэтилен высокой (ПЭВП) и сред-

ней плотности (ПЭСП), линейный (ЛПЭНП) и бимодальный полиэтилен. Благодаря упро-

щенной конструкции оборудования и возможности использования широкого ассорти-

мента сомономеров (бутена-1, гексена-1 и, потенциально, октена-1) газофазные про-

цессы имеют преимущества перед другими процессами.

Полиэтилен, получаемый газофазным методом, выпускают в виде композиций со

стабилизаторами.

4.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Существует три основных вида процессов производства полиэтилена в газовой

фазе: один реактор с псевдоожиженным слоем, конфигурация с двумя каскадными ре-

акторами и гибридный процесс. Газофазная технология получения полиэтилена позво-

ляет использовать различные катализаторы - хромоорганические, металлоценовые и

Циглера-Натта, с помощью которых можно выпускать полиэтилен высокой, средней и

низкой плотности.

4.2.1.1 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии в реакторе с

псевдоожиженным слоем

Технология основана на сополимеризации этилена и сомономеров (пропилена,

бутена-1 и гексена-1) при температуре от 90 ^оС до 115 ^оС и давлении от 1,5 до 3,0 МПа

с применением катализаторов в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Центральным звеном процесса является газофазный реактор с псевдоожижен-

ным слоем, дающий продукт очень однородного качества, что уменьшает потребность в

усреднении по сравнению с другими процессами. Взвешенный слой образующихся и

растущих частиц полимера поддерживается подачей циркуляционного газа, состоящего

из газообразного этилена, сомономера, азота и водорода, которым регулируют молеку-

лярную массу полимера. На одном катализаторе возможно получение ПЭ плотностью

0,916-0,965 г/см³ из 2-3 сополимеров, что позволяет производить полимеры высокой

прочности, однородные, без гелей.

На рисунке 4.4 представлена общая схема производства ПЭ газофазным мето-

дом.

207

Рисунок 4.4 - Производство ПЭВП газофазным методом в реакторе с псев-

доожиженным слоем

Катализаторы полимеризации поставляются в готовом виде: катализаторы Циг-

лера-Натта и бимодальные - в виде порошка или суспензии, а металлоорганические и

хромооксидные - в сухом виде. Подача катализатора производится периодически очи-

щенным азотом.

В газофазной технологии полимер находится в твердой фазе, а мономер и сомо-

номер используются в качестве газообразного носителя для поддержания псевдоожи-

женного слоя и удаления тепла. Требования к твердому состоянию накладывают огра-

ничения на максимальную рабочую температуру и возможность получения полимеров

более низкой плотности.

Новое поколение газофазных процессов может работать в режиме конденсации,

что значительно улучшает теплоотвод и производительность реактора. С этой целью в

процесс вводят сомономер гексен-1 и/или «конденсируемый» растворитель (например,

гексан, изопентан). Конденсация этих компонентов в контуре рециркуляции значительно

повышает интенсивность отвода теплоты.

Реактор производит легко гранулированный полимерный порошок с частицами по-

стоянного размера. Устойчивость и надежность процесса позволяют осуществлять гра-

нулирование наиболее экономичным способом, соединив смеситель и гранулятор с вы-

ходом реакторной секции, выходящий из системы гранулят пневматическим способом

доставляется в хранилище.

208

Основное преимущество технологии производства ПЭ в одном реакторе по срав-

нению с каскадными реакторами - механическая простота, что ведет к низким капиталь-

ным и оперативным затратам.

4.2.1.2 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии по двухреакторной

схеме

Газофазная полимеризация этилена проводится по двухреакторной схеме в кас-

каде, что позволяет получать более выраженные бимодальные свойства ПЭ.

В основе процесса получения ПЭ лежит реакция полимеризации этилена газофаз-

ной полимеризацией в псевдоожиженном слое на высокоактивных катализаторах Циг-

лера-Натта на титановой основе при низких давлениях. Для обеспечения равномерного

распределения катализатора в реакционной смеси предварительно готовят катализа-

торную пасту, представляющую собой суспензию катализатора в смеси консистентной

смазки и парафинового масла.

В первый реактор непрерывно вводится катализаторная паста, в результате по-

лимеризации мономера (этилена) в газофазном реакторе происходит образование по-

рошка полимера, который далее подается во второй реактор и затем выводится из ре-

актора. В отпаривателе проводится пропарка полимера, предназначенная для дезакти-

вации остатков катализатора, алкилов и удаления растворенных углеводородов из по-

лимера путем контакта между паром и полимером. После отпарки полимер направля-

ется в осушитель для сушки. Далее порошок подается через питатель в блок дозирова-

ния и шнековый питатель, где непрерывно смешивается с жидкими и твердыми добав-

ками и подается на экструдер. В экструдере порошок ПЭ и добавки усредняются, экстру-

дируются и гранулируются и затем по системе пневмотранспорта гранулы направляются

в силосы хранения.

На рисунке 4.5 представлена общая схема производства ПЭ газофазным методом

по двухреакторной схеме.

Рисунок 4.5 - Схема производства полиэтилена по газофазной технологии

по двухреакторной схеме

4.2.1.3 Полиэтилен, получаемый по газофазной технологии по схеме с двумя

теплообменниками на линии рецикла

Технологический процесс производства включает следующие основные секции:

Секция подготовки сырья

209

Секция включает в себя узлы очистки этилена и азота (общие для установок по

производству ПЭВП и ЛПЭНП/ПЭВП), узел очистки изопентана (общий для обеих техно-

логических линий), узлы очистки сомономеров: бутена-1 и гексена-1 (один узел на каж-

дую технологическую линию). В качестве сомономеров могут применяться бутен-1, ко-

торый поступает с установки пиролиза, и гексен-1.

Очищенный от примесей этилен разделяется на два потока: первый поток с дав-

лением 3,0 МПа направляется в реактор полимеризации установки по производству

ЛПЭНП/ПЭВП, второй поток компримируется до давления 5,15 МПа и направляется на

установку по производству ПЭВП и производство полипропилена (при производстве со-

полимерных марок). Компримирование этилена осуществляется винтовыми компрессо-

рами.

Секция полимеризации

Секция включает в себя узел подачи катализатора, реакторную систему. В каче-

стве катализаторов могут применяться катализатор Циглера, металлоценовый и хромо-

вый катализаторы.

Реактор полимеризации (один реактор на каждой технологической линии) пред-

ставляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с расширением в верхней части

и горизонтальной решеткой ожижающего устройства в нижней. Реакция полимеризации

протекает в псевдоожиженном слое при давлении 2,3 МПа (изб.) и температуре 74-

102 °С. Растущие частицы полимера, образующиеся в реакторе, поддерживаются в

псевдоожиженном состоянии при помощи подаваемого восходящего потока технологи-

ческого газа, состоящего из этилена, сомономера, водорода и инертных компонентов.

Компремирование технологического газа обеспечивается циркуляционным центробеж-

ным компрессором. Технологический газ подается под горизонтальную решетку для до-

стижения хорошего распределения газа. Скорость газа снижается в верхней, расширен-

ной, части реактора для ограничения уноса мелкой фракции полимера.

Секция дегазации порошка и извлечения сомономера

Секция включает в себя шлюзовые бункеры системы выгрузки, дегазатор и

отдувочную колонну.

Порошок полимера выгружается из реактора через систему, состоящую из шести

шлюзовых бункеров. Выгружаемый из реактора порошок содержит в своем составе ад-

сорбированные углеводороды (этилен, сомономеры, инертные компоненты) и активный

катализатор полимеризации. Для их удаления порошок последовательно проходит де-

газатор и отдувочную колонну. Непрореагировавшие сомономеры и изопентан возвра-

щаются в реактор полимеризации. Для дезактивации остаточного катализатора, содер-

жащегося в порошке, производится дозирование паров воды.

Секция ввода добавок, гранулирования и гомогенизации

Деактивированный и дегазированный порошок гранулируется на двух линиях экс-

трузии. Наличие пяти узлов дозирования добавок на каждой из линий экструзии позво-

ляет выпускать марки полиэтилена с широким диапазоном свойств продукта. Экструдер

включает в себя систему вентиляции, систему гидротранспорта гранул, систему сушки

гранул.

Готовые гранулы посредством системы пневмотранспорта поступают в один из

четырех гомогенизаторов на каждой линии. Однородный гранулированный продукт

транспортируется из гомогенизаторов в зону логистической платформы.

210

Логистическая платформа (секция расфасовки и отгрузки).

Перед поступлением в силосы хранения логистической платформы гранулы про-

ходят через систему обеспыливания. Предусмотрены две параллельно работающие си-

стемы обеспыливания.

На рисунке 4.6 представлена общая схема производства ПЭ газофазным методом

по газофазной технологии по схеме с двумя теплообменниками на линии рецикла.

Рисунок 4.6 - Схема производства полиэтилена по газофазной технологии

по схеме с двумя теплообменниками на линии рецикла

Описание технологического процесса приведено в таблице 4.14, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 4.15, перечень природоохранного оборудования - в таб-

лице 4.16.

211

Таблица 4.14 - Описание технологического процесса производства ПЭВП по газофаз-

ной технологии

Выходной поток

Основное

Стадия техно-

Природо-

Основные, по-

Входной

Технологиче-

логического

охранное обо-

бочные и про-

Эмис-

поток

ское оборудо-

процесса

рудование

межуточные

сии

вание

продукты

3.1

3.2

Этилен

Сомономеры

Подготовка сы-

Адсорберы,

(бутен-1, гек-

рья

колонны

сен-1)

Этилен очи-

щенный

Полимеризация

Реакторы

Сомономеры

этилена

Порошок по-

очищенные

лиэтилена

Компаундиро-

вание, гранули-

Гранулиро-

Порошок п/э

рование

по-

ванный поли-

Экструдеры

рошка полиэти-

этилен

лена

Гранулиро-

Гомогенизация,

Гранулы поли-

Бункера гомо-

ванный поли-

упаковка и от-

этилена

генизации

этилен

грузка

Таблица 4.15 - Перечень основного технологического оборудования производства

ПЭВП по газофазной технологии

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Адсорбер очистки

Очистка азота от H2S,

Насадочные колонны

азота

O₂, CO и воды

Осушка и доочистка изо-

Адсорбер очистки

пентана от кислородсо-

Насадочная колонна

изопентана

держащих соединений и

соединений серы

Удаление остаточных ко-

Адсорбер очистки

личеств воды, карбони-

Насадочные колонны

сомономера

лов, пероксидов и спир-

тов

212

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Доочистка поступающего

на установку потока эти-

лена от таких микропри-

Адсорбер очистки

месей как ацетилен, кис-

Насадочные колонны

этилена

лород, окись углерода,

двуокись углерода,

влага, меркаптаны

Расход - 7045 кг/ч

Среда - пропилен

Винтовой компрес-

Ррасч. = 2,6 МПа

сор

Производство ПЭВП

Трасч. = минус 52 / 120 °С

Рраб. прием/нагн. = 0,04 / 1,56 МПа

Траб. = 75 °С

Мощность двигателя - 500 кВт

Тип - винтовой

Производительность - 7156 м³/ч

Среда - азот

Ррасч. = минус 0,10 / 0,45 МПа

Трасч. = минус 20-300 °С

Воздуходувка транс-

Условия на приеме:

портирующего газа

Производство ПЭВП

Рраб. = 0,105 МПа

Траб. = 30 °С

Условия на нагнетании:

Рраб. = 0,202 МПа

Траб. = 158 °С

Мощность двигателя - 520 кВт

213

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный аппарат с

эллиптическими крышками и неподвижной

трубной решеткой (BEM).

Расчетная тепловая нагрузка - 268,8 кВт

Рабочая тепловая нагрузка - 224 кВт

Поверхность теплообмена - 54 м²

Второй теплообмен-

Межтрубное пространство:

ник узла регенера-

Производство ПЭВП

Среда - углеводородный конденсат

ции сдувок

Ррасч. = 3,7 МПа

Рраб. = 2,53 МПа

Траб. вход / выход = минус 34,7 / 5,0 °С

Трубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Ррасч. = 2,9 МПа

Рраб. = 2,13 МПа

Траб. вход / выход = 24,2 / 1,0 °С

Отпарка полиэти-

Выпарной аппарат

Объем - 40 м³

лена

Дегазация и деакти-

Вертикальный аппарат с полусферической

Дегазатор

вация остаточного

крышкой и коническим днищем, оборудо-

катализатора

ван газораспределительным устройством

Вертикальный аппарат с полусферической

крышкой и коническим днищем, оборудо-

ван газораспределительным устройством.

V = 305 м³

Dцил. = 5000 мм

Hобщ. = 24026 мм

Дегазатор

Производство ПЭВП

Среда - твердая фаза: порошок полиэти-

лена,

газовая фаза: углеводороды

Рраб. = 0,03-0,07 МПа

Траб. = 5 108 °С

Ррасч. = 0,45 МПа / полный вакуум.

Трасч. = минус 39 / 133 °С

214

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

D = 1400 мм

H = 4165 мм

Среда - газовая фаза: азот,

твердая фаза: порошок полиэтилена

Защитный фильтр

Производство ПЭВП

Рраб. = 0,005-0,015 МПа

Траб. = 5-108 °С.

Ррасч. = минус 0,05 / 0,45 МПа.

Трасч. = минус 52 / 133 °С.

Эффективность очистки: 5 мкм. 99 %

Вертикальный аппарат с эллиптической

крышкой и коническим днищем, оборудо-

ван газораспределительным устройством

Предназначена для

Dверх. = 7500 мм

отделения остаточ-

Газораспределитель:

ных углеводородов,

Dцил.верх = 2900 мм

абсорбированных

Hобщ. = 33475 мм

Колонна отдувки

порошком полиэти-

Среда - твердая фаза: порошок полиэти-

лена и деактивации

лена,

остаточного катали-

газовая фаза: углеводороды.

затора

Рраб. = 0,006 (верх) - 0,050 МПа

Траб. = окр. среда - 108 °С

Ррасч. = 0,45 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 39-133 °С

Двухступенчатый беccмазочный винтовой

компрессор.

Производительность - 11118 / 1877 м³/ч

Ррасч. = 1,0 МПа

Трасч. = минус 39 / 185 °С

Первая ступень:

Компрессор газа ре-

Траб. = 22 °С

циркуляции

Производство ПЭВП

Рраб.(прием)/(нагн.) = 0,009 / 0,649 МПа

Мощность на валу - 1244 кВт

Вторая ступень:

Ррасч. (нагн.) = 2,9 МПа

Траб. = 28,3 °С

Рраб. (прием)/ (нагн.) = 0,613 / 2,300 МПа

Мощность на валу - 851 кВт

Мощность двигателя - 3300 кВт

215

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Контроль скорости

Центробежный одноступенчатый компрес-

Компрессор глав-

циркулирующего

сор.

ного контура

газа в реакторе

Производительность - 47742 нм³/ч

Съем тепла за счёт

Кожухотрубчатый одноходовой

подачи охлаждённой

Конденсатор глав-

горизонтальный теплообменный аппарат с

воды в межтрубное

ного контура

эллиптическими крышками и неподвижной

пространство кон-

трубной решеткой

денсатора

Кожухотрубчатый горизонтальный тепло-

обменный аппарат с эллиптическими

крышками и неподвижной трубной решет-

кой.

Тепловая нагрузка - 729,943 кВт

Поверхность теплообмена - 132,57 м²

Диаметр корпуса внутр. - 620 мм

Диаметр труб - 19,05 мм

Длина труб - 6000 мм

Конденсатор пропи-

Производство ПЭВП

Межтрубное пространство:

лена

Среда - пропилен

Ррасч. = 2,0 МПа / полный вакуум

Рраб. = 1,56 МПа

Траб. вход / выход = 75 / 40 °С

Трубное пространство:

Среда - оборотная вода

Ррасч. = 1,6 МПа

Рраб. = 0,65 МПа

Траб. вход / выход = 25 / 30 °С

216

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Горизонтальный теплообменный аппарат

с кожухом барабанного типа, с U-образ-

ными трубами и эллиптическими крыш-

ками.

Тепловая нагрузка - 467,144 кВт

Поверхность теплообмена - 61,518 м²

Диаметр корпуса внутр. - 550 мм

Конденсатор холо-

Межтрубное пространство:

дильной установки

Производство ПЭВП

Среда - пропилен

Ррасч. = 2,25 МПа / полный вакуум

Рраб.= 0,0475 МПа

Траб. = минус 40 °С

Трубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Ррасч. = 2,9 МПа

Рраб. = 2,059 МПа

Траб. вход / выход = 1,0 / минус 35 °С

Вертикальная емкость с эллиптическим

днищем и крышкой.

V = 8,05 м³

D = 1700 мм

Межступенчатый се-

Нцил. = 2980 мм

паратор компрес-

Среда - жидкая фаза: углеводородный

Производство ПЭВП

сора газа рецирку-

конденсат,

ляции

газовая фаза: углеводороды

Рраб. = 0,510-0,619 МПа

Траб. = 28-37 °С

Ррасч. = 1,0 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 39 / 185 °С

Dкорпуса = 304,8 мм

Lкорпуса = 5154 мм

Dмембраны = 300 мм

Lмембраны = 5182 мм

Мембрана

Производство ПЭВП

Среда - отпарной газ

Ррасч. = 2,9 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 52 / 80 °С

Рраб. = 1,94 МПа

Для снижения со-

Корпус: нержавеющая сталь.

Мембранная уста-

держания этилена в

Мембрана: тканая бумага, нейлоновая

новка

отпарном газе

сетка

217

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Вертикальная емкость с эллиптическим

днищем и крышкой.

V = 3,77 м³

D = 1100 мм

Нцил. = 3600 мм

Основной сепаратор

Среда - жидкая фаза: углеводородный

узла регенерации

Производство ПЭВП

конденсат,

сдувок

газовая фаза: углеводороды.

Рраб. = 1,98 МПа

Траб. = минус 35 °С

Ррасч. = 2,9 МПа

Трасч. = минус 52 / 80 °С

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный аппарат с

эллиптическими крышками и неподвижной

трубной решеткой.

Расчетная тепловая нагрузка - 148,8 кВт

Рабочая тепловая нагрузка - 124 кВт

Поверхность теплообмена - 25 м²

Первый теплооб-

Диаметр корпуса внутр. - 387,34 мм.

менник узла регене-

Производство ПЭВП

Межтрубное пространство:

рации сдувок

Среда - углеводородный газ

Рраб. = 1,98 МПа

Траб. вход / выход = минус 35,3 / 25,0 °С

Трубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Рраб. = 2,21 МПа

Траб. вход / выход = 36,5 / 24,2 °С

218

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Горизонтальный теплообменный аппарат

типа «труба в трубе».

Поверхность теплообмена - 2,29 м²

Диаметр наружной трубы (обечайки) -

114,3 мм

Диаметр внутренней трубы - 66,7 мм

Ррасч. = 0,9 МПа

Подогреватель от-

Трасч. = минус 39 / 325 °С

Производство ПЭВП

парного газа

Межтрубное пространство:

Среда - азот

Рраб. = 0,30 МПа

Траб. вход / выход = 5 / 80 °С

Трубное пространство:

Среда - пар НД

Рраб. = 0,37 МПа

Траб. вход / выход = 223 / 149 °С

Подогреватель сма-

Электрический нагреватель.

зочного масла

Производство ПЭВП

Мощность - 5-30 кВт

(встроенный)

Электрический нагреватель

Среда - этилен

Расчетная тепловая нагрузка - 5 кВт

Подогреватель

Рабочая тепловая нагрузка - 3 кВт

уплотнительного

Производство ПЭВП

Расход - 151,5 кг/ч

газа

Ррасч. = 4,2 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 52 / 80 °С

Рраб. вход / выход = 3,47 МПа

Траб. вход / выход = 5 / 36 °С

Вертикальный цилиндрический аппарат.

Реактор полимери-

Полимеризация эти-

Высота цилиндрической части 12000-

зации этилена

лена

26512 мм

D = 4420 мм, Dрасш.части = 7300-7316 мм

Реактора 1 и 2 сту-

Полимеризация эти-

Объем - 300-700 м³

пеней

лена

Питатель ротационного типа.

Ротационный пита-

Гомогенизация

Производительность - 7 т/час, N = 1,1 кВт,

тель

п = 1420 об/мин

219

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Роторный питатель лопастного типа.

Среда - газовая фаза: азот, твердая

фаза: порошок полиэтилена

Fраб. = 7,5-50 т/ч

Роторный питатель

Pраб. = 0,02-0,088 МПа

(Секторный пита-

Производство ПЭВП

Tраб. = 104-108 °С

тель)

Fрасч. = 7,5-52,5 т/ч

Pрасч. = 0,35 МПа

Tрасч. = минус 52 / 133 °С

Мощность двигателя - 1,1-11 кВт

Вертикальная емкость с эллиптиче-

ским днищем и крышкой.

V= 8,552 м³

D = 1600 мм

Сепаратор компрес-

Нцил. = 3720 мм

сора газа рецирку-

Производство ПЭВП

Среда - углеводородный газ

ляции

Рраб. = 0,009-0,021 МПа

Траб. = минус 10,3-33,6 °С

Ррасч. = 0,45 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 52 / 100 °С

Система пневмотранс-

порта работает по за-

мкнутому контуру и слу-

жит для следующих це-

лей:

- транспортировки по-

рошка полиэтилена из

дегазатора к колонне

Работа системы пневмотранспорта

Система пневмот-

отдувки;

при транспортировке из дегазатора в

ранспорта порошка

- рециркуляции порошка

колонну отдувки - непрерывный

полиэтилена через дега-

затор с использованием

азота НД очищенного;

- рециркуляции порошка

полиэтилена через ко-

лонну отдувки с исполь-

зованием азота

220

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Горизонтальный аппарат,

производительность - 20 т/ч

Диаметр шнека - 320 мм, количество

зон - 5

Число оборотов ротора - 500 об/мин

Смеситель непре-

Грануляция полиэтилена

Нагрев насыщенным паром - 25

рывного действия

кгс/см²

Охлаждение - водяное

Ррас./раб. = 0,98/0,59 Мпа

Мощность главного двигателя - 4400

кВт

Сушилка

Осушка полиэтилена

Объем - до 30 м³

Рраб. = 3,4 МПа

Ррасч. = 40 МПа

Траб. = 40 °С

Фильтр азота

Производство ПЭВП

Трасч. = минус 39 / 80 °С

Среда - азот

Степень фильтрации - 3 мкм

D = 355,6 мм

H = 705 мм

Фильтр газа на при-

Среда - пропилен

еме компрессора

Производство ПЭВП

Рраб. = 1,56 МПа

(Фильтр на всасе

Траб. = минус 52 - минус 40 °С

компрессора)

Ррасч. = 2 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 52 / 120 °С

D = 3200 мм

H = 864 мм

Среда - газовая фаза: азот, твердая

фаза: порошок полиэтилена

Рраб. = 0,020-0,069 МПа

Фильтр дегазатора

Производство ПЭВП

Траб. = окр. среда - 98 °С

Ррасч. = 0,45 МПа / полный вакуум

Трасч. = минус 39 / 98 °С

Эффективность очистки: 10 мкм.

99,98 %

221

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

D = 1650 мм

H = 420 мм

Среда - газовая фаза: азот, твердая

фаза: порошок полиэтилена

Фильтр колонны

Рраб. = 0,020-0,005 МПа

Производство ПЭВП

отдувки

Траб. = окр. среда - 104 °С

Ррасч. = 0,45 МПа

Трасч. = минус 39 / 104 °С

Эффективность очистки: 10 мкм.

99,98 %

D = 609 мм

H = 2284 мм

Среда - отпарной газ

Ррасч. = 2,9 МПа / полный вакуум

Фильтр мембраны

Производство ПЭВП

Трасч. = минус 52 / 80 °С

Рраб. = 1,95 МПа

Эффективность очистки - 1,0-0,3

мкм. 99 %

D = 1148 мм

H = 305 мм

Среда - газовая фаза: азот, твердая

фаза: порошок полиэтилена

Фильтр пускового

Рраб. = 0,004-0,050 МПа

Производство ПЭВП

силоса

Траб. = окр. среда - 104 °С

Ррасч. = 0,45 МПа

Трасч. = минус 52 / 130 °С

Эффективность очистки - 10 мкм.

99,98 %

Перед сбросом в атмо-

сферу сдувки проходят

очистку от твердых ча-

Фильтр сдувок с ка-

Вертикальный фильтр картриджного

стиц на фильтре и в мас-

тализатором

типа

ляном затворе, заполнен-

ном минеральным мас-

лом

222

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

D = 3000 мм

H = 9013 мм

Среда - газовая фаза: азот,

Фильтр системы

твердая фаза: порошок полиэтилена

пневмотранспорта

Рраб. = 0,005-0,015 МПа

порошка полиэти-

Производство ПЭВП

Траб. = 5-105 °С

лена

Ррасч. = минус 0,05/ 0,45 МПа

Трасч. = минус 39 / 133 °С

Эффективность очистки - 10 мкм.

99,98 %

Сдвоенный фильтр картриджного

типа.

L = 750 мм

W = 300 мм

Фильтр смазочного

Н = 660 мм

масла компрессора

Производство ПЭВП

Рраб. = 0,65 МПа

главного контура

Траб. = 35-55 °С

Ррасч. = 0,9 МПа

Трасч. = минус 39 / 80 °С

Среда - смазочное масло

Степень фильтрации - 10 мкм

D = 199 мм

Фильтр смазочного

H = 540 мм

масла на нагнетании

Рраб. = 1,87 МПа

винтового компрес-

Производство ПЭВП

Траб. = минус 10-80 °С

сора

Ррасч. = минус 0,1-2,5 МПа

Трасч. = минус 39 / 120 °С

Вертикальный сдвоенный фильтр.

Н = 391 мм

Фильтр этилена ос-

Рраб. = 2,77-3,48 МПа

новного сухого газо-

Траб. = минус 39 / 43 °С

вого уплотнения

Производство ПЭВП

Ррасч. = 4,2 МПа

компрессора глав-

Трасч. = минус 39-110 °С

ного контура

Среда - этилен

Эффективность фильтрации - 2 мкм.

99,5 %

223

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный ап-

парат с эллиптической крышкой и

плавающей трубной решеткой.

Тепловая нагрузка - 299,4 кВт

Поверхность теплообмена - 24,99 м²

Диаметр корпуса - 368 мм

Межтрубное пространство:

Холодильник на

Среда - оборотная вода

нагнетании воздухо-

Производство ПЭВП

Ррасч. = 1,0 МПа

дувки

Трасч. = минус 39 / 80 °С

Рраб. = 0,5 МПа

Траб. вход / выход = 25 / 35 °С

Трубное пространство:

Среда - азот

Ррасч. = 0,45 МПа

Трасч. = минус 39 / 220 °С

Рраб. = 0,23 МПа

Траб. вход / выход = 164 / 60 °С

Кожухотрубчатый одноходовой гори-

зонтальный теплообменный аппарат

с U-образными трубами и эллиптиче-

скими крышками.

Расчетная тепловая нагрузка -

1060,8 кВт

Рабочая тепловая нагрузка - 884 кВт

Поверхность теплообмена - 111 м²

Холодильник на

Диаметр корпуса внутр. - 650 мм

нагнетании компрес-

Производство ПЭВП

Ррасч. = 2,9 МПа / полный вакуум

сора газа рецирку-

Трасч. = минус 39 / 185 °С

ляции

Межтрубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Рраб. = 2,3 МПа

Траб. вход / выход = 139,2 / 34,9 °С

Трубное пространство:

Среда - оборотная вода

Рраб. = 0,57 МПа

Траб. вход /выход = 25 / 35 °С

224

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный ап-

парат с эллиптической крышкой и

плавающей трубной решеткой.

Тепловая нагрузка - 217,8 кВт

Поверхность теплообмена - 91,57 м²

Диаметр корпуса - 522 мм

Межтрубное пространство:

Холодильник на при-

Среда - оборотная вода

еме воздуходувки

Производство ПЭВП

Ррасч. = 1,0 МПа

(Охладитель всасы-

Трасч. = минус 39 / 80 °С

вания )

Рраб. = 0,5 МПа

Траб.вход / выход = 25 °С

Трубное пространство:

Среда - азот

Ррасч. = 0,45 МПа

Трасч. = минус 39 / 120 °С

Рраб. вход / выход = 0,005 МПа

Траб. вход / выход = 108 °С

Кожухотрубчатый двухходовой

горизонтальный теплообменный ап-

парат с эллиптическими крышками и

неподвижной трубной решеткой.

Расчетная тепловая нагрузка - 445

кВт

Рабочая тепловая нагрузка - 356 кВт

Поверхность теплообмена - 173 м²

Диаметр корпуса внутр. - 825 мм

Холодильник отхо-

Производство ПЭВП

Межтрубное пространство:

дящего газа

Среда - оборотная вода

Ррасч. = 1,0 МПа

Рраб. = 0,57 МПа

Траб. вход / выход = 25 °С / 32 °С

Трубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Ррасч. = 0,45 МПа / полный вакуум

Рраб. = 0,026 МПа

Траб. вход / выход = 74,6 / 35,0 °С

225

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный ап-

парат с эллиптическими крышками и

с U-образными трубами.

Расчетная тепловая нагрузка - 2188

кВт

Рабочая тепловая нагрузка - 1903

кВт

Холодильник первой

Поверхность теплообмена - 266 м²

ступени компрес-

Диаметр корпуса внутр. - 880 мм

Производство ПЭВП

сора газа рецирку-

Ррасч. = 1,0 МПа / полный вакуум

ляции

Трасч. = минус 39 / 185 °С

Межтрубное пространство:

Среда - углеводородный газ

Рраб. = 0,649 МПа

Траб. вход / выход = 150 / 30 °С

Трубное пространство:

Среда - оборотная вода

Рраб. = 0,57 МПа

Траб. вход / выход = 25 / 30 °С

Кожухотрубчатый одноходовой

горизонтальный теплообменный ап-

парат со съемной крышкой и плаваю-

щей трубной решеткой.

Тепловая нагрузка - 44 кВт

Поверхность теплообмена - 10,078

Холодильник сма-

м²

зочного масла ком-

Ррасч. = 1,0 МПа

прессора главного

Производство ПЭВП

Трасч. = минус 52 / 80 °С

контура

Межтрубное пространство:

(охладитель смазоч-

Среда - минеральное масло

ного масла)

Рраб. = 0,7 МПа

Траб. вход / выход = 60 / 43 °С

Трубное пространство:

Среда - оборотная вода

Рраб. = 0,57 МПа

Траб. вход / выход = 20,00-31,82 °С

Циклон сдувок с ка-

отделение и осаждение

Вертикальный аппарат с коническим

тализатором

твердых частиц

днищем

Циклон сдувок с по-

отделение и осаждение

Вертикальная емкость с коническим

рошком полиэти-

твердых частиц

днищем

лена

226

Продолжение таблицы 4.15

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Кожухотрубчатый горизонтальный

теплообменный аппарат с эллиптиче-

скими крышками и неподвижной труб-

ной решеткой (BEM).

Тепловая нагрузка - 156,389 кВт

Поверхность теплообмена - 11,872

м²

Диаметр корпуса внутр. - 581 мм

Ррасч. = 2,0 МПа / полный вакуум

Экономайзер пропи-

Производство ПЭВП

Трасч. = минус 52 / 120 °С

лена

Межтрубное пространство:

Среда - пропилен

Рраб. = 0,475 МПа

Траб. = минус 7 °С

Трубное пространство:

Среда - пропилен

Рраб. = 1,66 МПа

Траб. вход / выход = минус 40 / минус

2 °С

Двухшнековый; диаметр шнека -

Экструдер

Компаундирование

250-320 мм; нагрев - электрический;

охлаждение - водяное

Таблица

4.16 - Перечень природоохранного оборудования производства ПЭВП по

газофазной технологии

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики

Фильтр патронного типа.

Среда - сдувки вакуумной очистки

Продувочный газ - воздух

Размер ячейки фильтра - 2 мкм

Фильтр системы

Степень очистки - 99,9 %

вакуумной очистки

Вакуумная очистка

Pрасч. = 1 МПа / полный вакуум

Tрасч. = 93 ˚С

Pраб. = минус 0,045 МПа

Tраб. = 5 / 38 ˚С

Fрасч. = 1100 м³/ч

Fраб. = 690 нм³/ч

227

4.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиэтилена по газофазной технологии приведены в таблице 4.17.

Таблица 4.17 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

полиэтилена по газофазной технологии

Единицы

Расход на 1 т продукции

Наименование

измерения

Минимальный

Максимальный

Этилен

кг/т

933

1194

Этилен + сумма сомономеров

кг/т

1021

1305

Электроэнергия

кВт·ч/т

160,0

723,4

Теплоэнергия

Гкал/т

0,11

0,42

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, по-

ставляемым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей

не учтены

Характеристика выбросов, сбросов, отходов, образующихся при производстве по-

лиэтилена по газофазной технологии, приведена в таблицах 4.18-4.20.

Таблица 4.18 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве поли-

этилена по газофазной технологии

Масса выбросов загрязняющих веществ по-

Метод очистки,

сле очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Азота диоксид

0,0012

0,093

0,047

Азота оксид

0,00021

0,016

0,0077

Углерода оксид

0,93

0,43

Этилен

3,33

0,70

Углеводороды

пре-

дельные C1-C-5 (ис-

0,040

0,12

0,067

ключая метан)

Углеводороды

пре-

0,022

0,0071

дельные C6-C10

Бутилен

0,011

0,053

0,025

Ацетадьдегид

0,00018

В периметр технологии не включены источники выбросов от парков хранения исходного сырья,

готовой продукции, эстакад и факельных систем

228

Таблица 4.20 - Отходы, образующиеся при производстве полиэтилена по газофазной технологии

Масса образующихся отходов произ-

Способ утилизации,

водства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максималь-

значение

ное значение

Замена сорбентов при потере

Адсорбент на основе оксида

потребительских свойств при

Передается в сторон-

алюминия, отработанный при

III

0,0033

0,52

0,26

производстве полипропилена,

нюю организацию

осушке газа

полиэтилена

Пропарка фильтра фильтра-

Водяной конденсат пропарки

ции хромоцена пароводяной

оборудования фильтрации

смесью для дезактивации

Утилизация

0,067

0,095

0,085

хромоцена

остатков хромоцена и удале-

ния углеводородов

Глинозем активированный,

Размещение на объ-

отработанный при осушке

Производство ПЭВП

екте размещения отхо-

0,0076

воздуха и газов, не загрязнен-

дов по договору

ный опасными веществами

Изделия керамические произ-

водственного назначения,

Утилизация

0,011

утратившие потребительские

свойства, малоопасные

Изделия производственного

Размещение на объ-

назначения из глинозема,

екте размещения отхо-

0,013

утратившие потребительские

дов по договору

свойства, малоопасные

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Изопентан отработанный при

получении катализатора на

Удаление растворителей из

основе оксида кремния, со-

III

смесителя в процессе полу-

Утилизация

0,0038

держащего силилхромат и ок-

чения катализатора

сид алюминия

Катализатор на алюмосили-

Замена катализатора при

катной основе с содержание

Передается в сторон-

III

очистке водорода от СО, СО2

0,010

никеля не более 35,0 % отра-

нюю организацию

и О2 в колонне-метанизаторе

ботанный

Катализатор на основе ок-

сида алюминия активного со-

Замена катализатора в узле

Передается в сторон-

III

0,12

держащий палладий отрабо-

очистки азота

нюю организацию

танный

Передача другим

Катализатор на основе ок-

предприятиям для ис-

сида алюминия с содержа-

Выгрузка катализаторов на

III

пользования, перера-

0,093

0,11

0,097

нием хрома менее 27,0 % от-

стадии полимеризации

ботки или обезврежи-

работанный

вания

Передача другим

Катализатор на основе ок-

Выгрузка катализатора из ап-

предприятиям для ис-

сида алюминия с содержа-

III

парата для удаления серы из

пользования, перера-

0,019

0,022

0,012

нием цинка менее 70,0 % от-

этилена

ботки или обезврежи-

работанный

вания

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Замена катализатора при

Катализатор на основе ок-

снижении или потере катали-

Передается в сторон-

сида алюминия, содержащий

III

тической активности при

0,35

нюю организацию

серебро, отработанный

окислении этилена кислоро-

дом

Катализатор на основе окси-

Производство пластмасс и

дов кремния и алюминия от-

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0049

0,0076

0,0062

работанный закоксованный

ных формах

Катализатор цинкмедный от-

Замена катализатора при

Передается в сторон-

III

0,034

работанный

производстве полиэтилена

нюю организацию

Замена катализатора при

снижении или потере катали-

тической активности при

очистке от оксида углерода и

Катализатор цинкмедный, со-

следов карбонилсульфида на

Передается в сторон-

держащий серебро, платину,

III

узле дополнительной очистки

0,080

нюю организацию

палладий, отработанный

этилена в производстве ли-

нейных альфа-олефинов,

очистка этилена от углерода

окисда в производстве поли-

этилена

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Передача другим

Осадок при выделении филь-

Производство силилхромата

предприятиям для ис-

трацией силилхромата из ре-

(остаток с фильтра после

пользования, перера-

0,0015

0,0017

0,0016

акционной массы на фильтре

зерновой фильтрации c

ботки или обезврежи-

бумажном

фильтровальной бумагой)

вания

Передача другим

Осадок при выделении филь-

Производство хромоцена 5 %

предприятиям для ис-

трацией хромоцена из реак-

(осадок с фильтра от про-

III

пользования, перера-

0,0049

0,0055

0,0052

ционной массы на бумажном

мывки реактора с фильтро-

ботки или обезврежи-

фильтре

вальной бумагой)

вания

Осадок при отстое сточных

вод производств полиэтилена

и полипропилена, содержащий

После чистки бассейна-от-

III

Захоронение

0,20

преимущественно соединения

стойника

кальция, алюминия и парафи-

новые углеводороды

Утилизация / разме-

Отходы минеральных масел

Процесс замены масла в си-

щение на объекте раз-

III

0,0074

0,037

0,017

индустриальных

стемах смазочного масла

мещения отходов по

договору

Утилизация / разме-

Отходы минеральтных масел

Процесс замены масла в ко-

щение на объекте раз-

III

0,0010

0,061

0,021

компрессоргных

лонне крекинга

мещения отходов по

договору

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Отходы пленки полиэтилена

Производство пластмасс и

и изделий из нее незагряз-

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0067

ненные

ных формах

Производство пластмасс и

Отходы полиэтиленовой

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,00038

0,0034

0,0011

тары незагрязненной

ных формах

Отходы промывки белым ми-

неральным маслом оборудо-

вания производств полиэти-

Промывка трубопроводов и

Передается в сторон-

III

1,00

лена и полипропилена, со-

оборудования

нюю организацию

держащие алкоголяты алю-

миния

Производство пластмасс и

Отходы прочих минеральных

III

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0073

масел

ных формах

Производство пластмасс и

Отходы прочих синтетиче-

III

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0048

ских масел

ных формах

Отходы прочих теплоизоля-

Производство пластмасс и

ционных материалов на ос-

синтетических смол в первич-

Размещение

0,0010

0,040

0,020

нове минерального волокна

ных формах

незагрязненные

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Отходы растворителей на ос-

Регламентная промывка обо-

нове толуола и тетрагидро-

III

рудования при синтезе хро-

Утилизация

0,0082

фурона при промывке обору-

моцена

дования синтеза хромоцена

Отходы сжигания продуктов

полимеризации этилена при

Сжигание отпаренного поли-

пропарке и зачистке оборудо-

мера производства альфа-бу-

Размещение

0,0036

вания процесса димеризации

тилена

этилена в производстве

альфа бутилена

Производство пластмасс и

Отходы упаковочного картона

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0037

незагрязненные

ных формах

Песок, загрязненный нефтью

Производство пластмасс и

или нефтепродуктами (содер-

синтетических смол в первич-

Размещение

0,0014

жание нефти или нефтепро-

ных формах

дуктов менее 15 %)

Продукты полимеризации

Передача другим

этилена при пропарке и за-

предприятиям для ис-

чистке оборудования про-

Зачистка от полимера диме-

пользования, перера-

0,0035

0,053

0,030

цесса димеризации этилена в

ризатора

ботки или обезврежи-

производстве альфа-бути-

вания

лена

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Просыпи полипропилена и

Размещение на объ-

полиэтилена в производстве

Производство ПЭВП

екте размещения от-

0,0023

изделий из них

ходов по договору

Пыль (порошок) от шлифова-

Производство пластмасс и

ния черных металлов с со-

синтетических смол в первич-

Размещение

0,00062

держанием металла 50 % и

ных формах

более

Влажная крошка техниче-

Пыль технического углерода

Передача другим

ского углерода, гранулы по-

при газоочистке пересыпки и

предприятиям для ис-

лиэтилена, некондиционные

перемещения технического

пользования, перера-

0,024

0,027

0,025

гранулы, потери на пробы,

углерода (отходы техниче-

ботки или обезврежи-

пересыпка и перемещения

ского углерода - сажи)

вания

технического углерода

Удаление смеси растворите-

Растворители на основе то-

лей из емкости при получе-

луола и изопентана, отрабо-

нии катализатора на основе

танные при получении ката-

III

хромоцена и оксида кремния,

Утилизация

0,024

лизатора на основе кремния

используемого для проведе-

содержащего хромоцен

ния реакции полимеризации

этилена

Размещение на объ-

Сорбент на основе оксида

III

Производство ПЭВП

екте размещения от-

0,23

цинка отработанный

ходов по договору

Продолжение таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Сорбент на основе оксидов

кремния, бария и алюминия

III

Замена сорбентов

Захоронение

0,014

отработанный

Тара деревянная, утратив-

Производство пластмасс и

шая потребительские свой-

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,025

ства, незагрязненная

ных формах

Тара из черных металлов, за-

Производство пластмасс и

грязненная нефтепродуктами

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,0031

(содержание нефтепродуктов

ных формах

менее 15 %)

Ткань фильтровальная из

полимерных волокон, за-

Размещение на объ-

грязненная нераствори-

Производство ПЭВП

екте размещения от-

0,0044

мыми или малораствори-

ходов по договору

мыми минеральными ве-

ществами

Ткани фильтровальные из

разнородных материалов в

Производство пластмасс и

смеси, загрязненные нерас-

синтетических смол в первич-

Утилизация

0,00057

творимыми или малораство-

ных формах

римыми минеральными ве-

ществами

Окончание таблицы 4.20

Масса образующихся отходов производ-

Способ утилизации,

ства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Наименование

Источник образования

обезвреживания, раз-

Диапазон

опасности

Среднее

мещения

Минимальное

Максимальное

значение

Уголь активированный отра-

Очистка от загрязнения окси-

Передача другим

ботанный, загрязненный ок-

дами железа и нефтепродук-

предприятиям для ис-

сидами железа и нефтепро-

тами с утратой потребитель-

пользования, перера-

0,0095

0,011

0,0099

дуктами (суммарное содер-

ских свойств в связи со сни-

ботки или обезврежи-

жание менее 15 %)

жением сорбционной емкости

вания

Фильтры волокнистые из по-

Утилизация / разме-

лимерных материалов, за-

Производство пластмасс и

щение на объекте раз-

грязненные преимуще-

синтетических смол в первич-

0,033

мещения отходов по

ственно полиэтиленом в пы-

ных формах

договору

левой форме

Передача другим

Цеолит отработанный при

Выгрузка молекулярных сит

предприятиям для ис-

осушке воздуха и газов, не

из осушителей на стадии

пользования, перера-

0,095

0,11

0,099

загрязненный опасными ве-

осушки этилена, азота, из

ботки или обезврежи-

ществами

осушителей сомономеров

вания

Регламентная замена моле-

Цеолит отработанный при

кулярных сит процесса

осушке газов в том числе уг-

осушки

Размещение

0,0043

леводородных

углеводородов, азота, водо-

рода

4.3 Полиэтилен, получаемый по жидкофазной (суспензионной)

технологии в среде инертного растворителя

Суспензионной полимеризацией называют полимеризацию, протекающую в кап-

лях мономера, диспергированного в жидкой среде. Основными компонентами суспензи-

онной полимеризации являются: мономер, инициатор, стабилизатор и дисперсионная

среда. Необходимым фактором для осуществления процесса является интенсивное пе-

ремешивание.

4.3.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Технологический процесс полимеризации с получением полиэтилена высокой

плотности осуществляется в суспензионном контуре в двухреакторной системе в среде

легкого разбавителя - изобутана с использованием хромового катализатора или ката-

лизатора Циглера.

Данный процесс реализуется в бимодальном и мономодальном режимах с ис-

пользованием катализатора Циглера, в мономодальном режиме с использованием хро-

мового катализатора.

В основе суспензионной технологии лежит применение эффективного и надеж-

ного петлевого реактора, который обеспечивает возможность организации реакции по-

лимеризации, теплообмена и рециркуляции посредством одной единицы оборудования.

В процессе полимеризации в суспензионном петлевом реакторе частицы поли-

мера образуются в среде легкого углеводородсодержащего разбавителя (изобутана),

который содержит смесь этилена, водорода и сомономеров.

На вход реакторов полимеризации поступают:

- этилен и водород с границы установки;

- тяжелая фракция восстановленного разбавителя (содержащая сомономеры

гексен-1 или бутен-1) и легкая фракция восстановленного разбавителя из сектора сепа-

рации и регенерации разбавителя;

- сокатализатор от узла выгрузки и подачи сокатализатора;

- катализатор из системы подачи катализатора.

На линии подачи этилена в каждый реактор расход этилена контролируется и ре-

гулируется по заданному количеству с корректировкой по данным автоматического ана-

лизатора - содержанию этилена в суспензии реактора или соотношению компонентов в

реакционной смеси (для бимодального режима).

На входе линии подачи водорода в реакторы расход водорода контролируется и

регулируется по заданному значению с корректировкой по данным автоматического ана-

лизатора - соотношению водорода и этилена в суспензии реактора.

Легкая фракция и тяжелая фракция регенерированного разбавителя насосом по-

дается в реакторы полимеризации. Расходы потоков контролируются с сигнализацией

минимального значения и регулируются по заданному количеству с корректировкой по

содержанию твердых компонентов в реакционной суспензии.

В поток тяжелой фракции предусмотрена подача дозировочным насосом добавок

для полимеризации.

239

Катализатор (суспензия хромового катализатора или катализатора Циглера в изо-

бутане) подается в реакторы полимеризации насосами из системы подготовки катализа-

тора.

Сокатализатор (ТЭАЛ или ТЭБ) поступает в реакторы полимеризации из системы

выгрузки сокатализатора посредством насосов. На линиях подачи расход потока соката-

лизатора контролируется с сигнализацией минимального значения и регулируется по

заданному количеству.

Реакция протекает в среде изобутанового разбавителя. Полимеризация осу-

ществляется при температуре 70°C-110 °C и давлении 2,5-4,0 МПа.

Мономеры растворяются в разбавителе. Катализаторы, сокатализаторы и до-

бавки также подаются в реакторы в жидкой фазе. Мономеры контактируют с катализато-

ром в среде разбавителя с образованием порошкообразного полимера.

Реакторы работают по принципу суспензионного контура. Реакторы петлевого

типа имеют относительно небольшой диаметр и большую длину. Концы трубы соеди-

нены друг с другом, образуя реакционный контур большой протяженности, в котором

постоянная циркуляция поддерживается при помощи насосов, встроенных в реакцион-

ный контур.

Реакция полимеризации сопровождается выделением значительного количества

тепла, которое с высокой эффективностью переносится разбавителем к стенкам реак-

тора. Отвод тепла через стенки ректоров и поддержание заданной температуры реакции

осуществляется подачей охлаждающей деминерализованной воды в рубашку реакто-

ров.

Для подавления реакции полимеризации в аварийной ситуации предусматрива-

ется подача газа, содержащего до 20 % СО и до 80 % N₂, из баллонов, находящихся под

давлением 20 МПа.

В бимодальном режиме суспензия из первого реактора поступает в гидроциклон

системы промежуточной очистки. Реакционная смесь из верхней части гидроциклона

насосом возвращается в реактор. Реакционная суспензия из нижней части гидроциклона

направляется в емкость промежуточной очистки.

Пройдя промежуточную очистку, суспензия насосом подается во второй реактор

(в бимодальном режиме).

Суспензия из второго реактора поступает в гидроциклоны узла концентрирования

суспензии. Реакционная смесь из верхней части гидроциклонов рециркулирует во вто-

рой реактор с помощью насосов. Суспензия из нижней части гидроциклонов поступает в

подогреватели суспензии.

Для аварийного опорожнения реакторов полимеризации предусмотрена специ-

альная емкость аварийной выгрузки. Объем емкости рассчитан на одновременный

прием аварийных сбросов их двух реакторов полимеризации. Управление аварийным

опорожнением осуществляется с помощью дистанционной арматуры, установленной на

линиях сброса.

Парогазовые выбросы из аварийной емкости направляются в коллектор факель-

ной системы.

Для защиты от аварийного превышения давления все оборудование узла полиме-

ризации оснащено предохранительными клапанами. Аварийные сбросы давления от

предохранительных клапанов направляются в емкость аварийной выгрузки реакторов, а

затем газовые выбросы из емкости поступают в коллектор факельной системы.

240

В мономодальном режиме для реакции полимеризации используются как хромо-

вый катализатор, так и катализатор Циглера. Катализатор вводится в первый реактор.

Для некоторых марок готового продукта катализатор вводится в оба реактора одновре-

менно.

Качество продукта достигается посредством регулировки определенных парамет-

ров процесса полимеризации:

- управление плотностью ПЭВП достигается за счет изменения концентрации со-

мономера в реакционной суспензии вне зависимости от используемого типа катализа-

тора;

- для достижения необходимого индекса расплава, в случае использования хро-

мового катализатора, производится регулирование температуры реакционной смеси, в

случае использования катализатора Циглера производится регулирование концентра-

ции водорода;

- управление скоростью образования твердых частиц и, соответственно, време-

нем пребывания реакционной смеси в реакторе осуществляется за счет регулирования

соотношения разбавителя к мономерному сырью в каждом реакторе;

- управление температурой в реакторе полимеризации осуществляется посред-

ством регулировки расхода и температуры охлаждающего агента (деминерализованной

воды), подаваемого в рубашку каждого реактора;

- поддержание заданного давления в реакторе осуществляется c помощью регу-

лирующих клапанов, установленных на линиях выхода реакционной смеси из реактора.

Управление рабочими условиями каждого реактора производится в соответствии

с выпускаемой маркой полимера. В каждом реакторе осуществляется независимое ре-

гулирование состава (мономер, сомономер, водород), содержания твердых веществ и

температуры.

Для мономодального режима работы параметры технологического процесса ана-

логичны для каждого реактора. В бимодальном режиме параметры технологического

процесса значительно различаются для обоих реакторов.

При работе в мономодальном режиме узел промежуточной обработки реакцион-

ной суспензии не задействован. При работе в бимодальной конфигурации узел проме-

жуточной обработки реакционной смеси задействован.

Технология производства ПЭВП по суспензионной технологии представлена на

рисунке 4.7.

241

Рисунок 4.7 - Производство ПЭВП по жидкофазной (суспензионной)

технологии в среде инертного растворителя

В жидкофазной технологии полимер растворен в фазе растворителя / сомоно-

мера. Более высокие α-олефины хорошо смешиваются с углеводородным растворите-

лем (обычно C6-C9); применение в качестве сополимера бутена-1 может привести к

необходимости повышения рабочего давления, чтобы обеспечить однофазные условия.

Жидкофазный процесс очень гибок в отношении плотности полимера. Как правило, жид-

кофазные реакторы работают в адиабатических условиях, но с возможностью включе-

ния в систему реактора циркуляционных охладителей. Использование охладителей спо-

собно улучшить соотношение между полимером и растворителем в выходящем из рек-

тора потоке и таким образом уменьшить энергозатраты на испарение фракции раство-

рителя. Достигаемое соотношение между полимером и растворителем может ограничи-

ваться максимальной рабочей температурой каталитической системы, возможностью

242

теплоотвода и максимально допустимой вязкостью. Вязкость среды не должна нега-

тивно сказываться на смешении в реакторе и/или теплообменной способности.

Описание технологического процесса приведено в таблице 4.21, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 4.22.

Таблица 4.21 - Описание технологического процесса производства полиэтилена, по-

лучаемого по жидкофазной (суспензионной) технологии в среде инертного растворителя

Выходной поток

Природо-

Основные,

Основное

Входной

Стадия технологи-

охранное

побочные и

технологическое

Эмис-

поток

ческого процесса

оборудова-

промежу-

оборудование

сии

ние

точные про-

дукты

3.1

3.2

Воздушный хо-

лодильник воз-

духа псевдо-

ожи-жения,

Хромовый

Неактивированный

эжектор за-

Активация хромо-

катализатор

хромовый катали-

грузки, подо-

вого катализатора

(активиро-

затор

греватель акти-

ванный)

ватора, осуши-

тель воздуха,

воздуходувка

активатора

Хромовый

Хромовый катали-

Подготовка и по-

катализатор

Фильтр, сепа-

затор (активиро-

дача хромового

(активиро-

ратор

ванный)

катализатора

ванный)

Гомогенизатор

катализатора

Подготовка и по-

Катализатор Циг-

Катализатор

Циглера,

дача катализа-

лера

Циглера

фильтр, сепа-

тора Циглера МТ

ратор

243

Окончание таблицы 4.21

Выходной поток

Природо-

Основные,

Основное

Входной

Стадия технологи-

охранное

побочные и

технологическое

Эмис-

поток

ческого процесса

оборудова-

промежу-

оборудование

сии

ние

точные про-

дукты

3.1

3.2

ТЭАЛ (чи-

ТЭАЛ (чистый)

стый) либо

Выгрузка и по-

либо ТЭБ (25 %-

ТЭБ (25 %-

дача сокатализа-

ная суспензия в

ная суспен-

тора

гексане)

зия в гек-

сане)

Полиэтилен

высокой

Реакторы по-

Этилен

Полимеризация

плотности

лимеризации

(ПЭВП)

Промежуточная

Гидроциклон,

ПЭВП

обработка и кон-

ПЭВП

скрубберы

центрирование

ПЭВП

Гидроциклоны,

Нагревание и кон-

подогреватели

центрирование

ПЭВП

суспензии, па-

суспензии

роохладитель

ПЭВП

Сепараторы,

Сепарация и дега-

циклоны, дега-

зация порошка

ПЭВП

заторы, филь-

ПЭВП

тры

Легкие и тя-

Скрубберы,

Сепарация и реге-

желые

конденсаторы,

Разбавитель

нерация разбави-

фракции,

сепараторы,

теля

обеднённый

холодильники,

изобутан

ребойлеры

Гранулиро-

Порошок ПЭВП

Грануляция

ванный

ПЭВП

244

Таблица 4.22 - Перечень основного технологического оборудования производства по-

лиэтилена, получаемого по жидкофазной (суспензионной) технологии в среде инертного

растворителя

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Вертикальный аппарат

Vномин. = 1,083 м³

Dвнутр. = 400 мм

Производство ПЭ по жид-

Адсорбер

Hцил. = 8540 мм

кофазной (суспензионной)

очистки изобу-

Hадсорб. = 7640 мм

технологии в среде инерт-

тана от серы

Pрасч. = 1,7МПа

ного растворителя

Трасч. = минус 39 / 80 °С

Pраб. = 0,55 МПа

Траб. = 20 / 38 °С

Фильтр картриджного типа

Среда - воздух, азот, углеводороды, ча-

стицы катализатора

L = 2 311 мм

D = 691 мм

Производство ПЭ по жид-

Перепад давл. - до 0,00002 МПа

Внешний

кофазной (суспензионной)

Pрасч.= 0,035 МПа

фильтр актива-

технологии в среде инерт-

Трасч. = минус 52 / 200 °С

тора

ного растворителя

Траб. = минус 39 / 200 °С

Pраб.= 0,01 МПа

Фильтрующий элемент

L = 610 мм

D = 292 мм

Фильтрующий слой - стекловолокно

Вертикальный аппарат

Среда - азот, катализатор, воздух

Н = 1 396 мм

D = 984,2 мм

Производство ПЭ по жид-

Внутренний

D = 54 мм

кофазной (суспензионной)

фильтр актива-

Н = 1 000 мм

технологии в среде инерт-

тора

Pрасч.= 0,035 МПа

ного растворителя

Трасч. = минус 39 / 920 °С

Перепад давления, МПа - 0,0014 (чи-

стый) / 0,007 (забитый)

Траб. = минус 39 / 920 °С

245

Продолжение таблицы 4.22

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Тип - центробежная

Расход раб. = 4 700-13 600 кг/ч

Производство ПЭ по жид-

Расход расч. = 21 931 кг/ч

кофазной (суспензионной)

Воздуходувка

Напор - 7335 Па

технологии в среде инерт-

Трасч. = минус 52 / 40 °С

ного растворителя

Траб. = 5-40 °С

Мощность двигателя = 45 кВт

Диаметр обечайки - 824 мм

Диаметр труб - 19,45 мм

Длина труб - 2016 мм

Количество труб - 566

Поверхность теплообмена: F = 103 м²

Производство ПЭ по жид-

Ррасч (межтр. пр-во) = 0,77 / 0,101 МПа

Входной холо-

кофазной (суспензионной)

Трасч. (межтр. пр-во) = 150 °С

дильник газо-

технологии в среде инерт-

Твх / вых (межтр. пр.-во) = 100-40 °С

дувки

ного растворителя

Рраб. (межтр. пр-во) = 0,025 МПа

Трубное пространство - оборотная вода

Ррасч (тр. пр-во) = 1,0 /0,101 МПа

Трасч. (тр. пр-во) = 150 °С

Твх / вых (труб. пр.-во) = 25-31 °С

Рраб. (труб. пр-во) = 0,59 МПа

Горизонтальный кожухотрубчатый тепло-

обменник

Диаметр обечайки - 467 мм

Диаметр труб - 19,05 мм

Длина труб - 2742 мм

Количество труб - 276

Поверхность теплообмена: F = 44,33 м²

Межтрубное пространство - вода

Производство ПЭ по жид-

Входной холо-

Ррасч (межтр. пр-во) = 0 /1,0 МПа

кофазной (суспензионной)

дильник ком-

Трасч. (межтр. пр-во) = минус 39 / 80 °С

технологии в среде инерт-

прессора

Рраб. (межтр. пр-во) = 0,5 МПа

ного растворителя

Твх / вых (межтр. пр.-во) = 25 - минус 39

°С

Трубное пространство - азот.

Ррасч (тр. пр-во) = ПВ / 0,28 МПа

Трасч. (тр. пр-во) = минус 39-120 °С

Твх / вых (труб. пр.-во) = 95 - минус

39 °С

Рраб. (труб. пр-во) = 0,005 МПа

246

Продолжение таблицы 4.22

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Горизонтальный кожухотрубчатый тепло-

обменник

Диаметр обечайки - 416 мм

Диаметр труб - 19,05 мм

Длина труб - 2592 мм

Количество труб - 181

Производство ПЭ по жид-

Выходной холо-

Поверхность теплообмена: F = 27,74 м²

кофазной (суспензионной)

дильник ком-

Межтрубное пространство - вода

технологии в среде инерт-

прессора

Ррасч. (межтр. пр-во) = 1,0 МПа

ного растворителя

Трасч. (межтр. пр-во) = минус 39-80 °С

Рраб. (межтр. пр-во) = 0,5 МПа

Трубное пространство - азот

Ррасч (тр. пр-во) = 0,28 МПа

Трасч. (тр. пр-во) = минус 39 / 200 °С

Рраб. (труб. пр-во) = 0,187 МПа

Вертикальная емкость

Среда - суспензия ПЭ в изобутане.

V = 0,384 м³

Производство ПЭ по жид-

Dцилиндр. части (внутр.) = 508 мм

кофазной (суспензионной)

Гидроциклон

Hполн. = 3 977 мм

технологии в среде инерт-

Pрасч. = 7,5 МПа

ного растворителя

Трасч. = минус 39 / 200 °С

Траб. = 70-105 °С

Рраб. = 3,1-4,2 МПа

Вертикальная емкость

Среда - суспензия ПЭ

V = 0,145 м³

Производство ПЭ по жид-

Гидроциклон

Dцилиндр. части (внутр.) = 343 мм

кофазной (суспензионной)

промежуточной

Hполн. = 2761 мм

технологии в среде инерт-

очистки

Pрасч. = 7,5 МПа / 0,101

ного растворителя

Трасч. =минус 39 / 200 °С

Траб. = 80-105 °С

Рраб. = 4,3 МПа

Габаритные размеры:

Производство ПЭ по жид-

W = 1 725 мм

Гомогенизатор

кофазной (суспензионной)

H = 2 433 мм

катализатора

технологии в среде инерт-

L = 2 120 мм

Циглера

ного растворителя

Траб. = 5-40 °С

Мощность - 5,5 кВт

247

Продолжение таблицы 4.22

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Тип - встраиваемая в воздуховод

Габариты 460 х 500 мм

Производство ПЭ по

Мощность = 1400 кВт

жидкофазной (суспен-

Горелка актива-

Расход природного газа расч. = 114 кг/ч

зионной) технологии в

тора

Ррасч. = 1,35 МПа

среде инертного рас-

Трасч. = минус 52 / 80 °С

творителя

Расход природного газа (раб.) = 26-88 кг/ч

Рраб. = 0,63 / 1,12 МПа

Вертикальная емкость

Среда - порошок ПЭ

Vполезн. = 3 76,9 м³

Dверх. цилиндр. части (внутр.) = 5 000 мм

Dнижн. цилиндр. части (внутр.) = 3 500 мм

Hверх. цилиндр. части = 13 098 мм

Производство ПЭ по

Hнижн. цилиндр. части = 5 800 мм

жидкофазной (суспен-

Со стороны сосуда:

Дегазатор

зионной) технологии в

Трасч. = минус 52 / 185 °С

среде инертного рас-

Pрасч. = 0,40 МПа / ПВ

творителя

Траб. = 85,6 / 88,9 °С

Рраб. = 0,035 МПа

Со стороны рубашки: среда - пар

Трасч. = минус 52 / 185 °С

Pрасч. = 0,38 МПа / ПВ

Траб. = 120 °С

Рраб. = 0,1 МПа

Дегазатор состоит из верхней части - ко-

лонны и кубовой части

Vобщ. = 3,6 м³

Колонна:

Dвнутр. = (482,6±1 %) мм

Hверх. = 6 551 мм

Производство ПЭ по

Высота слоя насадки - 4050 мм (кольца

жидкофазной (суспен-

Дегазатор изо-

Палля)

зионной) технологии в

бутана

Кубовая часть:

среде инертного рас-

Vобщ. = 3,6 м³

творителя

D = 1 110 мм

L = 1900 мм

Pрасч. = 1,7 МПа

Трасч. = минус 39 / 180 °С

Рраб. = 0,5 МПа

Траб. = 42-45 °С

248

Продолжение таблицы 4.22

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Фильтр патронного типа

Среда - углеводороды, порошок полиэти-

лена, примеси сокатализатора

Корпус:

Vемк. = 0,156 м³

Dемк. = 330 мм

Испаритель

Н полн. = 2 405 мм

пробы (первого/

Производство ПЭ по

Pраб. = 0,035-0,2 МПа

второго) реак-

жидкофазной (суспен-

Tраб. = 43-50 ˚С

тора

зионной) технологии в

Tрасч. = минус 39 / 200 ˚С

(фильтр испари-

среде инертного рас-

Pрасч.= 1,35 МПа

тель пробы пер-

творителя

Рубашка:

вого реактора)

Среда - горячая вода

Vкожуха = 0,11 м³

Dкожух = 480 мм

Pраб. = 0,3 МПа

Tраб. = 95 ˚С

Tрасч. = минус 39 / 200 ˚С

Pрасч.= 0,65 / ПВ МПа

Винтовой компрессор

Среда - азот

Производительность - 9850 м³/ч

Производство ПЭ по

Ррасч. = минус 0,1 / 0,3 МПа

Компрессор си-

жидкофазной (суспен-

Трасч. = минус 39 / 250 °С

стемы пневмот-

зионной) технологии в

Рвсас. = 0,0981 МПа

ранспорта по-

среде инертного рас-

Рнагн. = 0,2481 МПа

рошка

творителя

Твсас. = 40 °С

Тнагн. = 164 °С

Уплотнение вала - угольное лабиринтное

Мощность электродвигателя - 460 кВт

249

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИМЕРОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ (ИТС 32-2022) - часть 3