Vysokohustotní polyethylen (HDPE)

Díky vysoké krystalinitě je vysokohustotní polyethylen nejvíce tvrdý a nejméně ohebný mezi různými typy polyethylenů. HDPE má v molekule minimum postranních řetězců. Proto je hustota vždy vyšší než 940 kg/m3. Tuhý a poněkud tvrdý charakter je užitečný pro širokou řadu aplikací. Obrázek ukazuje téměř lineární molekulární strukturu vysokohustotního polyethylenu.

Molekulární struktura HDPE.
Molekulární struktura HDPE.

V souladu s distribucí molární hmotnosti jsou rozlišovány dva hlavní typy HDPE. Typ 1, který má úzký pás distribuce molární hmotnosti, je používán k výrobě například přepravek pro ovoce, zeleninu nebo nápoje. Typ 2, který má širší pás distribuce molární hmotnosti, může být použit pro výrobu netransparentních lahví, kontejnerů a potrubí.

Distribuce molekulové hmotnosti HDPE.
Distribuce molekulové hmotnosti HDPE.

Existují dva hlavní typy procesů, které se používají pro výrobu vysokohustotního polyethylenu (HDPE), jak typu 1 (úzký pás rozložení molekulových hmotností), tak typu 2 (široký pás rozložení molekulových hmotností). HDPE lze vyrábět těmito procesy:

  • Výrobou v suspenzi
  • Výrobou v plynné fázi

HDPE procesy obvykle používají buď Zieglerův typ katalyzátoru (založen na titanu) nebo Phillipsův typ (založen na chrómu):



Tyto látky jsou naneseny na nasiči, kterým je silika o velikosti částic cca 0,1 mm s povrchem kolem 250 m2/g. Katalytické komponenty se na nosič nanášejí sorpcí z roztoků v uhlovodíkovém rozpouštědle, především v pentanu. Po skončené sorpci se rozpouštědlo odfiltruje a jeho zbytek se odstraní proudem čistého dusíku za zvýšené teploty. Katalyzátory na bázi bis-trifenylsilylchromátu poskytují polymery se širokou distribucí molekulových hmotností, které jsou vhodné zejména pro zpracování vyfukováním na folie a vyfukované nádoby (kanistry, palivové nádrže, zásobníky apod.). Katalyzátory na bázo chromocenu se používají k výrobě polymerů s užší distribucí molekulových hmotností, které jsou vhodné zejména pro zpracování vstřikováním (přepravky, trubky apod.).

V poslední době byly uvedeny do výroby také metalocenové katalyzátory. Obecně je Zieglerův katalyzátor používán ve všech těchto procesech k výrobě typu 1 HDPE. Reaktor se smyčkou, který používá isobutan jako rozpouštědlo a reaktor pro plynnou fázi může být provozován při vyšších teplotách než proces v suspenzi používající rozpouštědlo. První dva procesy jsou proto více vhodné pro výrobu typu 2 HDPE použitím katalyzátoru na bázi chrómu. Komonomer (1-buten, 1-hexen) je používán ke kontrole hustoty polymeru a vodík je používán pro kontrolu molární hmotnosti. V porovnání s procesem v plynné fázi jsou procesy v suspenzi omezeny svou schopností vyrábět nízkohustotní polyethylen, protože rozpustnost polyethylenu v rozpouštědlech vzrůstá se snižující se hustotou polymeru. Rozpuštěný polymer v rozpouštědle způsobí vysokou viskozitu a vzrůstá riziko zanášení reaktoru a souvisejících zařízení. Rozpustnost v hexanu je vyšší než v isobutanu. Proces v plynné fázi nezpůsobuje problémy s rozpuštěným polymerem a může proto vyrábět HDPE a LLDPE (lineární nízkohustotní polyethylen) použitím různých typů katalyzátorů. Nevýhodou procesů v suspenzi je rozpouštědlo, obsažené v suspenzi vycházející z reaktoru, které musí být odděleno od práškovitého polymeru a vyčištěno před jeho recyklací zpět do reaktoru. Tento provozní krok je komplikovanější a nákladnější, než odpovídající recyklační systém pro výrobu v plynné fázi. V ČR (v Unipetrolu RPA v Litvínově) je realizována nová výroba HDPE v plynné fázi. Tuto technologii krátce popíšeme.

Výroba HDPE v plynné fázi

Fluidní lože reaktoru je vertikální tlaková nádoba s celkovou výškou až 40 m. Fluidní lože polymerních částic v plynném ethylenu je udržováno recyklačním kompresorem. Recyklovaný plynný ethylen vstupuje do reaktoru dnem skrz rozváděcí zařízení. V charakteristické konické horní části reaktoru rychlost plynu klesá s rostoucím průměrem reaktoru, aby se částice udržely ve fluidním loži. Plyn opouští reaktor na hlavě. Je zbaven pevných částic v cyklónu, reakční teplo je odstraňováno chladičem recyklovaného plynu a plyn je potom vracen zpět na vstup ve dně reaktoru. Protože výroba je velmi citlivá na nečistoty, látky obsahující síru, acetylen a ostatní nečistoty jsou odstraňovány z přívodu ethylenu pomocí čistících loží. Vyčištěný ethylen je potom stlačen na požadovaný reakční tlak a vstupuje na dno reaktoru se smyčkou. Katalyzátor na bázi oxidů kovů, alkyl aluminium v uhlovodíku jako kokatalyzátor, nižší olefiny jako komonomery a ostatní pomocné chemikálie jsou zaváděny do reaktoru přímo. Práškový katalyzátor se dávkuje proudem dusíku pomocí speciálního dávkovače. Perioda dávkování katalyzátoru je okolo 15 vstřiků za minutu. Rozdílné typy výrobku lze vyrobit volbou katalytického systému, komonomerů a reakčních podmínek. Reakční teplota je 80 až 150 °C a reakční tlak od 0,7 do 2 MPa je řízen dávkovacím kompresorem ethylenu. Práškový polymer a nezreagovaný plynný ethylen jsou odváděny z fluidního lože ventily na dně reaktoru (perodicky cca 15 až 20 x za hodinu) a jsou expandovány na nižší tlak přibližně asi 0,15 MPa v odplyňovací nádobě, ve které se oddělují částice polymeru od monomerů. Monomery jsou dále odstraňovány z granulí proplachováním směsí páry a dusíku. Proplachy a dopravní plyn jsou recyklovány.

Granule polymeru, zbavené plynu, jsou vedeny do tavného vytlačovacího lisu a peletizovány pod vodou v peletizéru. V případě potřeby mohou být přidávána aditiva do roztaveného polymeru.

Výrobní schéma HDPE v plynné fázi.
Výrobní schéma HDPE v plynné fázi.

Katalyzátory na bázi bis-trifenylsilylchromátu poskytují polymery se širokou distribucí molekulových hmotností, které jsou vhodné zejména pro zpracování vyfukováním na folie a vyfukované nádoby (kanistry, palivové nádrže, zásobníky apod.). Katalyzátory na bázi chromocenu se používají k výrobě polymerů s užší distribucí molekulových hmotností, které jsou vhodné zejména pro zpracování vstřikováním (přepravky, trubky apod.).

Kontakty


fiogf49gjkf0d
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice

Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
Odborný garant

fiogf49gjkf0d
Odborným garantem tohoto portálu je Česká národní rada světové rady pro ropu (WPC). Česká národní rada reprezentuje Českou republiku ve Světové radě pro ropu.

WPC


Světová rada pro ropu (World Petroleum Council – WPC) je mezinárodní nevládní organizace, jejíž cílem je prosazování využití vědeckého pokroku, přenosu technologií a posuzování ekonomických, finančních, environmentálních a sociálních vlivů na využívání ropy. Více informací...

Odběr novinek


Přihlásit k odběru novinek
Partner projektu

Česká asociacepetrolejářského průmyslua obchodu

Česká asociace
petrolejářského průmyslu
a obchodu

fiogf49gjkf0d
Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) je dobrovolným zájmovým sdružením petrolejářských společností, které trvale provozují na území České republiky tyto činnosti: • zpracování ropy • dovoz ropy a ropných výrobků • export výrobků z českých rafinérií • tuzemský velkoobchod s ropou a ropnými výrobky • provozování sítě čerpacích stanic pohonných hmot. Více informací...