Polypropylen-Produktionsprozess

Polypropylenharz ist eines der vier universell einsetzbaren thermoplastischen Harze (Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polystyrol). Es wird durch eine Polymerisationsreaktion mit Propylen als Rohstoff und Ethylen als Comonomer hergestellt.
Die weltweit zur Herstellung von Polypropylen verwendeten Prozessmethoden fallen hauptsächlich in die folgenden Kategorien: Lösungsmittelverfahren, Lösungsverfahren, Flüssigphasen-Massenverfahren (einschließlich Flüssigphasen-Gasphasen-Kombinationstyp) und Gasphasen-Massenverfahren. Die Merkmale jedes Prozesses werden wie folgt kurz vorgestellt:
Lösungsmittelpolymerisation
Die Lösungsmittelmethode (auch bekannt als Aufschlämmungsmethode oder Schlammmethode, Aufschlämmungsmethode) ist das früheste Verfahren zur Herstellung von Polypropylen. Aufgrund der Entaschungs- und Lösungsmittelrückgewinnungsprozesse ist der Prozess jedoch langwierig und komplex, und mit der Weiterentwicklung der Katalysatorforschungstechnologie stagnierte die Lösungsmittelmethode seit den 1980er Jahren tendenziell und wurde schrittweise durch die Flüssigphasen-Massenmethode ersetzt.
Verfahrensmerkmale: (1) Propylenmonomer wird in einem inerten flüssigen Lösungsmittel (wie Hexan) gelöst und die Lösungsmittelpolymerisation wird unter der Wirkung eines Katalysators durchgeführt. Das Polymer wird in Form fester Partikel im Lösungsmittel suspendiert, und es wird ein Rührreaktor vom Kesseltyp verwendet; (2) Es gibt Entaschungs- und Lösungsmittelrückgewinnungsverfahren. Der Prozess ist langwierig und kompliziert, erfordert große Investitionen in die Ausrüstung und einen hohen Energieverbrauch. Die Produktion ist jedoch leicht zu kontrollieren und die Produktqualität ist gut; (3) Die Polypropylenpartikel werden durch Zentrifugalfiltration abgetrennt und anschließend durch Luftstromkochen und Extrusionsgranulation getrocknet.
Lösungspolymerisation
Verfahrensmerkmale: (1) Verwendung hochsiedender linearer Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel und Betrieb bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Polypropylen. Die resultierenden Polymere sind alle im Lösungsmittel gelöst und gleichmäßig verteilt; (2) Bei der Hochtemperatur-Gas-Stripping-Methode wird das Lösungsmittel verdampft und entfernt. Geschmolzenes Polypropylen wird gewonnen und dann extrudiert und granuliert, um Pelletprodukte zu erhalten; (3) Der einzige Hersteller ist die American Kodak Company.
Flüssigphasen-Massenmethode
Der kombinierte Flüssigphasen- und Gasphasen-Produktionsprozess für Polypropylen im Flüssigphasen-Massenverfahren ist ein neuer Prozess, der in der mittleren und späten Phase der Polypropylenproduktion entwickelt wurde. Dieses Produktionsverfahren wurde sieben Jahre nach Beginn der industriellen Produktion von Polypropylen im Jahr 1957 entwickelt.
Zur Herstellung von Polypropylen kommt das Flüssigphasen-Massenverfahren zum Einsatz. Der Katalysator wird direkt in der flüssigen Propylenphase dispergiert, ohne dass dem Reaktionssystem ein anderes Lösungsmittel zugesetzt werden muss, um die Massenpolymerisation von Propylen in der flüssigen Phase durchzuführen. Das Polymer fällt kontinuierlich aus dem flüssigen Propylen aus und wird in Form feiner Partikel im flüssigen Propylen suspendiert. Mit zunehmender Reaktionszeit steigt die Konzentration der Polymerpartikel im flüssigen Propylen. Wenn die Propylenumwandlungsrate ein bestimmtes Niveau erreicht, wird das nicht polymerisierte Propylenmonomer durch Entspannungsverdampfung zurückgewonnen, um ein pulverförmiges Polypropylenprodukt zu erhalten. Dies ist eine relativ einfache und fortschrittliche industrielle Produktionsmethode für Polypropylen. Das Flüssigphasen-Massenverfahren repräsentiert die neue Technologie und das neue Niveau der Polypropylenproduktion in den 1980er Jahren weltweit.
Verfahrensmerkmale: (1) Dem System wird kein Lösungsmittel zugesetzt, Propylenmonomer wird in einem Kesselreaktor in flüssiger Phase einer Flüssigphasen-Massenpolymerisation unterzogen, und Ethylen-Propylen wird in einem Wirbelschichtreaktor einer Gasphasencopolymerisation unterzogen; (2) Der Prozess ist einfach, weniger Ausrüstung, weniger Investitionen, geringer Stromverbrauch und geringe Produktionskosten; (3) Bei der Homopolymerisation kommt ein Kesselrührreaktor (Hypol-Verfahren) oder ein Schleifenreaktor (Spheripol-Verfahren) zum Einsatz. Die statistische Copolymerisation und die Blockcopolymerisation werden beide in gerührter Form in einem Wirbelbett durchgeführt.
Ein typischer Vertreter des Flüssigphasen-Massenverfahrens ist das Spherizone-Flüssigphasen-Massenverfahren von BASELL. Spherizone ist eine Gasphasen-Recyclingtechnologie unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators, die Polymere produziert, die ihre Zähigkeit und Verarbeitbarkeit beibehalten und gleichzeitig hochkristallin, steif und gleichmäßiger sind. Es produziert hocheinheitliche Multimonomerharze oder bimodale Homopolymere in einem einzigen Reaktor. Die Spherizone-Zyklusreaktion besteht aus zwei miteinander verbundenen Bereichen. Verschiedene Bereiche spielen die Rolle von Gasphasen- und Flüssigphasen-Schlaufenreaktoren anderer Prozesse. Diese beiden Regionen können Harze mit unterschiedlichen relativen Molekulargewichten oder Monomerzusammensetzungsverteilungen produzieren und so den Leistungsbereich von Polypropylen erweitern.
Die Kernausrüstung dieses Prozesses ist das MZCR-Reaktorsystem (Multi-Zone-Circulation-Reactor-System) R230. Der Reaktor besteht aus einem Steigrohr und einem Fallrohr. Im Steigrohr wird das Polymer durch das Reaktionsgas nach oben geblasen, um eine Fluidisierung zu bewirken, wird zum oberen Teil des Fallrohrs geleitet und durchläuft den Zyklonabscheider. Das Pulver wird im Fallrohr gesammelt. Das Reaktionsgas wird von einem Radialkompressor durch eine externe Rohrleitung zirkuliert und die Reaktionswärme wird mittels eines Umwälzkühlers an der externen Zirkulationsrohrleitung abgeführt. Das Reaktorprodukt wird über ein im unteren Teil des Fallrohrs installiertes Ventil abgelassen. Nachdem das ausgetragene Pulver unter hohem und niedrigem Druck entgast wurde, wird es bei der Herstellung von Homopolymeren und statistischen Copolymeren direkt gedämpft und getrocknet, um Pulverprodukte zu erhalten. Bei der Herstellung von Anti-Impact-Produkten wird das Pulver nach der Hochdruckentgasung in den Gasphasen-Wirbelschichtreaktor ausgetragen. Der Reaktor nutzt weiterhin das Gasphasenreaktorsystem Spheripol II. Der Copolymerisationsreaktor ist ein vertikaler zylindrischer Behälter mit kugelförmigen Köpfen im oberen und unteren Teil und einem Siedebett im unteren Teil. Das Hauptmaterial ist Edelstahl und die Innenfläche ist poliert.
Die derzeitige maximale Produktionskapazität dieses Prozesses in einer einzigen Linie beträgt 450.000 Tonnen/Jahr. Der Ethylengehalt von MZCR-Schlagcopolymerprodukten (Mehrzonen-Zirkulationsreaktor) kann bis zu 22 % betragen (der Kautschukgehalt liegt über 40 %), und es können auch Terpolymerprodukte hergestellt werden, die Ethylen und 1-Buten enthalten.