תהליך ייצור פוליפרופילן

שרף פוליפרופילן הוא אחד מארבעת השרפים התרמופלסטיים לשימוש כללי (פוליאתילן, פוליוויניל כלוריד, פוליפרופילן, פוליסטירן). הוא מיוצר באמצעות תגובת פילמור עם פרופילן כחומר גלם ואתילן כקומונומר.
שיטות התהליך המשמשות לייצור פוליפרופילן בעולם מתחלקות בעיקר לקטגוריות הבאות לפי קטגוריות: שיטת ממס, שיטת תמיסה, שיטת שלב נוזלי (כולל שלב נוזלי שלב גז משולב) ושיטת שלב גז. המאפיינים של כל תהליך מוצגים בקצרה כדלקמן:
פילמור ממס
שיטת הממס (הידועה גם כשיטת slurry או בוץ, שיטת slurry) היא תהליך ייצור הפוליפרופילן המוקדם ביותר. עם זאת, בשל תהליכי ההסרה וההחלמה של הממס, התהליך ארוך ומורכב, ועם התקדמות טכנולוגיית חקר הזרזים, מאז שנות ה-80, שיטת הממס נוטה לקפאון והוחלפה בהדרגה בשיטת הנפח הנוזלי.
תכונות התהליך: (1) מונומר פרופילן מומס בממס נוזלי אינרטי (כגון הקסאן), ופילמור ממס מתבצע בפעולת זרז. הפולימר מושעה בממס בצורה של חלקיקים מוצקים, ומשתמש בכור ערבוב מסוג קומקום; (2) ישנם תהליכי הרס והחלמה ממסים. התהליך ארוך ומסובך, עם השקעת ציוד גדולה וצריכת אנרגיה גבוהה. עם זאת, הייצור קל לשליטה ואיכות המוצר טובה; (3) חלקיקי הפוליפרופילן מופרדים על ידי סינון צנטריפוגלי ולאחר מכן מיובשים על ידי רתיחה של זרימת אוויר וגרגירת אקסטרוזיה.
פילמור תמיסה
מאפייני תהליך: (1) השתמש בפחמימנים ליניאריים עם נקודת רתיחה גבוהה כממיסים ופעל בטמפרטורה גבוהה מנקודת ההיתוך של פוליפרופילן. הפולימרים המתקבלים מומסים כולם בממס ומופצים באופן אחיד; (2) שיטת הפשטת גז בטמפרטורה גבוהה מתאדה ומסירה את הממס. פוליפרופילן מותך מתקבל, ולאחר מכן extruded וגרגיר כדי להשיג מוצרי גלולה; (3) היצרן היחיד הוא חברת קודאק האמריקאית.
שיטת שלב נוזלי בתפזורת
תהליך ייצור פוליפרופילן בשיטת שלב נוזלי ושלב גז בשילוב שלב נוזלי הוא תהליך חדש שפותח בשלבים האמצעיים והמאוחרים של ייצור הפוליפרופילן. תהליך ייצור זה פותח שבע שנים לאחר שהפוליפרופילן החל בייצור תעשייתי ב-1957.
שיטת השלב הנוזלי בתפזורת משמשת לייצור פוליפרופילן. הזרז מפוזר ישירות בפרופילן הפאזה הנוזלית מבלי להוסיף כל ממס אחר למערכת התגובה כדי לבצע את הפילמור של פרופילן בשלב נוזלי בתפזורת. הפולימר משקע ברציפות מהפרופילן הנוזלי והוא תלוי בפרופילן הנוזלי בצורה של חלקיקים עדינים. ככל שזמן התגובה עולה, ריכוז חלקיקי הפולימר בפרופילן נוזלי עולה. כאשר שיעור ההמרה של הפרופילן מגיע לרמה מסוימת, מונומר הפרופילן הלא-פולימר מוחזר באמצעות אידוי הבזק כדי לקבל אבקת מוצר פוליפרופילן. מדובר בשיטת ייצור תעשייתית פשוטה ומתקדמת יחסית של פוליפרופילן. שיטת השלב הנוזלי בתפזורת מייצגת את הטכנולוגיה החדשה והרמה החדשה של ייצור פוליפרופילן בעולם בשנות ה-80.
מאפייני תהליך: (1) לא מתווסף ממס למערכת, מונומר פרופילן עובר פילמור בתפזורת שלב נוזלי בכור קומקום במצב שלב נוזלי, ואתילן פרופילן עובר קופולימריזציה בשלב גז בכור מיטה נוזלית; (2) התהליך פשוט, פחות ציוד, פחות השקעה, צריכת חשמל נמוכה ועלויות ייצור; (3) הומפולימריזציה מאמצת כור בוחשים בקומקום (תהליך Hypol) או בכור לולאה (תהליך Spheripol), קופולימריזציה אקראית וקופולימריזציה בלוק הם שניהם בסוג עירוב המבוצע במיטה נוזלית.
נציג טיפוסי של שיטת השלב הנוזלי בתפזורת הוא תהליך שיטת ה-Spherizone נוזלי של BASELL. Spherizone היא טכנולוגיית מיחזור פאזי גז המשתמשת בזרז Ziegler-Natta המייצר פולימרים השומרים על קשיחות ויכולת עיבוד תוך שהם גבישיים, נוקשים ואחידים יותר. הוא מייצר שרפים רב-מונומרים אחידים מאוד או הומופולימרים דו-מודאליים בכור יחיד. לתגובת מחזור Spherizone יש שני אזורים מחוברים זה לזה. אזורים שונים ממלאים את התפקיד של כורי לולאות פאזה גז ופאזה נוזלית של תהליכים אחרים. שני אזורים אלה יכולים לייצר שרפים בעלי משקלים מולקולריים יחסיים שונים או התפלגות הרכב מונומרים, מה שמרחיב את טווח הביצועים של פוליפרופילן.
ציוד הליבה של תהליך זה הוא מערכת הכור R230 של MZCR (מערכת סירקולציה מרובה אזורים). הכור מורכב ממעלה ומורד. ב-riser, הפולימר נשף כלפי מעלה על ידי גז התגובה ליצירת נזילות, ונשלח לחלק העליון של ה-downcomer ועובר דרך מפריד הציקלון. האבקה נאספת במורד הנפילה. גז התגובה מוזרם על ידי מדחס צנטריפוגלי דרך צינור חיצוני, וחום התגובה מוסר באמצעות מצנן סירקולטור על צינור המחזור החיצוני. תוצר הכור משוחרר דרך שסתום המותקן בחלק התחתון של המורד. לאחר שהאבקה המופרשת מנוקת גז בלחץ גבוה ובלחץ נמוך, היא עוברת אידוי וייבוש ישירות בעת הפקת הומופולימרים וקופולימרים אקראיים להשגת מוצרי אבקה. בעת ייצור מוצרים נגד פגיעה, האבקה לאחר הסרת גז בלחץ גבוה מוזרקת לכור המיטה הנוזלת בשלב הגז. הכור עדיין משתמש במערכת כור פאזי הגז Spheripol II. כור הקופולימריזציה הוא כלי גלילי אנכי עם ראשים כדוריים בחלק העליון והתחתון ומיטה גועשת בחלק התחתון. החומר העיקרי הוא נירוסטה והמשטח הפנימי מלוטש.
כושר הייצור המקסימלי הנוכחי של תהליך זה בקו בודד הגיע ל-450,000 טון לשנה. תכולת האתילן במוצרי קופולימר השפעה של MZCR (רב-אזורי סירקולציה) יכולה להגיע עד 22% (תכולת הגומי גדולה מ-40%), וניתן לייצר גם מוצרי טרפולימר המכילים אתילן ו-1-בוטן.