Полиэтилен (ПЭ): физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена. Способы производства полиэтилена

Полиэтилен (ПЭ): физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена. Способы производства полиэтилена

Полиэтилен занимает первое место в мировом производстве полимеров, синтезируемых методом полимеризации. Одним из методов производства является полимеризация этилена под высоким давлением. Этилен получают пиролизом предельных углеводородов в печах пиролиза с получением пирогаза.

Производством полиэтилена занимаются все крупные компании нефтехимической промышленности. Главным сырьем, из которого получают полиэтилен, является этилен. Производство осуществляется при низком, среднем и высоком давлениях. Как правило, он выпускается в гранулах, которые имеют диаметр от 2 до 5 миллиметров, иногда в виде порошка. На сегодняшний день известны четыре основных способа производства полиэтилена. В результате, получают:

  1. полиэтилен высокого давления (ПВД)
  2. полиэтилен низкого давления (ПНД)
  3. полиэтилен среднего давления (ПСД)
  4. линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД)

Полиэтилен высокого давления давления образуется при высоком давлении в результате полимеризации этилена, компримированного до высокого давления, в автоклаве или в трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под воздействием кислорода, органических пероксидов, ими являются лаурил, бензоил или их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700°С и сжимают компрессором до 25 МПа. После этого он поступает в первую часть реактора, в которой его нагревают до 1 800°С, а потом во вторую часть реактора для осуществления полимеризации, которая происходит при температуре в пределах от 190 до 300°С и давлении от 130 до 250 МПа. Всего этилен находится в реакторе не более 100 секунд. Степень его превращения составляет 25%. Она зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляется тот этилен, который не прореагировал, после чего продукт охлаждают и упаковывают. ПВД производят в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул.

Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям:

  • Полимеризация, происходящая в суспензии
  • Полимеризация, происходящая в растворе. Таким раствором служит гексан
  • Газофазная полимеризация

Наиболее распространенным способом считается полимеризация в растворе . Полимеризация в растворе осуществляется в температурном промежутке от 160 до 2 500°С и давлении от 3,4 до 5,3 МПа. Контакт с катализатором осуществляется примерно на протяжении 10-15 минут. Выделение полиэтилена из раствора производится удалением растворителя сначала в испарителе, а после этого в сепараторе и в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром. ПНД производится в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул, а иногда и в порошке.

Производство полиэтилена среднего давления осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления получается при температуре примерно 150°С, под давлением не более 4 МПа, в присутствии катализатора. ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Продукт, полученный вышеописанным образом, отличается средневесовым молекулярным весом не более 400 тысяч, степенью кристалличности не более 90%.

Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется при помощи химической модификации ПВД. Процесс происходит при температуре 150°С и примерно 3,0-4,0 МПа. Линейный полиэтилен низкой плотности по своей структуре напоминает полиэтилен высокой плотности, однако он отличается более длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена выполняется двумя способами:

  • Газофазная полимеризация
  • Полимеризация в жидкой фазе - наиболее популярный в настоящее время способ. Она осуществляется в реакторе со сжиженным слоем. В реактор непрерывно подается этилен и отводится полимер с сохранением в реакторе постоянного уровня сжиженного слоя. Процесс происходит при температуре около 100°С, давлении от 0,689 до 2,068 МПа

Эффективность данного способа полимеризации в жидкой фазе ниже, чем у газофазного, однако для него характерны и свои плюсы, а именно: размер установки намного меньше, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и гораздо ниже капиталовложения.

Практически аналогичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с применением циглеровских катализаторов. При этом образуется максимальный выход продукта. Не так давно для производства линейного полиэтилена стали использовать технологию, в результате которой применяются металлоценовые катализаторы. Такая технология дает возможность получить более высокую молекулярную массу полимера, благодаря чему возрастает прочность изделия. ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач. Кроме вышеперечисленных способов полимеризации этилена имеются и иные, только в промышленности они распространения не получили.

На сегодняшний день полимер выпускается двух основных марок ПВД и ПНД.

Существуют и другие виды полиэтилена, каждый из которых имеет свои свойства и сферу применения. В гранулированный полимер в процессе производства добавляются различные красители, позволяющие получить черный полиэтилен, красный или любого другого цвета.

Получение полиэтилена высокого давления происходит в автоклавах, трубчатых реакторах. Марок ПВД изготовленных в автоклаве, согласно ГОСТу, существует восемь. Из трубчатого реактора получают двадцать один тип полиэтилена высокого давления.

Для синтеза ПНД требуется соблюдение следующих условий:

  1. температурный режим - от 200 до 250°С
  2. катализатор - чистый кислород, пероксид (органический)
  3. давление от 150 до 300 МПа

Полимеризированная масса в первой фазе имеет жидкое состояние, после чего перемещается в сепаратор, далее в гранулятор, где происходит формовка гранул готового материала. Качества ПЭВД используются для производства упаковочных пленок, термопленок, многослойной упаковки. Также полиэтилен высокого давления применяется в автомобильной, химической, пищевой промышленностях. Из него делают качественные прочные трубы, используемые в жилом секторе.

Важнейшими задачами предприятий по производству полиэтилена являются модернизация оборудования, совершенствование технологии пиролиза, конверсии, повышение мощности производства. В этом направлении «ЛЕННИИХИММАШ» выполняет следующие виды работ :

  • разработка оборудования для оснащения печей пиролиза при их модернизации
  • обследование существующего состояния предприятия
  • анализ, технико-экономическое обоснование и выбор оптимального варианта реконструкции
  • модернизация оборудования
  • проектирование зданий и сооружений

Основное оборудование производства полиэтилена:

  • реакторный блок
  • компрессоры
  • блоки рецикла высокого и среднего давления (отделитель, сепаратор, теплообменник)
  • станция горячей воды с насосами
  • холодильная установка
  • насосы
  • емкости, в т.ч. с перемешивающим устройством

Предварительное обследование существующего состояния оборудования

Опыт «ЛЕННИИХИММАШ»

В период активного строительства в СССР заводов по производству из пирогаза этилена и пропилена для последующей выработки полимерных материалов ЛЕННИИХИММАШ являлся основным разработчиком и поставщиком колонного и теплообменного оборудования низкотемпературных блоков для установок различной мощности от 45 до 300 тыс.т этилена в год (Э-45, ЭП-60, Э-100, Э-200, ЭП-300). В последующие годы для действующих производств выполнялись работы по их реконструкции с целью повышения производительности по перерабатываемому пирогазу, реализованы технические решения по стабилизации работы установок, снижению потерь целевых продуктов (повышение коэффициента извлечения), повышению качества продукции. При этом проводилось оснащение установок дополнительной аппаратурой, замена контактных устройств колонн, оптимизация технологической схемы. В низкотемпературных блоках этиленовых производств при разработке колонной аппаратуры использованы результаты проведенных ЛЕННИИХИММАШ научно-исследовательских работ, разработанные методики гидравлического расчета тарелок, результаты обследования блоков разработанного оборудования на этиленовых производствах. Для производства полиэтилена высокого давления для Новополоцкого, Сумгаитского, Томского комбинатов и производства в Германии ЛЕННИИХИММАШ было разработано специальное оборудование: поршневые этиленовые компрессора (бустер-компрессор, компрессора этилена высокого давления на оппозитной базе (I каскада - до давления 25 МПа и II каскада - до 230 МПа), реакторное оборудование, емкости. Это оборудование продолжает успешно эксплуатироваться и в настоящее время.

В 2010 году для производства ПЭВД на предприятии «Лукойл Нефтехим Бургас АД» (Болгария) разработано предложение по реконструкции технологических линий с целью увеличения мощности производства, совершенствования технологии, замены устаревшего оборудования, экономической целесообразности.

В состав действующего производства входят:

  • Установка производства ПЭВД с трубчатым реактором производительностью 50 тыс. т/год (процесс фирмы АТО - Франция)
  • Установка получения ПЭВД с автоклавным реактором (две технологические линии мощностью по15 тыс. т/год каждая, общей производительностью - 30 тыс. т/год) процесс фирмы ICI- Англия

Специалистами ЛЕННИИХИММАШ было проведено обследование, в процессе которого выявлены следующие резервы по основному и вспомогательному оборудованию:

По установке с трубчатым реактором резерв имеются резервы по производительности, что делает целесообразным не заменять установку в полном объеме. Возможна частичная модернизация с увеличением мощности основных технологических блоков:

  • реакторный блок без демонтажа реактора
  • блок компрессии с частичной заменой оборудования без изменения строительной части
  • блок рецикла низкого давления сохранится без крупных изменений
  • блок рецикла высокого давления требует значительной реконструкции

Предложено проектирование новой холодильной установки, которая значительно увеличит производительность, составлен перечень нового и модернизируемого оборудования блоков с основными техническими характеристиками.


Вариант реконструкция трубчатого реактора - переход на трехзонный
реактор во 2 и 3 вариантах реконструкции с введением жидкостного
инициирования




Модернизация компрессоров - Мульти компрессор бустер/первый каскад
фирмы Burckhardt

Предложено три варианта реконструкции. В зависимости от объема реконструкции суммарная производительность двух производств может быть повышена с 80 тыс.т ПЭ в год до:

  • Вариант 1 - 90 тыс. т/год
  • Вариант 2 - 130 тыс.т/год
  • Вариант 3 - 128 тыс.т/год

В 2016 году в связи с реконструкцией цеха пиролиза и очистки газа завода этилена ПАО «Казаньоргсинтез» разработаны основные технические решения, а в 2017 году ведется техническое проектирование наружной установки « Четырехкамерная печь пиролиза этана П-810/815/820/825», в составе узла пиролиза этановой и пропановой фракции в трубчатых печах. Целью работы является привязка 4-х камерной печи, проектируемого и поставляемого компанией Technip, к существующим технологическим коммуникациям завода этилена ПАО «Казаньоргсинтез» и строительство вспомогательных объектов для обеспечения соответствия параметров, качественных и расходных показателей технологических потоков, необходимых для работы печного блока. Строительство новой 4-х камерной печи пиролиза и вспомогательных объектов предусматривается для обеспечения резервирования существующих печей пиролиза.

В состав проекта входит разработка узла нагрева и подготовки сырья и топливного газа, узла редуцирования пара, узла дозирования диметилдисульфида (ДМДС) - ингибитора коксообразования, система подготовки и насосная питательной воды, узел продувочных вод.

Промышленное производство полиэтилена было осуществлено в 1938 г. под высоким давлением (около 150 МПа) и 180 – 200 0 С в присутствии следов кислорода по радикальному механизму.

Важным этапом в развитии производства полиолефинов явилось открытие Циглером катализаторов – комплексов алкилалюминия и хлоридов титана, которые вызывали полимеризацию этилена, пропилена и других олефинов при атмосферном давлении. В настоящее время количество таких катализаторов значительно увеличилось. Они представляют собой комплексы, состоящие из металлорганических соединений Al, Be, Mg, Zn, Cd, Ba, Na и хлоридов металлов IV, V, VI и VIII групп, т. е. элементов с незаполненной промежуточной электронной оболочкой. Чаще всего используют хлориды титана TiCl 4 и TiCl 3 , причём TiCl 4 при взаимодейтивии с металлалкилами, в частности Al(C 2 H 5) 3 , восстанавливается до соединений более низкой валентности. В зависимости от природы компонентов катализаторов, а также числа заместителей в олефине можно получать стереорегулярные полиолефины различной пространственной конфигурации: изотактические, синдиотактические и т. п.

Различная степень кристалличности и характер структуры определяют комплекс ценных физико-механических свойств полиолефинов, полученных на катализаторах Циглера – Натта.

Важной явилось разработка полимеризации олефинов (метод Филлипса) при давлении 3,5 – 7 МПа и 130 – 170 0 С в среде инертного углеводорода в присутствии катализатора, состоящего из оксидов металлов переменной валентности, например оксидов хрома, нанесённых на алюмосиликат. Существует несколько модификаций этого метода, носящих общее название полимеризации при среднем давлении. Различные способы промышленного производства позволяют получать полиэтилен с различными свойствами.

Тепловой эффект полимеризации этилена составляет около 4200 кДж/кг. В это число входит теплота полимеризации этилена, рассчитанная по энергиям связи и равная 3653 кДж/кг, теплота, выделяющаяся при переходе газообразного продукта (этилена) в твёрдый продукт (полиэтилен), а также теплота растворения этилена в жидком углеводороде (в случае полимеризации при низком давлении).

Формула полиэтилена [–CH 2 –CH 2 –] n является формальной. Полиэтилен – разветвлённый полимер, в его структуре имеются следующие аномальные звенья:

~CH 2 –CH~; ~CH 2 –CH=CH 2 ; ~CH 2 –С–CH 2 ~; ~CH 2 –СН=СH–CH 2 ~

…………….CH 3 …………………………. CH 2

Полиэтилен представляет собой твёрдый продукт. В зависимости от метода получения он обладает различными свойствами и может быть двух типов: полиэтилен, получаемый при высоком давлении (низкой плотности) и полиэтилен, получаемый при низком и среднем давлениях (высокой плотности). Однако этот признак условен. Плотность можно изменять в пределах метода.


Физико-химические и механические свойства полиэтилена зависят главным образом от структуры полимера и его молекулярной массы. Для полиэтилена высокого давления характерны разнозвенность, большая эластичность, меньшая хрупкость, более низкая температура размягчения (108 – 120 0 С) по сравнению с полиэтиленом, получаемым при низком давлении. Полиэтилен с молекулярной массой около 3*10 6 обладает исключительно высокой прочностью, что очень ценно при производстве волокна и композиционных материалов.

Полиэтилен при комнатной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей и только при 80 0 С и выше он начинает заметно растворяться в четырёххлористом углероде, трихлорэтилене, бензоле, толуоле, ксилоле. При охлаждении раствора полимер выпадает в осадок.

Полиэтилен обладает высокой водостойкостью и химической стойкостью. При температурах до 60 – 80 0 С он устойчив к действию щелочей и кислот, в том числе и фтороводородной, за исключением концентрированной азотной кислоты.

При нагревании полиэтилена на воздухе уже при 120 0 С начинается его окисление, сопровождающееся поперечной сшивкой линейных макромолекул и образованием нерастворимых полимеров. При температуре выше 290 0 С полиэтилен деструктируется с образованием жидких маслянистых и газообразных продуктов, в том числе небольшого количества (около 3%) мономера. При воздействии ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха и тепла в процессе переработки и эксплуатации полиэтилен стареет, что проявляется в ухудшении его физико-механических и диэлектрических свойств.

Полиэтилен применяют в различных областях народного хозяйства. Наиболее широко применяется полиэтилен высокого давления для изготовления плёнок, листов, труб, шлангов, бочек, вёдер. Он применяется в кабельной промышленности, радиотехнике, химической промышленности, сельском хозяйстве, для облицовки каналов, в строительстве. Полиэтилен низкого давления, а также его сополимеры с пропиленом применяются в строительстве для изготовления труб и санитарно-технических изделий. Полиэтилен низкого давления представляет собой неэластичный полимер, плавящийся и приобретающий свойства эластомера при температуре 130 0 С. По мере увеличения содержания пропилена в сополимере увеличивается гибкость, снижается кристалличность. Сополимер с 20 мол. % содержанием пропилена имеет ценные свойства и получается как по методу Циглера – Натта при низком давлении, так и при 3,5 – 4 МПа с применением оксидов металлов в качестве катализатора. При соотношении два звена этилена на одно звено пропилена можно получить эластомер низкого давления со средней молекулярной массой 80 000 – 500 000 и степенью кристалличности 58 – 75 %. По сравнению с полиэтиленом низкого давления сополимер отличается повышенным сопротивлением растрескиванию под действием длительных нагрузок.

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности)

В промышленности полиэтилен высокого давления (ПЭВД) получают полимеризацией этилена в конденсированной газовой фазе в присутствии радикальных инициаторов при давлении 150 – 300 МПа и температуре 200 – 280 0 С. Получаемый полиэтилен имеет плотность 920 -930 кг/м 3 , среднемассовую молекулярную массу 80000 – 500000 и степень кристалличности 50 – 65 %.

Регулирование плотности полиэтилена и длины цепи осуществляется варьированием условий полимеризации (давления и температуры), а также введением различных добавок (водорода, пропана, изобутана, спиртов, альдегидов, кетонов). Поскольку высокомолекулярный полиэтилен образуется только при высокой концентрации этилена, полимеризацию осуществляют при высоких давлениях, при которых плотность и концентрация этилена в 450 – 500 раз больше, чем при атмосферном давлении. Высокое давление способствует сближению реагирующих молекул и гомогенности реакционной среды. Процесс проводят в конденсированной фазе мономера в присутствии кислорода или инициаторов радикальной полимеризации.

При взаимодействии этилена с кислородом образуются пероксидные или гидропероксидные соединения этилена:

CH 2 =CH 2 + O 2 ⟶ CH 2 –CH 2 или CH=CH 2

…………………... O ¾ O ……... OOH

Неустойчивая пероксидная связь –О–О– под действием тепла подвергается гомолитическому разрыву с образованием би- и монорадикалов: *OCH 2 – CH 2 O* и CH 2 =CHO*. Свободные радикалы инициируют полимеризацию этилена. Свободные радикалы входят в состав полимера и, следовательно, расходуются в процессе полимеризации.

В процессе синтеза образуется линейный полимер, содержащий боковые ответвления (короткие и длинные) длиной в 2 – 5 атомов углерода, расположенные хаотически примерно на расстоянии 50 углеродных атомов друг о друга. Реже возможно образование макромолекул с длиной боковой цепью, сопоставимой с длиной основной цепи. На концах цепи содержатся СН 3 группы. Макромолекула полиэтилена высокого давления может содержать винильные и диеновые группы в количестве 4 – 6 на 10 000 атомов углерода.

Разветвлённость макромолекул ПЭВД ограничивает степень кристалличности 55 – 60 % .

Полиэтилен высокого давления – неполярный, аморфно – кристаллический полимер с температурой плавления 103 – 110 0 С. Молекулярная масса промышленных марок колеблется от 30 000 до 500 000.

Эффективность полимеризации этилена обусловлена высокой скоростью реакции, свойствами образующегося полиэтилена, а также степенью конверсии мономера за один проход. Эффективность полимеризации зависит от температуры, давления, концентрации инициатора и времени пребывания мономера в реакторе.

С повышением температуры возрастает скорость полимеризации и степень конверсии мономера, но уменьшается молекулярная масса полимера. С повышением температуры увеличивается количество двойных связей в полиэтилене и степень его разветвлённости.

При увеличении давления возрастают скорость полимеризации и степень конверсии мономера, а также молекулярная масса и плотнось полиэтилена, улучшаются физико – механические свойства продукта.

Для повышения степени конверсии этилена в зону реакции иногда вводят новую порцию инициатора, что позволяет увеличить выход продукта с единицы объёма реакционного пространства.

В промышленности для производства полиэтилена высокого давления применяются в основном два типа установок, различающихся конструкцией реактора для полимеризации этилена. Реакторы представляют собой либо трубчатые аппараты, работающие по принципу идеального вытеснения, либо вертикальные цилиндрические аппараты с перемешивающим устройством - автоклавы с мешалкой, работающие поп принципу идеального смешения.

Для получения полиэтилена с достаточно высокой молекулярной массой и плотностью полимеризацию проводят при высоких давлениях. Для этого применят толстостенные металлические трубы. Кроме того, полиэтилен имеет самую высокую теплоту полимеризации среди мономеров олефинового ряда, что требует эффективного теплоотвода.

Для обеспечения высоких скоростей процесса (и тем самым высокой производительности реактора при ограниченном объёме реакционного пространства) полимеризацию проводят при максимально допустимых температурах (200 – 300 0 С). Верхний температурный предел зависит от рабочего давления в реакторе и ограничен условиями взрывобезопасности (из-за возможности разложения этилена при критических температурах), заданной молекулярной массой и молекулярно-массовым распределением.

Трубчатый реактор имеет ряд преимуществ по сравнению с автоклавным.

Во-первых, в трубчатом реакторе осуществляется больший теплосъём через стенку, чем в автоклаве. Конверсия этилена в полиэтилен в автоклаве ниже. В трубчатом реакторе получается продукт с более широким молекулярно-массовым распределением, что важно при производстве плёнок, кабельных покрытий и др.

Во-вторых, при полимеризации в трубчатом реакторе можно использовать в качестве инициатора дешёвый кислород, т. е. исключить подачу парафинового масла с пероксидным инициатором.

Подача различных инициаторов в разные зоны реактора позволяет варьировать свойства получаемого полиэтилена.

Polyethylene

Наша компания предлагает к поставке полиэтилен различных марок. Полиэтилен является мировым лидером среди полимерных материалов. Основными способами переработки полиэтилена являются экструзия, литье под давлением, выдувание, ротационное формование.

Спектр применения полиэтилена достаточно широк. Вы можете ознакомиться с характеристиками и областью применения полиэтилена и подобрать для своего производства необходимую марку:

Внимание новое поступление СВМПЭ и линейного полиэтилена!

Предлагаем к поставке Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки Lupolen UHM 5000 со средней молекулярной массой 5 млн. производства LyondellBasell.

Основные характеристики:
Высокая стойкость к истиранию, высокая ударная вязкость, низкий коэффициент трения, хорошая химическая стойкость и сопротивление растрескиванию при напряжении.

Область применения:
Lupolen хм 5000 используется для производства промышленных панелей и профилей. Материал выпускают в виде крупнозернистого натурального порошка.

Спецификация Lupolen UHM 5000 (PDF)

Так же предлагаем к поставке Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) различных марок. Линейный полиэтилен обладает хорошей пластичностью, гибкостью и прочностью. Положительные характеристики данного продукта позволяют использовать его для изготовления различных товаров бытового назначения и в промышленности.

Основные свойства линейного полиэтилена низкой плотности:
- хорошая эластичность материала;
- устойчивость к ударным нагрузкам;
- устойчивость к воздействию УФ;
- хорошая гидро – и пароизоляция;
- устойчивость к воздействию органических растворителей.

Марки полиэтилена и области применения

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
№ п/п Марка Производитель ПТР Область применения
HDPE P-Y 342 Шуртанский ГХК (Узбекистан) 0,24-0,36 Для изготовления трубных изделий, листов, фитингов.
HDPE I-1561 Шуртанский ГХК (Узбекистан) 15 Для крупногабаритных изделий,тары,ящиков.
INPIPE 100 Киянлинский завод полимеров (Туркменистан) 0,3 Трубна экструзия, транспортировка воды и газа
Lupolen UHM 5000 LyondellBasell - Для производства промышленных панелей и профилей.
LLDPE118NJ Sabic 1 Для изготовления мешков промышленного назначения, вкладышей,мусорных мешков, сельскохозяйственных пленок,стретч-пленок
LLDPE318BJ Sabic 2,8 Для изготовления стретч-пленок высокой прочности
LLDPE LL22501AA Иран 0,95
LLDPE LL0209AA Иран 0,9 Для изготовления мешков и пленок промышленного и сельскохозяйственного назначения, пищевых пленок, пакетов.
HDPE 3840 Иран 4 Для изделий получаемых методом ротационного формования
ПВД 15313-003 Казаньоргсинтез 0,3
ПВД 15303-003 Томскнефтехим 0,3 Для изготовления мешков,фитингов,пленок, детских игрушек,в т.ч. для изделий фармацептической и пищевой промышленности.
ПВД 15813-020 Казаньоргсинтез 2 Для изготовления мешков,фитингов,пленок, детских игрушек,в т.ч. для изделий фармацептической и пищевой промышленности.
ПВД 15803-020 Уфаоргсинтез/Томскнефтехим/Салават 2 Для изготовления мешков,фитингов,пленок, детских игрушек,в т.ч. для изделий фармацептической и пищевой промышленности.
ПНД 273-83 Казаньоргсинтез, Лукойл 0,4-0,65 Для изделий технического и бытового назначения, изделия контактирующие с пищевыми продуктами, игрушки.
ПНД 293-285(Д) Казаньоргсинтез 0,4-0,7 Для изготовления пленки, в т.ч. для упаковки холодных пищевых продкутов.
ПЭ2НТ 22-12 Казаньоргсинтез 6,0-9,0 Для изделий бытового и хозяйственного назначения, изготавливаемх методом литьевого формования.
ПЭ2НТ 76-17 Казаньоргсинтез 2,3-3,3 Для изделий технического и бытового назначения, изготвливаемых методом экструзионно-раздувного формования.
ПЭ2НТ 11-9 Казаньоргсинтез 0,1 Для иготовления труб и соединительных деталей, в т.ч. числе напорных труб для питьевого холодного водоснабжения.

Чаще всего производственный бизнес связан с большим вложением первоначального капитала. К тому же для человека, незнакомого с технологическим процессом, освоение нового дела может оказаться достаточно сложным. Производство полиэтилена можно смело отнести к приятным исключениям из общих правил. Для успешного старта нет необходимости тратить сразу много денег, потому что бизнес быстро окупается и начинает приносить стабильную прибыль. Но прежде чем наладить производство полиэтилена, изучим его особенности, разновидности, возможности применения и попробуем составить небольшой бизнес-план.

Что такое полиэтилен?

Так называется синтетический полимерный материал на основе этилена – органического бесцветного газа со слабо выраженным запахом. Это самый производительный материал в мире. Из него синтезируются такие известные продукты, как этиловый спирт, стирол, этилбензол, уксусная кислота, винилхлорид и многие другие.

Полиэтилен выпускают в виде прозрачных или цветных гранул различной формы. Размер их составляет обычно от трех до пяти миллиметров. Производство гранул полиэтилена заключается в процессе полимеризации газа этилена в условиях высокого, низкого давления, а также с применением дополнительных условий. Основные предприятия, занимающиеся изготовлением полимерных материалов, находятся в России, Узбекистане, Беларуси, Южной Корее.

Благодаря особым свойствам различают следующие марки полиэтилена:

  • HDPE – высокой плотности;
  • LDPE – низкой плотности;
  • LLDPE – линейный;
  • mLLDPE, MPE – металлоценовый линейный;
  • MDPE – средней плотности;
  • HMWPE, VHMWPE – высокомолекулярный;
  • UHMWPE – сверхвысокомолекулярный;
  • EPE – вспенивающийся;
  • PEC – хлорированный.

Известно также немало материалов, относящихся к категории сополимеров. Проанализируем несколько видов, наиболее часто встречающихся в промышленной переработке.

Полиэтилен низкой плотности

Материал имеет пластичную и мягкую структуру. Производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД) предполагает полимеризацию этилена в трубчатом реакторе или автоклаве. Процесс протекает при температуре около 750 о С под давлением 1,5–3 кгс/см 2 . В результате получается гранулят низкой плотности. Полученное сырье направляется на производство упаковки из полиэтилена, контактирующего с сухими и сыпучими веществами. Пакеты, изготовленные из такого материала, способны выдерживать до четырех килограммов веса.

Полимер высокой плотности

Производство полиэтилена низкого давления (ПЭНД) заключается в процессе полимеризации с применением катализаторных систем. В итоге получают жесткие гранулы с высоким уровнем плотности – 0,960 г/см 3 . Они пригодны для выпуска пищевой пленки. Товарный гранулят выпускают окрашенным и бесцветным. Иногда готовая продукция имеет вид порошка.

Как выглядит вспенивающийся полиэтилен

Так называют синтетический материал, имеющий закрыто-пористую структуру. Производство вспененного полиэтилена основано на сильном разогреве сырья и последующем взбивании с помощью газа (бутана, фреона и других). На практике пенополиэтилен широко применяется как отличный теплоизолятор универсального назначения.

Что такое сшитый полиэтилен?

Производство особо прочного гранулята основано на применении сверхвысокого давления. В результате процесса происходит прочное сцепление молекул исходного вещества. Модифицированный полимер отличают высокие технические характеристики:

  • Устойчивость к воздействию высоких температур. Материал размягчается только при температуре свыше 150 о С, плавится при 200 о С, а загорается лишь при достижении 400 о С.
  • Повышенная степень жесткости и прочности на разрыв.
  • Сохранение основных признаков при резком изменении окружающих условий, а также при воздействии химических или биологических разрушителей.
  • Высокие паро- и гидроизолирующие свойства.

Сшитый полиэтилен активно применяется в производстве напорных труб холодного и горячего водоснабжения. Кроме того, его используют в изготовлении элементов отопительных систем и специальных стройматериалов.

С чего начинается устройство бизнеса

Завод по производству полиэтилена может включать в себя несколько технологических линий по выпуску различных изделий: полимерных пленок, пакетов, крышек, тары, труб, бутылочных пробок и многого другого. Не стоит организовывать сразу несколько направлений. Целесообразнее войти в рынок полимеров в качестве производителя полиэтиленовой пленки и пакетов. Наладив стабильную работу, можно постепенно расширять ассортимент выпускаемой продукции.

Практический опыт показывает, что производство полиэтилена в России гарантировано обеспечивает уровень рентабельности не менее 15 %. До запуска предприятия нужно позаботиться об оформлении разрешительных документов. Вам придется посетить городскую администрацию, энергонадзор, санэпидстанцию, пожарную охрану, экологическую службу. Если заняться этими вопросами плотно, то можно вполне уложиться в срок месяц – полтора. Накладные расходы составят всего 15–20 тысяч рублей.

Вопрос переработки остатков

Прежде чем вы начнете организовывать производство изделий из полиэтилена, хорошо продумайте вопрос утилизации отходов. Закапывать в землю или сжигать обрезки пластика нельзя ни в коем случае. Во-первых, это приносит огромный вред окружающей среде. А во-вторых, за подобные действия грозит серьезное наказание.

Проще и дешевле всего сдавать полимерные остатки на предприятие по переработке пластмасс. Но стоит иметь в виду, что такого завода может не оказаться в вашем населенном пункте. Если будет запланировано производство вторичного полиэтилена, то лучше всего наладить выпуск мусорных пакетов. Для этого придется произвести дополнительные расходы на покупку технологической линии. Зато в конечном итоге затраты окупятся быстрой реализацией популярных товаров, пользующихся устойчивым спросом у населения.

Закупка основного оборудования

Выбор производственных линий сегодня достаточно велик. В качестве примера рассмотрим перечень станков и агрегатов, которые потребуются для выпуска пленки с дальнейшим формированием из нее пакетов бытового назначения.

Необходимое оборудование для производства полиэтилена:

  • Экструдер (экструзионная установка) – машина для преобразования сырьевых гранул в пленку методом раздува снизу вверх. Ширина рукава должна соответствовать размерам выпускаемых пакетов (300–550 мм). В комплект агрегата также входит устройство для фальцевания швов.
  • Пакетоделательная машина – станок для порезки пленки или рукава на заготовки определенной длины. Устройство также запаивает заготовку с одной стороны, формируя готовое изделие.
  • Вырубной пресс с комплектом форм для производства пакетов–маек или сумок с прорезной ручкой.
  • Станок для изготовления пластиковых зажимов для упаковки.
  • Флексограф – машинка для нанесения печатных изображений на рукав пакета.

Если стартового капитала не очень много, то на первых порах можно вполне обойтись без печатного устройства. Разумнее будет обратиться за услугой по нанесению рисунков в специализированные полиграфические центры.

Для переработки отходов производства нужно будет приобрести специальный аппарат для дробления. Примерная стоимость технологической линии с доставкой и настройкой станков - 1,5–2 миллиона рублей.

Дополнительные элементы оборудования

Производство полиэтилена требует также покупки складского оборудования (стеллажи, столы, стенды, ящики и прочее) для хранения сырья и готовой продукции. Не стоит забывать и об оснащении офисов. Дополнительное оборудование может увеличить общую сумму расходов на 50–60 тысяч рублей.

Производственные цеха нуждаются в обустройстве качественной мощной вентиляционной установки и противопожарной системы. Особые требования предъявляются к складским помещениям: первичное сырье для производства полиэтилена (гранулят) имеет свойство поглощать испарения и газы. Несоблюдение правил хранения сырого материала может привести к ухудшению качества изготавливаемых изделий.

Необходимое сырье

Основной синтетический материал для производства изделий из полиэтилена – полимерные гранулы. Они имеют размеры 3–5 мм и выпускаются в форме шара, куба, цилиндра или мелкой крошки. Второй источник сырья – вторичная переработка отходов или остатков технологического процесса.

Получение пленки

Технология производства полиэтилена включает в себя несколько этапов, которые нужно пройти, чтобы из сырьевого материала получить яркие и удобные пакеты.

  • Полимерные гранулы загружают в бункерный отсек экструдера. Отсюда они забираются с помощью питающего шнека. В емкости поддерживается постоянная температура в диапазоне от 180 до 240 градусов. В процессе передвижения гранулы, сильно нагреваясь, переплавляются в однородную массу. Получившаяся смесь продавливается через формующее отверстие, в результате получается полиэтиленовая пленка в виде рукава (или трубы). Автоматическая настройка экструдера позволяет выпускать готовое полотно заданной толщины и ширины.
  • Получившийся рукав постепенно охлаждается и подвергается раскатыванию вальцами.
  • Автоматический нож разрезает полотно на две полосы одинаковой ширины.
  • Готовый рукав поступает в намотчик, который скручивает пленку в рулоны. Обрезки упаковываются отдельно, в дальнейшем их пускают на вторичную переработку.

Нанесение рисунка

При необходимости производится печать цветного изображения методом флексографии.

  • Специальную краску разводят спиртом и постоянно перемешивают. Это необходимо для того, чтобы раствор не утратил нужную вязкость.
  • Дозатор направляет определенные порции красителя на валики, которые делают на пленке оттиск. После нанесения рисунка полиэтилен вновь сматывается в рулон.

Формирование пакетов

Следующий этап позволяет создавать основу для кулечков.

  • Рулон с нанесенным изображением помещают в пакетоделательный станок. С помощью специальных приспособлений из пленки вырезается «выкройка» будущей сумки и формируется донная складочка.
  • Пропуская через клеймовочный пресс полиэтиленовые заготовки, проделывают отверстия для ручек. Гильотина отсекает верхнюю часть пакета для дальнейшего закрепления пластиковых ручек, или вырезает майку.
  • Сварочный нож соединяет края пакета при температуре 180 градусов, в итоге получается целое изделие.

Финальный процесс – проверка качества швов и креплений застежек.

Заключение

Как мы смогли убедиться, производство полиэтилена – это достаточно сложный химический процесс, который под силу только крупным промышленным предприятиям специализированного направления. А технология переработки готовых гранул представляется довольно простым делом, не требующим углубленных знаний. Начав свое дело с установки какой-либо производственной линии, можно через 2–3 года полностью вернуть затраченные средства.

Производство полиэтилена, наиболее востребованного полимера, основано на реакции полимеризации газа этилена. Это термопластичный полимер, класса органических полифенолов. Его популярность объясняется целым комплексом технологических свойств, позволяющих производить из него множество изделий бытового назначения и изделий для разных сфер промышленного производства. Немаловажным фактором востребованности данного материала является его низкая стоимость по сравнению с аналогами, использующимися в этих же сферах.

Краткий анализ бизнеса:
Затраты на организацию бизнеса: 150 — 250 тысяч долларов
Актуально для городов с населением: без ограничений
Ситуация в отрасли: низкая конкуренция
Сложность организации бизнеса: 4/5
Окупаемость: 12 — 14 месяцев

Основные виды полиэтилена

  • ПНД – полиэтилен низкого давления, или ПВП – высокой плотности;
  • ПВД – высокого давления, или ПНП – низкой плотности;
  • ПСД – среднего давления, или ПСП – средней плотности.

Кроме этих видов полимеров, есть и другие: сшитый – PEX, вспененный и хлорсульфированный (ХСП) полиэтилены.

Полиэтилен – один из самых широко применяемых современных материалов в производстве:

  • упаковочных, термоусадочных, сельскохозяйственных и других видов пленки;
  • водопроводных, газовых и других видов труб;
  • различных синтетических волокон;
  • емкостей для разного рода жидкостей;
  • большого ассортимента стройматериалов;
  • санитарно-технических изделий;
  • посуды и предметов домашнего обихода;
  • изоляционных материалов для электрических кабелей;
  • деталей для автомобилей, станков, различного оборудования, инструментов и другой техники;
  • протезов для стоматологии и других видов эндопротезирования;
  • пенополиэтилена.

Широкий спектр потребительских свойств полиэтилена обусловлен целым комплексом химических, физико-механических и диэлектрических характеристик этого материала. Поэтому он востребован в радиоэлектротехнической, кабельной, химической, строительной, медицинской и многих других отраслях.

Специальные разновидности этого материала, такие как вспененный полиэтилен, сшитый, сверхмолекулярный, хлорсульфированный – эффективно используются в производстве строительных материалов. Хотя сам полиэтилен не конструкционный по структуре, но армирование стекловолокном дает возможность использовать его в конструкционных композитных изделиях.

Полиэтилен используется и как вторсырье. Его отходы отлично перерабатываются для дальнейшего применения.

Технология производства полиэтилена

Полиэтиленовый полимер получают в результате химической реакции полимеризации этилена в различно созданных условиях и в присутствии определенных катализаторов. В зависимости от условий протекания реакции – температуры, давления и катализаторов, полиэтилен приобретает кардинально отличающиеся характеристики.

Чаще всего практическую ценность имеют три вида полиэтилена – низкого, среднего и высокого давления. Поэтому стоит рассмотреть технологию получения именно этих материалов. Надо заметить, что полиэтилен среднего давления считается всего лишь разновидностью ПНД и технология их производства ничем не отличается.

Производство полиэтилена низкого давления

ПНД производится из очищенного газа этилена. Процесс идет при температуре 100-150°C при давлении до 4 МПа. В реакции полимеризации обязательно должен присутствовать катализатор: или триэтилаллюминий или четыреххлористый титан. Процесс может быть непрерывным или кратковременным, с перерывами.

Существует ряд технологий производства полиэтилена, отличающихся по типу используемых конструкций, размеру реактора, способу очистки полимера от катализатора. Весь технологический процесс разбит на три этапа:

  • полимеризация полиэтилена;
  • очистка его от катализатора;
  • просушка.

Необходимое условие для нормального протекания реакции полимеризации – постоянная температура, которая поддерживается с помощью подаваемого этилена и его объемов. Процесс полимеризации с участием катализатора имеет свои недостатки – происходит неизбежное загрязнение полученного продукта остатками катализатора.

Он не только окрашивает полиэтилен в неприемлемый коричневый цвет, но и ухудшает его химические свойства. Для устранения этого недостатка катализатор разрушается, а потом растворяется и отфильтровывается. Отмывается полученный полимер в специальной центрифуге, в которую добавляют метиловый спирт.

После промывки он отжимается, к нему добавляют вещества, повышающие его прочность и внешний вид. Для улучшения внешних качеств добавляют воск, который придает полиэтилену блеск. Далее продукт полимеризации попадает в сушильные аппараты и в цеха грануляции. Основные марки полиэтилена производятся в порошкообразном виде, композиционные марки – в виде гранул.

Производство полиэтилена высокого давления

ПВД производится при температуре не менее 200 °C, при давлении от 150 до 300 МПа, в качестве активатора реакции выступает кислород. Оборудование для получения полимера – автоклавные и трубчатые реакторы.

Трубчатый реактор – это длинный резервуар в виде трубы, в котором и происходит реакция полимеризации под высоким давлением. Полимер, в виде расплава выводится из реактора и поступает в отделитель промежуточного давления, где он изолируется от непрореагировавшего этилена. Затем, согласно технологической схеме он поступает на экструдер и выходит из него в виде гранул, и направляется на дополнительную обработку. Эта технология является наиболее востребованной среди производителей.

Автоклавные реакторы – цилиндрические, вертикально расположенные агрегаты, в которых идет реакция полимеризации этилена с инициатором реакции. Реакторы отличаются условиями протекания реакций, в том числе условиями теплоотвода. Концентрации инициаторов и параметров реакционной массы.

Различия протекания химических реакций. Разные виды оборудования и другие различия обусловливают структурные особенности получаемого продукта полимеризации.

Несмотря на тип реактора, схема производства ПВД для них одинаковая:

  • подача в приемник реактора сырья и инициатора;
  • разогрев ингредиентов и повышение параметров давления;
  • промежуточная подача сырья и инициатора;
  • изоляция непрореагировавшего этилена и его сбор для повторного использования;
  • охлаждение полученного полимера, сброс давления;
  • грануляция конечного продукта, промывка, сушка, упаковка.

Вспененный полиэтилен, или ППЭ – это полимер, отличающийся пористой структурой и имеющий высокие эксплуатационные и технические характеристики. Он широко используется как термоизоляционный материал в строительстве и в приборостроительном машиностроении, а также как упаковочный материал и в других сферах.

Технология производства этого полимера отличается определенной сложностью. Для ее полного цикла необходимо специальное оборудование: смесители, загрузчики, охлаждающие устройства, насосы высокого давления. Но самым главным оборудованием в производстве вспененного полиэтилена являются экструдеры. В качестве сырья используется ПВД, в качестве вспенивающих агентов – фреоны и алкановые смеси, например, бутан.

В зависимости от особенностей технологии производства, различают два вида ППЭ – сшитый и несшитый. Процесс вспенивания идет под определенным давлением и с высокой температурой. Этапы технологического процесса:

  • смешивание;
  • продавливание смеси через экструдер;
  • сшивание пленок;
  • вспенивание;
  • получение заготовок в виде плит, пленки и других полуфабрикатов.

    • Для того, чтобы избежать затрат на крупномасштабное производство полимеров, можно воспользоваться их вторичной переработкой. Из вторсырья производится высококачественный гранулированный полимерный продукт, который по своим характеристикам ничем не уступающий первично полученному полимерному продукту.

    Сырье подвергается дроблению. Затем, оно моется и сушится в центрифуге. Очищенная сырьевая масса проходит операцию агломерации и идет на гранулирование. Это – конечный продукт вторичной переработки полиэтилена.

    Оборудование для производства полиэтилена различается в соответствии с назначением и видом перерабатываемого сырья. Технологическая цепочка представлена следующим оборудованием:

    • один или несколько экструдеров-грануляторов;
    • машина для резки;
    • загрузчики, работающие на основе вакуума;
    • насосы, оснащенные фильтрами для расплавов;
    • вибросита;
    • ванны для охлаждения;
    • транспортеры;
    • бункера для подачи сырьевой массы;
    • мельницы.

    Покупка нового основного оборудования для производства полиэтилена может стать в пределах 120-200 тысяч долларов.Новое отечественное оборудование будет стоить меньше в два раза.

    Как организовать завод по производству полиэтилена

    Всякий производственный бизнес начинается с разработки бизнес-плана.

    Составление бизнес-плана

    Цель бизнес-плана – предоставление общей информации об авторе проекта, описание продукции, которую он собирается производить. Также должна быть раскрыты задачи проекта, в подробностях должна быть описана технология производства продукции.

    Если эта технология является новой, то в бизнес-плане должны быть представлены заключения соответствующих органов об ее безопасности для окружающей среды и здоровья людей.

    Помещение

    Промышленное производство, каковым является выпуск полиэтилена, следует размещать в производственной зоне населенного пункта. Для производственного помещения существуют определенные санитарные и технические требования. Площадь помещения не должна быть меньше 100 кв. метров, высота его не должна быть ниже 10 метров. В производственных цехах должна быть противопожарная защита и хорошая вентиляция.

    Прежде всего, необходимо зарегистрировать свое предприятие. Это может быть ИП или ООО . Также необходимо получить разрешительные документы в таких инстанциях:

    • городская администрация;
    • пожарная, экологическая и санитарно-эпидемиологическая службы;
    • электронадзор.

    Расчет затрат

    Сначала производится расчет доходов от производства продукции:

    • сколько затрачивается в среднем на производство определенного объема продукции;
    • какова ее рыночная стоимость;
    • каков размер дохода.
    • стоимость разрешительных документов;
    • подготовка помещения;
    • закупка оборудования;
    • закупка сырья.

    Ежемесячные расходы:

    • оплата труда работникам;
    • оплата аренды помещения;
    • налоги и коммунальные услуги.