Моя ХАТА

Производство полиэтилена как бизнес: описание технологий изготовления, примеров оборудования, нюансов организации дела

Производство полиэтилена (ПЭ) занимает примерно 35% мирового рынка термопластов. Из них 17% приходится на изготовление функционального и плотного материала, а 18% — на полимер с более рыхлой структурой. В последние годы общая доля полиэтилена снизилась, что связано с частичной заменой на полипропилен.

Если рассматривать российский рынок полиэтилена в глобальных масштабах, объем данной продукции занимает всего 2% от мирового выпуска. Однако есть определенные особенности:

введение международных санкций стало причиной сокращения импорта, в результате наблюдается активный переход на потребление полиэтилена собственного производства;
значимую долю полиэтилена выпускают несколько крупнейших производителей, задающих общую тенденцию;
аналогично ситуации на мировом рынке, цены на российский полимер постепенно растет, но резких скачков не наблюдается. 
В связи с появлением новых производств по переработке полиэтилена для изготовления конечной продукции, спрос на сырье продолжает умеренно расти.

Крупнейшие предприятия по полиэтилену для производства расположены в Узбекистане, России, Южной Корее, Беларуси.

В России лидерские места занимают:

ОАО «Казаньоргсинтез» — крупнейший производитель полиэтилена в РФ, находится в Казани;
«Сибур Холдинг» — крупнейшая в РФ интегрированная нефтехимическая компания;
ООО «Ставролен» — предприятие химической промышленности, которое находится в Буденновске, Ставропольского края
«ЗапСибНефтехим» — нефтехимический комбинат группы «СИБУР» в Тобольске (открыт в мае 2019 года);
завод «Нижнекамскнефтехим» — один из лидеров отечественного рынка по выпуску полиэтилена, в городе Нижнекамск.
Для нового предприятия крупные промышленные компании не будут являться прямыми конкурентами. Прежде чем рассматривать их в качестве соперников, стоит обойти более мелких производителей.

Описание продукта
Полиэтилен — органическое соединение, полимер этилена, принадлежит к классу полиолефинов. Выпускается в виде цветных или прозрачных гранул размером 3-5 мм, а также в форме порошка.

ПЭ классифицируется по плотности, что зависит от условий технологического процесса (температуры, давления, катализаторов).

Основными видами являются:

полиэтилен низкой плотности (высокого давления) — ПВД, ПЭНП (используется для изготовления полиэтиленовых пакетов, упаковочной пленки и прочего);
полиэтилен высокой плотности (низкого давления) — ПНД, ПЭВП (являются основой полимерных канализационных труб, горшков для комнатных растений и других изделий из пластика).
Другие разновидности:

полиэтилен среднего давления (высокой плотности) — ПЭСД;
линейный полиэтилен высокой плотности — ЛПВД;
линейный полиэтилен средней плотности — ПЭСП;
линейный полиэтилен низкой плотности — ЛПЭНП;
полиэтилен очень низкой плотности — VLDPE;
полиэтилен сверхнизкой плотности — ULDPE;
металлоценовыйлинейный низкой плотности — MPE;
сшитый ПЭ — XPE;
высокомолекулярный полиэтилен — ВМПЭ;
сверхвысокомолекулярный — UHMWPE.
Все виды полиэтилена отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач.

Линейный полиэтилен ― промежуточное звено между ПЭНП и ПЭВП, сочетает свойства обоих материалов.

ПЭ практически не пропускает газы, устойчив к воздействию щелочей и кислот. При комнатной температуре не вступает в реакцию с растворителями. Под высоким давлением может растворяться в воде, нагретой до 180 градусов по Цельсию.

Сырье
Сырьем для производства полиэтилена является этилен ― горючий газ без цвета, имеющий сладковатый запах. При определенных условиях частично растворяется в воде и этаноле. Для получения полиэтилена используется газ, прошедший высокую степень очистки, поскольку сторонние примеси (метан, этан) тормозят реакцию полимеризации, а также способны менять окрас материала.

Нефтяные газы получают путем крекинга под воздействием температуры 400―450 градусов по Цельсию и пиролиза при 700°С. Помимо этилена, выделяются метан, этан, пропилен и другие вещества. Поэтому полученная смесь перед поступлением на производство подвергается предварительной очистке.

Этилен поставляют в цистернах или баллонах. К продукту прилагается документ о соответствии качеству (ГОСТ 25070-2013). В нем содержится следующая информация:

наименование изготовителя;
товарный знак, юридический адрес;
название продукта;
масса нетто;
результаты исследований;
дата изготовления;
обозначение действующего стандарта.
Помимо основного сырья (этилена), в производстве участвуют и другие вещества.

ГОСТы
ГОСТ 16338-85 Полиэтилен низкого давления. Технические условия
ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления. Технические условия
ГОСТ 26393-84 Полиэтилен. Метод определения экстрагируемых веществ диэтиловым эфиром
ГОСТ 26359-84 Полиэтилен. Метод определения содержания летучих веществ
Технологии производства полиэтилена + Видео как делают
ПЭ можно разделить на две большие группы: низкой и высокой плотности. Материал, изготовленный при среднем давлении, является разновидностью материала высокой плотности. Поэтому будет рассмотрено два основных технологических процесса, применяемых на предприятиях.

Производственный процесс для получения полиэтилена под высоким давлением (низкой плотности)
Технологический процесс протекает в 3 стадии:

Инициирование.
Рост цепи.
Обрыв цепи.
Суть инициирования состоит в распаде элементов при воздействии высоких температур на свободные радикалы, которые затем присоединяются к молекуле этилена. Та, в свою очередь, набирает требуемую энергию активации, приобретает способность присоединять новые аналогичные молекулы. Передает им энергию, начинается рост цепи полимера. В качестве инициаторов выступают кислород, органический периоксид, нитрильные соединения.

По мере роста цепи образуются молекулы полимера с боковыми ответвлениями (длинными и короткими). Формируется приближенное шестичленовое кольцо.

Полимеризацию этилена под высоким давлением можно осуществить одним из двух способов: полимеризацией в массе или с растворителем (в суспензии). Первая технология используется чаще. Ее суть состоит в следующем:

Этилен, подающийся на полимеризацию, состоит из смеси нового и возвратного газа (при непрерывном процессе). Чтобы очистить от твердых примесей, его пропускают сквозь фильтр.К этилену из баллона добавляют кислород (инициатор). Его количество зависит от условий реакции. Каждому значению температуры и давления соответствует определенный объем кислорода. Если его превысить, этилен может взорваться и разложиться на водород, углерод и метан.
Процесс смешивания этилена с кислородом начинается на стадии транспортировки газа, продолжается во время фильтрации, а также осуществляется при сжатии, которое происходит в 2 этапа (под давлением 30—35 и 150 МПа) с промежуточными охлаждениями в водяном холодильнике и очисткой от масляных примесей.
В верхней части реактора имеются трубки, диаметр которых составляет 10 мм. Они оснащены рубашками, где циркулирует вода, нагретая до 20 градусов по Цельсию. Смесь разогревается до 200–260°С, что способствует процессу полимеризации.
Полиэтилен с остаточным газом выводится через нижнюю головку устройства. Затем происходит процесс дросселирования до 30—40 МПа, после чего поступает в сепаратор.
Этилен отправляется на очистку, а полиэтилен — в шнек-приемник. На пути он дросселируется до 0,2—0,3 МПа.
Через верхний штуцер отводится газ для повторного производства, а через нижний в виде жгута выводится готовый материал и поступает в гранулятор.
Далее продукция отправляется на дополнительную обработку: отделитель конденсата, центрифугу, вибросито.
Второй способ изготовления полиэтилена (с растворителем или в суспензии) не настолько популярен, как первый. Реакция осуществляется в трубчатом реакторе при температуре 200 градусов по Цельсию и под давлением 100 МПа. Участие принимает бензол и незначительное количество кислорода или в эмульсии.