Как производят гранулу полиэтилена?

Процесс создания полиэтилена: от теории к практике

История открытия и производства гранул полиэтилена

В то время баллоны для газов сдавали с открытыми вентилями, и в них всегда оставалось немного воздуха. Как выяснилось, концентрация кислорода в газовых смесях варьировалась от баллона к баллону, и именно этот фактор оказывал решающее влияние на реакцию полимеризации. Недостаточное количество кислорода препятствовало образованию полиэтилена, а избыток приводил к взрыву и разложению вещества. После того как эта закономерность была выявлена, дело пошло на лад. Спустя несколько лет удалось наладить промышленное производство полиэтилена. Впоследствии из полученных гранул человечество начало изготавливать широкий ассортимент продукции: напорные и дренажные трубы, газовые трубы, стрейч-плёнку, а также разнообразную тару и упаковку.

Затем этилен поступает в реактор, где в присутствии гексанового растворителя, бутена, водорода и катализатора происходит процесс полимеризации. В результате реакции образуется влажный порошок, который с помощью потока азота транспортируется по трубопроводной системе предприятия. Далее порошок отделяют от растворителя и отправляют на сушку. После реактора материал поступает в экструдер, где к нему добавляют различные вспомогательные вещества — стабилизаторы, антиоксиданты и другие добавки. Эти компоненты повышают устойчивость полиэтилена к воздействию световых и тепловых факторов, а также улучшают его механические характеристики. Выбор конкретных добавок определяется тем, в какой сфере планируется использовать готовый продукт. Готовый материал помещается в специальные силосы для хранения и гомогенизации гранул полиэтилена. После того как процесс перемешивания завершается, гранулы упаковывают в мешки весом 25 кг. Полученный полиэтилен находит широкое применение в различных областях: от производства упаковки и строительных материалов до использования в медицинской промышленности.

Производство полиэтилена — сложный многоступенчатый процесс, который начинается с использования попутного нефтяного газа. Этот газ образуется при добыче нефти и газа и по трубопроводам доставляется на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ). Там он проходит тщательную очистку от примесей и разделяется на два основных компонента: сухой газ (метан) и широкую фракцию лёгких углеводородов (ШФЛУ). Широкая фракция лёгких углеводородов подвергается газофракционированию, в результате которого получаются сжиженные углеводородные газы. В состав ШФЛУ входят пропан, бутан, изобутан и пентан. Полученное сырьё направляют в змеевики печи пиролиза. В этих условиях происходит разложение мономеров олефинов, в результате чего образуются этилен и пропилен. Температура в процессе нагрева сжиженного углеводородного газа (СУГ) достигает 850 °C, после чего газ охлаждают и получают пирогаз. Чтобы выделить этилен из пирогаза, его подвергают нескольким этапам очистки и подготовки при температуре –30 °C и давлении свыше 18 атмосфер.

В одной из лабораторий в 1933 году свершилось случайное, но значимое открытие — появление гранул полиэтилена. Честь первооткрывателей принадлежит химикам Реджинальду Гибсону и Эрику Фосетту. В ходе эксперимента 27 марта они поместили в реакционную ёмкость смесь этилена и бензальдегида, создав условия с давлением в 1900 атмосфер и температурой в 170 °C. К их удивлению, давление в ёмкости резко снизилось: газы трансформировались в твёрдое белое вещество — полимеризованный этилен. Однако последующие попытки воспроизвести эксперимент не приносили успеха: чаще всего они заканчивались взрывами и разложением веществ на водород и углерод. Лишь спустя два года химик Майкл Перрин взялся за изучение опытов своих предшественников.