Vorstellung der wichtigsten globalen Produktionsverfahren für Polyethylen

(1) Die Produktionslinie der Basler Firma Spherilene nach dem Gasphasenverfahren kann linearen PE herstellen – von ULDPE mit sehr niedriger Dichte bis hin zu LLDPE sowie auch HDPE. Es werden Ziegler-Natta-Typ Titan-Basis-Katalysatoren sowie das Spherilene-Gasphasenverfahren verwendet. In Gegenwart leichter, inerten Kohlenwasserstoffe erfolgt zunächst eine intramolekulare Präpolymerisierung des Katalysators und der Zutaten, wobei die intramolekulare Polymerisierung unter milderen Bedingungen stattfindet. Die Flüssigkeit gelangt in den ersten Gasphasenreaktor, wird dort durch einen Kühlkreislauf mit zirkulierendem Gas gekühlt und anschließend in die beiden weiteren Gasphasenreaktoren geleitet. Die Dichte der hergestellten Produkte reicht von ULDPE (unter 900 kg/m³) bis HDPE (über 960 kg/m³), und die Schmelzfließrate (MFR) liegt zwischen 0,01 und 100. Durch den Einsatz von zwei Gasphasenreaktoren können Doppelgipfel-Polymere sowie Spezialpolymere hergestellt werden. Seit der Einführung des Spherilene-Verfahrens auf den Markt im Jahr 1992 beträgt die Produktionskapazität nun 1,8 Millionen Tonnen pro Jahr. Sechs Produktionsanlagen (1 in den USA, 2 in Südkorea, 2 in Brasilien, 1 in Indien) sind bereits in Betrieb, weitere zwei (je eine in Indien und im Iran) befinden sich im Bau. Die jährliche Produktionskapazität pro Anlage liegt zwischen 100.000 und 300.000 Tonnen. Derzeit verfügt China über keine Produktionsanlagen für diese Technologie.

(2) Das Bastar-Verfahren von Nordskov Chemicals: Das Bastar-PE-Verfahren ermöglicht die Herstellung von bimodalem sowie unimodalem LLDPE, MDPE (Polyethylen mittlerer Dichte) und HDPE. Verwendung von seriell geschalteten Schaltkreisen sowie Reaktoren nach dem Verfahren bei niedrigem Druck in der Gasphase. Die Dichte von PE beträgt 918–970 kg/m³, der Schmelzindex 0,1–100. Es werden Z-N-Katalysatoren oder SSC-Katalysatoren (Katalysatoren mit einem aktiven Zentrum) verwendet. Katalysator und Propan-Verdünner werden in einen kompakten Präpolymerisierungsreaktor eingebracht, gleichzeitig werden Kocatalysator, Ethylen, Kopolymermonomere und Wasserstoff zugeführt. Die vorverpolymerisierte Suspension gelangt anschließend in den zweiten, größeren Reaktor des Suspensionskreislaufs, der unter supkritischen Bedingungen (75–100 °C, 5,5–6,5 MPa) betrieben wird. Es können Produkttypen mit Doppeltpeak hergestellt werden. Der nach dem Flash-Verfahren behandelte Polymer wird anschließend in einen fluidisierten Gasphasenreaktor geleitet. Ohne Zugabe eines neuen Katalysators kann so ein Homopolymer gewonnen werden. Die Betriebsbedingungen der Gasphasenreaktion sind: 75–100 °C, 2,0 MPa. Die erste industrielle Anlage wurde 1995 in Finnland in Betrieb genommen. Die beiden Produktionslinien in Abu Dhabi (mit einer Kapazität von 450.000 Tonnen pro Jahr für Produkte der Double-Peak-Klasse) wurden im zweiten Halbjahr 2001 in Betrieb genommen. Die fünfte Anlage mit einer Kapazität von 250.000 Tonnen pro Jahr (die zweite Anlage dieser Art) wurde ebenfalls bei der Shanghai Petrochemical Company in China errichtet. Sie ist damit die größte PE-Anlage in China. Die maximale Designkapazität dieser Anlage beträgt 300.000 Tonnen pro Jahr.

(3) Das Innovene-Verfahren von BP zur Herstellung in gasförmiger Phase ermöglicht die Produktion von LLDPE- und HDPE-Produkten. Dabei werden Zn-Titanat-, Chrom- oder Metallorganokatalysatoren verwendet. Chromkatalysatoren ermöglichen die Herstellung von Produkten mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung, während Ziegler-Natta-Katalysatoren Produkte mit einer schmalen Molekulargewichtsverteilung erzeugen. Die Betriebsbedingungen des Schichtreaktors sind mild und liegen bei 75–100 °C sowie 2,0 MPa. Buten oder Hepten können als Kopolymermonomere verwendet werden. Schon 30 Produktionslinien sind in Betrieb, werden entworfen oder sind im Bau. Die Kapazität liegt bei 50.000–350.000 Tonnen pro Jahr. Technip arbeitet mit BP zusammen und vertreibt in Europa, in der ehemaligen Sowjetunion, in Südamerika, China und Malaysia das von BP entwickelte Innovene-Verfahren zur Herstellung von Polyethylen. Die Kapazität der Innovene-PE-Anlagen von BP beträgt mittlerweile über 8 Millionen Tonnen pro Jahr – dazu gehören die PE-Anlagen in Bandar Imam (Iran), Grangemouth (Schottland), Merak (Indonesien) und Kerteh (Malaysia). Auch die zweite Erweiterung der LLDPE/HDPE-Anlage der chinesischen Dushanzi Petrochemical Company erfolgte mit dem Innovene-Verfahren, wodurch die Produktionskapazität von 120.000 Tonnen pro Jahr auf 200.000 Tonnen pro Jahr erhöht wurde. Die neu gebaute 600.000-Tonnen-Anlage für Polyethylen von Sinopec wird diese Technologie nutzen.

(4) Die ExxonMobil Corporation verwendet Tubus- und Batch-Reaktionsverfahren sowie Hochdruck-Radikalverfahren zur Herstellung von LDPE-Monomeren sowie EVA-Kopolymern (Ethylen-Vinylacetat). Es werden großvolumige Rohrreaktoren (Kapazität 130.000–350.000 Tonnen/Jahr) sowie Rührkesselreaktoren (Kapazität etwa 100.000 Tonnen/Jahr) eingesetzt. Die Betriebsdrücke in Rohrreaktoren liegen bei bis zu 300 MPa, während sie in Tankreaktoren unter 200 MPa liegen. Der Vorteil des Hochdruckverfahrens ist die verkürzte Verweildauer; derselbe Reaktor kann von der Herstellung von Homopolymern auf die Herstellung von Kopolymern umgestellt werden. Die Dichte der Homopolyme liegt bei 912–935 kg/m³, der Schmelzindex bei 0,2–150. Der Anteil an Vinylacetat kann bis zu 30 % betragen. Die Ressourcen- und Energieverbrauch pro Tonne Polymer sind wie folgt: Ethylen 1,008 Tonnen, Elektrizität 800 kWh, Dampf 0,35 t, Stickstoff 5 m³. Bereits 23 Hochdruckreaktoren sind in Betrieb, mit einer Produktionskapazität von 1,7 Millionen Tonnen pro Jahr. Herstellung von Homopolymern und verschiedenen Kopolymern. Die neu errichtete LDPE-Anlage in Yanshan mit einer Kapazität von 200.000 Tonnen pro Jahr nutzt bereits die Rohrprozesstechnologie dieses Unternehmens.

(5) Das CX-Verfahren von Mitsui Chemicals zur Herstellung von Schmelzschlämmen bei niedrigem Druck ermöglicht die Herstellung von HDPE und MDPE. Dabei wird das CX-Verfahren mit niedrigem Druck angewandt. Es können Produkte mit einer bimodalen Molmassenverteilung hergestellt werden. Ethylen, Wasserstoff, Copolymerisationsmonomere und ein hochaktiver Katalysator gelangen in den Reaktor, wo die Polymerisation im Schlammzustand stattfindet. Das automatische Steuerungssystem für die Polymereigenschaften ermöglicht eine effektive Kontrolle der Produktqualität; der hochaktive Katalysator muss nicht aus dem Produkt entfernt werden. 90 % des aus der Schleimlösung getrennten Lösungsmittels können ohne weitere Behandlung direkt in den Reaktor zurückgeführt werden. Es können Produkte mit enger oder breiter Molmassenverteilung hergestellt werden; die Dichte beträgt 930–970 kg/m³, der Schmelzindex liegt zwischen 0,01 und 50. Die Ressourcenverbrauch pro Tonne Produkt sind wie folgt: Ethylen und Kopolymermonomere 1010 kg, Elektrizität 305 kWh, Dampf 340 kg, Kühlwasser 190 t, Stickstoff 30 m³. Derzeit sind 35 Produktionslinien in Betrieb oder im Bau, mit einer Gesamtkapazität von 3,6 Millionen Tonnen pro Jahr. Inländisch gibt es derzeit hauptsächlich Anlagen mit dieser Technologie: die 220.000-Tonnen-Anlage in Daqing, die 140.000-Tonnen-Anlagen in Yangzi und Yanshan sowie die 70.000-Tonnen-Anlage in Lanzhou.

(6) Das Zweikreis-Reaktorsystem der Chevron Phillips Company für die LPE-Technologie: Mit der LPE-Technologie von Phillips Petroleum wird lineares Polyethylen (LPE) hergestellt. Die Polymerisation erfolgt unter Verwendung eines hochaktiven Katalysators in einem Kreislaufreaktor und einer Isobutan-Suspension. Der Schmelzindex des Produkts sowie die Molekulargewichtsverteilung können durch Katalysatoren, Betriebsbedingungen und Wasserstoff reguliert werden. Kopolymermonomere können Buten-1, Hexen-1, Octen-1 usw. sein. Der hochaktive Katalysator macht eine Entfernung des Katalysators überflüssig; bei der Polymerisation entstehen weder Paraffin noch andere Nebenprodukte, **was die umweltbelastenden Emissionen verringert.** Ethylen, Isobutan, Copolymerisationsmonomere und Katalysator gelangen kontinuierlich in den Kreislaufreaktor, wo sie bei Temperaturen unter 100 °C und einem Druck von ca. 4,0 MPa reagieren; die Verweilzeit beträgt etwa 1 Stunde. Die Einstschritt-Umwandlungsrate von Ethylen beträgt über 97 %. Der Material- und Energieverbrauch pro produzierte Tonne Produkt beträgt: 1,007 Tonnen Ethylen, 2–10 US-Dollar für Katalysatoren und Chemikalien (je nach Produkt), 350 kWh Strom, 0,25 t Dampf, 185 t Kühlwasser sowie 30 m³ Stickstoff. Es sind bereits 82 Produktionslinien in Betrieb oder im Bau, was 34 % der weltweiten PE-Kapazität entspricht. Die Anlage von Shanghai Jinfei mit einer Kapazität von 135.000 Tonnen nutzt genau diese Technologie. Die neu gebaute Anlage in Maoming mit einer Kapazität von 350.000 Tonnen pro Jahr könnte diese Technologie ebenfalls nutzen.

7) Die Univation Technology Company verwendet die Unipol-Technologie im niedrigen Druckbereich, um LLDPE-HDPE herzustellen. Dabei wird die UnipolPE-Technologie unter niedrigem Druck eingesetzt. Es werden Schlammkatalysatoren sowie Gas- und Fluidisierbettreaktoren verwendet. Mit herkömmlichen Metallocatalysatoren ist kein CatalystentfernungsSchritt erforderlich. Die Investitions- und Betriebskosten sind gering, und es entsteht weniger Umweltverschmutzung. Ethylen, Kopolymermonomere und Katalysatoren werden in den Fluidisierbettreaktor eingebracht. Die Betriebsbedingungen liegen bei etwa 100 °C und 2,5 MPa. Die Dichte des Produkts liegt bei 915–970 kg/m³, der Schmelzindex bei 0,1–200. Je nach Katalysatortyp kann eine enge oder weite Molekulargewichtsverteilung eingestellt werden. Bereits 89 Produktionslinien sind in Betrieb oder werden gerade gebaut. Die Kapazität für eine einzige Produktionslinie kann 40.000 bis 450.000 Tonnen pro Jahr betragen. Derzeit gibt es im Inland viele Anlagen, die diese Technologie nutzen, hauptsächlich in Maoming, Jihua, Yangzi, Tianjin, Zhongyuan, Guangzhou, Daqing, Qilu usw.

(8) Das COMPACT-Verfahren von Stamicarbon: Bei diesem Verfahren wird ein fortschrittlicher Z-N-Katalysator eingesetzt, um mithilfe der COMPACT-Solution-Technologie PE mit einer Dichte von 900–970 kg/m³ herzustellen. Es wird ein Reaktor vom Typ Rührkessel verwendet, bei einer Polymerisierungs Temperatur von 200 °C. Wasserstoff wird zur Steuerung der Molekülmasse von Polymeren verwendet. Es ist kein Schritt zur Entfernung des Katalysators notwendig. Die Ressourcenverbrauch pro Tonne Produkt sind wie folgt: Ethylen und Kopolymermonomere 1,016 t, Elektrizität 500 kWh, Dampf 400 kg, Kühlwasser 230 m³, Niederdruckdampf (Ausstoß) 330 kg. 5 Anlagen sind in Betrieb, mit einer Gesamtkapazität von 650.000 Tonnen pro Jahr.

(9) Das Hostalen-Verfahren der Basler Polyolefin-Gesellschaft zur Herstellung von HDPE mithilfe eines Rührkessels. Für die Schlammpolymerisation werden zwei Reaktoren in Parallelschaltung oder Serienschaltung verwendet. Die Ressourcenverbrauch pro Tonne Produkt sind wie folgt: Ethylen und Kopolymermonomere 1,015 t, Dampf 400 kg, Elektrizität 350 kWh, Kühlmittel 165 m³. Es gibt bereits 31 Produktionslinien, die in Betrieb sind oder in der Planungsphase befinden; die Produktionskapazität beträgt fast 3,4 Millionen Tonnen pro Jahr. Derzeit wird diese Technologie im Inland von der Liaohua-Company eingesetzt, wobei die Produktionskapazität nur 40.000 Tonnen beträgt. Die aktuelle maximale Produktionskapazität dieser Technologie pro Linie beträgt 350.000 Tonnen pro Jahr. Es sind damit fast alle Produkte herstellbar – einschließlich solcher mit Doppelpeak-Struktur.

Es gibt keine Katalysatoren auf Nickelbasis, nur Katalysatoren auf Chrombasis. Neben der Gasphasenmethode und der Hostalen-Verfahrensmethode verfügt Basel auch über Hochdruck-Polyethylen-Verfahren in Rohr- und Tankform, die weitaus bekannter sind als seine Gasphasenmethode. Chevron-Phillips-Doppelkreisreaktor LPE-Prozess. . Chevron Phillips ist streng genommen HDPE und nicht LPE. Als Kopolymermonomere können Buten-1, Hepten-1, Octen-1 usw. verwendet werden; bei Chevron Phillips wird jedoch ausschließlich Hepten-1 als Kopolymermonomer verwendet. Zudem sind die Anlagen in Maoming bereits seit 10 Jahren in Betrieb – Ihre Daten sind daher veraltet, und die Betriebstemperaturbereiche sind ebenfalls nicht mehr aktuell. :D produziert HDPE mit dem Hostalen-Verfahren in einem Rührbehälter. Für die Schlammpolymerisation werden zwei Reaktoren in Parallelschaltung oder Serienschaltung verwendet. Wie kommt es, dass drei Reaktoren in Reihe geschaltet sind? Zudem gibt es im Inland nicht nur die Anlage von Liaoning Chemical mit einer Kapazität von 40.000 Tonnen pro Jahr – auch Jilin Chemical sowie Pengzhou Petrochemical verfügen über solche Anlagen. Das COMPACT-Verfahren von Stamicarbon kann keineswegs als wichtiges Verfahren angesehen werden – es ist viel zu selten genutzt. Es ist sogar nicht einmal mit dem Verfahren von Ineos vergleichbar. Eigentlich ist diese Beschreibung ziemlich unklar. Es gibt zwei Hauptkategorien: Hochdruck-Polyethylen/EVA: Rohrform, Tankform. Niedrigdruck-Polyethylen: Fluidisierbett, Ringstrangverfahren, Tankform. Oder man kann diese Kategorie weiter in lineares Polyethylen und Hochdichte-Polyethylen unterteilen