۱۱ فناوری اصلی تولید پلی‌اتیلن در سطح جهان

Thread Content

　　خبرنامه شماره ۷۰۷ صنایع شیمیایی: در حال حاضر، تعداد زیادی شرکت در سراسر جهان دارای فناوری پلی‌اتیلن هستند؛ ۷ شرکت دارای فناوری LDPE، ۱۰ شرکت دارای فناوری LLDPE و پلی‌اتیلن با چگالی کامل، و ۱۲ شرکت نیز دارای فناوری HDPE هستند. از نظر پیشرفت‌های فناورانه، روش تولید LDPE با فشار بالا، پیشرفته‌ترین روش در تولید رزین PE است؛ همچنین فناوری‌های تولید در روش‌های مخزنی و لوله‌ای نیز کاملاً توسعه یافته‌اند. در حال حاضر، این دو روش تولید در کنار یکدیگر به کار می‌روند. کشورهای توسعه‌یافته به طور گسترده از روش تولید لوله‌ای استفاده می‌کنند. 　　علاوه بر این، شرکت‌های خارجی به طور گسترده از کاتالیزورهای با دمای پایین و فعالیت بالا برای راه‌اندازی سیستم‌های پلیمریزاسیون استفاده می‌کنند که می‌تواند دما و فشار واکنش را کاهش دهد. تولید LDPE با روش فشار بالا، به سمت بزرگ‌تر شدن و استفاده از سیستم‌های لوله‌ای پیش خواهد رفت. تولید HDPE و LLDPE به روش فشار پایین، عمدتاً با استفاده از کاتالیست‌های تیتانیومی و کوپلنگی انجام می‌شود؛ در اروپا و ژاپن بیشتر از کاتالیست‌های تیتانیومی نوع زیگلر استفاده می‌شود، در حالی که در ایالات متحده بیشتر از کاتالیست‌های کوپلنگی استفاده می‌گردد. 　　در حال حاضر، ۱۱ روش اصلی برای تولید پلی‌اتیلن در سراسر جهان وجود دارد؛ در ادامه به طور خلاصه به آن‌ها اشاره می‌شود:
(۱) فرآیند Spherilene شرکت بازل: این روش برای تولید PE خطی استفاده می‌شود و می‌تواند از PE با چگالی بسیار پایین (ULDPE) تا LLDPE، همچنین HDPE نیز تولید کند. از کاتالیست‌های تیتانیومی نوع زیگلر-ناتا و فرآیند گازی Spherilene استفاده می‌شود. در حضور هیدروکربن‌های بی‌فعل سبک، کاتالیزور و مواد ورودی ابتدا در حالت پیش‌پلیمریزاسیون درون‌ماده‌ای قرار می‌گیرند و سپس پلیمریزاسیون درون‌ماده‌ای در شرایط ملایم انجام می‌شود. محلول وارد اولین راکتور فاز گازی می‌شود؛ گرمای آن توسط خنک‌کن حلقه گاز چرخشی کاهش داده شده و سپس وارد دو راکتور فاز گازی دیگر می‌گردد. 　　چگالی محصولات تولیدی از ULDPE (کمتر از ۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) تا HDPE (بیشتر از ۹۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب) متغیر است و نرخ جریان مذاب (MFR) بین ۰٫۰۱ تا ۱۰۰ است. به دلیل استفاده از دو راکتور فاز گازی، می‌توان پلیمرهای دو قله‌ای و ویژه تولید کرد. از زمان ورود فناوری سفریلن به بازار در سال ۱۹۹۲، ظرفیت تولید آن به ۱.۸ میلیون تن در سال رسیده است. شش دستگاه تولیدی (۱ دستگاه در آمریکا، ۲ دستگاه در کره جنوبی، ۲ دستگاه در برزیل و ۱ دستگاه در هند) در حال فعالیت هستند؛ همچنین دو دستگاه دیگر (۱ دستگاه در هند و ۱ دستگاه در ایران) در حال ساخت هستند. ظرفیت تولید هر خط، بین ۱۰۰ هزار تن در سال تا ۳۰۰ هزار تن در سال است. در حال حاضر، چین فاقد تجهیزات تولید این نوع فناوری است. 　　(۲) فرآیند Bastar شرکت صنایع شیمیایی اسکاندیناوی
فرآیند PE Bastar می‌تواند LLDPE، MDPE (PE با چگالی متوسط) و HDPE را تولید کند. از مدارهای متوالی و راکتورهای واکنش با فشار پایین در فاز گازی استفاده می‌شود. چگالی PE بین ۹۱۸ تا ۹۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب است و شاخص ذوب آن بین ۰٫۱ تا ۱۰۰ می‌باشد. از کاتالیست‌های Z-N یا SSC (مرکز فعال تکی) استفاده می‌شود. 　　کاتالیزور و رقیق‌کن پروپان با یکدیگر وارد راکتور پیش‌پلیمریزاسیون فشرده می‌شوند، در حالی که کوکاتالیزور، اتیلن، مونومرهای کوپلیمری و هیدروژن نیز به آن تزریق می‌گردند. محلول پیش‌پلیمریزه شده دوباره وارد راکتور حلال بزرگتر دوم می‌شود و در شرایط فراحرج (۷۵‑۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، ۵.۵‑۶.۵ MPa) عملیات می‌کند. می‌توان محصولات دو قله‌ای تولید کرد. پلیمر پس از فرآیند استریل‌سازی، به یک راکتور واکنش گازی با بستر جریانی منتقل می‌شود؛ بدون نیاز به افزودن کاتالیزور جدید، می‌توان پلیمر همگن تولید کرد. شرایط عملیاتی راکتور واکنش گازی عبارتند از: دمای ۷۵–۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار ۲.۰ مگاپاسکال. اولین خط تولید صنعتی در سال ۱۹۹۵ در فنلاند راه‌اندازی شد و دو خط تولید ساخته‌شده در ابوظبی (با ظرفیت ۴۵۰ هزار تن در سال برای محصولات نوع دوقلو) در نیمه دوم سال ۲۰۰۱ به کار گرفته شدند. واحد پنجم با ظرفیت ۲۵۰ هزار تن در سال (واحد دوم از نوع دوقلو) نیز در شرکت پتروشیمی شانگهای چین ساخته شد و به بزرگترین واحد تولید PE در چین تبدیل گردید؛ حداکثر ظرفیت طراحی شده برای این خط تولید، ۳۰۰ هزار تن در سال است. 　　(۳) فرآیند Innovene شرکت BP با روش فاز گازی: می‌تواند محصولات LLDPE و HDPE تولید کند و از کاتالیست‌های مبتنی بر تیتانیوم، کروم یا متالوسن استفاده می‌کند. کاتالیزورهای کرومی می‌توانند محصولاتی با توزیع وزن مولکولی گسترده تولید کنند، در حالی که کاتالیزورهای زیگلر-ناتا (Z-N) محصولاتی با توزیع وزن مولکولی محدود تولید می‌کنند. شرایط عملیاتی راکتور لایه‌ای ملایم بوده و در محدوده ۷۵–۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و ۲.۰ مگاپاسکال قرار دارد. می‌توان از بوتن یا ایزوبوتن به عنوان مونومرهای هم‌پلیمری استفاده کرد. ۳۰ خط تولید در حال کار، طراحی یا ساخت هستند. ظرفیت بین ۵۰ هزار تا ۳۵۰ هزار تن در سال است. 　　شرکت تکنیپ در همکاری با شرکت BP، فرآیند Innovene برای تولید پلی‌اتیلن متعلق به BP را در اروپا، اتحاد جماهیر شوروی سابق، آمریکای جنوبی، چین و مالزی راه‌اندازی کرده است. ظرفیت تولید PE شرکت BP در بخش Innovene اکنون بیش از ۸ میلیون تن در سال است و شامل واحدهای تولید PE در بندر امان در ایران، گرانجرموس در اسکاتلند، ملاکا در اندونزی و کلتیخ در مالزی می‌شود. توسعه دوم واحدهای LLDPE/HDPE شرکت پتروشیمی دوشانزی در چین نیز با استفاده از فرآیند Innovene انجام شده است و ظرفیت تولید از ۱۲۰ هزار تن در سال به ۲۰۰ هزار تن در سال افزایش یافته است. این فناوری در تولید ۶۰۰ هزار تن پلی‌اتیلن جدید سایکو به کار خواهد رفت. 　　(۴) فرآیندهای واکنشی توپی و استوانه‌ای شرکت اکسون موبیل: استفاده از فرآیند رادیکال‌های فشار بالا برای تولید پلیمرهای LDPE و کوپلیمرهای EVA (اتیلن-استات وینیل اتیلن). از راکتورهای لوله‌ای بزرگ‌مقیاس (ظرفیت ۱۳۰ هزار تا ۳۵۰ هزار تن در سال) و راکتورهای همزن‌دار (ظرفیت حدود ۱۰۰ هزار تن در سال) استفاده می‌شود. فشار عملیاتی راکتورهای لوله‌ای تا ۳۰۰ مگاپاسکال است، در حالی که فشار راکتورهای مخزنی کمتر از ۲۰۰ مگاپاسکال می‌باشد. مزیت فرآیند با فشار بالا، کاهش زمان ماندن مواد در راکتور است؛ همچنین، یک راکتور می‌تواند از تولید پلیمرهای تک‌جزئی به تولید پلیمرهای ترکیبی تغییر کاربری دهد. چگالی پلیمرهای همگن بین ۹۱۲ تا ۹۳۵ کیلوگرم بر متر مکعب است و شاخص ذوب آن‌ها بین ۰٫۲ تا ۱۵۰ می‌باشد. میزان استات وینیل می‌تواند تا ۳۰ درصد باشد. میزان مواد و انرژی مصرفی برای تولید هر تن پلیمر به شرح زیر است: اتیلن ۱.۰۰۸ تن، برق ۸۰۰ کیلووات‌ساعت، بخار ۰.۳۵ تن، و نیتروژن ۵ متر مکعب. ۲۳ مجموعه راکتور فشار بالا در حال کار هستند و ظرفیت تولید آن‌ها ۱.۷ میلیون تن در سال است. تولید پلیمرهای تک‌جزئی و انواع کوپلیمرها. در حال حاضر، واحد تولید LDPE به ظرفیت ۲۰۰ هزار تن در سال که در منطقه یانشان ساخته شده است، از فناوری روش لوله‌ای این شرکت استفاده می‌کند. 　　(۵) فرآیند CX شرکت میتسویی کمیکال با روش سس کم‌فشار: این روش برای تولید HDPE و MDPE استفاده می‌شود و از روش سس کم‌فشار بهره می‌برد. محصولاتی با توزیع وزن مولکولی دو قله‌ای قابل تولید هستند. اتیلن، هیدروژن، مونومرهای کوپلیمریزه‌شونده و کاتالیزورهای بسیار فعال وارد راکتور می‌شوند و در حالت محلول، واکنش پلیمریزاسیون رخ می‌دهد. سیستم کنترل خودکار ویژگی‌های پلیمر، امکان کنترل مؤثر کیفیت محصول را فراهم می‌کند؛ لذا نیازی به جداسازی کاتالیزورهای بسیار فعال از محصول وجود ندارد. ۹۰ درصد از حلال‌های جداشده از محلول، بدون نیاز به هیچگونه فرآوری، می‌توانند مستقیماً به مخزن واکنش بازگردانده شوند. می‌توان محصولاتی با توزیع وزن مولکولی باریک یا پهن تولید کرد که چگالی آن‌ها بین ۹۳۰ تا ۹۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب و شاخص ذوب آن‌ها بین ۰٫۰۱ تا ۵۰ است. میزان مصرف مواد و انرژی برای تولید هر تن محصول به شرح زیر است: اتیلن و مونومرهای هم‌پلیمری ۱۰۱۰ کیلوگرم، برق ۳۰۵ کیلووات‌ساعت، بخار ۳۴۰ کیلوگرم، آب خنک‌کننده ۱۹۰ تن، و نیتروژن ۳۰ متر مکعب. ۳۵ خط تولید در حال فعالیت یا ساخت هستند و ظرفیت کل آن‌ها ۳.۶ میلیون تن در سال است. در کشور، واحدهای اصلی مشغول به استفاده از این فناوری عبارتند از: واحد ۲۲۰ هزار تنی در داچینگ، واحدهای ۱۴۰ هزار تنی در یانگزی و یانشان، و واحد ۷۰ هزار تنی در لانچوان. 　　(۶) فرآیند LPE راکتور دو مسیر شرکت شوورون-فیلیپس: استفاده از فرآیند LPE شرکت نفتی فیلیپس برای تولید پلی‌اتیلن خطی (LPE). پلیمرسازی در راکتور حلقوی و محلول آیزوبوتان با استفاده از کاتالیست‌های بسیار فعال انجام می‌شود. شاخص ذوب شدن محصول و توزیع وزن مولکولی را می‌توان با استفاده از کاتالیست، شرایط عملیاتی و هیدروژن، تنظیم و کنترل کرد. کوپلیمرهای مونومری می‌توانند شامل بوتن-۱، هگزن-۱، اوکتن-۱ و غیره باشند. کاتالیزورهای با فعالیت بالا، نیازی به حذف کاتالیزور را ایجاد نمی‌کنند؛ همچنین در فرآیند پلیمریزاسیون، پارافین یا سایر محصولات جانبی تولید نمی‌شود، **که منجر به کاهش آلودگی محیط زیست می‌گردد.** اتیلن، ایزوبوتان، مونومرهای کوپلیمری و کاتالیزور به طور مداوم وارد راکتور چرخشی می‌شوند و در دمای کمتر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار حدود ۴.۰ مگاپاسکال واکنش می‌دهند؛ زمان ماندن مواد در این راکتور حدود ۱ ساعت است. نرخ تبدیل یونیلن در یک مسیر بیش از ۹۷٪ است. میزان مصرف مواد و انرژی برای تولید هر تن محصول به شرح زیر است: اتیلن: ۱.۰۰۷ تن، کاتالیست‌ها و مواد شیمیایی: ۲ تا ۱۰ دلار (برای محصولات مختلف)، برق: ۳۵۰ کیلووات‌ساعت، بخار: ۰.۲۵ تن، آب خنک‌کننده: ۱۸۵ تن، نیتروژن: ۳۰ متر مکعب. ۸۲ خط تولید در حال فعالیت یا ساخت هستند که ۳۴ درصد از ظرفیت تولید PE جهان را تشکیل می‌دهند. واحد ۱۳۵ هزار تنی شرکت جینفی در شانگهای از همین فناوری استفاده می‌کند. تأسیسات جدید ۳۵۰ هزار تن در سال در مائومینگ نیز ممکن است از این فناوری استفاده کنند. 　　(۷) فرآیند Unipol شرکت فناوری Univation: تولید LLDPE–HDPE با استفاده از فشار پایین در فرآیند Unipol PE. از کاتالیست معلق و راکتورهای فاز گازی و تخت جریانی استفاده می‌شود. با استفاده از کاتالیست‌های متالوسنتیک معمولی، نیازی به مرحله حذف کاتالیست وجود ندارد. هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی کمتر است و آلودگی محیط زیست ناشی از آن کمتر می‌باشد. اتیلن، مونومرهای هم‌پلیمریزه و کاتالیزور وارد راکتور تخت پراکنده می‌شوند و شرایط عملیاتی حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و ۲.۵ MPa است. چگالی محصول بین ۹۱۵ تا ۹۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب است و شاخص ذوب آن بین ۰٫۱ تا ۲۰۰ می‌باشد. بسته به نوع کاتالیزور، می‌توان توزیع وزن مولکولی را باریک یا گسترده در نظر گرفت. ۸۹ خط تولید در حال بهره‌برداری یا ساخت هستند. ظرفیت خط تک‌خطه می‌تواند بین ۴۰ هزار تا ۴۵۰ هزار تن در سال باشد. در حال حاضر، تجهیزات زیادی در کشور از این فناوری استفاده می‌کنند که عمدتاً شامل مومینگ، جی‌هوا، یانگ‌زی، تیانجین، ژونگ‌یوان، گوانگژو، داچینگ و چی‌لو می‌باشند. 　　(۸) فرآیند COMPACT شرکت Stamicarbon: این فرآیند از کاتالیست‌های پیشرفته نوع Z-N و تکنولوژی COMPACT Solution برای تولید PE با چگالی ۹۰۰–۹۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب استفاده می‌کند. از راکتور همزن‌دار استفاده شده و دمای پلیمریزاسیون ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد است. هیدروژن برای کنترل وزن مولکولی پلیمرها استفاده می‌شود. نیازی به مرحله حذف کاتالیزور نیست. میزان مصرف مواد و انرژی برای تولید هر تن محصول به شرح زیر است: اتیلن و مونومرهای هم‌پلیمری: ۱.۰۱۶ تن، برق: ۵۰۰ کیلووات‌ساعت، بخار: ۴۰۰ کیلوگرم، آب خنک‌کننده: ۲۳۰ متر مکعب، بخار با فشار پایین (محصول نهایی): ۳۳۰ کیلوگرم. ۵ دستگاه در حال کار هستند و ظرفیت کل آن‌ها ۶۵۰ هزار تن در سال است. 　　(۹) فرآیند Hostalen شرکت بازل پلی‌اولفین‌ها: تولید HDPE با استفاده از مخزن همزن‌دار در فرآیند Hostalen. پلیمریزاسیون محلول با استفاده از دو راکتور به صورت موازی یا سری انجام می‌شود. میزان مصرف مواد و انرژی برای تولید هر تن محصول به شرح زیر است: اتیلن و مونومرهای هم‌پلیمری: ۱.۰۱۵ تن، بخار: ۴۰۰ کیلوگرم، برق: ۳۵۰ کیلووات‌ساعت، آب خنک‌کننده: ۱۶۵ متر مکعب. ۳۱ خط تولید در حال فعالیت یا در مرحله طراحی هستند و ظرفیت تولید آن‌ها نزدیک به ۳.۴ میلیون تن در سال است. در حال حاضر، تنها شرکت لیائوهوا در کشور از این فناوری استفاده می‌کند و ظرفیت تولید آن تنها ۴۰ هزار تن است. در حال حاضر، حداکثر ظرفیت تولید این فناوری در یک خط تولید، ۳۵۰ هزار تن در سال است؛ این فناوری می‌تواند تقریباً تمام محصولات را، از جمله محصولات دوقلو، تولید کند. محصولاتی مانند فیلم‌ها، محصولات توخالی و لوله‌ها، در سطح جهان شهرت خاصی دارند. 　　(۱۰) روش فشار بالا در شرکت شیمیایی انی: تولید LDPE و EVA با استفاده از روش‌های ظرفی یا لوله‌ای در شرایط فشار بالا. چگالی LDPE بین ۹۱۸ تا ۹۳۵ کیلوگرم بر متر مکعب است و میزان VAM (مونومر استات وینیل) در EVA می‌تواند بین ۳٪ تا ۴۰٪ باشد. در حال حاضر ۲۴ خط تولید در حال فعالیت یا در مرحله طراحی هستند و ظرفیت هر خط می‌تواند تا ۲۰۰ هزار تن در سال باشد. در حال حاضر، هزینه سرمایه‌گذاری و مصرف انرژی این دستگاه نسبتاً بالا است؛ بنابراین معمولاً از این فناوری در دستگاه‌های جدید استفاده نمی‌شود. 　　(۱۱) روش فشار بالا شرکت استامیکاربون: تولید کوپلیمرهای LDPE و EVA با استفاده از راکتورهای لوله‌ای پرفشار. مصرف مواد و انرژی برای تولید هر تن محصول به شرح زیر است: اتیلن ۱.۰۰۵ تن، برق ۸۰۰ کیلووات‌ساعت، بخار فشار بالا ۲۳۰ کیلوگرم، آب خنک‌کننده ۱۲۰ متر مکعب، و بخار فشار پایین (محصول نهایی) ۶۵۰ کیلوگرم. از سال ۱۹۹۶، چندین واحد با ظرفیت تک‌خطی ۱۵۰ هزار تا ۳۰۰ هزار تن در سال راه‌اندازی شده‌اند و ظرفیت کلی آن‌ها بیش از ۱.۸ میلیون تن در سال است.