О технологии производства поливинилхлорида суспензионным методом

В данной статье авторы описывают технологии и преимущества производства поливинилхлорида суспензионным методом.

Ключевые слова: этилен, хлор, винилхлорид, поливинилхлорид, суспензия

Поливинилхлорид (ПВХ) является наиболее разносторонним из всех известных полимерных материалов и благодаря его широким прикладным возможностям, в настоящее время, является одним из самых востребованных полимерных материалов. Высокий спрос на ПВХ обусловлен возможностью его модификации и получения широкого ассортимента материалов и изделий с улучшенными свойствами, а также экономически выгодным соотношением цена — производительность, доступности сырья, сбережением природных ресурсов. Уникальность ПВХ состоит в том, что в зависимости от способа получения, рецептуры и технологии переработки этот полимер дает большой ассортимент материалов и изделий, характеризующихся различными свойствами. ПВХ применяется в строительстве, как жесткие трубы, сайдинг (внешняя обшивка стен) и профили, является основным сырьём для производства полужестких покрытий полов и стен, а также эластичных проводов и кабелей и однослойных кровельных материалов. Уникальные свойства ПВХ и его низкая цена делают его материалом, способным конкурировать с любыми полимерами во многих областях.

В настоящее время в связи со значительным усовершенствованием технологии производства суспензионного ПВХ — технического уровня оборудования, разработки новых систем инициирования; стабилизаторы эмульсий и др., стало возможным изменять характеристики суспензионного ПВХ в широком спектре в условиях промышленного производства; улучшение свойств получаемых в настоящее время продуктов на основе ПВХ, снизить их себестоимость, а также создать новые материалы. Целью данной работы является анализ производства ПВХ и рассмотрение технологии одной из ведущих предприятий Vinnolit по производству ПВХ.

Поливинилхлорид — бесцветная, прозрачная пластмасса, нетермостойкий и довольно хрупкий материал, под влиянием высокой температуры активно деструктирует с распространением хлористого водорода и иных соединений. Поливинилхлорид применяют в композициях, находящихся в составе полимера и различных примесей, создающих полимер практичным к переработке. ПВХ является полимером винилхлорида.

Винилхлорид состоит примерно из 57 % хлора и 43 % этилена. А хлор в свою очередь получают из соли в процессе электролиза.

Конечные продукты являются результатом трех различных этапов производства: синтез мономера винилхлорида (ВХ); полимеризация винилхлорида; и переработка поливинилхлоридных смол в готовую продукцию.

Хлор и этилен реагируют с образованием дихлоридэтана, который подвергается крекингу до винилхлорида и хлористого водорода (рис. 1).

Последний побочный продукт реагирует с дополнительным количеством этилена и воздуха с образованием большего количества дихлоридэтана, который затем возвращается в процесс крекинга. Поскольку винилхлорид представляет собой газ, при комнатной температуре с температурой кипения -13 °C, он хранится и транспортируется под давлением.

Полимеризация в суспензии является самым распространенным методом производства поливинилхлоридной смолы.

Преимущества этого способа: легкость отвода тепла реакции, высокая производительность, относительная чистота ПВХ, хорошая совмещаемость его с компонентами при переработке, широкие возможности модификации свойств ПВХ путем введения различных добавок и изменения параметров режима.

Суспензионной полимеризацией в мире производится не менее 80 % всего поливинилхлорида, двумя другими способами по ~10 %.

На сегодняшний день существует ряд технологических решений по производству ПВХ и среди них стоит выделить технологию компании Vinnolit который является одним из ведущих производителей ДХЭ, ВХ и ПВХ в Европе с производительностью 780 000 т/год ПВХ, 665 000 т / год ВХ и хлорных заводов. Они постоянно совершенствуют и оптимизируют свои технологические процессы. Vinnolit был основан в 1993 году как совместное предприятие 50/50 между Hoechst AG и Wacker Chemie GmbH.

Процесс производства ПВХ идёт следующем образом: винилхлорид и горячая вода подаются в высокоэффективный реактор Vinnolit по специальной загрузочной программе (рис.2). После завершения полимеризации содержимое реактора выгружается в емкость для продувки и оттуда непрерывно подается в систему интенсивной дегазации. Непревращенный мономер отделяется, конденсируется и возвращается в процесс.

После дегазации и рекуперации скрытой теплоты вода отделяется на центрифуге, и влажный ПВХ, выходящий из центрифуги, подается в секцию сушки. Большая часть воды из центрифуги восстанавливается в установке регенерации сточных вод (для трубного сорта) и отправляется обратно в высокоэффективный реактор. Влажный ПВХ сушат нагретым воздухом в сушилке с псевдоожиженным слоем или в циклонной сушилке Vinnolit MST.

В частности, использование горячей воды, вырабатываемой в установке ВХ, для нагрева сушилки из ПВХ приводит к очень низкому потреблению энергии в установке из ПВХ.

Преимущества этой технологии:

— низкий расход мономера, химических реагентов и вспомогательных материалов,

— низкое потребление энергии за счет рекуперации тепла,

— низкая стоимость производства,

— применение высокопроизводительного реактора-полимеризатора,

— обеспечивается постоянный теплоотвод,

— высокий выход продукции.

Работа без образования накипи достигается за счет использования надежных ингибиторов, оптимальных рабочих условий во время полимеризации и реактора, спроектированного с учетом заданных требований. Следовательно, нет необходимости часто открывать реактор для очистки.

— Система управления технологическим процессом

Управление всем заводом осуществляется с помощью цифровой системы управления технологическим процессом. Это приводит к точной дозировании отдельных компонентов во время загрузки реактора и высокой стабильности текущих параметров процесса.

Чрезвычайно низкий остаток ВХ в суспензии ПВХ и в продуктах из ПВХ и чрезвычайно низкие выбросы ВХ.

— Сушка

В сушилке с псевдоожиженным слоем ПВХ сушат до необходимого содержания влаги. Эта операция может быть очень экономичной из-за возможной интеграции тепла с установкой ВХ.

— Выбросы

Технология чистого и закрытого реактора, автоматизация процесса и эффективная дегазация продукта означают, что выбросы ВХ придерживаются на чрезвычайно низком уровне и при нормальных условиях эксплуатации намного ниже, чем показатели, требуемые в настоящее время.

Литература:

1. Vinyl chloride and Polyvinyl chloride. [Электронный ресурс] // Thyssen Krupp Uhde GmbH Friedrich-Uhde-Strasse 15 www.udhe.eu (дата обращения 15.01.2021).

2. Способы Производства Поливинилхлорида. [Электронный ресурс] //ЦОП Профессия.-N1(1).-С.1–4.-URL:http://www.camelotplast.ru/info/proizvod stvo-pvh. phd (дата обращения 15.01.2021).

3. Поливинилхлоридные материалы: модификация ПВХ термоэластопластами. [Электронный ресурс] //ЦОП Профессия. -N1(1).-С.1–4.-URL:https: //plastinfo.ru/ information/articles/172 (дата обращения 15.01.2021).

4. Ярантаева О. В., Анищенко О. В. Суспензионный метод производства ПВХ с улучшенной термостабильностью //Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2016. — № 1–1. — С. 104–105;