Список тематических статей

Новые технологии для производства полиолефинов

Полиолефин – это полимерный материал, состоящий из атомов углерода и водорода. Термопластичные полиолефины, главным образом ПЭ и ПП, применяются при изготовлении самых разных предметов в нашей жизни: от различных пленок и пакетов до бамперов автомобиля. Производство полиолефинов происходит на нефтехимических заводах. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины при нагревании могут выделять вредные вещества, плохо влияющие на здоровье человека. В то же время свойства полиолефинов незаменимы, когда нужны одновременно низкая стоимость, долговечность и маленький вес готового изделия.

Развитие бимодальных технологий привело к созданию установок, позволяющих получать ПЭНД и ЛПЭВД в одном газофазном реакторе. Это позволяет на порядок снизить производственные расходы. Подавляющее большинство вводимых в ближайшие годы установки по производству полиэтилена будут иметь данную конфигурацию

Основные лицензиаты

На сегодняшний день главной характеристикой мирового рынка технологий производства полиолефинов становится консолидация и глобализация производителей. Этот процесс длится уже много лет, а в последние годы он значительно ускорился. Количество участников рынка сокращается и, как результат, только крупнейшие игроки имеют возможность разработать собственную технологию. Этот фактор резко снизил количество лицензированных технологий сторонних компаний. Вместе с тем, количество технологий для лицензирования растет.

Сегодня на мировом рынке присутствует несколько самых популярных технологий и десятки незапатентованных разработок. Среди наиболее известных лицензированных технологий, можно выделить следующие технологии:

Наиболее распространенные технологии производства полиэтилена

Лидирующими игроками на мировом рынке технологий производства полиолефинов (реакции полимеризации) являются  Dow и Carbide. Технология компании Carbide, именуемая Unipol, является самой популярной технологией в мире. Другой не менее известной и широко применяемой технологией является Innovene, принадлежащей компании BP. Согласно обоих технологических процессов, мономер полимеризуется в газовой форме (газовая фаза).

Внедрение бимодальных технологий производства ПЭНД

Бимодальные технологии развиваются по большей части для производства ПНД. За последние десятилетия бимодальный ПНД завоевал популярность благодаря своей улучшенной способности к переработке и другим характеристикам. Основным недостатком бимодальных смол, что представляют большинство рынка ПНД, является необходимость использовать несколько реакторов для производства. Существующие каскадные реакторы имеет более низкую продуктивность по сравнению с жидкофазным процессом. Эволюция таких ключевых рынков как напорные трубы, высокомолекулярные пленки и др. привела к развитию бимодальных смол. Использование бимодальных смол увеличилось и представляет примерно 30% всего мирового рынка ПНД.

Значимость бимодальных смол привела к развитию новых технологий и катализаторов. Компания Univation разработала новую систему катализаторов Prodigy в 2003, которая позволяет получать бимодальные смолы в одном газофазном реакторе. Другие компании также начали разрабатывать бимодальных технологии с использованием одного реактора и ситемы катализаторов. Преимущества производства бимодальных смол в одном реакторе:
 Низкие капиталовложения
 Более низкие расходы на обслуживание производства.
 Система с одним реактором более проста в использовании по сравнению с каскадными реакторами
 Меньшее использование сомономеров
 Другие преимущества связанные с меньшим расходом других компонентов

Учитывая тот факт, что смолы, полученные с помощью системы с одним реактором, имеют такое же или лучшее качество, чем смолы, полученные с помощью традиционной многореакторной системой, можно заявить, что это является важным прорывом в развитии технологий.

Акцент на бимодальные технологии, возможно, воскресит процесс «Unipol II» компании Univation, который не оправдал возлагавшиеся на него ранее ожидания. Этот процесс включает в себя два газофазных реактора, расположенных последовательно.

Процесс “Advanced Sclairtech” компании Nova, представленный на канадском рынке, представляет собой другой бимодальный процесс производства. При данной технологии смолы имеют свойства схожие с металлоценовыми, но при этом металлоценовые катализаторы не используются. Полимеризация проходит в двух жидкофазных реакторах, расположенных последовательно.

Другие новые технологии

Некоторые компании рассматривают систему каскадных реакторов как источник увеличения продуктивности и расширения ассортимента продукции.

Компания Eastman Chemicals разработала катализатор, с помощью которого производятся пленкообразующие смолы, которые могут конкурировать с гексеновыми типами и даже с металлоценовыми ЛПВД пленками.

Компания Equistar также заявила об усовершенствовании процесса производства смол ПНД. Другие компании, включая DuРont и Japaneses R&D, занимаются разработкой новых систем катализаторов.

Внедрение металлоценовых катализаторов

Последние инновации в области катализа связаны с появлением металлоценов в1990-х годах. Такие катализаторы включают традиционные металлы: цирконий, титан, ванадий или палладий, однако они входят в так называемые координационные соединения, которые «запускают» рост полимеров. Типичным примером металлоцена является хлорид бис(циклопентадиенил)ванадия. В настоящее время эти катализаторы используются во всех четырех вариантах проведения полимеризации. Они позволили создавать новые сочетания сомономеров, в частности вводить в процесс стирол, акрилаты, монооксид углерода, винилхлорид и норборнен (циклический олефин, который способствует поперечному сшиванию полимерных молекул).

При производстве полиэтилена металлоцены обеспечивают целый ряд преимуществ. С их помощью уже получены сополимеры этилена, которые успешно внедряются в области, раньше полностью принадлежавшие более дорогостоящим пластикам. Кроме того, металлоценовые катализаторы усиливают действие катализаторов на основе оксида хрома и каталитических систем Циглера—Натта при получении ПЭВП и линейного ПЭНП. Это обеспечивает более совершенное регулирование свойств полимеров при нулевых дополнительных капиталовложениях, не считая стоимости катализатора.

Внедрение металлоценовых катализаторов («single-site») началось в средине 1990-х годов. Для продвижения на мировом рынке своего новшества Dow с BP, а  Exxon-Mobil в свою очередь с Carbide подписали соглашения о внедрении металлоценов при производстве полиолефинов в газовых реакторах. В 1997 году Union Carbide и Exxon Mobil Corp, после успешной адаптации металлоценовых катализаторов, учредили предприятие Univation Technologies LLC (технология Univation) для реализации лицензий на технологии производства полиэтилена.

Другие более мелкие альянсы формировались на протяжении последних нескольких лет для распределения затрат по развитию новых технологий, особенно связанных с металлоценовыми катализаторами. Альянс, основанный на технологии газофазного процесса, был сформирован между компаниями Nova Chemicals и BP Chemicals для усовершенствования Ziegler Natta катализатора компании Nova NOVACAT-T. Это может в какой-то степени повлиять на исследования металлоценовых катализаторов

Металлоценовые катализаторы с единым центром полимеризации для производства полиэтилена

• «Предсказуемость технологии» - данная фраза описывает реальную выгоду металлоценовых катализаторов не только для технологических процессов производства смол, но и для характеристик смол.
 
 Металлоценовые катализаторы или катализаторы с единым центром полимеризации характеризуются тем, что они способны контролировать равномерность длины полимерной цепочки и степень разветвления цепочки. Результатом этого является различная однородность полимеров в твердом состоянии, так как они меньше кристаллизуются, чем обычные гетерофазные полиэтилены.

 Контроль над молекулярной массой, добавление сомономера и кристаллическая структура позволяют производить смолы, удовлетворяющие различным потребностям.

Преимущества металлоценовых катализаторов:

 очень высокая активность катализатора, увеличивающая продуктивность
 однородная структура; улучшенные физические и оптические свойства
 низкий уровень экстрагируемости, что очень важно для таких областей применения как медицина и пищевая промышленность
 эффективное использование сомономера (равномерное распределение)
 комплексное использование сомономеров
 более дешевые сырьевые материалы, чем  термоэластопласты, сополимеры  этилена  и винилацетата или мягкие ПВХ.

Перечисленные преимущества объясняют успех катализаторов с единым центром полимеризации на множествах рынках, например пищевая промышленность и медицина, а также то, что они успешно замещают дорогостоящие термоэластопласты и винилопласты.

Преградами для большего захвата рынка являются низкая способность к переработке и низкая прозрачность, по сравнению с обычным ПВД. Так как при использовании катализаторов с единым центром полимеризации структура полимера остается такой же, и получаются полимеры с узким распределением молекулярной массы. Проводятся различные исследования для того, чтобы решить проблему со способностью к переработке.

Также производители металлоценовых катализаторов столкнулись с двумя другими проблемами: (1) относительно высокая цена за единицу катализатора и (2) сильная экзотермическая реакция, сказывающаяся негативно на обычный газофазный реактор. Но эти проблемы были частично решены с появлением нового поколения катализаторов.

Полиэтилен, полученный с помощью катализаторов с единым центром полимеризации, будет представлять собой значительную часть мирового спроса на ЛПВД к 2009. Предполагается, что это будет около 20-25% спроса на ЛПВД к 2009.

Новые технологии производства полипропилена

Компания Basell объявила о новой технологии, которая называется “Spherizone”. Эта технология использует многозональный циркуляционный реактор (MZCR). При технологии MZRC используются два отдельных, но связанные между собой, реактора. То есть имеется несколько реакционных зон с различным временем выдерживания. Компания Basell утверждает, что данный процесс позволит улучшить жесткость, ударопрочность и другие свойства ПП. Помимо этого, при данном процессе могут производиться гомополимеры, мономодальные, бимодальные, статистические сополимеры. Процесс MZCR улучшает такие свойства как: жесткость, термоустойчивость, прочность расплава и мягкость. Компания Dow так же занялась разработкой производства ПП в жидкофазном процессе.

Металоценовые катализаторы для производства полипропилена

Также развивается использование металлоценовых катализаторов при производстве полипропилена. Как и в случае с полиэтиленом, ожидается, что металлоценовые катализаторы станут следующим поколением катализаторов. Новые свойства:

 Более низкая температура плавления
 Добавление новых сомономеров, таких как гексен-1
 Более высокая прозрачность продукции на выходе из реактора
 Возможность добиваться необходимых свойств уже в реакторе (например, более высокий уровень текучести расплава) без использования контроля над реологическими свойствами.

Для развития металлоценовых технологий для ПП был создан альянс между компаниями ExxonMobil и Basell. ExxonMobil преуспела в развитии металлоценов для волокон, в то время как Basell (благодаря своему прорыву Targor) укрепила позиции в сфере литьевого формования. Компания ATOFINA также является сильным игроком на рынке металлоценов для ПП.

Укрупнение масштабов производств

“Больше – значит лучше” данная фраза отражает движение и развитие технологий промышленности. Более крупные заводы могут обеспечить экономическую выгоду, если целевой рынок имеет несколько смол или же если производитель имеет несколько специализированных реакторных линий.

Как новые технологии отразятся на рынке

• Степень загрузки производственных мощностей ПЭВД значительно выше в некоторых мировых регионах, несмотря на более низкие показатели роста, по сравнению с другими видами полиэтилена. Причиной этому послужило сокращение количества производственных мощностей во всем мире. Большие затраты на установку реакторов высокого давления и на разработку катализаторов для ЛПЭВД служат причиной сокращения появления новых проектов по ПЭВД. По существу, увеличение производственных мощностей не намечается в течение периода прогноза.

• Многие из намеченных проектов на Ближнем Востоке ориентированы на производство ЛПЭВД и ПЭНД. Доступность сомономеров альфа олефинов высокого уровня (бутен, гексен, октен) в данном регионе будет влиять на тип производимого ЛПВД. Газофазные установки используют только бутен или гексен, а жидкофазные – только бутен или октен.

• Предложение ПЭВД продолжает расти на некоторых ключевых рынках и регионах. Необходимость производить ПЭВД будет продолжаться до тех пор, пока будет использоваться старое экструзионное оборудование для обработки ПЭВД. ПЭВД все еще представляет значительную долю спроса на полиэтилен. Но, в перспективе, спрос будет увеличивать по норме ниже ВВП на протяжении 2004-2009.

• Благодаря возможностям газофазных и жидкофазных технологий (возможность производить ЛПЭВД или ПЭНД в одном реакторе), количество производимого ЛПЭВД будет отличаться от ПЭНД, так как процент времени, когда реактор производит либо ЛПЭВД, либо ПЭНД, определяется непосредственно производителем.

• Новые производственные мощности, совмещающие в себе газофазный и жидкофазный процесс, позволяют получать продукцию со сравнительно низкими затратами, чем обычный ПЭВД. Сополимеры на основе бутена составляют самый большой объем ЛПЭВД, в то время как сополимеры на основе гексена – самый быстроразвивающийся сектор.

• ЛПЭВД продолжает проникать на рынок ПЭВД благодаря более низкой стоимости производства и улучшенным характеристикам. ЛПЭВД дает возможность производителям пленок получать продукцию более высокого качества, сокращая при этом затраты и использование сырьевых материалов.

• ЛПЭВД продолжит захватывать рынки ПЭВД, благодаря замещению старого экструзионного оборудования новым и усовершенствованиям в области технологии катализаторов.

• Западная Европа представляет собой самый большой рынок для ПЭВД во всем мире. Данный вид полиэтилена используется в первую очередь в секторе пленок и покрытий, и при обработке на  не обновленном экструзионном оборудовании. В последние годы ЛПЭВД на основе металлоценов завоевывают рынок ПЭВД, особенно сополимеры этиленвинилацетата.

• Мировая торговля полипропиленом будет протекать по той же модели, что и торговля полиэтилена, где в экспорте главную роль будет играть Ближний Восток, а в импорте – Китай. Важное отличие заключается в том, что Северная Америка также станет ведущим экспортером полипропилена в 2009. Данный факт объясняется наличием большого количество мономера пропилена, полученного с нефтеперерабатывающих заводов в США.