Как получают полиэтилен: обзор процессов полимеризации этилена

Полимеризация этилена — это процесс получения полиэтилена из газообразного этилена с использованием различных катализаторов. В этой статье мы рассмотрим различные типы катализаторов и процессов, используемых при полимеризации этилена, и их влияние его свойства и характеристики.

Катализаторы играют решающую роль в полимеризации этилена, поскольку они определяют свойства и характеристики получаемого полиэтилена. Существует два основных типа катализаторов, используемых при полимеризации этилена: гетерогенные катализаторы и гомогенные катализаторы.

Это твердые материалы, которые служат поверхностью для протекания реакции. Обычно они состоят из металлических частиц на материале-носителе, таком как диоксид кремния, оксид алюминия или цеолиты. Эти катализаторы часто используются в процессах полимеризации под высоким давлением, где температура и давление достаточно высоки, чтобы позволить реакции протекать на поверхности катализатора.

Одним из примеров гетерогенного катализатора, используемого при полимеризации этилена, являются катализаторы Циглера-Натта. Они основаны на смеси соединения переходного металла (обычно титана или ванадия) и алюмоорганического соединения. Катализаторы Циглера-Натта широко используются в производстве полиэтилена высокой плотности (HDPE) и линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE). Они производят полимеры с узким распределением молекулярной массы, что делает их пригодными для применения там, где требуются стабильные свойства.

Гомогенные катализаторы растворяются в реакционной смеси и обычно представляют собой металлоорганические комплексы. Они часто используются в процессах полимеризации при низком давлении.

Одним из примеров гомогенного катализатора, используемого при полимеризации этилена, являются металлоценовые катализаторы. Они основаны на переходных металлах, таких как цирконий или гафний, и дают полимеры с более равномерным распределением молекулярной массы, чем катализаторы Циглера-Натта. Металлоценовые катализаторы часто используются в производстве специальных полиэтиленов, таких как полиэтилен, катализируемый металлоценом (mPE), и сополимеры этилена с бутеном.

Полимеризация под высоким давлением — это процесс, в котором используются гетерогенные катализаторы. Реакция протекает в корпусе реактора, где газообразный этилен сжимается до высокого давления (до 3000 бар) и смешивается с катализатором. В результате реакции образуется полиэтилен, который затем охлаждают и отделяют от непрореагировавшего газообразного этилена.

Полимеризация под низким давлением — это процесс, в котором используются гомогенные катализаторы. Он осуществляется при более низких температурах и давлениях, чем полимеризация под высоким давлением. Реакция протекает в резервуарном реакторе с перемешиванием, где катализатор смешивается с газообразным этиленом и другими сомонометрами (при необходимости). В результате реакции образуется полиэтилен, который затем отделяется от реакционной смеси.

Полимеризация этилена — это сложный процесс, в котором используются различные типы катализаторов и технологических процессов для получения различных сортов полиэтилена с уникальными свойствами и областями применения.