بخشی از مقاله
بررسی اثر پارامترهای فرایندی بر خواص واکس تولیدی واحد پلی اتیلن سنگین پتروشیمی جم
چکیده
در پلیمریزاسیون کئوردیناسیونی اتیلن در فشار پایین و تولید پلی اتیلن سنگین با کاتالیست های زیگلر-ناتا در محیط دوغابی، واکس پلی اتیلنی محصول جانبی اصلی حاصل از واکنش است. این واکس از زنجیرهای کوتاه خطی با پیوندهای اشباع هیدروکربنی تشکیل شده است. هگزان به عنوان متداول ترین عامل تعلیق کننده یا محیط واکنش در فرایند دوغابی مورد استفاده قرار می گیرد. در مرحله بعد از پلیمریزاسیون عملیات جداسازی واکس از محصول اصلی و سپس بازیافت آن از حلال با فرایندهای فیزیکی انجام می شود. در این پژوهش تاثیر غلظت هیدروژن و بوتن به عنوان دو عامل مهم از پارامترهای موثر فرایندی بر مقدار و خواص واکس یکی از گریدهای تولیدی واحد پلی اتیلن سنگین پتروشیمی جم (گرید (BL3 مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش غلظت هیدروژن دمای ذوب، دمای نرم شوندگی و سختی واکس کاهش یافت. افزایش بوتن نیز باعث بهبود خواص فیزیکی واکس از جمله افزایش دمای ذوب و نرم شوندگی و سختی آن شد.
نکات برجسته پژوهش
· بررسی اثر پارامترهای فرایندی بر خواص واکس تولیدی
· بالا بردن کیفیت واکس تولیدی و کنترل بر مقدار تولید آن
· تعدیل پارامترهای واکنش برای تولید واکس با خواص از پیش تعیین شده
-1 مقدمه
پلیاتیلنهای با وزن مولکولی خیلی پایین Mn) کمتر از (10000 خواص واکس مانند دارند که از طریق پلیمریزاسیون در فشار بالا با استفاده از کاتالیستهای حاوی اکسیژن یا پلیمریزاسیون در فشار پایین (با استفاده از کاتالیست زیگلر- ناتا ) یا با روش شکست زنجیر تولید میشوند. همه این واکسها دارای پایه ساختمانی یکسانی هستند ولی محصولات تولید شده با فرایندهای تولیدی متنوع منجر به خواص مختلف میشوند.
وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی و میزان شاخه های جانبی، پارامترهای موثر بر خواص واکس تولیدی هستند که در فرایندهای مختلف تولید پلیاتیلن متفاوت میباشند. تفاوت در میان فرایندها تاثیر اصلی را بر استفاده از محصول میگذارد. محصول به دست آمده از یک کارخانه یا فرایند خاص ممکن است یک بازار محصول را پوشش دهد. در حالی که محصول بدست آمده از یک پروسس دیگر برای کاربردی دیگر ترجیح داده شود. واکسهای پلیاتیلنی که به عنوان محصول جانبی پلیمریزاسیون اتیلن شناخته میشوند، با جدا کردن برشهای پلیاتیلن با وزن مولکولی پایین از حلال (عموما هگزان) بدست میآیند. این واکس توزیع وزن مولکولی پهنتر نسبت به واکس های پلیاتیلنی که مستقیما سنتز میشوند، دارند. این واکس ها در خواص نوسانات زیادی دارند. می توان با فرایندهای بعدی مثلا تقطیر تحت خلاء به توزیعهای وزن مولکولی باریکتری دست یافت. با کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر اولفینها مانند پروپیلن ، بوتن و هگزن می توان محدوده خواص موجود واکس های پلیاتیلنی را گسترش داد . افزودن سایر اولفینها ایجاد شاخههای جانبی میکند که نقطه ذوب و سختی را کاهش میدهد ولی باعث افزایش ویسکوزیته در مقایسه با پلیاتیلن خطی با همان توزیع وزن مولکولی میشود. با افزایش طول شاخه جانبی این اثرات تقویت میشود .[1]
یکی از مهم ترین اهداف شرکت های صنعتی و تجاری کم کردن هزینه تولید و هم چنین افزایش رضایت مشتریان با افزایش کیفیت محصول تولیدی میباشد. یکی از محصولات جانبی واحد HDPE پتروشیمی جم که حین فرایند پلیمریزاسیون تولید میشود واکس است. واکس شامل گسترهای از زنجیرهای پلیاتیلن با وزن مولکولی پایین است که در شرایط واکنش محلول در هگزان است و همراه هگزان در سانتریفیوژها از فاز جامد پودر پلیاتیلن تولیدی و سپس در بخش بازیافت واکس از هگزان جدا میگردد. واکس تولیدی در این فرایند اصولا محصول مطلوبی نیست و برای خالصسازی آن در تولید تدبیری اندیشیده نشده است. واکس تولیدی ناخالص، در بستههای جامبو به صورت مرطوب و بدون طبقهبندی خاصی به فروش میرسد. آب و مواد فرار همراه در صنایع پایین دستی از واکس جداسازی میشود و در مواردی خالص سازی بیشتر یا ترکیب با واکسهای با کیفیت بالاتر صورت میگیرد و برای مصارف نهایی عمدتا به عنوان کمک فرایند به صنایعی مانند مستربچ سازی و تولید PVC ارسال میشود .[2]
مطالعات صورت گرفته نشانگر آن بوده اند که با افزایش نسبت Al/Ti سایتهای کاتالیست به سرعت فعال میشوند. در فعالیت زیاد کاتالیست، عملا تجزیه سایتها و پدیده انتقال به TEAL (فعالکننده ) اتفاق میافتد. بنابراین در عمل در ماکزیمم بازده Al/Ti کار نمیشود. چون در این شرایط بعضی سایتها به شدت فعال شده و به سرعت هم از بین میروند. به نظر میرسد این پدیده منجر به افزایش تولید مولکولهای با وزن مولکولی پایین میشود و واکس بیشتری به همراه خواهد داشت. کاتالیستهای با اکتیویته بالا میتوانند با کاهش وزن ملکولی پلیاتیلن، عامل تولید واکس باشند ولی کاتالیستهای با پایداری بیشتر به علت ایجاد توزیع وزن مولکولی باریکتر(ساخت زنجیرهای یکنواختتر وعدم ممانعت فضایی برای اتصال زنجیرههای دیگر و بزرگ شدن زنجیر) عامل کاهش تولید واکس میباشند . هیدروژن به عنوان عامل اصلی اختتام در واکنش پلیمریزاسیون نقش اصلی در کاهش وزن مولکولی و تولید واکس دارد ولی اثر آن بر خواص واکس تولیدی بررسی نشده است. بوتن نیز به علت کاهش تبلور وافزایش فاز آمورف عامل ایجاد واکس بیشتر میشود 3]،4،.[5
هدف از انجام این پروژه بالا بردن کیفیت واکس تولیدی و کنترل بر مقدار تولید آن با اشراف بر پارامترها و عوامل موثر بر واکنش پلیمریزاسیون و پارامترهای عملیاتی جداسازی واکس بود.
-2 مواد اولیه و شرایط فرایندی
واحد پلی اتیلن سنگین پتروشیمی جم بر اساس فرآیند هوستالن تحت لیسانس شرکت بازل آلمان جهت تولید 300000 تن پلیاتیلن سنگین در سال طراحی گردیده است. واکنش پلیمریزاسیون در این لیسانس مبتنی بر کاتالیست نسل چهارم (کاتالیست فوق فعال) زیگلر-ناتا طراحی شده است. پلیمریزاسیون در فاز دوغابی و در محیط هگزان انجام میشود. فشار راکتورها بسته به گرید تولیدی بین 7 تا 9 بار و دمای راکتورها در محدوده 80 تا 84 درجه سانتیگراد تنظیم گردیده و خوراکهای ورودی شامل اتیلن و بوتن، هیدروژن به عنوان عامل کنترل کننده وزن مولکولی، کاتالیست های زیگلر- ناتا در انواع THE، THT، THS و TEAL به عنوان فعال کنندهکاتالیست و غیر فعال کننده سموم احتمالی موجود درکاتالیست، می باشند. واکس مورد بررسی قرار گرفته در این پژوهش مربوط به یکی از گرید های بادی (BL3) تولیدی در این واحد با مشخصات ارائه شده در جدول زیر (جدول (1 می باشد.
جدول :1 برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی واکس گرید BL3 واحد پلی اتیلن سنگین پتروشیمی جم
جهت بررسی اثر پارامترهای واکنش بر خواص واکس تولیدی، بیش از 50 نمونه محلول واکس گرید تولیدی مورد نظر (BL3) در هگزان از محل نمونه گیری موجود درکوتاهترین فاصله نسبت به راکتورها و با احتساب زمان اقامت محلول از راکتورها تا محل نمونهگیری گرفته شد . نمونهها با استفاده از یک دستگاه تبخیر کننده چرخان مجهز به حمام روغن و سیستم کندانسور و نیز بهره گیری از آون خلا طی پروسه استاندارد موجود، خشک و خالص سازی گردیده و به عبارت دیگر هگزان و مواد فرار آن با استفاده از تبخیرکننده چرخان تحت خلاء و آون خلاء حتی الامکان جداسازی شد.
