ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ

POLYPROPYLENE PRODUCTION: TECHNOLOGICAL FEATURES, PRODUCTION, AND CONSUMPTION

Ryzhkov Pavel Andreevich,

Master's student, Samara State Technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются технологические аспекты получения полипропилена (ПП), включая современные методы полимеризации пропилена, тип каталитических систем и особенности технологических процессов на промышленных установках. 

Приведён анализ основных технологических схем производства ПП в жидкой и газовой фазах, влияние катализаторов типа Ziegler–Natta и металлоценов на структуру и свойства полимера.  Рассмотрены тенденции мирового и российского рынков полипропилена, факторы спроса, области применения и возможности повторной переработки материала в условиях развития циркулярной экономики.

Особое внимание уделено вопросам энергоэффективности и экологической устойчивости технологий производства.

На основе сравнительного анализа сделаны выводы о перспективах повышения эффективности производства и качества полипропилена в рамках перехода к «зелёной» нефтехимии.

ABSTRACT

The article examines the technological aspects of polypropylene (PP) production, including modern methods of propylene polymerization, types of catalytic systems, and specific features of industrial process schemes. A comparative analysis of liquid‑phase and gas‑phase polymerization technologies is presented, as well as the influence of Ziegler–Natta and metallocene catalysts on polymer structure and properties. The current state and trends of the global and Russian polypropylene markets are analyzed, along with the main factors of demand, key application areas, and recycling opportunities in the context of the circular economy. Particular attention is given to energy efficiency and environmental sustainability of production technologies. Based on the analysis, conclusions are drawn regarding the prospects for improving efficiency and quality of polypropylene within the framework of the “green” petrochemical industry.

Ключевые слова: полипропилен, полимеризация, катализаторы, технология производства, нефтехимия, рынок, переработка, экология.

Keywords: polypropylene, polymerization, catalysts, production technology, petrochemistry, market, recycling, environment.

Начало нарушений и перекосов в международных производстве и логистике пластиков приходится на две тысячи двадцать второй год, когда наша страна столкнулась с не знакомыми ранее серьезными санкционными барьерами, выставленными противоборствующими странами. В свою очередь, это породило весьма серьезные риски, так как пластические массы применяются во многих производствах готовой продукции, имеющей стратегическое значение; снижение объемов пластиков, ввозимых из других стран, начало серьезно угрожать перерабатывающим их отраслям, а также предприятиям, занятым изготовлением готовых изделий и комплектующих из них. Сложности возникли и в области объективной оценки необходимого объема производства по программе импортозамещения, а также в решении вопросов обеспечения гибкости производства и его приспособления к новым санкционным условиям. К этому попросту не были готовы предприятия – потребители этого сырья. В этой связи необходимо изучить, в каком состоянии находится современное производство полипропилена в нашей стране, а также потенциальные и реальные возможности решения вопроса импортозамещения этого важного, быстро наращивающего свое распространение в потреблении материала. Примерно пятьдесят процентов импортируемого пластика, то есть свыше 1,5 млн тонн, а также примерно тридцать процентов экспортируемого пластика, а это почти 850 тыс. тонн как раз пришлись на те страны, которые оказались недружественными по отношению к нам, введя барьеры в виде экономических и других санкций. Отметим, что российские компании почти полностью обеспечили себя пластиками в последние годы, примерно на семьдесят пять процентов. Примечательно, что экспорт в большей степени был ориентирован на те страны, которые санкционировали российскую экономику, однако, согласно большей части прогнозов экспертов, те страны, которые поддерживают отношения с нашей страной, нарастят ввоз пластиков из РФ, то есть укрепляются оптимистические ожидания в части роста объемов экспорта в ближайшие годы. Отметим, что возникают некоторые трудности в части изменения условий и маршрутов поставок, меняется логистическая система, но эта проблема преодолима.

Сегменты рынка полимерной тары и упаковки имеют наиболее высокие перспективы развития, связанные с увеличением объемов изготовления продукции и всё возрастающими требованиями к уровню качества продукции. При этом среднегодовые темпы роста спроса на продукцию указанного рынка к 2029 году могут достигать 4,5-5% [18, с. 98]

Отметим, что российский рынок является все еще в значительной степени зависимым от импорта, в силу того, что не может самостоятельно обеспечить требуемый уровень качества некоторых видов продукции, однако в настоящее время объемы импорта упали вдвое, а РФ почти на восемьдесят процентов обеспечивает себя сама, и тенденция в этом плане улучшается.

Исходное сырье для производства полипропилена – пропилен, который представлен бесцветным горючим газом с температурой кипения –47,6°C, обладающим высокой реакционной способностью [1].

Методы получения пропилена различны:

– во-первых, лабораторные, а именно дегидрогалогенирование спиртовым раствором щёлочи, гидрирование пропина на палладиевом катализаторе, дегидратация изопропилового спирта в кислой среде, дегалогенирование галогеналканов под действием цинка [2];

– во-вторых, промышленные, среди которых выделение при нефтепереработке из смесей газов, содержащих олефины; пиролиз этана, пропана или высших алканов, содержащихся в газах нефтепереработки или природном газе [3].

«На сегодняшний день наибольшее распространение получили три основных способа синтеза полипропилена [4]:»

«– газофазная полимеризация;

– полимеризация в среде лёгких растворителей;

– полимеризация в среде тяжёлых растворителей.»

«Полимеризация пропилена в газовой фазе осуществляется в реакторе с кипящим слоем, оборудованном двуспиральной мешалкой, обеспечивающей подъём твёрдых частиц вдоль стенки и падение вдоль оси реактора. Рабочими условиями для процесса являются диапазон температур от 160 до 250°C и давление 7 МПа [4].

Основными недостатками данного процесса являются сложности с дозированием катализатора и отводом тепла. По этой причине метод газофазной полимеризации практически не применяется непосредственно для получения полиолефинов, но является составной частью процесса по производству блоксополимеров [4].»

«…Существует большое количество технологий производства полипропилена. Основными лицензиарами и поставщиками технологий газофазной полимеризации пропилена выступают компании «Grace» с технологией «Unipol», «Ineos» с технологией «InnoveneРР», «LyondellBasell» с технологией «Spherizone», «McDermott» с технологией «Novolen», «JPP» с технологией «Horizon», «Sumitomo» с технологией «Sumitomo technology». Некоторые промышленные предприятия недружественных стран Европы и Америки наложили санкции на РФ в части технологического сотрудничества и попросту перестали поставлять передовые технологии производства. Полимеризация пропилена по технологии «Spherizone» – основана на многозонном реакторе, который производит полипропилен с высокими эксплуатационными характеристиками и новые полиолефины. Революционный процесс с использованием многозонного циркуляционного реактора «Spherizone» от «LyondellBasell» обеспечивает достаточно экономичный и эффективный метод производства широкого ассортимента высококачественного полипропилена и новых полиолефинов на основе пропилена…» [5].

«…Ядром процесса «Spherizone» является многозонный циркуляционный реактор (Multi-Zone Circulating Reactor – MZCR). Катализатор непрерывно подают в многозонный циркуляционный реактор. В этом специально сконструированном петлевом реакторе, состоящем из двух реакторных зон, растущие полимерные гранулы циркулируют между двумя различными зонами…» [5]

«…Реактор позволяет производить бимодальные полимеры с однородным фазовым и композиционным составом, что значительно расширяет свойства полимеров в сравнении с другими технологиями; новизна реактора – он имеет две зоны реакции полимеризации с различными условиями процесса, характеризуемые температурой и концентрациями сомономеров и водорода; в так называемом «стояке» частицы полимера направляются вверх в режиме быстрого псевдоожижения потоком мономерного газа из нагнетателя; в верхней части реактора частицы полимера попадают в так называемый «нижний поток»; на этом участке – поршневой режим нисходящей плотной фазы под действием силы тяжести; в нижней части реактора – частицы полимера снова подают обратно в секцию с восходящим потоком; растущие частицы полимера многократно циркулируют между двумя зонами, что обеспечивает внутри каждой частицы последовательное чередование фаз в виде шаровых слоев» [5].

Данная технология может использоваться для производства гомополимеров, статсополимеров с улучшенным балансом потребительских свойств в сравнении с традиционными полимерами, а также новых семейств мультифазных сополимеров, включающих двойные статсополимеры или блоксополимеры…» [5].

«…При добавлении в процесс «Spherizone» газофазного реактора для синтеза специальных ударопрочных и морозостойких сополимеров создаются дополнительные возможности для выпуска новых марок при введении эластомерной фазы не только в матрицу гомополимера, но и в матрицы с новыми структурами - «гомополимер – статсополимер» или «двойной статсополимер» [5].

Список литературы:

1. Новый справочник химика и технолога. Общие сведения. Строение вещества. Физические свойства важнейших веществ. Ароматические соединения. Химия фотографических процессов. Номенклатура органических соединений. Техника лабораторных работ. Основы технологии. Интеллектуальная собственность. – Санкт-Петербург: Профессионал, 2006. – 1464 с.
2. Пособие по химии для поступающих в медицинский университет и другие высшие медицинские учебные заведения. Ч. 3-4: учебное пособие / И.Л. Филимонова, А.С. Галактионова, О.Ф. Прищепова, О.А. Ерофеева, М.С. Юсубов. – Томск: Изд-во Оптимум, 2013. – 204 с.
3. Полипропилен: перевод со словацкого / И. Амброж [и др.]; под ред. В.И. Пилиповского, И.К. Ярцева. – Ленинград: Химия, 1967. – 316 с.
4. Энциклопедия полимеров в 3 т.: Т. 1: А-К. – Москва: Советская энциклопедия, 1972. – 1224 с.
5. Ляпков А.А. Современные химические технологии: производство полиолефинов: учебное пособие / А.А. Ляпков, М.С. Юсубов. – М.: 2023. – 194 с.