Công nghệ tổng hợp nhựa PET

Công nghệ tổng hợp nhựa PET

Công nghệ Tổng hợp nhựa PET Nội dung : I Nhựa PET II Công nghệ tổng hợp III Ứng dụng PET IV Thị trường tiêu dùng tầm quan trọng  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 I Nhựa PET Khái niệm : PET(polyety lenterephtalat) polyeste tổng hợp trùng ngưng PTA(acid terephtalic) với EG(etylenglycol)  Nguồn gốc lịch sử phát triển :được tìm vào năm 1941 Calico Printer’ Association Manchester Chai PET sản xuất vào năm 1973.Đến ,PET phần thiếu ngành công nghiệp bao bì , thực phẩm … Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa pet Tính chất PET  PET tồn dạng: vô định hình(trong suốt), dạng kết tinh (trắng đục)  Do có mạch cứng linh động nên có nhiệt nóng chảy cao  Không thấm nước , PET có màu tự nhiên với độ suốt cao  Bền chịu va đập cao  Độ nhớt PET : • Dạng sợi : 0.6 dl/g • Dạng màng mỏng :0.65 dl/g • Dạng chai :0.76-0.84 dl/g • Dạng dây thừng :0.85 dl/g  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET Một số hình ảnh PET  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 II Công nghệ tổng hợp Có công nghệ sử dụng để sản xuất PET Đó : Trùng ngưng : terephtaloyl diclorid Etylen Glycol Trans este hóa : Dimetyl Terephtalat (DMT) Etylen Glycol Trùng ngưng :Acid Terephtalic Etylen Glycol Tuy nhiên công nghệ đầu không áp dụng sản xuất công nghiệp, ta xét quy trình công nghệ theo đường thứ Là trình trùng ngưng PTA (Acid Terephtalic) EG (Etylen Glycol) Quá trình chia thành giai đoạn chính, Giai đoạn thứ sản xuất PTA, giai đoạn thứ trình sản xuất PET từ PTA EG  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET A.Công nghệ sản xuất PTA Oxy hóa trực tiếp p_xylen i ii iii iv Công nghệ Amoco Công nghệ Toray Công nghệ Mitsubishi Kasei Esman Process Thủy phân DMT  i Dynamite-Nobel and Hüls Troisdorf ii Witten process Quá trình oxy hóa toluene i Henkel II process ii Phillips/ Rhone –Poulenc process (PRP process) Các công nghệ khác Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Oxy hóa p-xylen  P_Xylene nguyên liệu cho trình , dung dịch axit axetic đóng vai trò dung môi phản ứng Không khí nén để cung cấp oxy cho phản ứng thêm vào với lượng dư để giảm thiểu hình thành sản phẩm phụ, đạt độ chuyển hóa p-xylen cao  Phản ứng xúc tác pha lỏng, tỏa nhiệt mạnh, tạo 2.105 kJ đơn vị khối lượng p-xylen tham gia phản ứng Sản phẩm tách cách đun sôi dung môi Cơ chế phản ứng gồm giai đoạn sau  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Amoco process  Là công nghệ sử dụng rộng rãi giới, thương mại hóa từ năm 1965  Xúc tác : Chất xúc tác sử dụng lò phản ứng oxy hóa kim loại nặng đa hóa trị Chủ yếu, Co Mn chất xúc tác kim loại nặng đa hóa trị brôm nguồn tái sinh gốc tự Hệ thống chất xúc tác Co hòa tan - Mn - Br trung tâm trình Có thể dùng muối Co Mn nguồn cung cấp Br HBr, NaBr, tetrabromoethane Hệ thống chất xúc tác sử dụng khoảng 70% trình oxy hóa p-xylen, tỷ lệ tăng lên nhà máy có xu hướng sử dụng  Thiết bị phản ứng Oxy hóa : Chịu ăn mòn Br, acid hữu ( lót Titan), khuấy trộn cách sục không khí đáy, tách nhiệt cách bay phần hỗn hợp phản ứng Nhiệt độ 175-225⁰C , áp suất 1500 - 3000 kPa, thời gian lưu 2,5  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Amoco process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Toray Process  Được phát triển từ năm 60, sử dụng  Quá trình dựa trình oxy hóa phối hợp pxylen môi trường lỏng aldehyde acetaldehyt để sản xuất sản lượng hợp lý TPA tinh khiết Không khí cung cấp Oxy  Co, Mn sử dụng để tạo thành hệ xúc tác lỏng Chất xúc tác nguyên liệu đưa vào phần không khí đưa vào phía tháp sủi bọt hình vẽ  Phản ứng thực Quá trình Toray thực ởnhiệt độ 100 - 150°C, số trường hợp đến 240°C, áp suất 500 - 2000 kPa TPA hình thành loại bỏ khỏi axit axetic sau đem tinh chế Nhược điểm trình tạo lượng lớn axit acetic theo sản phẩm, thường 0.51,1 acetic acid TPA  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Du Pont process Là trình ứng dụng đê tạo thành TPA, nhiên không sử dụng Oxy hóa p-xylen với tác nhân HNO3, phản ứng tiến hành áp suất 1000kPa nhiệt độ 165oC Phản ứng trình :  TPA tạo tách khỏi hỗn hợp sản phẩm cách ly tâm Sau làm khô este hóa với metanol với có mặt H2SO4 chất xúc tác.Mặc dù độ chuyển hóa đạt đến 90% nhiên có mặt hợp chất chứa nito làm cho việc tinh chế trở nên khó khăn khả phục hồi kinh tế thấp Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET B Công nghệ sản xuất PET từ PTA Trước việc este hóa trực tiếp TPA EG sử dụng khó khăn việc tinh chế TPA( độ hòa tan thấp nhiệt độ nóng chảy cao) nhiên cải tiến công nghệ gần hạn chế nhược điểm Hầu hết nhà máy ngày sử dụng TPA có ưu điểm sau: .Chi phí DMTđắt TPA .Trọng lượng TPA thấp so với DMT dẫn đến chi phí lưu trữ thấp .Sử dụng nước chất ngưng tụ thay methanol .không yêu cầu chất xúc tác este hóa .PET thu có khối lượng phân tử cao  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET Quá trình trùng ngưng gồm giai đoạn  Bước : Phản ứng este hóa tạo BHET (Bis- hydroxyethyl Terephthalate ) Điều kiện phản ứng nhiệt độ cao áp suất khí   Bước :trùng ngưng BHET giải phóng EG đem tái sử dụng Nhiệt độ phản ứng phải điểm nóng chảy polymer 260- 265 ° C thấp nhiệt độ mà phân hủy xảy nhanh 300 ⁰ C, nhiệt độ từ 275 ° C 290 ° C ưa chuộng cho bước Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ sản xuất PET từ PTA Các công nghệ IPT (Invista Performance Technologies) NG3TM process M&G easy up process Udhe-Inventa-Fischer (2R) process (UIF) Lurgi Zimmer DHI process Eastman IntegRex  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 IPT (Invista Performance Technologies) NG3TM process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 M&G easy up process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Udhe-Inventa-Fischer (2R) process (UIF)  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Lurgi Zimmer DHI process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Eastman IntegRex  Estman giải việc biến toàn trình polyme hóa thực trạng thái tan chảy thiết bị phản ứng dạng ống Khác với công nghệ khác, sử dụng SSP để tăng giá trị IV, công nghệ IntegRex tăng IV thể nóng chảy lên đến 0,75 tức gấp lần giá trị đạt công nghệ khác ( thể nóng chảy )  Điều kiện chân không sử dụng thiết bị phản ứng dạng ống giúp cho việc tách sản phẩm phụ dễ dàng dễ dàng vận chuyển nguyên liệu  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Eastman IntegRex  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 III Ứng dụng PET Hiện PET sử dụng rộng rãi, sản phẩm quan trọng  PET ứng dụng làm vỏ loại bao bì , chai đồ đựng thực phẩm  Sợi PET dùng kĩ nghệ , làm dây thừng , dệt vải …  PET dùng làm phim ảnh  PET loại nhựa thân thiện với môi trường PVC ,PS ,PU,PC …Ta thấy rõ qua biểu đồ sau  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 III Ứng dụng PET Ít thân thiên với môi trường PVC  PP,PC PET PP Thân thiên với môi trường PA,PLA,PHB Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 IV Thị trường tầm quan trọng PET  Thị trường PET : PET polime chủ yếu sản xuất giới với 18% sản lượng polime giới đứng thứ ba sau polietylen polipropylen  Sản lượng sản xuất giới : năm 2008 50 triệu MTA Trong : • • • •  Sợi Polyeste chiếm 65 % Nhựa PET chiếm 30 % Polyeste film chiếm 4,4 % Còn lại 0,6 %  Theo dự tính sản lượng PET tăng 7,1 % / năm với công suất dự kiến 19,600,000 MTA năm 2011 Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Lựa chọn công nghệ Gồm phần , lựa chọn công nghệ tạo TPA trùng ngưng TPA tạo PET, ta lựa chon công nghệ tương ứng Estman, lí sau :  trình hãng sản xuất có tương đồng thiết bị  Chi phí sử dụng cho trình thấp  Estman sử dụng thiết bị phản ứng dạng ống có ưu điểm : • Thiết bị phản ứng dạng ống bố trí linh hoạt, thiết kế cho điều kiện có không gian hạn chế • Số lượng bơm, vít , thiết bị liên kết tối giản hóa •Các ống hàn miếng đệm, làm giảm lượng khí thải rò rỉ khỏi lò phản ứng không khí vào lò phản ứng nâng cao chất lượng sản phẩm  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Tài liệu tham khảo Công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu – Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên – NXB khoa học kỹ thuật Petrochemical Processes – A.Chauvel, G.Lefebvre “Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”, Electronic Release, Wiley InterScience, 2007 Production of PET , Cairo University, February 2010 Kirk-Othmer, “Encyclopedia of Chemical Technology”, 4th Edition, 2001 M.F.Ali, B.MElAli, J.G Speight, “Handbook of Industrial Chemistry: Organic Chemicals”, 2004 Robert Allen Meyers, “Handbook of Petrochemicals Production Processes”, McGraw-Hill Professional , 2005   [...]... ra được tách ra khỏi hỗn hợp sản phẩm bằng cách ly tâm Sau khi làm khô thì este hóa với metanol với sự có mặt của H2SO4 là chất xúc tác.Mặc dù độ chuyển hóa đạt đến 90% tuy nhiên sự có mặt của các hợp chất chứa nito làm cho việc tinh chế trở nên khó khăn và khả năng phục hồi kinh tế cũng thấp Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET B Công nghệ sản xuất PET từ PTA Trước đây việc... Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Các công nghệ khác 1 2 3 4 Tái chế PET tạo TPA Sản xuất từ oxy hóa p-cymene (bio-based Synthesis) Điện phân Du Pont process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Tái chế PET tạo TPA PET có thể phân hủy cấu trúc polyme để trở thành nguyên liệu ban đầu như TPA, DMT và MEG Có các phương phá p sau đây để chuyển hóa PET thành TPA Thủy phân PET Alcoholysis  Nguyễn Tiến Thành... tiến công nghệ gần đây đã hạn chế nhược điểm này Hầu hết các nhà máy ngày nay sử dụng TPA vì nó có những ưu điểm sau: .Chi phí DMTđắt hơn TPA .Trọng lượng của TPA thấp hơn so với DMT dẫn đến chi phí lưu trữ thấp hơn .Sử dụng nước là chất ngưng tụ thay vì methanol .không yêu cầu chất xúc tác este hóa  .PET thu được có khối lượng phân tử cao hơn  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp. .. việc biến toàn bộ quá trình polyme hóa đều thực hiện trong trạng thái tan chảy bằng thiết bị phản ứng dạng ống Khác với các công nghệ khác, sử dụng SSP để tăng giá trị IV, công nghệ IntegRex tăng IV ngay ở thể nóng chảy lên đến 0,75 tức là gấp 3 lần giá trị đạt được bởi các công nghệ khác ( ở thể nóng chảy )  Điều kiện chân không được sử dụng trong thiết bị phản ứng dạng ống giúp cho việc tách sản phẩm... polymer 260- 265 ° C và thấp hơn nhiệt độ mà tại đó phân hủy xảy ra quá nhanh 300 ⁰ C, do đó nhiệt độ từ 275 ° C và 290 ° C ưa chuộng cho bước này Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ sản xuất PET từ PTA Các công nghệ 1 2 3 4 5 IPT (Invista Performance Technologies) NG3TM process M&G easy up process Udhe-Inventa-Fischer (2R) process (UIF) Lurgi Zimmer DHI process Eastman IntegRex  Nguyễn Tiến... không xúc tác tạo methyl p-toluate và DMT  DMT chuyển thành PTA nhờ công nghệ thủy phân Degussa AG DMT được trộn với nước rồi đưa vào thiết bị thủy phân để tạo TPA Thiết bị phản ứng gián đoạn sử dụng Kẽm acetat làm xúc tác  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Dynamite-Nobel and Hüls Troisdorf  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ thủy phân Degussa AG  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53... oxy hóa p-cymene mà có thể được sản xuất bởi các khử limonene thuộc họ tecpen (có trong vỏ cam quýt), quá trình thể hiện như sau :   Đây là một công nghệ xanh có thể được thương mại hóa với sản lượng khoảng 50.000 tấn limonene hàng năm thông qua các ngành công nghiệp cây có múi Ngoài ra nguồn nguyên liệu của nó có thể tái tạo Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Du Pont process Là quá trình đầu tiên... trong phạm vi 185 - 204 ° C và 1200 - 1750 kPa Thời gian lưu ít hơn 1 giờ để hoàn thành chuyển đổi hợp lý, khoảng 98,3% sản lượng đạt được  Năng lượng quá trình có thể vào khoảng 100.000kW  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Eastman process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Thủy phân DMT DMT là một hợp chất trung gian quan trọng trong sản xuất TPA thông qua các quá trình oxy-este hóa của p-xylen... thấp hơn .Sử dụng nước là chất ngưng tụ thay vì methanol .không yêu cầu chất xúc tác este hóa  .PET thu được có khối lượng phân tử cao hơn  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET Quá trình trùng ngưng này gồm 2 giai đoạn  Bước 1 : Phản ứng este hóa tạo BHET (Bis- hydroxyethyl Terephthalate ) Điều kiện phản ứng nhiệt độ cao và áp suất khí quyển   Bước 2 :trùng ngưng BHET... 140 -170°C và 400 - 700 kPa  Quá trình este hóa : Xúc tác Toluene sulfonic acid được pha loãng bởi metanol trước khi đưa vào thiết bị phản ứng làm việc tại 200 - 250 ⁰ C  DMT chuyển thành PTA nhờ công nghệ thủy phân Degussa AG  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Witten process  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Henkel II process (oxy hóa toluen) Cơ sở hóa học gồm các bước sau :  Ưu điểm của ... xuất PET từ PTA EG  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET A .Công nghệ sản xuất PTA Oxy hóa trực tiếp p_xylen i ii iii iv Công nghệ Amoco Công nghệ Toray Công nghệ. .. Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa PET Một số hình ảnh PET  Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 II Công nghệ tổng hợp Có công nghệ sử dụng để sản xuất PET Đó : Trùng ngưng : terephtaloyl... Manchester Chai PET sản xuất vào năm 1973.Đến ,PET phần thiếu ngành công nghiệp bao bì , thực phẩm … Nguyễn Tiến Thành – KSTN Hóa dầu K53 Công nghệ Tổng hợp nhựa pet Tính chất PET  PET tồn dạng: