Đồ án môn học: Tìm hiểu công nghệ sản xuất polypropylen và tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị polyme hóa năng suất 150.000 tấnnăm

Trong đó M: Khối lượng phân tử polime m: Khối lượng của một đơn vị monome n: Hệ số trùng hợp hoặc hệ số trùng ngưng Người ta thường sử dụng 02 khái niệm khác của khối lượng phân tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

KHOA DẦU KHÍ

BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

- -

ĐỒ ÁN MÔN

CÔNG NGHỆ HÓA DẦU VÀ CHẾ BIẾN POLYME

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

MSSV:1121010318 Lớp: Lọc hóa dầu A-K56

HÀ NỘI - 1/2016

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ngành Công nghệ Lọc - Hóa Dầu được ưu tiên phát triển hàng đầu Đó là một trong những ngành mũi nhọn để phát triển đất nước, phù hợp với tiềm năng Dầu mỏ hiện có của nước ta

Chính điều này đã tạo những tiềm năng rất lớn cho một tương lai về tận dụng những sản phẩm hóa dầu, trong đó tổng hợp các hợp chất Polyme là ngành đang có xu hướng phát triển mạnh ở Việt Nam Đó là một ngành khoa học nghiên cứu về việc tổng hợp các chất hữu cơ có ứng dụng rộng rãi trong đời sống bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ Việc sản xuất, sử dụng polyme ngày càng được mở rộng và có quy mô phát triển nhanh Đặc biệt khi tình hình nguyên liệu thiên nhiên đã và đang ngày càng khan hiếm, sự tiêu thụ các nguồn năng lượng cũng như các hợp chất hóa học có sẵn diễn ra với tốc độ ngày cao đặt ra những vấn đề với các nhà hóa học là phải tìm ra những hợp chất thay thế chúng Polypropylene cũng là một trong số những polyme được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monome thấp, giá thành sản xuất thấp và các tính chất được ưa chuộng của nó

Hiện nay, nước ta có nhiều dự án xây dựng Nhà máy lọc dầu đã và đang được triển khai Đây được coi là điểm hứa hẹn cung cấp nguồn Propylene nguyên liệu dồi dào Việc xây dựng nhà máy sản xuất Polypropylene là yêu cầu rất cần thiết và cấp bách mang tính xã hội, tính kinh tế góp phần cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế chung cho đất nước

Với sự ra đời Nhà máy lọc dầu số 1 với công suất 6,5 triệu tấn/năm tại Khu Công Nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi,cần thiết phải có nhà máy sản xuất Polypropylene đưa vào vận hành đồng thời

Em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Thị Linh, đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện Trịnh Xuân Thắng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH 5

TỪ VIẾT TẮT 6

1.1 Giới thiệu về polymer[1][2] 7

1.1.1 Một số khái niệm cơ bản 7

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp polymer 8

1.2 Polypropylene [3] 9

1.2.1 Nguồn gốc 9

1.2.2 Phân loại 9

1.2.3 Cấu trúc phân tử 10

1.2.4 Phương pháp tổng hợp 10

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLEN 15

2.1 Giới thiệu 15

2.2 Công nghệ trong pha lỏng[6][7] 15

2.2.1 Công nghệ SPHERIPOL 15

2.2.2 Công nghệ HYPOL-II 19

2.3 Công nghệ trong pha khí[6][7] 21

2.3.1 Công nghệ NOVOLEN 21

2.3.2 Công nghệ UNIPOL 24

2.3.3 Công nghệ INNOVENE 26

2.4 Đánh giá các công nghệ .28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN 30

3.1 Đề tài 30

3.2 Tính cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng 31

3.3 Tính cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị phản ứng polyme hóa 33

KẾT LUẬN 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 : Thành phần xúc tác Ziegler-Natta 12

Bảng 3.1 Cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng 32

Bảng 3.3 Cân bằng nhiệt lượng 34

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể α - Ti𝑪𝒍𝟑 12

Hình 1.2 Quá trình tạo phức chất của propylen và titan 13

Hình 1.3 Chuyển dịch điện tích ở phức chất propylen và Titan 13

Hình 1.4 Chuyển vị phức chất 13

Hình 1.5 Quá trình phát triển mạch 14

Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ SPHERIPOL 16

Hình 2.2 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ HYPOL-II 20

Hình 2.3 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ NOVOLEN 22

Hình 2.4 Sơ đồ khối công nghệ UNIPOL 24

Hình 2.5 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ UNIPOL 25

Hình 2.6 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ INNOVOLENE 27

TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về polymer [1][2]

1.1.1 Một số khái niệm cơ bản

Polymer là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ nhiều nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa học tạo thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn Chúng thường là chất rắn, không bay hơi và hầu hết không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường Trong mạch chính của polymer những nhóm nguyên tử (monomer) này được lặp đi lặp lại nhiều lần

Monomer là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa liên kết đôi, liên kết ba hay vòng không bền hoặc có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng với nhau

Có hai loại Polymer chính

 Homopolymer là những polymer được tạo thành từ một loại monomer

-A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗ A ˗

 Copolymer là polymer được tạo thành từ hai hay nhiều monomer khác nhau Trong đó có

3 dạng Copolymer:

+ Copolymer ngẫu nhiên (Random copolymer): Các đơn vị monomer sắp xếp

không theo trật tự nhất định nào

-A ˗ A ˗ A ˗ B ˗ B ˗ A ˗ B ˗ A ˗ B ˗ A ˗ B ˗ B ˗ B ˗

+ Copolymer điều hòa (Regular copolymer): chứa các chuỗi kế tiếp nhau của các

đơn vị monomer

Trong đó M: Khối lượng phân tử polime

m: Khối lượng của một đơn vị monome n: Hệ số trùng hợp hoặc hệ số trùng ngưng Người ta thường sử dụng 02 khái niệm khác của khối lượng phân tử

+ Khối lượng phân tử trung bình số (the number average molecular mass)

+ Khối lượng phân tử trung bình khối (the weight average molecular mass):

Trong đó Mi: Khối lượng phân tử của mạch monomer;

Ni: Số mạch monomer khối lượng Mi có trong hệ

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp polymer

Tổng hợp polymer là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình chế tạo vật liệu polymer Từ một loại monomer có thể tổng hợp được các polymer khác nhau khi thay đổi điều kiện của phản ứng Hai loại phản ứng chính để tổng hợp polymer là : phản ứng trùng hợp và phản ứng trùng ngưng

Trùng hợp: Là phản ứng kết hợp các monomer thành polymer mà không thoát ra sản phẩm

phụ nào Phản ứng trùng hợp mang tính chất của phản ứng chuỗi nên còn gọi là trùng hợp chuỗi Monomer của phản ứng trùng hợp là các hợp chất phân tử thấp chứa liên kết bội (liên kết đôi hoặc liên kết ba) Ví dụ : ethylene, propylen, vinyclorua, vinylacetate, methyrmetacrylate Tuỳ thuộc vào bản chất trung tâm hoạt động mà phân biệt trùng hợp gốc, trùng hợp anion hay trùng hợp cation Đơn giản nhất là phản ứng trùng hợp gốc dưới tác dụng của các chất dễ dàng phân huỷ ra gốc tự do ở điều kiện phản ứng

Trùng ngưng: là phản ứng kết hợp của nhiều phân tử monome tạo thành sản phẩm chính là

polyme và kèm theo sự tách ra các sản phẩm phụ có phân tử lượng thấp như nước, acid clohidric, amoniac, Đây là phương pháp quan trọng thứ hai mà người ta sử dụng để tổng hợp các hợp chất cao phân tử

Điều kiện để monome tham gia phản ứng trùng ngưng:

Muốn thực hiện phản ứng trùng ngưng thì các monome tham gia phản ứng phải chứa ít nhất hai nhóm chức (hay còn gọi là monome đa chức)

Ví dụ: HOOC-R-COOH, HO-R-OH, 𝐻2N-R-COOH

Khác với phản ứng trùng hợp, mắt xích cơ sở của polyme trùng ngưng có thành phần khác với thành phần của monome ban đầu

Tổng quát: n X-A-Y ↔ X-(A-Z)n-1-A-Y + (n-1)a

Z là phần còn lại khi hai nhóm chức X và Y tương tác với nhau tách ra hợp chất thấp phân tử a Nếu phản ứng xảy ra từ nhiều loại monome khác nhau thì gọi là phản ứng đồng trùng ngưng

Tổng quát: n X-A-X + n Y-B-Y ↔ X-(A-Z-B-Z)n-1-A-Z-B-Y + (2n-1)a

Còn nếu phản ứng trùng ngưng xảy ra giữa các monome có nhiều hơn 2 nhóm chức thì thu được sản phẩm có cấu trúc không gian ba chiều

1.2 Polypropylene [3]

1.2.1 Nguồn gốc

Polypropylenlà một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen Việc phát minh ra Polypropylen diễn ra vào đầu những năm 1950 Polypropylen hình thành từ quá trình trùng hợp (Polymer hóa) phối trí với sự có mặt của xúc tác Ziegler – Natta Polypropylen được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi công ty Montecatini, Italia Cuối cùng được sản xuất hàng loạt tại châu Âu, Mỹ và Nhật Hiện nay công suất và chất lượng Polypropylene thương mại ngày càng được cải thiện

PP và atactic PP Isotactic PP có khả năng kết tinh chậm trong vùng vô định hình HPP có mạng tinh thể từ dày đến mỏng được thể hiện qua điểm chảy của nó Random

- A – A – A – A – B – A – B – B – A - …

Copolypropylen block (Polypropylen đồng trùng hợp khối)

Khác với các copolymer thông thường, trong đại phân tử của chúng các đơn vị monomer riêng biệt luân phiên nhau và sắp xếp không theo một trật tự trong mạch

- A – A – A – A – B – B – B – B – B – A – A - …

1.2.3 Cấu trúc phân tử

Ba loại cấu trúc lập thể của polypropylene là atacticpolypropylene, syndiotactic polypropylene, isotactic polypropylene

Isotactic polypropylene: Các nhóm - 𝐶𝐻3cùng nằm về một phía mặt phẳng trong cấu hình đồng phân quang học, dạng tinh thể Có tính chất là không tan được trong heptan sôi và có nhiệt độ điểm chảy khoảng 165oC.

Atactic polypropylene: Có các nhóm - 𝐶𝐻3 sắp xếp ngẫu nhiên không theo một quy luật nào, vô định hình và kết dính tốt

Syndiotactic Polypropylene: Có các nhóm – 𝐶𝐻3 sắp xếp luân phiên trật tự cả hai nữa mặt phẳng.

Ngoài ra, nếu sử dụng xúc tác metallocene người ta có thể tổng hợp được polymer khối chứa đồng thời isotactic và atactic trong mạch

1.2.4 Phương pháp tổng hợp

 Các phương pháp tổng hợp PP

- Polymer hóa trong dung dịch Hydrocacbon (hexan, heptan) ở điều kiện nhiệt độ, áp suất đủ để polimer lưu giữ trong dung dịch Quá trình này ban đầu được sử dụng nhưng thực tế hiện nay không còn vì rất tốn kém

- Polymer hóa ở thể huyền phù trong dung môi giống như phương pháp trên, nhưng ở

áp suất và nhiệt độ thấp hơn Polymer không lưu giữ được trong dung dịch Quá trình này hiện nay vẫn còn phổ biến

- Quá trình polymer hóa ở trong pha khí trong các thiết bị có cánh khuấy, hoặc giả lỏng Quá trình này ít được sử dụng vì thiết bị cồng kềnh phức tạp

- Polymer hóa ở thể huyền phù, trong đó propylene lỏng được sử dụng như là dung môi Quá trình này hiện nay phổ biến trong công nghiệp tổng hợp PP

Trong những năm gần đây người ta sử dụng phương pháp rất phổ biến là trùng hợp anion phối trí có mặt xúc tác Ziegler ˗ Natta (phương pháp này được sử dụng trong tổng hợp công nghiệp các polymer điều hòa lập thể) Vì các dẫn xuất nhôm alkyl có tính chất nhận điện tử, Ti

là kim loại chuyển tiếp có tính chất cho điện tử nên chúng có thể dễ dàng tạo liên kết phối trí

Các công nghệ mới nhằm ưu tiên tạo ra sản phẩm propylen trong quá trình chế biến dầu mỏ gồm có các phương pháp sau:

 Quá trình cracking naphta bằng hơi nước có xúc tác

 Quá trình cracking dầu thô có xúc tác - quá trình FCC (fluid cracking catalyst)

 Dehydro hóa khí propan

 Tổng hợp propylen bằng quá trình methathesis

 Chuyển hóa metanol thành propylen Trong số các phương pháp sản xuất propylen kể trên, hai phương pháp đầu là phổ biến nhất Trong đó hiện nay phương pháp cracking naphta bằng hơi nước chiếm tỉ trọng 67%, phương pháp FCC chiếm 30%, chỉ có 3% cho các phương pháp còn lại

Tuy nhiên theo dự báo của CMA, Inc Đến năm 2010, tỉ trọng đó lần lượt sẽ là: cracking naphta bằng hơi nước: 59%, quá trình FCC: 33% và 8% cho các phương pháp còn lại

Hydro

Phần lớn thu được từ các quá trình trong nhà máy lọc dầu (Reforming xúc tác chiếm khoảng 70 – 90 % thể tích ), khí thiên nhiên, than cốc, điện phân dung dịch…

Ở nhiệt độ thường, Hydrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, tan ít trong nước (1,6 mg/l) và các dung môi hữu cơ, khả năng cháy nổ cao, không duy trì sự sống và dễ dàng phản ứng với các chất, hợp chất hóa học khác

Vai trò Hydrogen là để tắt mạch phản ứng tạo ra sản phẩm có độ phân bố hẹp trong phản ứng

polymer tạo Polypropylen

 Xúc tác

Quá trình là phương pháp trùng hợp anion phối trí có mặt xúc tác Ziegler –Natta

Ti𝐶𝑙3 và Al(𝐶2𝐻5) 2Cl

Hệ xúc tác này gồm 2 hợp phần chính là kim loại và kim loại chuyển tiếp

Bảng 1.1 : Thành phần xúc tác Ziegler-Natta

Xúc tác Ziegler ˗ Natta có thành phần: Ti𝐶𝑙3 đóng vai trò xúc tác trên chất mang Mg𝐶𝑙2, Al(𝐶2𝐻5) 2 Cl là chất trợ xúc tác

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể α - Ti𝑪𝒍𝟑

 Phương trình tổng quát 𝐶𝐻3 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻3 

 Cơ chế [4][5]

Quá trình polymer hóa

Nguyên tử nhôm vẫn còn tạo phối trí (không phải cộng hóa trị) với nguyên tử cacbon CH2 của nhóm ethyl vừa mới cho titan Ngoài ra nhôm còn tạo phối trí với một nguyên tử clo kế cận titan Tuy nhiên titan vẫn còn obitan trống cần được điền Khi có mặt monomer vinyl như propylene có hai electron trong hệ của nối đôi cacbon – cacbon, các electron này tạo phối trí với obitan trống của titan Ở đây propylene và titan tạo thành phức chất với cấu trúc như hình 1.2

Hình 1.2 Quá trình tạo phức chất của propylen và titan

Bản chất thực sự của phức giữa titan và propylene khá phức tạp Phức này giải quyết được vấn đề titan có các obitan d không có đủ electron Nhưng thực ra phức này không phải luôn tồn tại như thế, sẽ có sự dịch chuyển của các cặp electron

Hình 1.3 Chuyển dịch điện tích ở phức chất propylen và Titan

Cặp electron di chuyển đầu tiên là từ liên kết (cacbon – cacbon) tạo phức với titan để tạo thành liên kết đơn titan – cacbon Sau đó, đến các electron từ liên kết của titan với các cacbon của nhóm ethyl do titan lấy từ Al(C2H5)2Cl Cặp electron này sẽ di chuyển để tạo thành liên kết giữa nhóm ethyl và cacbon có nhóm thế methyl của monomer propylene

Hình1.4 Chuyển vị phức chất

Lúc này nguyên tử nhôm tạo phức với một trong những nguyên tử cacbon của monomer propylene, đồng thời titan trở lại cấu trúc ban đầu với một obitan trống cần điền đầy electron

Khi đó phân tử propylene khác lại gần, toàn bộ quá trình được lặp lại.

Hình 1.5 Quá trình phát triển mạch

Có nhiều phân tử propylene cho phản ứng và mạch càng phát triển Tất cả các nhóm methyl

đều nằm một phía của cạch polymer đang phát triển Với cơ chế này thu được isotactic

polypropylene

Một số tính chất của polymer hóa mạch Ziegler – Natta

Mạch đang phát triển có thể xảy ra phản ứng ngắt mạch sau:

 Chuyển vị β - hydrua cho kim loại chuyển tiếp

Hoặc cho monomer

Chuyển vị -hydrua tạo thành phân tử polypropylene có một nhóm vinydien và một nhóm

n-propylene cuối mạch (một đầu no và một đầu không no)

 Truyền mạch cho nhóm alkyl kim loại I-III

 Truyền mạch cho một hợp chất có hydro hoạt động (hydro phân tử)

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLEN

2.1 Giới thiệu

Dựa trên sự khác nhau về trạng thái pha của hỗn hợp nguyên liệu trong thiết bị phản ứng chính mà tạo ra sự khác nhau về công nghệ sản xuất PP

Hiện nay trên thế giới sử dụng phổ biến 2 loại công nghệ là:

(1) Polymer hóa ở thể huyền phù với thiết bị phản ứng dạng vòng, sử dụng propylene lỏng làm dung môi;

(2) Quá trình polymer hóa ở trong pha khí trong các thiết bị có cánh khuấy, hoặc giả lỏng

Cả hai loại công nghệ này đều sử dụng hệ xúc tác Ziegler ˗ Natta

2.2 Công nghệ trong pha lỏng[6][7]

2.2.1 Công nghệ SPHERIPOL

Công nghệ Spheripol có thể sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhờ lò phản ứng đa năng Propylen lỏng được polyme hóa trong thiết bị phản ứng dạng ống vòng Trong quá trình vận hành không cần loại bã xúc tác và polyme vô định hình Monome chưa phản ứng được nén

và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng, nhờ đó làm tăng hiệu suất và giảm tiêu hao năng lượng Hiệu suất thu polyme đạt 40.000 - 60.000 kg/kg xúc tác

Công nghệ này hiện chiếm khoảng 50% tổng công suất PP toàn cầu

Định mức tiêu hao nguyên vật liệu và năng lượng cho một tấn PP :

Propylen và comonome, tấn 1,002 - 1,005 Xúc tác, kg 0,016 - 0,025 Điện, kWh 80

Hơi nước, kg 280 Nước, nước làm mát, tấn 90

Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Spheripol

Trong chu trình công nghệ của Basell, hỗn hợp đồng nhất của các hạt PP được luân chuyển bên trong lò phản ứng dạng vòng Khi sản xuất copolymer ngẫu nhiên (random copolymer) hoặc terpolymer, Etylen hoặc Buten-1 được đưa vào lò phản ứng với một lượng nhỏ Chu trình này tạo ra hàm lượng chất rắn rất cao (> 50% khối lượng), giải phóng nhiệt rất tốt (do tuần hoàn nước trong vỏ bọc của lò phản ứng) và

khống chế nhiệt độ rất tốt (không có điểm nóng) Polymer tạo thành chảy liên tục ra khỏi lò phản ứng, qua một thiết bị gia nhiệt và được dẫn tới tháp khử khí cấp 1 Propylen không tham gia phản ứng được thu hồi từ tháp khử khí, ngưng tụ và bơm trở lại lò phản ứng

Để sản xuất copolymer nén (impact copolymer) loại thường và loại đặc biệt, polymer từ lò phản ứng đầu tiên được nạp vào lò phản ứng pha khí tầng sôi lắp đặt ngay sau đó (hỗn hợp phản ứng sẽ không được dẫn vào lò phản ứng này nếu chỉ sản xuất homopolymer và random copolymer) Trong lò phản ứng pha khí khi cho Etylen tiếp tục được polymer hoá với homopolymer sinh ra từ lò phản ứng đầu tiên sẽ tạo ra chất nhựa đàn hồi (cao su Etylen/Propylen) Sự mở rộng các lỗ rỗng bên trong các hạt polymer một cách kỹ lưỡng sẽ tạo nên các pha cao su không bị kết dính và không đóng đống, làm hỏng qui trình vận hành

Trạng thái lỏng được duy trì bởi sự hồi lưu thích hợp của khí phản ứng: nhiệt

phản ứng của khí hồi lưu được giải phóng bởi thiết bị làm lạnh, trước khi khí lạnh được

duy trì được sự chuyển động hỗn loạn để làm tăng độ khuyếch tán và phản ứng của monomer cũng như có khả năng giải phóng nhiệt một cách hiệu quả Muốn sản xuất một số copolymer đặc biệt, tạo thành bởi 2 hàm lượng etylen khác nhau cần phải sử dụng lò phản ứng pha khí thứ 2

 Phân xưởng xây dựng theo công nghệ Spheripol

Khu vực đo lường, chuẩn bị xúc tác rắn và đồng xúc tác

Đồng xúc tác 1, là chất cho điện tử (electron Donor) dưới dạng lỏng đựng trong các bình chứa được chuyển tới bể Ở đây được pha với dầu Hydrocarbon để cân đong được chính xác Dung dịch Donor được bơm định lượng bơm vào xúc tác để tạo tiền tiếp xúc

Đồng xúc tác 2 (TEAL) độ đậm đặc 100%, chứa trong các cylinder được đổ vào bể Từ đây, TEAL được nạp vào thiết bị hoạt hoá xúc tác (tiền tiếp xúc) bằng bơm định lượng

Dầu Hydrocarbon và mỡ đước xả vào bể đã được hâm nóng, pha trộn và sau đó được chuyển đến thiết bị tạo bùn xúc tác mà ở đây thành phần xúc tác rắn được nạp vào bình bởi tời nâng Xúc tác rắn phân tán trong dầu Hydrocarbon, bổ sung thêm mỡ ở nhiệt độ định sẵn, khuấy liên tục, để nguội để ổn định bùn Duy trì nhiệt độ thấp trong khi cân đong bùn để chuyển sang thiết bị hoạt hoá xúc tác

Khu vực hoạt hoá xúc tác

Quá trình hoạt hoá xúc tác của thiết bị bao gồm 2 giai đoạn Trước tiên, bùn xúc tác được trộn với đồng xúc tác trong thùng tiền tiếp xúc Sau đó, hỗn hợp xúc tác hoạt hoá sẽ được trộn lẫn với nguyên liệu propylen lạnh và được lưu giữ trong một thời gian ngắn trong lò phản ứng mà ở đó Propylen sẽ được nạp thêm để tiến hành phản ứng tiền trùng hợp (prepolymerization) trong môi trường nhiệt độ thấp Tiền trùng hợp có tác dụng kiểm soát hình thái cấu trúc của polymer bởi các điều kiện phản ứng ôn hoà của giai đoạn trùng hợp đầu tiên

Khu vực polymer hoá

Quá trình polymer hoá được thực hiện trong pha lỏng và trong lò phản ứng dạng vòng Bùn xúc tác được dẫn tới lò phản ứng với sự bổ sung thêm Propylen và H2(để khống chế cân bằng phân tử lượng)

Điều kiện hoạt động của lò phản ứng:

Áp suất 4,5 Mpa Nhiệt độ 80oC Thời gian phản ứng 1,5 giờ Một phần propylen được trùng hợp trong khi phần còn lại ở dạng lỏng được sử

dụng như chất pha loãng polymer rắn Bơm hồi lưu luôn được giữ ở vận tốc cao để bảo đảm hỗn hợp luôn được đồng nhất.trong lò phản ứng

Tỷ trọng của hỗn hợp các chất tham gia phản ứng luôn được duy trì ở mức

50-55% tỉ trọng của polymer Trong trường hợp sản xuất random copolymer hoặc terpolymer

sẽ nạp thêm etylen hoặc Butan-1 vào lò phản ứng với tỉ lệ phù hợp Nhiệt phản ứng được giải phóng trong thiết bị trao đổi nhiệt bởi nước hồi lưu trong áo bọc của thiết bị phản ứng

Spheripol chấp nhận khả năng cung cấp H2, kiểm soát cấu trúc polymer, linh hoạt trong quá trình làm mát và kiểm soát chính xác chất lượng các chủng loại sản phẩm Polymer được xả liên tục từ lò phản ứng qua đường ống bọc hơi để bay hơi monomer trong khi được dẫn tới thùng chứa (áp suất thùng 15-18 barg)

Khu vực khử khí và xử lý bằng hơi nước

Trong trường hợp sản xuất homopolymer, random copolymer hoặc terpolymer thì sản phẩm polymer được thu gom ở đáy bình chứa và được lọc ở áp suất tương đương áp suất khí quyển

để tách monomer không tham gia phản ứng

Dòng monomer được nén và được đưa về thiết bị thu hồi propylen Mức độ khử khí cao và nhiệt độ của dòng sản phẩm cao tạo hiệu quả cao cho thiết bị xử lý bằng hơi nước và thiết bị đùn

ép polymer Bột polymer được thoát ra bởi trọng lực tới thiết bị xử lý bằng hơi nước Tại đó, hơi nước được bơm vào để đuổi monomer không tham gia phản ứng, propan và khử hoạt hoá xúc tác còn sót lại sau phản ứng cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm Hơi nước được ngưng tụ

và xả ra cống sau khi dẫn qua thiết bị làm sạch

Khu vực đồng trùng hợp dị pha (heterophasic copolymerization), khử khí và sục Etylen (lựa chọn)

Khi sản xuất copolymer nén, dị pha (impact copolymer), quá trình polymer hoá phải được tiến hành qua 2 giai đoạn Trong trường hợp này, homopolymer tạo thành được dẫn tới lò phản ứng pha khí thứ nhất Trong lò phản ứng pha khí, pha cao su etylen-propylen đựoc bổ sung vào homopolymer Sản phẩm được tăng cường độ rắn cao

Lò phản ứng pha khí thứ nhất:

Pha cao su được tạo thành trong lò phản ứng thẳng đứng sau khi nạp

homopolymer Polymer được hoá lỏng nhờ khí phản ứng được hồi lưu

Tốc độ khí bề mặt vào khoảng 0,7 m/s Lò phản ứng pha khí hoạt động trong điều kiện:

Áp suất: 14 barg Nhiệt độ: 80/90 oC Thời gian phản ứng: 0,3 giờ