Công nghệ Spheripol được hỗ trợ bởi một tổ chức R&D mạnh nhất trong công nghiệp và trên thế giới. Basell đã sáng chế loại xúc tác tuyệt hảo và vẫn tiếp tục cải hoán và phát triển trong quá trình vận hành. Không như các nhà sản xuất PP khác
chuyên sử dụng loại xúc tác Metallocen, Basell đã chiếm vị thế mạnh với hệ xúc tác Ziegler-Natta. Với sự liên kết giữa Tagor và Montell để thành lập Basell, loại xúc tác Metallocen cũng được tăng cường mạnh bởi Tagor. Công nghệ Spheripol có thể sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhờ lò phản ứng đa năng của Nhà bản quyền. Là Công ty dẫn đầu thế giới về tổng công suất, Basell chiếm ưu thế trong việc gieo mầm cho ngành công nghiệp sản xuất nhựa cho thị trường và sử dụng một số nguyên liệu nạp mới cho nhà máy.
Hình 14 : 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 dẫn trở lại vào đáy của lò phản ứng thứ cấp. Loại lò phản ứng pha khí này có hiệu suất cao do 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.
Ưu điểm của công nghệ của Basell:
Basell mang nhãn hiệu lớn và là Nhà bản quyền PP tiêu điểm trong số các Nhà bản quyền tiềm năng.
Có nhiều kinh nghiệm nhất
Basell là người dẫn dắt cho sự tăng trưởng PP trong quá khứ và trong tương lai.
Basell đã rất thành công trong phát triển xúc tác cũng như các loại sản phẩm PP.
Phân xưởng xây dựng theo công nghệ Spheripol bao gồm những bộ phận sau: • 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.
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 : 80 0C
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 (và/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 được 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 0C
Thời gian phản ứng: 0,3 giờ
Tỉ trọng trung bình của tầng phản ứng: 300/350 kg/m3
Copolymer tạo thành được xả ra từ đáy lò (có kiểm soát).
Thiết bị sục Etylen.
Polymer được dẫn tới thiết bị xử lý bằng hơi nước và làm khô. Dòng vật chất từ thiết bị lọc được nén , làm lạnh và sau đó nạp vào thiết bị sục Etylen . Dòng khí giàu Etylen thoát ra từ đỉnh được hồi lưu về . Dòng sản phẩm từ đáy được chuyển tới tháp tách..
• Khu vực làm khô sản phẩm polymer
Sản phẩm polymer ướt từ khu vực tháp xử lý bằng hơi nước được đưa đến bộ phận làm khô để đuổi nước bề mặt bằng dòng Nitơ nóng. Nitơ ướt được dẫn tới tháp tách bột và nước ngưng tụ trước khi được hồi lưu trở lại tháp làm khô.
Polymer khô được chuyển tới silô được lưu giữ trong môi trường Nitơ. • Khu vực thu hồi propylen
Propylen không tham gia phản ứng và propan từ thùng cùng với dòng xả từ máy nén (trường hợp sản xuất homopolymer và random copolymer) đựợc dẫn tới thiết bị thu hồi propylen để tách bột polymer còn sót lại ra khỏi dòng hồi lưu.
Dòng propylen hồi lưu được thu gom trong bể propylen, Bể này cũng tiếp nhận propylen mới.
• Khu vực trộn phụ gia và đùn ép
Polymer từ thiết bi xấy khô được vận chuyển bởi dòng Nitơ đến silô trung gian trên đỉnh bộ phận đùn ép.
Bột polymer được xả liên tục từ silô đầy qua máy đo lưu lượng và van xả tới bộ phận đùn ép.
Phụ gia (lỏng và rắn hoặc rắn ở dạng khối) được cân đong linh hoạt theo ý muốn và đưa vào thiết bị đùn ép. Trong máy ép polymer và phụ gia được đồng nhất, keo hoá, ép và tạo hạt trong môi trường nước.
Các hạt sản phẩm được dẫn tới thiết bị xấy khô để tách nước và sau đó được sàng qua. Các hạt sản phẩm polymer đạt yêu cầu được vận chuyển bằng không khí tới
thùng chứa để trộn đều và lưu trữ trong silô. Nước khử khoáng được thu gom trong bể và được bơm lại vào máy đùn ép bằng bơm sau khi lọc và làm lạnh.