Схема получения полиэтилена. Исходное сырье для полиэтиленовой пленки

Первый опыт полимеризации этилена в конце XIX века получил выходец из России – учёный Густавсон , проведя этот процесс с катализатором AlBr3. На протяжении долгих лет полиэтилен производился в небольших объемах, но в 1938 году процесс промышленного производства освоили англичане. В то время метод полимеризации был ещё не совершенен.

1952 год совершил прорыв в процессе промышленного производства . Немецкий химик Циглер изобрёл эффективный вариант полимеризации этилена под действием металл-органических катализаторов. Впрочем, настоящая технология производства полиэтилена основана именно на данном методе.

Сырье

Исходным материалом для получения является этен – простейший представитель ряда алкенов. Простота данного способа производства сильно зависит от наличия этилового спирта, который используется как сырьё. Современные промышленные линии для получения полимера разрабатывают с учётом их работы на нефтяных и попутных газах – легкодоступных фракций нефти.

Такие газы выделяются при пиролизе или крекинге нефтепродуктов при очень высоких температурах и содержат в себе примеси H2, CH4, C2H6 и другие газы. Попутный газ в свою очередь содержит такие компоненты как газы-парафины, поэтому при подвергании их термической обработке с высоким выходом получают этилен.

Технология производства полиэтилена высокого давления

Процесс получения ПЭ идёт по радикальному механизму. При проведении применяют разного рода инициаторы для снижения активационного порога молекулы. В качестве примера таковых можно привести перекись водорода, органические перекиси, О2, нитрилы. Радикальный механизм, в общем, не имеет отличий от обычной полимеризации:

• 1 стадия – инициирование;
• 2 стадия – увеличение цепи;
• 3 стадия – обрыв цепи.

Цепь инициируется посредством выделения свободных радикалов при термической обработке их источника. Этен реагирует с выделившимся радикалом, наделяется определённой Еакт, увеличивая тем самым число молекул мономера вокруг себя. В дальнейшем наблюдается нарастание цепи.

Технология процесса

Существует два варианта процесса полимеризации – либо полиэтилен образуется в массе, либо в суспензии. Первый получил и представляет собой совокупность процессов.

Газ этилен, являющийся смесью, а не чистым веществом, вначале проходит путь фильтрации через тканевый фильтр, задерживающий механические примеси. Далее к очищенному этену подводят инициатор в баллоне, объём которого рассчитывается исходя из условий процесса. Поправка делается на наибольший выход полимера.

После, смесь транспортируют, фильтруют и подвергают сжатию в две стадии. На выходе из реактора получают практически чистый полиэтилен с примесью этилена, от которого избавляются дросселированием смеси в приёмнике под низким давлением.

Технология производства полиэтилена низкого давления

Источниками сырья для получения данного вида полиэтилена служат чистый, без примесей этилен и катализатор – триэтилат алюминия и тетрахлорид Ti. Заменой Al(C2H5)3 может послужить как хлорид диэтилалюминия, так и дихлорид этилата алюминия. Катализатор получается в 2 стадии.

Технология процесса

Для данного процесса получения ПЭ низкого давления характерна как периодичность, так и непрерывность. От выбора технологии зависит и схема процесса, каждая их которых различна по конструкции оборудования, объёму реакторов, методу очистки полиэтилена от примесей и др.

Самая распространённая схема получения полимера включает три непрерывных стадии: полимеризация сырья, очистка продукта от остатков катализатора и его высушивание. Аппараты для катализаторной подачи выделяют в мерники пятипроцентный раствор смешанного катализатора, после чего он поступает в бак, в котором смешивается с органическим растворителем до необходимой концентрации в 0.2%. Из бака готовая смесь катализатора отводится в реактор, где поддерживается при необходимом давлении.

Этилен подводится в реактор снизу, где впоследствии перемешиваясь с катализатором, образует рабочую смесь. Для производства полиэтилена при пониженном давлении характерно загрязнение продукта остатками катализаторной смеси, которые изменяют его окраску на коричневую. Очистка основного продукта производится нагреванием смеси, в результате чего происходит разрушение катализатора, дальнейшее отделение примесей и их прямая фильтрация от полиэтилена.

Увлажнённый продукт поступает на сушку в сушильные камеры бункера, где полностью очищается на кипящем слое азота (T = 373 K). Сухой порошок высыпается из бункера на пневмолинию, где отправляется на гранулирование. На эту же линию отправляется пыль с частицами полиэтилена, оставшаяся после очистки азота.

В этой статье:

Полиэтиленовые пакеты используются повсеместно: в супермаркетах и магазинах, для стандартной и подарочной упаковки, для хранения продуктов и выноса мусора.

Все сферы применения полиэтиленовых пакетов и не перечислить. Прошли уже те времена, когда наши соотечественники предпочитали пользоваться тряпичными сумками, а полиэтиленовые кульки бережно складывались и хранились. Сегодня полиэтиленовый пакет выполняет свое основное предназначение – быть одноразовым средством для упаковки и комфортной транспортировки продукции. А это значит, что спрос на них будет стабилен и к спаду не предрасположен.

Помимо очевидных функций, пакеты стали средством эффективной мобильной рекламы – ведь практически у каждой крупной компании, бутика или супермаркета имеется фирменный пакет с логотипом предприятия, перечнем услуг и контактными данными, которые раздаются в подарок. И клиенту приятно, и рекламы много не бывает.

Анализ спроса на продукцию (полиэтиленовые пакеты) и рынка сбыта

По данным статистики, на рынке отечественного производства хватает незаполненных ниш, ведь 20% полиэтиленовой продукции продолжает поступать от зарубежных производителей. При этом, главные конкуренты отечественных предпринимателей – кульки турецкого и китайского производства, отличающиеся крайне низкой ценой и соответствующим качеством. Рвущиеся ручки, не до конца пропаянные швы, вываливающиеся днища – лишь малый перечень «прелестей» от покупки подобной продукции. Но для нашего потребителя цена всегда была решающим фактором, поэтому подобная конкуренция имеет место быть, особенно в приграничных регионах.

Впрочем, это касается только прямых оптовых продаж готовой продукции. Гораздо выгоднее работать под заказ, заключая договора о поставках упаковочного материала и готовых пакетов для различных торговых, производственных, строительных и сельскохозяйственных предприятий. Здесь срабатывает правило «имиджа фирмы»: ни одна уважающая себя компания не предложит покупателю товар в низкокачественной упаковке.

Полиэтиленовая продукция востребована в любом регионе. Более того, даже если в вашем городе уже работает крупный завод, средний и мелкий бизнес свободно найдет свою нишу, изучив предложения конкурентов. Видов полиэтиленовых пакетов существует масса: пакеты «банан», «майка», пакеты для мусора, подарочные пакеты, рекламные упаковки с логотипом, однослойные, многослойные, различных размеров, цветов и форм. Задача предпринимателя – отыскать продукцию с наиболее высоким спросом, либо занять нишу, неохваченную другими производителями.

Выбор стратегии и юридическое оформление бизнеса

Открывая производство пакетов полиэтиленовых, можно пойти двумя путями:

• производство полного цикла (от изготовления пленки до выпуска пакетов любых конфигураций);
• частичное производство (от закупки готовой пленки, нанесением изображений, нарезки на формы с последующей спайкой).

Рассмотрим полный цикл, как более перспективный вид бизнеса. Хотя капитальных вложений такое предприятие потребует больше, возможности сбыта, разноплановость производимой продукции и, соответственно, прибыльность будет значительно выше. Кроме того, такое предприятие может стать тем самым поставщиком готовой пленки для производств неполного цикла.

Возможности применения готовой пленки:

• универсальный упаковочный материал,
• строительная гидроизоляция,
• материал для теплиц, парников и других потребностей аграрного сектора,
• защита от загрязнений при строительстве или ремонтных работах.

Оптимальная организационная форма для производства изделий из полиэтилена – юридическое лицо на упрощенной системе налогообложения.

При регистрации предприятия необходимо указать следующие коды ОКВЭД:

• 25.2 — Производство пластмассовых изделий
• 25.22 — Производство пластмассовых изделий для упаковывания
• 51.47 — Оптовая торговля прочими непродовольственными потребительскими товарами.

Для запуска цеха потребуется сертификат на производство, разрешения, полученные в местной администрации, санитарно-эпидемиологической и экологической службе, энерго надзоре, пожарной охране. Производство пленки для полиэтиленовых пакетов должно пройти соответствие по ГОСТу 10354-82 (сертификация пищевой пленки обязательна к подтверждению каждые 3 месяца) . Но для того, чтобы получить такой сертификат, следует произвести запуск технологической линии (разумеется, после получения всех разрешений на производство), и полученные образцы предоставить для экспертного заключения.

Помещение для производства полиэтиленовых пакетов

Изготовление полиэтиленовой пленки относится к экологически вредному производству, поэтому к выбору помещения есть ряд определенных требований:

• производственный цех или мини-завод должен располагаться в промышленной или загородной нежилой зоне;
• наличие приточной и вытяжной вентиляции, отопления и контроля влажности в помещении цеха и на складе;
• трехфазное электроподключение, заземление элементов питания;- высота потолков не менее 8 м (высота экструзионной машины ~6 м), внутренняя отделка стен, пола, потолка – из негорючих материалов;
• размещение производственного оборудования в помещении цеха должно соответствовать ГОСТ 12.3.002-74;
• наличие противопожарной системы, возможность безопасной эвакуации при пожаре;
• организация рабочих мест должна соответствовать требованиям ГОСТов 12.2.061-81 и 12.3.002-74, а также эргономическим характеристикам по ГОСТам 12.2.033-78, 12.2.032-78.

Для размещения комплекса производственного оборудования понадобится помещение в 300 квадратов, которое будет разделено на три части: производственный цех (180 м 2), склад сырья и готовой продукции (80 м 2), офис и выставочный зал (40 м).

Оборудование для производства полиэтиленовых пакетов

Для изготовления полиэтиленовой пленки с последующим формированием пакетов, планируется приобрести производственную линию, состоящую из следующего оборудования:

1) Экструдер – преобразователь гранул сырья в пленку (шириной 300-550 мм, толщиной – 0,009 — 0,10 мм), методом раздува снизу-вверх. Производительность – 40 кг./час;

2) Флексопечатная машина – для печати рисунков, логотипов и прочих изображений;

3) Станок для изготовления пластиковых зажимов для упаковки ;

4) Пакетоделательная многофункциональная машина , со встроенным вырубным прессом, оснащенная сервоприводом, фотосенсором, конвейером, термоиглами, и позволяющая производить пакеты различных модификаций, в т.ч. «майка», «банан», пакеты с двойным донным швом, мешки для мусора, упаковку для продуктов с пластиковым зажимом и т.д.

Стоимость технологической линии с доставкой, настройкой, обучением персонала и сигнальным запуском – 3 840 000 руб.

Помимо станков, планируется приобретение офисного, выставочного и складского оборудования (стеллажей, ящиков, коробов, столов, стендов) для размещения сырья, готовой продукции и оборудования рабочих мест для персонала. Стоимость дополнительного оборудования для цеха – 60 000 руб.

Сырье для производства пакетов из полиэтилена

Полиэтиленовую пленку изготовляют из полимерных гранул первого сорта или вторичной переработки.

Используется два вида сырья:

• ПНД (полиэтилен низкого давления, ГОСТ 16338-85), для контакта с сыпучими и сухими продуктами;
• ПВД (полиэтилен высокого давления, ГОСТ 16337-77), предназначен для упаковки пищевых продуктов).

Самым дешевым сырьем, признан южнокорейский гранулят (~ $ 380 за тонну), но существует масса других видов отечественного или заграничного производства, с ценовым диапазоном от 420 $ до 750 $ за тонну. Чтобы произвести цветную пленку, к исходному сырью добавляют специальные красители ($ 15-50 за 1 кг).

При производстве мешков для мусора или других видов пленки непищевого предназначения можно использовать и вторичный гранулят, которой гораздо дешевле, потому что изготовлен из отходов полиэтилена, но и качество такого сырья соответственно невысокое.

Технология производства полиэтиленовых пакетов

1. Гранулы полимера загружаются в бункер экструдера , откуда их забирает питающий шнек. Здесь поддерживается температура от 180 0 C до 240 0 C и по мере продвижения гранулы разогреваются, переплавляясь в однородную массу. В результате экструзии, образуется полиэтиленовая пленка в форме трубы (рукава). Один экструдер позволяет изготовить пленку различной толщины и ширины путем специальной настройки.

2. Полиэтиленовая «труба» постепенно охлаждается, затем раскатывается валиками.

3. Рукав разрезают автоматическим ножом так, чтобы получились две одинаковые полосы нужной ширины.

4. Намотчик сматывает пленку в рулоны (обрезки упаковываются отдельно, для вторичной переработки). Когда ширина рулона достигает установленного размера, рулон отодвигается с помощью оператора и начинает наматываться следующий. И так до конца произведенной пленки.

5. Нанесение рисунка. Краска разводится спиртом и постоянно перемешивается, чтобы не потерять вязкость.

6. С помощью дозатора краситель поступает к специальным красящим валикам, которые и производят печать рисунка. После нанесения печати, пленку снова сматывают в рулоны.

7. Готовый рулон поступает в пакетоделательную машину, где формируется шаблон будущих пакетов, выделяется донная складка.

8. Клеймовочный пресс проделывает отверстия для ручек (вырезает «майку», отрезает верхнюю часть для прикрепления пластиковой застежки – все зависит от шаблона).

9. Сварочная поверхность соединяет края, запаивая нагреванием до 180 0 С. Готовые пакеты формируются в пачки по 100 штук.

10. Контроль качества. Проверка спайки швов и креплений застежек.

Бизнес план производства полиэтиленовых пакетов

Себестоимость изготовления полиэтиленовых пакетов рассчитывается под каждый заказ индивидуально, поскольку помимо цены на используемый гранулят, зависит от ряда дополнительных факторов:

• размер, форма, дизайн пакета,
• плотность пленки,
• наличие укрепленной ручки и донной складки,
• цветная печать (количество задействованных оттенков, площадь рисунка, наличие сложных совмещений, односторонняя, двухсторонняя печать и т.д.).

Возьмем для расчета окупаемости бизнес-проекта изготовление белых непрозрачных пакетов с вырубной ручкой, шириной 40 см, высотой 60 см и толщиной боковой складки 16 мкм.

Себестоимость такого пакета, изготовленного из гранул ПНД – 0,13 коп, а оптовая продажная цена – 0,70 коп. Учитывая, что производственные мощности позволяют изготовлять около 70 штук/минуту, то при односменной работе и 22 рабочим дням, прибыль составит: 60 мин * 8 ч * 22 руб./день * 70 штук (0,70 — 0,13 рублей) = 421 344 руб/месяц.

Расходная часть:

• аренда производственного цеха (300 м 2 *150 руб./м 2) = 45 000 руб./месяц,
• электроэнергия – 8 000 руб./месяц,
• отопление (за 6 месяцев отопительного сезона, разбитого равными частями на все месяцы года),
• вода и другие коммунальные услуги – 12 000 руб./месяц,
• заработная плата персонала (6 человек: директор, бухгалтер, технолог, 3 рабочих) – 128 000 руб./месяц.,
• налог на прибыль (15% от прибыли за вычетом расходов) – 34 252 руб./месяц.

Итого расходов: 227 252 руб./месяц.

Чистая прибыль: 421 344 – 227 252 = 194 092 руб./месяц.

Расчет рентабельности:

Начальные инвестиции (3 930 000 руб.):

• покупка оборудования — 3 840 000 руб.,
• дополнительное оборудование – 60 000 руб.,
• затраты на документальное оформление производства (открытие юридической фирмы, получение необходимых разрешений и сертифицирование продукции) – 30 000 руб.

При расчетной прибыли в 194 092 руб/месяц первоначальные инвестиции окупятся через 1 год и 9 месяцев.

Следует учитывать, что в основе расчетов был один из самых простых вариантов готовой продукции, а ведь все зависит от спроса и возможностей сбыта в вашем регионе. К примеру, продажная цена цветных пакетов таких же параметров будет выше на 15 %, с одним центральным одноцветным изображением — на 34% (при увеличении себестоимости на 5 и 10 % соответственно). Кроме того, предприятие может принимать заказы на изготовление пакетов ПВД или ПНД по индивидуальным макетам, а прибыльность таких проектов значительно выше.

Изделия из полиэтилена (ПЭ) наряду с другими полимерными материалами нашли широкое распространение в мире как отличный заменитель таких традиционных материалов, как металлы, дерево, стекло, натуральные волокна, текстильной промышленности и других отраслях. Трубы из полипропилена стремительно вытесняют металлические трубы в коммунальном хозяйстве и промышленности. В связи с этим, мировое производство полипропилена растет очень быстрыми темпами.
Полиэтилен различных марок (LLDPE, LDPE, HDPE)продолжает удерживать лидирующие позиции среди крупнотоннажных пластиков . В 2012 мировое производство полимеров составило 211 млн. т, причем 38% или 80 млн.т. приходилось на ПЭ различных марок. Ожидается, что в 2015 году мировое производство ПЭ достигнет 105 млн.т.
Рисунок 1. Соотношение различных видов полимеров в мировом производстве, 2012г.

Можно считать ПЭ наиболее популярным полимерным материалом в первую очередь ввиду его сравнительной простоты, надежности и сравнительно низкой стоимости его изготовления. Так для производства 1 т ПЭ во всех современных технологиях требуется не больше 1,005 - 1,015 т этилена и 400-800 кВтч электроэнергии. В большинстве областей, где применяются пластики нет необходимости использования других материалов. По той же причине, второй наиболее популярный материал - полипропилен (25%).
Полипропилен и полиэтилен вместе можно назвать и наиболее «универсальными» пластиками. Посвоим характеристиками и тот и другой не являются лидерами. По оптическим свойствам все другие материалы оставляют за собой поликарбонаты, по механическим характеристикам - полиамиды, по электроизоляционным свойствам - ПВХ, а для продуктов выдувного формования идеально подходит ПЭТФ.Не являясь идеальным материалом по всем параметрам, ПЭ во всех областях показывает умеренный второй-третий результат, что дает ему возможность применяться для всех целей, а сочетание этих свойств с гораздо более низкой ценой и делает ПЭ наиболее востребованным полимерным материалом во всем мире.
Впервые ПЭ был получен в 1873 году, его отцом можно считать великого русского химика Александра Михайловича Бутлерова, который первым изучал реакции полимеризации алкенов. Другим отцом можно считать и его преемника, русского химика Гаврилу Гавриловича Густевсона, продолжавшего изучение реакций полимеризации. На западе первооткрывателем полиэтилена принято считать немецкого химика Ганса фон Пехмана, получившего ПЭ более продвинутым способом в 1899г, тогда его принято было называть «полиметилен».
Как и многие подобные открытия, ПЭ сильно опередил свое время, поэтому оказался не заслужено забыт более чем на 30 лет. Это можно понять, никто в начале века не мог предполагать, что непонятная желеобразная субсанция совершит настоящую технологическую революцию, серьезно ослабив позиции традиционных материалов.
Первой промышленной технологией получения ПЭ стала в 1935 г. газофазная технология английской компании ICI (ImperialChemicalIndustries ). Уже после этого в Европе и США стали появляться первые установки по производству ПЭ. Первоначально основным назначением этого полиэтилена стало производство проводов, благодаря хорошим электроизоляционным свойствам полиэтилена. Новые провода с полиэтиленовой изоляцией вытеснили резиновые и были широко распространены вплоть до того как их вытеснили провода из ПВХ. Однако настоящему триумфу ПЭ способствовало само время. Послевоенные годы характеризовались небывалом ростом покупательской способности граждан, повышенным спросом на продукты питания и товары легкой промышленности. Появились первые супермаркеты. Тогда-то полиэтиленовый пакет стал набирать огромную популярность во всем мире.
Примечательно, что одной из двух установок производства ПЭ, работающих на ОАО «Казаньоргсинтез» является как раз установка английской фирмы ICI , образца 1935 года ,она работает по настоящее время, являясь самой старой установкой, работающей в России.
Для уяснения различий технологий производства, важно понимание видового состава производимой продукции полиэтилена. Четко различают полиэтилены высокого давления и низкой плотности и полиэтилены низкого давления и высокой плотности.
Полиэтилен высокого давления ПЭВД/ LDPE
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) он же полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), в англоязычном наименовании LDPE (Low-Density PE) получают при высокой температуре 200-260 0 С и давлении 150-300 Мпа в присутствии инициатора полимеризации (кислород или чаще органический пероксид). Эго плотность лежит в пределах 0,9 - 0,93 г/см 3 .
Полиэтилен низкого давления ПЭНД/ HDPE
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) он же полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), в англоязычной наименовании HDPE (High-Density PE) получают при температуре 120-1500С, давлении ниже 0.1-2МПа в присутствии катализатора Циглера-Натта (смесь TiCl 4 и AlCl 3 ).
Таблица 1 . Сравнительные показатели различных видов полиэтилена.

Показатель	ПЭВД	ПЭСД	ПЭНД
Общее число групп СН 3 на 1000 атомов углерода:	21,6	5	1,5
Число концевых групп СН 3 на 1000 атомов углерода:	4,5	2	1,5
Этильные ответвления	14,4	1	1
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода	0,4—0,6	0,4—0,7	1,1-1,5
в том числе:
винильных двойных связей (R-CH=CH 2), %	17	43	87
винилиденовых двойных связей , %	71	32	7
транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R"), %	12	25	6
Степень кристалличности, %	50-65	75-85	80-90
Плотность, г/см³	0,9-0,93	0,93-0,94	0,94-0,96

Иногда различают также полиэтилен среднего давления (ПЭСД), однако его принято относить к ПЭНД, т.к. эти продукты имеют одинаковую плотность и вес, а давление в процессе полимеризации при так называемых низком и среднем давлениях чаще всего одно и тоже. Нередко, особенно часто в зарубежной литературе, различного линейные продукты ПЭ высокого давления принято выделять отдельно, как это сделано на рисунке 1, однако в целом не будет ошибкой считать их вкупе с другими продуктами ПЭВД.
В ОАО «НИИТЭХИМ» исторически сложилась практика считать производство ПЭ как суммы производств ПЭВД и ПЭНД, относя ЛПЭВД к ПЭВД. Такой подход логичен, удобен и полностью обоснован. Таким же образом производство разделяет и Росстат, разделяя, продукты полимеризации этилена плотностью не менее 0,94 (имется в виду ПЭНД) и продукты полимеризации этилена плотностью менее 0,94 г/см 3 (ПЭВД).
Главное различие между ПЭВД и ПЭНД - плотность. При этом необходимо четко представлять что практически всегда применяется сополимер. Бутен-1, Гексен-1, октен-1 или другие. Чистыйгомоплимер сильно отличается от привычных нам современных полиэтиленов и имеет очень ограниченное применения ввиду очень высокой плотности и низкой текучести.
Существуют и другие более специальные виды полиэтилена. Так выделяют линейный ПЭ низкой плотности - ЛПЭНП или LLDPE , который применяется в основном для производства тары и упаковки.
Бимодальный ПЭ это полиэтилен, который синтезируется по двуреакторной каскадной технологии, т.е. там две крупных фракции с разной молекулярной массой - низкомолекулярная отвечает за текучесть, высокомолекулярная - за физико-механические характеристики.
Сшитый ПЭ (PE-X или XLPE, ПЭ-С) — полимер этилена с поперечно сшитыми молекулами (PE — PolyEthylene, X — Cross-linked). Сшивка представляет собой трехмерную сетку за счет образования поперечных связей.Металлоценовый ПЭ - полимер этилена, полученный с помощью катализаторов с единым центром полимеризации. Обычно обозначается mLLDPE , mMDPE или mHDPE .
Наиболее важный сополимер этилена - сэвилен , в зарубежной периодике принято название EVA - этиленвинилацетат.
Рисунок 2 . Структура потребления ПЭВД, ПЭНД, сэвилена, а также общее потребление ПЭ по секторам в России в 2014г. На рисунке 2 представлено соотношение ПЭНД, ПЭВД и наиболее важного из этиленовых сополимеров - сэвилена в структуре потребления в России. Из рисунка видно, что основными секторами потребления ПЭ в 2014 году были производители тары и упаковки, пленки, труб, изделий бытового и хозяйственного назначения на их долю приходилось более 86% всего объема потребляемого ПЭ.
При этом, разные виды ПЭ по-разному востребованы в секторах потребления. Так, например, сектор производства труб из ПЭ полностью представлен только ПЭНД (HDPE). Для производства труб используются ПЭНД марок ПЭ-100, ПЭ-100+.
Обратная картина видна в случае производства пленки. Если только 6% ПЭНД используется для производства пленки, то доля ПЭВД составляет уже 43%, что делает полиэтилен высокого давления и низкой плотности, наиболее подходящим для этого сектора потребления. То же касается и производства листового ПЭ, а также производства кабеля. В производстве тары и упаковки ПЭНД и ВЭВД представлены практически одинаково (30 и 28%). 13% ПЭНД идет на производство изделий бытового и хозяйственного назначения, в то время как ПЭВД на эту цель идет около 18%.
Соплолимер этилена и винилацетата - сэвилен представлен не так массово как ПЭНД и ПЭВД, его доля в общем производстве ПЭ составляет лишь 0,65%. При этом в два раза больше сэвилена приходит на российский рынок через импорт. Сэвилен идет на производство изделий бытового и хозяйственного назначения - 42%, тары и упаковки - 32%, пленки 15% и кабеля 6%.
Среди основных лицензиаров технологий производства полиолефинов давно наметилась тенденция консолидации и глобализации производителей. Количество участников рынка технологий сокращается, в конечном итоге, только крупнейшие игроки имеют возможность разработать собственную технологию. Основные лицензиары технологий производства представлены в таблице 2 .
Таблица 2 . Лицензиары технологий и основные технологии производства ПЭ.

Название	Владелец	Тип полимеризации	Продукция
UNIPOL PE	UnionCarbide	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
INNOVENE	BP Chemicals	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
Innovene G	BP Chem.	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
EXXPOL	Exxon-Mobil	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
COMPACT (Stamylex)	DSM	Раствор	ЛПЭВД, ПЭНД
SPHERILENE	Basell	Газовая фаза, каскадный	ЛПЭВД, ПЭНД
HOSTALEN	Basell	Газовая фаза, каскадный	ПЭНД
LUPOTECH T	Basell	В массе	ПЭВД, сэвилен
ENERGX	EastmanChemical	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
SCLAIRTECH	NOVA Chemicals	Газовая фаза	ЛПЭВД, ПЭНД
BORSTAR PE	Borealis	Суспензия, каскадный	ЛПЭВД, ПЭНД
PHILLIPS	Phillips	Суспензия	ЛПЭВД, ПЭНД
CX	Mitsui Chemicals	Газовая фаза, каскадный	ПЭНД

Лидирующими игроками на мировом рынке по существующим мощностям в мире являются Dow и Carbide , чья технология Unipol является самой популярной технологией в мире. Другой не менее популярной технологией является Innovene , принадлежащая BP . В результате слияния «Dow» и «UnionCarbide» в 2000 году под контроль Dow попал 50-процентный пакет акций компании Univation, которым владел UnionCarbide.
Все технологии производства можно разделить по принципу работы реактора синтеза полиэтилена . Технологии Unipol , Innovene , Exxpol , Spherilene , Hostalen , Sclairtech и CX (Mitsui ) основаны на газофазной реакции полимеризации этилена и сополимера. Реакция происходит при 70-110 0 С, давлении 15-30 бар в присутствии катализаторов Циглера-Натта.
Технологии Hostalen - Basell и CX - MitsuiChemicals предусматривают также второй реактор полимеризации по каскадной схеме. В этом реализуется возможность получения бимодального ПЭ высокой плотности, путем смешения двух крупных фракции с разной молекулярной массой - низкомолекулярной, отвечающей за текучесть, и высокомолекулярная - за физико-механические характеристики. Газофазный синтез полиэтилена отличается низкими капитальными и оперативными затратами и позволяет производить как ПЭВД, так и ПЭНД в широком диапазоне. Именно поэтому газофазные технологии наиболее популярны в России и в мире.
DSM предлагает технологию получения ПЭ, используя синтез в растворе. Она производит LLDPE, используя собственную технологию COMPACT Solution (Stamylex) в комбинации с катализаторами Ziegler. Технология COMPACT - очень гибкий процесс производства полимеров высокого качества. Синтез в растворе производится при температуре 150-300 0 и давлении 30-130 бар в присутствии катализаторов Циглера-Натта или металлоценового катализатора. В качестве растворителя используют октен. В случае использования второго жидкофазного реактора также возможно получение бимодального ПЭ. Технология отличается более высокими, по сравнению с газофазным синтезом капитальными затратами и оперативными расходами. Среди крупных производителей линейного полиэтилена технологию COMPACT применяют LG Chemicals, HyundaiPetrochemicalCo.
BorstarPE - Borealis и Philips предлагают технологию получения ПЭ низкой плотности в суспензии изобутана, при этом реакция происходит при 85-100 0 С, давлении 4,2 , после чего полученную смесь разделяют и дегазируют при 80-85 0 С. Применяют при этом специальный петлевой (slurryloop )реактор. Возможно применение каскадной схемы получения бимодального ПЭ, при использовании второго реактора.
Рисунок 3. Типы установок производства ПЭ. Принципы реактора в схемах.

Из Рисунков 3,4 видно, что нет универсального метода получения всех видов ПЭ. Каждый метод получения ПЭ перекрывает только часть продукции полиэтилена. Наиболее широкий ряд продукции можно получить в газофазном реакторе, Unipol, Innovene, Exxpol, Spherilene, Hostalen, Sclairtech иCX (Mitsui), однако каждая из этих технологий, в свою очередь, также имеет собственные ограничения. Наиболее полный перечень продуктов может предложить технология Unipol/UnipolII, однако даже у этой технологии есть существенные ограничения, касающиеся главным образом продуктов ПЭ высокой плотности с малым индексом текучести. Такие продукты применяются для изготовления продукции ПЭНД выдувного формования, пленок и труб, в этих случаях необходим бимодальный ПЭ, для производства которого, в свою очередь, применяют каскадный реактор, состоящих из двух последовательных реакторов с разными условиями полимеризации.

Рисунок 4. Принципы производства и виды производимой продукции.

Рисунок 5. Соответствие методов производства и видов производимой продукции ПЭ.

Каскадный реактор может быть реализован как для газофазного (Spherilene иHostalen, оба Basell), так и для суспезионного(Philips)способа полимеризации. Однако установки с двумя реакторами отличаются гораздо большими капитальными затратами и более сложны в обслуживании.
Для видов полиэтилена высокого давления, предназначенного для экструзионного формования необходим высокий индекс текучести. Такая продукция применяется для труб из полиэтилена. Так цифры в наиболее известных трубных марках ПЭ 60, ПЭ 80, ПЭ 100, ПЭ 100+ соответствуют своему индексу текучести.

Чаще всего производственный бизнес связан с большим вложением первоначального капитала. К тому же для человека, незнакомого с технологическим процессом, освоение нового дела может оказаться достаточно сложным. Производство полиэтилена можно смело отнести к приятным исключениям из общих правил. Для успешного старта нет необходимости тратить сразу много денег, потому что бизнес быстро окупается и начинает приносить стабильную прибыль. Но прежде чем наладить производство полиэтилена, изучим его особенности, разновидности, возможности применения и попробуем составить небольшой бизнес-план.

Что такое полиэтилен?

Так называется синтетический полимерный материал на основе этилена – органического бесцветного газа со слабо выраженным запахом. Это самый производительный материал в мире. Из него синтезируются такие известные продукты, как этиловый спирт, стирол, этилбензол, уксусная кислота, винилхлорид и многие другие.

Полиэтилен выпускают в виде прозрачных или цветных гранул различной формы. Размер их составляет обычно от трех до пяти миллиметров. Производство гранул полиэтилена заключается в процессе полимеризации газа этилена в условиях высокого, низкого давления, а также с применением дополнительных условий. Основные предприятия, занимающиеся изготовлением полимерных материалов, находятся в России, Узбекистане, Беларуси, Южной Корее.

Благодаря особым свойствам различают следующие марки полиэтилена:

• HDPE – высокой плотности;
• LDPE – низкой плотности;
• LLDPE – линейный;
• mLLDPE, MPE – металлоценовый линейный;
• MDPE – средней плотности;
• HMWPE, VHMWPE – высокомолекулярный;
• UHMWPE – сверхвысокомолекулярный;
• EPE – вспенивающийся;
• PEC – хлорированный.

Известно также немало материалов, относящихся к категории сополимеров. Проанализируем несколько видов, наиболее часто встречающихся в промышленной переработке.

Полиэтилен низкой плотности

Материал имеет пластичную и мягкую структуру. Производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД) предполагает полимеризацию этилена в трубчатом реакторе или автоклаве. Процесс протекает при температуре около 750 о С под давлением 1,5–3 кгс/см 2 . В результате получается гранулят низкой плотности. Полученное сырье направляется на производство упаковки из полиэтилена, контактирующего с сухими и сыпучими веществами. Пакеты, изготовленные из такого материала, способны выдерживать до четырех килограммов веса.

Полимер высокой плотности

Производство полиэтилена низкого давления (ПЭНД) заключается в процессе полимеризации с применением катализаторных систем. В итоге получают жесткие гранулы с высоким уровнем плотности – 0,960 г/см 3 . Они пригодны для выпуска пищевой пленки. Товарный гранулят выпускают окрашенным и бесцветным. Иногда готовая продукция имеет вид порошка.

Как выглядит вспенивающийся полиэтилен

Так называют синтетический материал, имеющий закрыто-пористую структуру. Производство вспененного полиэтилена основано на сильном разогреве сырья и последующем взбивании с помощью газа (бутана, фреона и других). На практике пенополиэтилен широко применяется как отличный теплоизолятор универсального назначения.

Что такое сшитый полиэтилен?

Производство особо прочного гранулята основано на применении сверхвысокого давления. В результате процесса происходит прочное сцепление молекул исходного вещества. Модифицированный полимер отличают высокие технические характеристики:

• Устойчивость к воздействию высоких температур. Материал размягчается только при температуре свыше 150 о С, плавится при 200 о С, а загорается лишь при достижении 400 о С.
• Повышенная степень жесткости и прочности на разрыв.
• Сохранение основных признаков при резком изменении окружающих условий, а также при воздействии химических или биологических разрушителей.
• Высокие паро- и гидроизолирующие свойства.

Сшитый полиэтилен активно применяется в производстве напорных труб холодного и горячего водоснабжения. Кроме того, его используют в изготовлении элементов отопительных систем и специальных стройматериалов.

С чего начинается устройство бизнеса

Завод по производству полиэтилена может включать в себя несколько технологических линий по выпуску различных изделий: полимерных пленок, пакетов, крышек, тары, труб, бутылочных пробок и многого другого. Не стоит организовывать сразу несколько направлений. Целесообразнее войти в рынок полимеров в качестве производителя полиэтиленовой пленки и пакетов. Наладив стабильную работу, можно постепенно расширять ассортимент выпускаемой продукции.

Практический опыт показывает, что производство полиэтилена в России гарантировано обеспечивает уровень рентабельности не менее 15 %. До запуска предприятия нужно позаботиться об оформлении разрешительных документов. Вам придется посетить городскую администрацию, энергонадзор, санэпидстанцию, пожарную охрану, экологическую службу. Если заняться этими вопросами плотно, то можно вполне уложиться в срок месяц – полтора. Накладные расходы составят всего 15–20 тысяч рублей.

Вопрос переработки остатков

Прежде чем вы начнете организовывать производство изделий из полиэтилена, хорошо продумайте вопрос утилизации отходов. Закапывать в землю или сжигать обрезки пластика нельзя ни в коем случае. Во-первых, это приносит огромный вред окружающей среде. А во-вторых, за подобные действия грозит серьезное наказание.

Проще и дешевле всего сдавать полимерные остатки на предприятие по переработке пластмасс. Но стоит иметь в виду, что такого завода может не оказаться в вашем населенном пункте. Если будет запланировано производство вторичного полиэтилена, то лучше всего наладить выпуск мусорных пакетов. Для этого придется произвести дополнительные расходы на покупку технологической линии. Зато в конечном итоге затраты окупятся быстрой реализацией популярных товаров, пользующихся устойчивым спросом у населения.

Закупка основного оборудования

Выбор производственных линий сегодня достаточно велик. В качестве примера рассмотрим перечень станков и агрегатов, которые потребуются для выпуска пленки с дальнейшим формированием из нее пакетов бытового назначения.

Необходимое оборудование для производства полиэтилена:

• Экструдер (экструзионная установка) – машина для преобразования сырьевых гранул в пленку методом раздува снизу вверх. Ширина рукава должна соответствовать размерам выпускаемых пакетов (300–550 мм). В комплект агрегата также входит устройство для фальцевания швов.
• Пакетоделательная машина – станок для порезки пленки или рукава на заготовки определенной длины. Устройство также запаивает заготовку с одной стороны, формируя готовое изделие.
• Вырубной пресс с комплектом форм для производства пакетов–маек или сумок с прорезной ручкой.
• Станок для изготовления пластиковых зажимов для упаковки.
• Флексограф – машинка для нанесения печатных изображений на рукав пакета.

Если стартового капитала не очень много, то на первых порах можно вполне обойтись без печатного устройства. Разумнее будет обратиться за услугой по нанесению рисунков в специализированные полиграфические центры.

Для переработки отходов производства нужно будет приобрести специальный аппарат для дробления. Примерная стоимость технологической линии с доставкой и настройкой станков - 1,5–2 миллиона рублей.

Дополнительные элементы оборудования

Производство полиэтилена требует также покупки складского оборудования (стеллажи, столы, стенды, ящики и прочее) для хранения сырья и готовой продукции. Не стоит забывать и об оснащении офисов. Дополнительное оборудование может увеличить общую сумму расходов на 50–60 тысяч рублей.

Производственные цеха нуждаются в обустройстве качественной мощной вентиляционной установки и противопожарной системы. Особые требования предъявляются к складским помещениям: первичное сырье для производства полиэтилена (гранулят) имеет свойство поглощать испарения и газы. Несоблюдение правил хранения сырого материала может привести к ухудшению качества изготавливаемых изделий.

Необходимое сырье

Основной синтетический материал для производства изделий из полиэтилена – полимерные гранулы. Они имеют размеры 3–5 мм и выпускаются в форме шара, куба, цилиндра или мелкой крошки. Второй источник сырья – вторичная переработка отходов или остатков технологического процесса.

Получение пленки

Технология производства полиэтилена включает в себя несколько этапов, которые нужно пройти, чтобы из сырьевого материала получить яркие и удобные пакеты.

• Полимерные гранулы загружают в бункерный отсек экструдера. Отсюда они забираются с помощью питающего шнека. В емкости поддерживается постоянная температура в диапазоне от 180 до 240 градусов. В процессе передвижения гранулы, сильно нагреваясь, переплавляются в однородную массу. Получившаяся смесь продавливается через формующее отверстие, в результате получается полиэтиленовая пленка в виде рукава (или трубы). Автоматическая настройка экструдера позволяет выпускать готовое полотно заданной толщины и ширины.
• Получившийся рукав постепенно охлаждается и подвергается раскатыванию вальцами.
• Автоматический нож разрезает полотно на две полосы одинаковой ширины.
• Готовый рукав поступает в намотчик, который скручивает пленку в рулоны. Обрезки упаковываются отдельно, в дальнейшем их пускают на вторичную переработку.

Нанесение рисунка

При необходимости производится печать цветного изображения методом флексографии.

• Специальную краску разводят спиртом и постоянно перемешивают. Это необходимо для того, чтобы раствор не утратил нужную вязкость.
• Дозатор направляет определенные порции красителя на валики, которые делают на пленке оттиск. После нанесения рисунка полиэтилен вновь сматывается в рулон.

Формирование пакетов

Следующий этап позволяет создавать основу для кулечков.

• Рулон с нанесенным изображением помещают в пакетоделательный станок. С помощью специальных приспособлений из пленки вырезается «выкройка» будущей сумки и формируется донная складочка.
• Пропуская через клеймовочный пресс полиэтиленовые заготовки, проделывают отверстия для ручек. Гильотина отсекает верхнюю часть пакета для дальнейшего закрепления пластиковых ручек, или вырезает майку.
• Сварочный нож соединяет края пакета при температуре 180 градусов, в итоге получается целое изделие.

Финальный процесс – проверка качества швов и креплений застежек.

Заключение

Как мы смогли убедиться, производство полиэтилена – это достаточно сложный химический процесс, который под силу только крупным промышленным предприятиям специализированного направления. А технология переработки готовых гранул представляется довольно простым делом, не требующим углубленных знаний. Начав свое дело с установки какой-либо производственной линии, можно через 2–3 года полностью вернуть затраченные средства.

Полиэтилен является наиболее дешевым неполярным синтетическим полимером, который относится к классу полиолефинов. Полиэтилен- это твердое белое вещество, имеющее сероватый оттенок.

Первым полимеризацию этилена стал изучать в 1873 году русский химик Бутлеров. А вот попытку осуществить ее попытался в 1884 году химик-органик Густавсон.

Технология производства полиэтилена + видео как делают

Производством полиэтилена занимаются все крупные компании нефтехимической промышленности. Главным сырьем, из которого получают полиэтилен, является этилен. Производство осуществляется при низком, среднем и высоком давлениях. Как правило, он выпускается в гранулах, которые имеют диаметр от 2 до 5 миллиметров, иногда в виде порошка. На сегодняшний день известны четыре основных способа производства полиэтилена. В результате, получают: полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, полиэтилен среднего давления, а также линейный полиэтилен высокого давления. Давайте рассмотрим, как осуществляется производство ПДВ.

Полиэтилен высокого давления образуется при высоком давлении в результате полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под воздействием кислорода, органических пероксидов, ими являются лаурил, бензоил или их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700 градусов и сжимают компрессором до 25 мегапаскаль. После этого он поступает в первую часть реактора, в которой его нагревают до 1800 градусов, а потом во вторую часть реактора для осуществления полимеризации, которая происходит при температуре в пределах от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскаль. Всего этилен находится в реакторе не более 100 секунд. Степень его превращения составляет 25 процентов. Она зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляется тот этилен, который не прореагировал, после чего продукт охлаждают и упаковывают.

ПВД производят в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул. Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям. Первой является полимеризация, которая происходит в суспензии. Второй является полимеризация, происходящая в растворе. Таким раствором служит гексан. Третьей является газофазная полимеризация. Наиболее распространенным способом считается полимеризация в растворе. Полимеризация в растворе осуществляется в температурном промежутке от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей. Контакт с катализатором осуществляется примерно на протяжении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора в результате удаления растворителя. Прежде всего, в испарителе, а после этого в сепараторе и в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром.

ПНД производится в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул, а иногда и в порошке. Производство полиэтилена среднего давления осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления получается при температуре примерно150 градусов, давлении не более 4 мегапаскаль, а также при наличии катализатора. ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Продукт, полученный вышеописанным образом, отличается средневесовым молекулярным весом не более 400 тысяч, степенью кристалличности не более 90 процентов. Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется при помощи химической модификации ПВД. Процесс происходит при температуре 150 градусов и примерно 30-40 атмосферах. Линейный полиэтилен низкой плотности по своей структуре напоминает полиэтилен высокой плотности, однако он отличается более длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена выполняется двумя способами: первым является газофазная полимеризация, вторым способом служит полимеризация в жидкой фазе. Она в настоящее время самая популярная. Что касается производства линейного полиэтилена вторым способом, то оно осуществляется в реакторе со сжиженным слоем. В реактор подается этилен, полимер же в свою очередь отводят непрерывно. Однако постоянно сохраняется в реакторе уровень сжиженного слоя. Процесс происходит при температуре около ста градусов, давлении от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность данного способа полимеризации в жидкой фазе ниже, чем у газофазного.

Видео как делают:

Стоит отметить, что данному способу характерны и свои плюсы, а именно: размер установки намного меньше, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и гораздо ниже капиталовложения. Практически аналогичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с применением циглеровских катализаторов. При этом образуется максимальный выход. Не так давно для производства линейного полиэтилена стали использовать технологию, в результате которой применяются металлоценовые катализаторы. Такая технология дает возможность получить более высокую молекулярную массу полимера, благодаря чему возрастает прочность изделия. ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач. Кроме вышеперечисленных способов полимеризации этилена имеются и иные, только в промышленности они распространения не получили.