تنها طی پنجاه سال پس از کشف پلیپروپیلن ایزوتکتیک توسط پروفسور جیولیو ناتا[1] در انستیتو پلیتکنیک میلان صنعت پلیالفینها با ظرفیتی درحدود 100 میلیون تن در سال تبدیل به یک تجارت غولآسا شدهاست. پلیپروپیلن یکی از پلیمرهای پرمصرف بازار صنعتی پلیالفینها است که از لحاظ حجم تولید بعد از پلیاتیلن و در مکان دوم قرار دارد. دلیل این افزایش در بازارهای بزرگ جهانی مثل اروپا، آمریکای شمالی و ژاپن، کاربردهای روزافزون این محصول است که از طریق جایگزینی آن با مواد سنتی و یا سایر پلیمرها بدست آمدهاست. در جدول زیر میزان تقاضای این محصول در مناطق مختلف جهان در طول سالیان مختلف و پیشبینی آن برای سال 2020 برحسب کیلو تن مشاهده میشود[1].
جدول 1- میزان تولید پلی پروپیلن در مناطق مختلف دنیا در طی سالهای 1990 تا 2020
همانطور که میدانیم انواع مختلفی از فرایندها برای تولید صنعتی پلیپروپیلن وجود دارند که مهمترین آنها عبارتند از [2]:
· فرایندهای دوغابی (Slurry Processes): از جمله فرایند فیلیپس (Phillips)
· فرایندهای فاز گازی(Gas-phase processes) : مانند فرایند یونیپول ((Unipol، نوولن (Novolen) و اینوون (Innovene)
· فرایندهای فاز هبیریدی(Mixed-Phase Processes) : مهمترین فرایند از این خانواده، فرایند اسفریپول(Spheripol) ابداعی توسط شرکت LyondelBasell است که شامل یک راکتور لوپ و یک راکتور فاز گازی می باشد. فرایند دیگر به نام کاتالوی (Catalloy) نیز که پلیمریزاسیون در سه راکتور بستر سیال در حالت سری انجام می شود نیز یک مورد دیگر از این دسته است. در این فرایند کاتالیست کروی شکل با مورفولوژی کنترل شده میتواند گسترده وسیعی از انواع گریدهای پلیپروپیلن را تولید نماید.
اخیرا شرکت LyondelBasell بزرگترین شرکت تولیده کننده پلیپروپیلن در جهان (با 15 درصد سهم تولیدی پلی پروپیلن دنیا) فرایند Spherizone را با بیش از سه میلیون تن ظرفیت در دنیا توسعه داه است که پنج مورد آن در آسیا، دو مورد در خاورمیانه و آفریقا، یک مورد در آمریکا و سه مورد در اروپا احداث و یا در حال راه اندازی است. شرکت بازل از این تکنولوژی به عنوان فصلی جدید در فرایندهای تولید پلی الفینها یاد کرده است[3].
فرایند Spherizone شامل به کارگیری یک راکتور سیرکولاسیون چندمرحله (MZCR[2]) به همراه تجهیزات جانبی مثل مبدل گرمایی، کمپرسور گاز و ... است. راکتورهای MZCR دستهای از راکتورهای بسترسیال چرخشی هستند که عملیات پلیمریزاسیون در دو قسمت مجزای بالارونده[3] و پایینرونده[4] درون آنها انجام میگیرد. رژیم جریان در قسمت بالارونده از نوع سیالسازی سریع[5] و در پایینرونده از نوع بستر پرشده[6] است. از این رو زمان ماند گرانول پلیمری در این دو قسمت یکسان نخواهد بود. ذرات در حال رشد پلیمری از طریق جریان گاز حامل در بین این دو قسمت به طور مداوم در حال گردش هستند و گاز از طریق سیکلون تعبیه شده در بالای قسمت بالارونده از جامد جدا میشود و دوباره و بعد از تلفیق با گاز تازه از طریق کمپرسور به ورودی بالارونده که در قسمت پایین آن قرار دارد تزریق میگردد [2,3]. در شکل زیر نمایی از این فرایند به همراه تجهیزات مربوطه مشاهده میگردد.
شکل 1- نمایی از فرایند Spherizone
طبیعت چرخشی پیوسته فرایند موجب شده است تا کیفیت محصول تولیدی از این فرایند از لحاظ همگنی و تولید محصولی با ویژگیهای پوست پیازی ارتقا یابد. همچنین انجام فرایند پلیمریزاسیون در دو قسمت مجزا موجب میشود تا ساخت پلیمرهای دو قلهای (از لحاظ توزیع جرم مولکولی) به راحتی و از طریق یک راکتور انجام بگیرد[4].
استفاده از تکنولوژی Spherizone علاوه بر مزایای مذکور از بسیاری جنبههای دیگر نیز ارجحیت دارد به گونهای که استفاده از چنین فرایندی تولید پلیپروپیلن را بسیار مقرون به صرفهتر و کیفیت محصول را به صورت قابل توجهی افزایش داده است. در شکل زیر برخی از ویژگیهای محصول تولیدی از طریق فرایند Spherizone در مقایسه با برخی فرایندهای معمول دیگر بررسی شده است.
شکل 2- کیفیت محصول تولیدی از طریق روش Spherizone در مقایسه با سایر روشهای معمول
به طور خلاصه ویژگیهای فرایند Spherizone شامل موارد زیر میگردد[3]:
· هماکنون بیشتر از سه میلیون تن ظرفیت تولید پلیپروپیلن دنیا از طرق این فرایند است که شامل هشت خط عملیاتی و سه خط در حال احداث میباشد.
· از طریق این فرایند امکان تولید پلیمرهای دوقلهای (از لحاظ توزیع جرم مولکولی) تنها در یک راکتور وجود دارد.
· گستره تولید محصول از طریق این فرایند افزایش مییابد که میتواند شامل تولید محصولات جدید باشد.
· عملیات پذیری عالی فرایند قابل حصول است.
· هزینههای سرمایهگذاری و عملیاتی در حالت بهینه قرار میگیرند.
· ظرفیت تولید یک خط تا kt/a 500 وجود دارد.
در کشور ما نیز همگام با روند جهانی، تولید پلیپروپیلن به عنوان یکی از محصولات اصلی صنایع پتروشیمی مورد توجه روزافزون بوده است. با وجود این رشد قابل توجه، در اغلب صنعت پتروشیمی کشور از فرایندهای قدیمیتر مثل Spheripol برای تولید پلی پروپیلن استفاده می شود و هنوز هیچ واحد تولیدی بر مبنای فرایند Spherizone احداث نگردیده است.
شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی به عنوان یکی از شرکتهای پژوهشی زیرمجموعه شرکت ملی صنایع پتروشیمی ایران و در راستای اهداف کلی شرکت، پیشرو در زمینه تامین دانش فنی فرایندهای جدید میباشد. در همین راستا در این شرکت، پروژهای جهت دستیابی به تکنولوژی فرایند Spherizone که شامل مراحل بررسی هیدرودینامیک راکتور MZCR، سینتیک پلیمریزاسیون و ساخت پایلوت راکتور MZCR میباشد در حال انجام است. این پروژه در راستای اهداف ارتقای سطح دانش فنی در مورد تکنولوژیهای جدید تولید پلی پروپیلن وامکان سنجی توسعه آن در صنایع پتروشیمی کشور است.
شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی، گروه پژوهشهای پلیمری - پژوهشگر دکتر رضا مرندی
مراجع
1- Pasquini Nello. ”Polypropylene Handbook”, 2nd edition, Middle East 6 (2005): 4-7.
2- Soares Joao B.P. and Timothy F.L Mckenna. “Polyolefin Reaction Engineering”. John Wiley & Sons, 2013
3- www.lyondellbasell.com
4- Covezzi, M. and G.Mei; “The multizone circulating reactor technology”, Chemical Engineering Science, 56.13 (2001): 4059-4067
[2] Multi-Zone Circulating Reactor