Spheripol

Spheripol — это технология производства полипропилена, разработанная итальянской компанией LyondellBasell (ранее — Montell, затем Basell). Она представляет собой каталитический процесс полимеризации пропилена в газовой фазе с использованием высокоактивных катализаторов Циглера — Натта, позволяющий получать полипропилен в виде сферических гранул (сфер) без стадии экструзии и грануляции. Технология Spheripol является одной из наиболее распространённых в мире для промышленного выпуска полипропилена.

История

Разработка технологии Spheripol началась в 1970-х годах в исследовательском центре компании Montedison (Италия). В 1975 году был впервые синтезирован катализатор нового поколения, который обеспечивал высокую активность и стереоспецифичность при полимеризации пропилена. В 1982 году компания Montedison совместно с Mitsui Petrochemical (Япония) представила первую промышленную установку, работающую по технологии Spheripol. В 1995 году после слияния Montedison и Shell образовалась компания Montell, которая в 2000-х годах вошла в состав Basell, а затем — LyondellBasell. К началу 2020-х годов в мире было построено более 200 линий Spheripol, суммарная мощность которых превышает 30 миллионов тонн полипропилена в год.

Принцип работы

Технология Spheripol основана на полимеризации пропилена в газовой фазе в присутствии высокоактивного катализатора Циглера — Натта, содержащего титан и магний. Катализатор вводится в реактор вместе с сокатализатором (триэтилалюминий) и донором электронов (например, дициклопентилдиметоксисилан). Процесс протекает в двух последовательных реакторах с псевдоожиженным слоем при температуре 60–80 °C и давлении 2–4 МПа.

Особенности процесса

• Формирование сфер. Катализатор имеет форму микросфер диаметром 20–50 мкм. В ходе полимеризации на каждой частице катализатора образуется полимерная сфера, которая копирует её форму. Размер конечных гранул составляет 0,5–3 мм.
• Отсутствие грануляции. Полученные сферические гранулы не требуют дополнительной экструзии и резки, что снижает энергозатраты и упрощает логистику.
• Высокая активность катализатора. Один грамм катализатора позволяет получить до 50–100 кг полипропилена, что исключает необходимость удаления катализаторных остатков из продукта.
• Стереоспецифичность. Катализатор обеспечивает содержание изотактической фракции (полипропилен с регулярной структурой) до 98–99 %, что определяет высокие механические свойства материала.

Классификация продуктов

Технология Spheripol позволяет получать широкий спектр марок полипропилена, различающихся по молекулярной массе, тактичности и содержанию сомономеров.

По типу полимера

• Гомополимеры — полипропилен, состоящий только из пропиленовых звеньев. Обладают высокой жёсткостью и термостойкостью.
• Статистические сополимеры — содержат до 5–10 % этилена, равномерно распределённого в цепи. Отличаются повышенной прозрачностью и ударной вязкостью.
• Ударопрочные (блок-сополимеры) — состоят из гомополимерной матрицы и дисперсной фазы этилен-пропиленового каучука. Обеспечивают высокую ударную вязкость при низких температурах.

По области применения

• Инжекционное литьё — детали автомобилей, бытовой техники, упаковка.
• Экструзия — плёнки, листы, трубы, волокна.
• Выдувное формование — бутылки, канистры, ёмкости.
• Термоформование — одноразовая посуда, контейнеры.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Энергоэффективность. Отсутствие стадии грануляции снижает потребление электроэнергии на 20–30 % по сравнению с традиционными процессами.
• Экологичность. Минимальное количество отходов и выбросов; катализатор не требует удаления.
• Гибкость. Возможность быстрой смены марок полипропилена без остановки реактора.
• Качество продукта. Сферическая форма гранул обеспечивает хорошую сыпучесть и однородность, что упрощает переработку.

Недостатки

• Высокая стоимость лицензии. Технология защищена патентами LyondellBasell, что требует значительных лицензионных отчислений.
• Чувствительность к примесям. Катализатор дезактивируется в присутствии кислорода, влаги и сернистых соединений, что требует тщательной очистки сырья.
• Ограниченный ассортимент. Для получения некоторых специальных марок (например, сверхвысокомолекулярного полипропилена) требуются модификации процесса.

Применение в мире

Технология Spheripol широко используется в Европе, Азии, Северной Америке и на Ближнем Востоке. Крупнейшие производители, применяющие Spheripol, включают LyondellBasell (Нидерланды), Sinopec (Китай), Reliance Industries (Индия), SABIC (Саудовская Аравия) и Borealis (Австрия). В России технология Spheripol внедрена на предприятиях «Сибур» (Тобольск-Полимер, ЗапСибНефтехим) и «Нижнекамскнефтехим».

Экономические аспекты

Стоимость строительства установки Spheripol мощностью 300–500 тысяч тонн в год составляет от 300 до 600 миллионов долларов США (в ценах 2020 года). Срок окупаемости — 5–7 лет при стабильных ценах на пропилен и полипропилен. Лицензионные отчисления LyondellBasell составляют 3–5 % от выручки с продаж полипропилена, произведённого по технологии Spheripol.

Интересные факты

• Название «Spheripol» образовано от слов «sphere» (сфера) и «polypropylene» (полипропилен).
• Первая промышленная установка Spheripol была запущена в 1982 году в городе Феррара (Италия) и работает до сих пор.
• В 2019 году LyondellBasell объявила о разработке технологии Spheripol 5G, которая позволяет снизить энергопотребление ещё на 15 % и увеличить выход продукта на 10 %.

Источники

• LyondellBasell. Spheripol Technology Brochure. — 2020.
• Galli, P., & Vecellio, G. (2001). Polyolefins: The most promising large-volume materials for the 21st century. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 39(1), 1–17.
• Справочник «Полипропилен: производство и переработка» / Под ред. В. А. Белого. — М.: Химия, 2018. — 320 с.
• Патент US 4,298,718 (1981). Process for the polymerization of olefins. Montedison S.p.A.
• Отчёт «Технологии производства полиолефинов» (2021). Институт нефтехимического синтеза РАН.