Çözücü içermeyen gaz faz etilen polimerizasyonu: Yeni bir reaktör çalışması

Abstract

Plastik endüstrisinin en önemli malzemelerinden olan polietilen molekül ağırlığı, yoğunluk ve kristalinite derecesine göre sınıflandırılmaktadır. Ultra-yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) ise mükemmel malzeme özellikleri ve stratejik kullanım alanları ile endüstride ilgi çeken önemli bir polietilendir. Ancak literatür incelendiğinde, UHMWPE çalışmalarının genellikle katalizör geliştirme üzerine yoğunlaştığı görülmektedir. Çamur ve gaz faz prosesleri ile üretilen polietilenler olmasına rağmen, ısı transferi probleminden dolayı yalnızca çamur faz prosesi ile UHMWPE üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle çamur faz prosesindeki gazdan sıvıya ve sıvıdan katıya gerçekleşen kütle transferi yüksek molekül ağırlıklı polietilen üretiminde sınırlayıcı faktör olmaktadır.Bu çalışmanın temel hedefi UHMWPE üretimi için gaz faz prosesinin gerçekleştirilebilirliğini incelemek, etilen polimerizasyonunu etkileyen parametreleri ve optimum çalışma koşullarını belirlemek, yüksek molekül ağırlıklı polietileni gaz fazında sürekli akış reaktöründe üretebilmek için gerekli bilgileri elde etmektir.Taguchi metodu, gaz faz etilen polimerizasyonunun optimizasyonu için yarı-kesikli mini reaktör sistemi ile birlikte kullanılmıştır. Sıcaklık, basınç, kokatalizör/katalizör oranı ve polimerizasyon süresi deney parametreleri olarak belirlenmiştir. Taguchi'nin `daha büyük daha iyi` yaklaşımına göre yapılan optimizasyon çalışmasında parametrelerin sonuçlar üzerindeki etkileri incelenmiştir. Gaz faz prosesinde UHMWPE üretiminin mümkün olduğu gösterilmiştir. Bununla birlikte molekül ağırlığı üzerinde bütün parametrelerin etkisinin yüksek olduğu bulunmuştur. En etkili parametre monomer basıncı olarak belirlenirken, sıcaklık ve TEA/Ti oranı artışının belirli optimum değerlere kadar molekül ağırlığını arttırdığı, polimerizasyon süresinin artışı molekül ağırlığında azalmaya neden olduğu tespit edilmiştir.Bu çalışmada kullanılan yarı-kesikli mini reaktör sistemi, gaz faz prosesinin sürekli fazda gerçekleştirilebilmesi için önemli çıktıların elde edildiği bir ön çalışma olarak geliştirilmiştir ve 6.89 milyon g/mol değerinde molekül ağırlığına sahip polietilen üretilmiştir.

Polyethylene, the most important materials of plastic industry, is classified according to molecular weight, density and crystallinity. UHMWPE attracts attention in the industry with excellent material properties and usability in wide range areas of industry. However, when the open literature is investigated, it is understood that nearly all studies are focused on catalysts. Although many types of polyethylene can be produced by using slurry or gas phase, only slurry process is being used for UHMWPE production because of the heat transfer phenomena. Therefore, mass transfer from gas to liquid and from liquid to solid phase can be limiting factor for UHMWPE.The aim of this study is to see the realizability of gas phase process for UHMWPE, determine important parameters and optimum working conditions, gather information to design a continuous reactor to obtain UHMWPE in gas phase.Taguchi method was used to analyze optimization of gas phase ethylene polymerization performed by using a semi-batch minireactor system. Temperature, pressure, TEA/Ti and time were chosen as parameters. Effect of each parameter on results was determined according to `bigger is better` approach. It was shown that UHMWPE formation in gas phase process is possible. Moreover, all parameters were effective for UHMWPE. While increasing temperature and TEA/Ti increased the molecular weight until optimum value, increasing the polymerization time had an adverse effect.In this study, semi-batch minireactor system was developed as a pre-study of important outputs to perform gas phase process in continuous phase. Polyethylene with molecular weight of 6.89 million grams/moles was obtained.