Il polietilene è un polimero ottenuto dall'etilene mediante vari processi di polimerizzazione. Ci sono molti processi di produzione diversi, per cui una reazione esotermica avviene sempre in condizioni di pressione diverse.
In generale, il polietilene è caratterizzato da una bassa densità rispetto ad altre materie plastiche, da un'elevata tenacità e da un'elevata resistenza chimica. A seconda delle sue proprietà, il polietilene viene assegnato a diversi gruppi. Si può distinguere tra polietilene ad alta densità, PE-HD, polietilene a bassa densità, PE-LD e polietilene a media densità, PE-MD. I diversi gruppi di polietilene possono coprire un'ampia gamma di applicazioni grazie alle loro diverse proprietà.
I processi di produzione dei vari polietileni si differenziano principalmente per la pressione del reattore, la temperatura del reattore, i catalizzatori utilizzati, la conversione dell'etilene e la dissipazione del calore.
Il PE-HD viene prodotto utilizzando diversi tipi di reattori in combinazione con il processo di polimerizzazione in sospensione o in fase gassosa. I tipi di reattori utilizzati possono essere reattori a serbatoio agitato o reattori a loop per la polimerizzazione in sospensione o reattori a letto fluido per la polimerizzazione in fase gassosa. I diversi reattori di produzione richiedono livelli di pressione e temperature diverse. Nel reattore a serbatoio agitato il processo si svolge a 5 bar a 10 bar, nel reattore ad anello tra 30 bar e 45 bar e nel reattore a letto fluido tra 7 bar e 20 bar. Il processo avviene nell'intervallo di temperatura compreso fra 85 °C e 105 °C. I catalizzatori utilizzati sono catalizzatori Ziegler-Natta, a croce o metallocenici. I sistemi di raffreddamento specifici utilizzati possono influenzare il consumo energetico.
La produzione di PE-LD avviene con l'ausilio di reattori a tubo o a serbatoio agitato. Le proprietà e la qualità dei prodotti sono regolate dalla scelta del reattore. Il consumo di energia di entrambi i processi è paragonabile. Solo i perossidi organici sono utilizzati come iniziatore per il reattore adiabatico a serbatoio agitato, mentre l'ossigeno può essere utilizzato anche come iniziatore aggiuntivo nel reattore tubolare. Il rendimento è aumentato dal riciclaggio dell'etilene non reagito. A seconda della qualità, possono esserci deviazioni fino al 10% del consumo energetico.
Il polietilene lineare a bassa densità, il cosiddetto PE-LLD, si ottiene per polimerizzazione in fase gassosa o in soluzione. Durante la polimerizzazione in fase gassosa, il calore in eccesso deve essere rimosso. Come catalizzatori vengono utilizzati i catalizzatori Ziegler-Natta o i catalizzatori metallocenici. La polimerizzazione con solvente avviene a temperature superiori a 100 °C e pressioni comprese tra 30 bar e 200 bar. Il raffreddamento del reattore può ridurre il consumo di energia aumentando la solubilità del polimero e quindi deve essere evaporato meno solvente. La polimerizzazione in fase gassosa è paragonabile al processo per la produzione di PE-HD.
Ci sono molte opzioni per il risparmio energetico nella produzione di polietilene. Alcuni esempi sono l'uso di compressori ad alta efficienza energetica per aumentare la pressione, la riduzione dei processi di avvio e di arresto o l'uso di impianti di cogenerazione.
La tabella 1 mostra il consumo specifico di energia nella produzione di una tonnellata di polietilene. A seconda del processo utilizzato, il fabbisogno energetico può variare notevolmente a causa delle differenze nei parametri di processo.
| Consumo di energia | 2,04 GJ/t |
|---|---|
| Carburante e vapore | 0,64 GJ/t |
| Fabbisogno energetico finale totale | 2,68 GJ/t |
| Fabbisogno totale di energia primaria | 5,65 GJ/t |
Polietilene, PE
polyethylene, polyethene