기계공학 취준일기 #14 LDPE, HDPE 2

3. HDPE공정은 크게 촉매제조(조제) -> 중합반응 -> 분리/건조 -> 제립/저장/출하 단계로 진행된다.

 

출처 한국산업안전공단

 

3.1 촉매제조공정

 

  일반적으로 HDPE공정에서는 Ziegler-Natta계열의 촉매나 Cr2O3-Alumina (산화크롬 - 알루미나)촉매가 많이 사용되고 있으며, 주촉매의 활성여부를 위해 조촉매로서는 트리에틸알루미늄 (AL - TRIETHYL, TEA)등의 유기금속을 사용한다.

 

3.2 중합 반응공정

 

출처 산업안전공단

  중합반응은 교반기가 설치된 반응기 또는 루프 반응기에서 중합되며 반응기에는 헥산(n-Hexane) 또는 이소부탄의 액체 희석제에 에틸렌, 코모노머, 수소, 주촉매, 조촉매가 공급되어 폴리에틸렌이 중합된다. 국내에서는 대부분 액상슬러리 방법에 의해 HDPE를 중합하고 있다. 반응기의 형태 및 사용 촉매에 따라 반응조건이 달라진다. 슬러리 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor) 반응기의 경우, 반응열 제거를 위해 반응기에 자켓과 코일이 설치되어 있고, 반응중에 슬러리 상태로 순환/냉각시켜 다시 반응기로 주입하는 내부순환시스템이 적용되고 있다. 공단량체로 이용되는 에틸렌과 프로필렌, Ziegler 촉매와 분자량 조절제로 사용되는 수소촉매를 반응기에 주입시키는데 중합은 약 90도, 1MPa에서 진행된다.

  슬러리 루프(slurry loop)반응기의 경우, 반응기내에서 희석제(i-Butane)와 폴리머가 섞인 슬러리가 펌프에 의해 고속으로 순환되는 가운데 폴리에틸렌이 중합되며, 형성된 폴리머는 반응기내에서 일정한 농도를 유지하면서 setting leg을 통해 토출된다. 반응기의 주요 변수는 에틸렌 공급량, 촉매의 종류 및 활성도, 에틸렌/희석제 공급비율, 코모노머 종류 및 공급량, 반응기 압력 및 온도 등이다.

 

3.3 분리/건조 공정

출처 한국산업안전공단

  반응기에서 초과 공급되어 슬러리 상태의 폴리머가 원심분리기에 공급된다. 원심분리기에서 원심력으로 폴리머와 희석제를 분리한 후 폴리머는 건조기로, 희석제는 중합공정에 재사용되거나 불순물 제거를 위한 용매 정제 공정으로 보내진다. 

  원심분리기를 거친 hdpe 파우더에 함유된 잔류 희석제는 건조기, 건조질소 시스템과 건조 스크러버로 구성된 파우더 건조섹션에 이송되어 건조된다. 원심분리기에서 분리된 모액(불순물을 포함한 희석제)은 모액 포집탱크로 이송된다. 모액 분리기에서 배출되는 용매증기는 용매가열 및 건조기 질소 가열기의 파우더 건조용 질소를 가열하는데 폐열로서 사용되고 희석제는 불순물을 제거하고 중합공정에 재사용 된다. 

 

3.4 정제공정 

출처 한국산업안전공단

 

분리된 이소부탄 및 에틸렌등은 2단 압축 후 어큐물레이터에서 상부로는 에틸렌이 하부로는 이소부탄으로 분리한다 하부의 이소부탄은 하부의 중질 H/C과 분리도니 후 이소부탄 저장탱크로 회수되고, 중질 H/C는 BTX공정으로 이송된다. 

 

3.5 제립/ 저장/ 출하 

 

파우더 상태로 건조된 폴리머는 필요한 첨가제가 혼합되어진 후 압출기 호퍼를 거쳐 압출기에서 용융된 후 원하는 크기로 절단되어 펠렛 상태로 건조기로 이송된다. 건조기에서 건조된 후에는 송풍기에 의해 필렌 블랜더로 이송된다. 혼합되어 제품의 물성이 고르도록 교반되어진 후 포장기로 이송되어 포장된 후 출하된다.