Polyethylen

Polyethylen ist ein Polymer, das mit verschiedenen Polymerisationsprozessen aus Ethylen gewonnen wird. Die Herstellungsverfahren sind vielfältig, wobei immer eine exotherme Reaktion bei unterschiedlichen Druckzuständen abläuft.

Im Allgemeinen zeichnet sich Polyethylen durch eine niedrige Dichte im Vergleich mit anderen Kunststoffen, eine hohe Zähigkeit und eine hohe Chemikalienbeständigkeit aus. Je nach Eigenschaft wird Polyethylen verschiedenen Gruppen zugeordnet. Dabei kann zwischen Polyethylen hoher Dichte, PE-HD, Polyethylen niedriger Dichte, PE-LD sowie Polyethylen mittlerer Dichte, PE-MD, unterschieden werden. Die verschiedenen Polyethylen-Gruppen können aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften ein hohes Anwendungsspektrum abdecken.

Herstellungsverfahren

Die Verfahren zur Herstellung der verschiedenen Polyethylene unterscheiden sich hauptsächlich durch den Reaktordruck, die Reaktortemperatur, die eingesetzten Katalysatoren, den Ethylenumsatz sowie die Wärmeabfuhr.

Die Herstellung von PE-HD erfolgt durch den Einsatz von verschiedenen Reaktorarten in Verbindung mit dem Vorgang der Suspensionspolymerisation oder der Gasphasenpolymerisation. Als Reaktorarten können Rührkesselreaktoren oder Schlaufenreaktoren für eine Suspensionspolymerisation herangezogen werden oder Wirbelschichtreaktoren für eine Gasphasenpolymerisation. Die unterschiedlichen Herstellungsreaktoren bedingen dabei unterschiedliche Druckniveaus sowie Temperaturen. Im Rührkesselreaktor wird der Prozess bei 5 bar bis 10 bar durchgeführt, im Schlaufenreaktor zwischen 30 bar und 45 bar und im Wirbelschichtreaktor zwischen 7 bar und 20 bar. Der Prozess läuft im Temperaturbereich zwischen 85 °C und 105 °C ab. Als Katalysatoren finden dabei Ziegler-Natta-Katalysatoren, Phillips-Katalysatoren oder Metallocen-Katalysatoren Verwendung. Die eingesetzten spezifischen Kühlungssysteme können den Energieverbrauch beeinflussen.

Die Herstellung von PE-LD findet mit Hilfe von Rohr- oder Rührkesselreaktoren statt. Durch die Wahl des Reaktors werden die Eigenschaften und die Qualität der Produkte eingestellt. Der Energieverbrauch von beiden Verfahren ist vergleichbar. Als Initiator werden für den adiabatisch betriebenen Rührkesselreaktor nur organische Peroxide genutzt, wohingegen zusätzlich Sauerstoff auch als Initiator im Rohrreaktor verwendet werden kann. Durch Zurückführen von nicht umgesetztem Ethylen wird die Ausbeute gesteigert. Je nach Qualität kann es zu Abweichungen bis zu 10 Prozent im Energieverbrauch kommen.

Lineares Polyethylen niedriger Dichte, sogenanntes PE-LLD, wird durch Gasphasenpolymerisation oder Lösungspolymerisation gewonnen. Bei der Gasphasenpolymerisation muss überschüssige Wärme abgeführt werden. Als Katalysator werden hierbei Ziegler-Natta-Katalysatoren oder Metallocen-Katalysatoren genutzt. Die Lösungsmittelpolymerisation läuft bei Temperaturen über 100 °C und Drücken zwischen 30 bar und 200 bar ab. Durch eine Reaktorkühlung kann der Energieverbrauch gesenkt werden, da die Löslichkeit des Polymers erhöht wird und somit weniger Lösemittel verdampft werden muss. Die Gasphasenpolymerisation ist mit dem Prozess zur PE-HD-Herstellung vergleichbar.

Energierelevanz

Optionen zur Energieeinsparung bei der Herstellung von Polyethylen sind vielseitig. Einige Beispiele sind der Einsatz von energieeffizienten Kompressoren zum Druckaufbau, eine Verringerung der Anfahrvorgänge und Abfahrvorgänge oder der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen.

Tabelle 1 enthält die spezifischen Energieverbräuche bei der Herstellung von einer Tonne Polyethylen. Abhängig vom verwendeten Verfahren kann der Energiebedarf aufgrund von Unterschieden der Prozessparameter stark schwanken.

Synonym(e):

Polyethen, PE

Englische Übersetzung(en):

polyethylene, polyethene