Как делается пластик?

Пластик является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Он используется во множестве производственных процессов и продуктах, начиная от бытовых предметов до сложных технических устройств. Но мало кто задумывается о том, какое именно сырье для производства пластика используется каждый день для создания этого универсального материала.

В этой статье мы рассмотрим основные виды сырья, используемые для изготовления пластика.

Сырьем для производства пластика могут служить как природные материалы (нефть, природный газ, уголь, древесина), так и отходы других производств и потребления (например, бутылки из пластмасс).

Рассмотрим подробнее каждый вариант сырья и процесс его преобразования в пластик.

Виды сырья для пластика

1. Процесс изготовления пластика из нефти

• Добыча нефти: сначала нефть добывают из-под земли с помощью скважин.
• Транспортировка нефти: затем нефть транспортируется на нефтеперерабатывающий завод.
• Разделение нефти на фракции на нефтеперерабатывающем заводе. Фракции нефти – это различные смеси углеводородов, которые получаются при разделении сырой нефти на части (фракции) с различными температурами кипения. При перегонке (разделении) нефти обычно выделяют следующие фракции: Газы (метан, этан, пропан, бутан) – имеют температуру кипения ниже 40°C. Бензиновая фракция (бензин) – имеет температуру кипения от 40 до 200°C. Она используется в качестве топлива для автомобилей и других двигателей внутреннего сгорания. Керосиновая фракция – имеет температуру кипения от 200 до 300°C и используется в качестве авиационного и дизельного топлива. Газойль (дизельное топливо) – имеет температуру кипения от 300 до 400°C, используется как топливо для дизельных двигателей. Мазут – смесь тяжелых углеводородов с температурой кипения выше 400°C, является основным компонентом топочного мазута и используется для получения различных видов топлива путем дальнейшей переработки.
• Производство этилена: этилен является основным сырьем, которое используется для производства пластмасс. Он производится путем крекинга (разделеия) более тяжелых фракций нефти на более легкие молекулы.
• Производство мономера: мономером называется основная молекула, из которой состоит полимер. Чтобы произвести пластмассу используются разные мономеры. Например, для производства полиэтилена используется этилен, а для производства полипропилена - пропилен.
• Производство полимера: полимер - это длинная цепочка молекул мономера, связанных между собой. Для получения полимера мономер подвергается полимеризации - процессу объединения молекул мономера в длинные цепочки.

2. Процесс производства пластмасс из природного газа

• Добыча природного газа: сначала необходимо получить сырье, добыть природный газ из земли, где он находится в подземных месторождениях.
• Очистка природного газа: после добычи природный газ обычно содержит различные примеси, такие как вода, сера и другие. Поэтому газ проходит через очистительные установки для удаления этих примесей.
• Разделение природного газа на составляющие: на следующем этапе природный газ разделяют на составляющие его компоненты, включая метан, этан, пропан и бутан.
• Производство этилена: из этана (C2H6) производят этилен (C2H4) – основной компонент для производства пластика. Для этого этан подвергается пиролизу (высокотемпературному разложению) в присутствии катализатора.
• Производство пропилена (один из видов пластмассы): пропан (C3H8) также подвергается пиролизу для получения пропилена (C3H6).

3. Процесс получения пластмассы из угля

• Добыча угля: уголь добывается из земли с помощью специальных машин.
• Очистка угля: уголь очищается от примесей. Сжигание угля: уголь сжигается в специальных печах, чтобы получить углекислый газ. Конвертация углекислого газа: углекислый газ конвертируется в монооксид углерода и водород с помощью процесса Фишера-Тропша. Технология для производства Фишера-Тропша (также известный как Фишеровский синтез) – это катализаторное химическое превращение, позволяющее получить углеводороды из углекислого газа (CO2) и водорода (H2). Процесс Фишера-Тропша был разработан в начале XX века немецкими учеными Фридрихом Фишером и Гансом Тропшем. В основе этого процесса лежит использование железных или кобальтовых катализаторов, которые могут взаимодействовать с CO2 и H2, превращая их в различные виды углеводородов. Процесс Фишера-Тропша подразделяется на две основные фазы: синтез газа и конверсия, или синтез углеводородов. В фазе синтеза газа CO2 и H2 смешиваются с помощью катализаторов, что приводит к образованию синтез-газа (или горячего газа) – смеси углекислого газа и водорода. Углекислый газ получается из различных источников, таких как выбросы газовых электростанций, заводов и других промышленных процессов. Затем вторая фаза процесса – конверсия синтез-газа в углеводороды. При этом используется специальный катализатор, такой как железо или кобальт, который ускоряет реакцию и позволяет образоваться углеводородам различной структуры и длины цепи.
• Производство пластика, а точнее мономера: монооксид углерода и водород используются для производства мономеров, таких как этилен, пропилен и бутилен.
• Полимеризация: мономеры соединяются вместе с помощью полимеризации для получения различных видов пластика, таких как полиэтилен, полипропилен и полибутен.

4. Процесс производства пластмассы из древесины

• Сбор и обработка древесины: деревья спиливают, очищают от веток и коры, а затем измельчают на щепу.
• Сушка щепы: щепа сушится в специальных сушилках до влажности около 8-12%.
• Гидролиз: щепу обрабатывают горячей водой и паром под высоким давлением, в результате чего происходит распад целлюлозы на сахара.
• Ферментация: сахара ферментируют в этанол с помощью дрожжей.
• Перегонка этанола: этанол перегоняют в дистилляционных колоннах для очистки от примесей и получения спирта высокой чистоты.
• Этерификация: на этом этапе используются катализаторы, спирт этерифицируют с кислотами или щелочами для получения сложных эфиров.
• Полимеризация: сложные эфиры полимеризуются в пластмассу с помощью катализаторов и при высокой температуре.
• Обработка и формовка пластика: полученный пластик обрабатывают и формуют в нужные изделия.

Следующий интересной вопрос, который стоит рассмотреть - какое сырье используется для создания биопластика?

Сырье для биопластика

Их изготовление не слишком сложное, и существует уже многообразие способов и материалов, такие растительные материалы, как крахмал, целлюлоза и древесная масса.

Биопластики являются более экологически чистыми и биоразлагаемыми, а также могут быть использованы в пищевой промышленности. Кроме указанных типов сырья существуют и другие источники, такие как органические отходы и переработанные пластмассовые изделия. В этих случаях сырье для производства подвергается специальной обработке, чтобы получить нужные химические вещества для производства пластика.

Интересно отметить, что в последние годы исследователи и производители активно работают над разработкой нового способа получения пластика из ранее неиспользуемых видов сырья. Например, сейчас проводятся исследования по изготовлению пластиков из нефтяной биомассы – растительных и животных отходов. Такое сырье является экологически чистым и не включает в себя использование нефтепродуктов. Но стоит отметить, что производство синтетических пластмасс является основной технологией на рынке пластика. В заключение, для производства пластика используется разнообразное сырье, включающее нефть, газ, растительные материалы и переработанные пластики.

Каждое сырье для пластика имеет свои преимущества и недостатки и выбор определенного материала зависит от требований к конкретному изделию или приложению. Однако в настоящее время наблюдается стремление к использованию более экологически чистых и устойчивых источников сырья для пластмассы, а также поиск новых технологий производства, чтобы сократить негативное воздействие производства пластика на окружающую среду.