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Bernard LEVRESSE : Responsable des procédés haute pressionEnichem Polymères France
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Mise à jour du texte de Pierre GLORIOD (CdF Chimie) paru en 1985 dans ce traité.
Le polyéthylène est la polyoléfine (thermoplastique) la plus anciennement préparée industriellement.
Il était admis avant 1933 que l’éthylène n’était pas polymérisable ; néanmoins les chimistes d’IG Farben avaient pu obtenir des oligomères (huile, cire) et, bien plus tôt, en 1890, Bamberger et Tschirner du polyéthylène linéaire
à partir du diazométhane dissous dans de l’éther.
L’ensemble des travaux de base se situe dans les années 1932 à 1935 : la société ICI, qui cherchait à faire réagir l’éthylène sur le benzaldéhyde à 170 oC et 1 400 bar, fabrique accidentellement en 1933 puis volontairement en 1935 les premiers grains de polyéthylène.
Ensuite commence la période du développement industriel :
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en 1937, la première unité pilote est mise en service et l’on démarre des études sur les procédés en autoclave et tubulaire ;
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en 1939, ICI met en service une usine de 100 t /an de capacité ;
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en 1944, le procédé d’ICI est l’objet d’une variante : la polymérisation est réalisée par BASF dans un réacteur tubulaire à des pressions atteignant 4 000 bar ;
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en 1946, 24 usines fonctionnent déjà aux États-Unis et en Grande-Bretagne ;
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en 1954, les premières unités industrielles sont démarrées en France par Éthylène Plastique (actuellement Enichem) sous licence ICI (procédé en autoclave) ;
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en 1964, la première unité industrielle en France est mise en route selon le procédé tubulaire par Aquitaine Organico (actuellement Elf Atochem) ;
De 1970 à 1980, les deux procédés haute pression ont été développés. La capacité mondiale a triplé pour atteindre 15 millions de tonnes en 1980.
La même décennie a vu le développement des procédés par catalyse organométallique pour la production de polyéthylène haute densité (PE-HD) et de polyéthylènes basse densité linéaires (PE-BDL), respectivement homopolymère de l’éthylène et copolymères éthylène - oléfine (Dupont of Canada, Union Carbide, Enichem).
En 1978, Union Carbide a lancé le polyéthylène linéaire par un procédé en lit fluidisé. En quinze ans, la capacité mondiale a atteint 10 millions de tonnes stoppant le développement de nouvelles capacités utilisant le procédé haute pression.
De 1980 à 1992, la capacité mondiale en PE-BD ramifié a peu évolué. En 1992, elle approchait les 17 millions de tonnes.
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Aspects économiques2. Mise en œuvre industrielle
2.1 Procédé en autoclave (figure 1)
L’éthylène frais, fourni en limite d’unité à une pression de 0,4 à 7 MPa, est successivement comprimé entre 20 et 30 MPa, puis entre 100 et 250, et introduit en plusieurs points du réacteur autoclave.
Ce réacteur, dont le volume dépasse 1 000 L sur les plus grosses unités, est muni d’un agitateur entraîné par un moteur électrique (en général interne), alimenté par des électrodes étanches. Il est muni des protections adéquates contre les surpressions (disques de rupture).
La température (150 à 300 oC) est contrôlée en divers points du réacteur avec le débit des amorceurs injectés par des pompes volumétriques à haute pression. Le taux de conversion (éthylène polymérisé /éthylène introduit), de l’ordre de 15 à 20 %, est limité par la température maximale de sortie (environ 300 oC). Il faut noter que la réaction exothermique (– 3 370 J/g) est à peu près adiabatique, les échanges de chaleur avec l’extérieur étant très restreints par suite de la conception des appareils.
Une première séparation a lieu à l’étape 20 - 30 MPa ; l’éthylène qui n’a pas réagi est refroidi et recyclé à l’aspiration du compresseur secondaire. Le dégazage final se fait dans la trémie d’extrusion, avec recyclage de l’éthylène résiduel vers le compresseur primaire.
Une petite partie du gaz recyclé est ramenée au vapocraqueur pour diluer les gaz inertes qui peuvent s’y accumuler (principalement le méthane et l’éthane).
Le polymère fondu est repris dans l’extrudeuse, où l’on peut lui ajouter l’antioxydant, les agents glissants ou antibloquants. Il est granulé (coupe à chaud sous l’eau), puis séché et dégazé avant stockage et ensachage.
HAUT DE PAGE2.2 Variante : procédé tubulaire
Le réacteur est un tube haute pression (diamètre : 30 à 60 mm), dont la longueur peut atteindre 1 500 m, muni d’une double enveloppe où circule de l’eau sous pression qui assure le préchauffage...
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