Получение полиэтилена методом низкого давления (6 мин.)

Полиэтилен низкого давления получают суспензионной полимеризацией газообразного этилена в присутствии катализаторного комплекса при давлении до 0,3 МПа и температуре до 80 ⁰С. Технологический процесс производства полиэтилена методом низкого давления состоит из следующих стадий:

─ приготовление раствора катализаторного комплекса;

─ полимеризация этилена;

─ выделение полиэтилена из суспензии;

─ сушка полимера.

Катализаторный комплекс, определяющий скорость процесса полимеризации, состоит из алюминийорганического соединения (например, диэтилалюминий хлорида Al(C₂H₅)₂Cl) и четыреххлористого титана ─ TiCl₄, являющегося сокатализатором. Катализаторный комплекс применяется в виде слабого (до 0,2 %) раствора. В качестве растворителя используются углеводородные жидкости, чаще смесь бензина и циклогексана в соотношении 2,5:1.

В соответствие с технологической схемой 5%-ные растворы диэтилалюминий хлорида и четыреххлористого титана поступают соответственно в мерники 2 и 5 цеха полимеризации, а из них ─ в смеситель-разбавитель 1, где дополнительно разбавляются до 0,2%. В смеситель подается необходимое количество бензина по линии 3 и циклогексана по линии 4. Смеситель-разбавитель имеет мешалку и рубашку для подогрева раствора до 50 ⁰С. Готовый катализаторный комплекс насосом 25 закачивается по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора 8.

Для проведения процесса полимеризации используют реакторы непрерывного действия емкостного типа, которые на 2/3 своей высоты заполнены раствором катализаторного комплекса. Все время в аппарате поддерживается постоянный уровень жидкости. Газообразный этилен после химической очистки и осушки от влаги подается под слой жидкости по линии 7. Пройдя через раствор катализатора, часть газа полимеризуется, образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Это обусловлено тем, что полиэтилен в бензине и циклогексане не растворяется.

Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию этилен, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насосов 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части циклонных отделителей насосами вновь подается в полимеризатор. Этилен и пары растворителей отводятся из верхней части циклонных отделителей и поступают в холодильник-конденсатор 11, где охлаждаются водой до 40 ⁰С. При этом пары растворителей конденсируются. Охлажденный газ в смеси с конденсатом из холодильника подается в циклонный сепаратор 13, освобождается от конденсата и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступающим в цех по линии 6. Смесь свежего и охлажденного этилена, циркулирующего по линии 7, подается в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркулирующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21, где за счет снижения давления примерно до 0,01 МПа происходит выделение этилена, растворенного в жидкой фазе. Выделившийся этилен в смеси с парами растворителя подается в холодильник-конденсатор 22. В холодильнике пары конденсируются. Смесь этилена и конденсата разделяется в сепараторе 16. Газ из сепаратора по линии 15 подается в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя.

Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку. Полимер путем фильтрации освобождается от растворителя, промывается метиловым спиртом и высушивается. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки. Перед расфасовкой полиэтилен может подвергаться грануляции.

Пожарная опасность и основные меры безопасности:

1. Пожарная опасность процесса определяется наличием большого количества этилена, катализаторного комплекса, растворителей и полиэтилена.

2. Горючая среда внутри технологического оборудования может образоваться главным образом в периоды пуска и остановки. Для предотвращения образования горючей среды внутри технологического оборудования процесс ведут под защитой азота.

3. Утечки горючих веществ из аппаратов возможны через дыхательные линии, в местах прохода валов мешалок через корпуса, через сальниковые уплотнения насосов, а также через прокладки, швы, разъемные соединения.

Для предотвращения утечек горючих веществ в объем помещений необходимо:

─ дыхательные линии аппаратов выводить за пределы помещений на высоту не менее 2 м от конька крыши;

─ в местах прохода валов через корпус аппаратов и насосов предусматривать вместо сальниковых уплотнений торцевые. В случае невозможности устройства торцевых уплотнений в этих местах следует предусматривать местные отсосы;

─ соединение коммуникаций между собой и с аппаратами следует осуществлять преимущественно сваркой;

─ перед пуском в эксплуатацию и в установленные регламентом сроки необходимо производить испытания на герметичность.

4. Характерными причинами повреждения аппаратов являются образование повышенного давления и коррозия материала стенок аппаратов.

5. Коррозия технологического оборудования может быть вызвана образованием соляной кислоты при взаимодействии катализаторного комплекса с влагой. Предупреждение коррозии должно обеспечиваться путем осушки этилена и азота от влаги, а также антикоррозионным покрытием внутренних поверхностей реакторов и изготовлением трубопроводов из легированных сталей.

6. Для контроля за состоянием воздушной среды в помещениях необходимо устанавливать газоанализаторы, сблокированные с приводом аварийной вентиляции, аварийным сбросом газа в факельную систему, перекрытием аварийных задвижек и пуском негорючего газа в реакторы.

7. При сушке полиэтилена от органических растворителей в сушилках могут образовываться взрывоопасные паро- и пылевоздушные концентрации. Концентрация паров растворителей в сушильной камере может возрастать в следующих случаях:

─ при увеличении интенсивности испарения из-за перегрузки камеры материалом;

─ при повышении температуры в сушилке;

─ при уменьшении кратности воздухообмена или остановке отсасывающего вентилятора. Уменьшение кратности воздухообмена может наблюдаться при снижении производительности вентилятора или увеличении сопротивления в коммуникациях (засорение фильтров, подогревателей, решеток и т.п.).

Образование пылевоздушных горючих смесей возможно как при уносе большого количества пыли, так и при взвихрении порошкообразного полиэтилена и осевшей пыли. Для образца порошкообразного полиэтилена дисперсностью 160 мкм нижний концентрационный предел воспламенения составляет 41 г/м³. Такая пыль является взрывоопасной.

При нарушении режима сушки возможно разложение полиэтилена с образованием горючих газов.

Для предупреждения образования горючей среды в сушилках необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:

─ сушилки должны быть спроектированы и рассчитаны таким образом, чтобы концентрация паров растворителей в процессе сушки не превышала 20 % от НКПР;

─ для контроля за концентрацией паров растворителей в сушилках необходимо предусматривать установку стационарных газоанализаторов;

─ целесообразно предусматривать резервирование вытяжных вентагрегатов: в случае остановки одного вентагрегата должен автоматически включаться другой;

─ для каждой сушилки необходимо устанавливать предельно допустимую норму загрузки материалом;

─ процессе сушки необходимо поддерживать установленный температурный режим, исключая возможность повышения температуры даже на незначительную величину;

─ в установленные инструкциями сроки необходимо производить очитку фильтров, подогревателей, решеток, чтобы не допускать уменьшения кратности воздухообмена;

─ скорость движения сушильного агента должна быть такой, чтобы исключалась возможность уноса и взвихрения порошкообразного полиэтилена;

─ сушилки конструктивны должны быть выполнены таким образом, чтобы в них исключалась возможность осаждения горючей пыли;

─ отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу должен подвергаться очистке в циклонах или рукавных фильтрах.

8. При выгрузке порошкообразного полиэтилена из сушилок и расфасовке его в мешки возможен выход пыли в объем помещения. Чтобы не допустить этого, необходимо у места выгрузки устраивать местные отсосы.

9. Специфическими источниками зажигания являются:

─ теплота химической реакции;

─ искровые разряды статического электричества. Заряды статического электричества накапливаются при движении продуктов в трубах, аппаратах, при перемешивании и при выходе парогазовой смеси под большим давлением наружу через малые отверстия.

─ теплота самовозгорания полимерных отложений.

─ тепловые проявления (искры, дуги, перегрев и т.п.), возникающие при аварийных режимах работы силового, осветительного электрооборудования, сетей автоматического контроля, а также при несоответствии эксплуатируемого электрооборудования требованиям Правил устройства электроустановок.

─ искры и открытое пламя при проведении огневых работ.

─ искры механического происхождения при ремонте или производстве очистных работ.

10. Пожар может быстро распространиться главным образом по поверхности разлившегося полимера, по отложениям пыли, по технологическим трубопроводам, по системам вентиляции и канализации.

Для предупреждения быстрого распространения пожара и снижения негативных последствий от него необходимо:

─ предусматривать системы аварийного слива веществ или стравливания газов из аппаратов;

─ под аппаратами устраивать бортики, а в дверных проемах пороги с пандусами высотой не менее 0,15 м для предупреждения растекания жидкости;

─ не допускать образования горючих отложений в технологических и инженерных коммуникациях;

─ оборудовать огнепреградителями дыхательные линии емкостных аппаратов, а также коммуникации, связывающие компрессорную станцию этилена с реакторным отделением;

─ устанавливать огнезадерживающие клапана в местах прохода воздуховодов через противопожарные преграды;

─ оборудовать коммуникации системы канализации гидрозатворами;

─ реакторы следует оборудовать взрывными предохранительными клапанами;

─ в помещениях необходимо устраивать системы автоматического пожаротушения.