Оценка пожарной опасности процесса производства полиэтилена методом низкого давления

          n(С₂Н₄)   (-СН₂-СН₂-)_n+Q

       Выделяющееся  при реакции тепло отводится  в реакторах малого объема (до 3 м³) водой, подаваемой в рубашку, а в аппаратах большого объема (20—25 м³) — за счет охлаждения циркулирующего этилена и испарения при этом части растворителя.

       Технологическая схема процесса полимеризации этилена  приведена  на   рис.  2

       Из  цеха катализаторов в мерники 1 и 2 подается 5%-ный раствор диэтилалюминийхлорида  и  четыреххлористого  титана. Отмеренное количество катализаторов самотеком поступает в смеситель-разбавитель 3, где катализаторы перемешиваются и при работающей мешалке разбавляются бензином и циклогексаном до концентрации 0,2%. Аппарат имеет рубашку для обогрева раствора до 50°С. Сформированный катализаторный комплекс насосом 4 закачивается в полимеризатор 5 и поддерживается в нем на определенном постоянном уровне. Этилен подают в нижнюю часть полимеризатора по трубам 6. Поступая в аппарат через систему эрлифта, этилен обеспечивает перемешивание реакционной массы, отводит тепло полимеризации и частично полимеризуется в полиэтилен. Не вступивший в реакцию этилен, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную   систему.

       Циркуляция  этилена осуществляется следующим  образом. Этилен при температуре 80°С проходит последовательно циклонные отделители 7, в которых улавливаются брызги растворителя и частички полиэтилена. Далее этилен проходит конденсатор-холодильник 8. В холодильнике этилен и пары растворителя охлаждаются водой до 40°С. При этом часть паров конденсируется и полученная смесь поступает на разделение в аппарат 9. Этилен, охлажденный и частично очищенный от растворителя, поступает по линии 10 снова в полимеризатор, смешиваясь по пути со свежим этиленом. Таким образом, температура полимеризации поддерживается изменением   количества   и   температуры   циркулирующего   этилена.

       Растворитель, содержащий полиэтилен, из отделителей 7 и 9 при помощи насоса 11 возвращается в полимеризатор вместе с циркулирующим этиленом (по линиям 6). Кроме того, осуществляется непрерывная циркуляция смеси в самих отделителях.

       Образующийся  полимер в виде суспензии (смеси) полиэтилена в растворителе (соотношение 1 : 10) отводится из полимеризатора по линии 12 в сборник 13. В сборнике 13 происходит выделение растворенного этилена, так как давление в нем (0,1 атм). ниже, чем в полимеризаторе, а температура 70°С. Выделившийся этилен для улавливания паров растворителя проходит холодильник 14, сепаратор 15 и поступает па очистку или на факел. Суспензия полиэтилена из сборника 13 насосом 16 подается в сборник 17, из которого насосом  18 подается на дальнейшую обработку.

Отмывка полиэтилена от катализатора

  Процесс полимеризации этилена при низком давлении сопровождается загрязнением полученного полимера остатками катализатора, которые ухудшают диэлектрические свойства полимера, химическую стойкость по отношению к кислотам и щелочам, увеличивают влагопоглощение. Кроме того, цвет порошка  изменяется от белого до  коричневого.  Поэтому возникает необходимость удаления катализатора из полимера, что достигается разложением катализатора с последующим растворением полученных продуктов и отфильтровыванием их от полиэтилена. В качестве промывочной жидкости могут быть использованы спирты, чаще всего применяется метиловый спирт. По окончании разложения производится отжим полимера, а затем следует еще ряд промывок с отжимом на центрифугах.

  Технологическая  схема  процесса       разложения  и  отмывки катализатора показана на рис. 8. Суспензия, непрерывно циркулирующая  по  кольцу  1,  отбирается    на  отжим от  бензина и"циклогексана  в  фильтрующую  центрифугу 2.  В  центрифуге за  счет центробежной силы  отделяется  жидкая часть   (фугат) от   полиэтилена.   Фугат  из   центрифуги     самотеком   поступает в сборник 3, из которого непрерывно насосом 4 перекачивается  в  отделение отстаивания,  нейтрализации  и очистки.  Отжатый полиэтилен, содержащий 30—40%  растворителя и катализаторный  комплекс, выгружается шнеком 5 в сборник 6, обогреваемый   горячей   водой   до   температуры   50^сС.   После этого в сборник  подается   метиловый  спирт   (свежий  по линии  7  и фугат по линии 8)   и производится тщательное перемешивание в течение  1  ч, чтобы  произошло  разложение комплекса  катализатора   в   растворимые  продукты.       Полученная     суспензия насосом 9 подается во вторую центрифугу 10, где кроме отжима   предусматривается   промывка     полиэтилена   метанолом. Фугат отработанный  метанол,  самотеком поступает в сборник  11,  из  которого  насосом   12 транспортируется  на   регенерацию.  Отжатый  полиэтилен,  содержащий  30—40%   метанола и    неотмытые  продукты  разложения  катализаторов,  выгружается из центрифуги в сборник 13. В сборник подается метиловый спирт  (свежий по линии 14 и фугат по линии 15), и при тщательном   перемешивании   полиэтилена   с   метанолом   в   течение   1   ч  при  температуре  около  50°С  происходит  отмывка полиэтилена   от   продуктов   разложения   катализаторов.   Полученная  суспензия    насосом   16 подается  в  третью    центрифугу  17.  Здесь  кроме  отжима  осуществляют    промывку осадка метанолом.   Метанол   из   центрифуги   самотеком   поступает   в сборник 11   и частично  в сборник 13.   Отжатый     полиэтилен с остаточным   содержанием       метанола   30—40%       поступает в шнек  18 и  транспортируется    попеременно  в  один  из  двух бункеров-смесителей   19  с  планетарным  шнеком  20.   В   бункере  к  полиэтилену  по  линии  21   вводится   ряд  добавок,  улучшающих  его  качество:  стабилизатор   (для  повышения  стойкости  к  старению),  нитрофосфат  натрия  и  этиленгликоль   (для осветления),  воск   (для   повышения   блеска).

  Влажный полиэтилен из разгружаемого бункера  через секторный питатель подхватывается потоком сжатого азота и транспортируется   на   дальнейшую   обработку.

  Сушка полиэтилена

    Порошок полиэтилена, содержащий 30—40% по весу метилового спирта, может быть высушен в вакуумных барабанных и полочных сушилках, но более совершенным и высокопроизводительным является агрегат непрерывного действия с сушкой в «кипящем» слое. Теплоносителем является непрерывно циркулирующий горячий азот, обеспечивающий взрывобезопасность   всей  установки.

    Технологическая схема процесса сушки представлена па рис. 10. Влажный полимер поступает  в бункер 1 с планетарным шнеком. Из бункера полиэтилен непрерывно подается в сушилку 2 через дозатор 3. Сушка осуществляется последовательно в камерах А и Б сушилки. Поступающий в сушилку полиэтилен при помощи пневморазбрасывателя 4 равномерно распределяется на поверхности кипящего слоя верхней камеры и высушивается до содержания метанола 5%. Псевдоожиженный (кипящий) слой создается за счет подачи под решетку 5 азота, нагретого до 100°С. Частично высушенный полимер переливается в нижнюю камеру, в которой высушивается окончательно до содержания метанола не более 0,15% за счет нагретого до 70°С азота, подаваемого под решетку 6. Азот, насыщенный парами метанола, воды и содержащий до 10 г/м³ полиэтиленовой пыли, поступает на очистку последовательно в два батарейных циклона 7. Уловленная пыль через питатели 8 возвращается в нижнюю камеру сушилки. Азот с небольшим содержанием пыли газодувкой 9 подается на топкую очистку в один из двух фильтров 10 с пористыми керамическими трубами. Далее азот проходит холодильник 11, охлаждается до 30°С, при этом часть паров метанола конденсируется. Конденсат метанола отделяется от азота в сепараторе 12 и направляется на регенерацию, а азот проходит калориферы 13 и снова поступает   в   сушильную   камеру.

    Высушенный  порошок полиэтилена через дозатор  14 выгружается в один из двух бункеров 15. Из бункеров полиэтилен дозатором 16 через эжектор 17 подается в пневматическую линию 18 и далее на грануляцию. Пыль полиэтилена после регенерации (продувки азотом) фильтра 10 также подается в пневматическую   линию   18. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Анализ  пожаровзрывоопасных  свойств веществ, обращающихся в производстве

    Этилен, этен, С₂Н₄, горючий бесцветный газ. Молярная масса-28,05; плотность по воздуху 0,986; температура кипения    -103,7°С; температура самовоспламенения 435°С; концентрационные пределы распространения пламени 2,7-34%(об.) в воздухе; максимальное давление взрыва 830 кПа. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

    Циклогексан, легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Молярная масса 84,16; плотность 773 кг/м³. Температура кипения 80,7 °С. Температура вспышки -17°С; температура самовоспламенения  259°С;  концентрационные  пределы распространения пламени  1,3-7,8%(об.); температурные   пределы распространения пламени: нижний   -17°С, врхний 20°С; максимальное давление взрыва 858 кПа. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

    Бензин А-72 зимний, С_6,991Н_13,108, легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Молярная масса 97,2; температура вспышки    -36°С. Нижний концентрационный предел распространения  пламени 1,08 %(об.), верхний 5,4%.; Температурные пределы воспламенения: нижний —17°С, верхний +10°С. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

    Триэтилалюминий — бесцветная прозрачная легкоподвижная жидкость, уд. вес 0,84 г/см³, температура кипения 194°С. Температура самовоспламенения триэтилалюминия во влажном воздухе —57°С, в сухом —68°С. Нижний концентрационный предел воспламенения триэтилалюминия 0,3% (по объему). Концентрированные растворы катализаторов (от 40% и выше) на воздухе также самовоспламеняются. При попадании воды в 40%-ный раствор катализаторов происходит взрыв с последующим горением. Взрывом сопровождаются также контакты крепких растворов катализаторов с кислотами, спиртами, четыреххлористым углеродом. Попадание воды в слабые растворы вызывают их разогрев. Алюминийорганические катализаторы являются ядовитыми веществами. Даже слабые растворы катализаторов при попадании на кожу вызывают тяжелые ожоги. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок. 

    3.Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов

    при их нормальной работе

                                                                                                     Таблица 1

    Примечание  к таблице №1: температурные пределы  растворителя (смесь циклогексана, бензина, триэтилалюминия, четыреххлористого  титана)  взяты  из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв= -20°С, Т_впв =14°С

    Как правило, аппараты заполнены газами без наличия воздуха, рабочая  концентрация газа в аппарате будет  равна 100 %. Следовательно, она практически  всегда выше верхнего концентрационного  предела воспламенения, т.е. опасность  взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует. Однако она может возникать  в периоды пуска и остановки  аппарата. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Пожаровзрывоопасность  аппаратов, 

    при эксплуатации которых  возможен выход горючих  веществ 

    наружу  без повреждения  их конструкции

    Все аппараты (содержащие бензин, метанол, сесквигалоид, металлоорганический катализатор), находящиеся под защитой азота, оборудуются дыхательными клапанами, за счет чего в аппаратах поддерживается постоянное избыточное давление азота до 0,04 атм. Перед выбросом в атмосферу азот необходимо очищать от паров жидкостей, для этой цели его пропускают через конденсатор-холодильник.

    Пожарная  опасность возникает только при  нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т. е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.

    При эксплуатации закрытых аппаратов и  емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится полимеризатор. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При  соприкосновении двух поверхностей из-за незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть  главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен.