Производство полиэтилена высокого давления

1. Технологическая схема производства

Этилен, сжатый до 1500 кг/см², подается в холодильник типа «труба в трубе», где охлаждается до температуры 40 °С. Перед входом этилена в реактор (поз.Р-1) трубопровод разделяется на два потока. Из одного потока часть этилена подается в реактор (поз.Р-1) через нижнюю часть двигателя мешалки (первый ввод) для обдува и охлаждения его подшипника. Другая часть этилена от этого потока подается при однозонном процессе непосредственно в реактор.

Реактор полимеризации (поз.Р-1) – это вертикальный, цилиндрический, толстостенный аппарат, имеющий реакционный объем 0,250 м³. Реактор оснащен мешалкой с электродвигателем. Корпус реактора имеет рубашку с воздушным охлаждением. Рубашка разделена на три зоны для разогрева перед пуском и охлаждения стенки реактора во время реакции. Рабочее давление в реакторе до 1500 кг/см². Снабжен реактор двумя предохранительными клапанами разового действия.
Место ввода второй части этилена в реактор определяется условиями проведения процесса полимеризации. Одну часть этилена подаем в верхнюю часть реакционного объема, а другую в среднюю часть. Заданная температура этилена на входе в реактор поддерживается вручную с помощью арматуры, установленной на линиях охлаждающей воды к водяным рубашкам этиленовых трубопроводов, и регистрируется приборами.
В реакторе (поз.Р-1) осуществляется процесс полимеризации этилена при давлении до 1500 кг/см² и температуре 220-275 °С в присутствии инициаторов реакции – перекисных органических соединений.
В качестве перекисных органических соединений применяем:
1) Пероксид дитретичного бутила под названием инициатор-А или тригонокс В.
2) Третичный бутилпербензоат под названием инициатор-С или тригонокс С.
3) Третбутилпероксид-3,5,6- триметилгексаноат под названием тригонокс 42S.
В качестве агента передачи цепи (модификатор) используется изопропиловый спирт.
Вводятся перекисные органические соединения в реактор в виде раствора в инициаторном масле. Приготовление раствора инициаторов ведется периодически.
Инициаторное масло из напорного бака (поз.Е-5) поступает самотеком в любую из смесительных емкостей для приготовления растворов инициаторов (поз.Е-6) для тригонокса С и тригонокса 42S, (поз.Е-8) тригонокса В. В эти же смесительные емкости соответственно подаются отмеренные количества тригонокса С, тригонокса 42S и тригонокса В. Также инициаторное масло подаётся в ёмкость (поз.Е-7), где приготавливается раствор ИПС. Эти смесительные емкости оборудованы перемешивающими устройствами, с помощью которых ведется перемешивание инициаторного масла с инициаторами.
Приготовленные растворы инициаторов из смесительных емкостей (поз.Е-6, поз.Е-7, поз.Е-8) перекачиваются насосами (поз.Н-2, поз.Н-3, поз.Н-4) в напорные баки для растворов инициаторов (поз.Е-9, поз.Е-10, поз.Е-11).
Тригонокс В, Тригонокс С, Тригонокс 42S представляют собой жидкости, которые устойчивы при нормальных условиях, и хорошо смешиваются при комнатной температуре с инициаторным маслом. Концентрация приготовляемых растворов инициаторов подбирается такой, чтобы иметь более равномерное распределение инициаторов в реакторе и более равномерное регулирование температуры в реакторе в зависимости от подачи газа в реактор. Тригонокс В применяется с концентрацией до 5% весовых, тригонокс С, Тригонокс 42S или их смесь до 12,5% весовых. Каждый инициатор активен в определенном диапазоне температур, что дает возможность использовать их для получения различных сортов полиэтилена.
Для дозирования растворов инициаторов в реактор (поз.Р-1) для каждого потока имеются инжекционных насоса (поз.Н-5, поз.Н-6, поз.Н-7), которые помещаются в шкафы с обогревом.
Растворы инициаторов самотеком подаются из напорных баков (поз.Е-9, поз.Е-10, поз.Е-11) к инжекционным насосам. На всасе инжекционных насосов растворы инициаторов проходят фильтры с бумажными фильтрующими элементами (поз.F-4, поз.F-5, поз.F-6), где очищаются от возможных механических примесей, и инжекционными насосами дозируются в реактор.
Для защиты инжекционных насосов (поз.Н-5, поз.Н-6, поз.Н-7) от высокого давления в реакторе (поз.Р-1), в момент разложения на линиях дозировки инициаторов устанавливаются обратные клапаны.
Тригонокс В подается в нижнюю часть реактора, а тригонокс С и тригонс 42S в верхнюю часть реактора (поз.Р-1).
Газ, подаваемый в реактор (поз.Р-1), в присутствии инициатора подвергается полимеризации. Реакция полимеризации протекает при непрерывной подаче этилена до 18100 кг/час и непрерывном отводе полиэтилена с непрореагировавшим этиленом. Реакция полимеризации этилена сопровождается выделением большого количества тепла (3600 кДж/кг).
Тепло реакции частично идет на нагрев поступающего в реактор этилена с температурой 35 – 40 °С, который за счет перемешивания быстро приобретает температуру реакционной смеси. Реакция полимеризации в реакторе (поз.Р-1) протекает во всем объеме и имеет цепной характер, этому способствует высокое давление и высокая температура.
При нарушении технологического режима в реакторе (поз.Р-1) может повышаться температура, что способствует резкой интенсификации процесса, следовательно, и выделению большого количества тепла, которое может и приводит к тепловому взрыву (разложению). При этом этилен разлагается на составляющее части (метан, водород, углерод).
На случай повышения давления в реакторе (поз.Р-1) при разложении, потере проходимости у регулирующего клапана, реактор имеет в средней части два предохранительных колпачка. Предохранительные колпачки на реакторе устанавливаются на разрывное давление 1850 кг/см² при температуре 200 °С. От предохранительных колпачков идут вверх две направляющие трубы диаметром 600 мм.
Внутри каждой трубы подвешиваются полиэтиленовые мешочки с бикарбонатом натрия. В случае разрыва предохранительного колпачка под действием скорости газа и высокой температуры полиэтиленовые мешочки рвутся и бикарбонат натрия разлагается с выделением СО₂, что препятствует возгоранию.
Температура процесса полимеризации в реакторе (поз.Р-1) замеряется в четырех точках по высоте реактора термопарами и регулируется по трём точкам подачей раствора инициатора путем изменения производительности инициаторных насосов (поз.Н-5, поз.Н-6, поз.Н-7) в зависимости от марки получаемого полиэтилена.
Перед пуском реактор (поз.Р-1) разогревается до температуры 180-200 °С. Разогрев осуществляется горячим воздухом, который из атмосферы забирается через фильтр (поз.F-7) воздуходувкой (поз.В-3) и подается через электроподогреватель (поз.НВ-1) в воздушные рубашки реактора (поз.Р-1).
В электроподогревателе (поз.НВ-1) воздух нагревается до 350 °С, что дает возможность разогреть стенки реактора (поз.Р-1) до 200 °С.
Температура воздуха, выходящего из электроподогревателя (поз.НВ-1) регулируется включением или выключением нагревательных элементов.
Температура наружной стенки корпуса реактора поддерживается регулятором, воздействующим на клапан, установленный на линии подачи воздуха в рубашку реактора.
Степень превращения этилена в полиэтилен составляет 17,7 % и определяется температурой уходящей реакционной смеси и температурой входящего этилена. Чем больше будет разность этих температур, тем большая степень превращения может быть достигнута в реакторе (поз.Р-1).
Выходящая из реактора реакционная смесь дросселируется регулирующим клапаном (поз.30-5) и охлаждается до 250°С в продуктовом холодильнике (поз.Х-9). Холодильник (поз.Х-9) представляет собой теплообменник типа «труба в трубе». Межтрубное пространство холодильника разделено на четыре отдельные секции, чтобы обеспечить различные поверхности охлаждения.
Поток смеси полиэтилена и этилена из продуктового холодильника (поз.Х-9) с температурой 250 °С поступает в отделитель высокого давления (поз.О-1), В отделителе высокого давления происходит разделение полиэтилена и непрореагировавшего этилена.
Отделитель высокого давления (поз.О-1) представляет собой вертикальный, цилиндрический аппарат емкостью 0,835 м³. Имеет рубашку для обогрева паром с давлением до 19 кг/см². Для защиты при чрезмерном повышении давления отделитель высокого давления (поз.О-1) снабжен двумя разрывными мембранами.
Этилен из отделителя высокого давления (поз.О-1) направляется в систему очистки и охлаждения, которая состоит из трех секций холодильника (поз.Х-10) типа «труба в трубе»" и трех сепараторов (поз.Ц-6) центробежного типа.
В холодильнике (поз.Х-10) возвратный газ высокого давления охлаждается до температуры 50 °С. В сепараторах (поз.Ц-6) идет выделение низкомолекулярного полиэтилена из возвратного газа высокого давления. Выделенный низкомолекулярный полимер периодически сбрасывается из сепараторов (поз.Ц-6) в циклон (поз.Ц-7), откуда загружается в тару. Этилен из циклона (поз.Ц-6) возвращается в емкость (поз.Е-1) для повторного сжатия в компрессоре (поз.Пк-1).
Очищенный и охлажденный возвратный газ высокого давления после сепараторов (поз.С-6), направляется на всас компрессоров 2 каскада, где смешивается со свежим газом после компрессора 1 каскада (поз.Пк-2) в буфере всаса (поз.Е-4).
Охлаждающей средой в холодильниках (поз.Х-10) является промышленная вода. Температура возвратного газа высокого давления регулируется клапаном, установленным на линии охлаждающей воды.
Полиэтилен из отделителя высокого давления (поз.О-1) поступает в отделитель низкого давления (поз.О-2), где происходит окончательное выделение этилена, растворенного в полиэтилене. Расплав полиэтилена собирается в нижней части отделителя, а этилен, выделенный из полиэтилена, отводится по трубопроводу в отделение компрессии в ресивер (поз.Е-1) низкого давления.
Отделитель низкого давления (поз.О-2) представляет собой вертикальный, цилиндрический аппарат емкостью 5 м³, имеющим рубашку для обогрева паром с давлением до 20 кг/см².
Расплав полиэтилена из нижней части отделителя низкого давления (поз.О-2) поступает в экструдер (поз.Э-1). Экструдером (поз.Э-1) расплав полиэтилена подается в гранулятор (поз.Э-2), где нарезается на гранулы и охлаждается.
Уровень продукта в отделителе низкого давления (поз.О-2) поддерживается путем изменения производительности экструдера (поз.Э-1). Экструдер имеет 4 зоны нагрева-охлаждения (в том числе 3 зоны нагрева маслом одну зону охлаждения конденсатом). Электродвигатель экструдера постоянного тока, взрывозащищенный, в исполнении, «продуваемый». От зоны изотермической втулки экструдера производится отсос выделяющегося этилена вентилятором.
Из гранулятора (поз.Э-2) гранулы полиэтилена подхватывается конденсатом и транспортируются в предварительный сепаратор (поз.Ц-5), где происходит отделение основного количества конденсата.
Далее гранулы полиэтилена поступают в центробежную сушилку (поз.Сш-1), которая представляет собой центрифугу, из верхней части которой предусмотрен отсос влаги с помощью вентилятора. Давление в центрифуге (поз.Сш-1) и предварительном сепараторе (поз.С-5) атмосферное.
Гранулы полиэтилена в центробежной сушилке (поз.Сш-1) с помощью лопаток поднимаются в верхнюю часть сушилки, откуда по трубопроводу они поступают на качающееся сито (поз.СК-1), где происходит разделение гранул полиэтилена на три фракции. Мелкие и крупнее гранулы собираются в мешки, а стандартные пневмотранспортом направляются на дальнейшую обработку или на склад готовой продукции.
Конденсат из сборника, сепаратора (поз.Ц-5) и центробежной сушилки (поз.Сш-1) по общему коллектору поступает в конденсатную емкость (поз.ЕК-1) с объемом 2,5 м³.
Из емкости (поз.Ек-1) конденсатным центробежным насосом (поз.Н-8) конденсат подается в кожухотрубчатый, вертикальный холодильник (поз.Х-11), где охлаждается и направляется на головку гранулятора (поз.Э-2). Температура конденсата 80 °С, поддерживается с помощью трехходового клапана, направляющего часть конденсата через холодильник (поз.Х-11), а часть по байпасу. вредный вещество опасность давление
Перед пуском экструдера конденсат в емкости (поз.Ек-1) подогревается с помощью пара до нужной температуры. До пуска экструдера конденсат циркулирует, минуя головку гранулятора (поз.Э-2), чтобы не забить фильеру, и только в момент пуска конденсат направляются через головку гранулятора. [2]

Рисунок 1.1 – Технологическая схема производства. Отделение полимеризации.