Главная страница
Навигация по странице:

  • Производство полиэтилена высокого давления Введение

  • § 1. Общие сведения о полиэтилене высокого давления

  • § 2. Физико-химические свойства применяемых видов сырья, материалов, полупродуктов и готовой продукции.

  • Этилен (СН

  • Пропан ( С

  • Кислород ( О

  • Вода охлаждающая (вода из водооборотной системы)

  • § 5. Сущность технологического процесса

  • Производство полиэтилена высокого давления Введение ОАО Казаньоргсинтез


    Скачать 69,79 Kb.
    НазваниеПроизводство полиэтилена высокого давления Введение ОАО Казаньоргсинтез
    Анкорootchet.docx
    Дата01.11.2019
    Размер69,79 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаootchet.docx
    ТипДокументы
    #14163
    страница1 из 2

    Подборка по базе: 5 Введение.docx.
      1   2




    Производство полиэтилена высокого давления

    Введение

    ОАО «Казаньоргсинтез» размещается в северо - западном промышленном узле г. Казани.

    С северной стороны от предприятия расположена компрессорная станция этиленопровода ОАО «Нижнекамскнефтехим» (ОАО «НКНХ»), с западной - ТЭЦ -3, с южной - различные организации строительной индустрии. Цех 93-96 завода «Полиэтилена высокого давления» (ПЭВД) расположен на территории промышленной зоны ОАО «Казаньоргсинтез.

    В состав производства цеха 93-96 входят:

    • узел приготовление рабочего газа (этилена в смеси с кислородом и пропаном) и ступенчатое компримирование его до рабочего давления;

    • узел дозировки кислорода;

    • узел дозировки пропана;

    • узел полимеризация этилена;

    • узел сепарации от непрореагировавшего газа, грануляция и станция анализов;

    • узел очистки и охлаждения газа рецикла высокого давления;

    • узел очистки и охлаждения газа рецикла низкого давления;

    • станция горячей воды;

    • станция гидроприводного масла;

    • узел компримирования азота;

    • факельная система.

    Цех 93-96 завода ПЭВД ОАО «Казаньоргсинтез» предназначен для получения полиэтилена высокого давления. Производство полиэтилена осуществляется на двух технологических потоках.

    Основной процесс получения исходного углеводородного продукта происходит под высоким давлением (до 290 МПа) и при высоких температурах (до 295 °С) в трубчатом реакторе непрерывного действия узла полимеризации полиэтилена. Высокая температура обеспечивается предварительной подготовкой сырья в компрессорах (работа сжатия) и экзотермической реакцией процесса полимеризации.

    Реакция полимеризации этилена управляется путем изменений концентраций инициатора – кислорода, который вводится в процесс в узле дозировки кислорода. Регулирование соотношения этилена и кислорода осуществляется так, чтобы максимальная массовая доля кислорода не превышала 5%.

    Регулирование свойств полиэтилена производится изменением технологических параметров и введением модификатора (в качестве модификатора используется пропан).

    В отделителях этилено-полиэтиленовая смесь разделяется на жидкую фазу (полиэтилен-расплав с растворенным в нем этиленом) и газовую фазу - возвратный газ высокого и низкого давления, которые отводятся на узлы очистки и охлаждения с последующим рециклом в реакцию полимеризации. Гранулят - полиэтилен получается после обработки расплава полиэтилена в экструдере и грануляторе, расположенных в корпусе 96.

    Станция горячей воды предназначена для получения горячей воды, вторичного пара и сбора-конденсата. Для связывания свободного кислорода и предохранения внутренней поверхности трубопроводов, рубашек реакторов и холодильников от коррозии в горячую воду периодически добавляется раствор «Хеламин» (концентрация раствора – до 0,5-1,0%).

    Станция гидравлики предназначена для обеспечения работы быстродействующих распределительных и регулирующих клапанов с гидроприводом. Станция состоит из двух частей по числу ниток, соединенных поперечными линиями по всасу и нагнетанию гидравлических насосов.

    Узел компримирования азота предназначен для сжатия азота с давлением 0,45МПа до 30,5 МПа, который в дальнейшем используется для продувки и опрессовки трубопроводов, аппаратов, компрессоров.

    Факельная система разделяется на системы высокого и низкого давлений. Факельная система предназначена для сброса газа при срабатывании аварийных программ, а также для сброса газа при продувках аппаратов и трубопроводов во время подготовки оборудования к пуску и останову на ремонт.

    § 1. Общие сведения о полиэтилене высокого давления

    Готовой продукцией данного производства является полиэтилен высокого давления (низкой плотности) с торговым названием "Казпэлен". Полиэтилен высокого давления является высокомолекулярным продуктом полимеризации этилена при высоких давлениях и температурах.

    Упрощенная химическая формула полиэтилена (-С2Н4-)п, где п - средняя степень полимеризации.

    Молекулярный вес полиэтилена высокого давления - 15000÷40000 а.е. м.

    По внешнему виду полиэтилен представляет собой твердое роговидное вещество молочно-белого цвета, на ощупь напоминающее парафин, полупрозрачное в пленках, без запаха.

    Базовые марки полиэтилена и композиции на их основе при комнатной температуре не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и не оказывают при непосредственном контакте влияния на организм человека. Полиэтилен горюч, будучи вынесенным из пламени продолжает гореть.

    Полиэтилен - полидисперсный продукт, т.е. в нем содержатся макромолекулы с различной длиной полимерной цепи и различной разветвленности, состоит из кристаллической фазы, обуславливающей высокую механическую прочность, и аморфной фазы, придающей хорошую эластичность и морозостойкость (до минус 60 °С) полиэтиленовым изделиям.

    Полиэтилен термопластичен. Температура его плавления (103÷110) °С. В нагретом состоянии из полиэтилена легче формуются изделия, устойчиво сохраняющие форму после охлаждения.

    Полиэтилен морозостоек, обладает высокой химической стойкостью. Устойчив к действию концентрированных кислот (кроме окисляющих) и щелочей, растворам солей, также к действию различных масел и растворителей. В таких растворителях, как бензол, толуол, диэтиловый эфир, четыреххлористый углерод, полиэтилен набухает, в результате чего ухудшаются его механические свойства. При температуре выше 60 °С полиэтилен начинает растворяться в алифатических и галогенированных углеводородах. Полярные растворители - спирты, органические кислоты, эфиры и растворы поверхностно-активных веществ могут вызвать уменьшение стойкости к растрескиванию. Окисляющие агенты и концентрированные кислородосодержащие кислоты действуют на полиэтилен с изменением его потребительских свойств. Полиэтилен незначительно адсорбирует влагу, практически непроницаем к проникновению водяных паров.

    Как один из лучших диэлектриков, полиэтилен имеет весьма низкие диэлектрические потери, низкую диэлектрическую постоянную, высокую электрическую прочность, высокое удельное электрическое сопротивление.

    В процессе эксплуатации при воздействии на полиэтилен тепла, ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха происходит его старение - ухудшаются физико-химические и диэлектрические свойства.

    Для предотвращения старения и сохранения, а также улучшения ценных свойств, в течение длительного срока эксплуатации в полиэтилен вводят различные стабилизаторы (противостарители) и добавки (предупреждающие слипание пленок, облегчающие скольжение, антистатические и др.).

    В качестве термостабилизаторов применяются ароматические амины и фенольные соединения: N, N1-дибета-нафтил-пара-фенилендиамин (диафен НН), 6 трет-бутил-4-метилфенол (Агидол 2) Ирганокс, Фенозан, Анокс и др.

    В качестве светостабилизаторов применяются тонкодиспергированный техуглерод (сажа), бензон ОА, фосфит П-24 и др.

    В атмосферных условиях под действием солнечных лучей нестабилизированный полиэтилен разрушается в течение 1,5-2 лет. При хорошем распределении сажи срок службы полиэтиленовых изделий увеличивается до 30 раз.

    Базовые марки полиэтилена (без добавок) и композиции на его основе могут выпускаться в гомогенизированном и негомогенизированном виде.

    Выпуск полиэтилена, предназначенного для изготовления различными методами переработки технических изделий и изделий широкого потребления, осуществляется по ГОСТ 16337-77 "Полиэтилен высокого давления".

    Выпуск полиэтилена, предназначенного для изготовления изделий, применяемых в кабельной промышленности, осуществляется по ГОСТ 16336-77 "Композиции полиэтилена для кабельной промышленности".

    Реализация полиэтилена, получаемого в процессе пуска производства, вывода технологических ниток на заданный режим, производится по ТУ 6-05-1853-78 "Пусковые партии ПЭВД".
    § 2. Физико-химические свойства применяемых видов сырья, материалов, полупродуктов и готовой продукции.
    Основным сырьем в цехе 93-96 являются этилен концентрацией не менее 99,9 % об., жидкий пропан концентрацией не менее 95% масс., газообразный кислород концен-трацией не менее 99,2 % об.
    Этилен (СН 2 = СН 2 ) – мономер для производства полиэтилена высокого давления.

    В обычных условиях представляет собой бесцветный газ, обладающий специфическим запахом.

    Молекулярный вес 28,05

    Плотность газообразного этилена (при 760 мм рт.ст.,0°С) 1,26 г/дм³

    Плотность по воздуху 0,98

    Температура кипения при 760 мм рт. ст. минус 103,8 °С

    Температура самовоспламенения 427 °С

    Критическое давление 50,3 кгс/см²

    Критическая температура 9,5°С

    Начало экзотермического разложения 350°С

    Концентрационные пределы распространения пламени в закрытом пространстве

    - нижний не менее 2,8 % об.

    - верхний не более 36,35 % об.

    Предельно-допустимая концентрация в воздухе

    производственного помещения 100 мг/м³.
    Этилен горючий и взрывоопасный газ наркотического действия, вызывает поражение нервной системы, ослабление дыхания, нарушение кровообращения, головную боль, потерю сознания.

    По степени опасности этилен относится к 4-му классу опасности.
    Пропан ( С3 Н8 ) - модификатор в производстве полиэтилена высокого давления

    Молекулярный вес 44,1

    Плотность (при 760 мм рт.ст. и 0°С) 2,019 г/дм³

    Плотность по воздуху 1,55

    Температура кипения минус 42,1° С

    Температура самовоспламенения 504,4 °С

    Температура плавления минус 189 °С

    Критическое давление 48,4 кгс/ см²

    Концентрационные пределы распространения пламени:

    - нижний 2,1 % об.

    - верхний 9,5 % об.

    Предельно- допустимая концентрация в

    воздухе производственных помещений 300 мг/м³
    Пропан горючий и взрывоопасный газ наркотического действия при высоких концентрациях .

    По степени опасности пропан относится к 4-му классу опасности
    Кислород ( О 2 )инициатор реакции полимеризации этилена.
    Кислород – бесцветный газ без запаха, активно поддерживает горение.

    Молекулярный вес 32

    Плотность (при 760 мм рт.ст. и 0°С) 1,429 кг/дм³

    Плотность по воздуху 1,11

    Температура кипения минус 183° С

    Критическое давление 45,7 кгс /см²

    Температура плавления минус218,8 °С
    Кислород не горюч и невзрывоопасен, однако, являясь сильным окислителем резко увеличивает способность других материалов к горению, с горючими газами образует взрывоопасные смеси. Масла в атмосфере кислорода самовозгораются.
    Азот (N2)– инертный газ. Применяется для проведения опрессовок и продувок
    оборудования при подготовке оборудования к ремонту и выводу из ремонта.
    Концентрационное содержание О2 в используемом азоте не более 0,1 % об.

    Молекулярный вес 25,02

    Температура кипения минус 195,7°С

    Температура плавления минус 210°С

    Плотность по воздуху 0,97
    Азот – негорючий, не взрывоопасный, не токсичный газ. Однако, накопление газообразного азота в рабочей зоне вызывает явление кислородной недостаточности и приводит к удушью.

    Вода охлаждающая (вода из водооборотной системы)
    В теплообменных аппаратах производства ПЭВД 3 очереди в качестве хлодоагента используется вода из оборотной системы водоснабжения с градирни №77. Данная вода подвергается реагентной обработке по технологии фирмы “NALCO”. Обработка оборотной воды предназначена для предотвращения коррозии и предупреждения образования накипи и биологических обрастаний в теплообменных аппаратах и трубопроводов. Для обработки оборотной воды используются реагенты NALCO 73400 – ингибитор коррозии и солеотложений, NALCO 73199 – ингибитор коррозии меди и медных сплавов, NALCO 8506 – биодиспергатор, гипохлорид натрия – окисляющее и обеззараживающее средство. Все продукты относятся к классу умеренно опасных веществ, при обращении с ними требуется соблюдение мер безопасности и использование оборотной воды строго по назначению. Не допускать использование реагентно обработанной оборотной воды в бытовых, хозяйственных целях и слива оборотной воды на открытый грунт, открытые водоемы, кроме норм. сброса в канализацию, предусмотренного технологическим регламентом. В случае разгерметизации системы оборотной воды поставить в известность персонал цеха водоснабжения и канализации , цеха очистных сооружений и внешних коммуникаций.

    Качество оборотной воды должно соответствовать требованиям техрегламента по водоподготовке цеха водоснабжения и канализации.

    РН - 7,7-8,3

    Щелочность - (100-200) мг/дм3 СаСО3

    Жесткость (общая) - (100-1000)мг/дм3 СаСО3

    Жесткость (кальций) - (100-800) мг/дм3 СаСО3

    Железо - не более 2,0 мг/дм3

    Взвешенные вещества - не более 10,0 мг/дм3

    ХПК - не более 100 мг О2/дм3

    Микробиологический тест - не более 104 кол/мл

    Скорость коррозии - не более 0,1 мм/год

    Готовая продукция.
    Готовым продуктом производства ПЭВД является полиэтилен - гранулят.

    Полиэтилен – гранулят – (СН 2 –СН 2) п – твердый бесцветный продукт.
    Температура плавления - (103-110) °С

    Плотность – (0,92 – 0,93 ) г/см³

    Насыпной вес – 500 г/л
    При нагревании ПЭВД в процессе переработки выше 140 °С возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в т.ч. формальдегид, окись углерода.

    При поднесении открытого огня полиэтилен загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплава и выделение вышеперечисленных продуктов.

    Температура воспламенения полиэтилена около 300 °С

    Температура самовоспламенения около 400 °С

    Начало экзотермического разложения – выше 290°С
    Базовые марки полиэтилена при комнатной температуре не выделяют в окружающую среду токсичных веществ, при непосредственном контакте влияния на организм человека.

    При затаривании, механической обработке, пневмотранспортировке гранулированного ПЭВД возможно образование мелкой пыли, которая взрывоопасна.

    Предел распространения пламени аэровзвеси п/э 20 г/м,³

    ПДК п/э пыли в воздухе производственных помещений 10 мг/м.³

    Класс опасности 4


    § 3. Получение

    Для полиэтилена сырьем является газ этилен. Путем полимеризации этилена при низких и высоких давлениях, получается полиэтилен. Зачастую полиэтилен производится в виде гранул (ø 2-5 мм.), реже - в виде порошка. Полиэтилен причисляют к классу полиолефинов. Основные два вида полиэтиленов: Полиэтилен Высокой Плотности (то же, что и Низкого Давления); Полиэтилен Низкой Плотности (то же, что и Высокого Давления). Есть еще несколько подклассов полиэтилена.

    Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД) или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) – получают при высоких давлениях. В промышленности процесс полимеризации этилена происходит в автоклавном или трубчатом реакторах. Например, в трубчатом реакторе реакция проходит по радикальному механизму. При воздействии с кислородом или пероксидами (бензоила, лаурила), используемых в качестве инициатора. Этилен в смеси с инициатором, нагретый до 700˚С и сжатый до 25 МПа, поступает в первый отсек реактора, где поддается нагреву до 1800˚С, постепенно перемещается во вторую зону, где, при давлении 150-300 МПа и температуре 190˚С-300˚С, полимеризуется. Время пребывания этилена в реакторе в среднем колеблется от 70 до 100 секунд. В зависимости от типа инициатора и его количества, средняя степень превращения 18-20%. На следующем этапе удаляется из полиэтилена, этилен, который не прореагировал. Расплав гранулируют, охладив до 180˚С-190˚С. На следующем этапе, гранулы охлаждают водой до 60˚С-70˚С, упаковывают в мешки, предварительно просушив их теплым воздухом. Гранулы товарного полиэтилена высокого давления могут быть окрашенными и неокрашенными.
    § 4. Область применения
    Благодаря своим свойствам, легкости переработки, а также доступности и дешевизне сырья, полиэтилен находит очень широкое применение в народном хозяйстве.

    Полиэтилен обладает высокими диэлектрическими свойствами, это незаменимый материал для изоляции гибких и эластичных кабелей, применяемых в электротехнике и радиотехнике. Кроме того, полиэтилен находит очень широкое применение в сельском хозяйстве, медицине, машиностроении, строительстве и других отраслях. Это трубы, пленки для мешков под удобрения и другие материалы, сосуды и бутыли, игрушки, изделия бытового назначения, упаковочные материалы и т. д.

    § 5. Сущность технологического процесса
    Цех получения полиэтилена низкой плотности (высокого давления) состоит из отделений компрессии и полимеризации. Приготовление рабочего газа и его компримирование до давления полимеризации происходит в отделении компрессии. Процесс полимеризации, отделение непрореагировавшего этилена и гранулирование полиэтилена происходит в отделении полимеризации.

    Дальнейшая обработка полиэтилена производится в цехе обработки готовой продукции.

    Реакция полимеризации этилена управляется путем изменений концентраций инициатора - кислорода, модификатора - пропана и автоматического регулирования температуры процесса, путем изменения давления в реакторе.

    Реакция полимеризации является экзотермической (с выделением тепла). Тепло полимеризации частично отводится путем теплообмена охлаждающей водой на станцию горячей воды, частично воспринимается смесью газа с полиэтиленом. Добавляемый по длине реактора холодный газ повышает долю теплосъема и тем самым конверсию.

    Качество полиэтилена зависит, в основном, от плотности и индекса расплава. Плотность определяется давлением в реакторе, индекс расплава регулируется концентрацией вводимого пропана.

    Реакция полимеризации этилена является цепной, радикальной, экзотермической. Инициатором реакции служит кислород. Упрощенно превращение этилена происходит по реакции:

    п С2Н4 → (−СН2−СН2−) п + около 800 ккал/кг

    Этилен устойчив до (350 - 400) °С, выше этой температуры он начинает разлагаться на метан и углерод или углерод и водород:

    С2Н4 → СН4 + С

    С2Н4 → 2С + 2Н2,

    что наблюдается при термическом распаде этилена при его полимеризации в слишком жестких условиях. Вследствие этого, необходимо избегать повышения температуры реакции.

    Реакция полимеризации этилена протекает в три стадии:

    инициирование, рост цепи, обрыв цепи.

    Инициирование - присоединение молекулы этилена к первичному радикалу.

    Инициирование процесса заключается в образовании свободных радикалов под действием катализатора полимеризации (кислорода) при условии одновременного воздействия температуры и высокого давления

    R катализатор = R

    t, P

    R + СН2 = СН2 → R − СН22

    Действие температуры сообщает молекулам мономера требуемую энергию активации, при которой они становятся способными присоединять новые молекулы мономера, передавая им энергию активации и начиная., таким образом, рост цепи полимера.

    Рост цепи состоит в том, что к активному радикалу быстро и последовательно присоединяются молекулы этилена, образуя растущую прямую цепь с ненасыщенной активной концевой группой.

    R − СН22 + СН2 = СН2 → R − СН2 − СН2 − СН22 и так далее.

    Обрыв цепи - взаимодействие двух растущих радикалов с образованием одной или двух неактивных молекул полиэтилена рекомбинацией или диспропорционированием.

    Обрыв полимерной цепи заключается в уничтожении активных конечных звеньев вследствие рекомбинации или диспропорционирования. Рекомбинацией называется соединение двух цепей с ненасыщенными концевыми группами:
    R − СН22 + − СН2 − СН2 − R1 → R − СН2 − СН2 − СН2 − CН2 − R1

    Диспропорционирование состоит в акте передачи атома водорода с образованием двух молекул полимера с насыщенной и ненасыщенной концевой группой.

    R − СН2 − ĆН2 − + R1 − СН2 − СН2 − → R − СН2 − СН3 + R1 − СН = СН2



     

    Для сохранения заданного молекулярного веса полиэтилена при использовании повышенных давлений реакции в качестве агента переноса цепи используется пропан. При взаимодействии растущего полимерного радикала (R) с молекулой пропана образуется новый радикал, который начинает новую цепь и ограничивает возможность роста полимерной цепочки.

    R − СН22 + СН3 − СН2 − СН3 → R − СН2 − СН3 + СН3 − СН3



     

    Реакционная способность вновь образованного радикала значительно ниже и он почти не вступает в реакцию роста цепи. Использование агентов передачи цепи приводит к увеличению плотности полиэтилена и улучшению качества пленки за счет снижения длинноцепных разветвлений.

    За счет передачи цепи могут образоваться цепи с боковыми ответвлениями: длинноцепными или короткоцепными. Молекулы с длинной боковой ветвыо могут образоваться за счет межмолекулярной передачи цепи на полимер:

    R − СН22 + R1 − СН2 − СН2 − R2 → R − СН2 − СН3 + R1 − СН2− R2



     

    Вторичный радикал способен к дальнейшему росту с образованием длинноцепных ответвлений.

    R1 CН − СН2 − R2 + СН2 = СН2 → R1 − СН − СН2 − R2



    СН2



    2

    и так далее до образования длинной ветви R1 − CН − СН2 − R2

    !
    СН2 − СН2 − R3

    Короткие боковые ветви получаются за счет внутримолекулярной передачи цепи на полимер:

    R − СН2 − CН2 − СН2 − СН2 − CH2 2 → R CН и далее



    

    (СН2)4



    3
    R CН + СН2 = СН2 → R − СН − СН22



    (СН2)4 (СН2)4



    33

    Основная цепь растет далее обычным образом.

      1   2


    написать администратору сайта