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乙烯聚合生产安全

乙烯单体是易燃易爆物质,聚合反应在高压下进行,聚合反应又是个放热过程,如果反应条件控制不好,很容易引起事故。
  高压聚乙烯反应一般在130~300MPa压力下进行,反应过程流体的流速很快,停留于聚合装置中的时间仅为10秒钟到数分钟,温度保持在150~300℃。在这佯的高温高压下乙烯是不稳定的,能按下式裂解成碳、甲烷和氢等:
  C2H4→CH4+C  △H=128.54kJ/mol
  C2H4→2C+2H2  △H=36kJ/mol
  一旦发生裂解,裂解产生的热量可以使裂解过程进一步加速直到爆炸。因此,严格地控制反应条件是十分重要的。
  高压聚乙烯由于操作压力高、反应温度高,所以生产危险性很大。多年来,国内外都曾发生聚合反应器温度异常升高、分离器超压而发生火灾、压缩机爆炸以及反应器的管路中的安全阀喷火而后发生爆炸等事故。
  采用轻柴油裂解制取高纯度乙烯装置,产品从H2、CH4、C2H4等气体到裂解汽油、柴油、渣油等,都是可燃性气体或液体,炉区的最高温度达1000℃,而分离冷冻系统温度低到-169℃。反应过程以有机过氧化物作为催化剂,采用750L大型釜式反应器。乙烯属高压液化气体,即低临界温度液化气体(临界温度9.9℃),爆炸范围又宽,操作条件又是在高温超高压情况下进行,超高压节流减压又会引起温度升高,所有这些条件,都要求高压聚乙烯生产操作要在十分严格的情况下进行。
  聚合反应开始阶段或聚合反应进行阶段都会发生暴聚反应。所以设计时必须充分考虑到这一点。可以添加反应抑制剂或设安全阀(放到闪蒸槽中去)来解决。在紧急停车时聚合物可能固化,停车再开车时要注意管内是否堵塞。
  高压部分应有两重、三重防护措施,操作要求远距离,由压缩机出来的油严禁混入反应系统(油中含有空气,进入聚合系统形成爆炸混合物)。
  反应后的聚乙烯产物粘挂管壁发生堵塞是采用管式聚合装置的最大问题。由于堵管能够引起管内压力与温度的变化,甚至因局部过热引起乙烯裂解而成为爆炸事故的原因。解决这个问题,要采用加防粘剂或在设计聚合管时赋予流体以脉冲的方法等。
  聚合装置各点的温度反馈具有当温度超过临界值时逐渐降低压力的作用,用此方法来调节管式聚合装置的压力和温度。另一方面,可以采用振动器使聚合装置内的固定压力按一定周期有意的加以变动,利用振动器的作用使聚合装置内压力很快下降7~10MPa,然后再逐渐回复到原来压力。用此法使流体以脉冲方式使粘附在管壁上的聚乙烯除掉,反应可以在清洁的管壁上进行。
  在这一反应的系统中,添加催化剂必须严格控制,应装设连锁装置。即反应发生异常现象时,能降低压力并使压缩机停车。为防止因乙烯裂解产生爆炸事故,可采用控制有效直径的方法调节气体流速,在聚合管开始部分插入具有调节作用的调节杆,避免初期反应的突然爆发。
  由于乙烯的聚合反应热较大,如果加大聚合反应器时,单纯依靠夹套冷却或在器内通冷却蛇形管的方法是不够的。况且在器内加蛇形管很容易引起聚合物粘附,从而发生故障。清除反应热的较好办法是采用使单体或溶剂气化回流的方法,利用它们的蒸发潜热把反应热量带出。蒸发了的气体再经冷凝器或进一步通过压缩机进行冷却凝缩后回聚合釜,被冷却的液体返回之后又可除去反应热。
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