О процессе полимеризации пропилена

ЦЕНТР РАЗВИТИЯ РАБОЧИХ

ООО «ТОБОЛЬСК-ПОЛИМЕР»

 

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

 

«РАЗВИТИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ»

 

ФИО участника:

_____________________________

_____________________________

Тобольск, 2014 г.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

О ПРОЦЕССЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ПРОПИЛЕНА

ХИМИЗМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ПРОПИЛЕНА. СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ВВЕДЕНИЕ

 

В начале 50-х годов в трех различных лабораториях практически одновременно было сделано открытие процессов полимеризации этилена при низких давлениях с использованием твердых катализаторов, до этого времени кристаллические полимеры a- олефинов не были известны. Развитие работ в области полимеризации олефинов в присутствии металлорганических катализаторов Циглера — Натта в 1954 г. привело к синтезу полипропилена. Основные работы по полимеризации пропилена были выполнены Натта с сотрудниками. Высокомолекулярный полипропилен был синтезирован в присутствии нерастворимого катализаторного комплекса, образованного триэтилалюминием (С₂Н₅)₃Аl и треххлористым титаном. Натта с сотрудниками показали, что при полимеризации пропилена в растворе парафинового углеводорода, например гептана, в присутствии катализаторного комплекса образуется кристаллический полипропилен стереорегулярного строения

(— СН₂—СН —)_n.

ï

СН₃

Полимер называют стереорегулярным, если последовательность фрагментов является регулярной, т. е. молекула может быть описана единственным типом звеньев в единственной последовательности их расположения.

В данной главе обсуждаются химические процессы, протекающие при полимеризации пропилена с использованием каталитической системы CDi.

ЗАВИСИМОСТЬ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВОБРАЗУЮЩИХСЯ ПОЛИМЕРОВ

ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ. ВЕЩЕСТВА, ОТРАВЛЯЮЩИЕ КАТАЛИЗАТОР И СНИЖАЮЩИЕ АКТИВНОСТЬ КАТАЛИЗАТОРА. РЕАКЦИИ МЕЖДУ ТРИЭТИЛАЛЮМИНИЕМ И КАТАЛИТИЧЕСКИМИ ЯДАМИ

Пропилен

 

Компонент

Единица измерения

Спецификация на границе установки

Спецификация компании INEOS

 

Пропилен	масс. % мин.	99,5	99,5
Пропан	масс. % макс.	0,5 (остальное)	0,5 (остальное)
Этан	ppm масс. макс.	(1)	(1)
N2 + CH4	ppm масс. макс	(1)	(1)
Этилен	ppm масс. макс	(2)	(2)
Сумма не C3= ненасыщенных	ppm масс. макс	(2)	(2)
Ацетилен	ppm масс. макс	(2)	(2)
Метилацетилен	ppm масс. макс	7 (2)	7 (2)
Пропадиен	ppm масс. макс	7 (2)	7 (2)
Пропин	ppm масс. макс	(2)	(2)
Бутадиен	ppm масс. макс	8 (2)	8 (2)
Бутаны	ppm масс. макс	(1)	(1)
Пентан	ppm масс. макс	(1)	(1)
C5 плюс (зеленые масла)	ppm масс. макс
Гексан + Нонен	ppm масс. макс
Водород	ppm масс. макс
Диоксид углерода	ppm масс. макс	2,0	2,0
Кислород (молекулярный)	ppm масс. макс	1,0	1,0
Вода	ppm масс. макс	1,0	1,0
Метанол	ppm масс. макс	1,0	1,0
Изопропанол	ppm масс. макс	5,5	5,5
Монооксид углерода	ppb масс. макс
Сера (элементарная)	ppb масс. макс
Сернистый карбонил (COS)	ppb масс. макс
Сероводород	ppb масс. макс
Арсин	ppb масс. макс
Фосфин	ppb масс. макс
Аммиак	ppm масс. макс
Хлоридов всего	ppm масс. макс	-	-

 

Примечания:	(1)	Всего инертных (N2, CH4, C2H6, изобутан, н-бутан): 540 * ppm масс. макс.
	(2)	Всего непропиленовых ненасыщенных соединений (ацетилен, этилен, метилацетилен, аллен, пропин, бутадиен, бутен): 50 * ppm масс. макс.

Водород

 

Компонент

Единица измерения

Спецификация на границе установки

Спецификация компании INEOS

 

Водород	% об. мин	99,99	85 - 90
Метан	% об. макс.	10 * ppm об.	Остальное
Ацетилен	ppm об. макс.		-
C3+	ppm об. макс.
Кислород	ppm об. макс.
Различные C2	ppm об. макс.
NH3	ppm об. макс.
CO / CO2	ppm об. макс.
Вода	ppm об. макс.
Сера	ppm об. макс.		-
Азот	ppm об. макс.
Ртуть	ppm об. макс.
Олефины	ppm об. макс.

Катализатор CDi

 

Компонент	Спецификация
Магний (Mg)	17,0 - 20,6 масс. %
Титан (Ti)	1,6 - 2,6 масс. %
Ди-н-бутилфталат (ДБФ)	13 - 16 масс. %
Хлорид (Cl)	45 - 70 масс. %
Физические свойства	Типичные данные
Плотность в сухом состоянии	780 ± 60 кг/м3
Плотность суспензии	1020 кг/м3
Вязкость суспензии	~2000 сПз
Средний размер частиц d50	17-20 мкм

Триэтилалюминий (TEAl)

 

Компонент	Спецификация
Al(C2H5)3, мол. масса = 114,16	Мин. 94 масс. %
Алюминий в Al(C2H5)3	Мин. 22,9 масс. %
Гидрид (в виде AlH3)	Макс. 0,1 масс. %
Три-н-булилалюминий	Макс. 5,0 масс. %
Физические свойства	Типичные данные
Внешний вид	Прозрачная бесцветная жидкость
Температура плавления	-52°C
Плотность при 25°C	834 кг/м3
Вязкость при 25°C	2,60 сПз
Удельная теплоёмкость при 25°C	0,494 кал/г °С

 

Диизобутилдиметоксисилан (ДИБДМС)

 

Компонент	Спецификация
(C4H9)2(OCH3)2Si, мол. масса=204,39	Мин. 97 масс. %
Метанол	Макс 0,1 масс. %
Хлорид	Макс. 10 частей на миллион по массе
Физические свойства	Типичные данные
Внешний вид	Прозрачная жидкость
Плотность при 20°C	869,6 кг/м3
Температура кипения при 1025 гПа	188°C
Температура вспышки (в закрытом тигле)	62°C
Давление паров при 23°C	0,75 гПа

Минеральное масло

Компонент	Спецификация
Сухое минеральное масло	Макс. 28 частей на миллион по массе
Физические свойства	Типичные данные
Вязкость по Сейболту при 38°C
Удельный вес при 15,6°C	0,885
Плотность	883 кг/м3
Температура вспышки	204°C
Температура застывания	-23°C
Запах	Нет
Интервал кипения	349°C – 511°C

Кислород

При небольшой концентрации кислорода (молярное отношение O₂/Al << 0,5), как показано ниже, кислород вступает в реакцию с триэтилалюминием с образованием этоксида диэтилалюминия:

 

Если отношение O₂/Al стремится к значению 1,0, то вторая связь Al-Et у триэтилалюминия реагирует с O₂ с образованием в конечном итоге диэтоксида этилалюминия:

 

В целом,

 

Как следует из данной реакции, для нейтрализации (т.е., удаления) 1 кг кислорода требуется 3,6 кг TEAl.

Такая реакция может оказаться очень важна на участке окончательной обработки продукции, если остаточный триэтилалюминий не деактивировался в продувочной колонне. Промежуточным соединением является пероксид, который быстро распадается с образованием других указанных соединений, являющихся более стабильными. Однако образование пероксида может привести к разрушению полимериной цепи и добавки, если данная реакция окажется преобладающей по отношению к реакции гидролиза. Оба побочных продукта реакции (этоксиды) будут взаимодействовать с водой с образованием этана, этанола и гидроксида алюминия.

 

Вода

Вода бурно реагирует с триэтилалюминием с образованием гидроксида алюминия и этана:

гидроксид алюминия

Как следует из данной реакции, для удаления 1 кг воды требуется 2,1 кг TЭА. В момент образования гидроксид алюминия представляет собой гелеобразное клейкое твердое вещество, которое обычно присутствует в материале, оседающем на внутренних стенках емкостей и трубопроводов. После высыхания гидроксид алюминия имеет вид мелкодисперсного белого порошка, по своей консистенции напоминающего тальк.

При небольшой концентрации воды (например, при отношении H₂O/Al < 0,5), могут образовываться алюмоксаны, представляющие собой вязкие жидкости со смесью линейных, циклических и клеточных структур. Считается, что в основном в алюмоксанах присутствует циклический тример:

2 (C₂H₅)₃Al + H₂O {[(C₂H₅)₂Al]₂O}_n + 2C₂H₆

Если отношение H₂O/Al = 1, то образуется этилалюмоксан:

(C₂H₅)₃Al + H₂O [(C₂H₅)AlO]_n + 2C₂H₆

Хотя алюмоксаны в чистом виде также являются самовоспламеняющимися веществами, они не столь химически активны, как триэтилалюминий.

Силан

Используемые в каталитической системе CDi внешние доноры на основе силана являются очень сильными каталитическими ядами, если позволить им напрямую контактировать с катализатором. При этом возможно снижение производительности катализатора более чем на 50%. Обычно силан не контактирует с катализатором, поскольку он загружается в реактор вместе с триэтилалюминием отдельно от катализатора. При взаимодействии силана с триэтилалюминием быстро образуется их комплексное соединение (1:1), а поскольку ТЭА всегда присутствует в избыточном количестве, свободный силан, способный вступать в реакцию с катализатором, отсутствует. Однако следует производить загрузку сокатализатора и донора с осторожностью, следя за тем, чтобы силан не попадал в систему подачи катализатора напрямую или косвенным путем (например, через емкость для хранения минерального масла).

Общие положения

Технологические потоки содержат углеводороды, которые чрезвычайно огнеопасны. Все углеводороды способны образовывать легковоспламеняющиеся, взрывоопасные смеси с воздухом. Эти материалы могут вызывать удушье вследствие вытеснения кислорода, но они не считаются высокотоксичными.

Компоненты системы катализатора, которая включает в себя катализатор, сокатализатор и донор, являются токсичными и/или огнеопасными. Чтобы избежать угрозы безопасности, при обращении с этими материалами следует соблюдать надлежащие меры предосторожности и процедуры обеспечения безопасности.

Пропилен

Опасности при обращении с пропиленом проистекают главным образом из-за его чрезвычайно высокой воспламеняемости. Все источники тепла и воспламенения (например, открытый огонь, искры) должны быть удалены от пропилена. Для обнаружения утечек ни в коем случае нельзя использовать пламя – используйте для этого мыльный раствор. При работе с пропиленом, а также в местах, в которых могут содержаться пары пропилена, нельзя использовать искрящие двигатели или другое оборудование не во взрывобезопасном исполнении. При атмосферных условиях пропилен тяжелее воздуха, и его утечка в окружающую среду может долго не рассеиваться (до неогнеопасных концентраций) в маловетреных условиях.

Если произошло возгорание пропилена, то прежде чем приступать к тушению огня, следует устранить источник пропилена, чтобы предотвратить накопление взрывоопасных паров. После того как источник устранен, для тушения любого оставшегося очага возгорания можно применять обычные методы (воду, порошок и т.д.).

Нахождение в зоне воздействия сжиженного под давлением пропилена также представляет значительную опасность. Жидкий пропилен быстро испаряется, создавая чрезвычайно низкие температуры, что, в свою очередь, может вызывать подобные обморожению термические травмы при контакте с любыми частями тела.

Пропилен классифицируется как простое вещество удушающего действия и анестетик. Он рассматривается как слабый анестетик (для проявления заметного физиологического эффекта необходимы высокие концентрации). Симптомы воздействия включают состояние нечувствительности и неупорядоченное сердцебиение. Высокие концентрации могут также привести к летальному исходу вследствие уменьшения содержания кислорода в воздухе. Пропилен не имеет каких-либо значительных токсических свойств.

Катализатор CDi

Катализатор CDi состоит в основном из TiCl₄ и внутреннего донора (фталата) на подложке MgCl₂. Когда катализатор подвергается воздействию воздуха, TiCl₄ начинает медленно реагировать с любой влагой в воздухе, выделяя пары хлороводорода (HCl). Если залить это место водой, вода будет гидролизировать TiCl₄. Если катализатор контактирует с кожей, он является раздражающим веществом; он также реагирует с влагой на коже с выделением HCl, вызывая ожоги. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избегать воздействия паров HCl. Во время разгрузки катализатора аварийный душ и щиток для защиты лица должны быть наготове. Полимеризационная активность катализатора значительно понижается вследствие реакции с кислородом, водой или диоксидом углерода. Поэтому хранение и разгрузка катализатора должны проводиться под атмосферой азота.

Триэтилалюминий (ТЭА)

ТЭА представляет собой прозрачную, бесцветную жидкость. ТЭА является самовоспламеняющимся соединением; поэтому, неправильное обращение с ним создает угрозу безопасности. ТЭА бурно реагирует при контакте с кислородом, водой или соединениями, содержащими активный водород (такими как спирты и кислоты). Реакция становится менее бурной при разбавлении ТЭА; при концентрациях менее 50% (масс.) в минеральном масле ТЭА считается не самовоспламеняющимся – но по-прежнему огнеопасным и реакционноспособным. В более легких растворителях, таких как гексан, концентрация ТЭА, необходимая для получения несамовоспламеняющегося раствора, намного ниже (около 15% масс.). В качестве меры предосторожности, устройства для сбора и нейтрализации отходов ТЭА спроектированы так, чтобы иметь не более 15% (масс.) ТЭА в более тяжелом растворителе, т.е. в минеральном масле. При реакции ТЭА с водой и воздухом выделяется огнеопасный газообразный этан.

При контакте с тканями тела ТЭА реагирует непосредственно с присутствующей в них влагой и вызывает тяжелые ожоги. Поэтому любой контакт с ним недопустим. Именно поэтому во время использования контейнера с ТЭА хранятся в закрытых помещениях. При погрузке или подсоединении контейнеров также необходимо применять соответствующие средства защиты.

Для борьбы с возгораниями ТЭА наиболее эффективным средством огнетушения является сухой химический порошок. Могут также использоваться вермикулит, песок и углекислый газ. При тушении пожара необходимо проявлять чрезвычайную осторожность, так как после тушения огня может возникнуть повторное возгорание. Нельзя вдыхать пары от разливов ТЭА, а жидкость не должна вступать в контакт с кожей из-за риска получения сильных ожогов. Поэтому, необходимо носить средства индивидуальной защиты. Разлитый материал не следует рассеивать струей воды высокого давления; если приходится пользоваться водой для ликвидации разлива ТЭА, то необходимо проявлять чрезвычайную осторожность, а вода должна быть собрана в обвалованном участке для последующей утилизации.

Силан

Диизобутилдиметоксисилан (ДИБДМС) и изобутилметилдиметоксисилан (ИБМДМС) представляют собой прозрачные, огнеопасные жидкости. ИБМДМС обычно поставляют в виде 50% (масс.) смеси в минеральном масле. Если произойдет разлив, необходимо устранить источники воспламенения. Эти силаны являются устойчивыми соединениями, но они реагируют с водой или окислителями. ДИБДМС и ИБМДМС могут реагировать с водой с образованием метанола.

В случае выброса или разлива, материал должен быть укрыт и абсорбирован с использованием подходящих материалов, таких как песок, опилки или вермикулит. Поскольку в случае возгорания могут образовываться раздражающие и/или токсичные газы в качестве продуктов разложения, необходимо носить соответствующие средства защиты.

Эти силаны являются раздражающими веществами для кожи и глаз. Любые места контакта следует промыть обильной струей воды. Продолжительное вдыхание вызывает головокружение и головную боль.

Минеральное масло

Катализатор CDi будет поставляться и подаваться в установку в виде суспензии в минеральном масле. Минеральное масло представляет собой прозрачный, горючий жидкий углеводород. Оно не опасное и нетоксичное. Не имеется каких-либо отрицательных побочных эффектов, связанных с контактом с минеральным маслом, и для обращения с минеральным маслом не требуется никаких специальных средств защиты. Считается, что минеральное масло разлагается микроорганизмами, но оно также считается загрязнителем, если оно сбрасывается в воду или в воздух. Возгорание минерального масла может быть потушено с использованием любых обычных средств. Разливы следует очищать с использованием абсорбирующих материалов.

Водород

Водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. Он не является токсичным, но может действовать как удушающее вещество из-за вытеснения кислорода из воздуха в количестве, необходимом для поддержания жизни. Широкий диапазон воспламеняемости и малое количество энергии, требуемое для воспламенения смеси водорода с воздухом, приводят к необходимости специальных правил обращения с водородом. Смесь водород-воздух при воспламенении горит со взрывной силой и очень чистым, почти невидимым пламенем. Пределы воспламеняемости водорода в смеси с воздухом и азотом приведены в его паспорте безопасности.

Если происходит возгорание водорода, то прежде чем приступить к тушению пожара, необходимо ликвидировать источник поступления газа, чтобы предотвратить накопление взрывоопасных газовых смесей. После ликвидации источника, для тушения любого оставшегося очага горения можно применять любые обычные средства (воду, порошок и т.д.).

Жидкий водород мгновенно испаряется, создавая чрезвычайно низкие температуры, которые при контакте с любыми тканями организма причиняют термические травмы, подобные обморожению.

Азот

Азот представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. Он не горит и не поддерживает горение. Он не токсичен, но действует как вызывающее удушение вещество путем вытеснения кислорода из воздуха. Там, где содержащие азот трубопроводы или оборудование располагаются в замкнутом помещении или даже в шкафу управления или в другом частично замкнутом строении, существует возможность создания атмосферы с дефицитом кислорода. Аналогичным образом, во время технического обслуживания или подготовки к пуску технологическое оборудование продувается азотом, что создает атмосферу с дефицитом кислорода внутри аппарата. Вхождение внутрь оборудования после создания в нем атмосферы инертного газа должно тщательно контролироваться. Имеется также потенциал образования зоны с дефицитом кислорода за пределами аппарата, вблизи точек выхода отходящих газов и открытых смотровых люков и фланцев. Опасно входить в заполненный азотом аппарат без использования кислородного дыхательного прибора, или же без предварительной продувки аппарата воздухом. Когда человек входит в атмосферу, лишенную кислорода, уровень кислорода в артериальной крови падает до низкого уровня в течение 5 – 7 секунд. Через 10-12 секунд следует потеря сознания, и если человек не получит доступа к кислороду в течение 2–4 минут, наступает остановка сердца и смерть. Обратите внимание на то, что перенесение пострадавшего или находящегося без сознания лица из атмосферы азота на свежий воздух недостаточно для того, чтобы пострадавший пришел в себя – для восстановления подачи кислорода в мозг пациенту необходимо получить физическое искусственное дыхание.

типичные физиологические реакции на дефицит кислорода

 

Содержание кислорода (об. %)	Эффекты и симптомы
23,5	Максимальный «безопасный уровень»
	Типичная концентрация O2 в воздухе
19,5	Минимальный «безопасный уровень»
15-19	Первые признаки гипоксии. Уменьшенная способность работать интенсивно. Возможное появление ранних симптомов у лиц с проблемами с сердечно-сосудистой системой или с легкими.
12-14	Усиливается дыхание с напряжением, возрастает частота пульса, ухудшается мышечная координация, восприятие и суждения.
10-12	Дальнейшее возрастание частоты и глубины дыхания, слабая ориентация в обстановке, посинение губ.
8-10	Потеря сознания, обморок, бессознательное состояние, лицо мертвенно-бледное, посинение губ, тошнота, рвота, неспособность свободно двигаться.
6-8	6 минут – 50% вероятность смертельного исхода 8 минут – 100% вероятность смертельного исхода
4-6	Кома через 40 секунд, конвульсии, прекращение дыхания, смерть

Кислород

Кислород используется для отравления катализатора во время процедуры аварийного останова, а также во время производства некоторых специальных марок продукта для замедления начальной скорости реакции катализатора. Он поставляется в баллонах в виде смеси с азотом с концентрацией 4,5% (мольных). Поскольку кислород является эффективным каталитическим ядом и, следовательно, хорошим агентом для контроля скорости реакции, его использование создает проблемы с безопасностью вследствие возможности образования огнеопасных смесей. Типичный уровень кислорода в процессе с рециркуляцией газовой фазы составляет 1-8 частей на миллион по объему, что не представляет никакой опасности.

 

В холодном климате операторы должны быть постоянно начеку, чтобы не допустить повреждения оборудования или опасностей из-за замерзания воды. Если установку останавливают в холодную погоду, то линии подачи воды, которые нормально были бы заглушены и наполнены водой, должны быть слиты и перекрыты. Необходимо тщательно слить воду из насосов и другого оборудования. Остановленные паропроводы и паровое оборудование также должны быть тщательно слиты, чтобы удалить конденсат, который может замерзнуть и повредить оборудование.

 

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ: Р-21101, Р-21102/03, Р-21201/03)

 

 

Общее представление

В состав секции 211/221 входит оборудование, предназначающееся для выгрузки и подачи катализатора, сокатализатора и донора, хранения минерального масла, а также хранения отработанных материалов. Компоненты каталитической системы подаются в реактор двумя отдельными потоками: потоком основного катализатора, представляющим собой суспензию катализатора CDi в минеральном масле, и потоком смеси сокатализатора и донора. Для обеспечения хорошего факела струи из форсунки в каждом потоке создается дополнительный напор за счет добавления пропилена. Минеральное масло используется для промывки оборудования перед проведением технического обслуживания, а также в некоторых случаях для разбавления донора.

Для активации и дальнейшего использования катализатора CDi он должен прореагировать с сокатализатором и внешним донором. В качестве сокатализатора используется триэтилалюминий (ТЭА), в качестве донора используются диизобутилдиметоксисилан (ДИБДМС) и изобутилметилдиметоксисилан (ИБМДМС). ДИБДМС обычно применяется при производстве гомополимеров, а при производстве некоторых марок пленочной продукции из ориентированного полипропилена, для придания им повышенной растворимости используются растворы ДИБДМС, ИБМДМС или их смесь.

Выгрузка и подача донора

Готовый к использованию донор (ДИБДМС) поставляется в контейнерах или бочках. Из контейнеров донор может непосредственно подаваться в реактор.

Емкость альтернативного донора V-21103 предназначается для промежуточного хранения донора, например, в тех случаях, когда тот поставляется в бочках. Донор из бочеквыгружается в емкость V-21103 посредством насоса P-21107.

Донор подается в реактор непосредственно из одного из транспортировочных баллонов или из емкости V-21103 при помощи одного из двух насосов подачи донора P-21103 A/B.

При производстве основных марок гомополимерной продукции для обеспечения необходимого молярного отношения подаваемых триэтилалюминия и силана (Al/Si) может использоваться неразбавленный донор ДИБДМС. Однако при производстве некоторых марок пленочной полимерной продукции, например, ориентированного полипропилена (ОПП), может потребоваться обеспечить значительно более высокие отношения Al/Si (до 45). В таких условиях применение неразбавленного донора обусловит слишком малый расход, не позволяющий подающим насосам работать в нормальном режиме. Во избежание возникновения подобной ситуации используется раствор донора в минеральном масле (с содержанием ДИБДМС 20% масс.), что дает возможность обеспечить высокое отношение Al/Si и сохранить приемлемый для насосов расход. Кроме того, при производстве некоторых марок полимерной продукции в подаваемый в реактор 20% (масс.) раствор ДИБДМС в минеральном масле добавляется раствор донора ИБМДМС в минеральном масле (с содержанием ИБМДМС 50% масс.). В данном случае оба насоса подачи донора P-21103 A/B работают параллельно, причем один из них осуществляет подачу одного донора из контейнера, другой - подачу другого донора из емкости V-21103.

Расход насоса подачи алкила устанавливается пропорционально заданному значению расхода насоса подачи катализатора, а расход насоса подачи силана устанавливается пропорционально заданному значению расхода насоса подачи алкила. Чтобы добиться наличия у продукции хороших свойств, очень важно тщательно контролировать указанные отношения. Потоки алкила и силана на выходе соответствующих подающих насосов объединяются в одном трубопроводе, по которому образовавшаяся смесь вместе с потоком жидкого пропилена доставляется в реактор. Аналогично насосам подачи алкила, расход насосов подачи силана контролируется частотно-регулируемым электроприводом, соединенным с регулятором расхода.

Создание азотной подушки

Рабочее давление для емкости катализатора задается выше рабочего давления для емкостей силана, которое, в свою очередь, выше рабочего давления для емкости алкила.

 

 

Промывка пропиленом

Все линии подачи катализатора или сокатализатора, идущие к реактору, непрерывно промываются жидким пропиленом, что позволяет избежать засорения распылительных форсунок на входе в реактор. Для частиц катализатора и сокатализатора пропилен также выступает в качестве носителя, обеспечивающего их ускоренную доставку от насоса к реактору. Рекомендуемые заданные значения расхода для данных регуляторов приводятся ниже:

 

Промывка	Расположение	Заданное значение расхода (кг/ч)
FIC-006	Линия подачи катализатора
FIC-007	Линия подачи катализатора
FIC-014	Линия подачи сокатализатора

 

Противопожарная защита

Трубопроводы и оборудование для хранения и подачи триэтилалюминия обернуты пластмассовыми трубками, внутри которых находится сжатый воздух. В случае утечки TЭА и возникшего вслед за этим пожара пластмасса трубок плавится, что приводит к падению в них давления воздуха. Сигнал о падении давления воздуха в насосе подаче триэтилалюминия и на участке с контейнерами передается посредством PAL-000X. Такие сигналы используются для активации некоторых из вышеописанных блокировок.

 

Общее представление

Реактор представляет собой горизонтальную емкость, снабженную перемешивающим устройством, в которой производится непрерывная газофазная полимеризация пропилена. Газообразный пропилен и компоненты катализатора вступают во взаимодействие с образованием твердых частиц порошка полипропилена (ПП), которые затем выводятся из реактора в сецию 213/223 деактивации и дегазации порошка полипропилена. Пропилен подается из сепаратора V-21201, который служит уравнительной емкостью для насосов квенча P-21201A/B и сепаратором для компрессоров рециркулирующего газа K-21201A/B. Отходящий газ из реактора направляется в секцию 218 для отделения триэтилалюминия, после чего выводится за границы установки. Отвод газов производится для удаления инертного пропана из системы.

 

Производство гомополимера

Реакторная система

При нормальной эксплуатации реактор примерно наполовину заполнен ПП порошком, что составляет 30-35 тонн. Мешалка реактора AG-21201 снабжена лопастями имеющими Т-образное поперечное сечение, вращается со скоростью 15 об/мин, обеспечивая равномерное перемешивание слоя порошка. Порошок ПП выводится через шаровой клапан цикличного действия, и под давлением подается в секцию 213 (деактивация и дегазация). Компоненты катализатора подаются с неприводной стороны реактора и рассеиваются мешалкой с верхней части реактора на слой порошка. Жидкий пропилен распыляется на слой порошка из верхней части реактора. Испарение пропилена обеспечивает отвод тепла реакции. Рециркуляционный газ подается в нижнюю часть реактора под слой порошка. Расход рециркуляционного газа определяется расходом жидкого пропилена в соответствии с заданным отношением пар/жидкость. В поток рециркуляционного газа добавляется водород, чтобы поддерживать заданное соотношение водород/пропилен в отходящем газе реактора, которое требуется для обеспечения требуемого значения показателя текучести расплава для порошка.

Производительность процесса полимеризации контролируется скоростью подачи катализатора; уровень порошка в реакторе контролируется выгрузкой порошка через шаровые клапаны; температура в реакторе контролируется путем регулировки расхода жидкого пропилена; давление в реакторе контролируется путем регулировки температуры тепловатой воды в контуре с теплообменником E-21206; средняя молекулярная масса полимера, определяемая по показателю текучести расплава, контролируется путем регулировки подачи водорода в рециркуляционный газ.

Охлаждающий контур реактора

Отходящий из реактора газ содержит небольшое количество (~1,0% масс. от общего количества полимерного продукта) мелкодисперсных частиц полимера. Этот материал удаляется, чтобы не допустить засорения теплообменника Е-21206. Отходящий газ выходит через два купола, что поддерживает его скорость на низком уровне для минимизации увлечения мелких частиц полимерного порошка потоком газа. Практически все (99,9%) мелкие частицы из отходящего газа реактора отделяются в циклоне CY-21202 и направляются назад в реактор через эжектор твердых частиц реактора MI-21202. Затем отходящий газ частично конденсируется в E-21206. Важно отметить, что попадание любого количества порошка в этот обменный аппарат вероятнее всего приведет к его засорению и потере теплопередачи, что, конечно, нежелательно. Чтобы минимизировать возможность засорения трубок, теплообменник имеет наклон 3º к горизонту. Это способствует течению жидкости по стенкам трубок, а также вымыванию порошка, попавшего в трубки.

Количество газа, конденсирующегося в Е-21206, варьируется для управления давлением в реакторе. Для минимизации засорения межтрубного пространства поддерживается высокая скорость охлаждающей воды при помощи насоса подачи тепловатой воды P-21203. Насос Р-21203 циркулирует с постоянной скоростью (1200 т/ч) охлаждающую воду через Е-21206, а температура воды в контуре регулируется путем подмешивания свежей охлаждающей воды. Если насос подачи прохладной воды останавливается, то автоматически открывается нормально закрытый клапан 212-XV-072, что обеспечивает циркуляцию потока охлаждающей воды в обход насоса. Это позволяет продолжать эксплуатацию реактора; при этом давление регулируется ограничением расхода охлаждающей воды через теплообменник. Хотя это может привести к (очень) низкому расходу воды, проходящей через теплообменник, тем не менее, это приемлемо до тех пор, пока не будет отремонтирован насос.

Двухфазный поток из Е-21206 самотеком поступает в сепаратор V-21201, где газообразная и жидкая фазы разделяются. Жидкий пропилен из V-21201 подается в реактор одним из двух насосов P-21201 A/B через 16 распылительных форсунок, расположенных в верхней части реактора. Регулируя расход жидкого пропилена, можно управлять температурой слоя порошка за счет отвода тепла реакции полимеризации посредством испарения.

Газ из V-21201 поступает на всас одного из двух компрессоров K-21201 A/B и подается в реактор через форсунки, расположенные в нижней части реактора под слоем порошка. Расход рециркуляционного газа при подаче в реактор определяется по его отношению с расходом жидкого пропилена; типичным значением данного отношения является 0,12 (по массе). Следует обратить внимание, что часть потока газа рециркуляции используется как газ-движитель в эжекторе твердых частиц, а другая часть потока используется для продувки КИПиА и уплотнений мешалки реактора. На выходе из компрессоров в газ рециркуляции добавляется свежий водород, чтобы поддерживать необходимое соотношение водород/пропилен в отходящем газе реактора. Пусковой подогреватель реактора E-21203 используется для дополнительного нагрева газа в процессе пуска, так как рециркуляционный газ используется для прогрева системы.

По мере вступления пропилена в реакцию в реакторной системе накапливается пропан. На линии нагнетания компрессоров K-21201 A/B производится отвод газов в сецию отделения ТЭА для удаления пропана из системы и его утилизации за пределами установки. Расход этого потока контролируется, чтобы огранич