7.2 Пожарная безопасность экзотермических процессов
К экзотермическим процессам относятся процессы хлорирования, гидрохлорирования, гидрирования, полимеризации, поликонденсации и др.
Процессы хлорирования (гидрохлорирования) связаны с введением атома хлора в органические соединения. Введением хлора в органические соединения получают мономеры, которые используют для производства пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, растворители, ядохимикаты, а также промежуточные продукты органического синтеза. В качестве исходных продуктов в промышленных процессах хлорирования и гидрохлорирования используют горючие углеводородные газы (метан, этан, этилен, пропилен, ацетилен и др.) и горючие жидкости (бензол, толуол, фенол и др.).
Так, хлорированием этилена получают дихлорэтан. Реакция получения
дихлорэтана имеет вид:
СН2=СН2+Сl2СlСН2-СН2Сl+Q (7.1)
Дихлорэтан это горючая жидкость с температурой вспышки 27 оС. Применяется в качестве растворителя и сырья для получения хлористого винила, полисульфидного каучука и др.
Гидрохлорированием ацетила получают хлористый винил. Реакция получения хлористого винила имеет вид:
СНСН+НСlСН2=СНСl+Q (7.2)
Хлористый винил это ГГ, пределы распространения пламени в воздухе 3,6 33% (об.). Применяется как сырье для получения полимерных материалов. Условия осуществления процессов хлорирования (гидрохлорирования) в промышленности весьма разнообразны. Их осуществляют в присутствии катализаторов (инициализаторов) при нормальном или повышенном давлениях и высокой температуре. В качестве катализаторов чаще всего используют галогениды металлов (FеСl3, АlСl3, НgСl2), а в качестве инициатора – перекись бензоила. Процессы протекают в жидкой или парообразной фазе. Конечные и промежуточные продукты в большинстве случаев являются также горючими жидкостями (дихлорэтан, хлорбензол, дихлорэтилен) и сжиженными газами (хлористый винил, хлористый метил и т.д.)
Хлор, применяемый в процессах хлорирования (гидрохлорирования), является сильным окислителем, поддерживает горение многих веществ, образует взрывчатые смеси с органическими веществами, обладает токсичностью. Хлористый водород и хлор вызывают коррозию оборудования. В качестве хладагентов, помимо воды, применяются ГГ: аммиак, водород, этилен.
Для отдельных процессов хлорирования (гидрохлорирования) необходим первоначальный подогрев реагентов до 200 500 оС. Для нагрева используют ВТ, в том числе органические, водяной пар, топочные газы.
Пожарная опасность процессов хлорирования (гидрохлорирования) характеризуется горючей средой, которую составляют пары органических веществ и углеводородные газы, и образующие с хлором взрывоопасные смеси.
Для проведения процессов хлорирования (гидрохлорирования) используют реакторы вытеснения непрерывного действия трубчатого или камерного типа с изотермическим или адиабатическим режимом. Повышение температуры в реакционном объеме реактора, которое приводит к повышению скорости реакции, делает реакцию неуправляемой и носит взрывной характер. Причины повышения температуры: прекращение или уменьшение подачи хладагента, загрязнение теплообменной поверхности, подача хладагента с завышенной начальной температурой. При проведении процесса газофазного хлорирования могут иметь место реакции разложения продуктов. При этом образуются газообразные продукты и пары, что может быть причиной повышения давления в реакторе. В газофазных процессах может быть термическое разложение углеводородов с образованием сажи и смолистых продуктов, которые загрязняют поверхности твердого катализатора и увеличивают гидравлическое сопротивление системы. Сажу и смолистые вещества периодически выжигают.
Специфическими источниками зажигания в процессах хлорирования являются: нарушение температурного режима и местные перегревы. Они представляют большую опасность при газофазном гидрохлорировании органических веществ, склонных к взрывному разложению. На поверхности твердого неподвижного перегретого катализатора могут возникнуть локальные очаги процесса разложения, которые распространяются на весь реакционный объем.
Так, ацетилен и особенно продукты его полимеризации при повышенных температурах разлагаются с взрывом.
Высокие температуры наблюдаются в тех зонах реакционного объема, которые наиболее удалены от поверхности теплоотвода. Увеличение температуры в слое неподвижного катализатора от стенки до оси реактора достигает 300 оС и более.
Гидрирование это процесс непосредственного присоединения водорода к углеродосодержащим веществам. Процессы гидрирования используются в промышленности при получении растворителей, синтетических смол, поверхностноактивных веществ, моторных топлив, технических смазок.
Так, гидрогенизацией оксида углерода получают метанол. Реакция получения метанола имеет вид:
СО+2Н2СН3ОН+Q (7.3)
Принципиальная технологическая схема процесса гидрирования представлена на рисунке 7.6. Исходное сырье после испарения и подогрева смешивается с водородом, и смесь подается в реактор гидрирования. Образующиеся продукты гидрирования и избыток водорода поступают на разделение. Путем конденсации от продуктов реакции отделяют водород, направляя его (после соответствующей очистки) в узел смешения с сырьем или на сжигание. Из жидкой фазы, отделяя побочные вещества, получают необходимые продукты гидрирования.
Процессы гидрирования проводятся при повышенной температуре (повышается активность катализатора) и давлении, в избытке водорода (увеличивает выход продукта). Процессы гидрирования проводят, как в жидких, так и в парогазовых фазах.
Рисунок 7.6 – Принципиальная технологическая схема процесса гидрирования: