3.2. Описание технологической схемы.

3.2.1. Подготовка этилена к полимеризации Исходный этилен на производство полиэтилена 500-504 поступает из объекта 2-3-5/III с давлением до 23 кгс/см². Возвратный газ низкого давления забирается бустерным компрессором (апп. С-1) из ресивера (апп. V-1), куда он поступает из отделителя низкого давления (апп. V-9) отделения полимеризации через циклон (апп.V-6).

Бустерный компрессор (апп. С-1) приводится в действие от электродвигателя вo взрывобезопасном исполнении через жесткую муфту. Давление на всасе компрессора до 0,3 кгс/см² (поз. PIA 5). Давление по ступеням сжатия: 1-я ступень до 3,55 кгс/см², 2-я ступень до 11,5 кгс/см². Из ресивера (апп. V-2) этилен забирается компрессором 1-го каскада (апп. С-2). Компрессор приводится в действие от электродвигателя постоянного тока с переменной скоростью вращения в соотношении 10:1 через жесткую муфту. Этилен сжимается до 250 кгс/см². Давление по ступеням сжатия: 1-я ступень – до 40 кгс/см², 2-я ступень – до 87 кгс/см², 3-я ступень – до 250 кгс/см².

Каждый компрессор 1-го каскада (апп. С-2) работает на два параллельно работающих компрессора 2-го каскада (апп. С-3/1 и С-3/2). При остановке од-ного из работающих компрессоров 2-го каскада или в случаях, когда производительность компрессора 1-го каскада превышает потребность газа на компрессорах 2-го каскада или недостатке газа в системе высокого давления, регулятор давления прибор на всасе компрессора 2-го каскада (апп. С-3) воздействует через систему управления скоростью вращения электродвигателя привода компрессора (апп. С-2) на частоту вращения электродвигателя компрессора 1-го каскада (апп. С-2), что влечет за собой уменьшение или увеличение производительности. Управление производительностью компрессора 1-го каскада (апп. С-2) может производиться вручную. Сжатый до 250 кгс/см², газ после компрессора 1-го каскада (апп. С-2) смешивается с возвратным этиленом высокого давления, выходящим из отделителя высокого давления (апп. V-8) и прошедшим предварительно охлаждение в холодильниках (апп. Е-7/1, Е-7/2, Е-7/3) и очистку от низкомолекулярного полимера в сепараторах (апп. V-4/1, V-4/2, V-4/3) в отделении полимеризации. Объединенный газовый поток поступает в смесительную емкость высо-кого давления (апп. V-5). Здесь происходит смешение газа и частичное выделение низкомолекулярного полимера, уносимого возвратным этиленом высокого давления. После смесительной емкости (апп. V-5) газ проходит фильтры (апп.F-4/1, F-4/2), где окончательно очищается от низкомолекулярного полимера, и с давлением до 250 кгс/см² и температурой до 50°С поступает на всас компрессоров второго каскада (апп. С-3/1, С-3/2) к цилиндрам 1 ступени. Низкомолекулярный полимер из смесительной емкости (апп.V-5), фильтров (апп. F-4/1, F-4/2) периодически отводится в продувочный циклон (апп. V-3), откуда выгружается в тару.

Один из компрессоров 2-го каскада (апп. С-3/1) приводится в действие от электродвигателя переменного тока с постоянной скоростью.

Второй компрессор 2-го каскада (апп. С-3/2) снабжен, электродвигателем постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока обеспечивает плавное дистанционное изменение скорости, а следовательно, и производительности компрессора. Изменение скорости двигателя ведется вручную со щита центрального пульта управления в отделении полимеризации. Для продувки компрессоров второго каскада, трубопроводов и аппаратов и для их опрессовки предусмотрен подвод азота с давлением до 250 кгс/см² из объекта 202-205.

3.2.2. Полимеризация этилена при высоком давлении в реакторе с перемешивающим устройством и разделение реакционной массы Этилен, сжатый до 1500 кгс/см², подается в реактор (апп. V-7) двумя компрессорами второго каскада (aпп. C-3/I, С-3/2) по четырем трубопроводам с водяными рубашками , в которых осуществляется дополнительное охлаждение газа. Перед входом этилена в реактор (апп. V-7) четыре трубопровода с компрессоров второго каскада (апп. С-3/1 и С-3/2) объединяются в два потока. Из одного потока часть этилена подается в реактор (апп. V-7) через нижнюю часть двигателя мешалки (первый ввод) для обдува и охлаждения его подшипников. Другая часть этилена от этого потока подается в реактор (апп. V-7) через третий ввод. По другому потоку этилен подается в нижнюю часть реактора (апп. V-7) через второй ввод.

Процесс полимеризации этилена осуществляется в реакторе с мешалкой (апп. V-7) при давлении в пределах 1100 ÷ 1500 кгс/см² и температуре в пределах 215÷280°С в присутствии инициаторов реакции перекисных органических соединений. В качестве перекисных органических соединений применяются: 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 Триго- нокс 42S. Вводятся перекисные органические соединения в реактор в виде раствора в инициаторном масле. Приготовление раствора инициаторов ведется периодически. Каждый инициатор активен в определенном диапазоне температур, что даёт возможность использовать их для получения различных сортов полиэтилена. Инициаторы "А"; "С", Тригонокс В, Тригонокс С, Тригонокс 42S представляют собой жидкости, которые устойчивы при нормальных комнатных температурах 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. Инициатор "А" (Тригонокс В) применяется с концентрацией до 5% весовых, инициатор "С", Тригонокс 42S или их смесь до 12,5% весовых. Газ, подаваемый в реактор (апп.V-7), в присутствии инициатора подвергается полимеризации. Реакция полимеризации протекает при непрерывной подаче этилена до 17800 кг/час и непрерывном отводе полиэтилена с непрореагировавшим этиленом. Основная реакция полимеризации может быть представлена схематично так:

..... С₂Н₄ + С₂Н₄ + С₂Н₄ + С₂Н₄ + ...  (- С₂Н₄ -) _n Реакция полимеризации в реакторе (апп.V-7) протекает во всем объеме и имеет цепной характер. Этому способствует высокое давление и высокая температура. Механизм реакции следующий, все перекисные инициаторы имеют в составе молекулы рядом стоящие атомы кислорода (-0-0-), связь между которыми под воздействием высокой температуры и высокого давления легко разрывается с образованием свободных радикалов. Свободные радикалы воздействуют на молекулу этилена. В молекуле этилена разрывается двойная связь. По месту разрыва двойной связи к молекуле этилена присоединяется свободный радикал инициатора, превращая молекулу этилена в активный радикал. Активный радикал молекулы мономера присоединяется ко второй неак-тивной молекуле этилена. Такая реакция повторяется многократно, растущая молекула с момента своего возникновения и до завершения процесса роста цепи представляет собой свободный радикал. Этот процесс является ростом полимерной цепи. СН₂ = СН₂+ R^.  R-CH₂–CH₂^.

СН₂ = СН₂ + R-СН₂-СН₂  R - СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂^. и т.д. В процессе роста цепи число актов присоединения этилена определяется главным образом концентрацией этилена. В условиях процесса производства полиэтилена высокого давления число таких актов составляет 500-1000 на каждый радикал. Активный радикал полимера при определенных обстоятельствах (в результате взаимодействия двух свободных радикалов или с неактивной молекулой примесей) теряет свою активность и тогда рост цепи прекращается. Таким образом, цепная реакция полимеризации протекает в три фазы: 1. Возбуждение (инициирование) молекул мономера.

2. Рост цепи (полимеризация). 3. Обрыв цепи (прекращение полимеризации). Реакция полимеризации сопровождается выделением большого количества тепла (850 ккал на 1 кг образующегося полиэтилена). Тепло реакции идет на нагрев поступающего холодного этилена, который в результате интенсивного перемешивания приобретает температуру реакционной смеси. При нарушении технологического режима в реакторе (апп. V-7) может повышаться температура, что способствует резкой интенсификации процесса и выделению большого количества тепла, которое может и приводит к тепловому взрыву (разложению), при этом этилен разлагается на составляющее части (метан, водород, углерод). Разложение идет по уравнениям:

С₂Н₄  С + СН₄

С₂Н₄  2С + 2Н₂ Образующиеся в процессе разложения метан и водород способствуют рез­кому росту давления в реакторе (апп. V-7). В результате разложения получается бракованный продукт, потери газа и разуплотнение реактора (апп. V-7). В реакторе (апп.V-7) за один цикл конверсия газа оставляет 18%. Степень превращения этилена в полиэтилен зависит от температуры уходящей реакционной массы из реактора (апп. V-7). Чем больше будет разность этих температур, тем большая степень превращения может быть достигнута. Процесс полимеризации проводится в однозонном реакторе. Реакционная смесь интенсивно перемешивается, так что по всей высоте реактора создается почти одинаковая температура, близкая к температуре выходящих из реактора продуктов реакции. В этом случае применяются только высокотемпературные инициаторы «А» и «С», Тригонокс В, Тригонокс «С», Тригонокс 42S или смесь Тригонокса С и Тригонокса 42S. Инициаторы вводятся в виде раствора в светлом масле в верхнюю и среднюю часть реактора (апп.V-7). Подача растворов инициаторов в реактор (апп.V-7) производится инжекционными насосами (апп. Р-1, Р-2, Р-3). Для каждого реактора (апп. V-7) предусмотрено 3 инициаторных насоса, два из которых (апп. Р-1 и Р-2) помещены в термостатические шкафы. Обвязка инжекционных насосов выполнена так, что любым насосом можно дозировать растворы любого из двух применяемых инициаторов. Насосы (апп. Р-1, Р-2, Р-3) имеют максимальную производительность 50 л/час при давлении нагнетания до 2200 кгс/см². Растворы инициаторов самотеком подаются из напорных баков (апп. ТК-1, ТК-3) к инжекционным насосам. Заданное давление в реакторе (апп. V-7) поддерживается автоматически регулирующим клапаном, установленным на выходе этилено-полиэтиленовой смеси из реактора, через регулятор давления. Замеряется давление в реакторе (апп. V-7) манометрами с передачей показаний на щит центрального пульта управления, приборами. На случай повышения давления в реакторе выше нормального, реактор (апп. V-7) имеет два отрывных колпачка К1, К2 рассчитанных на давление 1850 кгс/см² при температуре t_расч.= 20°С. От предохранительных колпачков идут вверх две направляющие трубы. 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 газа. Выходящая из реактора (апп. V-7) с температурой до 280°С и давлением до 1500 кгс/см² реакционная смесь дросселируется регулирующим клапаном «Фишера» до 400 кгс/см² и охлаждается в холодильнике (апп. Е-10) до 180  270°С. Холодильник (апп. Е-10) представляет собой теплообменник типа "труба в трубе". Межтрубное пространство холодильника (апп. Е-10) разделено на 4 отдельные секции. Чтобы обеспечить различные поверхности охлаждения.

Поток смеси этилена и полиэтилена поступает из холодильника (апп. Е-10) в отделитель высокого давления (апп.V-8), где происходит разделение полиэти-лена от непрореагировавшего этилена. Давление в отделителе высокого давления (апп. V-8), замеряется манометром с передачей показаний на щит центрального пульта управления отделения полимеризации. На случай чрезмерного повышения давления отделитель высокого давления (апп. V-8) защищен двумя разрывными мембранами М1, М2 рассчитанными на давление 300 кгс/см². В рубашку отделителя высокого давления (апп. V-8) подается пар с давлением до 20 кгс/см². Полиэтилен собирается в нижней части отделителя высокого давления (апп. V-8) и направляется через продуктовый выгрузочный клапан в отделитель низкого давления (апп. V-9), а выделившийся этилен из верхней части отделителя высокого давления (апп V-8) поступает в узел очистки и охлаждения возвратного газа высокого давления.

Из отделителя высокого давления (апп. V-8) возвратный этилен с давлением до 250 кгс/см² и температурой 115-250°С поступает в узел очистки и охлаждения. Узел очистки и охлаждения возвратного газа высокого давления состоит из трех секций. Каждая секция включает холодильник (апп. Е-7/1, (Е-7/2), (Е-7/3)) и установленный после него циклонный отделитель низкомолекулярного полимера, соответственно (апп. V-4/1, V-4/2, V-4/3).

В холодильниках (апп. Е-7/1, Е-7/2, Е-7/3) газ охлаждается промышленной водой из оборотной системы. После третьего установленного по ходу возвратного газа циклонного отделителя (апп. V-4/1, (V-4/2), (V-4/3)) газ с давлением до 250 кгс/см² и температурой до 50°С направляется в отделение компрессии для смешивания со свежим газом в смесителе высокого давления (апп. V-5).

Низкомолекулярный полимер, отделенный от газа в циклонных отделителях (апп. V-4/1, V-4/2, V-4/3) , периодически вручную выгружается в циклон низкомолекулярного полимера (апп. V-6). Для более полной выгрузки низкомолекулярного полимера корпус циклонного отделителя (апп. V-4/1, V-4/2, V-4/3) имеет паровую рубашку, в которую подается пар с давлением до 20 кгс/см².

Из циклона низкомолекулярного полимера (апп. V-6), имеющего паровую рубашку, в которую подается пар низкого давления до 6,0 кгс/см², низкомолекулярный полимер сливается через пробковый кран в бумажные мешки, или картонные барабаны. Вентили и трубопроводы на линии выгрузки низкомолекулярного полимера снабжены рубашками для обогрева паром с давлением до 20 кгс/см². Этилен из отделителя низкомолекулярного полимера (апп. V-6), а также возвратный этилен низкого давления после отделителя низкого давления (апп. V-9) с давлением до 1 кгс/см² направляется из циклона низкомолекулярного полимера (апп. V-6) в отделение компрессии в бустерный компрессор ( С-1 ).

3.2.3. Грануляция первой ступени Полиэтилен из отделителя высокого давления (апп.V-8) поступает в отде-итель низкого давления (апп. V-9), где происходит окончательное выделение этилена, растворенного в полиэтилене. Расплав полиэтилена собирается в нижней части отделителя низкого давления (апп. V-9), а этилен через верхний штуцер поступает в циклон (апп. V-6), где отделяется от низкомолекулярного полиэтилена и затем отводится по трубопроводу в отделение компрессии в ресивер низкого давления (апп.V-1). Отделитель низкого давления (апп. V-9) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, нижняя часть которого является питающим бункером для экструдера (апп. Э-1). Давление в аппарате поддерживается от 0,3 кгc/см² до 2 кгc/см² для обеспечения максимального удаления этилена из расплава полиэтилена, а также для предотвращения попадания в систему воздуха, который может в смеси с этиленом вызвать взрыв.

Уровень полиэтилена в отделителе низкого давления (апп. V-9) поддерживается путем изменения производительности (числа оборотов) экструдера (апп. Э-1) и гранулятора (апп. Э-2). Для получения термостабилизированных марок полиэтилена предусмотрена возможность ввода суспензии стабилизатора и добавок непосредственно в отделитель низкого давления (апп. V-9). Суспензия готовится в смесительной емкости.

Из отделителя (апп. V-9) расплав проходит через отсекающий шибер, который обогревается с помощью теплоносителя и поступает в загрузочное отверстие экструдера (апп. Э-1). Экструдер (апп. Э-1) имеет 4 зоны нагрева – охлаждения, в том числе три зоны нагрева маслом с температурой до 250°С и одну зону охлаждения конденсатом с температурой 30÷60°С и максимальным расходом 4 м³/час. Электродвигатель экструдера постоянного тока – взрывозащищенный в исполнении «продуваемый». Для продувки электродвигателя предусмотрен вентилятор.

Расплав полиэтилена шнеком под давлением до 150 кгс/см² продавливается через фильеру с числом отверстий 400 штук, и срезается ножами гранулятора (апп. Э-2). Гранулы полиэтилена транспортируются в отделение обработки и расфасовки.