2.3.5 Термическое обезвреживание газоотходов

Факельная установка служит для сжигания газообразных отходов, поступающих из различных отделений цеха. В состав факельных газов входят следующие компоненты: этилен, водород, азот, изопентан, б-бутилен, пропилен, четыреххлористый углерод, толуол, гептан. Температура газов, сбрасываемых на факел, не более 130єС. Факельные газы проходят через сепараторы, где отделяются от углеводородного конденсата (в основном изопентана) и от уносимого вместе с газом порошка полиэтилена. Из сепараторов жидкие углеводороды периодически перекачиваются насосами на печь сжигания. Жидкость, сконденсированная в молекулярном затворе по трубопроводу с теплоспутником отводиться на всас насосов. Факельные газы поступают в ствол, проходят через затвор и сжигаются на выходе из ствола факела.

Для обеспечения бездымного горения в пламя впрыскивают через форсунки водяной пар с давлением не менее 1,0 МПа. При залповых выбросах газов на факел до 1665000 кг/час происходит неполное сгорание углеводородов.

Для исключения проникновения воздуха в факельный ствол и образования в нем взрывоопасных смесей в нижнюю часть подается топливный газ. Обеспечение непрерывного сгорания газов осуществляется дежурными горелками, которые зажигаются от генератора пламени. Топливный газ и сжатый воздух проходят через редукторы и, смешиваясь в смесителе генератора, образуют горючую смесь, которая воспламеняется электрической свечой.

Из генератора пламя по трем трубопроводам поступает к трем дежурным горелкам.

2.4 Теоретические основы производства [1,2,4]

Полиэтилен низкого давления (НД) получают полимеризацией этилена в газовой фазе при давлении 2,2 МПа и температуре 100--105°С в присутствии хроморганических катализаторов на силикатных носителях. Наибольшее распространение получила каталитическая система: хромоцен - дициклопентадиенилхромат нанесенный на активированный силикагель.

CH = CH CH = CH

CH - Cr - CH

CH = CH CH = CH

Активность катализатора в процессе полимеризации определяется чистотой хроморганических компонентов, удельной поверхностью носителя, объемом пор и их средним диаметром, а также температурой дегидратации носителя и условиями взаимодействия хроморганического соединения с носителем.

Хромоцен приобретает активность в результате хемосорбции на силикагеле. Рост полимерной цепи происходит по связи согласно общепринятому механизму Циглера-Натта.

Каталитическая активность бис (трифенилсилил) хромата, нанесенного на SiO2, значительно возрастает при обработке его алкилалюминием, например диэтилалюминийэтоксидом [A1(C₂H₅)₂OC₂H₅].

Технологический процесс состоит из стадий очистки газов, приготовления катализатора, полимеризации этилена, компаундирования (стабилизации и грануляции), расфасовки и упаковки готового продукта.

Тонкая очистка этилена и других газов проводится для предотвращения отравления катализатора и получения полиэтилена с заданными свойствами. Приготовление катализатора включает активацию силикатного носителя, получение хроморганических компонентов (хромацена и силилхромата), нанесение 6% хромацена и 6% силилхромата на активированный носитель -- силикагель. Процесс осуществляется в среде изопентана.

От условий проведения активации силикагеля зависит содержание в нем гидроксильных групп, за счет взаимодействия с которыми образуется химическая связь хромоцена с носителем. Для предотвращения образования циклических структур содержание гидроксильных групп в носителе должно быть минимальным. Это достигается дегидратацией силикагеля при высоких температурах (600--800 °С). Активацию силикагеля-носителя при высоких температурах проводят в кипящем слое, создаваемом осушенным воздухом с последующей заменой воздуха азотом. Активированный силикагель получают в виде порошка.

При получении хромацена сначала синтезируют циклопентадиенил натрия путем взаимодействия циклопентадиена с металлическим натрием в среде осушенного тетрагидрофурана при 5-10°С и отдувкой выделяющегося водорода азотом. Затем при 40°С в реактор вводят трихлорид хрома. При повышении температуры до 60°С образуется хромоцен. Далее проводят замещение тетрагидрофурана на толуол (подачей в зону реакции осушенного толуола). Содержимое реактора охлаждают до 30 °С. Жидкий 5%-ный раствор хромоцена поступает в отделение нанесения хромоцена на силикатный носитель.

Силилхромат получают взаимодействием трифенилсиланола и триоксида хрома при 60 °С в среде тетрахлорида углерода в присутствии сульфата магния для поглощения выделяющейся воды. Реакционную массу фильтруют для отделения непрореагировавшего триоксида хрома магния.

Для кристаллизации силилхромата содержимое реактора упаривают и при 70°С растворяют в гептане. При охлаждении раствора до 36°С выпадают кристаллы силилхромата, которые высушивают при 60°С и подвергают дроблению для получения порошка.

Для нанесения хроморганических компонентов на силикатный носитель, активированный диоксид кремния подают в смеситель, в который дозируют очищенный изопентан, силилхромат и раствор диэтилалюминийэтоксида в изопентане либо раствор хромоцена и тетрагидрофуран. Очищенный и высушенный катализатор в виде порошка выгружают в емкость, из которой пневмотранспортом передают в реактор полимеризации.

Применение хроморганических катализаторов позволяет получать полиэтилен с плотностью 940-965кг/м³ как с узким, так и широким молекулярно-массовым распределением, который перерабатывается в изделия всеми существующими способами.

Полимеризация протекает по ионно-координационному механизму.

Рост цепи осуществляется по связи катализатор-углерод.

- СН₂-СН₂-Кт + п(С₂ Н₄) > (С₂ Н₄)п-СН₂-СН₂-Кт, где

Кт-катализатор

Обрыв цепи осуществляется за счет переноса реакции к водороду, а так же мономеру или сополимеру.

- (С₂ Н₄)п-СН₂-СН₂-Кт + Н₂ > (С₂Н₄)п-СН₂-СН₃ + Кт-Н

- (С₂ Н₄)п-СН₂-СН₂-Кт + СН₂=СН₂ > (С₂ Н₄)-СН=СН₂ + Кт-СН₂-СН₃

Для получения гомополимера газофазным методом применяют катализатор «S-9» (хромоцен на силикагеле).

Катализатор "S-9" применяется для получения гомополимера. Показатель текучести расплава (ПТР) гомополимера этилена регулируется изменением соотношения водород/этилен. При увеличении соотношения увеличивается ПТР, плотность, отношение потоков расплава (КСС).

При увеличении содержания хрома в катализаторе ПТР так же возрастает, поэтому при замене катализатора с низким содержанием хрома на катализатор с более высокой концентрацией хрома необходимо заблаговременно начать понижать концентрацию водорода в циркуляционном газе.

Получаемый полимер на катализаторе "S-9" имеет узкий разброс ММР.

2.5 Расчет материального баланса процесса производства полиэтилена марки 276

Концентрация реагентов в процессе получения полиэтилена марки 276 приведена в таблице 2.3.

Концентрация реагентов в процессе получения полиэтилена марки 276.

Схема материальных потоков представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Схема материальных потоков

1 стадия -полимеризация; 2 стадия -выгрузка продукта 1-я стадия; 3 стадия - выгрузка продукта 2-я стадия; В - водород; В=0,32 кг; К - катализатор; К=0,32 кг; А - азот; А=1,38 кг; П1-П3 - потери на соответствующих стадиях; П1=1,4; П2=3%; П3=1,55%; Пр1-Пр3 - продукты на соответствующих стадиях; Пр3 готовый продукт; Пр3=1000 кг;

Расчет ведем с последней стадии

3 стадия.

Количество продукта полученного на второй стадии находим по формуле

Пр3 = Пр3 + П3; 100% = Пр3 + 1,55%, отсюда следует что

Пр3 = 98,45%;

Пр3 = 1000 кг;

} П3 = 15,74 кг;

Пр2 = 1000 + 15,74 = 1015,74 кг;

2 стадия

Количество продукта полученного на первой стадии находим по формуле

Пр1 = Пр2 + П2;

100% = Пр3 + 3%, отсюда следует что

Пр2 = 97%;

Пр2 = 1015,74;

} П2 = 31,41 кг;

Пр1 = 1015,74+31,41 = 1047,15 кг;

2 стадия

Количество этилена и азота находим по формуле

А + Э = Пр1-В-К-А + П1;

А + Э = 1047,15 - 0,32 - 0,32 - 1,38 + П1;

А + Э = 1045,13 + П1;

100% = 1045,13 + 1,4%;

} П1 = 14,84 кг;

А + Э = 1047,15 + 14,84 = 1059,97 кг;

Полученные результаты сведем в таблицу 2.4.

Материальный баланс процесса получения полиэтилена в расчете на 1 тонну продукта