ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Дозирование инициаторов

В производстве ПЭВД в качестве инициаторов используются молеку­лярный кислород и органические пероксиды.

Дозирование кислорода осуществляется в этилен при его комприми- ровании. Возможны два варианта дозирования: на всасывание компрес­сора промежуточного давления (при давлении 1—2 МПа) или на всасыва­ние компрессора реакционного давления (при давлении 25-30 МПа).

Рис. 2.4. Принципиальная схема дозирования кисло­рода на всасывание ком­прессора промежуточного давления (ft) и на всасыва­ние компрессора реакци­онного давления (б):

J, 11 — буферные емко­сти; 2 — расходомер кис­лорода; 3, 7, 12 - регули­рующие клапаны; 4 — устройство для отсечки подачи кислорода от си­стемы; 5 — расходомер этилена; б — регулятор соотношения потоков эти­лена и кислорода; 8 - ем­кость для приготовления этилен-кислородной сме­си; 9 — дозировочный компрессор; 10 — регуля­тор давления; 13 — регу­лятор расхода

Принципиальная технологическая схема

Дозирования кислорода приведена на рис. 2.4.

Кислород из сети поступает через клапан, регулирующий давление, в емкость 1 (рис. 2.4, а), а затем через расходомер 2, регулирующий кла­пан 3 и устройство для надежной отсечки линии кислорода от линии эти­лена 4 направляется на смешение с этиленом.

Процесс полимеризации очень чувствителен к концентрации кисло­рода, поэтому дозирование кислорода должно быть стабильным.

Попадание кислорода в линию этилена или этилена в линию кислоро­да может привести к взрыву. Для предотвращения этого устройство 4 ра­ботает автоматически, таким образом, что отсечка происходит при пре­кращении потока этилена (например, при остановке компрессора) или при снижении давления кислорода в трубопроводе.

Схема дозирования кислорода на всасывание компрессора реакцион­ного давления приведена на рис. 2.4, б. В этом случае в емкости 8 приго­тавливается этилен-кислородная смесь. С помощью расходомера этилена 5 и регулятора соотношения потоков этилена и кислорода 6 в емкости 8 всегда поддерживается постоянная концентрация кислорода в этилене в пределах 1-4% (по массе) (при концентрации этилена более 6% смесь становится взрывоопасной). Далее этилен-кислородная смесь сжимается дозировочным компрессором 9 до давления 25-30 МПа и через буферную емкость 11 и регулирующий клапан 12 вводится в трубопровод этилена. Концентрация кислорода в реакционной смеси регулируется в необходи­мых пределах регулятором расхода 13.

І

Для сжатия используются специальные мембранные компрессоры в которых смазка не подается в этилен-кисЛородную смесь, что исключа ет опасность взрыва этой смеси.

Такой способ дозирования более удобен для регулирования процес са полимеризации, так как сокращается время от момента изменения дозировки до изменения концентрации кислорода в реакторе, однако он требует использования более сложного оборудования.

Объемная концентрация кислорода в реакционной смеси на входе в реактор составляет обычно 0,0015—0,0030%.

Кислородное инициирование имеет ряд преимуществ перед перок сидным, основными из которых являются:

А) доступность и дешевизна кислорода;

Б) удобство введения его в реакционную смесь без применения специальных устройств (например, инициаторных насосов высокого давления), что упрощает и удешевляет производство;

В) отсутствие дополнительных компонентов (растворители для пероксидов), что позволяет получать полиэтилен более высокой чис то ты.

Однако применение кислорода в качестве инициатора возможно только при температуре выше 170 °С и давлении выше 86 МПа. Ниже указанных значений этих параметров полимеризация не идет. Кроме того, при кислородном инициировании сложнее осуществляется управ ление процессом полимеризации. Так, изменение производительности компрессора промежуточного давления (см. выше) может приводить

Грег-бутилпербензоат;----------------- трег-амилпербензоат

К изменению концентрации кислорода в реакционной смеси. Сложность регулирования температуры в реакторе при кислородном инициирова­нии обусловлена также запаздыванием изменения концентрации кисло­рода в реакторе по сравнению с дозировкой. Это запаздывание состав­ляет 6-10 мин.

Указанных недостатков лишен способ пероксидного инициирова­ния. Принципиальная схема подготовки и дозирования пероксидных инициаторов приведена на рис. 2.5. Для дозирования в процессе поли­меризации пероксидные инициаторы растворяют в парафиновых мас­лах или других углеводородах.

Растворитель из емкости 1 и Пероксид из емкости 3 подаются в ем­кость 4, где при перемешивании готовится раствор нужной концентра­ции. Раствор пероксида направляется в расходную емкость 6, откуда дозировочным насосом 7 подается в реактор.

Приготовление и хранение раствора производится при определенной Для каждого инициатора температуре, что осуществляется путем термо- статирования аппаратов, насосов и трубопроводов. Для подачи растворов инициаторов в реактор применяют плунжерные насосы высокого давле­ния. Чтобы обеспечить равномерность подачи инициаторов, обычно ис­пользуют насосы с двумя или большим числом плунжеров. Регулирование производительности насосов осуществляется изменением числа ходов плунжера, изменением длины хода и другими способами.

В некоторых случаях при сравнительно низких температурах и под высоким давлением может происходить кристаллизация пероксида из

Рис. 2.7. Влияние температуры на конвер­сию ( ) и удельный расход инициато­ра ( ) в процессе полимеризации эти­лена при 166 МПа (инициатор - диокта- ноилпероксид; концентрация 420 млн )

Раствора [8]. Образующиеся кристал­лы высаждаются в системе дозирова­ния, что может привести к закупори­ванию арматуры и трубопроводов. Для предотвращения кристаллизации необходимо готовить разбавленные растворы инициаторов. С другой сто­роны, растворы должны быть более концентрированными, чтобы подавать в реактор меньше растворителя и сни-; зить энергозатраты на сжатие.

Растворимость пероксидов различна и зависит от давления и темпе - f ратуры. Так, чистый трет-бутилпербензоат кристаллизуется при 30 °С | при давлении ниже 70 МПа (рис. 2.6), в то время как для грег-амил - пербензоата давление кристаллизации при этой же температуре выше 210 МПа. Следовательно, этот инициатор может подаваться в реактор в растворе с более высокой концентрацией.

Дилауроилпероксид кристаллизуется при температуре ниже 40 °С, поэтому при использовании этого инициатора необходимо термостати - ровать систему дозирования. В случае пероксида фракций жидких кис­лот С7 —С9 необходимость в термостатировании отпадает.

При выборе инициатора для определенной температуры полимери­зации исходят из того, что период полураспада пероксида в условия* полимеризации должен быть в 2—10 раз меньше времени пребывания реакционной массы в реакторе. Одним из критериев при выборе инициал тора служит его удельный расход (г/кг полиэтилена). Оптимальной тем - пературе применения инициатора соответствует (рис. 2.7) максимальная конверсия и минимальный расход инициатора [8]. Свойства пероксид ных инициаторов полимеризации этилена, выпускаемых и используемы) в промышленности, приведены в [9, с. 270].