DD152795A1

DD152795A1 - Verfahren zur entspannung von hochdruckanlagen bei aethylenpolymerisationen

Info

Publication number: DD152795A1
Application number: DD22350180A
Authority: DD
Inventors: Volker Mende; Burkhard Schwerdtfeger; Werner Krause; Guenter Richter; Reinhard Nitzsche; Rainer Hilke; Arnulf Ulrich; Hartmut Bucka; Roland Entner
Original assignee: Volker Mende; Burkhard Schwerdtfeger; Werner Krause; Guenter Richter; Reinhard Nitzsche; Rainer Hilke; Arnulf Ulrich; Hartmut Bucka; Roland Entner
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1981-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gefahrlosen Entspannung von Reaktionssystemen bei der Homo- und Copolymerisation des Aethylens unter Druecken oberhalb 50 MPa infolge des Ueberschreitens vorgegebener Druck- und/oder Temperaturgrenzwerte. Dabei soll die Ausbildung imweltbelastender und explosionsfaehiger Entspannungsgemische vermieden werden und eine oekonomische Verwertung der Rohstoffe erzielt werden. Das bei den Notentspannungen von derartigen Reaktionssystemen anfallende Entspannungsgemisch wird innerhalb von 2 bis 15sec auf 5 bis 50% des Reaktionsdruckes in einen gegenueber der Atmosphaere abgeschlossenen Behaelter eingeleitet, wobei es in einen direkt in das freie Volumen des Behaelters expandierenden polymerarmen Entspannungsgasanteil und einen polymerreichen Gasanteil aufgeteilt wird, so dass der mitentspannte Polymeranteil abgeschieden und ausgetragen wird und der Gasanteil zunaechst gespeichert und schliesslich einer Verwertung oder Fackel zugefuehrt wird. Durch dieses Verfahren werden Gasemissionen in die Atmosphaere, die zur Ausbildung explosiver Gas/Luftgemische fuehren koennen, vermieden und somit ein Beitrag zur Erhoehung der Anlagensicherheit geleistet. Zudem kann das im Entspannungsbehaelter gesammelte Entspannungsgas aufgearbeitet und wieder verwendet werden.

Description

VBB Leuna-Werke . Leuna, 11„06,1980

HWaIter UlbrichtIl

LP 8015

Titel der Erfindung

Verfahren zur Entspannung von Hochdruckanlagen bei Aethylenpolyraeri sat ionen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren'zur gefahrenlosen Entspannung· von Reaktionssystemen bei der Homo- und Copolymerisation des Aethylens bei Druecken oberhalb 50 MPa, insbesondere in Rohrreaktoranlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Loesungen

Die radikalische Homo- und Copolymerisation des Aethylens wird grosstechnisch bei Temperaturen oberhalb 373 K und Druecken oberhalb 50 MPa sowohl in geruehrten Autoklaven als auch in Rohrreaktoren durchgefuehrt«.

Es ist bekannt, ö.ass bedingt durch die hohe Reaktionswaerme der Polymerisaticnereaktion (ca_o 3000 kJ/kg Polyaethylen) geringe Unregelmaescigkeiten in der Prozessfuehrung, wie z.B. Initiatorueberdosierungen, verminderte Waerraeabfuhr durch .die Reaktorvv'and infolge von' Wandbelaegen oder unzureichende Durch-

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mischung des Reaktionssystems zu einem Ueberschreiten dieser Grenzen und damit, zur Ausldesung von Zersetzungsreaktionen fuehren; . · ·

Puer Roiirreaktoren ist bekannt, dass mit einer speziellen Anordnung von Druckentlastungsvorrichtungen in Form programmgesteuerter SchnellentSpannungsventile entlang des Reaktors, entsprechend kurzen Ansprechzeiten und eines bestimmten Quer·» schnittes der Entspaiinungsoeffhungen im Verhaeltnis zum Reaktorvolumen bei auftretenden Zersetzungsreaktionen die erforderlichen Notentspannungen so schnell realisiert werden, dass materialschaedigende Auswirkungen infolge zu hoher Druck- und Temperaturanstiege nicht auftreten und, bedingt durch den schnellen Entsp.annungsVorgang unmittelbar nach dem Ueberschreiten vorgegebener Druck- und Temperaturgrenzwerte, im Reaktor mittels dieser Vorrichtungen der Anfall an Zersetzungsprodukten, die zur Verschmutzung des Reaktionssystems fuehren, wirksam verhindert wird (DD-PS 118 288).

Mittels dieser Verfahrensweise werden zwar die unmittelbar fuer das Reaktionssystem aus dem Auftreten von Zersetzungsreaktionen resultierenden Gefaehrdungen mit Sicherheit vermieden, es verbleibt jedoch die Moeglichkeit der Premdzuendung der Entspannungsgaswolke in der Atmosphaere als Sicherheitsrisiko.

Als Zuendquellen fuer die Fremdzuendung nach der Verduennung der Entspannungsgase mat Luft auf einen Aethylengehalt im Bereich der Explosionsgrenzen sind die elektrostatische Aufladung der bei der Entspannung mitgerissenen Schmelsetroepfchen, Blitzschlag und in petroichemischen Anlagen in der Umgebung befindliche Packelflammen in Betracht zu ziehen. Diese Gefaehrdung wird noch dadurch erhoeht, dass die hauptsaechlich aus Aethylen bestehende Entspannungsgaswolke auf Grund des geringen Dichteunterschiedes zwischen Aethylen und Luft bei entsprechenden Wetterlagen relativ lange und unkontrolliert im explosiven Bereich von Aethylen-Luft-gemisch verbleiben kann*

Zudem stellt die Entspannung groesserer Aethylenmengen in die Atmosphaere eine betraechtliche Umweltbelastung fuer

den die Anlage umgebenden Bereich dar.

Es ist fe'rner bekannt, dass die Wo tent spannung des .heissen Reaktionsgemisches von Rohrreaktoren in einen teilweise mit Wasser 'gefuellt-en Behaelter zur Abscheidung des in Form von Schmeizetroepfchen.im Entspannungsgemisch enthaltenen Polymeranteiles und zur. Kuehlung des heissen Entspannungsgases auf unter 373 K erfolgt und das so gekuehlte, nur. noch Restmengen an Polymeranteilen enthaltende Gas in die Atmosphaere entspannt wird (DE-OS 2 631 834). Diese Verfahrensweise stellt gegenueber der direkten Entspannung in die Atmosphaere insofern eine Verbesserung dar, dass der Polymeranteil aus dem Entspannungsgas abgeschieden wird« Es verbleibt jedoch auch hier die Gefaehrdung, dass die Entspannungsgaswolke im Verlauf der Vermischung mit der Luft ein exploeionsfaehigeß Gemisch bildet, das durch Fremd z-uendung zur Reaktion gebracht werden kann*

Ebenso wird die Umweltbelastung infolge der Entspannung in die Atmosphaere nicht vermeiden«

Diese Restgefaehrdung ist spezifisch fuer Entspannungsgaswolken bei Έοtentspannungen von Rohrreaktoranlagen, da diese im Gegensatz zu denen von Ruehrreaktoranlagen weitgehend aus unzersetztem Aethylen bestehen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu ent- · wickeln, das eine gefahrlose Notentspännung von Reaktionssystemen zur Homo- und Copolymerisation des Aethyleris unter Hochdruck, d.h„ oberhalb 30 MPa, gewaehrlei.stet, bei dem die Ausbildung eines umweltbelastenden und explosionsfaehigen Gemisches aus Entspannungsgas und Luft in der Atmosphaere vermieden wird und das .Entspannungsgemisch gegebenenfalls einer Wiederverwertung zugefuehr't werden kann«,

Darlegimg des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist, derartige Notentspannungen so durchzufahren, dass elektrostatische Aufladung und Fremdzuendung von derartigen Entspannungsgemischen sowie ein Agglomerieren des Polymeranteils.verhindert werden koennen.

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Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass das bei Notentspannungen des Reaktors ueber eine oder mehrere Entspannüngsleitungen entspannte Reaktionsgemisch erfindungsgemaess unter Herabsetzung des Druckes innerhalb von 2 bis 15 see auf 5 bis 50 % des Reaktionsdruckes direkt in das freie Volumen eines gegenueber der Atmosphaere abgeschlossenen Behaelters unter Auftrennung in einen spezifisch leichten polymerarmen Gasanteil und einen spezifisch schweren polymerreichen Gasanteil expandiert wird, der polymerreiche Gasanteil einem begrenzten in Abscheiderform ausgebildeten Bereich des Behaelters zugefuehrt wird und dort die Polymerabscheidung erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt die Polymerabscheidung in der Weise, dass der polymerreiche Gasanteil auf die Oberflaeche einer inerten Fluessigkeit trifft, die. in dem abgegrenztem im Abscheiderform ausgebildeten Bereich des Behaelters vorgelegt wird.

Da jeweils nur der zuvor separierte polymerreiche Anteil des Entspannungsgemisches unmittelbar mit der Fluessigkeit in Kontakt gebracht wird und. der direkt in den Entspannungsbehaelter eintretende polymerarme Anteil des Entspannungsgemisches sich unter Erwaermung der Stahlmasse des Entspannungsbehaelters abkueh.lt, ist in der Regel eine Fluessigkeitsmenge von < 50 % der Masse des gesamten Entspannungsgemisches fuer die Feststoffabscheidung ausreichend«

Nach erfolgter Notentspannung wird der Polymeranteil mit der Fluessigkeit aus dem Entspannungsbehaelter abgetrennt. Die Fluessigkeit wird mittels einer Pumpe ueber einen Berieselungsring erneut dem Entspannungsbehaelter zugefuehrt und zur Polymerabscheidung vorgelegt.

Das erfindungsgemaesse Verfahren der Notentspannung in ein geschlossenes Entspannungssystem soll nachfolgend anhand der Abbildung in seiner bevorzugten Ausfuehrungsform als Kugeibehaelter und der Polymerabscheidung in eine Fluessigkeit naeher erlaeutert werden« . .

Die Notentspannung des Reaktionssystems erfolgt ueber ein

oder mehrere programmgesteuerte Entspannungsventile 1. Das Entspannungsgemisch wird ueber eine oder mehrere Entspannungsleitungen 2 in das Innere des Entspannungsbehaelters 3 ein-, gefueiirt. Durch die Strahlaufweiterung und eine besondere Gestaltung der Eintrittsoeffnung 4 in die mit Fluessigkeit befuellte zylindrische Abscheideeinrichtung 5 wird das Entspannungsgemisch unter Ausnutzung gasdynamischer Effekte von Ueberschall- auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst ung gleichzeitig in einen polymerarmen direkt in das freie Volumen des Behaelters 3 expandierenden Gasanteil und einen polyme.rreichen in die Abscheideeinrichtung 5 eintretenden Gasanteil aufgetrennt. Der in der Fluessigkeit abgeschiedene Polymeranteil wird ueber eine Trenneinrichtung 6 abgetrennt und die Fluessigkeit mittels der Pumpe 7 ueber den Berieselungsring 8 wieder dem Behaelter zugefuehrt. Das im Behaelter kurzfristig gespeicherte Entspannungsgas wird ueber die Leitung 9 aus dem Behaelter abgefuehrt und je nach Gegebenheiten einer Aufarbeitung und Wiederver-» Wertung oder einer Fackel zugefuehrt,

Ausfuehrungsbeispiele

Beispiel 1

In einem Rohrreaktor wird -bei einem Druck von 240 MPa kontinuierlich Polyaethylen erzeugte

Am Reaktor, dessen Volumen einschliesslich der Vorheiz- und Kuehlzonen 3,55 w. betraegt, sind vier programmgesteuerte. Schnellentspannungsventile angeordnet, die bei unzulaessigen Druck- und/oder Temperaturanstiegen den Druck im Reaktor absenken., Die die Notentspannung ausloesenden Temperaturgrenzwerte der Temperaturmessungen sind auf 603 K und der Druckgrenzwert ist auf 250 MPa eingestellt. Es wird bei Maximaltemperaturen von 593 K polymerisiert. Durch eine Initiatorueberdosierung ueberschreitet die Maxi« maltemperatür der 2. Reaktionszone den Wert von 603 K und loest eine Notentspannimg aus.

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Die vier Schnellentspannungsventile 1 oeffnen und innerhalb von 2 s wird der Druck' im Reaktionssystem auf 100 MPa abgesenkt. Die die Notentspannung ausloesende Temperatur sinkt dabei unter den Temperaturgrenzwert von 603 K ab und die programmgesteuerten" Entspannungsventile 1 schliessen. Im Verlauf der Notentspannung werden insgesamt 373 kg Entspannungsgemisch mit einem durchschnittlichen Polymergehalt von 15 Ma% ueber vier Entspannungsleitungen 2 in einen abgeschlossenen Behaelter 3 eingefuehrt« Das Volumen des eingesetzten kugelfoerraigen Eatspannungsbehaelter 3 betraegt

800 m , Die Entspannungsstrahle treten mit einer Geschwindigkeit von 465 m/s und einer Temperatur von 598 K aus den Entspannungsleitungen aus. Infolge der Strahlaufweitung expandieren 27 % des Gases direkt in den Gasraum des Behaelters 3, waehrend der polymerreiche Kernstrahl auf eine Geschwindigkeit von 130 m/s abgebremst wird, wobei weitere 51 % des Gasanteiles in den Entspannungsbehaelter expandieren.

Der nunmehr noch 22 % der gesamten Entspannungsmenge enthaltende Reststrahl trifft auf die Oberflaeche des in der Abscheidevorrichtung 5 vorgelegten Wassers auf und das Polymere faellt als feinverteilter Peststoff im Wasser an. Der Druck im Entspannungsbehaelter betraegt nach Abschluss des Entspannungsvorganges 0,23 MPa.

Nach Beendigung der Entspannung werden mit dem Wasser 56 kg Polyaethylen aus dem Behaelter ausgetragen« Die im Behaelter aufgefangene Gasmenge von 315 kg besteht zu 91 % aus Aethylen, 5 % Propan, 3,5 % Methan und Spuren von Wasserstoff, Aethan und weiteren Kohlenwasserstoffen. Dieses Gas wird einer Aufbereitungsanlage zugefuehrt.

Beispiel 2

Es wird unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 polymerisiert.

2 2 3 5 0 1

.Die Ausloesung der Notentspannung erfolgt in Abweichung zu Beispiel 1 gleichzeitig durch Ueberschreiten des Temperaturgrenzwertes von 603 K in'der "2.Reaktionszone und des vorgegebenen Temperaturgrenzwertes von 583 K am Eingang des Zwischendruckprodukta'bscheiders _β

Zusaetzlich zu den vier Entspannungsventilen 1 des Reaktionssystems oeffnen die nach dem Reaktordruckregelventil angeordneten drei Entspannungsventile.

Der Druck im Reaktionssystem und im Zwischendruckproduktabscheider wird innerhalb von 7 s auf einen Druck von 10 MPa abgesenkt«

Die die Notentspannung ausloesenden Temperaturen sinken unter die Grenzwerte ab und die Entspannungsventile 1 schliessen. Im Verlauf der Notentspannung werden insgesamt 2 119 kg Entspannungsgemisch mit einem durchschnittlichen Polymeranteil von 10 Ma-% ueber sieben Entspannungsleitungen in den geschlossenen Entspannungsbehaelter 3 eingeleitet. Durch die Strahlaufweitung treten 75 % der Anfangsgasmenge direkt in den Entspannungsbehaelter ein. Der polytnerreiche Reststrahl tritt in die mit Wasser gefuellte Abscheideeinrichtung 5 ein. Es fallen 212 kg Polyaethylen in fein verteilter Form an'_f die nach Beendigung des Entspannungsvorganges mit dem Wasser ausgetragen und abgetrennt werden. Der Druck im Entspannungsbehaelter betraegt nach der Entspannung O_$54 MPa.

Die im Entspannungsbehaelter gespeicherten 1 900 kg Entspannungsgas weisen eine Zusammensetzung von 89 % Aethylen₅ 5 % Propan, 4 % Methan, 0_?5 % Wasserstoff und Spuren von Aethan und anderen Kohlenwasserstoffen auf. Dieses Gas wird der Wiederaufbereitung zugefuehrt.

Claims

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Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Entspannung von Hochdruckanlagen bei Aethylenpolymerisationen, insbesondere Rohrreaktoren, in denen Aethylen oder Aethylen und Comonoinere bei Druecken oberhalb 50 MPa und Temperaturen oberhalb 373 K polymerisiert werden, wobei infolge des Ueberschreitens vorgegebener Druck- und/oder Temperaturgrenzwerte eine Notentspannung vorgenommen wird, ..dadurch gekennzeichnet, dass das Entspannungsgemisch unter Herabsetzung des Druckes innerhalb von 2 bis 15 see auf 5 bis 50 % des Reaktionsdruckes direkt in das freie Volumen eines gegenueber der Atrnosphaere abgeschlossenen Behaelters unter Auftrennung in einen spezifischen leichten polymerarmen Gasanteil und einen spezifisch schweren polymerreichen Gasanteil expandiert wird, der polymerreiche Gasanteil einem begrenzten in Abscheiderform ausgebildeten Bereich des Behaelters zugefuehrt wird und dort die Polymerabscheidung erfolgt.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet_s dass die Polymerabscheidung aus dem polymerreichen Gasanteil in der Weise erfolgt, dass der polymerreiche Gasanteil auf die Oberflaeche einer inerten Pluessigkeit auftrifft, die in dem in Abscheiderform ausgebildeten Bereich des Behaelters vorgelegt wird.

Hierzu gehört 1 Blatt Zeichnungen. -