DE2946080A1

DE2946080A1 - Verfahren und vorrichtung zum schutz von ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden anlagen vor einem ethylenoxid-zerfall

Info

Publication number: DE2946080A1
Application number: DE19792946080
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. Beestermöller; Georg Dr. Böhm; Hans-Jürgen Dr. 4370 Marl Erberich; Hans Dr. 4358 Haltern Große-Wortmann; Rudolf Dipl.-Ing. Hinz; Hans-Christian Dipl.-Ing. 4370 Marl Kutter; Franz Dipl.-Ing. 4350 Recklinghausen Langheim; Klaus Dr. Rauch; Horst Ueberschaer; Erwin Dr. 4370 Marl Vangermain
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2946080C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor einem Ethylenoxid-Zerfall (Zusatz zu Patentanmeldung P 28 50 254.7-42) Die Patentanmeldung P 28 50 254.7 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor den Folgen eines Ethylenoxid-Zerfalls. Gemäß der Erfindung nach der Hauptanmeldung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch das Abschotten einzelner oder mehrerer Apparate der Anlage durch den Einbau von an sich bekannten Zerfallssperren, die druckstoßfeste Auslegung aller Apparate und Rohrleitungen, für die der maximale Druck, der sich beim Zerfall des Ethylenoxids ergibt, mit hinreichend großer Zuverlässigkeit vorausberechnet werden kann, die schnelle Inertisierung des Inhaltes einzelner oder mehrerer Apparate, die nicht dauernd im inertisierten Zustand betrieben werden können, im Falle einer Störung.
Besonders bevorzugt ist die Kombination aller drei Maßnahmen miteinander, da damit eine umfassende und gegenüber dem heutigen Stand der Technik deutlich verbesserte Schutzwirkung erreicht wird.
Obwohl die Zerfalls sperren direkt in die Leitungen für die Stoffströme eingebaut sind, sollen sie den Verfahrensablauf unter normalen Betriebsbedingungen nicht beeinträchtigen. Im Falle einer Störung sollen sie jedoch die Ausbreitung des Ethylenoxid-Zerfalls in die abgeschotteten großvolumigen Apparate sicher verhindern.
Die Abmessungen der Zerfallssperren, die für den Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen geeignet sind, lassen sich folgendermaßen ermitteln: Die Höhe der Zerfallssperren hängt ab von dem Zeitbedarf t der für die Inertisierung der großvolumigen Behälter und Apparate, die von den Zerfallssperren jeweils abgeschottet werden, im Störungsfall notwendig ist, sowie von der Standzeit t der Zerfallssperren.
z Letztere wird bestimmt von der spezifischen Oberfläche der Schüttung und den Zustandsbedingungen im Störungsfall. Um die Ausbreitung des Zerfalls in die durch die Zerfalls sperren jeweils abgeschotteten großvolumigen Behälter zu verhindern, muß t z> ti sein.
Die Standzeit der Zerfallssperren ist die Zeit, die die Flammenfront zum Durchdringen der Schüttung benötigt; sie ist proportional zur Höhe H der Zerfallssperre und umgekehrt proportional zur mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit v z der Flammenfront in der Schüttung der Zerfalls sperre: t=H z v z Damit wird t H tz H t vz ti t und H = S . v z 1 Der Sicherheitsfaktor S muß größer als 1 sein; man setzt S 1,2, vorzugsweise S = 1,5.
In Zerfallssperren, die mit Pallringen von 15 mm Durchmesser aus V4A-Edelstahl gefüllt sind, beträgt die mitt- lere Ausbreitungsgeschwindigkeit vz der Flammenfront von zerfallendem Ethylenoxid vz = 1 bis 4 cm/s ohne innere Wasserkühlung der Schüttung bei einem Druck oberhalb 13 bar in der Anlage. Unterhalb 15 bar breitet sich die Flammenfront nicht mehr durch die Zerfallssperre aus.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit läßt sich durch innere Kühlung der Schüttung weiter herabsetzen.
Eine Schüttung aus Pallringen 15 mm x 13 mm x 0,4 mm aus V4A-Edelstahl, die durch Rütteln auf ein Schüttgewicht von 300 bis 330 kg/m3 verdichtet ist, hat eine spezifische Oberfläche von 350 bis 370 m2/m3. Werden in Ethylenoxid-Anlagen Zerfallssperren mit anderen Einbauten verwendet, muß deren spezifische Oberfläche in diesem Bereich oder darüber liegen.
Der Querschnitt der Zerfalls sperren wird bestimmt durch den Widerstandsbeiwert der Schüttung und den bei Betriebsdruck der Anlage zulässigen Druckabfall des durch die Zerfallssperre strömenden Gases oder Dampfes Dabei ist: ßp der zulässige Druckabfall an der Zerfallssperre bei Normalbetrieb der Anlage der Widerstandsbeiwert der Schüttung H die Höhe der Zerfallssperre d eine charakteristische Abmessung" der Füllkörper p s die Dichte des Gases unter Betriebsbedingungen t der mittlere Volumenstrom des Gases durch die Zerfallssperre F der Querschnitt der Zerfalls sperre Für eine Schüttung aus Pallringen 15 mm x 15 mm x 0,4 mm aus V4A-Edelstahl ist: = 3,3 bis 5,5 2 = 3,5 bis 5,5 d = 1,5 cm p Für den Querschnitt der Zerfalls sperre folgt daraus Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist: Zur Abtrennung von Ethylenoxid aus einer im wesentlichen mit Acetaldehyd verunreinigten Flüssigkeit wird eine Kolonne mit ca. 2,6 m Durchmesser und ca. 34 m Höhe eingesetzt, die ein Volumen von ca. 160 m3 hat. Sie ist ausgerüstet mit 50 Ventilböden im Abstand von jeweils 60 cm.
Der Betriebsdruck beträgt 4 bar und die Temperatur im 0 Dampfraum ca. 50 C.
In die Kolonne werden 17 225 kg/h Roh-Ethylenoxid eingegeben, bestehend aus 17 203 kg/h Ethylenoxid und 22 kg/h Acetaldehyd sowie Spuren von Wasser und Formaldehyd. Als Rücklauf werden 48 500 kg/h Rein-Ethylenoxid (mit Spuren von Acetaldehyd, Formaldehyd und Wasser) aufgegeben. Als Dampf werden 65 500 kg/h Rein-Ethylenoxid abgezogen und als Sumpfprodukt 225 kg/h, das ca. 10 Gewichtsprozent Acetaldehyd enthält.
In einem Vorratsgefäß mit 60 m3 Inhalt ist Stickstoff bei 23 bar bevorratet, der im Störungsfall über drei Ventile in die Kolonne eingespeist wird; diese Ventile sind längs der Kolonnenhöhe angebracht. Die Kolonne ist inertisiert, wenn der Gehalt an Ethylenoxid im Dampfraum unter 50 Vol.-* liegt. Dazu ist bei dieser Anlage eine Inertisierungszeit von 30 Sekunden notwendig.
Alle vier Zerfallssperren (s. Figur 1 in P 28 50 254.7) sind in einer Höhe von 3m mit 15 mm-Pallringen aus V4A-Edelstahl gefüllt; zwischen den Anschweißenden sind die Zerfallssperren 4 bis 5 m hoch. Der Innendurchmesser der Zerfalls- sperre in der Dampfleitung beträgt 1,6 m, in den drei anderen Leitungen 0,4 m.
Die Kolonne ist für den Nenndruck 16 bar ausgelegt, alle Rohre und kleinvolumigen Apparate dagegen für den Nenndruck 40 bar. Diese Teile können bis 60 bar stoßbelastet werden.

Claims

Patentanspruch: Vorrichtung zum Schutz von Ethylenoxid erzeugenden und verarbeitenden Anlagen vor den Folgen eines Ethylenoxid-Zerfalls, nach Hauptanmeldung P 28 50 254.7, gekennzeichnet durch, Zerfallssperren mit der Höhe H = S v ti und dem Querschnitt mit S = Sicherheitsfaktor S 1,2 v = mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfront in der Zerfallssperre; für zerfallendes Ethylenoxid ist v = 1 bis 4 cm/s ohne innere Wasserkühlung bei einem Druck oberhalb 15 bar ti= Zeitbedarf für die Inertisierung der großvolumigen Behälter V = mittlerer Volumenstrom des Gases 3 = Dichte des Gases unter Betriebsbedingungen ap= zulässiger Druckabfall an der Zerfallssperre bei Normalbetrieb Widerstandsbeiwert der Schüttung dp= charakteristische Abmessung der Füllkörper Für Pallringe 15 mm x 15 mm x 0,4 mm aus V4A-Edelstahl ist 3,5 bis 5,5 und d = 1,5 cm. p