CC BY
173
УДК: 678.742.23
С. В. Пивоваров, Ф. Р. Гариева, Н. В. Лыжина
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Ключевые слова: полиэтилен, полиэтилен высокого давления, смешанное инициирование, модернизация,трубчатыйреактор,
технология.
Предлагается модернизация установки ПЭВД для увеличения конверсии получения полиэтилена высокого давления и снижения себестоимости продукта, благодаря использованию в инициировании органических перокси-дов, и частичной модернизации реакторного блока. Определен оптимальный способ модернизации установки и обоснована его экономическая эффективность.
Keywords: polyethylene, high pressure polyethylene, mixed initiation, modernization, tubular reactor, technology.
To increase conversion of high pressure polyethylene obtaining and reduce cost price ofproduct, upgrading of LDPE is proposed by using of organic peroxides in initiation and partial modernization of reactor block. The optimal way of installation upgrading is determined and its economic efficiency is proved.
Данная работа посвящена реконструкции реакторного узла на предприятии по производству полиэтилена высокого давления.
В промышленности полиэтилен высокого давления получают свободнорадикальной полимеризацией этилена при температуре 200 - 280 0С и давлении 150-300 МПа. Получаемый полиэтилен имеет самую низкую плотность 918 - 930 кг/м3. Получение ПЭВД является крупнотоннажным производством. Полиэтилен применяют для изготовления технических изделий, пленок, изделий для сельского хозяйства, а также изготовления труб для холодной воды [1].
На действующей установке ПЭВД выпускается полиэтилен высокого давления марки 15303-003. Максимальная конверсия этилена составляет 20,7 %.
Для усовершенствования действующей установки предлагается провести реконструкцию реакторного узла, а также использовать дополнительные инициаторы реакции.
Действующий промышленный реактор представляет собой, трубчатый реактор «труба в трубе» поршневого действия, разделенный на 2 зоны, с единичным дополнительным вводом холодного потока смеси исходных реагентов.
В качестве инициатора реакции на аналоге используется кислород. Принципиальная схема потоков действующего реактора представлена на рис. 1.
Рис. 1 - Принципиальная схема потоков действующего реактора
Реконструкция узла реактора предусматривает, изменение обвязки подачи исходных реагентов с использованием 2 дополнительных точек ввода хо-
лодного потока по длине реактора. Схема подачи потоков представлена на рис. 2.
Рис. 2 - Принципиальная схема потоков реактора с учетом внесенных изменений
Из общей длины аппарата, составляющей 1500 м, протяженность 1 зоны 600 м, второй 386 м и третьей 514 м.
Для обеспечения оптимального температурного режима, подача исходных реагентов в 1 зону осуществляется при температуре 185 0С, а во вторую и третью при температуре 60-85 0С. Исходная смесь разделяется на 3 потока в соотношении 50% в первую зону, по 25 % во вторую и третью [2].
Помимо изменения обвязки узла реактора, в работе предлагается дополнительно использовать растворы смеси органических пероксидов в качестве инициаторов.
В первую и во вторую зону аппарата подается раствор пероксидов, который содержит смесь низко-, средне- и высокотемпературного перокси-дов. Массовое соотношение пероксидов в смеси 32,7 - 33,4 %, 21,8 - 22,3 % и 44,7 - 45,6 %. Полученную смесь инициаторов разбавляют белым минеральным маслом, для получения раствора инициаторов в пропорции: 9 % мас. низкотемпературный пероксид, 6 % мас. среднетемпературный пероксид, 12 % мас. высокотемпературный пероксид, белое масло до 99%. В третью зону подается раствор высокотемпературного пероксида [2].
Используются пероксиды, максимальная эффективность которых достигается при температурах, отличающихся на 34-41 0С.
Температура, при которой достигается максимальная эффективность инициирования низкотемпературного пероксида по отношению к температуре реакционной среды не должна превышать 220С [2].
Одним из элементов конструкции реактора полимеризации являются металлические линзы, обеспечивающие герметичность фланцевого соединения.
В данном процессе предлагается использование металлических линз не только для надежной герметизации аппарата, а также для возможной подачи исходной смеси и раствора смеси инициаторов в нужную зону по длине реактора.
Устанавливается 3 металлических линзы с отводами по определенным зонам реактора. Перед первой зоной, после нее, а также после второй зоны. Первая линза устанавливается с одним отводом, у остальных по два отвода.
Один отвод нужен для впрыска раствора инициаторов, во второй ввод идет подача холодного потока (смеси этилена с кислородом) из компрессора 2-го каскада.
В отличие от промышленного аналога, предлагается установка на отводы линз импульсных трубок с толщиной стенки 5 мм, позволяющих осуществлять подачу инициаторов при высоком давлении и сгладить их пульсацию при подаче через плунжерный насос.
Для обеспечения подачи растворов смеси перок-сидов в реактор при высоком давлении, разработана система «насосы в паре» (центробежный и плунжерный), которая представлена на рис.3. На каждую точку подачи смеси пероксидов предлагается установка по одному насосу каждого вида. Центробежный насос позиции 2 подает раствор смеси органических пероксидов из емкости позиции 1 в плунжерный насос позиции 3, далее при давлении 200220 МПа смесь подается через импульсную трубку позиции 4 на отвод линзы реактора позиции 5.
Данная реконструкция приводит к увеличению конверсия этилена с 20,7 % до 28,5 %.
Был осуществлен расчет материального баланса действующей установки и установки после реконструкции. Предварительный расчёт экономического эффекта от внедрения данного предложения на установке с часовой производительностью 61333,2 кг/час показал, что он может составить более 2600
млн. руб. за счёт экономии этилена, несмотря на дополнительные затраты на вспомогательные материалы белое масло, триганокс С, триганокс 42S, три-ганокс в общей сумме более 100 млн. руб. в процессе. Снижение потребления сырья позволяет уменьшить материалоёмкость товарного полиэтилена на 24,9 %, что способствует увеличению в дальнейшем прибыли предприятия.
Рис. 3 - Система подачи раствора смеси пероксидов в реактор «насосы в паре»
Актуальность работы связана с тем, что в настоящее время определение эффективных путей по снижению производственных затрат является основой для повышения конкурентоспособности предприятия и улучшения его финансового состояния.
Литература
1. Белокурова, А.П. Химия и технология получения полио-лефинов: учебное пособие / А.П. Белокурова, Т.А. Агеева; под ред. О.И. Койфмана. Иван. гос. хим.-технол. унт. - Иваново, 2011. с. 56-58
2. Способ полимеризации этилена: пат. 2447088 Рос. Федерация: МПК С08 F 10/02 С08 F 110/02 С08 F2/06 С08 F4/38 И. Г. Климов, Э. А. Майер, Е. О. Коваль, Р. В. Петренко, С. Б. Штамм, Ю. Н. Кондратьев, А. В. Власов, В. Д. Ким; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Томскнефтехим». - № 2010126994/04; заявл. 01.07.10; опубл. 10.01.12.
© С. В. Пивоваров - студент-магистр гр. 415-М14 каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected], Ф. Р. Гариева - к.х.н., проф. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected], Н. В. Лыжина - доцент каф. экономики КНИТУ, [email protected].
© S. V. Pivovarov - Master student of 415-M14 gr. of Technology of basic organic and petrochemical synthesis department, KNRTU, [email protected], F. R. Garieva - Ph.D., prof. of Technology of basic organic and petrochemical synthesis department, KNRTU, [email protected]; N. V. Lyzhina - associate Professor, DEP. Economy of KNRTU, [email protected],
