Способ отвода газов, выделяющихся при разложении этилена в аппаратах под высоким давлением и устройство для его осуществления

(51) С 08 Р 110/02; В 0 08 Р 2/О СУДАРСТВО ДЕЛАМ НЫЙ КОМИТЕТ СССРБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ НИЯ ИСАНИЕ БРЕТ АТЕНТ оэль Симье арбоннаж(71) Сосьете Шимик де Ш(56) 1. Патент Франциикл. С 08 Р 08 1/00, опу(54) СПОСОБ ОТВОДА ГАЗОСЯ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ЭТИЛЕПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ,ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ отвода газов, вццеляющихся при разложении этилена в аппаратах под высоким давлением, заключающийся в выведении газов из аппарата при разрушении предохранительного устройства в стенке аппарата во внешнюю среду через охлаждающие устройства, при этом охлаждение газов начинается с задержкой во времени, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения пожаро; и взрывобезопасности процесса, задержку во времени вццерживают в пределах 12-23 мкс, охлаждение осуществ" ляют водой, подаваемой в охлаждающее устройство азотом под давлением И 10-50 бар.1131470 1 О 2. Устройство для осуществления способа но и. 1, состоящее из первой емкости, наполненной азотом под давлением, второй емкости, полностью наполненной водой и соединенной с первой емкостью трубой, соединительной трубы между второй ем 1Изобретение относится к способуснижения опасностей воспламененияи взрыва, являющихся результатомразложения этилена в аппаратах поли"меризации под высоким давлением, 5а также устройствам для осуществления этого способа, и может бытьиспользовано в химической промышленности.В ходе реакции полимеризацииэтилена под высоким давлейием(около 300-3000 бар) и при высокой температуре (около 150-.350 С)некоторые нежелательные явленияпри работе установки, такие как15механические повреждения или недостаточная чистота газообразногоэтилена, несмотря на тщательныйконтроль параметров давления и температуры, могут вызвать нагревание,вплоть до температуры, превьппающей450 С, фракции этилена даже самойоничтожной, содержащейся в реактореполимеризации или в сепараторе,(работающем обычно под давлением100-500 бар) . Такое нагревание впол"не достаточно, чтобы вызвать разложение этой фракции этилена в смесиуглерода, водорода и метана.1Кроме того, вьппе указанные условия работы реактора и сепаратора таковы, что позволяют быстро распространяться всякому начавшемуся разло-жению, что непременно приводитк быстрому повышению давления и/илитемпературы. Разрыв по меньшей мереодного предохранительного устройства(защитного диска, вентиля, клапана)защищают реактор и сепаратор от избыточных давлений и позволяет продуктам разложения удаляться во внешнюю среду. Кроме явления загрязнения,вызванного удалением во внешнюю сре"ду порошкообразного углерода, слекостью и объемом, в который поступают газы расположения этилена из аппарата под высоким давлением, конец которой, ближайший к укаэанномуобъему, снабжен диспергирующим устройством для воды,и клапана между второйемкостьюи диспергирующимустройством. 2дует особенно опасаться воспламене ния газов разложения, являющегося причиной бурных взрывов, которые могут вызвать. материальный ущерб и нанести повреждения людям. Все это вызывает необходимость отвода газов разложения без их воспламенения и взоыва.Известен способ отвода газов, выделяющихся при разложении этилена в аппаратах под высоким давлением, заключающийся в выведении газов из аппарата при разрушении предохранительного устройства в стенке аппарата во внешнюю среду через охлаждающие устройства, при этом охлаждение газов начинается с задержкой во времени (с момента разрушения предохранительного устройства до момента, когда газ входит в охлаждающее устройство) в пределах 50-100 мкс 1.13,Известно также устройство для отвода газов, выделяющихся при разложении этилена в аппаратах под высоким давлением, представляющее собой трубообразный дымоход, непосредственно соединенный с аппаратом под высоким давлением и отделенный от него предохранительным устройством в стенке аппарата Ц .Однако известные способ и устройство не обеспечивают полную надежность предотвращения воспламенения и взрыва газов разложения.Это объясняется следующим образом. В противоположность известным в технике положениям самовозгорание газов разложения под влиянием их повьппенной темперагуры не является обязательно основной причиной воспламенения этих газов, а чаще лишь второстепенной. Это подтверждается результатами экспериментов, проведенных при отсутствии разложес 5 довести температуру в некоторыхточКах дымохода до значения более600 фС. Явления диффузии, различияскорости газа, протекающего в дымоходе между его стенками и осью симметрии, изменения сечения направления дымохода способствует локальному ния в реакторе и осуществляемых с разрывом по меньшей мере одного из предохранительных устройств, при этом температура этилена в момент, предшествующий разрыву, не превьшает 200 С.Кроме того, несмотря на отсутствие аномального нагрева до момента разрыва предохранительного устройства, наблюдается удаление воспламенен ного газа на выходе из сети отвода газов (дымохода), и можно наглядно продемонстрировать наличие ударной волны, распространяющейся со скоростью примерно 500-700 м/с. Это 15 объясняется тем, что после разрыва предохранительного устройства воздух, содержащийся в сети отвода (дымоходе) и вначале находящийся в неподвижном состоянии, перемещается под дейст вием волны давления со скоростью, зависящей от его силы и скорости звука в данной среде. Волна давления, которая предшествует протеканию этилена и газов разложения в сеть отвода (вытяжной канал), сжимает и нагревает воздух, содержащийся в сети отвода. Кроме того, если сеть отвода газов не является полностью линейной, а имеет хотя бы одну изо. гнутую секцию, соединяющую боковую стенку реактора или сепаратора с вертикальной секцией дымохода, либо изменение сечения, то волна давления обычно не является плоской и, таким образом, отражается от стенок сети отвода газов; эти отражения волны давления обеспечивают воэможности фокусировки волн,по оси симметрии данной сети отвода и, следовательно, 4 С возможности нагрева определенных точек в сети отвода газов. Возможность последовательных отражений предохранительного диска от стенок дымохода является третьей причиной локального 45 нагрева, сопровождающего нагрев под влиянием волны давления и увеличивающего общий тепловой эффект.Выше описанные явления нагрева при .отсутствии какого-либо разложения этилена достаточны для того, чтобы образованию зон предварительного смешивания воздуха и газа. Именно на границе раздела смеси горячий воздух - этилЕн, которая перемещается со скоростью ниже скорости волны давления и которая в результате этого следует за данной волной давления, т,е. в плоскости указанных зон предварительного смешивания начинается воспламенение. Затем эти зоны предварительного смешивания увлекаются отходящим газом к наружной части дымохода. Таким образом, они быстро исчезают из дымохода в процессе вытеснения воздуха газом. Кроме того, пламя переносится выходящим потоком к зоне выхода из дымохода, где оно поддерживается в течение времени отвода газов. Воспламенению газа под действием указанной волны давления способствует повышенная температура этого газа, которая приводит в результате к увеличению температуры смеси воздух - газ и вследствие этого газ разложения более восприимчив к воспламенению под влиянием волны давлеония, чем этилен при 200 СТакое увеличение температуры смеси воздух - газ приводит в результате к самовозгоранию газов разложения под влиянием непосредственно их температуры.Из этого следует, что для решения проблемы наиболее важным является параметр процесса по времени с момента открытия предохранительного устройства до конца выпуска газа. Однако этот параметр согласно известному способу в пределах 50-100 мкс не обеспечивает достаточную эффективность, поскольку наиболее часто продолжительность нестационарной фазы течения потока, вызывающего эффект волны давления, значительно меньше.Цель изобретения - повышение пожаро- и взрывобезопасности процесса.Цель достигается тем, что согласно способу отвода газов, выделяющихся при разложении этилена в аппаратах под высоким давлением, заключаю" щемуся в выведении газов из аппарата при разрушении предохранительного устройства в стенке аппарата во внешнюю среду через охлаждающие устройства, при этом охлаждение газов начинается с задержкой во времени, последнюю выдерживают в пределах 12- 23 мкс, охлаждение осуществляютЗаказ 9638/45 Тираж 468 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г.Ужгородул.Проектная, 4 3водой, подаваемой в охлаждающее устройство азотом под давлением 10-50 бар.Цель достигается также тем, что, устройство для осуществления способа 5 состоит из первой емкости, наполненной азотом под давлением, второй ем-, кости, полностью наполненной водой и соединенной с первой емкостью трубой, соединительной трубы между вто-, 10 рой емкостью и объемом, в который поступают газы разложения этилена из аппарата под высоким давлением, конец которой, ближайший к указанному объем, снабжен диспергирующим 15 устройством для воды, и клапана между второй емкостью и диспергирующим устройством.На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагае мого способа.Устройство содержит стенку 1 сети отвода газов разложения (дымоход), охлаждение которой должно быть обеспечено. Первая емкость 2 поддержи вается под давлением азота поередством линии 3 распределения азота, снабженной клапаном 4. Эта емкость соединительной трубой 5 небольшой длины и большого сечения сообщается ЗО с второй емкостью 6, полностью наполненной водой, подаваемой по линии 7 распределения воды, снабжен-, ной клапаном 8. При переливе воды по соединительной трубе 5 в емкость 2 днище последней снабжается трубой 9 продувки, имеющей клапан 10. Анало- гичным образом верхняя часть емкости 6 снабжена трубой 11 продувки воздухом, имеющей клапан 12. Соединительная труба 13 небольшой длины, расположена между днищем емкости 6 и стенкой 11 Конец этой соединительной трубы снабжен диспергирующим устройством 14, имеющим систему отверстий 15., Между днищем емкости 6 и диспергирующим устройством 14 находится клапан 16 пиротехнического типа, открытие которого определяется устройством, детектирующнм разложение этилена, состоящим из датчи-.ка разрыва предохранительного дискааппарата под давлением, из которогоотводятся газы разложения (не показан), соединенного линией (не показана) с клапаном 16.Устройство работает следующимобразом.При разрыве предохранительногодиска аппарата под давлением сигналот датчика этого диска подается наклапан 16 пиротехнического типа,включающий подачу воды из емкости 6через диспергирующее устройствов. дымоход через стенку 1, Давлениедля подачи воды из емкости 6 обеспечивается азотом из емкости 2П р и и е р 1 (сравнительный).В стандартном прбцессе полимериэацииэтилена под высоким давлением дляотвода газов используется известнаяустановка,Проникновение охлаждающей водыв дымоход для вывода газов, соединенный с емкостью высокого давления посредством разрывного диска, происходит через 60 мкс после того, какразрывной диск разрывается под давлением в 2000 бар. Отмечены детонация,взрыв воспламенившегося газа и разрушение стекол в радиусе 1500 м.П р и м е р ы 2-4. Процесс проводится согласно примеру 1 с использованием предлагаемой установки. Вовремя опытов сверхдавление вызываетразрыв защитного диска. Проникновение воды через клапан 16 проводитсясоответственно через 12, 14 и 23 мкспосле разрыва диска. Взрыва не слышно. Давление азота в емкости соответственно 2-50, 35 и 10 бар. Однаконаблюдается выделение через дымоходструи невоспламененных газов, истекающих с высокой скоростью.Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют повыситьпожаро- и взрывобезопасность процесса.1А. Горячевгунова Корректор С.Черни