由于聚合物的單體大多是易燃易爆物質(zhì),聚合反應(yīng)多在高壓下進(jìn)行,本身又是放熱過程,如果反應(yīng)條件控制不當(dāng),很容易引起事故。
例如高壓聚乙烯反應(yīng)一般在13~30MPa壓力下進(jìn)行,反應(yīng)過程流體的流速很快,停留于聚合裝置中的時間僅為10s到數(shù)分鐘,溫度保持在 150~300℃。在該溫度和高壓下,乙烯是不穩(wěn)定的,能分解成碳、甲烷、氫氣等。一旦發(fā)生裂解,所產(chǎn)生的熱量,可以使裂解過程進(jìn)一步加速直到爆炸。國內(nèi) 外都曾發(fā)生過聚合反應(yīng)器溫度異常升高,分離器超壓而發(fā)生火災(zāi);壓縮機(jī)爆炸以及反應(yīng)器管路中安全閥噴火而后發(fā)生爆炸等事故。因此,嚴(yán)格地控制反應(yīng)條件是十分 重要的。在高壓聚乙烯生產(chǎn)中,主要危險因素有:
a.該過程處在高壓下,所以當(dāng)設(shè)備和管道的密封有極小損壞時,即會導(dǎo)致氣體大量噴出到車間中,并和空氣形成爆炸性氣體混合物。
b.該過程為放熱和熱動力不穩(wěn)定過程。乙烯聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)為96.3kJ/mol,所以當(dāng)熱量來不及導(dǎo)出時,會引起乙烯爆炸性分解。
c.乙烯可能在設(shè)備和管道中聚合,使溫度上升到危險程度,導(dǎo)致乙烯分解和聚合產(chǎn)品堵塞設(shè)備。
d.如果違反壓力條件和規(guī)定的混合氣體流量比,在設(shè)備中乙烯和氧氣可能形成易爆混合物。
e.乙烯分解時產(chǎn)生的分解細(xì)粒狀炭黑有可能堵塞反應(yīng)器和管道,從而使過程難以正常進(jìn)行,以致不得不停產(chǎn)進(jìn)行設(shè)備清理。
由上述危險因素可見,必須對工藝流程的所有工序進(jìn)行溫度、壓力和物料流速的嚴(yán)格自動控制和調(diào)節(jié)。尤其應(yīng)該準(zhǔn)確地控制乙烯中氧的限制含量,因?yàn)楫?dāng)氧含量超過 允許量時,反應(yīng)速度將迅速加快,反應(yīng)熱來不及導(dǎo)出,以致使過程反應(yīng)強(qiáng)度顯著提高,最終使過程由乙烯爆炸性分解為甲烷和碳而結(jié)束。此外,當(dāng)過量供氧時,還會 形成爆炸性混合物。
高壓聚乙烯的聚合反應(yīng)在開始階段或聚合反應(yīng)進(jìn)行階段都會發(fā)生暴聚反應(yīng),所以設(shè)計時必須充分考慮到這一點(diǎn)。可以添加反應(yīng)抑制劑或加裝安全閥來防止。在緊急停 車時,聚合物可能固化,停車再開車時,要檢查管內(nèi)是否堵塞。高壓部分應(yīng)有兩重、三重防護(hù)措施;要求遠(yuǎn)距離操作;由壓縮機(jī)出來的油嚴(yán)禁混入反應(yīng)系統(tǒng),因?yàn)橛?中含有空氣,進(jìn)入聚合系統(tǒng)能形成爆炸性混合物。
氯乙烯聚合是屬于連鎖聚合反應(yīng),連鎖反應(yīng)的過程可分為3個階段,即鏈的開始、鏈的增長、鏈的終止。聚合反應(yīng)中鏈的引發(fā)階段是吸熱過程,所以需加熱。在鏈的 增長階段又放熱,需要將釜內(nèi)的熱量及時導(dǎo)走,將反應(yīng)溫度控制在規(guī)定值。這兩個過程要分別向夾套通入加熱蒸汽和冷卻水。溫度控制多采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了及 時導(dǎo)走熱量必須有可靠的攪拌裝置。由于氯乙烯聚合是采用分批間歇方式進(jìn)行的,反應(yīng)主要依靠調(diào)節(jié)聚合溫度,因此聚合釜的溫度自動控制十分重要。
丁二烯聚合過程中接觸和使用酒精、丁二烯、金屬鈉等危險物質(zhì)。酒精和丁二烯與空氣混合都能形成爆炸性混合物,金屬鈉遇水、空氣激烈燃燒,引起爆炸,因此不能暴露于空氣中。
為了控制猛烈反應(yīng),應(yīng)有適當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng),并需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。冷卻系統(tǒng)應(yīng)保證密閉良好,特別在使用金屬鈉的聚合反應(yīng)中,最好采用不與金屬鈉反應(yīng)的十氫化萘或四氫化萘作為冷卻劑。如用冷水做冷卻劑,應(yīng)在微負(fù)壓下輸送,不可用壓力輸送。這樣可減少水進(jìn)入聚合釜的機(jī)會。
丁二烯聚合釜上應(yīng)裝安全閥,通常的辦法是同時安裝爆破板。爆破板應(yīng)裝在連接管上,在其后再連接一個安全閥。這樣可以防止安全閥堵塞,又能防止爆破板爆破時大量可燃?xì)庖莩龆鸲伪。爆破板不能用鑄鐵,必須用銅或鋁制作,避免在爆破時鑄鐵產(chǎn)生火花引起二次爆炸事故。
聚合生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)配有氮?dú)獗Wo(hù)系統(tǒng),所用氮?dú)庖?jīng)過精制,用銅屑除氧,用硅膠或三氯化鋁干燥,純度保持在99.5%以上。無論在開始操作或操作完畢打開設(shè)備 前,都應(yīng)該用氮?dú)庵脫Q整個系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障,溫度升高或發(fā)現(xiàn)有局部過熱現(xiàn)象時,須立即向設(shè)備充入氮?dú)饧右员Wo(hù)。正常情況下,操作完畢后,從系統(tǒng)內(nèi)抽出氣體 是安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施,可消除或減少爆炸的可能性,當(dāng)工藝過程被破壞,發(fā)生事故,不能降低溫度或發(fā)現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象時,應(yīng)將氣體抽出,同時往設(shè)備中送入 氮?dú)。以上是在聚合過程中,為了防爆而必須采取的安全措施。