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- Tetrafluoroethylene (3)
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- Explosion (1)
- Ignition (1)
Die adiabate Kompression stellt insbesondere für zerfallsfähige Gase eine potentielle Zündquelle sowohl bei Herstellungsprozessen als auch beim Umgang in weiterverarbeitenden Betrieben oder beim Endnutzer dar. So kam es in der Vergangenheit etwa in TFE-verarbeitenden Anlagen wiederholt zu Störfällen durch Adiabate Kompressionsvorgänge des Monomers. Unter dem Begriff „zerfallsfähige Gase“ oder auch „chemisch-instabile Gase“ versteht man Gase, bei denen es auch in Abwesenheit eines Oxidators nach einer Zündung zu einem explosionsartigem Reaktionsverlauf kommen kann, wie es etwa beim Tetrafluorethylen (TFE) der Fall ist.
Die Zerfallsreaktion von TFE ist in Gleichung dargestellt. Sobald eine Zündquelle die Zerfallsreaktion initiiert, kann diese bei bestimmten Anfangsbedingungen von Druck und Temperatur explosionsartig verlaufen. Die schnelle Reaktionsrate zusammen mit der hohen Exothermie der Reaktion kann zur Bildung von heftigen Explosionen führen, wie sie sonst nur bei Brenngas/Oxidator-Gernischen üblich sind.
Die adiabate Kompression stellt insbesondere für zerfallsfähige Gase eine potentielle Zündquelle sowohl bei Herstellungsprozessen als auch beim Umgang in weiter-verarbeitenden Betrieben oder beim Endnutzer dar. Unter bestimmten Bedingungen kann hier eine explosionsartige Zerfallsreaktion auch in Abwesenheit eines Oxidators initiiert werden. Zur systematischen Untersuchung des Zündverhaltens von Zerfallsreaktionen wurde eine Rohrapparatur mit einem schnell öffnenden Kugelhahn aufgebaut, um praxisnahe Vorgänge darstellen zu können. Am Beispiel Tetrafluorethen (TFE) wurden umfangreiche Untersuchungen mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern und –längen durchgeführt. Neben der Kompression von homogenen Gasphasen wurden außerdem Kompressionsvorgänge von heterogenen Gasen durchgeführt. Dabei war das Gas im Niederdruckteil unterschiedlich zum Gas im Hochdruckteil. Für den Hochdruckteil wurde Stickstoff, Acetylen und TFE verwendet. Im Niederdruckteil kamen TFE, Stickstoff und Luft zum Einsatz. Zudem wurden das Kompressionsverhältnis sowie die Absolutdrücke im Hochdruck- und Kompressionsteil variiert. Für TFE wurde ein Druckbereich bis 30 bar absolut untersucht. Versuche mit Acetylen wurden zur apparativen Validierung durchgeführt. Es zeigte sich, dass in der verwendeten Apparatur reproduzierbare Zündvorgänge nur im Bereich sehr enger Anfangsparameter möglich sind. Die Kompression von Luft durch ein zerfallsfähiges Gas stellt dabei den sicherheitstechnisch kritischsten Fall dar.
This work investigates the ignition of tetrafluoroethylene induced by the adiabatic compression that can arise by activating a high speed valve separating two portions of a pipeline with a high pressure difference. In the tests performed the high pressure zone contained tetrafluoroethylene at pressures between 15 and 30 bar. For the low pressure zone, experiments with nitrogen, air and tetrafluoroethylene were carried out. The pressure range in the low pressure zone was comprised between 0.05 and 1 bar. The pipe diameters analyzed were 15 and 20 mm. For the analyzed geometries, special conditions were required in order to reach reproducible ignitions, namely air at temperatures of at least 105 °C had to be present in the compression pipe. Furthermore, a minimum length of the compression pipe had to be used. The current work describes the experimental setup employed for the tests and discusses the achieved results. Numerical simulations were performed in order to clarify unexpected findings.
The Ignition Temperature (IT) of stoichiometric tetrafluoroethylene–air mixtures on hot walls was determined in a 3-dm³-reactor. Tests at elevated pressure conditions were performed, namely at 5, 15 and 25 bar(a), showing a decrease of the IT with the initial pressure. Furthermore, the measured ignition temperatures of stoichiometric tetrafluoroethylene–air mixtures were lower than the ignition temperatures required for the decomposition pure tetrafluoroethylene (Minimum Ignition Temperature of Decomposition, MITD) reported in previous works.
Equations from the Semenov thermal explosion theory on spontaneous ignition were used to identify approximate combustion kinetics of tetrafluoroethylene from the experimental results. The determined kinetics was used for the prediction of the IT of stoichiometric tetrafluoroethylene-air by simplified calculation methods. A very good agreement with the experimental results was observed.
There is a lack of data on the self-ignition behaviour of tetrafluoroethylene (TFE) in industrial sized
equipment. In order to assess the tendency of TFE for
decomposition in large scale vessels, , a facility was
designed and constructed. Tests were
carried out in a cylindrical reactor with a volume of 100 L with initial
pressures of 5 and 10 bar(a). The effect of the reacto
r adjustment (vertical or horizontal) was taken into
account. The current work describes the test set
up and summarizes the experimental results achieved.
Furthermore, this paper reports on a numerical model for
the prediction of the self
-heating of TFE in closed
vessels, which was previously developed for small scale reactors and has been here validated for larger
dimensions with the experiments performed in the new facility.
Zur Einschätzung der Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle für ein Gas oder ein Gasgemisch werden in der Praxis Zündtemperaturen experimentell bestimmt. Die Zündtemperatur gemäß dem europäischen Standardverfahren EN 14522 wird bei Atmosphärendruck bestimmt und ist vor allem dazu geeignet die Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle bei einem unerwünschten Stoffaustritt aus einer geschlossenen Anlage einzuschätzen. Eine Aussage bzgl. der der Zündfähigkeit an heißen Oberflächen innerhalb einer geschlossenen Anlage, z. B. in größeren Behältern bei bestimmten Gemischzusammensetzungen und höheren Anfangsdrücken, kann anhand der Zündtemperatur gemäß EN 14522 nicht getroffen werden. Die Bestimmung nach dem europäischen Standard erfolgt in einem offenen System, bei atmosphärischem Druck und in Luft als Oxidationsmittel.