專利名稱：大長(zhǎng)徑比的聚合反應(yīng)器的制作方法
大長(zhǎng)徑比的聚合反應(yīng)器相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2002年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/411208和2002年9月20日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)10/251662的優(yōu)選權(quán)。本申請(qǐng)是中國(guó)專利申請(qǐng)03824012. 2的分
案申請(qǐng)。聯(lián)邦政府資助研究或開發(fā)沒有可用的微縮平片/版權(quán)參考沒有可用的
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及烯烴單體在液體稀釋劑中的聚合。加成聚合常常在一種為生成聚合物的溶劑的液體中進(jìn)行。當(dāng)高密度(線型)乙烯 聚合物在五十年代首次商業(yè)生產(chǎn)時(shí)，就是使用這一方法。很快發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)這樣的聚合物的更 有效方法是在淤漿條件下進(jìn)行聚合。更具體地說，選擇的聚合技術(shù)變成在環(huán)管反應(yīng)器中的 連續(xù)淤漿聚合，聚合產(chǎn)品通過按間歇原理操作的沉降支管取出，以便回收。這一技術(shù)取得全 世界的成功，每年生產(chǎn)數(shù)十億磅乙烯聚合物。對(duì)于一定的裝置生產(chǎn)能力來說，與更大數(shù)目的 小型反應(yīng)器相比，由于這一成功帶來建設(shè)更少數(shù)目的大型反應(yīng)器的需求。但是，沉降支管存在兩個(gè)問題。第一，它們將“間歇”技術(shù)強(qiáng)加給基本連續(xù)的過程。 每一時(shí)間沉降支管都達(dá)到這樣的階段，在那里它使積累的聚合物漿液“堆積”，干擾淤漿在 環(huán)管反應(yīng)器上游和回收體系下游中的流動(dòng)。此外，由于難以保持封閉沉降支管的大直徑閥 門的密封，所以主要用來定期封閉沉降支管與環(huán)管反應(yīng)器上游和回收體系下游的閥門設(shè)備 要經(jīng)常維護(hù)。第二，因?yàn)榉磻?yīng)器變得更大，所以沉降支管存在許多邏輯問題。如果管直徑加倍， 那么反應(yīng)器的體積增大4倍。但是，由于涉及閥門，所以沉降支管的尺寸不容易進(jìn)一步增 大。因此，所需的支管數(shù)目開始超過可提供的物理空間。盡管有這些限制，但沉降支管仍然在烯烴聚合物在液體稀釋劑中作為淤漿形成的 場(chǎng)合中使用。這是因?yàn)榕c本體淤漿聚合(即單體為稀釋劑)不同，在那里經(jīng)常得到大于60% 的固體濃度，而在稀釋劑中的烯烴聚合物淤漿通常被限制到不大于37-40% (重量)固體。 因此，據(jù)認(rèn)為沉降支管必需得到在沉降支管出口處有大于37-40%的最終漿液產(chǎn)品。這是因 為，正如名字暗示的，沉降在支管內(nèi)發(fā)生，從而使最終作為產(chǎn)品淤漿回收的淤漿固體濃度提 尚ο影響實(shí)際反應(yīng)器最大固體濃度的另一因素為循環(huán)速度，因?yàn)樵诓僮髦械囊粋€(gè)限制 因素為由于聚合物在反應(yīng)器中積累使反應(yīng)器結(jié)垢，對(duì)于一定的反應(yīng)器直徑來說，速度越高 就允許更高的固體濃度。涉及淤漿聚合環(huán)管反應(yīng)器的兩個(gè)相關(guān)專利為US 6239235和6204344，其中每一個(gè) 關(guān)于環(huán)管反應(yīng)器及其直徑、長(zhǎng)度、設(shè)備和操作的描述的全部?jī)?nèi)容在這里作為參考并入。發(fā)明概述
本發(fā)明的一個(gè)方面是裝料的環(huán)管聚合反應(yīng)器，所述的反應(yīng)器包含一個(gè)環(huán)管反應(yīng) 段、一個(gè)連續(xù)出料口和一個(gè)設(shè)在反應(yīng)段中的流體淤漿。普通圓柱管壁確定環(huán)管反應(yīng)段。環(huán) 管反應(yīng)段的長(zhǎng)度和普通圓柱管壁的公稱外徑確定大于250的長(zhǎng)徑比。流體淤漿包含至少一 種烯烴單體反應(yīng)物、固體烯烴聚合物顆粒和液體稀釋劑。按聚合物顆粒和液體稀釋劑的重 量計(jì)，固體烯烴聚合物顆粒在淤漿中的濃度大于40% (重量)。連續(xù)出料口用于從環(huán)管反 應(yīng)段連續(xù)取出流體淤漿。本發(fā)明的另一方面是一種包含環(huán)管反應(yīng)段和連續(xù)出料口的環(huán)管聚合反應(yīng)器。普通 圓柱管壁確定環(huán)管反應(yīng)段。環(huán)管反應(yīng)段的長(zhǎng)度和普通圓柱管壁的直徑確定大于1000的長(zhǎng) 徑比。連續(xù)出料口用于從環(huán)管反應(yīng)段連續(xù)取出流體淤漿。本發(fā)明的另一方面是一種在如上面定義的反應(yīng)器的環(huán)管反應(yīng)段中通過使至少一 種烯烴單體在液體稀釋劑中聚合以生產(chǎn)含有液體稀釋劑和固體烯烴聚合物顆粒的流體淤 漿的聚合方法。在所述的方法中，按聚合物顆粒和液體稀釋劑的重量計(jì)，將固體烯烴聚合物 顆粒在淤漿中的濃度保持在大于40% (重量)。固體烯烴聚合物產(chǎn)物通過從反應(yīng)段中連續(xù) 取出淤漿的方法從反應(yīng)段中取出。 附圖簡(jiǎn)介在構(gòu)成本發(fā)明一部分的附圖中，

圖1為環(huán)管反應(yīng)器和聚合物回收體系的透視圖；圖2為表示連續(xù)出料口附件的沿圖1的2-2線的剖面圖；圖3為表示連續(xù)出料口組件中的柱塞閥設(shè)備的沿圖2的3-3線的剖面圖；圖4為連續(xù)出料口組件的切線位置的剖面圖；圖5為表示沉降支管和連續(xù)出料口組件的環(huán)管反應(yīng)器的彎頭的側(cè)視圖；圖6為表示兩個(gè)連續(xù)出料口組件取向的圖5的6-6線的剖面圖；圖7為表示連續(xù)出料口組件另一取向的側(cè)視圖；圖8為葉輪機(jī)構(gòu)的剖面圖；圖9為表示環(huán)管另一結(jié)構(gòu)的示圖，其中上部段14a為180度半圓，而豎直段為水平 段的至少兩倍長(zhǎng)；以及圖10為表示水平配置的長(zhǎng)軸的示圖。發(fā)明詳述令人吃驚的是，已發(fā)現(xiàn)在惰性稀釋劑存在下，在環(huán)管反應(yīng)器中進(jìn)行的烯烴聚合反 應(yīng)中產(chǎn)品淤漿的連續(xù)出料口允許反應(yīng)器在高得多的固體濃度下操作。在異丁烷稀釋劑中， 主要為乙烯聚合物的商業(yè)生產(chǎn)通常限制反應(yīng)器中的最大固體濃度為37-40% (重量)。但 是，已發(fā)現(xiàn)連續(xù)出料口允許大大提高固體濃度。此外，與由于連續(xù)出料口附件的替代，從反 應(yīng)器中取出產(chǎn)品的反應(yīng)器中濃度相比，連續(xù)出料口本身也使固體含量另有一些提高，連續(xù) 出料口附件從固體含量更濃的物料層中選擇性取出淤漿。因此，按照本發(fā)明，大于40% (重 量)的濃度是可能的。在整個(gè)申請(qǐng)中，不太考慮催化劑的重量，因?yàn)樯a(chǎn)率是極高的，特別是使用氧化鉻
/氧化硅催化劑。同樣令人吃驚的是，已發(fā)現(xiàn)可使用更主動(dòng)的循環(huán)(伴隨更高的固體濃度)。的確，通過使用更主動(dòng)的循環(huán)與淤漿的連續(xù)出料口相結(jié)合，大于50% (重量)的固體濃度可通過 連續(xù)出料口從反應(yīng)器中取出。例如，連續(xù)出料口可很容易允許在高出5-6個(gè)百分點(diǎn)下操作； 也就是可調(diào)節(jié)反應(yīng)器很容易使固體濃度升高10% ；以及更主動(dòng)的循環(huán)可很容易再增加7-9 個(gè)百分點(diǎn)，使反應(yīng)器的固體濃度超過50%。但是，因?yàn)檫B續(xù)出料口位于從高于平均固體濃度 的物流中的層流取出淤漿，實(shí)際回收的產(chǎn)品比反應(yīng)器淤漿濃度平均值高約3個(gè)百分點(diǎn)。因 此，操作可達(dá)到55% (重量)或更高的有效 淤漿濃度，也就是在反應(yīng)器中平均為52%，而取 出實(shí)際上為55%的組分(即高3個(gè)百分點(diǎn))。必需強(qiáng)調(diào)，在商業(yè)操作中，固體濃度有小到1個(gè)百分點(diǎn)的增加也是很重要的。所 以，在反應(yīng)器中平均37-40%的固體濃度達(dá)到甚至41%也是重要的；因此達(dá)到50%以上確 實(shí)是顯著的。本發(fā)明適用于在使用稀釋劑的環(huán)管反應(yīng)器中的任何烯烴聚合，以生產(chǎn)聚合物和稀 釋劑的產(chǎn)品淤漿。適合的烯烴單體為每個(gè)分子有直到8個(gè)碳原子的和比4位更靠近雙鍵 處沒有分支的1-烯烴。本發(fā)明特別適用于乙烯的均聚和乙烯與更高級(jí)1-烯烴例如丁烯、 1-戊烯、1-己烯、1-辛烯或1-癸烯的共聚。特別優(yōu)選的是乙烯以及按乙烯和共聚單體的 總重計(jì)0. 01-10% (重量)、優(yōu)選0. 01-5% (重量)、最優(yōu)選0. 1-4% (重量)更高級(jí)烯烴。 另一方面，足夠的共聚單體可用來得到上述加入聚合物中的共聚單體數(shù)量。適合的稀釋劑(與溶劑或單體不同)是大家熟悉的，它們包括在反應(yīng)條件下為惰 性液體的烴類。適合的烴類包括異丁烷、丙烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷和正己烷，異丁烷是 特別優(yōu)選的。適合的催化劑是大家熟悉的。特別適合的是氧化鉻/載體例如氧化硅催化劑，例 如在Hogan和Banks的US 2285721 (1958年3月)中廣泛公開的，在這里作為參考并入?，F(xiàn)在參考附圖，圖1表示反應(yīng)器管系有豎直段12、上部水平段14和下部水平段16 的環(huán)管反應(yīng)器10，一些段或全部段通常有圓柱管壁，某些長(zhǎng)度的段通過接頭例如彎頭首尾 相連，形成完全的回路或環(huán)管，有時(shí)也稱為環(huán)管反應(yīng)段。這些上部和下部水平段確定了水平 流的上段和下段。在這一實(shí)施方案中，每一彎頭或彎管20是平滑的，從而提供基本上沒有 內(nèi)部障礙的連續(xù)流道。反應(yīng)器管系可有任何適合的內(nèi)徑和任何適合的外徑，以提供足以承受反應(yīng)器壓力 的管壁厚度并支撐反應(yīng)器，并提供具有足以有效傳熱的管壁薄度。例如，具有20英寸(0. 51 米)、22英寸(0. 56米)、24英寸(0. 61米)、26英寸(0. 66米)、28英寸(0. 71米)或更大 公稱外徑或這些數(shù)值之間的任何直徑的管系都是可預(yù)期的。這樣的管系可具有表1所列的 內(nèi)徑和外徑，在這里外徑為公稱的，而內(nèi)徑是計(jì)算的，以便承受在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中 預(yù)期的壓力。反應(yīng)器用管12和套管18形成的雙管換熱器冷卻。在反應(yīng)器的水平段可使用更多 的換熱器，如果需要或適用的話。用馬達(dá)24驅(qū)動(dòng)的葉輪22(圖8所示)來循環(huán)反應(yīng)淤漿。正如圖8所示，葉輪22 和外殼或反應(yīng)器壁包圍的葉輪的直徑可比形成反應(yīng)器的管系的一般直徑大。這一特點(diǎn)在環(huán) 管反應(yīng)器有高的長(zhǎng)度/外徑比的場(chǎng)合下是特別希望的，所述環(huán)管周圍比在較低比的環(huán)管中 產(chǎn)生更大流動(dòng)阻力。因?yàn)橥ㄟ^反應(yīng)器每一橫截面的物料體積流量基本上相同的，比用于環(huán)管中一般管尺寸更大直徑葉輪22和更大葉輪馬達(dá)24的使用使通過公稱直徑管系的流速增加。為了不 需增加時(shí)間來使淤漿的組分在高長(zhǎng)度/外徑比的反應(yīng)器中的環(huán)管周圍輸送，高的速度是希 望的。還將淤漿的流速保持足夠高，以便避免固體從淤漿中跳動(dòng)或沉積。淤漿的跳動(dòng)速 度規(guī)定為避免跳動(dòng)所需的最小流速，它隨工藝條件變化。例如，反應(yīng)器直徑越大，跳動(dòng)速度 越大。此外，固體在淤漿中的比例越大，跳動(dòng)速度越大。因?yàn)楦吖毯渴窍Ｍ模诟吖毯?量下保持超過跳動(dòng)速度的流速的一個(gè)方法是使用相對(duì)小直徑的反應(yīng)器。還應(yīng)理解，反應(yīng)器環(huán)管可有一個(gè)以上葉輪或一個(gè)以上串聯(lián)的葉輪/馬達(dá)組圍繞環(huán) 管。串聯(lián)的葉輪可緊靠在一起，分布在環(huán)管上，或以任何適合的方式配置。預(yù)計(jì)現(xiàn)有的泵技 術(shù)可支持約44000或45000加侖(166或170米3)的反應(yīng)器，取決于反應(yīng)器的直徑和結(jié)構(gòu)。 這假設(shè)是維持32英尺/秒(9. 75米/秒)的循環(huán)速度。參考附圖，將反應(yīng)單體、共聚單體(如果有的話)和補(bǔ)充的稀釋劑分別通過管線26 和28送入，它們可在一個(gè)或多個(gè)位置直接進(jìn)入反應(yīng)器，或可與所示的循環(huán)管線30的冷凝稀 釋劑合并。將催化劑通過催化劑送入口 32送入，后者為催化劑送入提供一個(gè)段(位置)。 連續(xù)取出中間產(chǎn)品淤漿的細(xì)長(zhǎng)的中空附件廣義上用參數(shù)34表示。連續(xù)出料口機(jī)構(gòu)34位于 一個(gè)下部水平環(huán)管反應(yīng)器段16的下游端或靠近下游端，或靠近連接彎管20或在連接彎管 20上。雖然總地來說或部分來說，連續(xù)出料口通常是優(yōu)選的，但也可使用有沉降支管或瞬時(shí) 出料的反應(yīng)器，而不違背本發(fā)明的某些方面。在環(huán)管反應(yīng)器的下部水平段的下游端示出連續(xù)出料口附件，所述段為優(yōu)選的位 置。位置可在環(huán)管中的最后處附近的區(qū)域，在那里在催化劑送入點(diǎn)以前流動(dòng)變成向上，以便 使新鮮催化劑通過出料點(diǎn)以前在反應(yīng)器中保留盡可能最長(zhǎng)的時(shí)間。但是，連續(xù)出料口附件 也可位于任何段或彎頭上。此外，連續(xù)出料口附件連接的反應(yīng)器段可有更大的直徑，以便使流速變慢，因此進(jìn) 一步形成層流，以致使取出的產(chǎn)品可有甚至更大的固體濃度。連續(xù)取出的中間產(chǎn)品淤漿通過導(dǎo)管36送入高壓閃蒸室38。導(dǎo)管36包含外導(dǎo)管 40，向它提供間接加熱閃蒸導(dǎo)管36中淤漿的經(jīng)加熱的流體。汽化的稀釋劑通過導(dǎo)管42排 出閃蒸室38，以便進(jìn)一步加工，后者包含通過使用循環(huán)冷凝器50的簡(jiǎn)單熱交換冷凝，然后 通過循環(huán)稀釋劑管線30返回環(huán)管反應(yīng)器，不需要壓縮。循環(huán)冷凝器50可在本專業(yè)已知的任何條件下利用在本專業(yè)已知的任何適合的熱 交換流體。但是優(yōu)選的是，使用在可經(jīng)濟(jì)提供的溫度下的流體。對(duì)于這一流體，希望的溫度 范圍為40-130° F(4-54°C)。聚合物顆粒通過管線44從高壓閃蒸室38中取出，以便用本 專業(yè)中已知的技術(shù)進(jìn)一步加工。優(yōu)選的是，將聚合物顆粒送入低壓閃蒸室46，此后通過管線 48作為聚合物產(chǎn)品回收。分離的稀釋劑通過壓縮機(jī)47送到管線42。這一高壓閃蒸設(shè)計(jì)在 Hanson和Sherk的US 4424341 (1984年1月3日)中廣泛公開，因此作為參考并入。令人吃驚的是，已發(fā)現(xiàn)連續(xù)出料口不僅使反應(yīng)器上游有更高的固體濃度，而且也 使高壓閃蒸更好操作，從而使大部分取出的稀釋劑被閃蒸出并在沒有壓縮下循環(huán)。實(shí)際上， 70-90%的稀釋劑通常可用這一方式回收。應(yīng)認(rèn)識(shí)到這一結(jié)果是由于以下幾個(gè)原因。首先， 因?yàn)榱鲃?dòng)是連續(xù)的而不是斷續(xù)的，閃蒸管線加熱器能更好地起作用。此外，調(diào)節(jié)流出反應(yīng)器 的連續(xù)流流速的按比例自動(dòng)控制閥以后的壓降較小，這意味著當(dāng)淤漿閃蒸時(shí)，它使溫度下降較低，從而使閃蒸管線加熱器更有效利用。圖2更詳細(xì)地表示有連續(xù)出料口機(jī)構(gòu)34的彎頭20。連續(xù)出料口機(jī)構(gòu)包括一個(gè)出料圓柱管52、一個(gè)淤漿取出管線54、一個(gè)緊急切斷閥55、一個(gè)調(diào)節(jié)流量的按比例自動(dòng)控制 閥58和一個(gè)沖洗管線60。反應(yīng)器在完全“液體”下運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)槿芙獾膯误w存在，所以所述 的液體是稍可壓縮的，從而可用閥門控制完全液體體系的壓力。稀釋劑的進(jìn)料量通常保持 不變，按比例自動(dòng)控制閥58用來控制連續(xù)出料口的速度，以保持反應(yīng)器的總壓在設(shè)計(jì)的設(shè) 定點(diǎn)內(nèi)。沿圖2的3-3線選取的圖3更詳細(xì)表示連續(xù)出料口機(jī)構(gòu)34。彎頭20為帶附件的 彎頭。正如所示，所述的機(jī)構(gòu)包含在這種情況下以直角連接到彎頭外表面的出料圓柱管52。 淤漿出料管線54從出料圓柱管52出來。在出料圓柱管52內(nèi)安裝的是柱塞閥62，它有兩 個(gè)用途。首先，它為出料圓柱管提供一個(gè)簡(jiǎn)單和可靠的清除機(jī)構(gòu)，如果它曾被聚合物弄臟的 話。其次，它可作為整個(gè)連續(xù)出料口組件的一個(gè)簡(jiǎn)單和可靠的切斷閥。圖4表示出料圓柱管52的一個(gè)優(yōu)選連接取向，它在剛好在淤漿流動(dòng)變成向上以前 的位置沿彎頭20的曲面的切線延伸。內(nèi)表面的這一開孔為橢圓形的。為了提高固體的取 出，可將孔擴(kuò)大。圖5表示4種情況。首先，它表示出料圓柱管52的角度取向。示出取出圓柱管與 (1)垂直于水平段16的中心線和(2)位于水平段16的下游端的平面有一個(gè)角度α。與這 一平面的角度按平面的下游方向選取。角度的頂點(diǎn)為圖5所示的彎管半徑的中心點(diǎn)。所述 的平面可稱為水平段的橫截面。在這里，所示的角為約24度。其次，它表示多個(gè)連續(xù)出料 口附件34和34a。第三，它表示在下段16的豎直中心線平面上取向的一個(gè)附件34，以及位 于這樣平面成某一角度的另一附件34a，正如在圖6中更詳細(xì)說明的。最后，它表示連續(xù)出 料口附件34和用于間歇出料(如果需要的話)的傳統(tǒng)的沉降支管64的組合。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供這樣一種聚合法。所述的方法包括1)將至少 一種烯烴單體在液體稀釋劑中在環(huán)管反應(yīng)段中聚合，生成流體淤漿，其中流體淤漿含有液 體稀釋劑和固體烯烴聚合物顆粒；2)通過交替進(jìn)行的以下步驟取出流體淤漿a)使流體淤 漿沉降到至少一個(gè)沉降段中，隨后從沉降段中分批取出這樣的沉積淤漿，作為所述方法的 中間產(chǎn)品，此后切斷沉降段；以及b)此后連續(xù)取出含有取出的液體稀釋劑和取出的固體聚 合物顆粒的流體淤漿，作為所述方法的中間產(chǎn)品。在步驟b)中，在啟動(dòng)過程中，可調(diào)節(jié)反應(yīng) 器條件以提高反應(yīng)器固體含量至少10%。正如從相對(duì)尺寸可看出的，連續(xù)出料口圓柱管比傳統(tǒng)的沉降支管小得多。三個(gè)2 英寸(5厘米)內(nèi)徑的連續(xù)出料口附件可取出象14個(gè)8英寸(20厘米)內(nèi)徑的沉降支管一 樣多的產(chǎn)品淤漿。這一點(diǎn)是很重要的，因?yàn)?5000-18000加侖(57-68米3)生產(chǎn)能力的現(xiàn) 有大型商業(yè)環(huán)管反應(yīng)器需要6個(gè)8英寸(20厘米)的沉降支管。由于難以制成大直徑的可 靠閥門，所以不希望增加沉降支管的尺寸。正如前面指出的，管直徑加倍使體積增加4倍， 沒有足夠的空間來很容易安裝4倍的沉降支管。因此，本發(fā)明使更大的更有效的反應(yīng)器的 操作成為可能。30000加侖(114米3)或更大的反應(yīng)器有可能用本方法制成。通常，連續(xù)出 料口圓柱管的公稱內(nèi)徑為1至小于8英寸(2. 5-20厘米)。優(yōu)選的是，它們?yōu)榧s2至3英寸 (5-7. 5 厘米)。圖6為沿圖5的6-6線選取的，表示連接在對(duì)含有反應(yīng)器中心線的豎直平面成β角的平面的出料圓柱管34a。這一平面可稱為反應(yīng)器的豎直中心面。這一角度可從平面一 側(cè)或從兩側(cè)選取，如果它不是零的話。角的頂點(diǎn)在反應(yīng)器的中心線上。正如圖6所示，角包 含在垂直于反應(yīng)器中心線的平面中。關(guān)于出料圓柱管34a與反應(yīng)器管系的關(guān)系有3個(gè)取向概念。首先是連接取向，即 在圖4中的切線取向和在圖2或7中的垂直取向或在0和90度的這兩個(gè)極限之間的任何 角。其次是相對(duì)于連接彎頭的彎道多遠(yuǎn)取向，正如α角表示的(圖5)。α角可為0-60度， 但優(yōu)選0-40度、更優(yōu)選0-20度。第三是離縱向段的中心平面的β角(圖6)。這一角可為 0-60度、優(yōu)選0-45度、更優(yōu)選0-20度。圖7表示一種實(shí)施方案，其中連續(xù)出料口圓柱體52有垂直的、0度的α角取向(特 有的，因?yàn)樗匀辉谥本€段的末端)和0度的β角取向，也就是它與下部水平段16的豎直 中心線平面垂直。圖8詳細(xì)表示用于推動(dòng)淤漿沿其流道移動(dòng)的葉輪22。如在這一實(shí)施方案中可看 出的，葉輪22是在稍大的外殼(相對(duì)于反應(yīng)器壁的其余部分)內(nèi)，它作為循環(huán)反應(yīng)物的推 動(dòng)段。優(yōu)選的是，所述的體系在公稱直徑2英尺(0.61米)反應(yīng)器中的推動(dòng)段上游端和下 游端之間的壓差至少ISpsig (12牛/厘米2)、優(yōu)選至少20psig(14牛/厘米2)、更優(yōu)選至少 22psig(15牛/厘米2)下操作，總流道長(zhǎng)為約950英尺(290米)，用異丁烷來主要制備乙 烯聚合物。高達(dá)50psig(34牛/厘米2)或更大是可能的。這一點(diǎn)可通過控制葉輪的轉(zhuǎn)速、 減小葉輪和泵殼內(nèi)壁之間的空隙或通過使用更主動(dòng)的葉輪設(shè)計(jì)來做到，正如本專業(yè)中已知 的。這一更高壓差也可通過使用至少一個(gè)外加泵來產(chǎn)生。通常，這樣操作所述的體系，以便對(duì)于公稱直徑24英寸(0.61米)直徑反應(yīng)器， 每英尺反應(yīng)器長(zhǎng)度產(chǎn)生至少0. 07、通常0. 07-0. 15英尺淤漿高度壓降(即每米反應(yīng)器長(zhǎng)度 0.07-0. 15米淤漿高度壓降)。對(duì)于直徑為24-英寸(0.61米)的反應(yīng)器來說，優(yōu)選的是， 每單位長(zhǎng)度的這一壓降為0. 09-0. 11單位。對(duì)于更大的直徑來說，每單位長(zhǎng)度的反應(yīng)器需 要更高的淤漿速度和更高的壓降。這假設(shè)淤漿的密度通常為約0. 5-0. 6克/毫升?，F(xiàn)參考圖9，上部段表示為180度半圓，它為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。豎直段為水平段的至少 兩倍長(zhǎng)度，通常約7-8倍長(zhǎng)度。例如，豎直流道長(zhǎng)度可為190-225英尺(60-69米)和水平 段流道長(zhǎng)度可為25-30英尺(7. 6-9. 1米)。除了這里所示的4個(gè)和圖1中所示的8個(gè)外， 任何數(shù)目的環(huán)管都可使用，但通常使用4或6個(gè)。提到的公稱直徑2英尺(0.61米)意味 著內(nèi)徑為約21. 9英寸(0.556米)。反應(yīng)器的流道長(zhǎng)度通常大于500英尺(152米)、通常 大于900英尺(274米)，約940-1350英尺(286-411米)是十分令人滿意的。用于例如使反應(yīng)物在密閉環(huán)管反應(yīng)器中循環(huán)的商業(yè)泵常規(guī)由其制造商測(cè)試，而避 免空泡所需的壓力是易于日常測(cè)定的。實(shí)施例1本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種使用有傳熱限制的低密度金屬茂樹脂的方法。反應(yīng)器 的溫度為175° F(79°C)，而反應(yīng)器入口處的冷卻劑最低溫度為115° F(46°C)。催化劑的 生產(chǎn)足以維持所需的高生產(chǎn)速率和低灰分含量，并控制其他一些條件，以致傳熱速率為生 產(chǎn)速率的限制因素。不同公稱直徑的各個(gè)反應(yīng)器的尺寸如上述。在這一方法中，正如表2所列，與非傳熱限制的樹脂的生產(chǎn)速率相比，每單位反應(yīng) 器體積的表面積和生產(chǎn)速率(為非熱限制生產(chǎn)的％)隨反應(yīng)器直徑下降而增加。
表3列出在反應(yīng)器中固體的百分?jǐn)?shù)對(duì)一定反應(yīng)器直徑的跳動(dòng)速度的影響，它為避 免隨反應(yīng)器直徑跳動(dòng)增加提供了最低循環(huán)速度。實(shí)施例2將使用在 M51879/FAB 外殼的 26 英寸(0. 66 米)Lawrence Pumps Inc. pump impeller D51795/81-281的4個(gè)豎直支管聚合反應(yīng)器用于乙烯和己烯-1聚合。這種泵與 產(chǎn)生較小主動(dòng)循環(huán)(0. 66英尺/英尺或米/米壓降對(duì)0. 98英尺/英尺或米/米)的24英 寸(0.61米)泵比較。然后與相同的更主動(dòng)循環(huán)和圖5的參數(shù)34表示類型的連續(xù)出料口 組件比較。結(jié)果列入表4。實(shí)施例3對(duì)于US 6239235和6204344中公開的各種環(huán)管反應(yīng)器，表5中計(jì)算了代表性環(huán)管 反應(yīng)器長(zhǎng)度/反應(yīng)器外徑比。在表5中，“Row”列為便于參照特定數(shù)據(jù)列而設(shè)?！癛eference” 列表示所述的專利公開(US6239235和6204344專利)所述的反應(yīng)器，而在專利的那一列和 行找到公開內(nèi)容。(例如，第一項(xiàng)表示US 6239235專利第7欄第12-14行中的描述)?！?D” 表示反應(yīng)器管的公稱直徑或外徑(這不應(yīng)誤作為環(huán)管的直徑，它應(yīng)大得多)，而“ ID”表示反 應(yīng)器管的內(nèi)徑。“Length”為反應(yīng)器的長(zhǎng)度(即環(huán)管反應(yīng)器的一周)。“Vol. ”為反應(yīng)器的體 積。"L/OD ratio”為反應(yīng)器長(zhǎng)度與管直徑的比，以相同的單位表示，因此所述的比為無單位 的。在US6239235專利的各項(xiàng)(列1_6和8_10)中，管的OD和在一些情況下反應(yīng)器長(zhǎng) 度在US6239235專利的第7欄第12-14行中給出。對(duì)于另外一些情況，US6239235專利的反 應(yīng)器長(zhǎng)度由反應(yīng)器體積計(jì)算，特別是指體積大于20000加侖(76米3)(見第8欄，權(quán)利要求 9)或大于30000加侖(114米3)(見第2欄第9行或第8欄，權(quán)利要求10)的反應(yīng)器。在這 些情況下，將具有21. 9英寸(0. 5562米)ID的24英寸(0. 61米)OD反應(yīng)器管用于計(jì)算具 有所述加侖數(shù)的反應(yīng)器體積所需的管長(zhǎng)度。在US 6204344專利的各項(xiàng)(第7欄和11欄)中，所述專利公開的管OD為20英 寸(0.51米)的一個(gè)反應(yīng)器的長(zhǎng)度(833英尺，254米)和體積(11500加侖，44米3)可用 于計(jì)算反應(yīng)器ID(18. 4英寸，0.47米)。然后將反應(yīng)器ID用于計(jì)算在US 6204344專利中 所引的20000加侖(76米3)反應(yīng)器的長(zhǎng)度。表5中的計(jì)算表明，公開的長(zhǎng)度/外徑比在250 (實(shí)際上公開的是大于250，因?yàn)樗?根據(jù)上述文獻(xiàn)中大于500英尺(152米)和OD為2英尺(0.61米)給出的反應(yīng)器長(zhǎng)度來計(jì) 算)和869 (基于ID為20英寸(0. 51米)的20000加侖(76米3)反應(yīng)器)之間變化。本發(fā)明打算做長(zhǎng)度/外徑比等于或大于約或正好250、300、350、383、400、450、 460、470、475、500、511、600、675、700、767、800、869、900、1000、1100、1200、1300、1370、 1400,1500的反應(yīng)器，其中“約”表示在數(shù)字中所述的最后有效數(shù)加減一的變化。例如， “約”700表示600-800，而“約767”表示766-768。本發(fā)明人進(jìn)一步預(yù)期具有上述數(shù)值中最 小的任一個(gè)和上述數(shù)值中最大的任一個(gè)的長(zhǎng)徑比。這樣的有限范圍的幾個(gè)非限制性例子為 250-1500,511-1370 和 1000-1100。更通常地說，本發(fā)明人預(yù)期環(huán)管反應(yīng)器的長(zhǎng)度/外徑比應(yīng)增加到比現(xiàn)有反應(yīng)器的 相應(yīng)比更大的數(shù)值，以便為更有效的冷卻提供更有利的反應(yīng)器體積與傳熱面積比。如果所 述的比通過環(huán)管使用相對(duì)小直徑的管系來提高，那么就可得到兩個(gè)傳熱好處。首先，相對(duì)于管系的體積，管系的面積增加。其次，管系的壁厚可下降，因?yàn)檩^小直徑的管系每單位表面 積的強(qiáng)度更高以及淤漿的跳動(dòng)速度下降，因此壓頭可下降。這兩個(gè)因素使通過管壁的傳熱 增加。提高反應(yīng)器的長(zhǎng)度/外徑(L/0D)比在于，它使反應(yīng)器的通用性提高。例如，在相對(duì) 低L/0D比的設(shè)備中，低密度樹脂的生產(chǎn)率可能受到這一設(shè)備中的相對(duì)低的傳熱速率限制， 它的一個(gè)例子是低密度聚乙烯。所有其他的情況是同樣的，這一問題可能通過增加反應(yīng)器 的長(zhǎng)度來解決。在相同的設(shè)備中，高密度樹脂的生產(chǎn)率可能受到需要在相對(duì)短的停留時(shí)間 后除去反應(yīng)器中的聚合物以便避免灰分生成的限制，它涉及到環(huán)管的長(zhǎng)度，整個(gè)長(zhǎng)度和單 體反應(yīng)物加入點(diǎn)和聚合物產(chǎn)品取出點(diǎn)之間的長(zhǎng)度。所有其他情況都是同樣的，這一問題可 能通過增加反應(yīng)器的長(zhǎng)度來解決。因?yàn)閱我粋鹘y(tǒng)反應(yīng)器只可能有一個(gè)長(zhǎng)度，如果反應(yīng)器對(duì) 一種類型的樹脂優(yōu)化，那么當(dāng)用于生產(chǎn)其他樹脂時(shí)，它會(huì)不那么有效。使用本發(fā)明，傳熱為限制因素的樹脂可通過提高每單位體積的反應(yīng)器表面積來有 效地加工，從而提高傳熱，而又不使總的生產(chǎn)能力下降。停留時(shí)間為限制因素的樹脂可通過 在相同的體積速率下泵送淤漿的方法在相同設(shè)備中更有效地加工。因此，兩類樹脂都可在 相同的設(shè)備中有效地生產(chǎn)，或者至少更大范圍的樹脂可在相同的設(shè)備中有效地生產(chǎn)。
表1:反應(yīng)器管系尺寸(英制單位)
權(quán)利要求
一種聚合環(huán)管反應(yīng)器，包含配置以在稀釋劑存在下聚合烯烴單體和由普通圓柱管壁確定的環(huán)管反應(yīng)段，其中所述普通圓柱管壁的公稱外徑為至少55厘米，其中所述普通圓柱管壁的長(zhǎng)度/直徑(L/D)比例為700至約1500；在所述環(huán)管反應(yīng)段中在所述普通圓柱管壁的外殼部分中設(shè)置的葉輪，所述外殼部分具有第一內(nèi)徑，和所述圓柱管壁的其余部分具有至少第二內(nèi)徑，其中所述第一內(nèi)徑大于所述第二內(nèi)徑；和沿所述普通圓柱管壁布置和配置以基本連續(xù)取出排料淤漿的連續(xù)出料口(CTO)，所述排料淤漿的固體濃度大于通過所述環(huán)管反應(yīng)段循環(huán)的淤漿的平均固體濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述排料淤漿的固體濃度大于50wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中將所述CTO的流道配置為對(duì)所述普通圓柱 管壁的彎頭的曲面基本呈切向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述葉輪的直徑至少和所述普通圓柱管壁 的第二內(nèi)徑一樣大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述普通圓柱管壁的外殼部分具有第一公 稱外徑，和所述普通圓柱管壁的其余部分具有至少第二公稱外徑，其中所述第一公稱外徑 大于所述第二公稱外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述第一公稱外徑比所述第二公稱外徑大 至少約2英寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中將所述葉輪定尺寸以循環(huán)至少約34，000加 侖每分鐘(gpm)的淤漿通過所述環(huán)管反應(yīng)段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述公稱外徑為約57cm、約66cm、約70cm、 或約76cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中配置所述葉輪的尺寸和幾何形狀以在大于 淤漿跳動(dòng)速度的速度下提供通過所述環(huán)管反應(yīng)段的淤漿循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的體積為至少84米3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的體積為至少152米3。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的體積為至少76米3。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的體積大于114米3。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中通過所述環(huán)管反應(yīng)段循環(huán)的淤漿的平均 固體濃度大于約50wt%。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中配置該CTO以促進(jìn)所述環(huán)管反應(yīng)段的壓力 控制。
16.一種聚合環(huán)管反應(yīng)器，包含環(huán)管淤漿反應(yīng)器，其配置以將烯烴聚合為聚烯烴，和包含具有至少約22，000加侖體積和由普通圓柱管壁確定的反應(yīng)段，其中所述普通圓柱管 壁的公稱外徑為至少55厘米，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的長(zhǎng)度與公稱外徑的比例為700至約 1500 ；在所述反應(yīng)段中設(shè)置的在線葉輪，其中圍繞所述在線葉輪的普通圓柱管壁的外殼部分的第一內(nèi)徑大于所述普通圓柱管壁的其余部分的第二內(nèi)徑，其中配置所述在線葉輪和相關(guān) 電機(jī)以在大于淤漿跳動(dòng)速度的速度下循環(huán)聚烯烴淤漿通過所述環(huán)管反應(yīng)段；和配置以從所述反應(yīng)段基本連續(xù)取出淤漿和促進(jìn)所述環(huán)管反應(yīng)段的壓力控制的連續(xù)出 料口(CTO)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述外殼部分的第一公稱外徑比所述其余部分的第 二公稱外徑大至少約2英寸。
18.—種聚合環(huán)管反應(yīng)器，包含配置以將烯烴聚合為聚烯烴，和由普通圓柱管壁確定的環(huán)管反應(yīng)段，其中所述普通圓 柱管壁的公稱外徑為至少55厘米，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的長(zhǎng)度和所述普通圓柱管壁的公 稱外徑確定700至約1500的長(zhǎng)度/直徑比例；包含外部電機(jī)、外殼、和在所述外殼中設(shè)置的在線葉輪的在線軸流泵，所述外殼的外殼 公稱外徑比所述普通圓柱管壁的公稱外徑大至少約2英寸；和配置以從所述環(huán)管反應(yīng)段連續(xù)取出流體淤漿的多個(gè)連續(xù)出料口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的聚合環(huán)管反應(yīng)器，其中所述葉輪的直徑至少和所述普通圓柱管 壁的內(nèi)徑一樣大。
20.一種聚乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)，包含環(huán)管淤漿反應(yīng)器，所述環(huán)管淤漿反應(yīng)器包含配置以將乙烯聚合為聚乙烯和由普通圓柱管壁確定的環(huán)管反應(yīng)段，其中所述普通圓柱 管壁的公稱外徑為至少55厘米，其中所述環(huán)管反應(yīng)段的長(zhǎng)度和所述普通圓柱管壁的公稱 外徑確定700至約1500的長(zhǎng)度/直徑比例；配置以在大于淤漿跳動(dòng)速度的速度下循環(huán)淤漿通過所述環(huán)管反應(yīng)段的葉輪，其中所述 淤漿包含在液體稀釋劑中的聚乙烯固體顆粒，和該速度為至少32英尺每秒；和配置以從所述環(huán)管反應(yīng)段基本連續(xù)取出排料淤漿和促進(jìn)所述環(huán)管反應(yīng)段的壓力控制 的連續(xù)出料口(CTO)，其中所述CTO沿所述普通圓柱管壁布置使得所述排料淤漿的固體濃 度高于循環(huán)淤漿的平均固體濃度；以及配置以接收所述排料淤漿和蒸發(fā)所述排料淤漿中的液體稀釋劑的閃蒸室。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的聚乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述葉輪包含在所述環(huán)管反應(yīng)段中串聯(lián) 設(shè)置的至少兩個(gè)葉輪。
全文摘要
一種包含一個(gè)環(huán)管反應(yīng)段、一個(gè)連續(xù)出料口和一個(gè)在反應(yīng)段中的流體淤漿的環(huán)管聚合反應(yīng)器。普通的圓柱管壁確定環(huán)管反應(yīng)段。環(huán)管反應(yīng)段的長(zhǎng)度和普通圓柱管壁的公稱外徑確定大于250的長(zhǎng)徑比。反應(yīng)器可裝有包含烯烴單體反應(yīng)物、固體聚合物顆粒和液體稀釋劑的流體淤漿。按所述的聚合物顆粒和所述的液體稀釋劑的重量計(jì)，固體聚合物顆粒在淤漿中的濃度可大于40重量％。還公開了一種通過至少一種烯烴單體在上述反應(yīng)器的環(huán)管反應(yīng)段中在液體稀釋劑中聚合生成上述流體淤漿的聚合方法。
文檔編號(hào)C08F210/00GK101955554SQ201010286748
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月16日
發(fā)明者D·H·波恩斯, D·J·普澤羅茨姆斯基, D·W·維賽, E·P·佩雷斯, H·D·翰斯萊, J·D·霍特維, J·H·泰特, R·K·弗蘭克林, S·E·庫(kù)菲爾德, T·A·瑞德, T·H·西姆伯魯克 申請(qǐng)人:切夫里昂菲利普化學(xué)有限責(zé)任公司