大長徑比的聚合反應器的製作方法

2023-06-01 14:43:16 2

專利名稱：大長徑比的聚合反應器的製作方法
大長徑比的聚合反應器相關申請本申請要求2002年9月16日提交的美國臨時申請60/411208和2002年9月20日提交的美國非臨時申請10/251662的優選權。本申請是中國專利申請03824012. 2的分
案申請。聯邦政府資助研究或開發沒有可用的微縮平片/版權參考沒有可用的
背景技術：
本發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行。當高密度(線型)乙烯 聚合物在五十年代首次商業生產時，就是使用這一方法。很快發現，生產這樣的聚合物的更 有效方法是在淤漿條件下進行聚合。更具體地說，選擇的聚合技術變成在環管反應器中的 連續淤漿聚合，聚合產品通過按間歇原理操作的沉降支管取出，以便回收。這一技術取得全 世界的成功，每年生產數十億磅乙烯聚合物。對於一定的裝置生產能力來說，與更大數目的 小型反應器相比，由於這一成功帶來建設更少數目的大型反應器的需求。但是，沉降支管存在兩個問題。第一，它們將「間歇」技術強加給基本連續的過程。 每一時間沉降支管都達到這樣的階段，在那裡它使積累的聚合物漿液「堆積」，幹擾淤漿在 環管反應器上遊和回收體系下遊中的流動。此外，由於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管反應器上遊和回收體系下遊的閥門設備 要經常維護。第二，因為反應器變得更大，所以沉降支管存在許多邏輯問題。如果管直徑加倍， 那麼反應器的體積增大4倍。但是，由於涉及閥門，所以沉降支管的尺寸不容易進一步增 大。因此，所需的支管數目開始超過可提供的物理空間。儘管有這些限制，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 場合中使用。這是因為與本體淤漿聚合(即單體為稀釋劑)不同，在那裡經常得到大於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於37-40% (重量)固體。 因此，據認為沉降支管必需得到在沉降支管出口處有大於37-40%的最終漿液產品。這是因 為，正如名字暗示的，沉降在支管內發生，從而使最終作為產品淤漿回收的淤漿固體濃度提 尚ο影響實際反應器最大固體濃度的另一因素為循環速度，因為在操作中的一個限制 因素為由於聚合物在反應器中積累使反應器結垢，對於一定的反應器直徑來說，速度越高 就允許更高的固體濃度。涉及淤漿聚合環管反應器的兩個相關專利為US 6239235和6204344，其中每一個 關於環管反應器及其直徑、長度、設備和操作的描述的全部內容在這裡作為參考併入。發明概述
本發明的一個方面是裝料的環管聚合反應器，所述的反應器包含一個環管反應 段、一個連續出料口和一個設在反應段中的流體淤漿。普通圓柱管壁確定環管反應段。環 管反應段的長度和普通圓柱管壁的公稱外徑確定大於250的長徑比。流體淤漿包含至少一 種烯烴單體反應物、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，固體烯烴聚合物顆粒在淤漿中的濃度大於40% (重量)。連續出料口用於從環管反 應段連續取出流體淤漿。本發明的另一方面是一種包含環管反應段和連續出料口的環管聚合反應器。普通 圓柱管壁確定環管反應段。環管反應段的長度和普通圓柱管壁的直徑確定大於1000的長 徑比。連續出料口用於從環管反應段連續取出流體淤漿。本發明的另一方面是一種在如上面定義的反應器的環管反應段中通過使至少一 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，將固體烯烴聚合物 顆粒在淤漿中的濃度保持在大於40% (重量)。固體烯烴聚合物產物通過從反應段中連續 取出淤漿的方法從反應段中取出。 附圖簡介在構成本發明一部分的附圖中，

圖1為環管反應器和聚合物回收體系的透視圖；圖2為表示連續出料口附件的沿圖1的2-2線的剖面圖；圖3為表示連續出料口組件中的柱塞閥設備的沿圖2的3-3線的剖面圖；圖4為連續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出料口組件的環管反應器的彎頭的側視圖；圖6為表示兩個連續出料口組件取向的圖5的6-6線的剖面圖；圖7為表示連續出料口組件另一取向的側視圖；圖8為葉輪機構的剖面圖；圖9為表示環管另一結構的示圖，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；以及圖10為表示水平配置的長軸的示圖。發明詳述令人吃驚的是，已發現在惰性稀釋劑存在下，在環管反應器中進行的烯烴聚合反 應中產品淤漿的連續出料口允許反應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生產通常限制反應器中的最大固體濃度為37-40% (重量)。但 是，已發現連續出料口允許大大提高固體濃度。此外，與由於連續出料口附件的替代，從反 應器中取出產品的反應器中濃度相比，連續出料口本身也使固體含量另有一些提高，連續 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，按照本發明，大於40% (重 量)的濃度是可能的。在整個申請中，不太考慮催化劑的重量，因為生產率是極高的，特別是使用氧化鉻
/氧化矽催化劑。同樣令人吃驚的是，已發現可使用更主動的循環(伴隨更高的固體濃度)。的確，通過使用更主動的循環與淤漿的連續出料口相結合，大於50% (重量)的固體濃度可通過 連續出料口從反應器中取出。例如，連續出料口可很容易允許在高出5-6個百分點下操作； 也就是可調節反應器很容易使固體濃度升高10% ；以及更主動的循環可很容易再增加7-9 個百分點，使反應器的固體濃度超過50%。但是，因為連續出料口位於從高於平均固體濃度 的物流中的層流取出淤漿，實際回收的產品比反應器淤漿濃度平均值高約3個百分點。因 此，操作可達到55% (重量)或更高的有效 淤漿濃度，也就是在反應器中平均為52%，而取 出實際上為55%的組分(即高3個百分點)。必需強調，在商業操作中，固體濃度有小到1個百分點的增加也是很重要的。所 以，在反應器中平均37-40%的固體濃度達到甚至41%也是重要的；因此達到50%以上確 實是顯著的。本發明適用於在使用稀釋劑的環管反應器中的任何烯烴聚合，以生產聚合物和稀 釋劑的產品淤漿。適合的烯烴單體為每個分子有直到8個碳原子的和比4位更靠近雙鍵 處沒有分支的1-烯烴。本發明特別適用於乙烯的均聚和乙烯與更高級1-烯烴例如丁烯、 1-戊烯、1-己烯、1-辛烯或1-癸烯的共聚。特別優選的是乙烯以及按乙烯和共聚單體的 總重計0. 01-10% (重量)、優選0. 01-5% (重量)、最優選0. 1-4% (重量)更高級烯烴。 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/載體例如氧化矽催化劑，例 如在Hogan和Banks的US 2285721 (1958年3月)中廣泛公開的，在這裡作為參考併入。現在參考附圖，圖1表示反應器管系有豎直段12、上部水平段14和下部水平段16 的環管反應器10，一些段或全部段通常有圓柱管壁，某些長度的段通過接頭例如彎頭首尾 相連，形成完全的迴路或環管，有時也稱為環管反應段。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 內部障礙的連續流道。反應器管系可有任何適合的內徑和任何適合的外徑，以提供足以承受反應器壓力 的管壁厚度並支撐反應器，並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 公稱外徑或這些數值之間的任何直徑的管系都是可預期的。這樣的管系可具有表1所列的 內徑和外徑，在這裡外徑為公稱的，而內徑是計算的，以便承受在本發明的一個實施方案中 預期的壓力。反應器用管12和套管18形成的雙管換熱器冷卻。在反應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24驅動的葉輪22(圖8所示)來循環反應淤漿。正如圖8所示，葉輪22 和外殼或反應器壁包圍的葉輪的直徑可比形成反應器的管系的一般直徑大。這一特點在環 管反應器有高的長度/外徑比的場合下是特別希望的，所述環管周圍比在較低比的環管中 產生更大流動阻力。因為通過反應器每一橫截面的物料體積流量基本上相同的，比用於環管中一般管尺寸更大直徑葉輪22和更大葉輪馬達24的使用使通過公稱直徑管系的流速增加。為了不 需增加時間來使淤漿的組分在高長度/外徑比的反應器中的環管周圍輸送，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或沉積。淤漿的跳動速 度規定為避免跳動所需的最小流速，它隨工藝條件變化。例如，反應器直徑越大，跳動速度 越大。此外，固體在淤漿中的比例越大，跳動速度越大。因為高固含量是希望的，在高固含 量下保持超過跳動速度的流速的一個方法是使用相對小直徑的反應器。還應理解，反應器環管可有一個以上葉輪或一個以上串聯的葉輪/馬達組圍繞環 管。串聯的葉輪可緊靠在一起，分布在環管上，或以任何適合的方式配置。預計現有的泵技 術可支持約44000或45000加侖(166或170米3)的反應器，取決於反應器的直徑和結構。 這假設是維持32英尺/秒(9. 75米/秒)的循環速度。參考附圖，將反應單體、共聚單體(如果有的話)和補充的稀釋劑分別通過管線26 和28送入，它們可在一個或多個位置直接進入反應器，或可與所示的循環管線30的冷凝稀 釋劑合併。將催化劑通過催化劑送入口 32送入，後者為催化劑送入提供一個段(位置)。 連續取出中間產品淤漿的細長的中空附件廣義上用參數34表示。連續出料口機構34位於 一個下部水平環管反應器段16的下遊端或靠近下遊端，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，連續出料口通常是優選的，但也可使用有沉降支管或瞬時 出料的反應器，而不違背本發明的某些方面。在環管反應器的下部水平段的下遊端示出連續出料口附件，所述段為優選的位 置。位置可在環管中的最後處附近的區域，在那裡在催化劑送入點以前流動變成向上，以便 使新鮮催化劑通過出料點以前在反應器中保留儘可能最長的時間。但是，連續出料口附件 也可位於任何段或彎頭上。此外，連續出料口附件連接的反應器段可有更大的直徑，以便使流速變慢，因此進 一步形成層流，以致使取出的產品可有甚至更大的固體濃度。連續取出的中間產品淤漿通過導管36送入高壓閃蒸室38。導管36包含外導管 40，向它提供間接加熱閃蒸導管36中淤漿的經加熱的流體。汽化的稀釋劑通過導管42排 出閃蒸室38，以便進一步加工，後者包含通過使用循環冷凝器50的簡單熱交換冷凝，然後 通過循環稀釋劑管線30返迴環管反應器，不需要壓縮。循環冷凝器50可在本專業已知的任何條件下利用在本專業已知的任何適合的熱 交換流體。但是優選的是，使用在可經濟提供的溫度下的流體。對於這一流體，希望的溫度 範圍為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 專業中已知的技術進一步加工。優選的是，將聚合物顆粒送入低壓閃蒸室46，此後通過管線 48作為聚合物產品回收。分離的稀釋劑通過壓縮機47送到管線42。這一高壓閃蒸設計在 Hanson和Sherk的US 4424341 (1984年1月3日)中廣泛公開，因此作為參考併入。令人吃驚的是，已發現連續出料口不僅使反應器上遊有更高的固體濃度，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並在沒有壓縮下循環。實際上， 70-90%的稀釋劑通常可用這一方式回收。應認識到這一結果是由於以下幾個原因。首先， 因為流動是連續的而不是斷續的，閃蒸管線加熱器能更好地起作用。此外，調節流出反應器 的連續流流速的按比例自動控制閥以後的壓降較小，這意味著當淤漿閃蒸時，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更詳細地表示有連續出料口機構34的彎頭20。連續出料口機構包括一個出料圓柱管52、一個淤漿取出管線54、一個緊急切斷閥55、一個調節流量的按比例自動控制 閥58和一個衝洗管線60。反應器在完全「液體」下運轉。因為溶解的單體存在，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。稀釋劑的進料量通常保持 不變，按比例自動控制閥58用來控制連續出料口的速度，以保持反應器的總壓在設計的設 定點內。沿圖2的3-3線選取的圖3更詳細表示連續出料口機構34。彎頭20為帶附件的 彎頭。正如所示，所述的機構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內安裝的是柱塞閥62，它有兩 個用途。首先，它為出料圓柱管提供一個簡單和可靠的清除機構，如果它曾被聚合物弄髒的 話。其次，它可作為整個連續出料口組件的一個簡單和可靠的切斷閥。圖4表示出料圓柱管52的一個優選連接取向，它在剛好在淤漿流動變成向上以前 的位置沿彎頭20的曲面的切線延伸。內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)垂直於水平段16的中心線和(2)位於水平段16的下遊端的平面有一個角度α。與這 一平面的角度按平面的下遊方向選取。角度的頂點為圖5所示的彎管半徑的中心點。所述 的平面可稱為水平段的橫截面。在這裡，所示的角為約24度。其次，它表示多個連續出料 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附件34，以及位 於這樣平面成某一角度的另一附件34a，正如在圖6中更詳細說明的。最後，它表示連續出 料口附件34和用於間歇出料(如果需要的話)的傳統的沉降支管64的組合。在本發明的另一實施方案中，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管反應段中聚合，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 漿沉降到至少一個沉降段中，隨後從沉降段中分批取出這樣的沉積淤漿，作為所述方法的 中間產品，此後切斷沉降段；以及b)此後連續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品。在步驟b)中，在啟動過程中，可調節反應 器條件以提高反應器固體含量至少10%。正如從相對尺寸可看出的，連續出料口圓柱管比傳統的沉降支管小得多。三個2 英寸(5釐米)內徑的連續出料口附件可取出象14個8英寸(20釐米)內徑的沉降支管一 樣多的產品淤漿。這一點是很重要的，因為15000-18000加侖(57-68米3)生產能力的現 有大型商業環管反應器需要6個8英寸(20釐米)的沉降支管。由於難以製成大直徑的可 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，本發明使更大的更有效的反應器的 操作成為可能。30000加侖(114米3)或更大的反應器有可能用本方法製成。通常，連續出 料口圓柱管的公稱內徑為1至小於8英寸(2. 5-20釐米)。優選的是，它們為約2至3英寸 (5-7. 5 釐米)。圖6為沿圖5的6-6線選取的，表示連接在對含有反應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器的豎直中心面。這一角度可從平面一 側或從兩側選取，如果它不是零的話。角的頂點在反應器的中心線上。正如圖6所示，角包 含在垂直於反應器中心線的平面中。關於出料圓柱管34a與反應器管系的關係有3個取向概念。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度的這兩個極限之間的任何 角。其次是相對於連接彎頭的彎道多遠取向，正如α角表示的(圖5)。α角可為0-60度， 但優選0-40度、更優選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、優選0-45度、更優選0-20度。圖7表示一種實施方案，其中連續出料口圓柱體52有垂直的、0度的α角取向(特 有的，因為它仍然在直線段的末端)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詳細表示用於推動淤漿沿其流道移動的葉輪22。如在這一實施方案中可看 出的，葉輪22是在稍大的外殼(相對於反應器壁的其餘部分)內，它作為循環反應物的推 動段。優選的是，所述的體系在公稱直徑2英尺(0.61米)反應器中的推動段上遊端和下 遊端之間的壓差至少ISpsig (12牛/釐米2)、優選至少20psig(14牛/釐米2)、更優選至少 22psig(15牛/釐米2)下操作，總流道長為約950英尺(290米)，用異丁烷來主要製備乙 烯聚合物。高達50psig(34牛/釐米2)或更大是可能的。這一點可通過控制葉輪的轉速、 減小葉輪和泵殼內壁之間的空隙或通過使用更主動的葉輪設計來做到，正如本專業中已知 的。這一更高壓差也可通過使用至少一個外加泵來產生。通常，這樣操作所述的體系，以便對於公稱直徑24英寸(0.61米)直徑反應器， 每英尺反應器長度產生至少0. 07、通常0. 07-0. 15英尺淤漿高度壓降(即每米反應器長度 0.07-0. 15米淤漿高度壓降)。對於直徑為24-英寸(0.61米)的反應器來說，優選的是， 每單位長度的這一壓降為0. 09-0. 11單位。對於更大的直徑來說，每單位長度的反應器需 要更高的淤漿速度和更高的壓降。這假設淤漿的密度通常為約0. 5-0. 6克/毫升。現參考圖9，上部段表示為180度半圓，它為優選的結構。豎直段為水平段的至少 兩倍長度，通常約7-8倍長度。例如，豎直流道長度可為190-225英尺(60-69米)和水平 段流道長度可為25-30英尺(7. 6-9. 1米)。除了這裡所示的4個和圖1中所示的8個外， 任何數目的環管都可使用，但通常使用4或6個。提到的公稱直徑2英尺(0.61米)意味 著內徑為約21. 9英寸(0.556米)。反應器的流道長度通常大於500英尺(152米)、通常 大於900英尺(274米)，約940-1350英尺(286-411米)是十分令人滿意的。用於例如使反應物在密閉環管反應器中循環的商業泵常規由其製造商測試，而避 免空泡所需的壓力是易於日常測定的。實施例1本發明的一個實施例是一種使用有傳熱限制的低密度金屬茂樹脂的方法。反應器 的溫度為175° F(79°C)，而反應器入口處的冷卻劑最低溫度為115° F(46°C)。催化劑的 生產足以維持所需的高生產速率和低灰分含量，並控制其他一些條件，以致傳熱速率為生 產速率的限制因素。不同公稱直徑的各個反應器的尺寸如上述。在這一方法中，正如表2所列，與非傳熱限制的樹脂的生產速率相比，每單位反應 器體積的表面積和生產速率(為非熱限制生產的％)隨反應器直徑下降而增加。
表3列出在反應器中固體的百分數對一定反應器直徑的跳動速度的影響，它為避 免隨反應器直徑跳動增加提供了最低循環速度。實施例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個豎直支管聚合反應器用於乙烯和己烯-1聚合。這種泵與 產生較小主動循環(0. 66英尺/英尺或米/米壓降對0. 98英尺/英尺或米/米)的24英 寸(0.61米)泵比較。然後與相同的更主動循環和圖5的參數34表示類型的連續出料口 組件比較。結果列入表4。實施例3對於US 6239235和6204344中公開的各種環管反應器，表5中計算了代表性環管 反應器長度/反應器外徑比。在表5中，「Row」列為便於參照特定數據列而設。「Reference」 列表示所述的專利公開(US6239235和6204344專利)所述的反應器，而在專利的那一列和 行找到公開內容。(例如，第一項表示US 6239235專利第7欄第12-14行中的描述)。「0D」 表示反應器管的公稱直徑或外徑(這不應誤作為環管的直徑，它應大得多)，而「 ID」表示反 應器管的內徑。「Length」為反應器的長度(即環管反應器的一周)。「Vol. 」為反應器的體 積。"L/OD ratio」為反應器長度與管直徑的比，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(列1_6和8_10)中，管的OD和在一些情況下反應器長 度在US6239235專利的第7欄第12-14行中給出。對於另外一些情況，US6239235專利的反 應器長度由反應器體積計算，特別是指體積大於20000加侖(76米3)(見第8欄，權利要求 9)或大於30000加侖(114米3)(見第2欄第9行或第8欄，權利要求10)的反應器。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反應器管用於計算具 有所述加侖數的反應器體積所需的管長度。在US 6204344專利的各項(第7欄和11欄)中，所述專利公開的管OD為20英 寸(0.51米)的一個反應器的長度(833英尺，254米)和體積(11500加侖，44米3)可用 於計算反應器ID(18. 4英寸，0.47米)。然後將反應器ID用於計算在US 6204344專利中 所引的20000加侖(76米3)反應器的長度。表5中的計算表明，公開的長度/外徑比在250 (實際上公開的是大於250，因為它 根據上述文獻中大於500英尺(152米)和OD為2英尺(0.61米)給出的反應器長度來計 算)和869 (基於ID為20英寸(0. 51米)的20000加侖(76米3)反應器)之間變化。本發明打算做長度/外徑比等於或大於約或正好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的反應器，其中「約」表示在數字中所述的最後有效數加減一的變化。例如， 「約」700表示600-800，而「約767」表示766-768。本發明人進一步預期具有上述數值中最 小的任一個和上述數值中最大的任一個的長徑比。這樣的有限範圍的幾個非限制性例子為 250-1500,511-1370 和 1000-1100。更通常地說，本發明人預期環管反應器的長度/外徑比應增加到比現有反應器的 相應比更大的數值，以便為更有效的冷卻提供更有利的反應器體積與傳熱面積比。如果所 述的比通過環管使用相對小直徑的管系來提高，那麼就可得到兩個傳熱好處。首先，相對於管系的體積，管系的面積增加。其次，管系的壁厚可下降，因為較小直徑的管系每單位表面 積的強度更高以及淤漿的跳動速度下降，因此壓頭可下降。這兩個因素使通過管壁的傳熱 增加。提高反應器的長度/外徑(L/0D)比在於，它使反應器的通用性提高。例如，在相對 低L/0D比的設備中，低密度樹脂的生產率可能受到這一設備中的相對低的傳熱速率限制， 它的一個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器 的長度來解決。在相同的設備中，高密度樹脂的生產率可能受到需要在相對短的停留時間 後除去反應器中的聚合物以便避免灰分生成的限制，它涉及到環管的長度，整個長度和單 體反應物加入點和聚合物產品取出點之間的長度。所有其他情況都是同樣的，這一問題可 能通過增加反應器的長度來解決。因為單一傳統反應器只可能有一個長度，如果反應器對 一種類型的樹脂優化，那麼當用於生產其他樹脂時，它會不那麼有效。使用本發明，傳熱為限制因素的樹脂可通過提高每單位體積的反應器表面積來有 效地加工，從而提高傳熱，而又不使總的生產能力下降。停留時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備中更有效地加工。因此，兩類樹脂都可在 相同的設備中有效地生產，或者至少更大範圍的樹脂可在相同的設備中有效地生產。
表1:反應器管系尺寸(英制單位)
權利要求
一種聚合環管反應器，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管反應段，其中所述普通圓柱管壁的公稱外徑為至少55釐米，其中所述普通圓柱管壁的長度/直徑(L/D)比例為700至約1500；在所述環管反應段中在所述普通圓柱管壁的外殼部分中設置的葉輪，所述外殼部分具有第一內徑，和所述圓柱管壁的其餘部分具有至少第二內徑，其中所述第一內徑大於所述第二內徑；和沿所述普通圓柱管壁布置和配置以基本連續取出排料淤漿的連續出料口(CTO)，所述排料淤漿的固體濃度大於通過所述環管反應段循環的淤漿的平均固體濃度。
2.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述排料淤漿的固體濃度大於50wt%。
3.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中將所述CTO的流道配置為對所述普通圓柱 管壁的彎頭的曲面基本呈切向。
4.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述葉輪的直徑至少和所述普通圓柱管壁 的第二內徑一樣大。
5.根據權利要求1的聚合環管反應器，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餘部分具有至少第二公稱外徑，其中所述第一公稱外徑 大於所述第二公稱外徑。
6.根據權利要求5的聚合環管反應器，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.根據權利要求6的聚合環管反應器，其中將所述葉輪定尺寸以循環至少約34，000加 侖每分鐘(gpm)的淤漿通過所述環管反應段。
8.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述公稱外徑為約57cm、約66cm、約70cm、 或約76cm。
9.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中配置所述葉輪的尺寸和幾何形狀以在大於 淤漿跳動速度的速度下提供通過所述環管反應段的淤漿循環。
10.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述環管反應段的體積為至少84米3。
11.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述環管反應段的體積為至少152米3。
12.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述環管反應段的體積為至少76米3。
13.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中所述環管反應段的體積大於114米3。
14.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中通過所述環管反應段循環的淤漿的平均 固體濃度大於約50wt%。
15.根據權利要求1的聚合環管反應器，其中配置該CTO以促進所述環管反應段的壓力 控制。
16.一種聚合環管反應器，包含環管淤漿反應器，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段，其中所述普通圓柱管 壁的公稱外徑為至少55釐米，其中所述環管反應段的長度與公稱外徑的比例為700至約 1500 ；在所述反應段中設置的在線葉輪，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徑大於所述普通圓柱管壁的其餘部分的第二內徑，其中配置所述在線葉輪和相關 電機以在大於淤漿跳動速度的速度下循環聚烯烴淤漿通過所述環管反應段；和配置以從所述反應段基本連續取出淤漿和促進所述環管反應段的壓力控制的連續出 料口(CTO)。
17.根據權利要求16的系統，其中所述外殼部分的第一公稱外徑比所述其餘部分的第 二公稱外徑大至少約2英寸。
18.—種聚合環管反應器，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管反應段，其中所述普通圓 柱管壁的公稱外徑為至少55釐米，其中所述環管反應段的長度和所述普通圓柱管壁的公 稱外徑確定700至約1500的長度/直徑比例；包含外部電機、外殼、和在所述外殼中設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；和配置以從所述環管反應段連續取出流體淤漿的多個連續出料口。
19.根據權利要求18的聚合環管反應器，其中所述葉輪的直徑至少和所述普通圓柱管 壁的內徑一樣大。
20.一種聚乙烯生產系統，包含環管淤漿反應器，所述環管淤漿反應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管反應段，其中所述普通圓柱 管壁的公稱外徑為至少55釐米，其中所述環管反應段的長度和所述普通圓柱管壁的公稱 外徑確定700至約1500的長度/直徑比例；配置以在大於淤漿跳動速度的速度下循環淤漿通過所述環管反應段的葉輪，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；和配置以從所述環管反應段基本連續取出排料淤漿和促進所述環管反應段的壓力控制 的連續出料口(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 度高於循環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所述排料淤漿中的液體稀釋劑的閃蒸室。
21.根據權利要求20的聚乙烯生產系統，其中所述葉輪包含在所述環管反應段中串聯 設置的至少兩個葉輪。
全文摘要
一種包含一個環管反應段、一個連續出料口和一個在反應段中的流體淤漿的環管聚合反應器。普通的圓柱管壁確定環管反應段。環管反應段的長度和普通圓柱管壁的公稱外徑確定大於250的長徑比。反應器可裝有包含烯烴單體反應物、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，固體聚合物顆粒在淤漿中的濃度可大於40重量％。還公開了一種通過至少一種烯烴單體在上述反應器的環管反應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C08F210/00GK101955554SQ201010286748
公開日2011年1月26日 申請日期2003年9月16日 優先權日2002年9月16日
發明者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·庫菲爾德, T·A·瑞德, T·H·西姆伯魯克 申請人:切夫裡昂菲利普化學有限責任公司