CN101035614A - 具有旁路管线的聚合反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淤浆环流反应器，其具有至少两个环路(1，2)且包含通过替换路线将相同环流反应器的两个点(12，13)连接的旁路管线(11)，该替换路线具有不同于主要路线通过时间的通过时间，所述旁路管线还收集第一环流反应器(1)的生长聚合物并且将所述生长聚合物送到第二反应器(2)中的入口点(13)。
Description
本发明涉及在双环流反应器中烯烃聚合的领域。
高密度聚乙烯(HDPE)首先通过在作为所获聚合物用溶剂的液体中进行的加聚反应来制备。依据Ziegler或Phillips，该方法通过淤浆条件下的聚合来迅速替换。更具体地，淤浆反应在管式环流反应器中连续进行。形成为悬浮于液体介质、普通反应稀释液和未反应单体中的聚合物固体颗粒的淤浆的聚合流出物(例如参见US-A-2285721)。期望能够不使液体介质暴露于污染物而将聚合物与包含惰性稀释液和未反应单体的液体介质分离，由此使得可以采用最小的或者无需纯化就将所述液体介质循环到聚合区中。如US-A-3152872中所述的那样，在淤浆环流反应器的一个或多个沉降腿中收集聚合物和液体介质的淤浆，由此将淤浆定期地排放到闪蒸室中，从而以间歇方式操作。将混合物闪蒸，由此从聚合物中除去液体介质。然后，必须对蒸发的聚合稀释液进行再压缩，由此在将其作为液体稀释液循环到聚合区之前将其冷凝为液体形式，如果必要在纯化之后将其循环。
通常需要沉降腿来改进从反应器中提取出的淤浆中的聚合物浓度；但是它们存在一些问题，因为它们将间歇技术强加到连续工艺上。
EP-A-0891990和US-A-6204344公开了两种用于降低反应器不连续行为和由此用于增加固体浓度的方法。一种方法在于将沉降腿的不连续操作用富集淤浆的连续回收来代替。另一种方法在于使用更强劲的循环泵。
最近，EP-A-1410843已公开了一种淤浆环流反应器，其在一个环流反应器上包含通过替换路线(alternate route)将相同环路的两个点连接的旁路管线，该替换路线具有不同于主要路线通过时间的通过时间，由此用于改进循环淤浆的均匀性。
双环流体系是非常期望的，因为它们通过在每个反应器中提供了不同的聚合条件而赋予了制备高度设计(tailored)的聚烯烃的可能性。但是，通常难以发现适用于构建这些双环流反应器的空间，因为在现有构造中它们需要彼此靠近，由此确保生长聚合物从一个环路到其它环路的充分转移。材料在转移管线中的循环速度小于1m/s：因此，这些管线必须极短，以避免由于残留单体的聚合而导致的沉降和堵塞。因而，需要提供用于将两个可以彼此分开(distant)的现有反应器相连的手段或者如果可利用的空间如所需要的那样时用于构建无需彼此靠近的两个新反应器的手段。
本发明的目的是，提供一种用于连接两个或多个环流反应器的手段。
本发明的另一目的是，连接分开的反应器。
本发明的另一目的是，降低材料在连接反应器的管线中的停留时间。
本发明的另一目的是，改进环流反应器中流动的均匀性。
本发明的另一目的是，增加第一反应器中烯烃的浓度。
本发明的另一目的是，增加固体含量。
附图说明
图1描绘了本发明的双环流反应器构造，其中这两个反应器通过旁路管线相连。
图2描绘了连接第二反应器的两个点和收集来自第一反应器沉降腿的生长聚合物的旁路管线。
因此，本发明公开了一种淤浆环流反应器，其包括至少两个串联的环流反应器和如图1中所示的旁路管线(11)，所述旁路管线(11)采用通过时间与主要路线通过时间不同的替换路线将同一环流反应器的两个点(12)和(13)连接，所述旁路管线(11)还收集在出口点(14)处离开第一环流反应器(1)的生长聚合物并且将所述生长聚合物送到第二反应器(2)中的入口点(13)。
可以通过连续出料或者通过沉降腿技术来收集离开第一反应器的生长聚合物。优选地，使用沉降腿。
第二反应器的入口点(13)优选地位于循环泵的上游，在该位置压力低。
在本说明书全文中，形成淤浆环流反应器的环路是串联的，且可以将每个环路折叠。
任选地，旁路可以是有夹套的。
材料在旁路中循环的速度必须足以避免沉降和可能的堵塞：其必须至少为3m/s。一种经常用于计算水平管线中最小速度的关联式为下面给出的Durand等式：
vt＝F[2g(s-l)D]1/2
其中，vt为最小速度，s为颗粒密度/流体密度的比值，D为管径，F为经验常数且在0.4～1.5之间变化，和g为重力加速度。
优选地，旁路管线的设计使得旁路管线的两个端点(12)和(13)之间的压力差可以提供获得充分的材料流动和避免堵塞所需的最小速度(约为3m/s)。如果必须，可以增加泵来提高旁路管线中速度。但是，优选仅仅依赖于压力差，因为任何添加的设备均会导致增加的难度。旁路中的速度优选至少为4m/s，更优选至少为5.5m/s和最优选至少为7m/s。
优选地，旁路管线的入口点(12)位于高于其出口点(13)的位置，由此使旁路管线的最小斜度为至少7度、优选为约9度。
旁路管线携带的淤浆为总流量的0.5～50％，优选为1～25％且更优选为总流量的1～15％。
通过旁路管线的流动时间不同于通过主环路所需的时间，因为路线长度不同。该流动时间上的差别导致纵向混合，其改进了反应器内淤浆的均匀性。
流动分离和流动再汇合时的角度可以相同或不同。以1～90度角、优选30～60度角和更优选约45度角，在主环路中收集和再注射淤浆。
旁路的直径小于主环路的直径，并且旁路直径DB与环路直径DL之比DB/DL为1∶12～1∶2，优选为1∶6～1∶3。通常旁路管线的直径为12cm～30cm，优选为15.24cm(6英寸)～20.32cm(8英寸)。另外，旁路管线中的弯曲优选地为长-半径弯曲：通常它们具有等于旁路管线直径至少10倍的曲率半径。
当仅仅通过旁路管线入口点和出口点之间的压力差来操作时，待连接的两个环路之间的距离最高为30m，优选最高为20m，更优选最高为15m。
该反应器可以使用本领域公知的任意催化剂体系来操作。其可以用于烯烃的均聚或共聚。
优选地，烯烃为α-烯烃，更优选乙烯或丙烯，且最优选乙烯。
本发明产生了与采用EP-A-1410843中所公开的旁路管线获得的那些优点相同的优点：
-采用旁路改进的环流反应器获得的聚合物产物的堆密度(bulk density)大于采用未改进的环流反应器获得的聚合物产物1～5％；
-在采用旁路改进的环流反应器获得的聚合物产物中，分子量分布(MWD)通常降低了5～15％。MWD定义为多分散性指数D，其为重均分子量Mw与数均分子量Mn的比值Mw/Mn。
-催化剂生产率得到基本改进，而生产无任何损失。催化剂生产率通常增加10～50％。所获得的这种催化剂生产率的改进归因于反应器中停留时间的增加和稳定操作窗(operation window)的延伸。已发现固含量(以颗粒质量流量与总质量流量之比来测量)增加了至少1.5％、优选至少3％。
除了在单一反应器中由该旁路获取的这些优点之外，通常在第二反应器中，可以增加第一反应器中烯烃的浓度。实际上，由于该旁路管线，可以缩短将第一反应器出口点连接于旁路管线的转移管线。由此降低了在这些转移管线中聚合从第一反应器中出现的未反应烯烃的风险。第一反应器中烯烃的浓度可以增加到浓度至少为2％、优选至少为4％、更优选至少为6％。
实施例
评价几种旁路设计。图2中描绘了该旁路管线的示意性设计。对于全部设计来说，旁路管线入口点(12)和出口点(13)之间的压降彻底控制管线中的流动。
在第一种设计D1中，选择如下参数：
-流动分离角度(12)＝33°
-流动再汇合角度(13)＝45°
-旁路管线长度＝10m
-旁路管线直径＝15.24cm(6英寸)
-旁路管线具有5个弯曲：3个弯曲的角度为90度，1个弯曲的偏转角为33度和1个弯曲的偏转角为23度。
设计D2与D1相同，但是旁路管线的长度等于15m。
设计D3与D1相同，但是旁路管线的直径等于20.32cm(8英寸)。
设计D4与D2相同，但是旁路管线的直径等于20.32cm(8英寸)。
设计D5与D1相同，但是流动分离角度和流动再汇合角度均设定为90°。
设计D6与D2相同，但是流动分离角度和流动再汇合角度均设定为90°。
对于所有设计来说，位于流动再汇合点(13)和流动分离点(12)之间的且代表100％流量的点A处的速度选定为大约9.3m/s。
采用由I.E.Idel’Cik在“Memorandum of the pressure losses-Singular lossratios of load and pressure losses by friction”中充分描述的方法来进行计算。
结果概括于表1中。它们公开了反应器中位于流动分离点(12)与流动再汇合点(13)之间的点B处的且表示降低了的流量的速度Vr、旁路管线中点C处的速度Vbp、和通过旁路管线的流量相对于总流量的百分比FI。
表1
| D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | |
| Vr(m/s) | 8.6 | 8.6 | 7.9 | 8.0 | 8.8 | 8.8 |
| Vbp(m/s) | 7.1 | 7.3 | 8.1 | 7.5 | 5.6 | 5.1 |
| FI(％) | 7.7 | 7.7 | 15.0 | 13.9 | 5.9 | 5.5 |
可以看出，对于依据本发明的所有设计来说，旁路管线中的速度大大高于现有可获得的转移管线中小于1m/s的速度，且大大高于避免沉降所必须的、由Durand等式计算的水平管线中的最小速度3m/s。
另外，其允许显著缩短第一反应器出口点与旁路管线之间的转移管线，其中未反应的单体可以聚合并由此堵塞管线。
该因素反过来能使第一反应器中的烯烃浓度增加。
实施例1
首先采用第一反应器的3个沉降腿和第二反应器的泵弯管之间的常规转移管线来操作两个串连的环流反应器。
条件如下：
第一反应器
体积：19m3
沉降腿数目：3
沉降腿直径：20.32cm(8”)
沉降腿体积：每个45L
反应器直径：50.8cm(20”)
聚乙烯产量：5吨/小时
乙烯浓度：6wt％
固体浓度：40％
第二反应器
体积：19m3
沉降腿数目：4
沉降腿直径：20.32cm(8”)
沉降腿体积：每个45L
反应器直径：50.8cm(20”)
聚乙烯产量：3吨/小时
乙烯浓度：7wt％
固体浓度：40％
在这些条件下，沉降腿中平均每个月出现两次堵塞。
实施例2
随后，通过在第一反应器的沉降腿下安装依据本发明的旁路管线来连接相同的环流反应器。
旁路管线的直径为15.24cm(6”)，且旁路管线的长度为18米。保持沉降腿不变。
随后在与实施例1完全相同的条件下操作反应器。
实验期间沉降腿中未发生堵塞。
Claims (15)
1、一种淤浆环流反应器，其具有至少两个串联的环路且包含旁路管线(11)，采用通过时间与主要路线的通过时间不同的替换路线将同一第二环流反应器(2)的两个点(12)和(13)相连接，所述旁路管线(11)还收集在出口点(14)处离开第一环流反应器(1)的生长聚合物并且将所述生长聚合物送到该第二环流反应器(2)中的入口点(13)。
2、权利要求1的淤浆环流反应器，其中通过沉降腿(3)收集来自第一反应器的该生长聚合物。
3、权利要求1或2的淤浆环流反应器，其中该第二反应器的入口点(13)位于第二反应器循环泵(4)的上游。
4、权利要求1～3中任一项的淤浆环流反应器，其中该两个环流反应器之间的距离最高为30m。
5、前述权利要求中任一项的淤浆环流反应器，其中该旁路管线中的速度源于所述旁路的入口点和出口点之间的压力差。
6、前述权利要求中任一项的淤浆环流反应器，其中该旁路管线中的速度高于3m/s。
7、权利要求6的淤浆环流反应器，其中该旁路管线中的速度至少为5.5m/s。
8、前述权利要求中任一项的淤浆环流反应器，其中该旁路管线中的分流量相对于总流量的比例为1～25％。
9、前述权利要求中任一项的淤浆环流反应器，其中该旁路管线的直径为15.24cm(6英寸)～20.32cm(8英寸)。
10、权利要求1～9中任一项的淤浆环流反应器在均聚或共聚烯烃中的用途。
11、权利要求10的用途，其中该烯烃为乙烯或丙烯。
12、权利要求10或11的用途，用于串联地操作两个分开的单一环流反应器。
13、权利要求10或11的用途，用于将该第一反应器中烯烃浓度增大到至少4％。
14、权利要求10或11的用途，用于改进该反应器中的纵向流动均匀性。
15、权利要求10或11的用途，用于将该反应器中固含量增大至少1.5％，所述固含量定义为颗粒质量流量与总质量流量之比。
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