EA002084B1

EA002084B1 - Способ полимеризации олефинов и распылительная форсунка для осуществления этого способа

Info

Publication number: EA002084B1
Application number: EA199900386A
Authority: EA
Inventors: Дейвид Ньютон; Майкл Бернард Пауэр
Original assignee: Бп Кемикэлз Лимитед
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2001-12-24
Also published as: NZ335267A; EP0938372A1; NO992078D0; DE69715027T2; CA2270049C; HUP9904298A2; CN1115193C; DE69715027D1; EG21518A; ATE222799T1; KR20000052958A; NO992078L; HU224477B1; ID21359A; US6214943B1; WO1998018548A1; UA51743C2; AR010258A1; EP0938372B1; SK283622B6

Abstract

В изобретении описан способ непрерывной газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое олефинов, в частности этилена, пропилена или их смесей, с другими альфа-олефинами, заключающийся в охлаждении циркулирующего потока газа и образовании жидкого конденсата (в частности, сомономера), отделении от конденсата, по крайней мере, части жидкости и ее распылении под давлением через распылительную форсунку (1) непосредственно в псевдоожиженный слой путем повышения давления жидкости и ее подачи в распылительную форсунку (1), в которой имеется механическое устройство (6), предназначенное для тонкого распыления жидкости, в условиях, при которых в зоне (5) формирования струи, расположенной в выходном отверстии распылительной форсунки, формируется струя тонко распыленной жидкости. Зона (5) формирования струи распыленной жидкости предпочтительно отделена от частиц псевдоожиженного слоя экраном, образованным стенкой или стенками, выполненными в виде трубы или плоского листа. Описана также распылительная форсунка, выходные отверстия которой объединены в две или в большее количество групп с независимой и регулируемой подачей жидкости в каждую группу и возможностью изменения в большую или меньшую сторону количества подаваемой в слой жидкости.

Description

Настоящее изобретение относится к распылительной форсунке, предназначенной для инжекции жидкости в псевдоожиженный слой в процессе непрерывной полимеризации олефинов в газовой фазе и, в частности, к распылительной форсунке, позволяющей обеспечить качественный контроль за процессом инжекции жидкости в псевдоожиженный слой.

Способы гомополимеризации и сополимеризации олефинов в газовой фазе хорошо известны в технике. Такие способы основаны, например, на подаче газообразного мономера в перемешанный и/или псевдоожиженный слой, содержащий полиолефин и необходимый для полимеризации катализатор.

При полимеризации олефинов в псевдоожиженном слое полимеризация осуществляется в реакторе с псевдоожиженным слоем, в котором слой частиц полимера поддерживается в псевдоожиженном состоянии с помощью восходящего потока газа, содержащего газообразный вступающий в реакцию мономер. Для запуска такого процесса полимеризации используется слой из полученных перед этим частиц полимера, аналогичного подлежащему получению полимеру. Во время полимеризации полученный при каталитической полимеризации мономера свежий полимер выводится для сохранения более или менее постоянного объема псевдоожиженного слоя. В промышленных установках для полимеризации олефинов для формирования псевдоожиженного слоя используется сетка, которая распределяет подаваемый в слой ожижающий газ и образует при прекращении подачи ожижающего газа несущее слой основание. Полученный полимер обычно выводят из реактора по отводящей магистрали, расположенной в нижней части реактора рядом с несущей псевдоожиженный слой сеткой. Псевдоожиженный слой представляет собой слой растущих частиц полимера. Этот слой удерживается в псевдоожиженном состоянии непрерывно проходящим через него снизу вверх потоком ожижающего газа, который подается в реактор через его днище.

Полимеризация олефинов является экзотермической реакцией и поэтому требует использования устройств для охлаждения слоя и отвода выделяющегося при полимеризации тепла. В отсутствие такого охлаждения температура слоя повышается, и частицы полимера начинают плавиться. При полимеризации олефинов в псевдоожиженном слое для отвода выделяющегося при полимеризации тепла обычно используют подаваемый в реактор газ, ожижающий газ, который используется для формирования псевдоожиженного слоя и температура которого ниже температуры, необходимой для полимеризации; этот газ проходит через псевдоожиженный слой и отбирает от него выделяющееся при полимеризации тепло, после чего этот нагретый газ выводится из реак тора и после охлаждения в отдельном теплообменнике вновь подается в псевдоожиженный слой реактора. Температуру циркулирующего газа можно регулировать в теплообменнике, поддерживая температуру псевдоожиженного слоя на необходимом для полимеризации уровне. При таком методе полимеризации альфаолефинов в циркулирующем газе обычно содержится мономерный олефин, возможно, например, с разжижающим газом или газообразным регулятором степени полимеризации, таким как водород. При этом циркулирующий газ используется для подачи мономера в псевдоожиженный слой, для ожижения слоя и для поддержания заданной температуры слоя. Для восполнения израсходованного количества содержащихся в газе мономеров, из которых в процессе полимеризации образуются полимеры, используется свежий газ, который добавляют к потоку циркулирующего в системе газа.

Известно, что производительность промышленной установки (т.е. ее выход в единицу времени на единицу объема, выраженный в виде веса полимера, полученного на единицу объема реактора в единицу времени) с реактором с псевдоожиженным слоем указанного выше типа ограничена максимально возможной скоростью, с которой из реактора можно отводить выделяющееся в нем в процессе полимеризации тепло. Скорость отвода тепла можно увеличить за счет, например, увеличения скорости циркулирующего газа, и/или снижения температуры циркулирующего газа, и/или изменения теплоемкости циркулирующего газа. Реально, однако, скорость циркулирующего газа можно увеличить только до определенного предела. При дальнейшем увеличении скорости псевдоожиженный слой становится неустойчивым, а находящиеся в слое частицы могут уноситься из реактора вместе с потоком газа, забивая линию циркуляции и выводя из строя установленный в ней компрессор или воздуходувку. Реально также существуют и определенные ограничения на степень возможного охлаждения циркулирующего газа. Эти ограничения связаны, в первую очередь, с соображениями экономического порядка, и на практике минимально возможная температура циркулирующего газа зависит от температуры воды, которую в каждом конкретном случае можно использовать для промышленного охлаждения газа. Возможность использования для этих целей холодильных установок связана с дополнительными затратами. Таким образом, при промышленной полимеризации олефинов использование только одного охлажденного циркулирующего газа для отвода выделяющегося при полимеризации в псевдоожиженном слое тепла имеет определенный недостаток, заключающийся в невозможности поднять производительность реактора до максимально возможного уровня.

В настоящее время известны различные способы повышения количества отводимого от псевдоожиженного слоя тепла, например, за счет использования в системе циркуляции летучей жидкости.

В СВ 1415442 описан процесс полимеризации винилхлорида в газовой фазе, проводимый в реакторе с перемешанным или псевдоожиженным слоем в присутствии, по крайней мере, одного разжижающего газа с более низкой, чем у винилхлорида, температурой кипения. В примере 1 этой публикации описан способ контроля температуры полимеризации путем периодического добавления жидкого винилхлорида в псевдоожиженный слой поливинилхлорида. Попадающий в слой жидкий винилхлорид мгновенно испаряется и отбирает тепло, выделяющееся в слое в процессе полимеризации.

В И8 3625932 описан способ полимеризации винилхлорида в многоступенчатом реакторе с псевдоожиженными слоями из частиц поливинилхлорида, ожижение которых осуществляется с помощью подаваемого в реактор через его днище в газообразном состоянии мономера винилхлорида. Для охлаждения каждого слоя и отвода из него выделяющегося при полимеризации тепла используется жидкий мономер винилхлорида, который в распыленном виде под тарелками, на которых происходит ожижение слоев, подается в поток поднимающегося вверх ожижающего газа.

В РК 2215802 описана распылительная форсунка, выполненная в виде обратного клапана и предназначенная для подачи находящихся в распыленном виде жидкостей в псевдоожиженный слой, например, в ожиженный газом слой, в котором происходит полимеризация этиленовоненасыщенных мономеров. В качестве жидкости, используемой для охлаждения слоя, можно использовать жидкий полимеризуемый мономер или при полимеризации этилена жидкий насыщенный углеводород. Описанная в этой публикации распылительная форсунка предназначена для полимеризации в псевдоожиженном слое винилхлорида.

В СВ 1398965 предложен способ полимеризации в псевдоожиженном слое этиленовоненасыщенных мономеров, в частности винилхлорида, с контролем теплового режима процесса полимеризации инжекцией в слой жидкого мономера с помощью одного или нескольких распылительных сопел, высота которых составляет от 0 до 75% от высоты псевдоожиженного слоя реактора.

В И8 4390669 описан способ многоступенчатой гомо- и сополимеризации олефинов в газовой фазе, проводимой в реакторах с перемешанным слоем, в реакторах с псевдоожиженным слоем, в реакторах с перемешанным псевдоожиженным слоем или в трубчатых реакторах. По этому способу полимер, полученный в первой зоне полимеризации, суспендируется в промежуточной зоне в легко летучем жидком углеводороде, а полученная при этом суспензия подается во вторую зону полимеризации, в которой жидкий углеводород испаряется. Из приведенных в этой публикации примеров 1-5 следует, что газ из второй зоны полимеризации поступает в охладитель (теплообменник), в котором часть жидкого углеводорода конденсируется (с сомономером, если он используется). Часть конденсата летучей жидкости в жидком виде подается в реактор, в котором он испаряется и отбирает за счет скрытой теплоты испарения из псевдоожиженного слоя тепло, выделяющееся при полимеризации.

В ЕР 89691 предложен способ увеличения выхода в единицу времени на единицу объема при проведении процесса непрерывной полимеризации в газовой фазе в псевдоожиженном слое жидких мономеров, основанный на охлаждении части или всего количества не вступивших в реакцию жидкостей с образованием двухфазной смеси газа и унесенной им жидкости с температурой ниже точки росы и последующей подаче этой двухфазной смеси обратно в реактор. В описании к ЕР 89691 утверждается, что основным ограничением на степень охлаждения циркулирующего потока газа до температуры более низкой, чем точка росы, является необходимость поддержания в смеси отношения газ/жидкость на уровне, достаточном для того, чтобы жидкая фаза двухфазной смеси до испарения жидкости оставалась в смеси в унесенном или во взвешенном состоянии, и что количество жидкости в газовой фазе не должно превышать 20 мас.%, предпочтительно не должно превышать 10 мас.%, что позволяет достичь такой скорости циркулирующего двухфазного потока, которой достаточно для того, чтобы жидкая фаза всегда оставалась в смеси во взвешенном состоянии и чтобы этот двухфазный поток мог обеспечить формирование в реакторе устойчивого псевдоожиженного слоя. В ЕР 89691 также говорится о возможности формирования внутри реактора в точке впрыска двухфазного жидкого потока путем отдельной инжекции в реактор газа и жидкости с параметрами, обеспечивающими возможность образования в реакторе двухфазного потока, и отмечается, что работа реактора в таком режиме обладает некоторым преимуществом, поскольку при этом отпадает необходимость в дополнительных затратах на разделение двухфазной смеси после ее охлаждения на газообразную и жидкую фазы.

В ЕР 173261 предложено предназначенное для использования в реакторах устройство для подачи циркулирующего потока в псевдоожиженный слой и, в частности, устройство для подачи в псевдоожиженный слой циркулирующего потока двухфазной смеси газа и увлеченной им жидкости, о которой речь идет в ЕР 89691.

В АО 94/25495 описан способ полимеризации в псевдоожиженном слое, включающий пропускание через реактор с псевдоожиженным слоем в присутствии катализатора при определенных, необходимых для протекания реакции полимеризации условиях газообразного потока с получением продукта полимеризации и образованием потока, содержащего не вступившие в реакцию содержащие мономер газы; сжатие и охлаждение этого потока; смешивание этого потока с исходными компонентами и подачу газа и жидкой фазы обратно в реактор, а также описан метод создания условий устойчивой работы реактора, включающий: а) контроль происходящих в реакторе и связанных с изменением состава псевдоожижающего потока изменений объемной плотности псевдоожиженного слоя и б) увеличение охлаждающей способности циркулирующего потока путем изменения его состава, не переходя при этом за уровень, при котором уменьшение объемной плотности псевдоожиженного слоя или снижение характеризующего ее параметра становится необратимым.

В И8 5436304 предложен способ газофазной полимеризации альфа-олефинов в реакторе с псевдоожиженным слоем с использованием ожижающего вещества, которое позволяет контролировать охлаждающую способность реактора, причем в этом способе показатель (Ζ) фактической объемной плотности поддерживают на уровне, равном или большем показателя расчетной объемной плотности.

В заявке АО 94/28032, которая включена в данное описание в качестве ссылки, описан способ непрерывной газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое с повышенной производительностью, который включает охлаждение потока циркулирующего газа до температуры, достаточной для образования жидкости и газа, отделение жидкости от газа и подачу отделенной от газа жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой. Жидкость можно инжектировать в псевдоожиженный слой через одно или несколько установленных в нем сопел. Было установлено, что использование в таком способе распылительной форсунки определенной конструкции обеспечивает более эффективную подачу жидкости в псевдоожиженный слой и, как следствие этого, за счет более равномерного распределения жидкости в зоне (зонах) распыления создает возможность для более эффективного контроля процесса охлаждения псевдоожиженного слоя. Еще одним преимуществом предложенного в этой заявке решения является снижение требований к чистоте проходящего через форсунку газа и обусловленное этим существенное снижение эксплуатационных расходов.

В настоящем изобретении предлагается способ непрерывной полимеризации в реакторе с псевдоожиженным слоем мономера олефина, выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) смесей этилена и пропилена и г) одного или нескольких альфа-олефинов, смешанных с а), б) или в), путем непрерывной циркуляции через псевдоожиженный слой реактора в присутствии катализатора при определенных, обеспечивающих протекание реакции полимеризации условиях газообразного потока, содержащего, по крайней мере, некоторое количество этилена и/или пропилена, охлаждения, по крайней мере, части отбираемого из реактора газообразного потока до температуры, при которой происходит конденсация жидкости, отделения, по крайней мере, части сконденсировавшейся жидкости от газообразного потока и подачи, по крайней мере, части отделенной жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой путем а) повышения давления жидкости, б) подачи имеющей избыточное давление жидкости на вход в распылительную форсунку и в) подачи жидкости в псевдоожиженный слой через выходное отверстие форсунки, в которой с помощью расположенного в выходном отверстии механического устройства происходит тонкое распыление жидкости с образованием струи тонко распыленной жидкости, которая формируется в зоне формирования струи выходного отверстия форсунки.

Было установлено, что в отсутствие зоны формирования распыленной струи жидкость не проникает глубоко в псевдоожиженный слой, а собирается вокруг форсунки, в результате чего в зоне расположения форсунки слой становится не псевдоожиженным. Тонкому распылению жидкости и образованию потока распыленной жидкости препятствует наличие твердых частиц в расположенной на выходе из форсунки (или рядом с форсункой) зоне псевдоожиженного слоя. Предлагаемая в изобретении форсунка, в которой зона формирования распыленной струи жидкости экранирована от псевдоожиженного слоя, обеспечивает необходимое тонкое распыление жидкости и формирование проникающей в псевдоожиженный слой струи распыленной жидкости.

Зону формирования в форсунке распыленной струи жидкости можно расположить в выходном отверстии форсунки или в отдельном выступающем или соединенном с форсункой и определенным образом расположенным относительно нее элементе.

В зоне формирования распыленной струи жидкости имеется экранированный участок, вдоль которого в процессе тонкого распыления и формирования струи проходит распыляемая жидкость. Зона формирования распыленной струи жидкости образована стенкой отверстия, которая может быть выполнена либо непосредственно в выходном отверстии форсунки, либо в выступающей части форсунки, либо в отдельной соответствующим образом расположенной и закрепленной на форсунке детали. Для формирования стенки такого отверстия можно ис пользовать трубку или лист. При формировании зоны формирования распыленной струи в трубке отверстие трубки может иметь круглую, прямоугольную, квадратную, треугольную, шестиугольную или эллиптическую форму. Поперечное сечение трубки по ее длине может быть и одинаковым, и разным. По длине отверстие в трубке может иметь форму круглого цилиндра, эллиптического цилиндра, усеченного конуса, усеченной пирамиды, эллипсоида, форму поверхности, очерченной частью гиперболы, а также форму колокола или раструба. В направлении течения жидкости размер поперечного сечения отверстия трубки должен постепенно увеличиваться. При выполнении стенки отверстия, образующего зону формирования распыленной струи жидкости из листа, стенка отверстия может быть и плоской, и скругленной, а в качестве листа может быть использован плоский или согнутый под углом лист, лист, имеющий форму параболы или лотка, или лист винтовой или спиральной формы.

Для оптимального формирования струи и ее адекватного экранирования от псевдоожиженного слоя длина зоны формирования распыленной струи должна быть, по крайней мере, 10 мм, предпочтительно, по крайней мере, 25 мм.

Распылительную форсунку можно разместить непосредственно в псевдоожиженном слое или в отверстии стенки реактора таким образом, чтобы выходное отверстие форсунки сообщалось с псевдоожиженным слоем (подводящие магистрали форсунки предпочтительно расположить вне реактора).

Распылительная форсунка может иметь одно или несколько выходных отверстий.

При установке форсунки непосредственно в псевдоожиженном слое она должна иметь предпочтительно от 1 до 4 или, что более предпочтительно, от 2 до 4 выходных отверстий.

Форсунка, установленная в отверстии стенки реактора, должна предпочтительно иметь от 1 до 20 выходных отверстий. Профиль струи распыленной жидкости у таких форсунок имеет больший угол распыления и этим отличается от профиля струи, создаваемой форсунками, расположенными внутри псевдоожиженного слоя, что может потребовать увеличения количества выходных отверстий и уменьшения размера их поперечного сечения.

Выходное отверстие (выходные отверстия) можно выполнить в виде круглых отверстий, щелей, эллиптических отверстий или щелей, или в виде отверстий или щелей любой другой соответствующей формы. Предпочтительными в этом отношении являются выходные отверстия, выполненные в виде щелей эллиптической формы.

Выполненные в виде щелей выходные отверстия форсунок обычно имеют ширину от 2,5 до 12 мм и длину от 8 до 50 мм. Площадь попе речного сечения у таких щелей составляет от 26 до 580 мм².

Круглые выходные отверстия имеют диаметр от 5 до 25 мм. Площадь поперечного сечения у таких круглых выходных отверстий лежит в пределах от 19,6 до 491 мм².

Важно, чтобы размер выходных отверстий распылительной форсунки был достаточно большим для того, чтобы через отверстие могли проходить любые мелкие частицы, содержащиеся в потоке отделенной от газа жидкости.

В форсунках с большим количеством выходных отверстий эти отверстия можно расположить в разных плоскостях, например, несколькими рядами по окружности форсунки. Предпочтительно в каждом ряду иметь от 1 до 8, более предпочтительно от 1 до 4 выходных отверстий.

Все выходные отверстия предпочтительно расположить на равном по окружности расстоянии друг от друга.

При расположении выходных отверстий рядами по окружности форсунки целесообразно, чтобы отверстия соседних рядов были смещены относительно друг друга.

В качестве механического устройства для тонкого распыления жидкости можно использовать любое механическое устройство, которое вносит возмущения в поток протекающей через него жидкости и обеспечивает ее тонкое распыление. Наиболее предпочтительными являются такие механические устройства, которые формируют струю широкого профиля с каплями одинакового размера. В качестве такого рода устройств можно использовать хорошо известные механические распылители жидкостей, в частности распылители воды (для тушения огня) и краскопульты (для нанесения покрытий). Энергию, необходимую для тонкого распыления жидкости, можно получить за счет падения давления жидкости на выходе из форсунки или же от внешних электрических или механических источников мощности. К возможным для использования механическим устройствам для тонкого распыления жидкости относятся, например, вихревые форсунки или дефлекторы, которые создают турбулентность в протекающем через них потоке жидкости и образуют на выходе струю тонко распыленной жидкости, устройства, в которых распыление жидкости осуществляется за счет ударного воздействия на нее, лопастные устройства и ультразвуковые устройства. Наиболее простое по конструкции устройство, формирующее струю распыленной жидкости, состоит из имеющей одинаковую по длине форму цилиндрической трубки с входным отверстием, в которое подается под избыточным давлением распыляемая жидкость, и выходным отверстием, через которое из трубки вытекает струя жидкости. По мере удаления от выходного отверстия струя жидкости постепенно разбивается на отдельные капли и превращается в струю распыленной жидкости. Такое простое по конструкции устройство можно использовать в качестве распылительной форсунки для осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа, выбрав при этом соответствующим образом размеры трубки и подобрав для получения оптимальной структуры распыленной струи необходимое давление жидкости на входе в трубку. Однако струя жидкости, создаваемая таким устройством, до образования в ней капель жидкости должна пройти довольно большое расстояние, и поэтому сформированная таким устройством струя распыленной жидкости не всегда будет иметь необходимую для осуществления предлагаемого в изобретении способа структуру. Поэтому для получения необходимой для осуществления предлагаемого в изобретении способа струи распыленной жидкости в изобретении, помимо обычной трубки, предпочтительно использовать дополнительное устройство, в частности лопатки, расположенные в потоке жидкости на пути ее движения к выходному отверстию форсунки, или же устройство, которое распыляет ударяющуюся в него струю жидкости.

Предпочтительно, чтобы струя распыленной жидкости, вытекающая из зоны формирования струи выходного отверстия форсунки, попадала в псевдоожиженный слой непосредственно над верхней границей создающегося в слое перепада температуры, равного разнице между температурой поступающего в слой ожижающего газа (температура потока газа на входе в реактор) и температурой основной массы слоя. Обычно процесс промышленной газофазной полимеризации олефинов в псевдоожиженном слое протекает в установившемся изотермическом режиме. Однако хотя при работе реактора во всей массе псевдоожиженного слоя и поддерживается необходимая для полимеризации постоянная температура, тем не менее в нижней области слоя практически всегда создается некоторый перепад температур. Этот перепад температур обусловлен тем, что используемый для ожижения слоя циркулирующий в системе газ обычно охлаждается до температуры, значительно более низкой, чем температура основной массы слоя. При таких условиях та область слоя, которая расположена непосредственно над зоной подачи в него потока охлажденного перед этим ожижающего газа, охлаждается более интенсивно, чем остальная масса слоя. Минимальная температура в области слоя с перепадом температур равна температуре поступающего в слой потока газа, а максимальная температура, по существу, равна изотермической температуре слоя (т.е. температуре основной массы слоя). В промышленных реакторах с несущей псевдоожиженный слой сеткой и высотой псевдоожиженного слоя от 10 до 20 м указанный перепад температур создается в слое, высота которого над сеткой составляет приблизительно от 15 до 30 см (от 6 до 12 дюймов).

Настоящее изобретение предполагает возможность использования одной или нескольких распылительных форсунок либо установленных непосредственно внутри псевдоожиженного слоя, либо установленных в отверстиях стенки реактора с выступающими внутрь реактора выходными отверстиями.

Предпочтительно для осуществления предлагаемого в изобретении способа полимеризации использовать несколько распылительных форсунок, расположенных с определенным шагом, по существу, равномерно в псевдоожиженном слое или равномерно расположенных друг от друга по окружности реактора в зоне подачи в него распыляемой в псевдоожиженном слое жидкости. Количество форсунок определяется необходимой глубиной проникновения в слой распыляемой каждой форсункой струи жидкости созданием условий для равномерного распределения жидкости в псевдоожиженном слое. Предпочтительно количество форсунок составляет от 1 до 8, более предпочтительно от 1 до 4, а наиболее предпочтительно использовать 4 расположенные в слое форсунки или от 4 до 8 форсунок, установленных на стенке реактора.

В каждую форсунку можно при необходимости подавать находящуюся под избыточным давлением отделенную от газа жидкость по общей расположенной внутри реактора подводящей магистрали. Для этого, в частности, можно использовать трубу, проходящую снизу вверх в центре реактора.

Каждая распылительная форсунка может иметь несколько выходных отверстий, объединенных в группы, расположенные по внешнему периметру форсунки и соединенные по отдельности с общей магистралью для подачи к ним находящейся под избыточным давлением жидкости. Обычно такие группы выходных отверстий располагаются рядами по окружности форсунки. Предпочтительно все выходные отверстия форсунки объединить в две группы.

В предпочтительном варианте изобретения форсунка имеет две группы выходных отверстий, расположенных со смещением относительно друг друга. При этом жидкость, вытекающая из отверстий нижней группы, не пересекается с жидкостью, вытекающей из отверстий верхней группы.

Предпочтительно каждую группу выходных отверстий форсунки соединить с магистралью, по которой к форсунке под давлением подается распыляемая жидкость отдельными каналами, выполненными внутри форсунки. Подачу распыляемой жидкости к каждой группе выходных отверстий можно регулировать с помощью соответствующих клапанов. Наличие таких клапанов позволяет регулировать общий расход распыляемой форсункой жидкости. При этом можно также подавать распыляемую жидкость только, например, к той группе выходных отверстий, которые расположены в верхней части форсунки. Особенно важно обеспечить регулирование количества распыляемой форсункой жидкости в самом начале процесса полимеризации в псевдоожиженном слое. Возможность уменьшения или увеличения количества жидкости, подаваемой в псевдоожиженный слой, позволяет эффективнее и более оперативно контролировать работу псевдоожиженного слоя.

Распылительные форсунки, используемые в предлагаемом в настоящем изобретении способе, предпочтительно располагать в псевдоожиженном слое, по существу, вертикально; при этом, однако, не исключается и возможность их горизонтального расположения с установкой в сквозные отверстия стенки реактора.

Расход подаваемой в слой жидкости зависит главным образом от необходимой степени охлаждения слоя, которая в свою очередь зависит от его производительности. Производительность промышленных реакторов для полимеризации олефинов в псевдоожиженном слое зависит помимо прочего от активности используемого катализатора и от кинетики процесса катализа. При использовании катализаторов, обладающих очень высокой активностью, и при большой производительности реактора расход подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости также должен быть большим. Обычно расход подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости составляет от 0,1 до 4,9, предпочтительно от 0,3 до 4,9 м³/ч на 1 м³ материала слоя. При использовании обычных сверхактивных катализаторов Циглера (т.е. катализаторов на основе металла переходной группы, галогенида магния и металлорганического сокатализатора) расход подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости составляет от 0,5 до 1,5 м³/ч на 1 м³ материала слоя. К обладающим очень высокой активно стью катализаторам относятся известные катализаторы на основе определенных комплексов переходных металлов, например, металлоцены, активированные, например, щелочными алюмоксанами. Использование таких катализаторов в процессах полимеризации сопровождается повышенными скоростями протекающих в псевдоожиженном слое процессов теплообмена, и поэтому при применении таких катализаторов предлагаемый в настоящем изобретении способ может оказаться особенно эффективным. Предлагаемый в настоящем изобретении способ подачи жидкости в псевдоожиженный слой позволяет избежать образования в реакторе точек перегрева, обычно возникающих при загрузке его свежим, обладающим высокой активностью катализатором. Катализатор при необходимости можно подавать в слой во взвешенном или растворенном виде вместе с распыляемой в слое жидкостью. При распылении жидкости в псевдоожиженный слой содержащийся в жидкости катализатор попадает в зону местного охлаждения слоя, расположенную вокруг форсунки, и не образует в слое точек перегрева, из-за которого обычно затем происходит спекание слоя.

При полимеризации олефинов предлагаемым в настоящем изобретении способом очень важно обеспечить хорошее рассеивание и хорошее проникновение жидкости в псевдоожиженный слой. Проникновение и рассеивание жидкости в псевдоожиженном слое зависит от количества движения и направления струи тонко распыляемой в псевдоожиженном слое жидкости (от профиля струи), количества распылительных форсунок на единицу площади поперечного сечения слоя и от пространственного расположения форсунок.

Для придания вытекающей из форсунки струе необходимого профиля предпочтительно стенки выходного отверстия форсунки в зоне формирования струи выполнить скошенными. В частности, если стенки формирующей струю зоны форсунки в горизонтальной плоскости псевдоожиженного слоя выполнить расходящимися под углом 60°, то вытекающая из выходного отверстия форсунки струя будет перекрывать в горизонтальной плоскости слоя угол, равный приблизительно 60°.

Струю тонко распыленной жидкости предпочтительно инжектировать в слой, по существу, в горизонтальном направлении. При другом направлении вытекающей из выходного отверстия форсунки струи тонко распыленной жидкости угол между горизонтальной плоскостью и направлением струи предпочтительно не должен превышать 45°, наиболее предпочтительно не должен быть более 20°.

В зоне распыления форсунки количество подаваемой в слой жидкости может составлять от 16 до 656 м³/ч/м³ зоны распыления, а дополнительное количество подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости может составлять от 50 до 300 1е/ч.

Предпочтительно, чтобы при указанной выше площади поперечного сечения выходного отверстия форсунки и при дополнительном количестве подаваемой в слой жидкости в пределах от 50 до 300 1е/ч удельная производительность форсунки составляла от 1,5 до 200 м³жидкости/с/м² площади выходного отверстия форсунки, более предпочтительно от 9,5 до 70 м³ жидкости/с/м² площади выходного отверстия форсунки, при этом удельная производительность форсунки определяется объемным расходом жидкости (в м³/с) на единицу площади поперечного сечения (в м²) выходных отверстий форсунки, через которые вытекает струя тонко распыленной жидкости.

Перепад давления в форсунке должен быть достаточным для того, чтобы внутрь форсунки из псевдоожиженного слоя не могли попасть находящиеся в нем частицы. Этот перепад давления обычно составляет от 0,5 до 100 бар, бо лее предпочтительно от 0,5 до 70 бар и наиболее предпочтительно от 0,5 до 30 бар. Перепад давления в форсунке является также средством, позволяющим регулировать расход жидкости в форсунке.

Массовый расход жидкости, протекающей через механическое устройство, расположенное в выходном отверстии (выходных отверстиях) форсунки, определяется перепадом давления на этом механическом устройстве. Приведенное ниже Уравнение 1 позволяет с достаточно высокой точностью определить влияние изменения перепада давления в механическом устройстве на изменение расхода протекающей через него жидкости π^/ω^^ίΔζ/ΔΡβ где АР₁ означает перепад давления в механическом устройстве при расходе жидкости т₁, а ЛР₂означает перепад давления в механическом устройстве при большем расходе т₂, т.е. т₂>т₁.

Приведенные в табл. 1 данные по перепаду давления и расходу жидкости относятся к обычному механическому устройству, в котором процесс тонкого распыления жидкости начинается при расходе жидкости, равном 0,4 м³/ч, и перепаде давления, равном 0,5 бар. __________________________________Таблица 1

Перепад давления	Расход жидкости (плотность жидкости = 620 кг/м³	Отношение расхода при давлении АР₂ к расходу, равном 0,5 бар (коэффициент увеличения расхода)
	м³/ч	кг/ч
0,5	0,4	248	1,0
10	1,8	1116	4,5
30	3,12	1934	7,75
100	5,70	3532	14,14

Для увеличения расхода жидкости, протекающей через механическое устройство, перепад давления в нем необходимо увеличить в соответствии с уравнением 1. Практически всегда целесообразно иметь возможность изменять (т.е. увеличивать или уменьшать) количество протекающей через механическое устройство жидкости. В механическом устройстве, о котором идет речь в табл. 1, для увеличения расхода (изменение коэффициента увеличения расхода от 1 до 14,24) необходимо изменить перепад давления с 0,5 до 100 бар. Однако работа с большими перепадами давления имеет определенный недостаток, связанный с высокими затратами при работе при высоких давлениях, в частности со стоимостью насосного оборудования, необходимостью сооружения трубопроводов высокого давления и с предохранительными клапанами.

Очевидно, что по экономическим соображениям количество распылительных форсунок, количество имеющихся в каждой форсунке механических устройств, а также перепад давления на этих устройствах должны быть по воз можности минимальными, обеспечивая при этом одновременно получение адекватного профиля струи и возможность регулирования (за счет изменения давления) расхода жидкости, распыляемой каждой форсункой.

Было установлено, что нижний предел перепада давления (0,5 бар) в обычном механическом устройстве, при котором форсунка может работать, можно увеличить, если в распыляемую жидкость до ее попадания в механическое устройство форсунки добавить небольшое количество газа (в дальнейшем такая работа форсунки называется распылением газированной жидкости).

Для нормальных условий работы при распылении газированной жидкости пригодно механическое устройство, рассчитанное на средний перепад давления, например, около 30 бар, с возможным снижением расхода при уменьшении перепада давления до величины, меньшей 0,5 бар. Такой режим работы обеспечивает возможность адекватного регулирования количества подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости в первый момент формирования слоя, когда в слой необходимо подавать небольшие количества жидкости, при которых работающая с негазированной жидкостью форсунка не распыляет протекающую через нее жидкость.

В качестве газов, которые можно добавлять к жидкости при работе форсунки с газированной жидкостью, можно назвать газообразные мономеры, подлежащие полимеризации, например этилен или пропилен, а также инертные газы, например азот или аргон.

Предпочтительно, чтобы количество газа, которым газируют жидкость, составляло от 0,5 до 10 мас.% от общего веса протекающей через форсунку смеси газа и жидкости.

Обычно давление газа, которым газируют жидкость, превышает давление жидкости на 1-5 бар.

Предпочтительно газ подавать в находящуюся под избыточным давлением жидкость через небольшие отверстия в идущем к форсунке трубопроводе с образованием в жидкости пузырьков газа. Проходящие через выходное отверстие (выходные отверстия) форсунки пузырьки газа под действием создающегося в этом отверстии (этих отверстиях) перепада давления расширяются и увеличивают степень распыления жидкости.

Форсунки, используемые в предлагаемом в настоящем изобретении способе, можно соединить с системой аварийной продувки, наличие которой позволяет избежать забивания форсунки из-за попадания в нее частиц из псевдоожиженого слоя, что привело бы к перебоям в подаче в слой находящейся под избыточным давлением жидкости. Для продувки форсунок используются газы, которые не оказывают неблагоприятного влияния на процесс полимеризации. В качестве таких газов предпочтительно использовать газообразные мономеры, подлежащие полимеризации, например этилен или пропилен, а также инертные газы, например азот или аргон.

В газообразном отбираемом из реактора потоке циркулирующего газа содержатся не вступившие в реакцию газообразные мономеры и необязательно инертные углеводороды, инертные газы, такие как азот, ускорители или замедлители реакции, такие как водород, а также унесенные из слоя частицы катализатора и/или полимера.

В потоке циркулирующего газа, подаваемого в реактор, дополнительно содержится достаточное количество свежих мономеров, которые должны восполнять количество тех мономеров, из которых в реакторе образовались полимеры.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ относится к получению полиолефинов в газовой фазе полимеризацией одного или нескольких олефинов, по крайней мере, одним из которых является этилен или пропилен. К альфа-олефинам, используемым в предлагаемом в изобретении способе, относятся предпочтительно альфа-олефины, содержащие от 3 до 8 атомов углерода. При этом, однако, при необходимости можно использовать и небольшие количества альфа-олефинов с большим количеством атомов углерода, в частности, можно использовать альфа-олефины, содержащие от 9 до 18 атомов углерода. Предлагаемый в изобретении способ можно таким образом использовать для получения гомополимеров этилена или пропилена или сополимеров этилена или пропилена с одним или несколькими С₃-С₈-альфаолефинами. К предпочтительным альфаолефинам относятся бут-1-ен, пент-1-ен, гекс-1ен, 4-метилпент-1-ен, окт-1-ен и бутадиен. К высшим олефинам, которые могут сополимеризоваться с первичным мономером этилена или пропилена, или к частичным заменителям сомономера С₃-С₈-альфа-олефинов относятся дек-1ен и этилиденнорборнен.

При сополимеризации предлагаемым в изобретении способом этилена или пропилена с высшими альфа-олефинами основным компонентом сополимера является этилен или пропилен, количество которого предпочтительно составляет как минимум 70 мас.%, более предпочтительно как минимум 80 мас.% от общей массы мономеров/сомономеров.

Предлагаемым в настоящем изобретении способом можно получать самую разную полимерную продукцию, например, линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) на основе сополимеров этилена с бутаном, 4-метилпент-1 еном или гексеном и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), в частности гомополиэтилен или сополимеры этилена с небольшим количеством сомономера высшего альфа-олефина, например бутена, пент-1-ена, гекс-1-ена или 4-метилпент1-ена.

Жидкость, которая конденсируется из потока циркулирующего газа, представляет собой конденсируемый мономер, например бутен, гексен или октен, используемый в качестве сомономера для получения ЛПЭНП, или инертную конденсируемую жидкость, например бутан, пентан или гексан.

В описании под конденсируемым газообразным составом понимается такой содержащий конденсируемое вещество состав, у которого точка росы превышает минимальную температуру в контуре циркуляции.

Важно, чтобы в условиях полимеризации процесс испарения в слое тонко распыляемой жидкости мог обеспечить необходимое охлаждение слоя и не сопровождался существенным увеличением количества содержащейся в слое жидкости.

Процесс полимеризации олефинов предлагаемым в изобретении способом протекает при давлении от 0,6 до 6 МПа и при температуре от 30 до 130°С. Так, в частности, при получении ЛПЭНП температура полимеризации в зависимости от активности используемого катализатора составляет от 75 до 90°С, а при получении ПЭВП - от 80 до 105°С.

Реакция полимеризации может проводиться в присутствии каталитической системы типа Циглера-Натта, состоящей из твердого катализатора, по существу, представляющего собой соединение металла переходной группы, и сокатализатора, представляющего собой органическое соединение металла (т.е. металлорганическое соединение, например алкилалюминиевое соединение). Известные в течение ряда лет высокоактивные каталитические системы, которые могут использоваться для получения больших количеств полимера в течение сравнительно небольшого времени, позволяют отказаться от проведения такой технологической операции, как удаление из полимера остатков катализатора. Подобные высокоактивные каталитические системы обычно содержат твердый катализатор, в состав которого, по существу, входят атомы металла переходной группы, магний и галоген. Возможно также использование высокоактивного катализатора, состоящего, по существу, из оксида хрома, активированного тепловой обработкой связанного с гранулированным носителем на основе огнеупорного оксида. Предлагаемый в изобретении способ предполагает также возможность использования металлоценовых катализаторов и катализаторов Циглера на носителе из диоксида кремния.

Катализатор можно использовать в виде порошка форполимера, полученного заранее при предварительной полимеризации с помощью описанного выше катализатора. Предварительную полимеризацию можно осуществлять любым известным методом, например, проведе нием периодической, полунепрерывной или непрерывной полимеризации в жидком углеводородном разбавителе или в газовой фазе.

В предлагаемом способе, по существу, весь отбираемый из реактора поток циркулирующего газа предпочтительно охлаждают и весь отделенный от газа жидкий конденсат подают обратно в псевдоожиженный слой через форсунку (форсунки) в виде струи тонко распыленной жидкости.

Охлаждение потока циркулирующего газа происходит в теплообменнике или теплообменниках, в которых газ охлаждается до температуры конденсации содержащейся в нем жидкости. В качестве таких теплообменников можно использовать любые хорошо известные специалистам теплообменники.

В отбираемом из верхней части реактора потоке циркулирующего газа может содержаться некоторое количество катализатора и/или (очень мелких) частиц полимера, которые при необходимости можно удалять из потока циркулирующего газа, пропуская его через соответствующий циклон. Небольшое количество таких частиц может остаться в потоке циркулирующего газа, и после охлаждения газа и отделения от него жидкости эти мелкие частицы можно вновь подать в псевдоожиженный слой вместе с отделенной от газа жидкостью через распылительную форсунку (распылительные форсунки).

Во избежание засорения форсунки (форсунок) очень важно, чтобы расположенное внутри выходного отверстия (отверстий) механическое устройство имело зазор, достаточный для прохождения через него всех содержащихся в потоке отделенной от газа жидкости мелких частиц. Кроме того, и выходное(ые) отверстие(ия) форсунки(ок) должно(ы) быть достаточно большим(и) для того, чтобы через него(них) вместе со струей распыленной жидкости в псевдоожиженный слой могли попадать содержащиеся в жидкости мелкие частицы катализатора или полимера.

В циркулирующем потоке газа могут также содержаться инертные углеводороды, используемые для подачи в реактор катализатора и ускорителей или замедлителей реакции полимеризации.

Свежие мономеры, например этилен, которые необходимо подавать в реактор вместо вступивших в реакцию полимеризации, можно добавлять в любом удобном для этого месте в поток циркулирующего газа.

Точно также в любом удобном для этого месте в поток циркулирующего газа можно добавлять и свежие конденсируемые сомономеры, например бутен, гексен, 4-метилпент-1-ен и октен, которые должны восполнять конденсируемые сомономеры, вступившие в реакцию полимеризации.

Для отделения жидкости от потока циркулирующего газа можно использовать сепаратор.

В качестве такого сепаратора можно использовать циклонные сепараторы, крупные емкости, в которых в результате снижения скорости потока газа происходит отделение от газа конденсируемой жидкости (барабанные сепараторы), газожидкостные сепараторы типа туманоуловителей и газопромывные колонны, например скрубберы Вентури. Специалистам в данной области техники достаточно хорошо известны все сепараторы такого типа.

Наиболее предпочтительными для использования в предлагаемом в настоящем изобретении способе являются газожидкостные сепараторы типа туманоуловителей.

До сепарации в таком сепараторе поток циркулирующего газа предпочтительно пропустить через циклонный сепаратор. В циклонном сепараторе от выходящего из реактора потока циркулирующего газа отделяется большая часть содержащихся в нем мелких частиц катализатора и полимера, что облегчает процесс последующей сепарации газа в туманоуловителе и повышает за счет снижения вероятности его засорения, эффективность работы всей установки.

Еще одним преимуществом применения газожидкостного сепаратора типа туманоуловителя является возможность снижения по сравнению с сепараторами других типов перепада давления в сепараторе и повышения за счет этого эффективности всего технологического процесса.

В качестве такого сепаратора для осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа можно использовать выпускаемый в настоящее время вертикальный газовый сепаратор марки Рссг1с55 (например, типа ΌΡν Р8Х). В этом сепараторе процесс отделения жидкости от газа происходит за счет коалесценции капель жидкости на имеющихся в сепараторе перегородках. В нижней части сепаратора имеется достаточно крупный по размерам резервуар, в котором собирается жидкость. Наличие такого резервуара позволяет регулировать расход отбираемой из сепаратора жидкости. Сепараторы подобного типа обладают очень высокой эффективностью и обеспечивают 100%-ную сепарацию содержащейся в потоке газа конденсируемой жидкости.

При необходимости в расположенном в нижней части сепаратора резервуаре можно установить сетчатый фильтр или другое соответствующее устройство, позволяющее отфильтровать отсепарированную жидкость от всех оставшихся в ней мелких частиц. В другом варианте все мелкие частицы можно не удалять из жидкости, а оставить их в ней во взвешенном состоянии; для этого можно, например, либо перемешивать собирающуюся в резервуаре жидкость (с помощью механической мешалки), либо пропускать через нее поток газа, либо постоянно перекачивать по внешнему контуру, непрерывно отбирая жидкость из сепаратора и возвращая ее в него. Предпочтительно часть собирающейся в сепараторе жидкости непрерывно перекачивать через него по замкнутой схеме с помощью соответствующего насоса. Целесообразно обеспечить непрерывную работу насоса, для чего необходимо, чтобы в замкнутой системе циркуляции постоянно находилось определенное количество жидкости. Часть циркулирующей жидкости можно подавать непосредственно в псевдоожиженный слой через специальный клапан, который в открытом положении соединяет замкнутый контур циркуляции с трубопроводом, идущим к распылительной форсунке (форсункам). Работой клапана предпочтительно управлять от датчика уровня, позволяющего регулировать и поддерживать в определенных пределах уровень находящейся в сепараторе жидкости.

Отделенная в сепараторе от газа жидкость подается в псевдоожиженный слой через распылительную(ые) форсунку(и), расположенную (ые) над верхней границей образующегося в реакторе перепада температур между тем местом, в котором в реактор поступает ожижающий газ, и остальной частью слоя. Форсунки можно расположить в нескольких точках в этой зоне псевдоожиженного слоя в разных по высоте плоскостях. Форсунки располагают таким образом, чтобы концентрация жидкости в отдельных местах слоя не оказывала отрицательного влияния на ожижение слоя или на качество получаемого полимера и одновременно обеспечивала в месте установки форсунок быстрое диспергирование и испарение жидкости в массе слоя с отбором тепла, выделяющегося в нем в процессе экзотермической реакции полимеризации. При этом количество подаваемой в слой жидкости можно постоянно поддерживать на максимально необходимом для охлаждения и допустимом с точки зрения ожижения слоя уровне, обеспечив тем самым определенное повышение производительности реактора.

При необходимости распылительные форсунки, через которые в псевдоожиженный слой подается жидкость, можно расположить в слое на разной высоте. Такое расположение форсунок позволяет более эффективно контролировать процесс включения в состав полимера сомономера. Регулируемая подача жидкости в псевдоожиженный слой через распылительные форсунки позволяет дополнительно регулировать температурное поле слоя и в том случае, когда в этой жидкости содержится сомономер, обеспечивает возможность для регулирования процесса включения этого сомономера в состав получаемого сополимера.

Для достижения максимального эффекта от охлаждения слоя отделенной в сепараторе от газа жидкостью очень важно, чтобы распылительные форсунки были расположены выше зоны создающегося в слое перепада температур,

т.е. в той части слоя, температура которой, по существу, достигает температуры потока выходящего из реактора циркулирующего газа.

Обычно расстояние от форсунок до несущей псевдоожиженный слой сетки составляет по высоте реактора от 20 до 200 см, предпочтительно от 50 до 70 см.

На практике вначале до установки форсунок во время полимеризации с помощью установленных в или на стенках реактора термопар определяют профиль распределения температуры в псевдоожиженном слое. После этого в реакторе устанавливают распылительные форсунки, которые должны обеспечить подачу жидкости в ту зону слоя, в которой температура потока возвращаемого в реактор циркулирующего газа, по существу, достигла температуры потока выходящего из реактора газа.

Температура в псевдоожиженном слое должна поддерживаться на уровне ниже температуры спекания содержащегося в слое полиолефина.

Циркулирующий в системе газ из сепаратора подается в слой обычно через днище реактора. При наличии в реакторе несущей псевдоожиженный слой сетки газ обычно подается под сетку, которая способствует более равномерному распределению газа в ожижаемом слое. Использование реакторов с несущей псевдоожиженный слой сеткой является предпочтительным.

При проведении полимеризации предлагаемым в настоящем изобретении способом скорость газа в псевдоожиженном слое должна быть больше скорости, при которой происходит барботаж слоя, или равна ей. Минимальная скорость газа в реакторах с псевдоожиженным слоем обычно составляет от 6 до 12 см/с, однако, для полимеризации олефинов предлагаемым в изобретении способом скорость газа должна быть повышена до 30-100 см/с или, что более предпочтительно, до 50-70 см/с.

При необходимости через распылительные форсунки вместе с отделенной от циркулирующего газа в сепараторе жидкостью в псевдоожиженный слой можно подавать различные жидкие или растворимые в жидкости добавки, например, ускорители реакции, сокатализаторы и другие добавки.

При получении предлагаемым в настоящем изобретении способом гомо- или сополимеров этилена свежий этилен, который должен восполнить расход этилена, вступившего в реакцию полимеризации, целесообразно подавать в поток прошедшего через сепаратор циркулирующего газа перед тем, как он вновь попадет в псевдоожиженный слой (например, в зону реактора, расположенную ниже несущей псевдоожиженный слой сетки, если она используется).

Отделенную в сепараторе от газа жидкость до ее подачи через форсунку(и) в псевдоожиженный слой можно дополнительно охладить (используя, например, для этого соответствующее холодильное оборудование). Положительный эффект, который достигается при таком предварительном охлаждении жидкости перед ее подачей через форсунку(и) в псевдоожиженный слой, заключается в том, что при этом несмотря на наличие в потоке жидкости катализатора или форполимера процесс полимеризации не начинается до тех пор, пока жидкость не попадет в псевдоожиженный слой.

До подачи жидкости процесс газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое предлагаемым в настоящем изобретении способом начинается с загрузки и формирования в реакторе слоя из частиц измельченного полимера и последующего пропускания через этот слой потока газа.

В настоящем изобретении предлагается также способ инжекции жидкости в псевдоожиженный слой, который включает следующие стадии: а) повышение давления жидкости, б) подачу имеющей избыточное давление жидкости на вход в распылительную форсунку и в) подачу жидкости в псевдоожиженный слой через выходное отверстие распылительной форсунки, в которой с помощью расположенного в выходном отверстии механического устройства происходит тонкое распыление жидкости с последующим образованием струи тонко распыленной жидкости, которая формируется в зоне формирования струи выходного отверстия форсунки.

В настоящем изобретении предлагается также распылительная форсунка, предназначенная для инжекции жидкости в псевдоожиженный слой, которая содержит а) отверстие для входа в нее находящейся под избыточным давлением жидкости и б) отверстие для выхода жидкости, и в которой имеется расположенное в выходном отверстии механическое устройство для тонкого распыления жидкости, а в ее выходном отверстии имеется зона формирования струи распыленной жидкости.

Особенности конструктивного выполнения выходного отверстия форсунки, механического устройства и зоны формирования струи описаны выше.

Конструкции различных вариантов выполнения предлагаемой в настоящем изобретении распылительной форсунки также показаны на фиг. 1-3 и 5-9.

На фиг. 1 показана распылительная форсунка 1 с четырьмя выходными отверстиями 2, расположенными на равных друг от друга расстояниях по окружности головки 3. Входное отверстие форсунки (не показано), через которое в нее подается находящаяся под избыточным давлением жидкость, сообщается центральным каналом 4 с головкой 3 и выполненными в ней выходными отверстиями 2 и зонами 5 формирования струи, пройдя через которые жидкость попадает в псевдоожиженный слой. В каждом выходном отверстии расположено механическое устройство 6, которое предназначено для тонкого распыления жидкости.

На фиг. 2 показана распылительная форсунка 1 с двумя группами выходных отверстий 2 и 7, которые смещены друг относительно друга и расположены в разных по высоте форсунки плоскостях. Жидкость подается в форсунку из магистрали 8 под избыточным давлением, создаваемым насосом 9. Жидкость под избыточным давлением подается к каждой группе выходных отверстий по отдельным магистралям 10 и 11. Подача жидкости в каждую группу выходных отверстий форсунки контролируется клапанами 12 и 13. В каждом выходном отверстии имеется механическое устройство 6 и зона 5 формирования струи.

На фиг. 3 показана форсунка для распыления газированной жидкости. Эта форсунка 1 имеет выходные отверстия 2. Входное отверстие (не показано) для подачи в форсунку находящейся под избыточным давлением жидкости сообщается с центральным каналом 4. Газ, который подается в канал 14, проходит через отверстия 15 в центральный канал и смешивается с протекающей через него и находящейся под избыточным давлением жидкостью. В каждом выходном отверстии форсунки имеется механическое устройство 6 и зона 5 формирования струи.

На фиг. 4 показана технологическая схема предлагаемого в настоящем изобретении процесса полимеризации.

На фиг. 4 показан корпус 16 реактора для газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое, который выполнен в виде вертикального цилиндра с расположенной в нижней части несущей псевдоожиженный слой сеткой 17. В корпусе 16 реактора формируется псевдоожиженный слой 18, над которым расположена зона 19 снижения скорости с большим, чем в зоне расположения псевдоожиженного слоя, поперечным сечением.

Газообразная реакционная смесь, выходящая из верхней части реактора с псевдоожиженным слоем, представляет собой поток циркулирующего газа, который по магистрали 20 попадает в циклон 21, в котором от него отделяется большая часть содержащихся в нем мелких частиц. Отделенные мелкие частицы могут быть возвращены в псевдоожиженный слой. Прошедший через циклон поток циркулирующего газа проходит через первый теплообменник 22 и попадает в компрессор 23. После сжатия в компрессоре 23 газ поступает во второй теплообменник 24, в котором происходит его охлаждение.

Теплообменник или теплообменники могут быть установлены как до, так и после компрессора 23.

После сжатия и охлаждения до температуры образования конденсата образовавшаяся смесь газа и жидкости проходит через сепаратор 25, в котором происходит отделение жидкости от газа.

Не содержащий жидкости газ из сепаратора по магистрали 26 поступает в нижнюю зону реактора 16. Газ проходит через имеющуюся в реакторе несущую псевдоожиженный слой сетку 17 и обеспечивает образование на ней пседоожиженного слоя.

Отделенная в сепараторе 25 от газа жидкость подается по магистрали 27 к реактору 16 и попадает внутрь реактора через предлагаемую в настоящем изобретении распылительную форсунку. При необходимости в магистрали 27 можно установить насос 28.

Катализатор или форполимер подается в систему по магистрали 29 и попадает в реактор вместе с потоком отделенной в сепараторе от газа жидкости.

Частицы полученного в реакторе полимера выводятся из него по магистрали 30.

Наиболее простой путь создания установки, схема которой показана на фиг. 4, заключается в модернизации существующих реакторов для газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое.

На фиг. 5, 6, 7, 8 и 9 показано несколько предлагаемых в настоящем изобретении распылительных форсунок (или их отдельных элементов), обладающих различными характеристиками.

На фиг. 5 показано вертикальное поперечное сечение форсунки 40 в плоскости оси имеющего круглое поперечное сечение канала 41, в который под избыточным давлением подается распыляемая жидкость. Зона 42 формирования струи распыленной жидкости расположена внутри цилиндрического корпуса 43. Конец 44 канала, по которому жидкость попадает в зону формирования струи, выполнен в виде диффузора и имеет, если смотреть на него с торца, эллиптическую форму. Благодаря избыточному давлению поступающей в форсунку жидкости имеющий соответствующую геометрию выходной конец 44 канала является, по существу, механическим устройством, образующим на выходе из канала струю жидкости. Корпус 43, внутри которого расположена зона формирования струи жидкости, служит экраном и создает условия для формирования соответствующего профиля струи движущейся в горизонтальном направлении жидкости до ее попадания через выходное отверстие 45 в псевдоожиженный слой (не показан).

На фиг. 6 показано вертикальное поперечное сечение распылительной форсунки 46 в плоскости оси имеющего круглое поперечное сечение канала 47, в который под избыточным давлением подается распыляемая жидкость, с зоной 48 формирования струи распыленной жидкости, которая отделена от псевдоожиженного слоя (не показан) расположенным горизон тально плоским экраном 49. Конец 50 канала, по которому жидкость попадает в зону формирования струи, выполнен в виде диффузора и имеет, если смотреть на него с торца, эллиптическую форму. Благодаря избыточному давлению поступающей в форсунку жидкости имеющий соответствующую геометрию выходной конец 50 канала является, по существу, механическим устройством, образующим на выходе из канала струю жидкости. Плоский экран 49, отделяющий зону 48 формирования струи от псевдоожиженного слоя, создает условия для формирования соответствующего профиля струи движущейся в горизонтальном направлении жидкости до ее попадания через выходное отверстие 51 в псевдоожиженный слой.

На фиг. 7 показано вертикальное поперечное сечение распылительной форсунки 52 в плоскости оси имеющего круглое поперечное сечение канала 53, в который под избыточным давлением подается распыляемая жидкость, с зоной 54 формирования струи распыленной жидкости, которая отделена от псевдоожиженного слоя (не показан) выполненным за одно целое с корпусом форсунки штуцером 55 с имеющим форму усеченного конуса внутренним отверстием. Форсунка имеет систему перегородок 56, которые формируют турбулентный поток жидкости. Образование струи жидкости происходит в имеющем относительно небольшой диаметр отверстии 57, соединяющим канал 53 с зоной 54 формирования струи распыленной жидкости. При избыточном давлении жидкости на входе в форсунку имеющее небольшой диаметр отверстие 57 и система перегородок 56 являются, по существу, механическим устройством, образующим струю жидкости. Штуцер 55 служит экраном, отделяющим зону 54 формирования струи от псевдоожиженного слоя, и создает условия для формирования соответствующего профиля струи движущейся в горизонтальном направлении жидкости до ее попадания через выходное отверстие 58 в псевдоожиженный слой.

На фиг. 8 показано вертикальное поперечное сечение распылительной форсунки 59 в плоскости оси имеющего круглое поперечное сечение канала 60, в который под избыточным давлением подается распыляемая жидкость, с зоной 61 формирования струи распыленной жидкости, которая отделена от псевдоожиженного слоя (не показан) плоским горизонтальным экраном 62 и имеющим скругленную стенку 64 элементом, выполненным за одно целое с корпусом форсунки. Вертикальная струя жидкости (не показана) выходит из верхнего конца 63 канала 60 и распыляется, ударяясь в скругленную поверхность 64. Распыленная струя жидкости попадает в отделенную от псевдоожиженного слоя экраном зону 61 формирования соответствующего профиля струи распыленной жидкости, который окончательно формируется до по падания движущейся, по существу, в горизонтальном направлении струи жидкости в псевдоожиженный слой.

На фиг. 9 показано вертикальное поперечное сечение распылительной форсунки 65 в плоскости оси имеющего круглое поперечное сечение канала 66, в который под избыточным давлением подается распыляемая жидкость, с зоной 67 формирования струи распыленной жидкости, которая отделена от псевдоожиженного слоя (не показан) расположенным горизонтально плоским экраном 68 и винтовым выступом 70 корпуса форсунки. Вертикальная струя жидкости (не показана) выходит из верхнего конца 69 канала 66 и распыляется, ударяясь частично в винтовой выступ 70 и частично в экран, формируя струю жидкости. Окончательно формирование соответствующего профиля струи распыленной жидкости происходит в отделенной от псевдоожиженного слоя экраном зоне 67 формирования струи, после прохождения через которую струя распыленной жидкости движется, по существу, в горизонтальном направлении вокруг винтового выступа 70 и попадает в псевдоожиженный слой.

Claims

1. Способ полимеризации олефинов в газовой фазе в реакторе с псевдоожиженным слоем мономера олефина, выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) смесей этилена и пропилена и г) одного или нескольких альфа-олефинов, смешанных с а), б) или в), путем непрерывной прокачки через псевдоожиженный слой реактора в присутствии катализатора при определенных, обеспечивающих протекание реакции полимеризации условиях циркулирующего газообразного потока, содержащего, по крайней мере, некоторое количество этилена и/или пропилена, охлаждения, по крайней мере, части отбираемого из реактора газообразного потока до температуры, при которой происходит конденсация жидкости, отделения, по крайней мере, части сконденсировавшейся жидкости от газообразного потока и подачи, по крайней мере, части отделенной жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой путем

а) повышения давления жидкости,

б) подачи имеющей избыточное давление жидкости на вход в распылительную форсунку и

в) подачи жидкости в псевдоожиженный слой через выходное отверстие распылительной форсунки, в которой с помощью расположенного в выходном отверстии механического устройства происходит тонкое распыление жидкости с последующим образованием струи тонко распыленной жидкости, которая формируется в зоне формирования струи выходного отверстия форсунки.

2. Способ по п.1, в котором зона формирования струи распыленной жидкости выходного отверстия расположена внутри распылительной форсунки.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, в котором струю тонко распыленной жидкости инжектируют в псевдоожиженный слой, по существу, в горизонтальном направлении.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором в жидкость до ее прохождения через механическое устройство подают газ в количестве от 0,5 до 10 мас.% от общей массы проходящих через форсунку газа и жидкости.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором в качестве катализатора используют активированный металлоценовый катализатор на основе активированного металла переходной группы.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором реактор с псевдоожиженным слоем имеет множество распылительных форсунок.

7. Способ инжекции жидкости в псевдоожиженный слой, который включает следующие стадии:

а) повышение давления жидкости,

б) подачу имеющей избыточное давление жидкости на вход в распылительную форсунку и

в) подачу жидкости в псевдоожиженный слой через выходное отверстие распылительной форсунки, в которой с помощью расположенного в ней механического устройства происходит тонкое распыление жидкости с последующим образованием струи тонко распыленной жидкости, которая формируется в зоне формирования струи выходного отверстия форсунки.

8. Распылительная форсунка для осуществления способа по п.1, которая предназначена для инжекции жидкости в псевдоожиженный слой и имеет

а) средства для ввода находящейся под избыточным давлением жидкости и

б) формирователь струи распыленной жидкости с выходным отверстием, при этом за выходным отверстием сформирована зона формирования струи распыленной жидкости, отделяющая выходное отверстие от псевдоожиженного слоя, а проходное сечение каналов для жидкости выбрано из условия свободного прохождения через них всех содержащихся в отделенной жидкости, подлежащей распылению, мелких частиц.

9. Распылительная форсунка по п.8, в которой зона формирования струи распыленной жидкости ограничена стенкой, которая является частью корпуса форсунки, или выполнена в виде выступа корпуса форсунки, или закреплена в определенном месте на корпусе форсунки.

10. Распылительная форсунка по п.9, в которой стенка, ограничивающая зону формиро вания струи, выполнена в виде трубы или плоского листа.

11. Распылительная форсунка по любому из пп.8-10, которая расположена в псевдоожиженном слое и имеет 2-4 выходных отверстия.

12. Распылительная форсунка по любому из пп.8-11, в которой выходное отверстие выполнено в виде щели эллиптической формы.

13. Распылительная форсунка по любому из пп.8-12, которая имеет несколько выходных отверстий, объединенных в группы и расположенных по окружности форсунки.

14. Распылительная форсунка по п.13, в которой группы выходных отверстий состоят из нескольких рядов отверстий, расположенных по окружности форсунки.

15. Распылительная форсунка по п.13 или 14, в которой каждая группа выходных отверстий соединена отдельной магистралью с линией подачи, имеющей избыточное давление жидкости.

16. Распылительная форсунка по любому из пп.8-15, в которой удельная производительность составляет от 9,5 до 70 м³ жидкости/с/м²площади поперечного сечения выходных отверстий форсунки и определяется объемным расходом жидкости (м/с) на единицу площади поперечного сечения (м²) выходных отверстий форсунки.