FI101710B - Laite ja menetelmä etyleenipolymeerin tuottamiseksi - Google Patents

Description

101710

Laite ja menetelmä etyleenipolymeerin tuottamiseksi - En apparatur och metod för att producera en etylenpolymer 5 Tämä keksintö koskee laitetta ja menetelmää etyleenipolymeerin tuottamiseksi silmukkareaktorissa, jonka muodostaa putki-johto suljetussa silmukkamuodossa.

Olefiinipolymeerejä, kuten polyetyleeniä, tuotetaan tyypilli-10 sesti kierrättämällä monomeeriä, katalysaattoria ja laimen-ninta seoksena silmukkareaktorin läpi. Polymerisaatioreaktio on eksoterminen reaktio, joka tuottaa huomattavasti lämpöä. Niin ollen, jotta reaktiolämpötila pysyisi halutulla tasolla, jäähdytysnestettä kuten vettä kierrätetään edullisesti sil-15 mukkareaktorin tiettyjen putkiosien ulkopintojen ympärillä ja niiden kanssa kosketuksissa.

On erityisen edullista optimoida lämmönpoistaminen reaktorin massasta joko polymeerin tuotantonopeuden maksimoimiseksi 20 tietyssä reaktiolämpötilassa tai reaktiolämpötilan minimoimiseksi tietyllä polymeerin tuotantonopeudella niin, että kyetään tuottamaan polymeerejä, joiden tiheydet ovat pienempiä.

Keksinnön kohteena on sen vuoksi laite ja menetelmä etyleeni-25 polymeerin tuottamiseksi silmukkareaktorissa, joka on parannus aikaisempaan tekniikan tasoon nähden mitä tulee lämmön poistamiseen reaktorimassasta.

Edellä oleva päämäärä toteutetaan laitteen avulla etyleenipo-30 lymeerin tuottamista varten, joka laite käsittää: johtosys-teemin virtauskanavan rajaamiseksi sen läpi niin, että muodostuu suljettu silmukka, jossa vähintään osa johtosysteemis-tä käsittää vähintään yhden putken, joka on konstruoitu valssatusta levystä, jonka kaksi reunaa on liitetty yhteen sauman 35 suunnassa; jäähdytyssysteemin jäähdytysnestevirran kuljettamiseksi lämmönvaihtoyhteydessä putken (putkien) ulkopinnan kanssa; systeemin vähintään yhden monomeerin, joka käsittää : etyleenin, syöttämiseksi kanavaan; systeemin polymerointika- 2 101710 talysaattorin ja laimentimen syöttämiseksi kanavaan; systeemin monomeerin (monomeerien), katalysaattorin ja laimentimen virtauksen aikaansaamiseksi seoksena kanavan läpi ja suljetun silmukan ympäri, jossa yhteydessä etyleenipolymeeriä muodos-5 tuu kanavassa; ja systeemin polymeerin ulosottamiseksi kanavasta .

Keksintö koskee toisessa näkökohdassa menetelmää etyleenipo-lymeerin tuottamiseksi, jossa käytetään edellä kuvailtua 10 laitetta, ja jossa jäähdytysneste virtaa lämmönvaihtoyhtey-dessä putken (putkien) ulkopinnan kanssa, samalla kun sen sisältö virtaa kanavan läpi, jonka johtosysteemi rajaa.

Kuten jäljempänä yksityiskohtaisemmin käsitellään, valssatun 15 levyrakenteen käyttäminen edellä mainittuun putkeen (putkiin) mahdollistaa ohuempien putkenseinämien käytön, verrattuna varhaisempiin saumattomiin putkirakenteisiin, kuten myöhemmässä esimerkissä osoitetaan. Seinämän paksuuden minimointi tässä suhteessa lisää sen lämmön siirtymiskerrointa, mikä 20 siten mahdollistaa lämmön tehokkaamman poistamisen reaktori-massasta. Kuten edellä on mainittu, sellainen tehostunut lämmönpoistokyky joko maksimoi polymeerin tuotantonopeuden tietyssä reaktiolämpötilassa, tai minimoi reaktiolämpötilan tietyllä tuotantonopeudella, jotta on mahdollista tuottaa 25 polymeerejä, joiden tiheydet ovat pienempiä.

Kuvio 1 on kaavamainen ja isometrinen esitys laitteesta ety-leenipolymeerin tuottamista varten.

30 Kuvio 2 on sivukuva kuvion 1 mukaisen laitteen yhdestä osasta .

Kuvio 3 on poikkileikkauskuva kuvion 2 mukaisesta osasta linjaa 3-3 pitkin, joka esittää putkien valssattun levyraken-35 teen keksinnön mukaisesti.

Tämä keksintö on yleisesti käytettävissä etyleenipolymeerin ; tuottamiseen, juoksuttamalla vähintään yhtä monomeeriä, joka 3 101710 käsittää etyleenin, katalysaattoria ja laimenninta seoksena silmukkareaktorin läpi.

Monomeerisyöttö voi käsittää etyleenin yksinään tai seoksessa 5 suhteellisesti vähäisemmän toisen olefiinin kanssa (vähemmän kuin 25 painoprosenttia monomeerin kokonaissyötöstä). Sellainen toinen olefiini voi olla 3-8 hiiliatomia molekyyliä kohti sisältävä 1-olefiini kuten propyleeni, 1-buteeni, 1-penteeni, 1-hekseeni, 1-okteeni, 4-metyyli-1-penteeni, 4-etyyli-l-hek-10 seeni ja vastaava 1-olefiini, tai konjugoitu diolefiini kuten butadieeni tai isopreeni.

Katalysaattori voi olla mikä tahansa sopiva katalysaattori edellä käsiteltyjen monomeerien polymerointiin, ja se on 15 edullisimmin kromioksidikatalysaattori, joka sisältää kol-miarvoisen kromin.

Laimennin voi olla esimerkiksi hiilivety kuten normaali pen-taani, normaali butaani, isobutaani, normaali heksaani, nor-20 maali dekaani, sykloheksaani, metyylisyklopentaani, metyyli-sykloheksaani ja vastaava hiilivety.

Tuotettu etyleenipolymeeri on partikkelimuodossa ja se voi olla tiettyjen keksinnön näkökohtien mukaisesti joko etylee-25 nin homopolymeeri tai etyleenin ja toisen edellä mainitun olefiinin kopolymeeri. Tässä selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuksissa käytettynä, ilmaisuihin "etyleenin polymeeri" ja "etyleenipolymeeri" sisältyy sekä etyleenin homopo-lymeerejä, jotka on tuotettu vain etyleenimonomeeristä, ja 30 etyleenin ja toisen olefiinin kopolymeerejä, jotka on tuotettu etyleenistä ja edellä kuvaillusta toisesta olefiinistä.

Viitaten nyt kuvioon 1, silmukkareaktori esitetään kaavamaisesti kohdassa 10. Kuvattu suljettu silmukka esittää kaava-35 maisesti putkijohdon rajaamaa kanavaa, joka sisältää joukon yleensä pystysuoraan suuntautuneita osia 12, 14, 16 ja 18, ja myös joukon vaakasuoraan suuntautuneita osia 20, 22, 24 ja 26. Kuten on esitetty, osia 12 ja 14 yhdistää niiden ylä- 4 101710 päässä osa 20, ja osia 16 ja 18 yhdistää samalla tavoin niiden yläpäässä osa 22. Osia 14 ja 16 yhdistää niiden alapäässä osa 26, ja osia 12 ja 18 yhdistää samalla tavoin niiden alapäässä osa 24. Jokaisen erilaisen osan muodostavat putket, 5 joita käsitellään lisää viittaamalla kuvioon 2.

Tulisi ymmärtää, että silmukkareaktorin 10 kokoonpano, kuten kuviossa 1 on esitetty, on vain yksi mahdollinen suoritusmuoto ja se voisi esiintyä muissa kokoonpanoissa ja muodoissa 10 edellyttäen, -että yhteenliitetyt eri osat muodostavat suljetun silmukan.

Kuten on osoitettu, monomeerisyöttö nestemäisessä muodossa johdetaan kuvatun suoritusmuodon osaan 14 osoitettuna kohdas-15 sa 28, kun taas kiinteän partikkelimaisen katalysaattorin ja nestemäisen laimentimen sisältävä liete johdetaan osaan 26 kohdassa 30 osoitettuna. Vaikka katalysaattorin ja laimentimen syöttämistä osaan 26 kuvataan vain yhdessä syöttökohdas-sa, kaupallisessa reaktorissa on edullisesti useita (so. 3-20 10) sellaisia syöttöpisteitä.

Reaktorimassan virtaus saadaan aikaan ennalta määritetyssä suunnassa, kuten nuolten osoittamassa suunnassa, sisään rakennetun potkurin tai samankaltaisen välineen avulla (ei 25 esitettynä), jota käyttää käyttöakseli 32, joka on kytketty käyttölähteeseen 34. Reaktioseoksen virtaus pidetään edullisesti riittävässä nopeudessa kiinteiden aineiden pitämiseksi suspensiossa. Nestevirtaus ilmaistuna Reynolds'in lukuna on edullisesti alueella noin 1 000 000 - noin 35 000 000.

30

Muiden prosessiolosuhteiden osalta, silmukkareaktorimassan lämpötila pidetään yleensä alueella noin 65,6^0 - noin 121,1^0 (noin lSO^F - noin 250eF). Paine pidetään tavallisesti alueella noin 3,1 MPa - noin 5,5 MPa (noin 450 - noin 800 35 psig) (manometrinestepaine, mitattuna ilmakehän paineen suhteen ) .

: Etyleenipolymeeriä tuotetaan siten silmukkareaktorissa 10, 5 101710 jota otetaan ulos laskeutushaaran 36 ja venttiilin 38 kautta. Kun reaktorimassa virtaa osan 24 läpi, polymeerillä on taipumus laskeutua laskeutushaaraan 36 venttiilin 38 yläpuolella sen sulkusuunnassa. Venttiili 38 avataan aika ajoin sopivan 5 ohjauslaitteen avulla (ei esitettynä), mikä mahdollistaa hyvin sakean polymeeriä ja laimenninta sisältävän lietteen poistumisen. Olettamalla, että reaktiokanavan muodostavien eri putkien ulkohalkaisija on noin 254 mm - noin 762 mm (noin 10 tuumaa - noin 30 tuumaa) ja seinämän nimellisvahvuus on 10 noin 12,7 mm·- noin 19,0 mm, polymeerin tuotantonopeudet ovat tavallisesti alueella noin 13,6 tn/h - noin 22,7 tn/h (noin 30 000 lbs/h - noin 50 000 lbs/h). Polymeerin tiheys voi vaihdella alueella noin 0,89 - noin 0,97, riippuen reaktion lämpötilasta, käytetyistä monomeereistä ja monomeerin syöt-15 tönopeudesta. Yleisesti ottaen, reaktiolämpötilan aleneminen monomeerin vakiosyöttönopeudessa johtaa polymeeriin, jonka tiheys on pienempi.

Viitaten nyt kuvioon 2, silmukkareaktorin osa 12 esitetään, 20 jossa osan keskiosa on leikattu pois kuvaamissyistä. Osa 12 sisältää putken 40, joka kerää monomeerin, laimentimen, katalysaattorin ja polymeerin virtauksen lävitseen, ja joka ulottuu putken 42 läpi ollen siten tavallisesti samakeskinen sen kanssa. Putken 42 alempi pää on liitetty laajennettuun osaan 25 44, jossa on jäähdytysnesteen sisääntuloaukko 46, jonka kaut ta jäähdytysnesteen kuten veden virtaama otetaan sisään kuten kohdassa 48 osoitetaan. Putken 42 yläpää on samalla tavoin liitetty laajennusosaan 50, jossa on sisääntuloaukko 52, jonka kautta jäähdytysneste poistuu kuten kohdassa 54 on 30 osoitettu. Jäähdytysneste saadaan siten virtaamaan tavallisesti renkaanmuotoisessa tilassa, joka rajoittuu putkien 40 • ja 42 väliin niin, että se virtaa putken 40 ulkopinnan ympärillä ja kosketuksissa sen kanssa. Lämmönvaihto putken 40 seinämän läpi jäähdytysnesteen ja putken 40 sisällön, välillä 35 johtaa lämmön poistumiseen putken 40 sisällöstä.

Laajennusosiin 44 ja 50 liittyvät päätykaulukset 56 ja vas-: taavasti 58, joiden läpi putki 40 ulottuu. Putken 40 lisäva- 6 101710 kavoimiseksi, vinokannatteet 60 ja 62 asennetaan kaulusten 56 ja vastaavasti 58 kytkemiseksi putkeen 40. Lopuksi, putken 40 ala- ja yläpäät on yhdistetty vastaaviin polviputkiin 64 ja 66 vastaavien laippakokoonpanojen välityksellä. Käyrä 64 5 jatkuu osaan 24 (kuvio 1) ja käyrä 66 jatkuu osaan 20 (kuvio l). Laippa 68 on näkyvissä kuviossa 2, joka sijaitsee välittäjän ominaisuudessa tavallisesti vaakasuoraan suuntautuneen osan 20 suunnassa, jota ei ole esitetty kuviossa 2.

10 Viitaten nyt kuvioon 3, putkien 40 ja 42 poikkileikkauskuva esitetään, samoin kuin tavallisesti rengasmainen tila 70, joka rajoittuu putken 40 ulkopinnan ja putken 42 sisäpinnan väliin.

15 Putki 40 on konstruoitu valssatusta levystä, jonka kaksi reunaa on liitetty yhteen pitkittäin ulottuvaa saumaa 72 pitkin. Putki 40 valmistetaan käyttäen tunnettuja ja tavanomaisia menetelmiä, joissa levy valssataan haluttuun putkimaiseen muotoon. Valssatun levyn reunat liitetään edullisesti 20 yhteen jollakin sopivalla hitsaustekniikalla kuten valokaa-rihitsauksella, hitsaussauman valmistamiseksi. Hitsisauman valmistukseen käytettävä jatkometalli on edullisimmin metal-lurgisesti yhteensopiva ja vastaa vetolujuudeltaan valssattua levyä, ja ulottuu myös edullisesti putken 40 ulkopinnalta 25 putken 40 sisäpintaan niin, että muodostuu "täydellinen" päittäisliitos. Sellainen "täydellinen" päittäisliitos voi olla esimerkiksi kaksinkertaisesti hitsattu puskusauma, jolle suoritetaan perinpohjainen röntgenkuvatutkimus. Tällä saadaan aikaan 100-%.-n liitoshyötysuhde (hitsisaumassa sallitun rasi-30 tuksen suhde valssatun levyn sallituun rasitukseen), joka on ASME Pressure Vessel Code Section VIII, Div. l.-n mukainen.

Putken 40 valssattu levy sisältää edullisesti terästä, jonka lämmönjohtavuus on vähintään noin 0,346 W/(cm)(°K) [= 20 35 Btu/(hr)(eF)(ft); Btu=brittiläinen lämpöyksikkö=0,252 kcal] ja minimivetolujuus on vähintään 344 N/mmÄ (50 000 psi). Esimerkiksi, joitakin spesifisiä hiiliteräksiä ja niukkaseos-. teisia teräksiä, joilla on sellaiset ominaisuudet, ja jotka 7 101710 ovat sopivia käytettäväksi keksinnössä, esitetään taulukossa I, yhdessä niihin liittyvien lämmönjohtavuuksien ja minimive-tolujuuksien kanssa.

5 Taulukko I

Lämmönjohtavuus Minimivetolujuus

Teräs H/(cm)(°K)_ (N/mma)_ A516 Gr 70 0,481 482,7 10 A537 Cl 2 . 0,464 551,7 A202 Gr B 0,414 586,1 A285 Gr C 0,521 379,2 A514 Gr B 0,474 758,5 A515 Gr 70 0,471 482,7 15 A517 Gr A 0,417 793,0 A517 Gr B 0,476 793,0 A533 Ty Cl 3 0,478 689,6 A542 Ty A Cl 2 0,372 793,0 A678 Gr C 0,448 655,1 20 Lämmönjohtavuudet taulukossa I laskettiin kunkin teräksen osalta tavalla, jota käsitellään yksityiskohtaisesti myöhemmässä esimerkissä, ja ne vastaavat lämpötila-aluetta noin 56,7eC - noin 111,7°C. Kaikkien tässä selityksessä ja ohei-25 sissa patenttivaatimuksissa esitettyjen lämmönjohtavuuksien tiedetään vastaavan sellaista lämpötila-aluetta. Minimiveto-lujuudet on otettu "Lukens 1988-89 Plate Steel Specification Guide":sta, Lukens Steel Company, Coatesville, Pennsylvania, 1988. On huomattava, että silmukkareaktorin saamiseksi ASME 30 Code -kelpoiseksi, käytettävän teräksen tulisi olla sellaista, joka on lueteltu ASME Pressure Vessel Code*n taulukossa UCS-23.

Mitä tulee putken 40 valssattuun levyyn käytettävän teräksen 35 koostumukseen, on edullista, että teräs sisältää tunnusomaisesta alle noin 0,5 painoprosenttia hiiltä, alle noin 1,5 painoprosenttia mangaania, alle noin 1,0 painoprosenttia . piitä, alle noin 2,5 painoprosenttia kromia ja alle 1,0 pai- 8 101710 noprosenttia nikkeliä. Kaikilla taulukossa I luetelluilla teräksillä on sellaiset koostumukselliset ominaisuudet. On havaittu, että jokainen edellä mainituista alkuaineista tavallisesti alentaa teräksen lämmönjohtavuutta. Kääntäen on 5 havaittu myös, että koboltti, molybdeeni, kupari, rikki ja fosfori teräksessä lisäävät sen lämmönjohtavuutta.

Erityisen edullinen lämmönjohtavuuden, minimivetolujuuden, hitsattavuuden ja kustannusten tasapaino voidaan toteuttaa 10 teräksissä, joiden lämmönjohtavuus on noin 0,433 - noin 0,519 W/(cm)(*»K) =[noin 25 - noin 30 Btu/(hr) (eF) (f t) ] ja minimive-tolujuus on noin 413,8 - noin 620,6 N/mrn3 (noin 60 000 psi -noin 90 000 psi), ja joille on lisäksi tunnusomaista edellä mainitut koostumusrajät koskien hiiltä, mangaania ja piitä, 15 alle noin 0,25 painoprosenttia kromia ja alle noin 0,25 painoprosenttia nikkeliä. Taulukossa I luetelluista teräksistä, A516 Gr 70 on erityisen edullinen teräs, joka täyttää nämä laatuvaatimukset.

20 Mitä tulee putken 40 mittasuhteisiin, joiden mukaan putken 40 ulkohalkaisija on noin 254 mm - noin 762 mm, sellaisen putken valssatun levyn seinämän nimellispaksuus on edullisesti noin 12,7 mm - noin 19,1 mm, olettamalla tyypilliset ety-leenin polymerointiprosessiolosuhteet, ja siihen liittyvä 25 valssaustoleranssi, joka on pienempi poikkeamista 0,25 mm (mittapoikkeama) tai 6 % (suhteellinen poikkeama) ASME Pressure Vessel Code Section VIII, Div. l:n mukaisesti. Sellainen valssaustoleranssi valssatun levyn osalta on riittävän pieni, että sen voidaan olettaa olevan nolla ASME Code’n mukaan, 30 kun on tarkoitus laskea suunnitteluvahvuus (sallittu minimi-vahvuus) . Tässä selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuksissa käytettynä, "nimellisvahvuus" on valssatun levyn seinämän vahvuus, jonka valmistusprosessin on suunniteltu tuottavan. Myös tässä selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuk-35 sissa käytettynä, "valssaustoleranssi" on maksimipoikkeama todellisessa seinämän vahvuudessa verrattuna nimellisvahvuu-teen. Ilmaus "rakennevahvuus", jota käsitellään lisää seuraa-vassa esimerkissä, on vahvuusarvo, joka on laskettu tarvitta- 9 101710 van tiettyä ennalta määritettyä suunnittelupainetta varten.

Putki 42 voi myös olla valssatusta levyrakenteesta, jossa on pitkittäinen hitsisauma 74, joka esitetään kuviossa 3. Muka-5 vuussyistä valmistuksessa, putki 42 voidaan valmistaa samasta aineesta kuin putki 40.

Putket, jotka rajoittuvat vaakasuoraan suuntautuneisiin osiin 20, 22, 24 ja 26 (kuvio l), voivat olla rakenteeltaan saumat-10 tornia mieluummin kuin valssatusta levyrakenteesta. Sellainen saumaton rakenne edellyttää suurempaa rakennevahvuutta kuin on laita valssatulla levyrakenteella, johtuen suurista vals-saustoleransseista, kuten selviää lähemmin jäjempänä käsiteltävästä esimerkistä. Vaakasuoraan suuntautuneissa osissa, 15 joihin ei ole liitettynä jäähdytysvaippoja, suurempirakenne-vahvuus ja siihen liittyvä pienempi lämmönsiirtokerroin on kuitenkin vähemmän tärkeä näkökohta.

Laskettua esimerkkiä kuvaillaan tämän jälkeen keksinnön lisä-20 valaisemiseksi ja sen etujen osoittamiseksi aikaisemman tekniikan tason silmukkareaktoreihin nähden, joissa käytetään saumatonta putkea. Tätä esimerkkiä ei tulisi tulkita keksintöä millään tavoin rajoittavana.

25 Lieriömäisen reaktoriputken seinämän rakennevahvuus esitetään seuraavan yhtälön avulla: t = P(R+C ±)/{SE-.6P) + C (1)

30 1-M

jossa yhtälössä t on rakennevahvuus tuumina (tai mm), P on rakennepaine (sisäinen) paunoina neliötuumaa kohti (tai kPa) absoluuttista painetta (absoluuttinen nestepaine, mitattuna 35 nollapaineen suhteen), R on putken sisäsäde tuumina (tai mm), S on sallittu rasitus paunoina neliötuumalle (tai N/mra=), E on liitoshyötysuhdetekijä, joka on dimensioton, C* on sisäinen korroosiotoleranssi tuumissa (tai mm) putken sisäpinnan 10 101710 osalta, C on kokonaiskorroosiotoleranssi tuumissa (tai mm) (sisäisen korroosiotoleranssin Ct ja ulkokorroosiotoleranssin Co suhde, jossa Co on korroosiotoleranssi putken ulkopinnalle) , ja M on valssaustoleranssi, joka tässä yhtälössä on 5 fraktio ja dimensioton.

Taulukossa II esitetään oletettuja arvoja yhtälön (1) mukaisille muuttujille ja laskettu arvo t:lle, mitä tulee aikaisemman tekniikan tason reaktoriputkeen A106 Gr B -teräksestä, 10 jolla on saumaton rakenne (merkittynä "aikaisempi taso") ja reaktoriputkeen A516 Gr 70 -teräksestä, jolla on valssattu ja hitsattu levyrakenne keksinnön mukaisesti (merkittynä "keksintö"). Taulukossa II on esitetty myös lähin saatavissa oleva levyn tai saumattoman putken nimellisvahvuus t„ raken-15 nevahvuuden t yläpuolella.

a 101710

Il λ : iD : ^ iD <N < Φ e - n - ή es x h* \

-P — O »H rH rH

Π rH

vD ^ ^ —' g (N ·—- Γν -—·.

PS (N : ή : ^ oi a on on ~ co \ co \ e on on o e * — - ~ — (N ^ o — ^ CO iD CO Φ

ε CO rH CO H

«8 LT) \ o \

O ' ' tH - rH

rH '»o-' τ—I

y"*-.

8 0 O

•H (N O

O’-» O

Σ I

HO O

(1) 8

•H

Ό Ή Ή ω t •H dl

fT

e Is- 8

O -v, O O

2 0 (N

w tH t—l y»*>s

O O

O O

\ \ O Ή (N Ή

8 O rH O rH

OS g CO rH CO rH

, — (N — (N — /—s tn

rH JO

rH m co co — sr Ί

(0 o (N

QL, Cl. vO O

X

: w > • m >

•p <D

i—I

M ·Η ·Η

M Q CL· ^ Z P

Q 8 C Ό P

O > O) O +J -P

X > M -P C(0 x -p -nm -h ta p -h me co tn

rH X X P X rH

p -p -h m Φ m m p < tn X, > H CL : v- : ^ in o

tH

12 101710

Kussakin tapauksessa rakennepaineen P oletetaan olevan olennaisesti maksimitoimintapaineen yläpuolella, koskien etylee-nipolymerointireaktoria, ja siinä otetaan huomioon hydrostaattinen paine ja pumpun paine-ero. Sallitun rasituksen S 5 oletetaan olevan 1/4 minimivetolujuudesta kullakin terästyypillä. Liitoshyötysuhteen E oletetaan saumattomalle putkelle olevan tietenkin 1 (tai 100 %) , koska liitosta ei ole, ja E:n oletetaan olevan valssatulle levyputkelle 1 (100 7»), perustuen täydelliseen puskuhitsisaumaan, jolle on suoritettu 10 perusteellinen röntgentarkastus. Valssaustoleranssi M arvo 0,125 (12,5 %) saumattomalle putkelle on sopusoinnussa ASME Pressure Vessel Code Section VIII, Div. l:n kanssa. Tämä suuri valssaustoleranssi saumattomalla putkella johtuu valmistusmenetelmästä sellaisen saumattoman putken valmistami-15 seksi, kuten esimerkiksi suulakepuristuksen avulla. Valssattu levyputki valmistetaan litteästä suorakulmaisesta levystä, joka voidaan valmistaa vahvuuden vaihdellessa hyvin vähän, samalla kun valssaustoleranssin valssatulla levyputkella voidaan olettaa olevan nolla ASME Pressure Vessel Code*n 20 mukaisesti, jota aikaisemmin käsiteltiin. Kokonaiskorroosio-toleranssi C kussakin tapauksessa saatiin sallimalla 1/32 tuuman (0,79 mm) poistuma vahvuudessa ulkopuolella, (C0 = 1/32 tuumaa), 1/32 tuuman (0,79 mm) poistuma vahvuudessa sisäpuolella, johtuen korroosiosta, ja 1/32 tuuman (0,79 mm) 25 lisäpoistuma vahvuudessa sisäpuolella, johtuen ajoittaisesta puhdistamisesta (C± = 1/16 tuumaa, = 1,59 mm), jolloin saadaan kaikkiaan 3/32 tuumaa (0,0938 tuumaa = 2,38 mm).

Saumattoman putken rakennevahvuus t voidaan taulukosta II 30 nähdä olevan huomattavasti suuremman kuin valssatusta levystä valmistetun putken rakennevahvuus, mistä siten on tuloksena nimellisvahvuus tr., joka myös on suurempi kuin valssatun levyputken nimellisvahvuus. Vaikka osa eroavuudesta rakenne-vahvuudessa johtuu erosta sallitun rasituksen arvoista, suu-35 rin osa tästä erosta johtuu saumattoman putken suuresta valssaustoleranssiarvosta.

Seuraava lauseke on läheinen likiarviointi läämmön siirtymis- 13 101710 kertoimesta reaktorin putkiseinämälle, olettamalla, että putken läpimitta on suuri verrattuna sen vahvuuteen, kuten asianlaita on tässä spesifisessä esimerkissä: 5 = K (2) tri jossa lausekkeessa hr- on lämmön siirtymiskerroin reaktoriput-kiseinämälle yksikkönä Btu/(hr) (ftz) (°F) tai W/(eK)<ma), K on 10 reaktoriputkiseinämän lämmönjohtavuus yksikkönä

Btu/(hr)(ft)(°F) tai W/(cm)(°K), ja tn reaktoriputken nimel-lisvahvuus tuumina tai mm:nä.

h,-:n laskemiseksi kullekin edellä käsitellylle reaktoriputki-15 tyypille, oli välttämätöntä määrittää tarkalleen lämmönjohtavuus K. Tämä suoritettiin johtamalla yhtälö K .-lie, joka on määrätyn teräksen koostumuksen funktio, jota käytetään: K = f<C,Mn,Cr,Ni,Si,CoMo,PS), (3) 20 jossa yhtälössä C on hiilen painoprosenttisuus, Mn on mangaanin painoprosenttisuus, Cr on kromin painoprosenttisuus, Ni on nikkelin painoprosenttisuus, Si on piin painoprosenttisuus, CoMo on koboltin ja molybdeenin painoprosenttisuuksien 25 summa, ja PS on fosforin ja rikin painoprosenttisuuksien summa.

Kaikkiaan 71 tietopistettä otettiin julkaisusta Boyer, H.E. ja Gall, T.L., ASM Metals Handbook, American Society for 30 Metals, Metals Park, Ohio, 1984 ja Touloukian, Y.S. et ai., "Thermal Conductivity-Metallic Elements and Alloys," Voi. l julkaisusta Thermophysical Properties of Matter, IFI/Plenum, 1970, joissa kukin tietopiste sisälsi lämmön johtavuusarvon vattia/(cm)(eK) ja painoprosenttisuusarvot C:lle, Mrnlle, 35 Cr:lle, Ni:lle, Si:lle, CoMo:lle ja PS:lie kullekin erikseen. Otetut tietopisteet olivat pääasiassa hiiliteräkselle ja niukkaseosteiselle teräkselle, ja jätti lukuunottamatta kaikki sammutetut teräkset tai alhaisessa lämpötilassa käsitellyt. Lisäksi, kaikki lämmön johtavuusarvot tietopisteissä 14 101710 koskivat lämpötiloja välillä 134eF (330eK, 56,7^0 ja 233eF (385eK, lll,7*»c). Yhtälö sovitettiin tietopisteisiin ja siihen käytettiin muuntokerrointa 57,7789 muutettaessa yksikkö vattia/(cm)(eK) yksiköksi Btu/(hr)(eF). Tuloksena oleva yhtä-5 lö on seuraavanlainen: K = 57,7789(- ,184145C+,103058CZ-,090918Mn+,004656Mnz-,019635/Mn-,080988Cr-,040108ΝΪ+,029689COMO+,083686CuC/Mn-,118106Si+,136711PS+,640509), (4) 10 jossa yhtälössä K on Btu/(hr)(eF).

Lämmönjohtavuuden K arvot laskettiin yhtälöstä (4) kullekin reaktoriputkityypille, joita edellä on käsitelty (A106 Gr B 15 ja A516 Gr 70), käyttämällä koostumuksellisia painoprosent-tisuusarvoja Lukens’sta (edellä). Keskimääräistä painopro-senttisuusarvoa käytettiin, jos vaihtelualue annettiin Lu-kens’issa, ja 75-%:n arvoa maksimista käytettiin, jos maksimiarvo annettiin. Laskettuja K-arvoja ja nimellisvahvuuden 20 t„-arvoja kullekin reaktorityypille käytettiin sitten yhtälössä (2), jotta saatiin lämmön siirtyvyyskerroinarvot h,-.

K-, t„- ja h,—arvoja kullekin reaktoriputkityypille esitetään taulukossa III.

25 Taulukko III

K t„ lv

Putkityyppi_(M/(cm) (°K) )_mm_(W/(QK) (cmz) )

Aikaisempi taso 30 (Saumaton) 0,496 24,6/12 14,40

Keksintö (Valssattu levy) 0,481 17,5/12 19,64 35 Taulukosta III voidaan havaita, että vaikka saumattomalla reaktoriputkella on hieman korkeampi lämmönjohtavuus kuin valssatulla levyreaktoriputkella, valssatulla levyreaktori-putkella on huomattavsti suurempi (lähes 37 %) lämmön siirty- 15 101710 miskerroin. Tämä korkeampi lämmön siirtymiskerroin h,- noin 20,25 W/(mÄ)(*»K), sovellettuna lämmön siirtymislaskelmiin lietekalvolämmönsiirtokertoimen yhteydessä reaktorimassalle, ja jäähdyttäjä(vesi)kalvolämmönsiirtokertoimen noin 38,48 5 yhteydessä, on käännettävissä arvioituun 12,8 prosentin lisääntymiseen polymeerin tuotantonopeudessa reaktiolämpötilas- sa 103,3~c (218eF), tai 3,7eC:teen vähenemiseen reaktiolämpö-tilassa tuotantonopeudella 17,3 tn/h keksinnön mukaisesti, olettaen etyleenihekseenikopolymeerin tuotanto (vähemmän kuin 10 1 painoprosentti hekseeniä), jonka kopolymeerin tiheys on 0,955 g/cm3, seuraavissa prosessiolosuhteissa: reaktorin paine noin 4385,7 kPa manometripainetta; reaktorimassan nopeus 821,7 cm/sek.; vesijäähdytysnesteen nopeus noin 264,8 cm/sek.; vesijäähdytysnesteen syöttölämpötila 70eC; ja reak-15 torimassan sisältäessä 62 tilavuusprosenttia kiintoainetta isobutaanilaimentimessa.

Ilmeisesti monet modifikaatiot ja muutokset tässä keksinnössä ovat mahdollisia edellisten selitysten valossa. Sen vuoksi 20 tulisi ymmärtää, että oheisten patenttivaatimusten puitteissa keksintöä voidaan soveltaa käytäntöön muulla tavoin kuin spesifisesti on kuvailtu.

Claims (10)

101710

1. Laite etyleenipolymeerin tuottamiseen, tunnettu siitä, että se käsittää: 5 putkijohtosysteemin virtauskäytävän rajaamiseksi sen lävitse niin, että muodostuu suljettu silmukka, jossa ainakin osa mainitusta johtosysteemistä käsittää vähintään yhden putken, jonka ulkopinta on konstruoitu valssatusta levystä, jossa on kaksi reunaa liitettynä yhteen sauman suunnassa; jossa eri-10 tyisesti mainittu valssattu levy käsittää teräksen; jäähdytyssysteemin jäähdytysnestevirtauksen kuljettamiseksi lämmönvaihtoyhteydessä mainitun vähintään yhden putken ulkopinnan kanssa; 15 systeemin vähintään yhden monomeerin, joka sisältää etylee-nin, syöttämiseksi mainittuun kanavaan; systeemin polymerointikatalysaattorin ja laimentimen syöttä- 20 miseksi mainittuun käytävään; systeemin mainitun ainakin yhden monomeerin, katalysaattorin ja laimentimen virtauksen aikaansaamiseksi seoksena mainitun kanavan läpi ja mainitun suljetun silmukan ympäri, jossa 25 yhteydessä mainittu etyleenipolymeeri muodostuu mainitussa kanavassa; ja systeemin polymeerin ulosottamiseksi mainitusta kanavasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, .. että mainitulla teräksellä on yksi tai useampi seuraavista ominaisuuksista: a) lämmönjohtavuus vähintään noin 0,346 W/(cm)(°K) ja minimi- 35 vetolujuus vähintään noin 344 N/mm2, b) lämmön johtavuus noin 0,43 - noin 0,52 W/(cm) (°K) ja minimi vetolujuus noin 413,7 - noin 620,6 N/mm2, 101710 c) sisältää vähemmän kuin noin 0,5 paino-% hiiltä, vähemmän kuin noin 1,5 paino-% mangaania, vähemmän kuin noin 1,0 pai-no-% piitä, vähemmän kuin noin 2,5 paino-% kromia ja vähemmän kuin noin 1,0 paino-% nikkeliä, 5 d) sisältää vähemmän kuin noin 0,25 paino-% kromia ja vähemmän kuin noin 0,25 paino-% nikkeliä, ja e) valitaan ryhmästä, johon kuuluvat A516 Gr 70, A537 Cl 2,

10 A202 Gr B, A285 Gr C, A514 Gr B, A515 Gr 70, A517 Gr A, A517 Gr B, A533 Ty A Cl 3, A542 Ty Cl 2 ja A678 Gr C, erityisesti mainitun teräksen ollessa A516 Gr 70.

3. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu 15 siitä, että mainitun valssatun levyn reunat on liitetty yhteen hitsisaumalla mainittua saumaa pitkin, jossa erityisesti mainittu sauma ulottuu tavallisesti pituussuunnassa mainittua vähintään yhtä putkea pitkin, ja mainitun vähintään yhden putken ulkoläpimitta on noin 254 mm - noin 762 mm, 20 jossa erityisesti mainitun vähintään yhden putken mainitun valssatun levyn nimellisseinämävahvuus on noin 12,7 mm -noin 19,05 mm.

4. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen lai-25 te, tunnettu siitä, että mainittu jäähdytyssysteemi käsittää; vähintään yhden putken, joka on tavallisesti samakes-keisesti suuntautunut mainitun vähintään yhden putken suhteen ja sen ympärillä mainitussa johtosysteemissä niin, että se muodostaa tavallisesti rengasmaisen tilan niiden väliin; 30 ja systeemin mainitun jäähdytysnesteen kuljettamiseksi mainittua rengasmaista tilaa pitkin niin, että se virtaa mainitun johtosysteemin mainitun vähintään yhden putken ulkopinnan ympärillä ja sen kanssa kosketuksissa, jossa erityisesti mainitun jäähdytyssysteemin mainittu vähintään yksi putki on 35 myös konstruoitu valssatusta levystä. 101710

5. Menetelmä etyleenipolymeerin tuottamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: a) johtosysteemin toteuttamisen, joka muodostaa virtauskäy-5 tävän sen läpi niin, että muodostuu suljettu silmukka, jossa mainitun johtosysteemin vähintään yksi osa käsittää vähintään yhden putken, joka on konstruoitu valssatusta levystä, jonka kaksi reunaa on liitetty yhteen saumaa pitkin; 10 b) vähintään yhden monomeerin, joka sisältää etyleenin, syöttämisen mainittuun kanavaan; c) polymerointikatalysaattorin ja laimentimen syöttämisen mainittuun kanavaan; 15 d) mainitun vähintään yhden monomeerin, mainitun katalysaattorin ja mainitun laimentimen virtauksen aikaansaamisen seoksena mainitun kanavan läpi ja mainitun suljetun silmukan ympäri, etyleenipolymeerin muodostamiseksi sillä tavalla 20 mainitussa virtauskanavassa; e) jäähdytysnestevirtauksen kuljettamisen, vaiheen (d) aikana, lämmönvaihtoyhteydessä mainitun johtosysteemin mainitun vähintään yhden putken ulkopinnan kanssa; ja 25 f) polymeerin ulosottamisen mainitusta kanavasta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vähintään yksi monomeeri koostuu pääasial- 30 lisesti etyleenistä, ja valinnaisesti toisesta olefiinistä, . jonka määrä on vähemmän kuin noin 25 paino-%. • «

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnet-tu siitä, että mainitun vähintään yhden putken sisältö vai- 35 heessa (d) on lämpötilassa noin 65,5°C - noin 121,1°C, että erityisesti mainitun vähintään yhden putken sisältö vaiheessa (d) on paineessa noin 3,1 MPa (ylip.) - noin 5,5 MPa 101710 (ylip.), että erityisemmin etyleenipolymeerin tuotantonopeus vaiheessa (d) on noin 13,6 t/h - noin 22,7 t/h.

8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tuxinet-5 tu siitä, että mainittu valssattu levy käsittää teräksen, jolla on yksi tai useampi seuraavista ominaisuuksista: a) lämmönjohtavuus vähintään noin 0,346 W/(cm) (°K) ja minimi-vetolujuus vähintään noin 344 N/mm2, 10 b) lämmönj ohtavuus noin 0,43 - noin 0,52 W/(cm) (°K) ja mini-mivetolujuus noin 413,7 - noin 620,6 N/mm2, c) sisältää vähemmän kuin noin 0,5 paino-% hiiltä, vähemmän 15 kuin noin 1,5 paino-% mangaania, vähemmän kuin noin 1,0 paino-% piitä, vähemmän kuin noin 2,5 paino-% kromia ja vähemmän kuin noin 1,0 paino-% nikkeliä, d) sisältää vähemmän kuin noin 0,25 paino-% kromia ja vähem-20 män kuin noin 0,25 paino-% nikkeliä, ja e) valitaan ryhmästä, johon kuuluvat A516 Gr 70, A537 Cl 2, A202 Gr B, A285 Gr C, A514 Gr B, A515 Gr 70, A517 Gr A, A517 Gr B, A533 Ty A Cl 3, A542 Ty Cl 2 ja A678 Gr C, erityisesti 25 mainitun teräksen ollessa A516 Gr 70.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun vähintään yhden putken ulkohalkaisija on noin 254 mm - noin 762 mm, että erityisesti mainitun vähin- 30 tään yhden putken mainitun valssatun levyn seinämän nimel-: lisvahvuus on noin 12,7 mm - 19,05 mm, ja että toimitetaan • vähintään yksi putki, joka on tavallisesti samakeskeisesti suuntautunut mainitun johtosysteemin mainitun vähintään yhden putken suhteen ja sen ympärillä niin, että muodostuu 35 tavallisesti rengasmainen tila niiden väliin, ja että vaiheessa (e) mainittu jäähdytysneste kulkee mainitun rengasmaisen tilan läpi niin, että se virtaa mainitun johtosystee- 101710 min mainitun vähintään yhden putken ulkopinnan ympärillä ja sen kanssa kosketuksissa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että mainitun johtosysteemin mainittu vähintään yksi putki on yleensä pystysuoraan suuntautunut niin, että sen sisällön virtaus on tavallisesti pystysuorassa suunnassa.