FI89335C - Svaevbaeddsreaktor - Google Patents

Description

8 9 335

Leijupetireaktori

Svävbäddsreaktor 5

Keksintö koskee leijupetireaktoria olefiinien polymerointia tai kopolymerointia varten.

10 Leijupetireaktoreita käytetään yleisesti jatkuvatoimisessa kaasufaasipolyme-roinnissa olefiinipolymeerien valmistamiseksi. Leijupetireaktorissa polymerointi suoritetaan polymeroituvien polymeerihiukkasten muodostamassa leijupetissä, jota pidetään leijutilassa reaktorin pohjaosasta ylöspäin suunnatun kiertokaasuvirtauksen avulla. Kiertokaasuvirtaus muodostuu kaasumaisista hiilivetylaimentimis-15 ta ja/tai inerttikaasuista ja/tai polymeroitavista monomeereistä. Kiertokaasuvirtaus poistetaan reaktorin yläosan kaasutilasta, johdetaan lämmönvaihtimiin polymeroinnissa tuotetun lämmön poissiirtämiseksi ja palautetaan kompressorin avulla takaisin reaktorin alaosaan.

20 Reaktorin alaosaan johdettavan kiertokaasun tasainen jakaminen leijupetiin on välttämätöntä tasaisen leijutustilan ylläpitämiseksi. Kiertokaasun jakamiseen käytetään tavallisesti rei’itetyn välipohjan muodossa olevaa virtauksen jakolaitet-ta, joka sijaitsee lähellä reaktorin pohjaosaa. Reaktorin pohjaosaan muodostuu siten kiertokaasun sisäänsyöttö- tai sekoituskammio, jonka mainittu virtauksen 25 jakolevy erottaa leijukerroksesta eli varsinaisesta polymerointiosasta.

Mitä suurempaa reaktorikokoa käytetään, sitä vaikeampaa on aikaansaada kiertokaasun tasainen jakautuminen leijupetissä reaktorin koko poikkileikkauspinta-alalle. Epätasaisen jakautumisen seurauksena leijupetissä esiintyy tiheämpiä ja 30 huonosti leijuvia kohtia, erikoisesti reaktorin seinämien lähistöllä. Ongelma pahenee silloin, kun kiertokaasun mukana tulee myös nestemäisiä jakeita, koska nimenomaan nestefaasin tasainen jakaminen leijupetiin on vaikeaa. Tästä syystä leijupetissä esiintyy paikallista kuumentumista ja polymeeripartikkelien agglome- 2 S9335 roitumista suuremmiksi möykyiksi sekä agglomeraattien tarttumista reaktoripin-noilie.

Kaasuvirtauksen jakautumisen parantamiseksi on ehdotettu käytettäväksi sellaisia 5 kaasunjakolevyjä, joissa aukkojen kokoa, muotoa ja sijoittelua on modifioitu. Sellaisten erikoisrakenteisten kaasunjakolevyjen valmistus on kuitenkin kallista ja niiden kaasunläpäisevyys saattaa olla riittämätön, mikä aiheuttaa tarpeetonta paineputousta reaktorin läpi virtaavassa kaasukierrossa.

10 Toinen tavallinen leijupetireaktoreiden koon suurentuessa esiintyvä ongelma on polymeerihiukkasten agglomeroituminen ja tarttuminen reaktorin pohjaosan seinäpinnoille. Kiertokaasun mukana kulkeutuu reaktorista aina jonkin verran pieniä, aktiivista katalyyttiä sisältäviä polymeerihiukkasia, jotka palautuvat reaktorin pohjaosaan kiertokaasun mukana. Jos kiertokaasu johdetaan reaktoriin 15 tavanomaisella tavalla pohjassa olevan suoran putkiyhteen kautta ja jos virtausolosuhteet tai reaktorin pohjaosan muoto ei ole optimaalinen, muodostuu kiertokaasun sisäänsyöttökammiossa paikallisia seisovia virtauksia, joiden kohdalle kerääntyy polymeeripartikkeleita. Tämän haitan poistamiseksi on ehdotettu käytettäväksi erilaisia virtauksen hajotuselimiä kiertokaasun syöttöput-20 ken yhteydessä. Siten esimerkiksi US-patentissa 4877587 on reaktorin pohjassa olevaan kiertokaasun syöttöputken päähän kiinnitetty hajotinelimet, jotka jakavat putkesta tulevan virtauksen kahtia siten, että osa virtauksesta suuntautuu sivulle ja osa virtauksesta suuntautuu ylöspäin. Tämäntapaisilla ratkaisuilla ei kuitenkaan voida kokonaan estää sitä, että reaktorin pohjaosassa esiintyy paikallaan 25 pyöriviä virtauksia ja siitä johtuen polymeerihiukkasten keräntymistä ja tarttumista seinämille. Samoin tällaisten hajotuselinten puhdistaminen on hankalaa ja jos halutaan jostain syystä käyttää toisenlaista rakennetta, on laitteeen purkaminen ja vaihtaminen hankalaa ja vaatii reaktorin pysäyttämisen ja avaamisen.

30 Tekniikan tason osalta viitataan myös EP-patenttijulkaisuun 297794, jossa kaasun tasaista jakautumista leijupetiin on ehdotettu parannettavaksi kaasunjakolevyn alapuolelle kiinnitetyn kartiopinnan muotoisen elimen avulla. Kiertokaasu l· 3 39335 voidaan johtaa tämän julkaisun mukaan reaktorin pohjaosaan sivulta sisäänpistä-vien syöttöputkien läpi, jotka putket on taivutettu tai suunnattu joko alaspäin kohti pohjan keskusta tai suoraan alaspäin. Mitään virtauksenhajotuselimiä ei ole käytetty. Haittana tämän julkaisun mukaisessa ratkaisussa on nimenomaan se, 5 että edellämainitun kartiopinnan ja reaktorin seinämän väliseen rengasmaiseen tilaan muodostuu käytännössä helposti seisovan kaasun alue, jossa haitallista polymeroitumista ja hiukkasten agglomeroitumista alkaa tapahtua.

Esilläolevan keksinnön kohteena on leijupetireaktori olefiinien polymerointia 10 varten, jossa ei ole edellä esitettyjä haittapuolia. Siten keksinnön mukainen Leijupetireaktori olefiinien polymerointia tai kopolymerointia varten, jonka reaktorin yläosassa sijaitsee leijutuskammio ja alaosassa leijutuskaasun syöttö-kammio sekä vähintään yksi syöttökammioon ulottuva syöttöputki leijutuskaasun ja mahdollisesti monomeerien syöttämiseksi olennaisesti alaspäin kohti reaktorin 15 pohjaa, on tunnettu siitä, että syttöputken yläpuolella on kaasunjakolevy, jonka pystysuora etäisyys syöttöputkesta on 1/4-1/3 reaktorin läpimitasta ja että syöttö-putken päätyosa on varustettu ohjauspinnalla, joka on syöttöputken pituusakseliin nähden sellaisessa kulmassa, että syöttöputkesta tuleva kaasuvirtaus suuntautuu syöttöaukon läpi olennaisesti alaspäin kohti reaktorin pohjaa.

20

Keksinnön mukaiset edut saavutetaan siten, että kiertokaasu johdetaan reaktoriin olennaisesti alaspäin suunnattuna kohti reaktorin pohjaa. Suurella nopeudella alaspäin kulkeva kaasuvirta törmää reaktorin pohjaan ja vaihtaa äkisti virtaussuu-nan päinvastaiseksi ja huuhtelee tällöin tehokkaasti reaktorin pohjaa ja seinämiä 25 eikä polymeerikertymiä pääse muodostumaan. Reaktorin pohjamuodon oikealla valinnalla voidaan edistää tätä toimintaa. Jos reaktorin pohjaosa on pyöristetty siten, että mitään teräväkulmaisia nurkkia ei esiinny, niin alaspäin suuntautuvan kiertokaasuvirtauksen pääosa kääntyy kulkemaan ja pyyhkimään pitkin reaktorin seinämiä ja estää samalla tehokkaasti polymeeripartikkelien kiinnittymisen. 30 Ylempänä ja ennen virtauksenjakolevyä kaasuvirtaus tasoittuu ja leviää tasaiseksi jakolevyä kohti suuntautuvaksi rintamaksi.

4 39335

Keksinnön mukaisesti kiertokaasun syöttöputki on siten virtauksenjakolevyn alapuolella oleva reaktorin sisään poikkisuunnassa ulottuva putki, joka on päätyosastaan leikattu auki reaktorin pohjan puoleiselta sivulta siten, että muodostuu syöttöaukko kiertokaasun ulosvirtausta varten. Syöttöputken pää on 5 suljettu ja varustettu ohjauspinnalla, joka suuntaa syöttöputkesta tulevan virtauksen olennaisesti alaspäin kohti reaktorin pohjaa. Tällainen ratkaisu on yksinkertainen ja halpa toteuttaa. Sen lisäksi keksinnön mukainen syöttöputki on helposti irroitettavissa ja vaihdettavissa, koska syöttöputki muodostuu suhteellisen lyhyestä ja suorasta putkiosasta, eikä alaspäin taivutetusta putkiosasta, kuten EP-10 patenttijulkaisussa 297794 on esitetty. Yksinkertaisimmillaan syöttöputken pää on leikattu noin 45 °:een kulmaan ja pää on suljettu umpinaisella levyllä. Voidaan käyttää myös suoraksi leikattua umpilaipalla suljettua putkea, jolloin ohjauspin-nan voi muodostaa putken päähän työnnetty irtokappale, jossa syöttökaasun tulopuolen puoleinen sivu on sopivaan kulmaan vastottu. Tällä ratkaisulla on se 15 etu, että haluttaessa hieman erilaista kiertokaasun kääntymiskulmaa voidaan helposti vaihtaa irtokappale toiseen sopivalla viistoutuksella varustettuun irtokappaleeseen tarvitsematta irroittaa koko syöttöputkea.

Virtauksen kääntämistä varten olevan ohjauspinnan ei välttämättä tarvitse olla 20 45 asteen kulmassa, sillä kulma voidaan valita tästä hieman poikkeavaksi riippuen reaktorin pohjamuodosta. Kuitenkin valitun kulman tulee olla sellainen, että kiertokaasuvirtaus kääntyy olennaisesti alaspäin ohjauspinnan vaikutuksesta. Samoin ei ole välttämätöntä, että itse syöttöputki on kohtisuorassa reaktorin pituusakseliin nähden, koska virtauksen kääntymissuunta voidaan aina määrätä 25 ohjauspinnan viistouden avulla.

Keksinnön mukaisen kiertokaasun sisäänsyöttösysteemin voi muodostaa yksi ainoa, oleellisesti reaktorin keskelle ulottuva syöttöputki tai syöttöputkia voi olla kaksi tai useampia, jolloin ne on edullisesti sijoitettu symmetrisesti reaktorin 30 keskiakseliin nähden. Syöttöputken pituus eli ulottuvuus reaktorin sisään ei ole erityisen kriitillinen ja se voi vaihdella huomattavastikin. Sopiva etäisyys voidaan valita yleensä välillä 1/10 - 1/1 reaktorin poikkipinnan säteestä. Jos reaktorissa 5 89335 käytetään sekoitinakseliin kiinnitettyä sekoitinlaitetta, asettaa sekoitinakseli luonnollisen rajoituksen syöttöputken pituudelle. Useampaa syöttöputkea käytettäessä syöttöputkien päiden ei tarvitse sijaita samalla etäisyydellä reaktorin keskiviivasta, vaan voidaan käyttää yhtä aikaa sekä lyhempiä putkia ja pitempiä 5 putkia. Symmetrinen sijoittelu on kuitenkin yleensä edullisin vaihtoehto.

Syöttöputken tai -putkien sijainti pystysuunnassa riippuu yleensä reaktorin läpimitasta sekä kaasunjakolevyn etäisyydestä reaktorin pohjasta. Sopiva etäisyys on yleensä valittavissa väliltä 1/4 - 1/3 reaktorin läpimitasta.

10

Reaktorin pohjaosa on edullisesti pyöreä, mikä tarkoittaa sitä, että pohjapinnan muoto vastaa pintaa, jonka reaktorin keskiakselin ympäri pyörähtävä kaari muodostaa. Tällöin ei reaktorin pohjassa ole mitään kuolleita kohtia muodostavia nurkkauksia. Tälläinen pohjamuoto on sinänsä tunnettu. Keksinnön erään 15 lisäpiirteen mukaisesti voidaan kuitenkin käyttää teräväkulmaista pohjamuotoa käyttämällä täytekappaleita, jotka yhdessä muodostavat pyöreämuotoisen reaktoripohjan.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 20

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista kaasufaasireaktorin alaosan halkileikkausta,

Kuvio 2 esittää kiertokaasun syöttöputken halkileikkausta, 25 Kuvio 3 esittää vaihtoehtoista kiertokaasun syöttöputken rakennetta halkilek-kauksena, ja

Kuvio 4 esittää ylhäältä päin nähtynä keksinnön mukaista leijupetireaktoria, joka on varustettu useammalla kiertokaasun syöttöputkella.

Kuvio 1 esittää poikkileikkaukseltaan sylinterimäistä kaasufaasireaktorin 10 alaosaa, jossa kaasunjakolevy 11 jakaa reaktorin leijutusosaan 12 ja syöttökammi- 30 6 39335 oon 13. Leijutuskaasuna toimiva kiertokaasu johdetaan reaktoriin 10 syöttölinjan 14 ja syöttöputken 15 kautta. Syöttöputken 15 päässä on alaspäin avautuva syöttöaukko 16 ja syöttöputken 15 pää on suljettu noin 45 °:een kulmassa olevalla päätylevyllä 17, joka muodostaa ohjauspinnan 18 (kuvio 2).

5

Kuviosta 1 näkyy myös, että reaktori 10 voi olla varustettu pystysuoralla pyöritettävällä akselilla 20, johon on kiinnitetty leijutusosassa 12 pyöriviä sekoituselimiä 21. Reaktorin pohjaosa voi olla lisäksi varustettu täytekappaleilla 22, joiden avulla eliminoidaan terävät nurkkaukset reaktorin pohjassa. Teräväkulmaisiin 10 nurkkauksiin saattaisi kerääntyä polymeerihiukkasten kasautumia reaktorin käydessä.

Syöttöputken 15 etäisyys kaasunjakolevystä 11, jota etäisyyttä on kuviossa 1 merkitty kirjaimella a, ei ole erityisen kriitillinen ja se voi yleensä vaihdella 15 välillä 1/4-1/3 reaktorin 10 läpimitasta. Myöskään syöttöputken 15 pituus, jota on kuviossa 2 merkitty kirjaimella b, eli ulottuvuus reaktorin 10 sisään ei ole erityisen kriitillinen ja se voi siten ulottua jopa reaktorin keskiviivalle L asti, paitsi siinä tapauksessa, että reaktori on varustettu sekoitusakselilla 20, jonka sijainti asettaa rajoituksen syöttöputken 15 pituudelle. Normaalisti syöttöputken 20 15 pituus silloin, kun sekoitusakselia käytetään, voi vaihdella välillä 1/10-9/10 reaktorin poikkileikkauksen säteen pituudesta.

Kuviossa 2 on esitetty tarkempi halkileikkaus syöttöputken 15 eräästä rakenteesta. On huomattava, että syöttöaukko 16 voidaan muotoilla syöttöputken 15 25 päähän monella eri tavalla, kunhan huolehditaan siitä, että syöttöaukko 16 avautuu olennaisesti alaspäin ja että virtauskanavassa, joka avautuu syöttöaukon 16 kautta ulos, ei ole mitään sellaista kohtaa, jonka poikkipinta-ala olisi oleellisesti pienempi kuin itse syöttöputken 15 sisäpoikkipinta-ala.

30 Lisäksi on huomattava, että päätylevy 17, joka muodostaa ohjauspinnan 18, voi olla kiinnitetty syöttöputken 15 pituusakselin suhteen myös sellaiseen kulmaan, joka poikkeaa jonkin verran 45 °:sta.

Il i 7 39335

Kuviossa 3 on esitetty vaihtoehtoinen rakenne syöttöputkelle 15. Tässä tapauksessa syöttöputken pää on katkaistu kohtisuorasi ja lähelle putken päätä on leikattu alaspäin avautuva aukko 16. Päätylevyn sijasta tässä käytetään erillistä syöttöputken 15 pään sulkevaa sulkukappaletta 23, jonka toinen pää on suljettu 5 noin 45 °:een kulmassa syöttöputken 15 pituusakseliin nähden olevalla päätylevyllä 17 ja ko. päätylevyn 17 syöttöputkeen 15 suuntautuva pinta muodostaa siten ohjauspinnan 18. Sulkukappale 23 voi olla myös kokonaan umpinainen kappale, jonka toinen pää on viistottu muodostamaan ohjauspinnan 18.

10 Kuvion 4 mukaisesti syöttöputkia 15 voi olla useampia. Syöttöputket 15 sijoitetaan tässä tapuksessa edullisimmin symmetrisesti reaktorin 10 pituusakseliin nähden.

Esimerkki 15

Kuvion 1 mukaista koereaktoria, jossa syöttöputken 15 sijasta käytettiin reaktorin pohjaosasta ylöspäin avautuvaa kiertokaasun syöttöputkea, valmistettiin HDPE-polyeteeniä 50 kg/h. Reaktorissa käytetiin seuraavia toimintaolosuhteita:

20 lämpötila 85 °C

paine 20 bar kiertokaasu: syöttönopeus 17 tn/h eteenipitoisuus 10 mol-% 25 komonomeeripitoisuus noin 1 mol-% vetypitoisuus alle 1 mol-% typpipitoisuus 89 mol-%

Reaktoria ajettaessa havaittiin, että jo muutamassa päivässä reaktorin pohjaosaan 30 kerrostui runsaasti polymeeriä.

Reaktori varustettiin kuvion 1 mukaisella kiertokaasun syöttöputkella 15 ja 8 39335 reaktoria käytettiin samoissa toimintaolosuhteissa yhtäjaksoisesti useita viikkoja. Minkäänlaisia polymeerikerrostumia ei syntynyt reaktorin pohjaosassa.

5

Claims (7)

9 39335

1. Leijupetireaktori olefiinien polymerointia tai kopolymerointia varten, jonka reaktorin (10) yläosassa sijaitsee leijutuskammio (12) ja alaosassa leijutuskaasun 5 syöttökammio (13) sekä vähintään yksi syöttökammioon (13) ulottuva syöttöputki (15) leijutuskaasun ja mahdollisesti monomeerien syöttämiseksi olennaisesti alaspäin kohti reaktorin (10) pohjaa, tunnettu siitä, että syttöputken (15) yläpuolella on kaasunjakolevy (11), jonka pystysuora etäisyys syöttöputkesta (15) on 1/4-1/3 reaktorin (10) läpimitasta ja että syöttöputken (15) päätyosa (17) on 10 varustettu ohjauspinnalla (18), joka on syöttöputken (15) pituusakseliin nähden sellaisessa kulmassa, että syöttöputkesta (15) tuleva kaasuvirtaus suuntautuu syöttöaukon (16) läpi olennaisesti alaspäin kohti reaktorin (10) pohjaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että ohjauspin-15 ta (18) on noin 45 asteen kulmassa syöttöputken (15) pituusakseliin nähden.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että syöttöaukon (16) poikkipinta-ala on vähintään yhtä suuri kuin syöttöputken (15) poikkipinta-ala. 20

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen reaktori, tunnettu siitä, että reaktorin (10) pohjaosa on varustettu täytekappaleilla (22) pohjaosan muodon pyöristämiseksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen reaktori, tunnettu siitä, että leijutuskaasun syöttöputkia (15) on kaksi tai useampia ja ne sijaitsevat reaktorin (10) pituusakselin nähden symmetrisesti.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen reaktori, tunnettu siitä, 30 että ohjauspinnan (18) muodostaa syöttöputken (15) sisään sopiva ohjauskappale (23), jonka syöttöaukon (16) puoleinen päätyosa (17) muodostaa irroitettavissa ja vaihdettavissa olevan ohjauspinnan (18). ίο 3 9 335

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen reaktori, tunnettu siitä, että syöttöputken (15) pään etäisyys reaktorin (10) keskiviivasta (L) on välillä 1/10 - 1/1 reaktorin (10) poikkileikkauspinnan säteestä. 5 II n 39335