Способ получения изоолефин-диолефинового каучука и аппарат для его осуществления

Способ получения изоолефин-диолефинового каучука и аппарат для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Данное изобретение относится к способам получения изоолефин-диолефинового каучука и к аппаратам для их осуществления. Более конкретно, оно относится к способам и аппаратам для получения изоолефин-диолефинового каучука, к способам и аппаратам для выделения изоолефин-диолефинового каучука из суспензии каучука и к способам и аппаратам для выпуска и/или перепуска суспензии каучука из реактора для получения изоолефин-диолефинового каучука.

Предпосылки создания изобретения

Изоолефин-диолефиовые каучуки, например бутилкаучук и галогенбутилкаучуки, получаемые из бутилкаучука (например, хлорбутилкаучук и бромбутилкаучук), широко используются в ряде применений, например при изготовлении шин. В коммерческих масштабах изоолефин-диолефиновый каучук обычно получают в соответствии со способом суспензионной сополимеризации изоолефина (например, изобутилена) и диолефина (например, изопрена) в присутствии катализатора (например, катализатора, относящегося по типу к катализаторам Фриделя-Крафтса) в жидкой неводной реакционной среде (например, содержащей разбавитель, такой как алкилгалогенид) при температуре ниже -90°С в реакторе непрерывного действия с получением суспензии либо взвеси мелких «твердых частиц» каучука в реакционной среде. Температура реакции может быть и более высокой при использовании специализированных катализаторов.

Коммерческий аппарат включает, помимо прочих элементов, реакционный сосуд, в котором в непрерывном режиме проводят реакцию, испарительный резервуар для выпаривания жидкой реакционной среды и других летучих компонентов из каучука, который образуется в ходе реакции, и линию выпуска для перепуска суспензии каучука из реакционного сосуда в испарительный резервуар. Испарительный резервуар обычно представляет собой емкость, содержащую нагреваемую, перемешиваемую воду, в которую производят выпуск каучука с получением крошки, которая суспендирована в воде. Испарительный резервуар продувают водяным паром для выдерживания температуры и удаления летучей остаточной реакционной среды. В обычно используемых способах за испарительным резервуаром обычно следуют один или несколько дегазаторов для дополнительного удаления остатков до приемлемого уровня. Компоненты реакции обычно загружают в реакционный сосуд в виде двух независимых исходных потоков - смешанного исходного потока, содержащего мономеры совместно с разбавителем, и исходного потока катализатора, содержащего катализатор.

Одна проблема, с которой сталкиваются в таком способе, заключается в накоплении каучука на внутренних поверхностях реакционного сосуда и линии выпуска, что может привести к обрастанию и значительному времени простоя, необходимому для устранения обрастания. Такое накопление возникает вследствие «клейкости» изоолефин-диолефиновых каучуков, таких как бутилкаучук. Для того чтобы уменьшить риск возникновения данной проблемы, в реакционном сосуде и линии выпуска выдерживают относительно высокие скорости потоков. Линию выпуска, кроме того, оборудуют рубашкой, обогреваемой водяным паром, и, как представляется, это приводит к образованию парового слоя на внутренней поверхности линии выпуска, который играет роль смазочной пленки.

В дополнение к этому у современных коммерческих аппаратов желательно увеличить общий коэффициент полезного действия по энергии. В настоящее время охлажденную суспензию каучука, покидающую реакционный сосуд, перепускают непосредственно в испарительный резервуар через линию выпуска. В испарительном резервуаре проводят выпаривание жидкой реакционной среды, в том числе летучих компонентов, таких как непрореагировавшие мономеры и тому подобное. Для того чтобы переведенные в парообразное состояние компоненты направить на рецикл, в части технологического процесса проводят конденсацию данных паров и охлаждение жидкости обратно до температуры проведения реакции. Для этого требуются значительные затраты энергии. Для уменьшения количества энергии, затрачиваемой на охлаждение исходных и/или направляемых на рецикл компонентов реакционной смеси, было бы желательно улавливать энергию, связанную с холодной жидкой реакционной средой, выпускаемой из реакционного сосуда.

Публикация международной заявки WO 93/21241 авторов Bruzzone et al., опубликованная 28 октября 1993 года, описывает способ получения бутилкаучука. Полимеризацию изобутилена совместно с изопреном проводили при относительно высокой температуре -50°С в присутствии специальных катализаторов. Реактор включал вертикальный цилиндрический реакционный сосуд с куполообразными днищами, вертикальный одношнековый экструдер (то есть разгрузочный шнек), связанный с реакционным сосудом, и горизонтальный двухшнековый дегазирующий испаритель, соединенный с разгрузочным шнеком. Вертикальный экструдер транспортировал вверх и прессовал твердый полимер, содержащийся в суспензии, и «отжимал» жидкость из суспензии, давая ей возможность стекать вниз (то есть обратно) в направлении реакционного сосуда. Таким образом, ценную реакционную среду, в том числе и непрореагировавшие мономеры, при температуре реакции возвращали в реакционный сосуд для последующей утилизации. Остаточную реакционную среду, в том числе остаточные мономеры, выпаривали в горизонтальном шнековом дегазирующем испарителе и подавали в виде газа в теплообменник для охлаждения до температуры полимеризации перед повторным введением в реакционный сосуд в виде жидкости.

Несмотря на то что способ, описанный в публикации WO 93/21241, делает возможным направление на рецикл некоторой части реакционной среды, перегоняя ее обратно в реакционный сосуд, ему присущи несколько недостатков. Во-первых, разгрузочный шнек представляет собой одношнековый экструдер, которому свойственно обрастание, и поэтому маловероятно, что он будет продолжать функционировать в течение целесообразного периода времени. Во-вторых, жидкую реакционную среду перегоняют обратно в реакционный сосуд под действием силы тяжести без предварительного отбора отводного потока и, таким образом, без предоставления возможности очистки жидкой реакционной среды либо возможности использования охлажденной реакционной среды для других целей по охлаждению, если непосредственный возврат реакционной среды в реакционный сосуд будет оказывать негативное воздействие на процесс полимеризации. Отсутствие возможности очистки жидкой реакционной среды может в результате привести к критическому накоплению примесей, которые, вероятно, в результате станут причиной уменьшения эффективности катализатора и/или получения низкомолекулярного полимера. Последнее может повлечь за собой обрастание и последующий простой для очистки реактора. Невозможность утилизации охлажденной жидкой реакционной среды для других целей по охлаждению уменьшает гибкость выбора в способе рекуперации энергии. В-третьих, использование шнекового дегазатора для выпаривания остаточной реакционной среды и мономеров не эффективно с точки зрения затрат в сравнении с использованием испарительного резервуара.

Патент Великобритании 589,045 (патент '045), выданный компании Standard Oil Development Company 10 июня 1947 года, описывает способ низкотемпературной полимеризации олефинов. Патент '045 указывает на то, что охлажденную суспензию транспортируют из реакционного сосуда в вибрационное сито для проведения операции процеживания либо фильтрования. Кроме того, он указывает на то, что извлеченную охлажденную жидкость затем отправляют на рецикл обратно в зону реакции. Остаточную реакционную среду и каучук, образованный в ходе реакции, транспортируют от вибрационного сита в испарительный барабан, где выпаривают непрореагировавшие мономеры и остаточную реакционную среду.

Для того чтобы предотвратить попадание водяного пара из испарительного резервуара на вибрационное сито и, таким образом, загрязнение реакционной среды, патент '045 предлагает усложненную систему, в которой поток уплотняющего газа создает положительное давление в направлении от вибрационного сита к испарительному резервуару. Такая система непрактична, поскольку уплотняющий газ будет перемешиваться с шлемовыми парами из испарительного резервуара. Последующая стадия разделения будет привносить в способ значительные затраты. Кроме того, патент '045 требует, чтобы вибрационное сито было охлаждено до температуры реакции, чего будет очень трудно добиться на практике. Кроме того, в сфере получения бутилкаучука опытным путем установлено, что «твердая фаза» бутилкаучука, получаемая в ходе химической реакции, присутствует в виде мелких и относительно мягких частиц, которые склонны к агломерированию. Кроме того, в сфере получения бутилкаучука практикой установлено, что бутилкаучук обладает «клейкостью» даже при температурах реакции, в противоположность утверждениям, сделанным в патенте '045. Поэтому специалист в данной области должен ожидать при осуществлении способа возникновения крупной проблемы, связанной с обрастанием вибрационного сита. Таким образом, вибрационное сито не представляется удовлетворительным устройством для выделения бутилкаучука из реакционной среды. И действительно, аппарат и способ с просеиванием либо фильтрованием, описанные в патенте '045, ни в какой форме не используются в настоящее время в промышленности получения бутилкаучука, почти что 60 лет спустя после выдачи патента '045, что свидетельствует о непрактичности и общей недостаточной пригодности технологии, описанной в патенте '045. Наконец, патент '045 требует, чтобы охлажденная суспензия каучука, получаемая в реакционном сосуде, содержала бы от 1 до 10 мас.% каучука. В настоящее время реакторы по синтезу бутилкаучука обычно функционируют с получением суспензий каучука, характеризующихся уровнем содержания каучука в диапазоне, приблизительно соответствующем 25 мас.%. Упомянутые выше проблемы с использованием вибрационного сита, в особенности проблема обрастания, будут усугубляться в аппаратах, где в реакторе получают суспензии каучука, характеризующиеся уровнем содержания каучука, превышающим 10 мас.%.

Патент США 4,714,747 (патент '747) автора Bruzzone, выданный 22 декабря 1987 года, описывает способ получения бутилкаучука. Саму реакцию с получением бутилкаучука проводят в самоочищающемся двухшнековом экструдере. Суспензию каучука, полученную в реакционном экструдере, транспортируют в вертикальный разгрузочный шнек, который выводит жидкую реакционную среду из суспензии и позволяет ей стечь обратно в реакционный экструдер, обеспечивая возможность выведения газообразной смеси мономер-растворитель через линию выпуска пара в верхней части разгрузочного шнека. Фаза каучука поступает в нагретый двухшнековый аппарат для удаления растворителя в нижней части разгрузочного шнека.

Способу и аппарату, описанным в патенте '747, присущи несколько недостатков. Во-первых, способ основан на испарительном охлаждении реакционной среды для отвода тепла полимеризации. Поэтому он применим только к полимеризации с получением бутилкаучука, проходящей при повышенной температуре (то есть, от -20 до +150°С), которая будет идти, только если будут доступны подходящие высокотемпературные катализаторы. Обычно используемые температуры реакции слишком уж низки для использования испарительного охлаждения для обычных реакционных сред, а обычно используемые катализаторы при повышенных температурах не будут позволять получать полимер с приемлемой молекулярной массой. Во-вторых, жидкая реакционная среда перетекает обратно в реакционный экструдер под действием силы тяжести без предварительного отбора отводного потока, таким образом, без предоставления возможности очистки жидкой реакционной среды. Отсутствие возможности очистки жидкой реакционной среды может в результате привести к критическому накоплению примесей, что, вероятно, в результате приведет к уменьшению эффективности катализатора и/или получению низкомолекулярного полимера. В-третьих, использование разгрузочного шнека и шнекового дегазатора для выпаривания остаточных реакционной среды и мономеров неэффективно в сравнении с использованием испарительного резервуара. В-четвертых, реакцию проводят в двухшнековом экструдере, а не в обычном реакционном сосуде для получения бутилкаучука. Для того чтобы эффективно вместить поступающие компоненты реакции, вместимость у такого реакционного экструдера должна быть большой. Создание шнекового экструдера такого размера требует больших капитальных затрат, что, таким образом, значительно увеличивает стоимость аппарата.

В работе, озаглавленной “Extruder Isolation of Polymers and Elastomers from Latex Emulsions”, by Carl Hagberg, представленной на международной конференции “the International Latex Conference” July 22, 1998, описывается работающая при комнатной температуре система выделения твердых полимеров из латексных эмульсий. Система использует двухшнековый экструдер с вращающимися в противоположных направлениях, не находящимися в зацеплении шнеками для непрерывных промывания, водоотделения и высушивания латексных частиц из латексной эмульсии. Для удаления воды из процесса система дополнительно включает один либо несколько механических фильтров, включающих двухшнековые экструдеры с вращающимися в противоположных направлениях шнеками с полным зацеплением.

Аппарат и способ от Hagberg пригодны для выделения латексных частиц из эмульсии латекс/вода при температурах окружающей среды, что представляет собой совершенно другую область техники по сравнению с суспензионными полимеризациями изоолефина-диолефина. Суспензионную полимеризацию изоолефина-диолефина проводят при низкой температуре в неводной среде в сочетании с использованием испарительного резервуара для удаления реакционной среды, в то время как латексный способ от Hagberg реализуют при намного более высокой температуре в водной среде без использования испарительного резервуара. Конструкция двухшнекового экструдера с не находящимися в зацеплении шнеками от Hagberg пригодна для транспортирования каучука в латексной системе, но не для транспортирования каучука в изоолефин-диолефиновой системе, в частности, вследствие большей остроты проблемы с обрастанием в изоолефин-диолефиновых системах.

Патент Великобритании 561,324 (патент '324), выданный компании Standard Oil and Development Company 15 мая 1944 года, описывает способ низкотемпературной полимеризации для получения бутилкаучука. Продукт полимеризации подвергают пластикации по мере того, как он образуется, и транспортируют в экструдер. Реакционную среду в основном выпаривают в пластикаторах. После этого каучук проходит в экструдер, где остаточную реакционную среду, в том числе остаточные мономеры, удаляют в виде пара. Реакционную среду в виде пара направляют на рецикл, для чего требуется ее охлаждение перед подачей в реакционный сосуд. Данный способ также использует испарительное охлаждение, но для достижения желательной низкой рабочей температуры добавляют низкокипящий компонент (этилен).

Краткое изложение изобретения

Предлагается способ получения изоолефин-диолефинового каучука, включающий: проведение реакции изоолефина и диолефина в жидкой неводной реакционной среде в реакционном сосуде при температуре в диапазоне от -110°С до -50°С с получением изоолефин-диолефинового каучука в суспензии; отжимание суспензии в зоне сепарации для отделения, по меньшей мере, части жидкой неводной реакционной среды от изоолефин-диолефинового каучука; транспортирование отводного потока в виде выделенной жидкой неводной реакционной среды и транспортирование оставшейся суспензии в зону переработки суспензии.

Кроме того, предлагается аппарат для получения изоолефин-диолефинового каучука, включающий: реакционный сосуд для получения суспензии изоолефин-диолефинового каучука в жидкой неводной реакционной среде при температуре в диапазоне от -110°С до -50°С; отжимающий сепаратор, через текучую среду сообщающийся с реакционным сосудом, для отделения от каучука, по меньшей мере, части жидкой неводной реакционной среды; резервуар для переработки суспензии, через текучую среду сообщающийся с отжимающим сепаратором, для приема оставшейся суспензии; и устройство для транспортирования, через текучую среду сообщающееся с отжимающим сепаратором в точке, расположенной между реакционным сосудом и резервуаром для переработки суспензии, для транспортирования отводного потока в виде выделенной жидкой неводной реакционной среды.

Кроме того, предлагается аппарат для получения изоолефин-диолефинового каучука, включающий: реакционный сосуд для получения изоолефин-диолефинового каучука в жидкой неводной реакционной среде при температуре в диапазоне от -110°С до -50°С и самоочищающийся двухшнековый транспортер со шнеками с полным зацеплением, через текучую среду сообщающийся с реакционным сосудом, для перепуска каучука из реакционного сосуда в резервуар для переработки суспензии.

И, кроме того, предлагается устройство для выпуска для перепуска суспензии изоолефин-диолефинового каучука, имеющей температуру в диапазоне от -110°С до -50°С, из реакционного сосуда в резервуар для переработки суспензии, включающее: цилиндр, имеющий первый конец и второй конец; впускное отверстие, расположенное поблизости от первого конца, для приема каучука в цилиндр; выпускное отверстие, расположенное поблизости от второго конца, для выпуска каучука из цилиндра; комплект вращающихся в одном направлении шнеков с полным зацеплением внутри цилиндра, имеющих обратные нарезки у второго конца за выпускным отверстием; и устройство для вращения шнеков.

Способы и аппараты настоящего изобретения выгодным образом уменьшают засорение в устройстве для выпуска, что уменьшает время простоя, связанное с таким засорением. Кроме того, способы и аппараты настоящего изобретения делают возможным в реакционной системе извлечение вещества реакции и рекуперацию энергии, тем самым увеличивая стоимостную эффективность. В способах настоящего изобретения потребление энергии может быть уменьшено приблизительно на целых 30% и, возможно, больше.

В соответствии с настоящим изобретением аппарат для получения изоолефин-диолефиновых каучуков включает реакционный сосуд, резервуар для переработки суспензии и самоочищающееся устройство для выпуска между реакционным сосудом и резервуаром для переработки суспензии для перепуска суспензии каучука из реакционного сосуда в резервуар для переработки суспензии. Реакционный сосуд, самоочищающееся устройство для выпуска и резервуар для переработки суспензии могут быть встроены в обычный в других отношениях способ получения изоолефин-диолефинового каучука.

Реакционным сосудом может быть любая емкость, подходящая для получения, в особенности получения в непрерывном режиме, изоолефин-диолефиновых каучуков. Реакционный сосуд должен быть способен выдерживать подходящую температуру реакции, обычно в диапазоне от -110°С до -50°С. Охлаждение обычно достигается в результате испарения жидкого этилена, находящегося вне реакционного сосуда. Для предварительного охлаждения исходных потоков, подаваемых в реакционный сосуд, может быть использована отправляемая на рецикл охлажденная жидкая реакционная среда. В качестве альтернативы предварительному охлаждению исходных потоков либо в сочетании с ним направляемую на рецикл охлажденную жидкую реакционную среду можно использовать для содействия конденсации сжатых паров этилена, доводя их температуру до более близкой к температуре реакции. Реакционный сосуд обычно оснащен выпускным отверстием, через текучую среду сообщающимся с устройством для выпуска, для выпуска суспензии каучука из реакционного сосуда. Суспензия каучука, полученная в реакционном сосуде, содержит часть, образуемую высоковязким каучуком, и часть, образуемую более низковязкой жидкой реакционной средой.

В первом аспекте функция самоочищающегося устройства для выпуска заключается в транспортировании суспензии каучука из реакционного сосуда в резервуар для переработки суспензии. Самоочищающаяся структура транспортера исключает необходимость использования других способов предотвращения прилипания каучука к внутренним поверхностям устройства для выпуска, например не требуется рубашка, обогреваемая водяным паром.

Во втором аспекте устройство для выпуска также может играть роль и отжимающего сепаратора для отделения высоковязкого каучука, по меньшей мере, от некоторой части более низковязкой реакционной среды. Как это обсуждается ниже, отделение каучука от реакционной среды делает возможным как извлечение вещества реакционной среды, так и рекуперацию энергии, связанной с низкой температурой реакционной среды.

Самоочищающимся устройством для выпуска может быть любое подходящее самоочищающееся устройство для транспортирования суспензии каучука из реакционного сосуда в резервуар для переработки суспензии. В одном варианте реализации самоочищающееся устройство для выпуска представляет собой самоочищающийся шнековый транспортер, предпочтительно самоочищающийся двухшнековый транспортер, более предпочтительно самоочищающийся двухшнековый транспортер со шнеками с полным зацеплением, еще более предпочтительно самоочищающийся двухшнековый транспортер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением, а даже еще более предпочтительно самоочищающийся двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением. Конструкции с вращающимися в одном направлении двумя шнеками с полным зацеплением в общем случае более эффективны в отношении транспортирования материала в сравнении с конструкциями с полным зацеплением и вращением в противоположных направлениях. В последнем случае каучук подвергается тому, что по существу представляет собой действие измельчения в промежутке между гребнем нарезки одного шнека и впадиной другого, что приводит к высокому потреблению энергии и проведению нетребуемой переработки каучука.

В случае устройства для выпуска, включающего комплект вращающихся в одном направлении шнеков с полным зацеплением, например самоочищающийся двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением, устройство для выпуска содержит комплект шнеков с полным зацеплением внутри цилиндра. Предпочтительная конструкция представляет собой устройство для выпуска, функционирующее по способу, обратному тому, который используется в обычном способе экструдирования. Шнеки можно скомпоновать так, чтобы они отбирали бы суспензию каучука из реакционного сосуда, предпочтительно в верхней части реакционного сосуда, с подачей через впускное отверстие в цилиндр, а после этого транспортировали бы суспензию в резервуар для переработки суспензии. Выпуск в резервуар для переработки суспензии можно осуществить по любому подходящему способу, например при использовании выпускного отверстия (либо серии выпускных отверстий) в цилиндре, предпочтительно обращенного вниз, в резервуар для переработки суспензии.

Кроме того, на стороне резервуара для переработки суспензии, противоположной реакционному сосуду, могут быть расположены уплотнения для валов шнеков и устройства для вращения шнеков (например, привод, включающий двигатель и редуктор), расположенные за уплотнением. Секция шнеков с обратной нарезкой может быть расположена в цилиндре за выпускным отверстием (либо серией выпускных отверстий), обеспечивая для суспензии возможность выпуска в резервуар для переработки суспензии через выпускное отверстие (либо серию выпускных отверстий) и непопадание ее на уплотнение. Данная компоновка делает возможным расположение уплотнений и устройств для вращения шнеков вне низкотемпературной области реактора, что делает значительно более простым выбор конструкции и материалов. Устройство для нейтрализации температурных деформаций, вызванных различием температур в холодном реакторе и теплом резервуаре для переработки суспензии, можно вставить между устройством для выпуска и резервуаром для переработки суспензии. Примерами такого устройства для нейтрализации температурных деформаций являются подвижный фланец либо сильфонный компенсатор. Для специалиста в данной области будет очевидно, что для выпуска суспензии каучука из шнеков в резервуар для переработки суспензии возможно использование также и других конструкций.

Резервуаром для переработки суспензии может быть любая емкость, подходящая для последующей переработки суспензии каучука. В установке для получения бутилкаучука резервуаром для переработки суспензии может быть испарительный резервуар. В применениях, в которых каучук необходимо галогенировать и в которых каучук должен присутствовать в форме раствора, устройство для выпуска может быть оснащено впускным отверстием для растворителя, так чтобы для начала процесса растворения можно было бы ввести необходимый растворитель. Кроме того, выпуск будет происходить не в испарительный резервуар, содержащий нагретую воду, а в резервуар для растворения, который позволит полностью растворить каучук и выпарить остаточную летучую реакционную среду.

Устройство для выпуска также может играть роль и отжимающего сепаратора, в особенности, если желательно извлечение охлажденной жидкой реакционной среды. Предпочтительно такой отжимающий сепаратор является самоочищающимся. Отжимание «представляет собой выделение жидкости из двухфазной системы твердая фаза - жидкая фаза в результате проведения сжатия в условиях, которые делают возможным отвод жидкой фазы при сохранении твердой фазы между сжимающими поверхностями. Отжимание отличается от фильтрования тем, что давление прикладывается в результате перемещения двух фиксирующих положение стенок, а не в результате накачивания насосом материала в фиксированное пространство» (Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, McGraw-Hill Inc. (1984) p.19-103). Может быть использован любой подходящий отжимающий сепаратор. Отжимание и отжимающие сепараторы описываются в работе Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, McGraw-Hill Inc. (1984) p.19-103 to 19-107, описание которой включается в настоящий документ путем ссылки. Предпочтительны шнековые сепараторы, более предпочтительны шнековые экструдеры, еще более предпочтительны двухшнековые экструдеры. В особенности предпочтителен двухшнековый экструдер со шнеками с полным зацеплением, например двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением либо двухшнековый экструдер с вращающимися в противоположных направлениях шнеками с полным зацеплением. Более предпочтителен двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением, поскольку он более эффективен, потребляет меньше энергии и в меньшей степени подвергает каучук действию измельчения.

В случае, когда отжимающий сепаратор представляет собой двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением, предпочтительная компоновка будет близка к той геометрии, которая описывалась выше для комплекта вращающихся в одном направлении шнеков с полным зацеплением, используемого исключительно для транспортирования каучука из реакционного сосуда в испарительный резервуар, но будет более сложной, чем она. В случае использования в качестве отжимающего сепаратора двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением может включать первую секцию, в которой геометрия шнеков спроектирована для транспортирования полного потока суспензии каучука из реакционного сосуда. В некоторой позиции по длине шнека геометрия может измениться, так что шнеки станут иметь вместимость, достаточную для транспортирования только каучуковой части, при этом каучук будет находиться в набухшем состоянии вследствие поглощения жидкой реакционной среды. Таким образом, из суспензии каучука отжимают жидкую реакционную среду, тем самым осуществляя отделение от каучука, по меньшей мере, части жидкой реакционной среды. Изменения геометрии, например, могут включать, помимо прочего, изменения шага нарезки, хода нарезки и длины рабочей поверхности нарезки. Каучуковую часть после этого выпускают в резервуар для переработки суспензии, например, через выпускное отверстие (либо выпускные отверстия), как это описывалось выше.

Устройство для транспортирования, через текучую среду сообщающееся с отжимающим сепаратором в точке (либо точках) между реакционным сосудом и резервуаром для переработки суспензии, можно использовать для транспортирования отводного потока в виде выделенной жидкой реакционной среды от отжимающего сепаратора. Транспортирование отводного потока в виде выделенной жидкой реакционной среды обеспечивает широкий ассортимент возможностей по извлечению и/или направлению на рецикл. Например:

Вся жидкая реакционная среда либо ее часть могут быть направлены на рецикл обратно в реакционный сосуд. При возвращении данной охлажденной среды в реакционный сосуд соответствующим образом уменьшается количество свежего исходного сырья, подаваемого в реакционный сосуд, поэтому для охлаждения данного потока исходного сырья требуется меньше энергии. Однако свежее исходное сырье, в действительности, должно характеризоваться более высоким уровнем содержания мономеров для компенсации истощения уровня содержания мономеров в реакционной среде, которая будет возвращена. Кроме того, значительно уменьшится нагрузка на систему рецикла паров в установке, в особенности в отношении необходимости удаления воды из паров, направляемых на рецикл из испарительного резервуара.

Вся жидкая реакционная среда либо ее часть могут быть подвергнуты стадии очистки перед их отправлением на рецикл обратно в реакционный сосуд, что уменьшит вероятность загрязнения и уменьшит накопление в реакционном сосуде отравляющих примесей для реакции полимеризации. Очистку можно провести, например, путем фильтрования, путем использования адсорбентов (например, молекулярных сит, алюмосиликатов), путем комбинирования данных двух способов и так далее. Очистку жидкой реакционной среды можно провести для того, чтобы, например, удалить накопленные побочные продукты реакции, отделить остатки катализатора от сепарационного потока и так далее. Вся очищенная реакционная среда либо часть ее могут быть направлены на рецикл обратно в реакционный сосуд.

Энергию жидкой реакционной среды можно рекуперировать различными способами. Например:

а. Жидкую реакционную среду можно транспортировать в отдельный теплообменник для охлаждения исходных потоков, образуемых одним либо несколькими компонентами реакционной смеси, в особенности для охлаждения потока смешанного исходного сырья.

b. Жидкую реакционную среду можно использовать для содействия охлаждению реакционного сосуда, например, в результате ее транспортирования в теплообменник для содействия конденсации сжатого хладагента для реактора (например, паров этилена), доводя температуру хладагента до более близкой к температуре реакции.

с. Жидкую реакционную среду можно направить на рецикл обратно в реакционный сосуд, как это упоминалось ранее.

d. Устройство для транспортирования само может быть использовано в качестве теплообменника для охлаждения исходных потоков, поступающих в реактор.

Может быть использована любая комбинация описанных выше вариантов, и специалист в данной области легко сможет определить другие способы, при помощи которых выделенную жидкую реакционную среду можно будет использовать для уменьшения общих затрат при реализации способа.

Устройством для транспортирования может быть любое подходящее устройство для транспортирования отводного потока в виде выделенной жидкой реакционной среды. Им может быть простой трубопровод, трубопровод с фильтром, насос, их комбинация и тому подобное. В одном варианте реализации устройство для транспортирования представляет собой механический фильтр. Механический фильтр в выгодном случае обеспечивает дополнительное отделение жидкой реакционной среды от каучуковой части суспензии каучука, в дополнение к выполнению роли устройства для транспортирования для выделенной жидкой реакционной среды. В одном варианте реализации механический фильтр представляет собой шнековый транспортер, например двухшнековый экструдер с вращающимися в противоположных направлениях шнеками с полным зацеплением либо двухшнековый экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками с полным зацеплением. Механический фильтр может обеспечить прохождение через себя жидкой реакционной среды при отводе каучука обратно в отжимающий сепаратор. Предпочтительно устройство для транспортирования представляет собой двухшнековый экструдер с вращающимися в противоположных направлениях шнеками с полным зацеплением, где шнеки функционируют таким образом, чтобы перетолкнуть фазу высоковязкого каучука обратно в отжимающий сепаратор, в то время как просвет выше нарезок шнеков и между шнеками таков, что он дает возможность прохождения сквозь него более низковязкой жидкой реакционной среды.

В одном варианте реализации резервуар для переработки суспензии представляет собой испарительный резервуар (либо испарительный барабан, как его можно назвать). Испарительный резервуар в общем случае представляет собой большой резервуар, вмещающий в нижней части слой воды, предпочтительно горячей воды. Воду в испарительном резервуаре можно нагревать, например, с использованием водяного пара. Суспензия каучука, выпускаемая из устройства для выпуска, падает в воду, где происходит выпаривание реакционной среды и остаточных мономеров, при этом каучук остается в виде суспензии крупных частиц в горячей воде. При необходимости, для разрушения потока суспензии, когда он будет выходить из устройства для выпуска, могут быть использованы струи водяного пара. Каучук из устройства для выпуска можно выгружать в любое место в испарительном резервуаре, хотя в общем случае предпочитается производить выпуск каучука поблизости от середины поверхности горизонтального поперечного сечения резервуара для того, чтобы уменьшить вероятность прилипания каучука к сторонам испарительного резервуара.

В общем случае изоолефин-диолефиновые каучуки известны из предшествующего уровня техники. Такие каучуки, помимо прочего, включают, например, бутилкаучук (IIR (изобутиленизопреновый каучук)), бромбутилкаучук (BIIR (бромированный изобутиленизопреновый каучук)), хлорбутилкаучук (CIIR (хлорированный изобутиленизопреновый каучук)). Бутилкаучук может быть получен в результате проведения суспензионной сополимеризации мономера (например, изобутилена (97-99,5 мас.%)) с небольшими количествами изопрена (3,0-0,5 мас.%) в жидкой неводной реакционной среде, содержащей катализатор. Для изменения свойств каучука могут быть использованы другие сомономеры либо термономеры. Реакцию полимеризации проводят предпочтительно в реакторе непрерывного действия при температуре в диапазоне от приблизительно -110°С до -50°С, например от приблизительно -110°С до -70°С, либо от приблизительно -100°С до -90°С. Каучук, полученный в реакции, в общем случае будет нерастворим в реакционной среде, и он будет образовывать суспензию (взвесь) тонкодисперсных частиц в реакционной среде. Несмотря на то, что говорится, что каучук присутствует в виде твердой фазы, либо в форме частиц, специалисту в данной области понятно, что твердая фаза, либо частицы такого каучука являются очень мягкими, набухшими в результате поглощения жидкостей, так что они могут сформировать высоковязкую фазу. Галогенбутилкаучуки (например, хлорбутилкаучук и бромбутилкаучук) могут быть получены в результате галогенирования бутилкаучука по такому способу, который в общем случае известен специалисту в данной области.

Может быть использована любая подходящая жидкая неводная реакционная среда, например алкилгалогениды, сульфурилхлорид и тому подобное. Предпочтительны алкилгалогениды, в особенности метилхлорид. Может быть использован любой подходящий катализатор, например катализаторы Фриделя-Крафтса, синтетические ката