Системы и способы производства полимеров

Системы и способы производства полимеров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на связанные заявки

В настоящей заявке заявлены преимущества предварительной заявки US 61/203388, поданной 22 декабря 2008 г., описание которой полностью включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к производству полимеров, более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам, предназначенным для регулирования свойств полимеров, получаемых в газофазных и жидкофазных процессах.

Предпосылки создания изобретения

В газофазных способах производства полиолефинов газообразный алкен (например, этилен), водород, сомономер и другие сырьевые материалы превращают в твердый полиолефиновый (например, полиэтиленовый) продукт.

Как правило, газофазные реакторы включают реактор с псевдоожиженным слоем, компрессор и охладитель (теплообменник). Реакцию поддерживают в двухфазном псевдоожиженном слое, состоящем из гранулированного полиэтилена и газообразных реагентов, с помощью псевдоожижающего газа, пропускаемого через распределительную тарелку, расположенную рядом с нижней частью реакторного сосуда. В псевдоожиженный слой добавляют катализатор. Тепло реакции передается в поток циркулирующего газа. Этот газовый поток сжимают и охлаждают во внешней рециркуляционной линии, а затем повторно вводят в нижнюю часть реактора, где этот газ проходит через распределительную тарелку. Для поддержания желаемых концентраций реагентов добавляют подпиточные потоки сырья.

Свойства полимера, получаемого таким способом, можно регулировать в некоторой степени путем изменения условий работы, включая рабочую температуру, сомономер, тип и количество катализатора и так далее. Такие свойства включают молекулярную массу полимерного продукта, распределение молекулярной массы полимерного продукта, плотность полимера и индекс текучести полимерного продукта.

Один из способов регулирования молекулярной массы полимерного продукта заключается в подаче добавочного материала в реакторную систему. Например, кислород, подаваемый в газофазную систему полимеризации с псевдоожиженным слоем, выступает в качестве каталитического «яда», прекращающего полимеризацию, что обычно приводит к уменьшению молекулярной массы полимерного продукта. Кислород также влияет на распределение молекулярной массы полимерного продукта. Однако также страдает производительность катализатора, что делает добавление кислорода в газофазные реакторные системы полимеризации нежелательным. Таким образом, было бы желательно регулировать молекулярную массу продукта газофазной реакции полимеризации при уменьшении до минимума количества вводимого кислорода или вообще без добавления кислорода.

Также важны свойства полимерного продукта, выгружаемого из реакторной системы, а также продукта в обработанной форме, предназначенного для продажи покупателям. Как правило, полимерный продукт выгружают из реактора и экструдируют с получением более удобной для обращения формы, например шариков или брусков. Индекс текучести полимерного продукта, получаемого в газофазном процессе с использованием катализаторов на основе Cr, конкретно, катализатора, содержащего алкил алюминия, например, этоксид диэтилалюминия (ЭДЭА), имеет тенденцию к уменьшению или иному отрицательному сдвигу (суммарное увеличение молекулярной массы) при пропускании через экструзионную линию, по сравнению с индексом текучести гранулированной смолы, извлеченной непосредственно из реактора. Такое различие индекса текучести между экструдированным материалом и сырым продуктом, или «сдвиг» индекса текучести, обычно является небольшим, в пределах нескольких единиц, например, менее 2 дг/мин при использовании катализаторов на основе Cr.

В некоторых случаях наблюдали значительное изменение индекса текучести частиц полимера различных классов крупности. Если такое различие очень велико, сложно получить надежные данные об индексе текучести объемного материала.

Краткое описание сущности изобретения

Настоящее изобретение в широком смысле направлено на обеспечение различных способов и систем, предназначенных для получения полимера в газовой фазе, включая полиолефины, например, полиэтилен. Настоящее изобретение также в широком смысле направлено на обеспечение различных способов и систем, предназначенных для получения полимера в жидкой фазе, включая полиолефины, такие как полиэтилен. В определенных предпочтительных вариантах способы осуществляют совместно с полимеризационной реакторной системой, например, газофазной или жидкофазной реакторной системой. Настоящее изобретение также в широком смысле направлено на обеспечение различных систем, в которых свойства полимера регулируют.

Способ получения полимера в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает введение катализатора на основе оксида хрома в газофазную реакторную систему, контактирование газообразного мономера и, необязательно, сомономера (сомономеров) с катализатором в реакторной системе, предназначенной для полимеризации мономера и необязательно используемого сомономера с получением полимера; и добавление алкоксида алкилалюминия, такого как этоксид диэтилалюминия (ЭДЭА) в реакторную систему in situ в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

Способ получения полимера в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает введение катализатора на основе оксида хрома, восстановленного этоксидом диэтилалюминия (ЭДЭА) в газофазную реакторную систему, контактирование газообразного мономера и, необязательно, сомономера с катализатором в реакторной системе, предназначенной для полимеризации мономера и необязательно используемого сомономера с получением полимера; и добавление ЭДЭА в реакторную систему in situ в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

Способ получения полиолефина в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает определение рабочей температуры получения полиолефина в реакторной системе с псевдоожиженным слоем; выбор катализатора на основе оксида хрома, восстановленного с помощью ЭДЭА, на основании желаемого свойства полиолефина и рабочей температуры; контактирование мономера и необязательно применяемого сомономера с катализатором в реакторной системе с псевдоожиженным слоем; охлаждение рециркулирующего потока реакторной системы с псевдоожиженным слоем с целью поддержания примерно оптимальной рабочей температуры; добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевого значения; измерение индекса текучести или индекса расплава полимера; и регулирование скорости подачи ЭДЭА, подаваемого in situ, на основании измеренного индекса текучести или индекса расплава.

Способ получения полиолефина в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает определение начальной температуры получения полиолефина в реакторной системе с псевдоожиженным слоем; выбор катализатора на основе оксида хрома, восстановленного с помощью ЭДЭА, на основании желаемого свойства полиолефина и рабочей температуры; контактирование мономера и необязательно применяемого сомономера с катализатором в реакторной системе с псевдоожиженным слоем; охлаждение рециркулирующего потока реакторной системы с псевдоожиженным слоем с целью поддержания примерно начальной рабочей температуры; добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевого значения; измерение индекса текучести или индекса расплава полимера; и увеличение или уменьшение температуры полимеризации на основании измеренного индекса текучести или индекса расплава, необязательно, при регулировании скорости подачи ЭДЭА, подаваемого in situ.

Способ получения полиолефина в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает определение начального набора рабочих условий получения полиолефина в реакторной системе с псевдоожиженным слоем, включая температуру, концентрацию водорода, концентрацию кислорода и, необязательно, концентрацию сомономера; выбор катализатора на основе оксида хрома, восстановленного с помощью ЭДЭА, на основании желаемого свойства полиолефина и рабочей температуры; контактирование мономера с катализатором в реакторной системе с псевдоожиженным слоем; охлаждение рециркулирующего потока реакторной системы с псевдоожиженным слоем с целью поддержания примерно начальной рабочей температуры; добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевого значения; измерение индекса текучести или индекса расплава полимера; и изменение начального набора рабочих условий на основании измеренного индекса текучести или индекса расплава, необязательно, при регулировании скорости подачи ЭДЭА, подаваемого in situ.

Способ получения полимера в соответствии с другим предпочтительным вариантом включает добавление катализатора на основе оксида хрома, восстановленного ЭДЭА, в жидкофазную реакторную систему; контактирование мономера с катализатором в реакторной системе, предназначенной для полимеризации мономера, с получением полимера; и добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

Полимеризационная реакторная система в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает реакторный сосуд; механизм, предназначенный для оперативного добавления катализатора на основе оксида хрома в реакторный сосуд; механизм, предназначенный для оперативного добавления мономера в реакторный сосуд, в котором мономер контактирует с катализатором с получением полимера; и механизм для оперативного добавления алкоксида алкилалюминия, такого как ЭДЭА, in situ в реакторный сосуд в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

Полимерный продукт в соответствии с одним из предпочтительных вариантов включает полимер, особенностью которого является индекс текучести, который изменяется не более чем в 3,5 раза (300%) по всем классам крупности частиц, собранных на ситах с размером отверстий 18, 35 и 60 US меш из полного набора сит, имеющих размеры отверстий, составляющие 10, 18, 35, 60, 120 и 200 US меш.

Способ получения полимера в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом включает введение катализатора на основе оксида хрома в газофазную реакторную систему; контактирование газообразного мономера с катализатором в реакторной системе полимеризации мономера с получением полимера; добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему, причем особенностью полимерного продукта является индекс текучести, который изменяется не более чем в 3,5 раза (500%) по всем классам крупности частиц, собранных на ситах с размером отверстий 18, 35 и 60 US меш из полного набора сит, имеющих размеры отверстий, составляющие 10, 18, 35, 60, 120 и 200 US меш.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлено схематическое отображение определенных предпочтительных вариантов настоящего изобретения, иллюстрирующих внедрение газофазной полимеризационной реакторной системы.

На фиг.2 представлен график зависимости распределения частиц по размерам и индекса текучести от размера отверстий в сите для полимерного продукта, полученного в соответствии со сравнительным примером.

На фиг.3 представлен график зависимости распределения частиц по размерам и индекса текучести от размера отверстий в сите для полимерного продукта, полученного в соответствии с одним из предпочтительных вариантов.

Подробное описание сущности изобретения

Прежде чем будут описаны соединения, компоненты, композиции и/или способы по настоящему изобретению, следует понять, что, если не указано иное, настоящее изобретение не ограничено конкретными соединениями, компонентами, композициями, реагентами, условиями реакций, лигандами, каталитическими структурами и тому подобным, поскольку указанные элементы можно изменять. Также следует понимать, что применяемая в настоящем описании терминология предназначена исключительно для описания конкретных предпочтительных вариантов и не нацелена на ограничение сферы действия настоящего изобретения.

В настоящем описании и пунктах приложенной формулы изобретения применение формы единственного числа включает ссылки на множественное число, если не указано иное.

Было обнаружено, что непрерывное добавление небольших количеств алкоксида алкилалюминия, такого как этоксид диэтилалюминия (ЭДЭА), в качестве отдельного компонента в протекающий процесс газофазной полимеризации, осуществляемый с использованием катализатора на основе оксида хрома (CrOx), приводит к уменьшению молекулярной массы (увеличение индекса расплава). Таким образом, путем добавления в реакторную систему регулируемого количества алкоксида алкилалюминия, например, ЭДЭА, можно регулировать молекулярную массу продукта.

С целью облегчения понимания и внедрения приведенных в настоящем описании идей в контекст, большая часть настоящего описания приведена в отношении ЭДЭА. Это сделано только в качестве примера, и следует понимать, что вместо ЭДЭА в любых предпочтительных вариантах можно применять любой алкоксид алюминия.

Алкоксид алкилалюминия можно определить как соединение, соответствующее общей формуле R₂-Al-OR, в которой R может представлять собой любые алкильные группы, включающие от 1 до 12 атомов углерода, a OR представляет собой алкоксильную или феноксильную группу, включающую от одного до двенадцати атомов углерода. Группы R могут быть одинаковыми или различными.

В настоящем описании под выражениями «в катализаторе» или «на катализаторе», в отношении способа добавления компонента к катализатору, понимают добавление непосредственно к катализатору до введения катализатора в реакторную систему. Следовательно, если компонент добавляют «в катализатор» или «на катализатор», то его добавляют к другим компонентам катализатора до переноса такой совокупности в реакторную систему.

Общий способ по настоящему изобретению можно описать, например, со ссылкой на фиг.1, на которой объемный материал 10 присутствует в газофазной полимеризационной реакторной системе 100. Такой объемный материал может быть газообразным, жидким и/или твердым. В реакторной системе иллюстративные объемные материалы могут включать один или более реакционных сырьевых материалов, таких как сырье, продукты реакции, например, частицы полимера, добавочные компоненты реакции, например, катализаторы, побочные продукты реакции и так далее, а также другие материалы. Таким образом, объемный материал может включать, по существу, чистые индивидуальные материалы, а также комбинации материалов, причем указанный материал (материалы) присутствует в одной или более фазах. Катализатор на основе оксида хрома, который может, необязательно, быть восстановленным с помощью ЭДЭА, добавляют в реакторную систему 100 посредством подходящего механизма, такого как линия подачи 148. Газообразный мономер, добавляемый в реакторную систему с помощью подходящего механизма, например, линии подачи 111, контактирует с катализатором в реакторной системе полимеризации мономера с образованием полимера. ЭДЭА добавляют in situ в реакторную систему 100 с помощью подходящего механизма, такого как линия подачи 148 или другая линия подачи 150, в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

В другом предпочтительном общем подходе описанного общего способа, например, со ссылкой на фиг.1, способ получения полимера включает определение рабочей температуры получения полиолефина в реакторной системе с псевдоожиженным слоем и выбор катализатора на основе оксида хрома, который, необязательно, может быть восстановленным с помощью ЭДЭА, на основании желаемого свойства полиолефина и рабочей температуры.

Мономер контактирует с катализатором в реакторной системе с псевдоожиженным слоем. Рециркулирующий поток реакторной системы с псевдоожиженным слоем, проходящий по линии рециркуляции 122, охлаждают, например, в теплообменнике 124, с целью поддержания примерно оптимальной рабочей температуры. ЭДЭА вводят in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевого значения. Полимер выгружают из реакторного сосуда 110 и измеряют его индекс текучести или индекс расплава с использованием известных в данной области техники методик. Скорость подачи ЭДЭА, добавляемого in situ, регулируют в зависимости от измеренного индекса текучести или индекса расплава, причем индекс текучести или индекс расплава являются индикаторами молекулярной массы полимера. В некоторых случаях как изменение индекса текучести гранулированного, по сравнению с экструдированным образцом, так и изменение индекса текучести частиц полимера различных классов крупности можно значительно уменьшить.

Другой общий способ по настоящему изобретению может включать добавление катализатора на основе оксида хрома, который, необязательно, может быть восстановленным с помощью ЭДЭА, в жидкофазную реакторную систему, контактирование мономера с катализатором в реакторной системе для полимеризации мономера с получением полимера, и добавление ЭДЭА in situ в реакторную систему в количестве, достаточном для уменьшения молекулярной массы полимера до примерно целевой молекулярной массы.

Дополнительные особенности полимеризационных реакторных систем с псевдоожиженным слоем и других газофазных полимеризационных реакторных систем, включая конкретные материалы, применяемые при производстве, описаны ниже, и каждая из описанных ниже особенностей конкретно рассмотрена совместно с различными комбинациями этих и других общих предпочтительных подходов, описанных в настоящем описании.

Настоящее изобретение также включает устройства и системы, эффективные для производства полиолефинов в соответствии с вышеуказанными способами. В общем, такие устройства представляют собой системы или оборудование, включающее один или более механизмов подачи ЭДЭА в полимеризационную реакторную систему.

С целью облегчения понимания читателем, а также с целью внедрения предпочтительных вариантов настоящего изобретения в контекст, большая часть нижеследующего описания будет приведена в отношении коммерческой газофазной реакторной системы для производства полиэтилена. Следует помнить, что это сделано только с помощью не ограничивающего объем настоящего изобретения примера.

В настоящем описании под выражением «in situ», в отношении режима добавления компонента в реакторную систему, понимают добавление компонента в реакторную систему. Таким образом, если катализатор добавляют in situ, его добавляют в реакторную систему и не соединяют с другими компонентами катализатора, что приводило бы к возникновению химической реакции между ними до переноса в реактор. Выражение «добавление в реактор» в настоящем описании является синонимом и используется взаимозаменяемо с выражением «in situ».

Добавление ЭДЭА в полимеризационные реакторные системы

Было обнаружено, что непрерывное добавление небольших количеств ЭДЭА в качестве отдельного компонента в протекающий процесс газофазной полимеризации с использованием катализатора на основе оксида хрома приводит к уменьшению молекулярной массы (увеличение индекса расплава). Таким образом, путем добавления регулируемого количества ЭДЭА в реакторную систему можно регулировать молекулярную массу полимера. Добавление ЭДЭА также уменьшает сдвиг индекса текучести. Сдвиг индекса текучести полимера определяют как разность индекса текучести обработанного (например, экструдированного, гранулированного и так далее) полимерного продукта и индекса текучести гранулированной смолы, извлеченной непосредственно из реакторной системы. Также наблюдали, что добавление in situ ЭДЭА снижает изменения индекса текучести в зависимости от размера частиц полимера, по сравнению с тем случаем, когда ЭДЭА добавляют к катализатору вне реактора.

При применении ЭДЭА для регулирования молекулярной массы могут не потребоваться каталитические яды, такие как кислород; соответственно, улучшается производительность катализатора. Например, если вместо кислорода для регулирования молекулярной массы в реакции газофазной полимеризации этилена с катализатором на основе CrOx применяют ЭДЭА, ожидается, что производительность катализатора улучшится примерно на 15-20% или более, в зависимости от содержания кислорода, которое применили бы в ином случае. В качестве дополнительного преимущества, было обнаружено, что размер частиц смолы увеличивается, а содержание мелких частиц смолы уменьшается, по сравнению с аналогичными процессами, в которых применяют кислород.

Считается, что такие открытия относятся не только к применению ЭДЭА, и применимы и в отношении других алкоксидов алкилалюминия.

Реакторные системы и реакционные процессы

Концепции настоящего изобретения, описанные в настоящем описании, применимы к любым процессам полимеризации, осуществляемым в суспензии, в растворе или газовой фазе, с использованием известного оборудования и условий реакции, и они не ограничены каким-либо конкретным типом полимеризационной системы. Таким образом, несмотря на то, что различные предпочтительные варианты настоящего изобретения описаны в отношении производства полиолефина в газовой фазе, широкие концепции и идеи, описанные в настоящем описании, могут также быть применимы ко многим типам способов, включая, но не ограничиваясь перечисленным, газофазные, газо-/твердофазные, жидко-/ твердофазные, газо-/жидкофазные и газо-/жидко-/твердофазные реакторные системы, включая полимеризационные реакторные системы; газофазные, газо-/твердофазные, жидко-/ твердофазные, газо-/жидкофазные и газо-/жидко-/твердофазные системы с массопереносом; газофазные, газо-/твердофазные, жидко-/твердофазные, газо-/жидкофазные и газо-/жидко-/твердофазные системы с перемешиванием и так далее.

Полимеризационная система может включать одиночный реактор или два или более реакторов, установленных последовательно, и, предпочтительно, процесс в ней осуществляют, по существу, в отсутствие каталитических ядов. Для увеличения активности катализатора можно применять металлорганические соединения в качестве поглощающих агентов с целью поглощения каталитических ядов. Примеры поглощающих агентов включают алкилы металлов, предпочтительно, алкилы алюминия. Их можно подавать в жидкой форме, в виде жидких смесей или нанесенными на твердый носитель, такой как пористый оксид кремния.

Полимеризационные реакторные системы с псевдоожиженным слоем

В каждом из вышеупомянутых общих предпочтительных подходов и/или предпочтительных вариантов система с псевдоожиженным слоем может включать полимеризационную реакторную систему с псевдоожиженным слоем. Как было кратко отмечено выше, газофазные реакции полимеризации можно осуществлять в полимеризационных реакторах с псевдоожиженным слоем, а также их можно осуществлять в реакторных системах с мешалкой или с мешалкой лопастного типа (например, системах с баком с мешалкой), которые могут содержать твердые вещества в газообразной среде. Хотя нижеследующее обсуждение будет относиться к системам с псевдоожиженным слоем, в которых, как было обнаружено, настоящее изобретение особенно предпочтительно и обеспечивает наибольшее преимущество, следует понимать, что общие концепции, относящиеся к добавлению ЭДЭА с целью регулирования молекулярной массы полимера, обсуждаемые в отношении предпочтительных систем с псевдоожиженным слоем, также можно адаптировать к реакторным системам с мешалкой или с мешалкой лопастного типа. Настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным видом газофазной реакторной системы.

Система с псевдоожиженным слоем, в общем, может включать слой частиц, в котором трение покоя между частицами нарушено. В каждом из вышеописанных общих предпочтительных подходов и/или предпочтительных вариантов система с псевдоожиженным слоем представляет собой закрытую систему с псевдоожиженным слоем. Система с псевдоожиженным слоем может представлять собой закрытую систему с псевдоожиженным слоем. Закрытая система с псевдоожиженным слоем может содержать одну или более текучих сред и один или более видов псевдоожиженных частиц, которые обычно разделены барьером, таким образом, что текучие среды и частицы находятся в закрытой среде. Например, закрытая система с псевдоожиженным слоем может включать трубопровод (например, предназначенный для переноса частиц); рециркуляционную систему с псевдоожиженным слоем, например, полимеризационную реакторную систему с псевдоожиженным слоем, представленную на фиг.1 (обсуждаемую выше и ниже); или систему для осушки твердых веществ; любой из указанных элементов может быть связан с различными локальными, коммерческими и/или промышленными способами применения.

В общем, система с псевдоожиженным слоем может быть определена изготовленными (например, созданными человеком) границами, включающими один или более барьеров. Один или более барьеров, определяющих изготовленные границы, могут, в общем, быть сделаны из природных или синтетических материалов. Кроме того, в общем, система с псевдоожиженным слоем (открытая или закрытая) может представлять собой проточную систему, например, систему с непрерывным потоком, или систему с полунепрерывным потоком, например, с прерывистым потоком, систему периодического действия или систему полупериодического действия (которую иногда называют полунепрерывной системой). Во многих случаях системы с псевдоожиженным слоем, представляющие собой проточные системы, являются закрытыми системами с псевдоожиженным слоем.

Псевдоожиженный слой в особенно предпочтительных вариантах обычно формируют с помощью потока газообразной текучей среды, проходящего в направлении, противоположном направлению действия силы тяжести. Сопротивление трения газа при взаимодействии с твердыми частицами преодолевает силу тяжести и суспендирует частицы в псевдоожиженном состоянии, это называют псевдоожиженным слоем. Для поддержания псевдоожиженного слоя в стабильном состоянии приведенная скорость газа, проходящего через слой, должна превосходить минимальную скорость потока, необходимую для псевдоожижения. Увеличение скорости потока псевдоожижающего газа увеличивает степень подвижности частиц в слое и может привести к выгодному или вредному беспорядочному смешиванию частиц. Уменьшение скорости потока приводит к уменьшению силы трения, воздействующей на частицы, что, в конечном счете, приводит к падению слоя. Псевдоожиженные слои, образованные с помощью газов, протекающих в направлении, отличном от вертикального, включают частицы, перемещающиеся в горизонтальном направлении по трубе, частицы, уносимые вниз, например, через сливную трубу, и так далее.

Псевдоожиженные слои также могут быть образованы с помощью воздействия на частицы вибрации или другого перемешивания. Вибрация или перемешивание поддерживают частицы в псевдоожиженном состоянии.

В общем, традиционный процесс полимеризации с псевдоожиженным слоем, предназначенный для получения смол и других видов полимеров, осуществляют путем непрерывного пропускания газообразного потока, включающего один или более мономеров, через реактор с псевдоожиженным слоем при условиях реакции и в присутствии катализатора при скорости, достаточной для поддержания слоя твердых частиц во взвешенном состоянии. Если циркулирующий газовый поток, известный также как рециркуляционный поток или псевдоожижающая среда, нагревают в реакторе с помощью тепла полимеризации, применяют непрерывный контур. Нагретый газообразный поток, также содержащий непрореагировавший газообразный мономер, непрерывно выгружают из реактора, сжимают, охлаждают и возвращают в реактор. Продукт выгружают из реактора, и в систему добавляют подпиточный мономер, например, в рециркулирующий поток или реакторный сосуд, с целью замещения полимеризованного мономера. См., например, патенты US 4543399, 4588790, 5028670, 5317036, 5352749, 5405922, 5436304, 5453471, 5462999, 5616661, 5668228 и 6689847. На фиг.1 показана базовая традиционная система с псевдоожиженным слоем, в которой реакторный сосуд 110 включает реакционную зону 112 и зону снижения скорости 114. Хотя на фиг.1 показана конфигурация реактора, включающая, в общем, цилиндрическую область, находящуюся за расширенной секцией, можно также применять альтернативные конфигурации, например, конфигурацию реактора, включающую полностью или частично конический реактор. В таких конфигурациях псевдоожиженный слой может быть расположен в конической реакционной зоне, но ниже области с большей площадью поперечного сечения, служащей в качестве зоны снижения скорости в более традиционной конфигурации реактора, показанной на фиг.1.

В общем, отношение высоты к диаметру реакционной зоны может изменяться в пределах от примерно 2,7:1 до примерно 5:1. Диапазон может меняться в сторону больших или меньших отношений и, главным образом, зависит от желаемой производственной мощности. Площадь поперечного сечения зоны снижения скорости 114 обычно равна произведению двух множителей, один из которых составляет от примерно 2,5 до примерно 2,9, а другой представляет собой площадь поперечного сечения реакционной зоны 112.

Реакционная зона 112 включает слой растущих частиц полимера, образовавшихся частиц полимера и небольшого количества катализатора, все они находятся в псевдоожиженном состоянии с помощью непрерывного потока, способного к полимеризации и модифицирующего газообразные компоненты, включая инертные вещества, в качестве подпиточного потока и рециркулирующей текучей среды, проходящей через реакционную зону. С целью поддержания стабильного псевдоожиженного слоя, приведенная скорость газа, проходящего через слой, должна превышать минимальную скорость потока, необходимую для псевдоожижения, которая обычно составляет от примерно 0,2 до примерно 0,5 фут./с для полиолефинов. Предпочтительно, приведенная скорость газа, по меньшей мере, на 0,2 фут./с превышает минимальную скорость потока для псевдоожижения или составляет от примерно 0,4 до примерно 0,7 фут./с. Обычно приведенная скорость газа не превышает 5,0 фут./с и, как правило, составляет не более чем примерно 2,5 фут./с.

Во время запуска в реактор обычно загружают слой частиц полимера, после чего начинают подачу потока газа. Такие частицы способствуют предотвращению образования локальных «горячих точек» после начала подачи катализатора. Частицы могут быть такими же, как получаемый полимер, или другими. Если они отличаются от получаемого полимера, их, предпочтительно, выгружают вместе с только что полученными частицами желаемого полимера в составе первого продукта. В конечном итоге, псевдоожиженный слой, состоящий из частиц желаемого полимераЮ замещает слой, использованный при запуске.

Псевдоожижение достигают с помощью высокой скорости рециркуляции текучей среды, поступающей к слою и проходящей через слой, обычно, эта скорость примерно в 50 раз превышает скорость потока сырьевой или подпиточной текучей среды. Такая высокая скорость рециркуляции обеспечивает необходимую приведенную скорость газа для поддержания псевдоожиженного слоя. Псевдоожиженный слой обычно имеет вид плотной массы независимо движущихся частиц, создаваемой при проникновении газа через слой. Падение давления в слое равно или слегка превышает массу слоя, разделенную на площадь поперечного сечения.

Вновь, со ссылкой на фиг.1, подпиточные текучие среды можно подавать в точках 118 и 119 через линию рециркуляции 122. Состав рециркулирующего потока обычно измеряют с помощью газового анализатора 121, после чего состав и количество подпиточного потока регулируют соответствующим образом с целью поддержания, по существу, стационарного состава в реакционной зоне. Газовый анализатор 121 может быть расположен таким образом, чтобы в него поступал газ из точки, находящейся между зоной снижения скорости 114 и теплообменником 124, предпочтительно, между компрессором 130 и теплообменником 124.

С целью обеспечения полного псевдоожижения, рециркуляционный поток и, если это требуется, по меньшей мере, часть подпиточного потока можно вернуть в реактор, например, во впускное отверстие 126, расположенное ниже слоя, по линии 122. Предпочтительно, над точкой возврата находится газовая распределительная тарелка 128, предназначенная для облегчения равномерного псевдоожижения слоя и в качестве опоры для твердых частиц перед запуском или после выключения системы. Поток, проходящий вверх через слой и выходящий из слоя, способствует удалению тепла, созданного экзотермической реакцией полимеризации.

Часть газообразного потока, протекающего через псевдоожиженный слой, не вступившая в реакцию в слое, становится рециркуляционным потоком, выходящим из реакционной зоны 112, и направляется в зону снижения скорости 114, расположенную выше слоя, в которой большая часть захваченных частиц падает обратно в слой, что снижает унос твердых частиц. После этого рециркулирующий поток сжимают в компрессоре 130 и пропускают через теплообменник 124, в котором из рециркулирующего потока удаляют тепло реакции, после чего этот поток возвращают в слой. Следует отметить, что теплообменник 124 может также быть расположен перед компрессором 130. Иллюстративный теплообменник 124 представляет собой кожухотрубный теплообменник, в котором рециркулирующий газ проходит через трубы.

Рециркулирующий поток, выходящий из теплообменной зоны, возвращают в реактор в его основании 126, а затем в псевдоожиженный слой через газовую распределительную тарелку 128. Дефлектор 132 потока текучей среды, предпочтительно, установлен во входном отверстии реактора с целью предотвращения оседания и агломерации частиц полимера, находящихся в потоке, с образованием твердой массы, а также для поддержания в унесенном состоянии или для повторного уноса всех частиц или жидкости, которые могут оседать или возвращаться.

На фиг.1 полимерный продукт выгружают из линии 144. Хотя это и не показано, желательно отделять все текучие среды от продукта и возвращать текучую среду в реакторный сосуд 110.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, катализатор полимеризации поступает в реактор в твердой или жидкой форме в точке 142 по линии 148. Один или более добавляемых со-катализаторов можно вводить отдельно в реакционную зону, в которой они вступят в реакцию с катализатором с образованием каталитически активного продукта реакции и/или повлияют на реакцию, происходящую в реакторной системе. Однако катализатор и со-катализатор (со-катализаторы) можно смешивать перед их введением в реакционную зону.

Реактор, показанный на фиг.1, особенно подходит для получения полиолефинов, например, полиэтилена и/или полипропилена. Условия процесса, сырьевые материалы, катализаторы и тому подобные параметры, предназначенные для получения различных полиолефинов и других продуктов реакции, описаны в ссылках, приведенных в настоящем описании. Иллюстративные условия процесса для реакций полимеризации, в общем, перечислены ниже с целью обеспечения общего руководства.

Реакционный сосуд, например, имеет внутренний диаметр, составляющий, по меньшей мере, примерно 2 фута, и обычно составляющий более чем примерно 10 футов, и он может превышать 15 или 17 футов.

Давление в реакторе в газофазном процессе может составлять от примерно 100 фунт./кв.дюйм (отн.) (690 КПа) до примерно 600 фунт./кв.дюйм (отн.) (4138 КПа), предпочтительно от примерно 200 фунт./кв.дюйм (отн.) (1379 КПа) до примерно 400 фунт./кв.дюйм (отн.) (2759 КПа), более предпочтительно, от примерно 250 фунт./кв.дюйм (отн.) (1724 КПа) до примерно 350 фунт./кв.дюйм (отн.) (2414 КПа).

Температура в реактор