Способ контроля полимеризации

Способ контроля полимеризации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В настоящем изобретении предлагается способ контроля сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ поддержания непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме при эксплуатации с одновременным обеспечением высокой объемной производительности и степенью конденсации в присутствии катализатора полимеризации.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ непрерывной сополимеризации олеинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем при эксплуатации с высокой объемной производительностью и степенью конденсации в присутствии катализатора полимеризации, при этом для поддержания реактора с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме контролируют вариабельную величину DT псевдоожиженного слоя полимера.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем при эксплуатации с высокой объемной производительностью и степенью конденсации в присутствии катализатора полимеризации, при этом для поддержания реактора с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме контролируют подачу жидкости.

Способы сополимеризации олефинов в газообразной фазе широко известны специалистам в данной области техники. Указанные процессы можно проводить, например, при подаче газообразного мономера и сомономера в газообразный псевдоожиженный слой, включающий полиолефин и катализатор для полимеризации.

При полимеризации олефинов в газообразном псевдоожиженном слое, полимеризацию проводят в реакторе с псевдоожиженным слоем, где слой частиц полимера поддерживают в псевдоожиженном состоянии с использованием восходящего потока газа, включающего газообразный мономер. При запуске указанной полимеризации обычно используют слой частиц полимера, подобного полимеру, который требуется получить. В ходе полимеризации свежий полимер образуется при каталитической полимеризации мономера, и полимерный продукт удаляют для поддержания более или менее постоянного объема слоя. Предпочтительный промышленный способ включает использование решетки для ожижения, которая служит для распределения ожижающего газа в слое и для поддержки ожиженного слоя, когда подачу газа отключают. Полученный полимер обычно удаляют из реактора с использованием выпускного трубопровода, установленного в нижней части реактора рядом с решеткой для ожижения. Псевдоожиженный слой включает слой растущих частиц полимера. Указанный слой поддерживают в псевдоожиженном состоянии с использованием непрерывного восходящего потока ожижающего газа, поступающего от нижней части реактора.

Полимеризация олефинов является экзотермической реакцией и поэтому необходимо обеспечивать охлаждение слоя для удаления тепла полимеризации. В отсутствие такого охлаждения температура слоя повышается и, например, катализатор инактивируется или частицы полимера становятся слишком клейкими и слой начинает слипаться. При полимеризации олефинов в псевдоожиженном слое предпочтительным способом удаления тепла полимеризации является введение в реактор для полимеризации газа, ожижающего газа, температура которого является более низкой, чем требуемая температура полимеризации, пропускание газа через псевдоожиженный слой для удаления тепла полимеризации, удаление газа из реактора и охлаждение его при пропускании через внешний теплообменник и его рециркуляция. Температуру рециркулирующего газа можно контролировать в теплообменнике для поддержания псевдоожиженного слоя при требуемой температуре полимеризации. В указанном способе полимеризации α-олефинов рециркулирующий газ обычно включает мономер и олефины-сомономеры, не обязательно совместно, например, с инертным разбавителем, таким как азот и/или один или более алканов (например, один или более газов, выбранных из пропана, бутана, пентана, гексана, гептана, октана) и/или газообразный агент передачи цепи, такой как водород. Таким образом, рециркулирующий газ служит для подачи мономера в слой, для псевдоожижения слоя и для поддержания слоя при требуемой температуре. Мономеры, потребленные в ходе реакции полимеризации, обычно заменяют при подаче свежих газа или жидкости в зону полимеризации или реакционную петлю.

Специалисту в данной области известно, что в технологии полимеризации в псевдоожиженном слое можно эффективно использовать некоторые жидкости, чтобы ускорить удаление тепла из слоя полимера и соответственно увеличить производительность. Такие условия можно обеспечить охлаждением рециркулирующего газа ниже его точки росы, таким образом, в реактор при рециркуляции подается жидкость.

Например, в патентах ЕР 89691 и ЕР 0241947 описана подача в рециркулирующий поток инертной жидкости для повышения его точки росы. В результате такая возможность удалять большие количества тепловой энергии, в течение более короткого периода времени позволяет увеличить производительность типичного экзотермического реактора с псевдоожиженным слоем. Указано, что входное отверстие для двухфазного рециркулирующего потока должно быть ниже псевдоожиженного слоя (зоны полимеризации) для обеспечения однородности направленного вверх газового потока и для поддержания слоя в состоянии суспензии. Сообщается также, что не возникает значительного градиента температуры в верхней части слоя, в то время, как градиент температуры существует в нижней части слоя в интервале от приблизительно 6 до 12 дюймов, между температурой вводимой жидкости и температурой остального слоя.

В заявке WO 9428032 описано отделение по крайней мере части конденсированной жидкости от рециркулирующего газообразного потока и его введение в псевдоожиженный слой в той же точке или выше нее, где газообразный поток, проходящий через псевдоожиженный слой, в основном достигает температуры газообразного потока, удаляемого из реактора. Рекомендуется, чтобы входное отверстие или отверстия для введения жидкости в псевдоожиженный слой располагались приблизительно на приблизительно 50-70 см выше решетки для псевдоожижения.

В заявке сообщается, что полимеризацию олефинов из газообразных предшественников в псевдоожиженном слое в промышленном масштабе, как правило, проводят в основном в изотермических, стационарных условиях. Однако, несмотря на то что по крайней мере большую часть псевдоожиженного слоя поддерживают при требуемой в основном постоянной температуре полимеризации (изотермическая полимеризация), обычно существует градиент температуры в области слоя, расположенного непосредственно над входным отверстием для введения охлажденного рециркулирующего газообразного потока в слой. Нижний предел температуры в указанной зоне, где существует градиент температуры, равный температуре входящего охлажденного рециркулирующего газообразного потока, а верхний предел равен, как правило, температуре изотермического слоя. В промышленных реакторах, в которых используется решетка для псевдоожижения слоя, указанный градиент температуры обычно существует в слое на расстоянии приблизительно от 15 до 30 см (от 6 до 12 дюймов) выше решетки.

В заявках WO 9425495, WO 9425497, WO 9610590 и WO 9610591 ("Dechellis"), несмотря на утверждение, что можно достичь более высокой степени конденсации, также сообщается, что объемная плотность псевдоожиженной массы (FBD), и прежде всего соотношение объемной плотности псевдоожиженной массы и плотности неподвижного слоя (SBD) являются определяющими факторами для стабильной эксплуатации, когда в рециркулирующем потоке используются более значительные количества жидкости. Предполагают, что входное отверстие рециркулирующего потока предпочтительно должно быть ниже псевдоожиженного слоя, чтобы обеспечить однородный рециркулирующий поток для поддержания псевдоожиженного слоя в состоянии суспензии и гарантировать однородность рециркулирующего потока, проходящего вверх через псевдоожиженный слой.

В ряде примеров, описанных в заявке WO 9425495, описана чрезвычайно высокая степень конденсации, которая достигается благодаря контролю соотношения FBD и SBD, причем процесс полимеризации проводят в других условиях, т.е. включая рециклизацию потоков газ/жидкость под решеткой для псевдоожижения.

В заявке US 6391985 описан способ достижения и использования высокого содержания жидкости в рециркулирующем потоке за счет преднамеренной регулировки условий в реакторе в диапазоне от псевдоожижения методом барботирования до турбулентного псевдоожижения и повышения уровня конденсации (количества жидкости, поступающей в составе рециркулирующего потока) до требуемого уровня 17,5% или более, предпочтительно 20% или более.

В указанной заявке также рекомендуется использовать соотношение FBD и SBD менее 0,59, т.е. условия, полностью противоположные описанным в заявке Dechellis.

Несмотря на множество публикаций, в которых предлагается контроль условий в реакторах полимеризации в газообразной фазе, эксплуатируемых при высоких уровнях конденсации, для специалистов в данной области все еще существует потребность в работке простых способов, позволяющих получать полимеры в промышленных масштабах с высокой производительностью и значительными уровнями конденсации, в стабильных и надежных условиях. Действительно, большинство примеров, описанных в данной области и приведенных в данном контексте, фактически основаны на экстраполяциях, компьютерном моделировании и/или на условиях, которые не, являются типичными для истинных промышленных процессов. Реальные промышленные процессы согласно уровню техники, представляют собой значительные ограничения, как следует, например, из заявки WO 2009096937, в которой большое внимание уделено различным способам и системам для детектирования скопления жидкости в системах реактора, таких как, например, система реактора полимеризации в газовой фазе. В этой заявке указывается, что избыточный объем конденсации может приводить к накоплению жидкости в придонной зоне реактора, в области ниже распределительной тарелки. Такое скопление жидкости часто представляет собой "облако" или туман мельчайших капель жидкости, суспендированных в газообразной фазе, и может достигать тысяч фунтов суспендированной жидкости. Указанное скопление жидкости может приводить к проблемам с нестабильностью псевдоожиженного слоя. Например, снижение концентрации конденсирующего агента в циркулирующем газе приводит к снижению эффективности удаления тепла, что может приводить к повышению температур выше температуры плавления полимера.

В заявке WO 2009096937 также четко описаны проблемы, связанные с повышенной степенью конденсации, например, указано, что "Таким образом, в полимерной промышленности существует потребность в других способах эксплуатации для увеличения производительности реакций полимеризации, причем эти другие способы не должны основываться на непрерывном увеличении количества конденсируемого компонента в циркулирующем газе".

В ходе продолжительных экспериментов заявителем было неожиданно установлено, что использование некоторых более жестких условий эксплуатации, включающих, например, высокую объемную производительность и высокие степени конденсации в высокопроизводительных промышленных реакторах полимеризации в газообразной фазе, прежде всего, в реакторах с большим диаметром, может приводить к тому, что слой полимера становится менее однородным, поведение негомогенного слоя полимера может вызвать значительные эксплуатационные проблемы, которые могут привести к экстремальной ситуации, к остановке процесса. Действительно, на эксплуатационную пригодность процесса получения полиолефинов в газообразной фазе может влиять образование агломератов и/или отложений на стенках реактора, когда не обеспечиваются надлежащие интервалы эксплуатационных параметров и гомогенность жидкого слоя. Горячие участки в реакторе часто указывают на то, что реактор работает в условиях синтеза в гетерогенной фазе, а также указывают на образование большого сгустка или горячие участки являются причиной образования большого сгустка, который со временем нарушает процесс псевдоожижения, что в конечном итоге приведет к остановке процесса.

Заявителем был разработан способ эффективного контроля сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем в указанных жестких условиях эксплуатации.

Прежде всего, заявителем был разработан способ поддержания непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме и с одновременном обеспечением высокой объемной производительности и степени конденсации в присутствии катализатора полимеризации.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем при эксплуатации с высокой объемной производительностью и степенью конденсации в присутствии катализатора полимеризации, при этом переменную DT для псевдоожиженного слоя полимера контролируют для поддержания реактора с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в крупномасштабном реакторе с псевдоожиженным слоем при эксплуатации с высокой объемной производительностью и степенью конденсации в присутствии катализатора полимеризации, при этом подачу жидкости контролируют для поддержания реактора с псевдоожиженным слоем в гомогенном режиме.

Настоящее изобретение является пригодным для промышленных реакторов для полимеризации в газообразной фазе с высокой объемной производительностью.

Реакторы с псевдоожиженным слоем по настоящему изобретению можно представить как первый объем, корпус (стенка) которого состоит по крайней мере из одной поверхности вращения, которое происходит вокруг, вертикальной оси, известной как ось вращения прямолинейного и/или криволинейного сегмента, над которым предпочтительно расположен второй объем, так называемый сепаратор, корпус (стенка) которого также состоит по крайней мере из одной поверхности вращения вокруг той же вертикальной оси, называемой осью вращения, прямолинейного и/или криволинейного сегмента. В соответствии со своим названием сепаратор, прямоугольная секция второго объема (расположенная непосредственно над линией соединения двух объемов), находится выше прямоугольной секции первого объема (в положении, расположенном в ее верхней точке).

Типичные реакторы с псевдоожиженным слоем, применяемые для полимеризации олефина(ов) в газообразной фазе, обычно включают цилиндр (1), характеризующийся диаметром "D" и высотой "Н", с вертикальной осью, выше которого предпочтительно установлен сепаратор (3), как указано на фиг. 1, где схематично изображен предпочтительный аппарат для полимеризации в газообразной фазе по настоящему изобретению.

Верхняя часть сепаратора (3) образует крышку корпуса (2). В основании реактора предусмотрена входная камера (9) для реакционной газообразной смеси, расположенная под решеткой для псевдоожижения (4). Устройство дополнительно включает в себя внешний трубопровод (5) для циркуляции реакционной газообразной смеси, связывающий крышку корпуса (2) реактора с входной камерой (9) для реакционной газообразной смеси, включающий компрессор (8) и по меньшей мере один теплообменник (6, 7). Один или несколько питательных трубопроводов (10) для составляющих реакционной газообразной смеси предусмотрены на внешнем циркуляционном трубопроводе (5). Указанный реактор также имеет входную линию (11) для подачи катализатора в реактор и выпускной трубопровод (12) для удаления полимерного продукта.

Известно, что основной функцией сепаратора является замедление восходящего газового потока, который, после прохождения через псевдоожиженный слой, может захватывать относительно большие количества твердых частиц. В результате большая часть захваченных твердых частиц возвращаются непосредственно в псевдоожиженный слой. Только самые мелкие частицы могут быть удалены из реактора с потоком газа.

В принципе, псевдоожиженный слой может занимать всю цилиндрическую зону реактора, часть, которая поднимается над высотой Н, начиная с основания псевдоожиженного слоя, которое обычно совмещается с решеткой для псевдоожижения (4). На практике псевдоожиженный слой обычно может занимать только часть цилиндрической части реактора с псевдоожиженным слоем, в результате реальная высота псевдоожиженного слоя (h) составляет 0,85×Н, предпочтительно 0,90×Н, и прежде всего 0,95×Н, и псевдоожиженный слой также может занимать, по крайней мере частично, второй объем реактора, например, реальная высота псевдоожиженного слоя (h) равна по величине Н, или 1,05×Н, или 1,10×Н, или даже 1,15×Н. Реальная высота псевдоожиженного слоя (h) также может изменяться в ходе процесса полимеризации, например, предпочтительно в пределах указанных выше величин. Радиоактивный контроль уровня псевдоожиженного слоя сам по себе обеспечивает точный контроль высоты слоя, снижая возможность бесконтрольного увеличения высоты слоя.

Указанные системы широко известны, например, такие как поставляемые фирмами Berthold Technologies GmbH & Со KG, Германия, или Ohmart/VEGA Corporation, США.

В контексте исследования, связанного с увеличением производительности промышленных предприятий по полимеризации олефинов в газообразной фазе, заявителем было установлено, что использование жестких условий эксплуатации реакторов большого диаметра может вызвать переход слоя полимера в негомогенный режим, что приводит к существенным производственным проблемам.

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в вертикальном реакторе с псевдоожиженным слоем, первый объем которого составляет по крайней мере 250 м³, причем указанный способ проводят при степени конденсации более 15 мас. %, в присутствии катализатора полимеризации, с объемной производительностью 120 кг/(м³×ч) или более, и указанный способ характеризуется тем, что операции контролируют для поддержания псевдоожиженного слоя полиолефинов в гомогенном состоянии.

В настоящем изобретении, прежде всего, предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в вертикальном реакторе с псевдоожиженным слоем, первый объем которого составляет по крайней мере 250 м³, причем указанный способ проводят при степени конденсации более 15 мас. %, в присутствии катализатора полимеризации, с объемной производительностью 120 кг/(м³×ч) или более, и указанный способ характеризуется тем, что операции контролируют для поддержания параметра DT менее 2,5,

где

где

Z обозначает степень конденсации, выраженную в мас. %,

X обозначает массовое соотношение объема жидкости, поданной непосредственно в псевдоожиженный слой над решеткой для псевдоожижения, и общего количества жидкости, поданной в реактор,

K обозначает безразмерный калибровочный фактор, равный 1,46, STY обозначает объемную производительность, выраженную в [кг/(м³×ч)],

Н обозначает расстояние от основания псевдоожиженного слоя до верхней части первого объема реактора (выраженное в метрах),

Тепл. полим. обозначает теплоту полимеризации, выраженную в ккал/кг полимера,

Vf обозначает псевдоожижающую скорость ожижающего газа (выраженную в м/сек),

Rho РЕ обозначает плотность порошкообразного полимера, выраженную в кг/м³, а

Ср РЕ обозначает теплоемкость твердого полимера, выраженную в ккал/кг⋅С.

Таким образом, в контексте настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения

Z обозначает степень конденсации, выраженную в мас. %, причем Z известна специалистам в данной области, и описана во введении указанного описания,

STY, объемная производительность, выраженная в [кг/(м³×ч)], также известна и обозначает массу полученного полимера в единицу времени и в единице объема реактора. Объем реактора рассчитывают по формуле 3,1416×D²×H×1/4 (в м³), где D обозначает диаметр реактора (D измеряется в метрах). Массу полученного в единицу времени полимера рассчитывают как среднюю скорость подачи (со)мономеров (следовательно, пренебрегая небольшими отклонениями вследствие потерь (со)мономеров, например, в результате продувки),

Н обозначает расстояние от основания псевдоожиженного слоя (например, решетки для псевдоожижения) до верхней части первого объема (например, верхней части цилиндрической секции) реактора (выраженное в метрах),

Тепл. полим. обозначает теплоту полимеризации, выраженную в ккал/кг полимера. Для расчета параметра DT по настоящему изобретению и определенного в прилагаемой формуле изобретения, использованная величина "Тепл. полим." (в ккал/кг полимера) равна соответственно

921 для гомополимера этилена (НР-С2)

591 для гомополимера пропена (НР-С3)

461 для гомополимера бутена (НР-С4)

338 для гомополимера пентена (НР-С5)

236 для гомополимера гексена (НР-С6)

200 для гомополимера гептена (НР-С7)

150 для гомополимера октена (НР-С8).

Для сополимеров, включающих два или более указанных выше мономеров, величина "Тепл. полим.", используемая для расчета параметра DT, равна

0,01×Σ(HP-Ci×Ci),

где Ci обозначает концентрацию в мас. % мономера "i", включенного в конечный полимер. Указанную концентрацию Ci предпочтительно определяют методом ¹³С-ЯМР спектроскопии (¹³С ЯМР).

Vf обозначает псевдоожижающую скорость ожижающего газа в свободной секции реактора (выраженную в м/сек). Термин «свободная секция реактора» обозначает, что в реакторе отсутствует порошок, и что величину измеряют при давлении и температуре полимеризации. Указанную величину Vf предпочтительно рассчитывают делением скорости потока рециркулирующего газа (Q в м³/ч на единицу сечения реактора (S в м²), где

Q можно измерять любым пригодным способом, например, с использованием расходомера, установленного в рециркуляционном трубопроводе перед (первым) теплообменником - специалисту в данной области известно, как перевести указанную скорость потока в действительную скорость потока, т.е. с учетом температуры и давления внутри реактора (в центре реактора на высоте "Н"), а

S=3,1416×D²/4, где D обозначает диаметр реактора (D выражен в м),

Rho РЕ обозначает плотность порошкообразного полимера, выраженную в кг/м³ и измеренную согласно стандарту ISO 1183-2 (август 2004) "Способ D" (т.е. иммерсионным методом анализа твердых пластмасс (колоночный градиент)), а

Ср РЕ обозначает теплоемкость твердого полимера, выраженную в ккал/кг⋅С. Для расчета параметра DT по настоящему изобретению и определенного в прилагаемой формуле изобретения, используемая величина Ср РЕ составляет соответственно

- 0,5 для (со-)полимеров этилена, а

- для других сополимеров Ср РЕ можно получить согласно стандарту ASTM D3418-08 (Стандартный способ определения температур перехода и энтальпий плавления и кристаллизации полимеров методом дифференциальной сканирующей калориметрии).

Вертикальные реакторы с псевдоожиженным слоем, использованные в настоящем изобретении, обычно включают первый объем в форме цилиндра диаметром "D" и высотой "Н", как изображено на фиг. 1, причем указанная величина Н измеряется от основания псевдоожиженного слоя (от уровня решетки для псевдоожижения). Таким образом, настоящее изобретение прежде всего относится к вертикальным цилиндрическим реакторам с псевдоожиженным слоем, для которых величина "3,141×D²×H/4" составляет по крайней мере 250 м³.

Например, первый объем вертикального реактора с псевдоожиженным слоем, как описано в данном контексте, может составлять по крайней мере 270 м³, или даже по крайней мере 300 м³.

На практике сам по себе псевдоожиженный слой обычно может занимать по крайней мере 80% первого объема, например, по крайней мере 90% первого объема или даже весь первый объем, а также он может занимать по крайней мере частично второй объем реактора, например, часть сепаратора. Таким образом, псевдоожиженный слой может характеризоваться общим объемом, превышающим первый объем, например, может составлять 105%, 110% или даже 120% или более от величины первого объема.

Объем псевдоожиженного слоя также может изменяться в ходе процесса полимеризации, например, в пределах указанных выше величин, например, от 80% до 120% первого объема, предпочтительно от 90% до 110% первого объема.

Специалисту в данной области техники представляется очевидным, что преимущества настоящего изобретения можно применять к вертикальным псевдоожиженным слоям, которые существуют только в вертикальном цилиндре, т.е. в отсутствие сепаратора. В такой специфической конфигурации, первый объем, как определено выше, становится единственным объемом реактора и псевдоожиженный слой сам по себе обычно занимает менее 90% объема реактора, например, от 70 до 85% объема цилиндрического реактора.

В такой специфической конфигурации величину Н (расстояние от основания псевдоожиженного слоя до верхней части цилиндрической секции - непосредственно под крышкой корпуса, при наличии), используемую в настоящем изобретении, прилагаемой формуле изобретения и прежде всего в формуле для расчета DT, следует умножить на фактор 0,775.

Диаметр D первого объема, как определено в настоящем описании выше, составляет предпочтительно по крайней мере 4 м, например, по крайней мере 4,3 м, или даже по крайней мере 4,5 м, прежде всего по крайней мере 4,75 м, или даже по крайней мере 4,90 м.

Поскольку настоящее изобретение вместе со всеми вариантами его осуществления теоретически применимо к реакторам со значительно большим диаметром, оно прежде всего применимо к реакторам, с диаметром менее 6 м, или даже менее 5,5 м.

Для реакторов, которые не являются строго цилиндрическими, диаметр D соответствует среднему диаметру первого объема.

Для реакторов с решеткой, которая не является строго горизонтальной, высота Н измеряется от нижнего уровня слоя и/или решетки.

Таким образом, заявителем было экспериментально установлено, что в зависимости от геометрической конфигурации реактора и при более экстремальных условиях процесса, таких как, например, высокие значения STY и высокие степени конденсации, поведение псевдоожиженного слоя может значительно изменяться, на что указывает, например, значительное снижение равномерности температуры через весь псевдоожиженный слой полимера.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения соотношение H/D первого объема реактора составляет более 3,75, например более 3,90.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения соотношение H/D первого объема реактора составляет менее 5, предпочтительно менее 4,5, например менее 4,20.

Как указано в данном контексте, специалисту в данной области представляется очевидным, что температура псевдоожиженного слоя полимера в зоне, расположенной приблизительно на 30 см выше решетки для псевдоожижения до верхней части слоя, является чрезвычайно равномерной. Температуру псевдоожиженного слоя обычно представляли как градиент температуры от низкой температуры охлажденного ожижающего газа, поступающего в слой через решетку для псевдоожижения и в основном до постоянной температуры в основной части псевдоожиженного слоя.

Теперь заявитель оспаривает это представление на основании данных, приведенных в данном контексте. Действительно, заявителем было установлено, что существует некоторая критическая неоднородность температуры через весь псевдоожиженный слой полимера. Указанное открытие было установлено благодаря разработке имитационных моделей с использованием инструментов для вычислительной гидрогазодинамики (Computational Fluid Dynamic, "CFD"), результаты которой подтверждены экспериментальными и производственными данными, как описано в данном контексте.

В программном обеспечении для вычислительной гидрогазодинамики используются неэмпирические уравнения (такие как уравнения Навье-Стокса), решаемые при расчете конечных элементов для моделирования динамического поведения жидкости в реакторе для полимеризации в псевдоожиженном слое. Гидродинамику в псевдоожиженном слое подтверждали экспериментально по профилю вязкости индивидуальных частиц полимера в псевдоожиженном слое, который исследовали методом позитронно-эмиссионного анализа (PET). Ссылку на указанный метод PET можно найти на сайте http://www.np.ph.bham.ac.uk/pic/pept. Затем для расчета использовали программное обеспечение для оценки профилей температуры в псевдоожиженном слое с учетом переноса тепла. Указанные профили сравнивали и подтверждали с использованием реальных профилей температуры на промышленных предприятиях.

Результаты этих расчетов свидетельствовали о том, что в реакторе для полимеризации в псевдоожиженном слое существует петля интенсивной циркуляции твердого материала и газа, с восходящим потоком в центре и нисходящим потоком на периферии реактора, как показано на фиг. 2. На основании многочисленных экспериментов и накопленной информации заявители сделали вывод, что указанная петля циркуляции является единственной петлей со скоростью циркуляции, которая является кратной скорости псевдоожижения. Кроме того, заявителем было установлено, что интенсивность внутренней циркуляции пропорциональна скорости псевдоожижения. Указанная интенсивная циркуляция играет основную роль в гомогенности жидкого слоя реактора. Чем больше интенсивность циркуляции, тем меньше различия температуры в различных зонах реактора при данной производительности.

Профили температуры в жидком слое реактора моделировали с использованием программного обеспечения CFD. В результате было установлено, что на дне реактора, непосредственно над решеткой, находится зона низкой температуры, которая проходит через центр в результате поступления потока холодного газа, или потока газа и жидкости (когда жидкость поступает ниже решетки для псевдоожижения слоя) через решетку для псевдоожижения. Однако очень скоро над решеткой поток газа полностью смешивается с интенсивным потоком рециркуляции твердого вещества и газа в реакторе, который в значительной степени уменьшает различие между локальной температурой и средней температурой полимеризации. В результате заявителем было установлено, что присутствует центральная зона, где температура незначительно повышается в направлении вверх по слою, и напротив периферическая зона, где температура повышается по направлению вниз вдоль стенки. Этот профиль температуры указывает на то, что максимальное различие температур обычно наблюдается между центральной зоной и периферической зоной реактора приблизительно в нижней трети реактора.

Заявителями было установлено, что при эксплуатации крупномасштабных реакторов для полимеризации в более жестких условиях, как указано в настоящем изобретении, происходит экспоненциальное образование агломератов и отложений, вероятно, из-за более значительного различия температур внутри псевдоожиженного слоя и менее стабильных условий эксплуатации, наблюдаемых в реакторе. В результате указанного открытия, заявителем неожиданно было установлено, что существует строгая корреляция между указанным максимальным различием температур и значением переменной DT, используемой в настоящем изобретении.

Как уже отмечалось, указанная корреляция имеет значение для крупномасштабных реакторов (т.е. реакторов с диаметром более 4 м и первый объем которых составляет по крайней мере 250 м³). Без учета указанной теории, заявитель предполагает, что негомогенность в указанных реакторах может внезапно экспоненциально увеличиваться, когда соотношение объема и поверхности и/или объема реактора увеличивается из-за снижения интенсивности режима турбулентности (число Рейнольдса).

Таким образом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения заявителем было установлено, что для сохранения стабильной зоны эксплуатации реактора переменную величину DT следует поддерживать менее 2,5, переменную величину DT предпочтительно поддерживать менее 2,4, более предпочтительно менее 2,3, чтобы обеспечить некоторый безопасный предел операций в реакторах для полимеризации в псевдоожиженном слое, рассматриваемых в настоящем контексте. Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, переменную величину DT следует поддерживать на уровне более 0,5, предпочтительно более 1.

Поддержание значения DT можно осуществлять различными способами, например:

- снизить производительность для данного объема реактора (низкое значение STY), и/или

- повысить скорость псевдоожижения, и/или

- уменьшить высоту реактора.

Однако указанные способы поддержания достаточно высокой равномерности иногда могут противоречить требованиям, предъявляемым к промышленным реакторам, которые включают увеличение размеров реактора и его производительности. Поэтому существует интерес к поиску дополнительных альтернативных способов поддерживать равномерность температуры в реакторе.

В большинстве реакторов для полимеризации в жидком слое охлаждение полимеризационной смеси осуществляют при пропускании через решетку интенсивного потока холодного газа и, кроме этого, некоторого количества жидкости. С недавнего времени, с увеличением емкости трубопроводов, доля охлаждения, которое достигается упариванием указанной жидкости в жидком слое, достигает значительной величины, т.е. 40% или более, при соотношении жидкости и газа до 15% или более.

В реакторах некоторых других конструкций, по крайней мере частично жидкость подают в слой обычно в нижней зоне реактора на небольшом расстоянии от решетки. В обоих случаях количество охлаждающих компонентов, поданных в жидкий слой, локализовано на дне реактора. Поэтому охлаждающие компоненты сконцентрированы в ограниченной зоне реактора.

Как показано на модели CFD, указанные охлаждающие компоненты переносятся в интенсивный рециркуляционный поток твердых веществ и газа в центральной части реактора, и теплота полимеризации постепенно переносится в рециркуляционный поток вдоль внутренней петли, при этом температура непрерывно повышается до тех пор, пока рециркулирующие твердые вещества не достигнут придонной периферической зоны жидкого слоя.

Указанная конфигурация не способствует высокой температурной однородности в слое, прежде всего при высокой объемной производительности ("STY"). Как показано в примере для сравнения 3, разность температур между горячими зонами и холодными зонами реактора может быстро достигать 3°С или более.

С другой стороны, неожиданно было установлено, что соответствующее разделение охлаждающих компонентов при подаче жидкости в различные зоны жидкого слоя может заметно увеличить степень температурной однородности даже при очень высоких STY.

Таким образом, в дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ непрерывной сополимеризации олефинов в газовой фазе в вертикальном реакторе с псевдоожиженным слоем, первый объем которого составляет по крайней мере 250 м³ и в котором решетка для псевдоожижения расположена на основании псевдоожиженного слоя, причем указанный процесс проводят при степени конденсации более 15 мас. % в присутствии катализатора полимеризации, с объемной производительностью равной 120 кг/(м³×ч) или более, при этом операции контролируют при повторном добавлении всей жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой, т.е. в зоны, которые расположены не ниже основания псевдоожиженного слоя (например, не ниже решетки для псевдоожижения).

При том что эта модель позволяет значительно улучшить контроль стабильных операций в псевдоожиженных слоях при высоком STY и в крупномасштабных реакторах, заявителем был установлен еще один дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, который заключается в подаче некоторого количества жидкости в ниж