МНОГОЯРУСНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР С РАЗНЕСЕННЫМИ ПО ВЕРТИКАЛИ СЕГМЕНТАМИ Российский патент 2012 года по МПК B01J19/24 C08G63/78 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к реакторам для обработки содержащих жидкость реакционных сред. В другом аспекте настоящее изобретение относится к реакторам поликонденсации, используемым для производства полиэфиров в расплаве.

Уровень техники

Полимеризация в расплаве может быть использована для производства широкого спектра полиэфиров, таких как, например, полиэтилентерефталат (PET). PET широко используется при изготовлении контейнеров для напитков, пищевых продуктов и других контейнеров, а также синтетических волокон и смол. Усовершенствование технологии данного процесса в сочетании с повышением спроса привели к повышению конкуренции на рынке производства и продажи PET. Следовательно, нужен недорогой, высокоэффективный способ производства PET.

Как правило, установки для производства полиэфиров в расплаве, в том числе используемые для производства PET, включают стадию эстерификации и стадию поликонденсации. На стадии эстерификации исходные материалы получения полимера (то есть реагенты) преобразуют в мономеры и/или олигомеры полиэфира. На стадии поликонденсации мономеры полиэфира, полученные на стадии эстерификации, преобразуют в полимерный продукт с заданной конечной средней длиной цепи.

Во многих традиционных установках для производства полиэфиров в расплаве эстерификацию и поликонденсацию осуществляют в одном или более реакторе с механическим перемешиванием, таком как, например, корпусной реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR). Однако CSTR и другие реакторы с механическим перемешиванием имеют ряд недостатков, следствием которых являются дополнительные капитальные, производственные затраты и/или расходы на техническое обслуживание установки по производству полиэфира в целом. Например, механические мешалки и различные системы управления, обычно сопровождающие CSTR, сложны, дороги и могут нуждаться в обширном техническом обслуживании.

Таким образом, существует потребность в высокоэффективном способе производства полиэфира, который позволяет свести к минимуму капитальные, производственные затраты и расходы на техническое обслуживание при сохранении или улучшении качества продукта.

Сущность изобретения

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ производства полиэтилентерефталата (PET) в расплаве, включающий этап, на котором подвергают реакционную среду химической реакции в реакторе, включающем вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и проходящих от него наружу. При прохождении реакционной среды через реактор она протекает через коллектор и сегменты реактора. Реакционная среда входит и выходит из, по меньшей мере, одного из сегментов реактора через коллектор.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ производства полиэтилентерефталата (PET), каковой способ включает: (а) введение сырья поликонденсации в реактор поликонденсации, где сырье поликонденсации образует реакционную среду в данном реакторе, где сырье поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи в диапазоне от примерно 5 до примерно 50; (b) осуществление в данной реакционной среде поликонденсации в реакторе, каковой реактор включает вытянутый по вертикали коллектор и, по меньшей мере, два вытянутых по горизонтали и разнесенных по вертикали сегмента реактора, соединенные с коллектором и идущие от него наружу, где коллектор обеспечивает сообщение по текучей среде между сегментами реактора, где реакционная среда перемещается вниз по коллектору при прохождении реакционной среды от одного из верхних сегментов реактора к одному из нижних сегментов реактора, где верхний и нижний сегменты реактора включают соответственно верхнюю и нижнюю вытянутые трубы и соответственно верхний и нижний внутренние лотки, где верхние и нижние трубы и лотки расположены, по существу, горизонтально, где верхняя и нижняя трубы, каждая, характеризуются отношением длина/диаметр (L:D) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, где верхний и нижний лотки, каждый, имеют длину, по меньшей мере, примерно 0,75L относительно верхней и нижней труб соответственно, где реакционная среда перемещается по верхнему и нижнему лоткам в основном от коллектора, где реакционная среда перемещается по дну верхней и нижней труб, как правило, к коллектору, где реакционная среда входит и выходит из, по меньшей мере, одного из сегментов реактора через коллектор; (с) отведение преимущественно жидкого продукта поликонденсации из реактора, где продукт поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи, которая, по меньшей мере, примерно на 10 больше, чем средняя длина цепи PET в сырье поликонденсации.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается реактор для обработки реакционной среды, включающий вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и идущих от него наружу. По меньшей мере, два из сегментов реактора имеют ближний конец, соединенный с коллектором, и дальний конец, отстоящий от коллектора. Каждый из сегментов реактора включает вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри трубчатого элемента. Лоток простирается вдоль, по меньшей мере, половины длины трубчатого элемента и делит внутреннее пространство трубчатого элемента на верхнюю и нижнюю камеры. Верхняя и нижняя камеры на ближнем конце имеют сообщение по текучей среде с коллектором.

Краткое описание чертежей

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 представляет собой схематическое изображение многоярусного трубчатого реактора с конструкцией, соответствующей одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, и пригодного для использования в качестве реактора поликонденсации в составе установки по производству полиэфира в расплаве;

фиг.1а представляет собой увеличенный вид сбоку, отражающий альтернативную конструкцию подачи потока сырья в реактор, показанный на фиг.1;

фиг.1b представляет собой вид сверху альтернативной системы подачи сырья, показанной на фиг.1а;

фиг.1с представляет собой вид альтернативной системы подачи сырья с торца в разрезе по линии 1с-1с на фиг.1а;

фиг.2 представляет собой схематическое изображение многоярусного трубчатого реактора с конструкцией, соответствующей другому варианту осуществления настоящего изобретения, и пригодного для использования в качестве реактора поликонденсации в составе установки по производству полиэфира в расплаве.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 и 2 показаны примеры многоярусных трубчатых реакторов с конструкцией, соответствующей двум вариантам осуществления настоящего изобретения. Конструкция и функционирование реакторов, представленных на фиг.1 и 2, подробно описываются ниже. Хотя некоторые части нижеследующего описания относятся, в первую очередь, к реакторам, используемым в процессе производства полиэфира в расплаве, реакторы с конструкцией, соответствующей вариантам осуществления настоящего изобретения, могут найти применение в широком спектре химических процессов. Например, реакторы с конструкцией, соответствующей определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть с успехом использованы в любом процессе, где химические реакции происходят в жидкой фазе реакционной среды и в результате химической реакции образуется парообразный побочный продукт. Кроме того, реакторы с конструкцией, соответствующей определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть с успехом использованы в тех химических процессах, где, по меньшей мере, часть реакционной среды в ходе обработки образует пену.

Теперь обратимся к фиг.1. Один из вариантов осуществления многоярусного трубчатого реактора 10 показан как, в общем смысле, включающий вытянутый по вертикали коллектор 12 и группу вытянутых по горизонтали и разнесенных по вертикали сегментов реактора 14, соединенных с коллектором 12 и проходящих от него наружу.

Коллектор 12, как правило, содержит вертикальный трубчатый корпус 16, две торцевые крышки 17а, b, соединенные с противоположными концами корпуса 16, и множество устройств отклонения потока 18а, b, с, расположенных во внутреннем пространстве коллектора 12. Первый промежуток для пара 20а образован устройствами отклонения потока 18а и 18b, а второй промежуток для пара 20b образован устройствами отклонения потока 18b и 18с. В коллекторе 12 имеется выпуск 22 для пара в верхней торцевой крышке 17а и выпуск 24 для жидкого продукта в нижней торцевой крышке 17b. С одной стороны в коллекторе 12 имеется множество разнесенных по вертикали отверстий, посредством которых обеспечивается сообщение по текучей среде внутреннего пространства коллектора 12 и группы сегментов реактора 14, соединенных с этой стороной коллектора 12.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, корпус 16 коллектора 12 является, по существу, вертикальной, по существу, цилиндрической трубой. В альтернативном варианте осуществления изобретения корпус 16 может представлять собой вытянутый по вертикали трубчатый элемент с различной геометрией поперечного сечения (например, прямоугольник, квадрат, овал). Кроме того, корпус 16 не обязательно должен иметь строго вертикальное положение. Например, центральная продольная ось корпуса 16 может располагаться в пределах примерно 30, примерно 15 или 5 градусов от вертикали.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, коллектор 12 имеет максимальную внутреннюю высоту (Н), превышающую его максимальную внутреннюю ширину (W). В одном из вариантов осуществления изобретения коллектор 12 характеризуется отношением высота/ширина (H:W) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 20:1, от примерно 4:1 до примерно 15:1 или от 5:1 до 10:1. В одном из вариантов осуществления изобретения величина Н лежит в диапазоне от примерно 8 до примерно 100 футов (2,4-30,5 м), от примерно 10 до примерно 75 футов (3,0-22,9 м) или от 20 до 50 футов (6,1-15,2 м), а величина W лежит в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 футов (0,3-6,1 м), от примерно 2 до примерно 10 футов (0,6-3,0 м) или от 3 до 5 футов (0,9-1,5 м).

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, группа сегментов реактора 14 непосредственно соединена с общей стороной коллектора 12 и проходит, как правило, от него наружу. Группа сегментов реактора 14 включает сегмент 26 реактора без лотка, самый верхний сегмент 28а реактора с лотком, промежуточный сегмент реактора с лотком 28b и самый нижний сегмент 28с реактора с лотком. В каждом из сегментов 26 и 28а, b, с реактора имеется ближний конец, имеющий сообщение по текучей среде с коллектором 12, и дальний конец, отстоящий от коллектора 12.

В сегменте 26 реактора без лотка имеется впуск 30 для сырья - у его дальнего конца, и выпуск 32 - у его ближнего конца. Сегмент 26 реактора без лотка, как правило, включает вытянутый по горизонтали трубчатый элемент 34 и торцевую крышку 36. Трубчатый элемент 34 соединен с коллектором 12 у ближнего конца сегмента 26 реактора без лотка, а концевая крышка 36 присоединена к трубчатому элементу 34 у дальнего конца сегмента 26 реактора без лотка. Перегородка 38 может, необязательно, быть присоединена ко дну трубчатого элемента 34 у выходного отверстия 32 и проходить вверх (как показано на фиг.1), и/или вдоль длины трубчатого элемента 34 может быть расположено множество расположенных на расстоянии друг от друга перегородок (не показаны).

В каждом из сегментов 28а, b, с реактора с лотком имеется соответствующий впуск 40а, b, с для реакционной среды и соответствующий выпуск 42а, b, с для реакционной среды. Входные отверстия 40а, b, с и выходные отверстия 42а, b, с расположены у ближнего конца сегментов 28а, b, с реактора и имеют сообщение по текучей среде с внутренним пространством коллектора 12. Каждый из сегментов 28а, b, с реактора с лотком, как правило, включает вытянутый по горизонтали трубчатый элемент 44а, b, с, торцевую крышку 46а, b, с и лоток 48а, b, с. Каждый из трубчатых элементов 44а, b, с непосредственно соединен с коллектором 12 у ближнего конца сегментов 28а, b, с реактора. Торцевые крышки 46а, b, с соединены с трубчатыми элементами 44а, b, с у дальнего конца сегментов 28а, b, с реактора.

Лотки 48а, b, с расположены внутри соответствующих трубчатых элементов 44а, b, с и простираются вдоль значительной части длины трубчатых элементов 44а, b, с. В каждом из лотков 48а, b, с имеется ближний конец, соединенный с соответствующим устройством отклонения потока 18а, b, с, и дальний конец, расположенный у дальнего конца сегментов 28а, b, с реактора. Каждый из лотков 48а, b, с может иметь длину, составляющую, по меньшей мере, около 0,5L, около 0,75L или 0,9L, где L означает максимальную длину сегмента 28а, b, с реактора и/или трубчатого элемента 44а, b, с, внутри которого заключен соответствующий лоток 48а, b, с.

Каждый из лотков 48а, b, с делит внутреннее пространство соответствующего сегмента 28а, b, с реактора на верхнюю камеру 50а, b, с и нижнюю камеру 52а, b, с. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, каждый из лотков 48а, b, с представляет собой, по существу, горизонтальную, по существу, плоскую, обращенную вверх поверхность течения, от края до края которой может перемещаться жидкость. Для обеспечения достаточно больших верхней и нижней камер 50а, b, с и 52а, b, с обращенная вверх поверхность течения каждого из лотков 48а, b, с может располагаться на расстоянии по вертикали от верха и/или дна трубчатых элементов 44а, b, с, равном от примерно 0,1D до примерно 0,9D, от примерно 0,2D до примерно 0,8D или от 0,4D до 0,6D, где D означает максимальный размер по вертикали трубчатого элемента 44а, b, с, внутри которого заключен соответствующий лоток 48а, b, с.

Дальний конец каждого из лотков 48а, b, с расположен на расстоянии от торцевой крышки 46а, b, с так, что промежуток между дальним концом каждого из лотков 48а, b, с и торцевой крышкой 46а, b, с образует проточный канал 54а, b, с. Дальний конец каждого из лотков 48а, b, с может, необязательно, быть снабжен простирающейся вверх перегородкой 56а, b, с. Каждый из сегментов 28а, b, с реактора с лотком может, необязательно, быть снабжен перегородкой 58а, b, с, соединенной с дном трубчатого элемента 44а, b, с у выходного отверстия 42а, b, с и идущей от него вверх.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, трубчатые элементы 34 и 44а, b, с каждого из сегментов 26 и 28а, b, с реактора представляют собой, по существу, горизонтальные трубы, а лотки 48а, b, с представляют собой, по существу, плоские, по существу, горизонтальные, по существу, прямоугольные пластины, жестко и герметично соединенные с внутренними стенками труб. В альтернативном варианте осуществления изобретения трубчатые элементы 34 и 44а, b, с каждого из сегментов 26 и 28а, b, с реактора могут иметь разнообразную форму поперечного сечения (например, прямоугольную, квадратную или овальную). Кроме того, трубчатые элементы 34 и 44а, b, с и лотки 48а, b, с не обязательно должны иметь строго горизонтальное положение. Например, центральная продольная ось трубчатых элементов 34 и 44a, b, с может находиться в пределах около 30, около 15 или 5 градусов от горизонтали. Кроме того, лотки 48а, b, с внутри трубчатых элементов 44а, b, с могут поддерживаться посредством разнообразных опорных механизмов, таких как, например, сварка со стенками трубчатых элементов 44а, b, с, опорные стойки со стороны дна трубчатых элементов 44а, b, с или подвесы со стороны верха трубчатых элементов 44а, b, с.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, каждый из сегментов 26 и 28а, b, с реактора и/или каждый из трубчатых элементов 34 и 44а, b, с имеет максимальную внутреннюю длину (L), превышающую их максимальный внутренний диаметр (D). В одном из вариантов осуществления изобретения каждый из сегментов 26 и 28а, b, с реактора и/или каждый из трубчатых элементов 34 и 44а, b, с характеризуется отношением длина/диаметр (L:D) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, от примерно 5:1 до примерно 20:1 или от 8:1 до 15:1. В одном из вариантов осуществления изобретения величина L соответствует диапазону от примерно 10 до примерно 200 футов (3,0-61,0 м), от примерно 20 до примерно 100 футов (6,1-30,5 м) или от 30 до 50 футов (9,1-15,2 м), а величина D соответствует диапазону от примерно 1 до примерно 20 футов (0,3-6,1 м), от примерно 2 до примерно 10 футов (0,6-3,0 м) или от 3 до 5 футов (0,9-1,5 м). В одном из вариантов осуществления изобретения отношение диаметра (D) одного или более сегментов 26 и 28а, b, с реактора к максимальной внутренней ширине коллектора (W) лежит в диапазоне от примерно 0,1:1 до примерно 2:1, от примерно 0,25:1 до примерно 1:1 или от 0,4:1 до 0,9:1. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, каждый из сегментов 28а, b, с реактора с лотком имеет, по существу, идентичную конструкцию. В альтернативном варианте осуществления изобретения сегменты 28а, b, с реактора могут иметь разную длину, разные диаметры и/или разное положение.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, реактор 10 включает один сегмент 26 реактора без лотка и три сегмента реактора 28а, b, с с лотком. Однако следует отметить, что количество и конструкция сегментов реактора могут быть выбраны оптимальными в соответствии с вариантом использования, для которого предназначается реактор 10. Например, в реакторе 10 могут быть применены только сегменты реактора с лотками (то есть нет сегментов реактора без лотков). В такой конструкции самый верхний сегмент реактора с лотком должен иметь впуск для сырья вблизи коллектора. В другом примере реактор может включать один сегмент реактора без лотка и два сегмента реактора с лотком. В другом примере реактор может включать один сегмент реактора без лотка и четыре сегмента реактора с лотком. Хотя на фиг.1 показано, что впуск 30 для сырья расположен в торцевой крышке 36, в альтернативном варианте осуществления изобретения впуск для сырья может размещаться сбоку трубчатого элемента 34 вблизи, но на некотором расстоянии от дальнего конца сегмента 26 реактора без лотка.

На фиг.1a-с показана альтернативная система подачи сырья 90 для ввода реакционной смеси сбоку сегмента 26 реактора. Как, возможно, лучше всего видно на виде сверху фиг.1b и виде с торца фиг.1с, система 90 боковой подачи сырья включает входное отверстие 92, расположенное сбоку сегмента 26 реактора, внутренний распределитель 94 сырья, входящий внутрь сегмента 26 реактора, и выпускное отверстие 96 распределителя 94 сырья. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1а-с, распределитель 94 сырья представляет собой, по существу, цилиндрический патрубок, прикрепленный к боковой стенке сегмента 26 реактора у входного отверстия 92. На дальнем конце распределителя 94 сырья имеется выпускное отверстие 96, которое расположено на некотором расстоянии от боковых стенок и конца сегмента 26 реактора. Как показано на фиг.1b и 1с, выпускное отверстие 96 может быть образовано путем срезания дальнего конца распределителя 94 сырья под косым углом так, чтобы выпускное отверстие 96, по меньшей мере частично, было обращено к закрытому концу сегмента 26 реактора. Такое расположение и ориентация выпускного отверстия 96 могут увеличивать циркуляцию жидкости и способствовать уменьшению или исключению застойных зон вблизи конца сегмента 26 реактора.

Снова обратимся к фиг.1. В ходе работы сырье, которое может находиться преимущественно в жидкой форме, подают в реактор 10 через впуск 30 для сырья сегмента 26 реактора без лотка. В сегменте 26 реактора без лотка сырье образует реакционную среду 60, которая течет, вообще говоря, горизонтально, по дну трубчатого элемента 34 от дальнего конца сегмента реактора без лотка 26 к ближнему концу сегмента 26 реактора без лотка. По мере протекания реакционной среды 60 по сегменту 26 реактора без лотка в этой реакционной среде 60 происходит химическая реакция. В сегменте 26 реактора без лотка может образоваться пар 62. Пар 62 может содержать побочный продукт химической реакции, осуществляемой в сегменте 26 реактора, и/или летучий компонент сырья, подаваемого в сегмент 26 реактора. По меньшей мере, часть пара 62 отделяется от реакционной среды 60 и движется, как правило, над реакционной средой 60 по мере ее течения по сегменту 26 реактора без лотка.

Как показано на фиг.1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения химическая реакция, осуществляемая в реакторе 10, вызывает вспенивание реакционной среды 60, в результате чего образуется вспененная часть 64 и преимущественно жидкая часть 66 реакционной среды 60. Химическая реакция может происходить в жидкости как вспененной части 64, так и преимущественно жидкой части 66. Фактически наличие пены может, по существу, интенсифицировать некоторые химические реакции, особенно те, течение которых облегчается при увеличении площади поверхности жидкости и снижении давления. Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внутреннее пространство и проходное сечение сегментов реактора достаточно большие для того, чтобы способствовать образованию максимального количества пены. В тех вариантах применения, в которых образование большого количества пены происходит на протяжении значительной части реактора, может оказаться желательным наличие двух или более начальных сегментов реактора без лотка и меньшего количества сегментов реактора с лотками с целью обеспечения необходимого объема и проходного сечения для стимулирования образования пены. Как показано на фиг.1 и 2, количество пены, образующейся в ходе реакции, может снижаться по мере протекания реакции в дальнейших частях реактора. Таким образом, реакционная среда 60 в начальном сегменте реактора может содержать более 50, 75 или 90 об.% газа, тогда как реакционная среда 60 в конечном сегменте реактора может содержать менее 20, 10 или 5 об.% газа.

Снова обратимся к фиг.1. После протекания по сегменту 26 реактора без лотка реакционная среда 60 выходит из сегмента 26 реактора без лотка через выпуск 32. Если перегородка 38 используется, реакционная среда 60 перетекает через ее верх, вокруг краев перегородки, через отверстия в перегородке и/или под перегородкой 38 на выходе из сегмента 26 реактора без лотка и поступает во внутреннее пространство коллектора 12. Когда реакционная среда 60 выходит из сегмента 26 реактора без лотка и течет вниз в коллекторе 12, пар 62 из сегмента 26 реактора без лотка может быть объединен с паром, образующимся в сегментах 28а, b, с реактора с лотком. Полученный объединенный пар может выходить из коллектора 12 через выпуск 22 для пара. Выйдя из сегмента реактора без лотка 26, реакционная среда 60 течет вниз в коллекторе 12 и направляется устройством отклонения потока 18а во впуск 40а самого верхнего сегмента 28а реактора с лотком.

В самом верхнем сегменте 28а реактора с лотком реакционная среда 60 перемещается, по существу, горизонтально от края до края обращенной вверх поверхности лотка 48а в направлении дальнего конца сегмента 28а реактора. Как описано выше, в реакционной среде 60 в сегменте 28а реактора протекает химическая реакция, которая может вызвать образование парообразного побочного продукта и/или пены по мере продвижения реакционной среды 60 по лотку 48а. Когда в реакционной среде, протекающей по лотку 48а, образуется пар, этот пар может перемещаться в верхней камере 50а в противотоке к направлению течения реакционной среды 60 в верхней камере 50а. Этот пар может выходить из верхней камеры 50а через впуск 40а, тогда как реакционная среда 60 поступает в верхнюю камеру 50а через впуск 40а.

Когда реакционная среда 60 достигает конца лотка 48а, она падает вниз по проточному каналу 54а на дно трубчатого элемента 44а. Если конец лотка 48а снабжен перегородкой 56а, реакционная среда 60 перетекает через ее верх, вокруг краев перегородки, через отверстия в перегородке и/или под перегородкой 56а перед поступлением в проточный канал 54а. Затем реакционная среда 60 течет по дну трубчатого элемента 44а от дальнего конца сегмента 28а реактора к ближнему концу сегмента 28а реактора. Когда реакционная среда 60 достигает ближнего конца сегмента 28а реактора, она выходит из сегмента 28а реактора через выпуск 42а и поступает в коллектор 12. Если в нижней камере 52а образуется пар, этот пар перемещается, как правило, над реакционной средой 60 и выходит из нижней камеры 52а вместе с реакционной средой 60 через выходное отверстие 42а. Если у выпуска 42а имеется перегородка 58а, по меньшей мере, часть реакционной среды 60 перетекает через ее верх, вокруг краев перегородки, через отверстия в перегородке и/или под перегородкой 58а.

Перегородки 38, 56а, b, с и 58а, b, с могут быть установлены в реакторе 10 с целью облегчения поддержания нужной глубины реакционной среды 60 в сегментах 26 и 28а, b, с реактора. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения максимальная глубина реакционной среды 60 в каждом из сегментов 26 и 28а, b, с реактора составляет менее примерно 0,8D, менее примерно 0,4D или менее 0,25D, где D означает максимальный размер по вертикали соответствующего сегмента 26 и 28а, b, с реактора.

По мере того как реакционная среда 60 выходит из самого верхнего сегмента 28а реактора с лотком и течет вниз в коллекторе 12, пар, образовавшийся в сегменте 28а реактора с лотком, перемещается в коллекторе 12 вверх. Пар, выходящий из нижней камеры 52а сегмента 28а реактора, может проходить через промежуток для пара 20а, ограничиваемый устройством отклонения потока 18b или образованный между устройствами отклонения потока 18а и 18b. Как указано выше, пар, образующийся в сегменте 28а реактора, может быть объединен в коллекторе 12 с паром, образующимся в сегменте 26 реактора без лотка и сегментах 28b, с реактора лотком. Полученный объединенный пар может выходить из коллектора 12 через выпуск 22 для пара. Выйдя из сегмента реактора с лотком 28а, реакционная среда 60 течет вниз в коллекторе 12 и направляется устройством отклонения потока 18b на впуск 40b промежуточного сегмента 28b реактора с лотком.

Поток реакционной среды 60 по промежуточному и самому нижнему сегментам реактора с лотком 28b и 28с может быть охарактеризован, по существу, так же, как описано выше в отношении потока по самому верхнему сегменту 28а реактора с лотком. Итак, реакционная среда 60 перемещается по сегментам 28а, b, с реактора с лотком следующим образом: (а) реакционная среда 60 направляется из коллектора 12 в сегменты 28а, b, с реактора с лотком устройствами отклонения потока 18а, b, с; (b) реакционная среда 60 поступает в сегменты 28а, b, с реактора с лотком через входные отверстия 40а, b, с; (с) реакционная среда 60 течет по лоткам 48а, b, с, вообще говоря, от коллектора 12; (d) реакционная среда 60 падает с конца лотков 48а, b, с на дно трубчатых элементов 44а, b, с; (е) реакционная среда 60 по дну трубчатых элементов 44а, b, с течет обратно, к коллектору 12; (е) реакционная среда 60 выходит из сегментов 28а, b, с реактора с лотком через выпуски 42а, b, с; (f) реакционная среда 60 падает в коллекторе 12 на следующий технологический ярус.

Реакционная среда 60, выходящая из самого нижнего сегмента реактора с лотком 28с, поступает в коллектор 12 и скапливается в его нижней части. Эту конечную реакционную среду 60 отводят из коллектора 12 в виде преимущественно жидкого продукта через выпуск 24 для жидкого продукта.

В коллекторе 12 возле одного или более выпуска 22 для пара, выходного отверстия 32 сегмента реактора без лотка и выходных отверстий сегментов 42а, b, с реактора с лотком могут быть установлены отбойники, которые на фиг.1 не показаны. Такие отбойники могут располагаться на пути движения пара так, чтобы жидкость, захваченная движущимся паром, ударяясь о них, задерживалась и падала с отбойников вниз. Это способствует тому, что через выпуск 22 для пара коллектора 12 выходит только пар.

Теперь обратимся к фиг.2. На ней второй вариант осуществления многоярусного трубчатого реактора 100 показан как, вообще говоря, включающий коллектор 102, первую серию сегментов 104а, b, с реактора с лотком и вторую серию сегментов 106a, b, с реактора с лотком. В конструкции, показанной на фиг.2, первая и вторая серии сегментов 104а, b, с и 106а, b, с реактора направлены наружу от, как правило, противоположных сторон коллектора 102. Однако в альтернативном варианте осуществления изобретения эти серии сегментов реактора могут отходить от различных сторон коллектора 102, которые не обязательно являются противоположными. Например, эти две серии сегментов реактора могут быть направлены наружу от коллектора под углом друг к другу, равным 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 130°, 145°, или 160°. В другом примере реактор 100 может включать три серии сегментов реактора, расположенных по окружности коллектора 102 под углом 120° друг к другу.

Снова обратимся к фиг.2. В коллекторе 102 имеется впуск 108 для сырья, предназначенный для подачи сырья, который может иметь преимущественно жидкую форму, выпуск 110 для продукта, предназначенный для отведения преимущественно жидкого продукта, и два выпуска 112а, b для пара для отведения пара. В коллекторе 102, как правило, имеется разделитель потока 114, первая серия устройств отклонения потока 116а, b, с и вторая серия устройств отклонения потока 118а, b, с. Первая и вторая серии сегментов 104а, b, с и 106а, b, с реактора могут иметь, по существу, такую же конструкцию, как и сегменты реактора с лотком, описанные выше со ссылкой на фиг.1. Таким образом, конкретная конструкция и подробности функционирования сегментов 104а, b, с и 106а, b, с реактора с лотком далее повторно не описаны.

В процессе работы в реактор 100 через впуск 108 для сырья подают сырье, которое может иметь преимущественно жидкую форму. Разделитель потока 114 разделяет подаваемое сырье на две, по существу, одинаковые порции. Затем разделитель потока 114 направляет одну из этих порций на внутренний лоток самого верхнего первого сегмента 104а реактора, а другую порцию - на внутренний лоток самого верхнего второго сегмента 106а реактора. После поступления разделенных порций сырья на сегменты реактора с лотком поток по этим сегментам реактора с лотком движется, по существу, так же, как описано выше со ссылкой на фиг.1, при этом реакционная среда перемещается по траектории, которая включает участок течения наружу (то есть поток направлен по внутреннему лотку от коллектора), участок течения вниз (то есть поток направлен с лотка на дно трубчатого элемента) и участок течения внутрь (то есть поток направлен обратно к коллектору по дну трубчатого элемента). После протекания по каждому из сегментов реактора реакционная среда в коллекторе устройствами отклонения потока направляется на следующий, расположенный ниже, сегмент реактора. Снова обратимся к фиг.2. Когда реакционная среда выходит из самых нижних сегментов 104d и 106d реактора, две порции реакционной среды объединяются, образуя преимущественно жидкий продукт, который отводят из коллектора 102 через выходное отверстие для жидкого продукта 110.

В многоярусных трубчатых реакторах с конструкцией, соответствующей определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, нужно мало или вообще не нужно механическое перемешивание обрабатываемой реакционной среды. Хотя обрабатываемая в многоярусных трубчатых реакторах реакционная среда может некоторым образом перемешиваться благодаря пенообразованию, течению по сегментам реактора и падению из одного сегмента реактора в другой, это перемешивание вспениванием, перемешивание потоком и гравитационное перемешивание не являются механическим перемешиванием. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения менее примерно 50%, менее примерно 25%, менее примерно 10%, менее примерно 5% или 0% всего перемешивания реакционной среды, происходящего в многоярусном трубчатом реакторе, обеспечивается посредством механического перемешивания. Таким образом, реакторы с конструкцией, соответствующей определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут функционировать без каких-либо механических мешалок. Это прямо противоположно ситуации с обычными корпусными реакторами с непрерывным перемешиванием (CSTR), в которых используется практически только механическое перемешивание.

Как указано выше, многоярусные трубчатые реакторы с конструкцией, соответствующей вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть использованы в различных химических процессах. В одном варианте осуществления изобретения многоярусный трубчатый реактор с конструкцией, соответствующей настоящему изобретению, используется в составе установки по производству полиэфира в расплаве, пригодной для производства любого из множества полиэфиров из любого из разнообразных исходных материалов. К примерам получаемых в расплаве полиэфиров, которые могут быть произведены в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, относятся, помимо прочего, полиэтилентерефталат (PET), в том числе гомополимеры и сополимеры PET; полностью ароматические или жидкокристаллические полиэфиры; поддающиеся биологическому разложению полиэфиры, такие как полиэфиры, содержащие остаток бутандиола, терефталевой кислоты и адипиновой кислоты; гомополимер и сополимеры поли(циклогександиметилентерефталат)а; гомополимеры и сополимеры 1,4-циклогександиметанола (CHDM) и циклогександикарбоновой кислоты или диметилциклогександикарбоксилата. В случае производства сополимера PET такой сополимер может содержать, по меньшей мере, 90, по меньшей мере, 91, по меньшей мере, 92, по меньшей мере, 93, по меньшей мере, 94, по меньшей мере, 95, по меньшей мере, 96, по меньшей мере, 97, по меньшей мере, 98 молярных процентов повторяющихся звеньев этилентерефталата и до 10, до 9, до 8, до 7, до 6, до 5, до 4, до 3, до 2 молярных процентов повторяющихся звеньев дополнительного сомономера. Как правило, повторяющиеся звенья сомономера могут быть производными одного или более сомономера, подбираемого из группы, в которую входят изофталевая кислота, 2,6-нафталиндикарбоновая кислота, CHDM и диэтиленгликоль.

Как правило, процесс производства полиэфира в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения может включать две основных стадии - стадию эстерификации и стадию поликонденсации. На стадии эстерификации исходные материалы производства полиэфира, которые могут включать, по меньшей мере, один спирт и, по меньшей мере, одну кислоту, подвергают эстерификации с получением тем самым мономеров и/или олигомеров полиэфира. На стадии поликонденсации мономеры и/или олигомеры полиэфира, полученные на стадии эстерификации, вступают в реакцию с образованием конечного полиэфирного продукта. В контексте настоящего документа по отношению к PET подразумевается, что мономеры имеют длину цепи менее 3, олигомеры имеют длину цепи от примерно 7 до примерно 50 (компоненты с длиной цепи от 4 до 6 единиц могут рассматриваться и как мономеры, и как олигомеры), полимеры имеют длину цепи более примерно 50. Димер, например, EG-TA-EG-TA-EG имеет длину цепи, равную 2, триммер - 3 и т.д.

Кислота как исходный материал, используемый на стадии эстерификации, может представлять собой дикарбоновую кислоту, такую, чтобы конечный полиэфирный продукт содержал, по меньшей мере, один остаток дикарбоновой кислоты, включающий от примерно 4 до примерно 15 или от 8 до 12 атомов углерода. К примерам дикарбоновых кислот, пригодных для использования в контексте настоящего изобретения, относятся, помимо прочего, терефталевая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, нафталин-2,6-дикарбоновая кислота, циклогександикарбоновая кислота, циклогександиуксусная кислота, дифенил-4,4′-дикарбоновая кислота, дифенил-3,4′дикарбоновая кислота, 2,2-диметил-1,3-пропандиолдикарбоновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота и их смеси. В одном из вариантов осуществления изобретения кислота как исходный материал может представлять собой соответствующий сложный эфир, такой как диметилтерефталат, вместо терефталевой кислоты.

Спирт как исходный материал, используемый на стадии эстерификации, может представлять собой диол, так чтобы конечный полиэфирный продукт включал, по меньшей мере, один остаток диола, такой как, например, образующийся из циклоалифатических диолов, содержащих от примерно 3 до примерно 25 атомов углерода или от 6 до 20 атомов углерода. К пригодным диолам относятся, помимо прочего, этиленгликоль (EG), диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол, пропан-1,3-диол, бутан-1,4-диол, пентан-1,4-диол, гексан-1,6-диол, неопентилгликоль, 3-метилпентандиол-(2,4), 2-метилпентандиол-(1,4), 2,2,4-триметилпентандиол-(1,3), 2-этилгександиол-(1,3), 2,2-диэтилпропандиол-(1,3), гександиол-(1,3), 1,4-ди(гидроксиэтокси)бензол, 2,2-бис-(4-гидроксициклогексил)пропан, 2,4-дигидрокси-1,1,3,3-тетраметилциклобутан, 2,2,4,4-тетраметилциклобутандиол, 2,2-бис-(3-гидроксиэтоксифенил)пропан, 2,2-бис-(4-гидроксипропоксифенил)пропан, изосорбид, гидрохинон, BDS-(2,2-(сульфонилбис)-4,1-фениленокси))бис(этанол) и их смеси.

Кроме того, исходные материалы могут содержать один или более сомономер. К пригодным сомономерам относятся, например, сомономеры, включающие терефталевую кислоту, диметилтерефталат, изофталевую кислоту, диметилизофталат, диметил-2,6-нафталиндикабоксилат, 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол (CHDM), 1,4-бутандиол, политетраметиленгликоль, транс-DMCD, тримеллитовый ангидрид, диметилциклогексан-1,4-дикарбоксилат, диметилдекалин-2,6-дикарбоксилат, декалиндиметанол, декагидронафталин-2,6-дикарбоксилат, 2,6-дигидроксиметилдекагидронафталин, гидрохинон, гидроксибензойную кислоту и их смеси.

И стадия эстерификации, и стадия поликонденсации процесса производства полиэфира в расплаве могут включать множество этапов. Например, стадия эстерификации может включать этап первичной эстерификации с целью производства частично эстерифицированного продукта, который затем подвергают дальнейшей эстерификации на этапе вторичной эстерификации. Стадия поликонденсации также может включать этап предварительной полимеризации с целью производства частично конденсированного продукта, который затем обрабатывают на заключительном этапе, получая тем самым конечный полимерный продукт.

Реакторы с конфигурацией, соответствующей определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут быть использованы в составе установки по производству полиэфира в расплаве в качестве реактора вторичной эстерификации для осуществления этапа вторичной эстерификации, в качестве реактора предварительной полимеризации для осуществления этапа предварительной полимеризации и/или в качестве реактора заключительной обработки для осуществления заключительного этапа. Подробное описание условий процесса для случаев использования настоящего изобретения как реактора эстерификации, реактора предварительной полимеризации и/или реактора заключительной обработки приведено ниже со ссылкой на фиг.1. Подразумевается, что реакторы с конструкцией, соответствующей вариантам осуществления настоящего изобретения, могут, вообще говоря, быть использованы как реакторы эстерификации, реакторы предварительной полимеризации и/или реакторы заключительной обработки и что эти условия процесса не ограничиваются вариантом осуществления изобретения, поясняемым фиг.1.

Снова обратимся к фиг.1. Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации в процессе производства полиэфира в расплаве (например, в процессе производства PET), в реакторе 10 может быть осуществлена более чем одна химическая реакция. Например, хотя эстерификация может представлять собой основную химическую реакцию, осуществляемую в реакторе 10, в реакторе 10 также может в некоторой степени проходить поликонденсация. Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, сырье, подаваемое на впуск 30 сегмента 26 реактора, может характеризоваться степенью конверсии от примерно 70 до примерно 95%, от примерно 75 до примерно 90% или от 80 до 88%, тогда как преимущественно жидкий продукт, отводимый через выпуск 24 для жидкого продукта коллектора 12, может характеризоваться степенью конверсии, по меньшей мере, примерно 80%, по меньшей мере, примерно 90%, по меньшей мере, примерно 95% или, по меньшей мере, примерно 98%. Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, химическая реакция (реакции), осуществляемая в реакторе 10 между впуском 30 для сырья и выпуском 24 для жидкого продукта, может повышать степень конверсии реакционной среды 60 на, по меньшей мере, примерно 2 процентных пункта, по меньшей мере, примерно 5 процентных пунктов или, по меньшей мере, примерно 10 процентных пунктов. Кроме того, средняя длина цепи сырья, подаваемого на впуск 30 для сырья, может быть менее примерно 5, менее примерно 2 или менее примерно 1, тогда как преимущественно жидкий продукт, отводимый через выпуск 24 для жидкого продукта, может характеризоваться средней длиной цепи в диапазоне от примерно 1 до примерно 20, от примерно 1 до примерно 12 или от 5 до 12. Как правило, когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, средняя длина цепи реакционной среды 60 может увеличиваться между впуском 30 для сырья и выпуском 24 для жидкого продукта на величину в диапазоне от примерно 1 до примерно 20, от примерно 2 до примерно 15 или от 5 до 12.

Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, сырье, подаваемое в реактор 10, может поступать во входное отверстие для сырья при температуре в диапазоне от примерно 180 до примерно 350°С, от примерно 215 до примерно 305°С или от 260 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выпуска 24 для жидкого продукта, может иметь температуру, отличающуюся от температуры сырья, поступающего на впуск 30 для сырья, на примерно 50°С, 25°С или 10°С. В одном из вариантов осуществления изобретения температура жидкого продукта, выходящего из выпуска 24 для жидкого продукта, может соответствовать диапазону от примерно 180 до примерно 350°С, от примерно 215 до примерно 305°С или от 260 до 290°С. В одном из вариантов осуществления изобретения средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 соответствует диапазону от примерно 180 до примерно 350°С, от примерно 215 до примерно 305°С или от 260 до 290°С. Средняя температура реакционной среды 60 представляет собой среднее значение, по меньшей мере, трех величин температуры, измеренных на равных промежутках вдоль основной траектории потока реакционной среды 60 в реакторе 10, каковые измерения температуры производятся вблизи центра тяжести поперечного сечения преимущественно жидкой части 66 реакционной среды 60 (а не вблизи стенки реактора или верхней поверхности преимущественно жидкой части). Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, давление в паровом пространстве в реакторе 10 (измеряемое у выпуска 22 для пара) может поддерживаться на уровне менее примерно 70 psig (482,6 кПа), в диапазоне от примерно 4 до примерно 10 psig (27,6-68,9 кПа) или в диапазоне от 2 до 5 psig (13,8-34,5 кПа).

Когда реактор 10 используется в качестве реактора вторичной эстерификации, может оказаться желательным нагревать сырье перед его подачей в реактор 10 и/или может оказаться желательным нагревать реакционную среду 60 в ходе ее перемещения по реактору 10. Нагревание сырья перед подачей в реактор 10 может быть осуществлено в обычном теплообменнике, например в кожухотрубном теплообменнике. Нагревание реакционной среды 60 в реакторе 10 может быть выполнено при помощи наружных нагревательных устройств, которые контактируют с реактором 10, но не входят во внутреннее пространство реактора 10. К таким наружным нагревательным устройствам относятся, например, обогревающая рубашка и/или устройство электрообогрева. Как правило, общее количество тепла, подводимого к сырью непосредственно перед реактором 10, и тепла, подводимого к реакционной среде 60 в реакторе 10, может лежать в диапазоне от примерно 100 до примерно 5000 Btu на фунт реакционной среды (Btu/lb) (232,6 кДж/кг - 11,630 МДж/кг), в диапазоне от примерно 400 до примерно 2000 Btu/lb (930,4 кДж/кг - 4,652 МДж/кг) или в диапазоне от примерно 600 до примерно 1500 Btu/lb (1,395 МДж/кг - 3,489 МДж/кг).

Снова обратимся к фиг.1. Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации процесса производства полиэфира в расплаве (например, процесса производства PET), в реакторе 10 может быть осуществлена более чем одна химическая реакция. Например, хотя поликонденсация может представлять собой доминирующую химическую реакцию, осуществляемую в реакторе 10, в реакторе 10 также может в некоторой степени проходить эстерификация. Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации, средняя длина цепи сырья, подаваемого на впуск 30 для сырья, может лежать в диапазоне от примерно 1 до примерно 20, от примерно 2 до примерно 15 или от 5 до 12, тогда как преимущественно жидкий продукт, отводимый через выпуск 24 для жидкого продукта, может характеризоваться средней длиной цепи в диапазоне от примерно 5 до примерно 50, от примерно 8 до примерно 40 или от 10 до 30. Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации, химическая реакция, осуществляемая в реакторе 10, может приводить к увеличению средней длины цепи реакционной среды 60 между впуском 30 для сырья и выпуском 24 для жидкого продукта на величину, по меньшей мере, около 2, в диапазоне от примерно 5 до примерно 30 или в диапазоне от примерно 8 до примерно 20.

Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации, сырье может поступать на впуск 30 для сырья при температуре в диапазоне от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выпуска 24 для жидкого продукта, может иметь температуру, отличающуюся от температуры сырья, поступающего на впуск 30 для сырья, на примерно 50°С, 25°С или 10°С. В одном из вариантов осуществления изобретения температура жидкого продукта, выходящего из выпуска 24 для жидкого продукта, может соответствовать диапазону от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. В одном из вариантов осуществления изобретения средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 соответствует диапазону от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации, давление в паровом пространстве в реакторе 10 (измеряемое у выпуска 22 для пара) может поддерживаться в диапазоне от примерно 0 до примерно 300 Торр (40,0 кПа), в диапазоне от примерно 1 до примерно 50 Торр (133,3 Па - 6,67 кПа) или в диапазоне от 20 до 30 Торр (2,67-4,00 кПа).

Когда реактор 10 используется в качестве реактора предварительной полимеризации, может оказаться желательным нагревать сырье перед его подачей в реактор 10 и/или может оказаться желательным нагревать реакционную среду 60 в коде ее перемещения по реактору 10. Как правило, общее количество тепла, подводимого к сырью непосредственно перед реактором 10, и тепла, подводимого к реакционной среде 60 в реакторе 10, может лежать в диапазоне от примерно 100 до примерно 5000 Btu/lb (232,6 кДж/кг - 11,630 МДж/кг), в диапазоне от примерно 400 до примерно 2000 Btu/lb (930,4 кДж/кг - 4,652 МДж/кг) или в диапазоне от примерно 600 до примерно 1500 Btu/lb (1,395 МДж/кг - 3,489 МДж/кг).

Снова обратимся к фиг.1. Когда реактор 10 используется в качестве реактора заключительной обработки процесса производства полиэфира в расплаве (например, процесса производства PET), средняя длина цепи сырья, подаваемого на впуск 30 для сырья, может лежать в диапазоне от примерно 5 до примерно 50, от примерно 8 до примерно 40 или от 10 до 30, тогда как средняя длина цепи преимущественно жидкого продукта, отводимого из выпуска 24 для жидкого продукта, может лежать в диапазоне от примерно 30 до примерно 210, от примерно 40 до примерно 80 или от 50 до 70. Как правило, поликонденсация, осуществляемая в реакторе 10, может приводить к увеличению средней длины цепи реакционной среды 60 между входным отверстием для сырья 30 и выходным отверстием для жидкого продукта 24 на величину, по меньшей мере, около 10, по меньшей мере, около 25 или, по меньшей мере, около 50.

Когда реактор 10 используется в качестве реактора заключительной обработки, сырье может поступать на впуск 30 для сырья при температуре в диапазоне от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выпуска 24 для жидкого продукта, может иметь температуру, отличающуюся от температуры сырья, поступающего во входное отверстие для сырья 30, на примерно 50°С, 25°С или 10°С. В одном из вариантов осуществления изобретения температура жидкого продукта, выходящего из выпуска 24 для жидкого продукта, может соответствовать диапазону от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. В одном из вариантов осуществления изобретения средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 соответствует диапазону от примерно 220 до примерно 350°С, от примерно 265 до примерно 305°С или от 270 до 290°С. Когда реактор 10 используется в качестве реактора заключительной обработки, давление в паровом пространстве в реакторе 10 (измеряемое у выпуска 22 для пара) может поддерживаться в диапазоне от примерно 0 до примерно 30 Торр (4,0 кПа), в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 Торр (133,3 Па - 2,67 кПа) или в диапазоне от 2 до 10 Торр (266,6 Па - 1,33 кПа).

Реакторы с конструкцией, соответствующей вариантам осуществления настоящего изобретения, могут обеспечивать многочисленные преимущества, если они используются в качестве реакторов на стадиях эстерификации и/или поликонденсации процесса производства полиэфира. Такие реакторы могут быть особенно эффективными при использовании в качестве реактора вторичной эстерификации, предварительной полимеризации и/или заключительной обработки в процессе производства PET. Кроме того, такие реакторы также подходят для использования в составе установок по промышленному производству PET с объемом производства PET, по меньшей мере, около 10000 фунтов/час (4,54 т/час), по меньшей мере, около 100000 фунтов/час (45,4 т/час), по меньшей мере, около 250000 фунтов/час (113,4 т/час) или, по меньшей мере, 500000 фунтов/час (226,8 т/час).

В одном из вариантов настоящего изобретения обеспечивается способ, включающий осуществление в реакционной среде химической реакции в реакторе, включающем вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и идущих от него наружу. По мере перемещения через реактор реакционная среда протекает по коллектору и сегментам реактора. Реакционная среда поступает в, по меньшей мере, один из сегментов реактора и выходит из него через коллектор. В другом примере реакционная среда поступает в, по меньшей мере, один, по меньшей мере, два, по меньшей мере, три или, по меньшей мере, четыре сегмента реактора и выходит из них только через коллектор.

Реактор может включать, например, по меньшей мере, два, по меньшей мере, три, по меньшей мере, четыре, по меньшей мере, пять, по меньшей мере, шесть, по меньшей мере, семь или более разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора. Все эти сегменты реактора могут быть направлены наружу от общей стороны коллектора, либо, по меньшей мере, два из сегментов реактора могут быть направлены наружу от разных сторон коллектора. Например, реактор может включать, по меньшей мере, три, по меньшей мере, четыре, по меньшей мере, пять, по меньшей мере, шесть, по меньшей мере, семь или более сегментов реактора, направленных наружу от общей стороны коллектора. В другом примере реактор может включать первую серию из, по меньшей мере, двух сегментов реактора и вторую серию из, по меньшей мере, двух сегментов реактора, каковые первая и вторая серии сегментов реактора направлены наружу от, в общем смысле, противоположных сторон коллектора.

В одном примере коллектор простирается, по существу, вертикально (то есть центральная продольная ось коллектора является, по существу, вертикальной). В качестве альтернативы, коллектор может располагаться в пределах примерно 30, примерно 15 или 5 градусов от вертикали. В одном из примеров сегменты реактора расположены, по существу, горизонтально (то есть центральная продольная ось сегментов реактора является, по существу, горизонтальной). В качестве альтернативы, сегменты реактора могут быть расположены в пределах примерно 30, примерно 15 или 5 градусов от горизонтали. В другом примере в реакторе отсутствуют устройства механического перемешивания.

В одном из примеров настоящего изобретения реакционная среда течет по, по меньшей мере, одному из сегментов реактора вдоль траектории, которая включает участок течения наружу, где реакционная среда течет, вообще говоря, от коллектора, и участок течения внутрь, где реакционная среда течет, вообще говоря, к коллектору. Каждый из участков течения наружу и течения внутрь траектории потока может составлять, по меньшей мере, половину, или, по меньшей мере, три четверти, или, по меньшей мере, девять десятых длины, по меньшей мере, одного из сегментов реактора.

В другом примере, по меньшей мере, один из сегментов реактора включает, по существу, горизонтальную трубу и, по меньшей мере, один лоток, расположенный в этой трубе, где, по меньшей мере, часть реакционной среды при прохождении реакционной среды по, по меньшей мере, одному из сегментов реактора течет по лотку. В другом примере, по меньшей мере, один из сегментов реактора включает вытянутый по горизонтали трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри этого трубчатого элемента, где лоток простирается вдоль, по меньшей мере, половины, по меньшей мере, трех четвертей или, по меньшей мере, девяти десятых длины трубчатого элемента. При перемещении вдоль участка течения наружу траектории потока реакционная среда течет по лотку, а при перемещении вдоль участка движения внутрь траектории потока - по дну трубчатого элемента. В другом примере реакционная среда поступает на лоток, по меньшей мере, одного из сегментов реактора из коллектора и возвращается в коллектор со дна трубчатого элемента. В другом примере в коллектор из, по меньшей мере, одного из сегментов реактора также выходит парообразный побочный продукт химической реакции. Выходящий парообразный побочный продукт перемещается в коллекторе, вообще говоря, вверх, тогда как выходящая реакционная среда течет в коллекторе, вообще говоря, вниз.

В одном из примеров реакционная среда, при перемещении вдоль участка движения наружу траектории потока, течет от ближнего конца лотка к дальнему концу лотка, через дальний конец лотка и на дно трубчатого элемента. В одном из примеров дальний конец лотка снабжен простирающейся вверх перегородкой, через, вокруг, сквозь и/или под которой течет, по меньшей мере, часть реакционной среды перед переходом на дно трубчатого элемента. В другом примере в, по меньшей мере, одном из сегментов реактора имеется торцевая крышка, соединенная с дальним концом трубчатого элемента, где дальний конец лотка расположен на некотором расстоянии по горизонтали от торцевой крышки, в результате чего образуется проточный канал, через который течет реакционная среда при переходе с лотка на дно трубчатого элемента. В одном из примеров трубчатый элемент и лоток ориентированы, по существу, горизонтально. В другом примере центральная продольная ось трубчатого элемента может располагаться в пределах примерно 30, примерно 15 или примерно 5 градусов от горизонтали. В одном из примеров трубчатый элемент представляет собой трубу.

В одном из примеров, по меньшей мере, один из сегментов реактора характеризуется отношением длина/диаметр (L:D) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, от примерно 5:1 до примерно 20:1 или от 8:1 до 15:1. В другом примере, кроме того, величина L лежит в диапазоне от примерно 10 до примерно 200 футов (3,0-61,0 м), от примерно 20 до примерно 100 футов (6,1-30,5 м) или от 30 до 50 футов (9,1-15,2 м), а величина D лежит в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 футов (0,3-6,1 м), от примерно 2 до примерно 10 футов (0,6-3,0 м) или от 3 до 5 футов (0,9-1,5 м).

В одном из примеров, при перемещении реакционной среды по реактору, реакционная среда, при ее переходе с верхнего на нижний сегмент реактора, течет по коллектору вниз. В одном из примеров верхний и нижний сегменты реактора включают соответственно верхний и нижний вытянутые трубчатые элементы и верхний и нижний лотки, расположенные в верхнем и нижнем трубчатых элементах соответственно, где, по меньшей мере, часть реакционной среды течет, вообще говоря, от коллектора по верхнему и нижнему лоткам и, вообще говоря, к коллектору по дну верхнего и нижнего трубчатых элементов. В другом примере реактор дополнительно включает верхнее и нижнее устройства отклонения потока, соединенные с верхним и нижним лотками соответственно, где верхнее и нижнее устройства отклонения потока выступают внутрь коллектора и нижнее устройство отклонения потока направляет реакционную среду, падающую со дна верхнего трубчатого элемента, по коллектору на нижний лоток. Кроме того, нижним устройством отклонения потока или между верхним и нижним устройствами отклонения потока может формироваться промежуток для пара, каковой промежуток для пара обеспечивает поток парообразного побочного продукта химической реакции из нижнего сегмента реактора и, вообще говоря, вверх по коллектору, в то время как реакционная среда, покидающая верхний сегмент реактора, направляется, вообще говоря, вниз по коллектору.

В одном примере парообразный побочный продукт химической реакции из, по меньшей мере, двух сегментов реактора объединяется в коллекторе и выходит из реактора через выходное отверстие для пара, расположенное вблизи верхней части коллектора. В другом примере преимущественно жидкий продукт химической реакции выходит из реактора через выходное отверстие для жидкости, расположенное вблизи дна коллектора.

В одном примере коллектор характеризуется отношением высота/ширина (H:W) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 20:1, от примерно 4:1 до примерно 15:1 или от 5:1 до 10:1, а, по меньшей мере, один из сегментов реактора характеризуется отношением L:D в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, от примерно 5:1 до примерно 20:1 или от 8:1 до 15:1.

В одном примере реакционная среда содержит жидкость, в которой происходит химическая реакция. В другом примере реакционная среда содержит вспененную часть и преимущественно жидкую часть, каждая из которых содержит жидкость. В одном примере часть реакционной среды, расположенная в самом верхнем из сегментов реактора, содержит, по меньшей мере, 50 об.% пара, а часть реакционной среды, расположенная в самом нижнем из сегментов реактора, содержит менее 20 об.% пара.

В одном примере химическая реакция включает поликонденсацию, при которой средняя длина цепи в реакционной среде увеличивается в реакторе на, по меньшей мере, примерно 10, по меньшей мере, примерно 25 или, по меньшей мере, 50. В одном примере реакционная среда может содержать полиэфирный полимер или сополимер, который, по меньшей мере частично, образован в результате поликонденсации. Полиэфирный полимер или сополимер может включать полиэтилентерефталат (PET). Кроме того, данный способ может включать введение сырья поликонденсации во входное отверстие для сырья реактора, в каковом реакторе сырье поликонденсации образует реакционную среду. Сырье поликонденсации может характеризоваться средней длиной цепи в диапазоне от примерно 5 до примерно 50, от примерно 8 до примерно 40 или от 10 до 30.

В одном из примеров осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ, включающий осуществление в реакционной среде реакции эстерификации и/или поликонденсации в реакторе, в котором имеется вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и идущих от него наружу. При прохождении реакционной среды через реактор она протекает через коллектор и сегменты реактора. Реакционная среда входит и выходит из, по меньшей мере, одного из сегментов реактора через коллектор. Приведенное выше подробное описание фиг.1, на которой изображен реактор 10, применяемый в качестве реактора вторичной эстерификации, предварительной полимеризации и/или заключительной обработки, применимо к данному примеру осуществления настоящего изобретения. А именно, параметры сырья (например, степень конверсии и/или длина цепи), температура, давление, увеличение степени конверсии, увеличение средней длины цепи, параметры продукта и количество любого подводимого тепла применимы к данному примеру осуществления настоящего изобретения.

В одном из примеров из выходного отверстия для продукта реактора отводят продукт, где этот продукт в реакторе формируется реакционной средой. Кроме того, когда химическая реакция включает поликонденсацию, продукт может представлять собой продукт поликонденсации. Величина It.V. (истинная вязкость) продукта или продукта поликонденсации может лежать в диапазоне от примерно 0,3 до примерно 1,2, от примерно 0,35 до примерно 0,6 или от 0,4 до 0,5 дл/г. В одном из примеров величина It.V. продукта или продукта поликонденсации лежит в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 0,5, от примерно 0,1 до примерно 0,4 или от 0,15 до 0,35 дл/г. В одном из примеров во входное отверстие для сырья реактора подают сырье, которое образует реакционную среду, а величина It.V. этого сырья лежит в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 0,5, от примерно 0,1 до примерно 0,4 или от 0,15 до 0,35 дл/г.

Величина истинной вязкости (It.V.) выражается в единицах дл/г и рассчитывается как характеристическая вязкость (Ih.V.), измеренная при 25°С в 60 вес.% фенола и 40 вес.% 1,1,2,2-тетрахлорэтана. Образцы полимера растворяют в данном растворителе с концентрацией 0,25 г/50 мл. Вязкость раствора полимера определяют, например, при помощи стеклянно-капиллярного вискозиметра Rheotek. Описание принципа действия данного вискозиметра можно найти в ASTM D 4603. Характеристическую вязкость рассчитывают на основании измеренной вязкости раствора. Приведенные ниже уравнения описывают измерения вязкости раствора и последующий пересчет в Ih.V. и из Ih.V. в It.V.:

η_inh=[ln(t_s/t₀)]/С, где

η_inh - характеристическая вязкость при 25°С и концентрации полимера 0,5 г/100 мл раствора 60 вес.% фенола и 40 вес.% 1,1,2,2-тетрахлорэтана,

ln - натуральный логарифм,

t_s - время течения образца по капиллярной трубке,

t₀ - время течения холостого растворителя по капиллярной трубке,

С - концентрация полимера в граммах на 100 мл растворителя (0,50%).

Истинная вязкость представляет собой предельную величину удельной вязкости полимера при бесконечном разбавлении. Она определяется следующим уравнением:

где η_int - истинная вязкость,

η_r - относительная вязкость = t_s/t₀,

η_sp - удельная вязкость = η_r-1.

Истинную вязкость (It.V. или η_int) можно вычислить по уравнению Биллмейера (Billmeyer):

η_inh=0,5[e^0,5·Ih.V.-1]+(0,75·Ih.V.)

В отношении вычисления истинной вязкости (соотношение Биллмейера) можно сослаться на J. Polymer Sci., 4, стр.83-86 (1949).

Вязкость растворов полимеров также можно определить при помощи модифицированного дифференциального вискозиметра Viscotek (описание принципа действия модифицированного дифференциального вискозиметра можно найти в ASTM D 5225) или других способов, известных специалистам в данной области.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ производства полиэтилентерефталата (PET), каковой способ включает: (а) введение сырья поликонденсации в реактор поликонденсации, где сырье поликонденсации образует реакционную среду в данном реакторе, где сырье поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи в диапазоне от примерно 5 до примерно 50, от примерно 8 до примерно 40 или от 10 до 30; (b) осуществление в данной реакционной среде поликонденсации в реакторе, каковой реактор включает вытянутый по вертикали коллектор и, по меньшей мере, два вытянутых по горизонтали и разнесенных по вертикали сегментов реактора, соединенных с коллектором и идущих от него наружу, где коллектор обеспечивает сообщение по текучей среде между сегментами реактора, где реакционная среда перемещается вниз по коллектору при прохождении реакционной среды от одного из верхних сегментов реактора к одному из нижних сегментов реактора, где верхний и нижний сегменты реактора включают соответственно верхнюю и нижнюю вытянутые трубы и соответственно верхний и нижний внутренние лотки, где верхние и нижние трубы и лотки расположены, по существу, горизонтально, где верхняя и нижняя трубы, каждая, характеризуются отношением длина/диаметр (L:D) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, от примерно 5:1 до примерно 20:1 или от 8:1 до 15:1, где верхний и нижний лотки, каждый, имеют длину, по меньшей мере, примерно 0,5L, по меньшей мере, примерно 0,75L или, по меньшей мере, 0,9L относительно верхней и нижней труб соответственно, где реакционная среда перемещается по верхнему и нижнему лоткам, как правило, от коллектора, где реакционная среда перемещается по дну верхней и нижней труб, как правило, к коллектору, где реакционная среда входит и выходит из, по меньшей мере, одного из сегментов реактора через коллектор; (с) выведение преимущественно жидкого продукта поликонденсации из реактора, где продукт поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи, которая, по меньшей мере, примерно на 10, по меньшей мере, примерно на 25 или, по меньшей мере, на 50 больше, чем средняя длина цепи PET в сырье поликонденсации.

В одном из примеров It.V. сырья поликонденсации соответствует диапазону от примерно 0,1 до примерно 0,5, от примерно 0,1 до примерно 0,4 или от примерно 0,15 до примерно 0,35 дл/г. В одном из примеров It.V. сырья поликонденсации соответствует диапазону от примерно 0,3 до примерно 1,2, от примерно 0,35 до примерно 0,6 или от 0,4 до 0,5 дл/г.

В одном из примеров сегменты реактора направлены наружу от общей стороны коллектора. В другом примере в результате поликонденсации образуется парообразный побочный продукт, каковой парообразный побочный продукт отводят из реактора через выходное отверстие для пара, расположенное вблизи верхней части коллектора, а продукт поликонденсации отводят через выходное отверстие для жидкости, расположенное вблизи дна коллектора.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается реактор, включающий вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и идущих от него наружу. По меньшей мере, два из сегментов реактора имеют ближний конец, соединенный с коллектором, и дальний конец, отстоящий от коллектора. Каждый из сегментов реактора включает вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри трубчатого элемента. Лоток простирается вдоль, по меньшей мере, половины, по меньшей мере, трех четвертей или, по меньшей мере, девяти десятых длины трубчатого элемента и делит внутреннее пространство трубчатого элемента на верхнюю и нижнюю камеры. Верхняя и нижняя камеры на ближнем конце имеют сообщение по текучей среде с коллектором.

В одном из примеров трубчатый элемент непосредственно соединен с коллектором. В другом примере трубчатый элемент включает трубу.

В одном из примеров в каждом из, по меньшей мере, двух сегментов реактора имеется внутренний проточный канал, расположенный вблизи дальнего конца, где внутренний проточный канал предназначен для обеспечения сообщения по текучей среде верхней и нижней камер. Кроме того, каждый из, по меньшей мере, двух сегментов реактора может включать торцевую крышку, соединенную с трубчатым элементом у дальнего конца, где лоток не доходит до самой торцевой крышки, в результате чего между лотком и торцевой крышкой остается промежуток, образующий проточный канал. Кроме того, по меньшей мере, один из сегментов реактора может включать простирающуюся вверх перегородку, соединенную с лотком вблизи внутреннего проточного канала.

В одном из примеров сегменты реактора направлены наружу от общей стороны коллектора, по существу, горизонтально.

В одном из примеров каждый из, по меньшей мере, двух сегментов реактора характеризуется отношением длина/диаметр (L:D) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 50:1, от примерно 5:1 до примерно 20:1 или от 8:1 до 15:1. Кроме того, лоток, расположенный, по существу, внутри каждого трубчатого элемента, имеет длину, по меньшей мере, около 0,5L, около 0,75L или, по меньшей мере, 0,9L, где лоток представляет собой обращенную вверх поверхность течения, расположенную на расстоянии по вертикали от верха и/или дна трубчатого элемента, равном от примерно 5 до примерно 50 дюймов (0,13-1,3 м), от примерно 10 до примерно 40 дюймов (0,25-1,0 м) или от 15 до 30 дюймов (0,38-0,76 м). В одном из примеров максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или на дне каждого трубчатого элемента составляет менее примерно 0,8D, менее примерно 0,4D или менее примерно 0,25D. Максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или на дне каждого трубчатого элемента может составлять от примерно 1 до примерно 40 дюймов (0,02-1,0 м), от примерно 1 до примерно 32 дюймов (0,02-0,81 м) или от 1 до 24 дюймов (0,02-0,60 м). Кроме того, коллектор может характеризоваться отношением высота/ширина (H:W) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 20:1. Кроме того, отношение диаметр/ширина (D:W) реактора может соответствовать диапазону от примерно 0,1:1 до примерно 2:1, от примерно 0,25:1 до примерно 1:1 или от 0,4:1 до 0,9:1.

В одном из примеров коллектор характеризуется отношением высота/ширина (H:W) в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 20:1, а отношение L:D трубчатого элемента лежит в диапазоне от примерно 5:1 до примерно 20:1, где величина L лежит в диапазоне от примерно 10 до примерно 200 футов (3,0-61,0 м), величина D лежит в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 футов (0,3-6,1 м), величина Н лежит в диапазоне от примерно 8 до примерно 100 футов (2,4-30,5 м), величина W лежит в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 футов (0,3-6,1 м).

В другом примере, по меньшей мере, два сегмента реактора включают первый сегмент реактора и второй сегмент реактора, где второй сегмент реактора расположен под первым сегментом реактора, где реактор дополнительно включает первое и второе устройства отклонения потока, вдающиеся в коллектор, где первое устройство отклонения потока соединено с лотком, относящимся к первому сегменту реактора, а второе устройство отклонения потока соединено с лотком, относящимся ко второму сегменту реактора. Кроме того, промежуток для пара образуется вторым устройством отклонения потока или между первым и вторым устройствами отклонения потока по вертикали над подъемом второго сегмента реактора.

Числовые диапазоны

В настоящем описании использованы числовые диапазоны, количественно отражающие некоторые параметры, относящиеся к данному изобретению. Следует понимать, что при указании числовых диапазонов эти диапазоны нужно толковать как обеспечивающие буквальное содержание ограничений формулы изобретения, в которых указана только нижняя величина диапазона, а также ограничений формулы изобретения, в которых указана только верхняя величина диапазона. Например, раскрываемый числовой диапазон от 10 до 100 обеспечивает буквальное содержание пункта формулы изобретения, содержащего указание «более 10» (без верхних пределов), и пункта формулы изобретения, содержащего указание «менее 100» (без нижних пределов).

Определения

В контексте настоящего документа (в английском варианте) неопределенные артикли «а» и «an», определенный артикль «the», термин «указанный» означают единственное или множественное число.

В контексте настоящего документа термин «перемешивание» относится к работе, рассеянной в реакционной среде и вызывающей течение жидкостей и/или смешивание.

В контексте настоящего документа термин «и/или», используемый в перечне из двух или более позиций, означает, что может быть использована любая из перечисленных позиций сама по себе либо может быть использовано любое сочетание из двух или более перечисленных позиций. Например, если композиция описана как содержащая компоненты А, В и/или С, эта композиция может содержать только А; только В; только С; А и В в сочетании; А и С в сочетании; В и С в сочетании; или А, В и С в сочетании.

В контексте настоящего документа термин «средняя длина цепи» означает среднее число повторяющихся звеньев в полимере. Для полиэфира средняя длина цепи означает число повторяющихся звеньев кислоты или спирта. Термин «средняя длина цепи» синонимичен термину «средняя степень полимеризации» (DP). Средняя длина цепи может быть определена различными способами, известными специалистам в данной области. Например, для непосредственного определения длины цепи на основе анализа концевых групп может быть использован 1Н-ЯМР, а для измерения среднего молекулярного веса с коэффициентами корреляции, используемыми для определения длины цепи, может быть применен метод светорассеяния. Длину цепи часто рассчитывают на основании измерений методом гельпроникающей хроматографии и/или измерений вязкости с коэффициентами корреляции.

В контексте настоящего документа термины «включающий», «включает» и «включают» являются расширяемыми переходными терминами, используемыми для перехода от объекта, описываемого ранее этого термина, к одному или более элементам, описываемым после этого термина, где элемент или несколько элементов, перечисленных после переходного термина, необязательно являются единственными элементами, составляющими данный объект.

В контексте настоящего документа термины «содержащий», «содержит» и «содержат» имеют такое же расширительное значение, как описанные выше термины «включающий», «включает» и «включают».

В контексте настоящего документа термин «конверсия» используется для описания свойства жидкой фазы потока, подвергнутого эстерификации, где конверсия эстерифицированного потока указывает на долю в процентах исходных концевых групп кислоты, которые были преобразованы (то есть эстерифицированы) в группы сложного эфира. Конверсия может быть выражена количественно как число преобразованных концевых групп (то есть концевых групп спирта), деленное на общее число концевых групп (то есть концевых групп спирта и кислоты), выраженное в процентах.

В контексте настоящего документа термин «непосредственно соединен» относится к способу связи двух резервуаров с сообщением по текучей среде друг с другом без использования промежуточного соединительного узла со значительно меньшим диаметром, чем у этих двух резервуаров.

В контексте настоящего документа термин «эстерификация» относится и к реакции эстерификации, и к реакции переэстерификации.

В контексте настоящего документа термины «имеющий», «имеет» и «имеют» имеют такое же расширительное значение, как описанные выше термины «включающий», «включает» и «включают».

В контексте настоящего документа термин «вытянутый по горизонтали» означает, что максимальный размер по горизонтали больше максимального размера по вертикали.

В контексте настоящего документа термины «заключающий», «заключает» и «заключают» имеют такое же расширительное значение, как описанные выше термины «включающий», «включает» и «включают».

В контексте настоящего документа термин «механическое перемешивание» относится к перемешиванию реакционной среды, вызываемому физическим движением жесткого или гибкого элемента (элементов) против движения реакционной среды или внутри реакционной среды.

В контексте настоящего документа термин «проходное сечение» относится к сечению, доступному для течения жидкости, где площадь проходного сечения измеряют вдоль плоскости, перпендикулярной направлению потока через отверстие.

В контексте настоящего документа термин «труба» относится к, по существу, прямому вытянутому трубчатому элементу с, вообще говоря, цилиндрической обечайкой.

В контексте настоящего документа термины «полиэтилентерефталат» и «PET» включают гомополимеры PET и сополимеры PET.

В контексте настоящего документа термины «сополимер полиэтилентерефталата» и «сополимер PET» означают PET, который был модифицирован одним или более дополнительным сомономером в количестве до 10 мол.%. Например, термины «сополимер полиэтилентерефталата» и «сополимер PET» включают PET, модифицированный изофталевой кислотой в количестве до 10 мол.% на 100 мол.% карбоновой кислоты. В другом примере термины «сополимер полиэтилентерефталата» и «сополимер PET» включают PET, модифицированный 1,4-циклогександиметанолом (СНDМ) в количестве до 10 мол.% на 100 мол.% диола.

В контексте настоящего документа термин «полиэфир» относится не только к традиционным полиэфирам, но также включает производные полиэфиров, например полиэфиры алкоксикислот, полиэфирамиды, полиэфирамиды алкоксикислот.

В контексте настоящего документа термин «преимущественно жидкий» означает содержащий более 50 об.% жидкости.

В контексте настоящего документа термин «реакционная среда» относится к любой среде, в которой осуществляют химическую реакцию.

В контексте настоящего документа термин «остаток» относится к фрагменту, являющемуся конечным продуктом данных химических веществ в определенной реакционной схеме или при последующем приготовлении композиции или в химическом продукте независимо от того, действительно ли этот фрагмент получен из данных химических веществ.

В контексте настоящего документа термин «парообразный побочный продукт» включает пар, образующийся в ходе желательной химической реакции (то есть парообразный попутный продукт), и любой пар, образующийся в ходе других реакций (то есть побочных реакций) в реакционной среде.

В контексте настоящего документа термин «вытянутый по вертикали» означает, что максимальный размер по вертикали больше максимального размера по горизонтали.

Пункты формулы изобретения, не ограниченные описанными вариантами осуществления

Описанные выше примеры осуществления настоящего изобретения должны быть использованы только в качестве иллюстрации и не должны использоваться при интерпретации заявленного изобретения как ограничивающие его объем. Различные модификации описанных выше примеров осуществления изобретения могут быть легко выполнены специалистами в данной области, не выходя за рамки объема изобретения, изложенного в следующих пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к реакторам поликонденсации для производства полиэфиров в расплаве. Реактор содержит вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и проходящих от коллектора наружу, причем, по меньшей мере, два сегмента реактора имеют ближний конец, соединенный с коллектором, и дальний конец, отстоящий от коллектора, при этом сегменты содержат вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный внутри трубчатого элемента, причем лоток проходит вдоль половины длины трубчатого элемента и делит внутреннее пространство трубчатого элемента на верхнюю и нижнюю камеры, верхняя и нижняя камеры сообщаются по текучей среде с коллектором на ближнем конце. Способ включает этап, на котором реакционную среду подвергают химической реакции, причем реакционная среда входит и выходит из сегмента реактора через коллектор, реакционная среда содержит сырье поликонденсации, включающее полиэтилентерефталат со средней длиной цепи в диапазоне от 5 до 50. Изобретение обеспечивает высокоэффективное производство полиэфира и позволяет снизить производственные затраты. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ производства полиэтилентерефталата (PET) в расплаве, включающий этап, на котором подвергают реакционную среду химической реакции в реакторе, содержащем вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и проходящих от него наружу, причем указанная реакционная среда протекает через указанный коллектор и указанные сегменты реактора при прохождении указанной реакционной среды через указанный реактор, причем указанная реакционная среда входит и выходит из, по меньшей мере, одного из указанных сегментов реактора через указанный коллектор, причем указанная реакционная среда содержит сырье поликонденсации, причем сырье поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи в диапазоне от 5 до 50, причем указанная реакция включает поликонденсацию.

2. Способ по п.1, в котором указанный коллектор обеспечивает сообщение по текучей среде между указанными сегментами реактора, причем указанная реакционная среда проходит вниз по указанному коллектору, причем, когда указанная реакционная среда проходит с верхнего из указанных сегментов реактора на нижний из указанных сегментов реактора, указанные верхний и нижний сегменты реактора включают, соответственно, верхнюю и нижнюю вытянутые трубы и, соответственно, верхний и нижний внутренние лотки, причем указанные верхние и нижние трубы и лотки ориентированы, по существу, горизонтально, причем каждая из указанных верхней и нижней труб имеет отношение длина/диаметр (L:D) в диапазоне от 2:1 до 50:1, причем каждый из указанных верхнего и нижнего лотков имеет длину, по меньшей мере, 0,75L относительно указанных верхней и нижней труб, соответственно, причем указанная реакционная среда протекает по указанным верхнему и нижнему лоткам, в основном, от указанного коллектора, причем указанная реакционная среда протекает по дну указанных верхней и нижней труб, как правило, к указанному коллектору.

3. Способ по пп.1 и 2, в котором все указанные сегменты реактора проходят наружу от общей стороны указанного коллектора.

4. Способ по пп.1 и 2, в котором указанный реактор содержит, по меньшей мере, три указанных сегмента реактора.

5. Способ по пп.1 и 2, в котором парообразный побочный продукт указанной химической реакции из, по меньшей мере, двух указанных сегментов реактора объединяется в указанном коллекторе и выходит из указанного реактора через выпуск для пара, расположенный вблизи верхней части указанного коллектора.

6. Способ по пп.1 и 2, в котором, преимущественно, жидкий продукт указанной химической реакции выходит из указанного реактора через выпуск для жидкости, расположенный вблизи дна указанного коллектора.

7. Способ по п.2, в котором указанный коллектор имеет отношение высота/ширина (H:W) в диапазоне от 2:1 до 20:1, причем L находится в диапазоне от 3,05 до 61 м (от 10 до 200 футов), и D находится в диапазоне от 0,31 до 6,1 м (от 1 до 20 футов).

8. Способ по пп.1 и 2, в котором указанная реакционная среда содержит жидкость, в которой осуществляется указанная химическая реакция, и причем указанная жидкость содержит вспененную часть и, преимущественно, жидкую часть.

9. Способ по пп.1 и 2, в котором средняя длина цепи указанной реакционной среды увеличивается, по меньшей мере, на 10 в указанном реакторе.

10. Способ по пп.1 и 2, в котором часть указанной реакционной среды, расположенная в самом верхнем из указанных сегментов реактора, содержит, по меньшей мере, 50 об.% пара, а часть указанной реакционной среды, расположенная в самом нижнем из указанных сегментов реактора, содержит менее 20 об.% пара.

11. Способ по пп.1 и 2, в котором указанный PET представляет собой сополимер PET, содержащий, по меньшей мере, 90 мол.% повторяющихся звеньев этилентерефталата и до 10 мол.% повторяющихся звеньев дополнительного сомономера.

12. Способ по п.11, в котором указанные повторяющиеся звенья дополнительного сомономера являются производными дополнительного сомономера, выбираемого из группы, в которую входят изофталевая кислота, 2,6-нафталиндикарбоновая кислота, 1,4-циклогександиметанол, диэтиленгликоль и сочетания двух или более указанных веществ.

13. Способ по п.12, в котором указанный дополнительный сомономер содержит изофталевую кислоту.

14. Способ по пп.1 и 2, в котором температуру указанного сырья поддерживают в диапазоне от 220 до 350°С, причем давление в паровом пространстве в указанном реакторе поддерживают в диапазоне от 0 до 39996 Па (от 0 до 300 торр).

15. Способ по пп.1 и 2, дополнительно включающий отведение, преимущественно, жидкого продукта поликонденсации из указанного реактора, причем указанный продукт поликонденсации содержит PET со средней длиной цепи, которая, по меньшей мере, на 10 больше, чем средняя длина цепи PET в указанном сырье поликонденсации.

16. Способ по пп.1 и 2, дополнительно включающий извлечение продукта из выпуска для продукта указанного реактора, причем указанный продукт в указанном реакторе формируется указанной реакционной средой, причем It.V. указанного продукта находится в диапазоне от 0,3 до 1,2 дл/г.

17. Реактор для обработки реакционной среды, содержащий: вытянутый по вертикали коллектор и множество разнесенных по вертикали и вытянутых по горизонтали сегментов реактора, соединенных с коллектором и проходящих от указанного коллектора наружу, причем, по меньшей мере, два из указанных сегментов реактора имеют ближний конец, соединенный с указанным коллектором, и дальний конец, отстоящий от указанного коллектора, причем каждый из указанных, по меньшей мере, двух сегментов реактора содержит вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри указанного трубчатого элемента, причем указанный лоток проходит вдоль, по меньшей мере, половины длины указанного трубчатого элемента, причем указанный лоток делит внутреннее пространство указанного трубчатого элемента на верхнюю и нижнюю камеры, причем указанные верхняя и нижняя камеры сообщаются по текучей среде с указанным коллектором на указанном ближнем конце.