УГЛОВЫЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ПЕТЛЕВОМ РЕАКТОРЕ Российский патент 2019 года по МПК B01J19/24 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение в целом относится к реакторной системе для полимеризации олефинов, и, более конкретно, к реакторной системе для оптимизации производства полиолефиновых полимеров в петлевом реакторе с высокой эффективностью.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В этом разделе представлены сведения из данной области техники, которые могут относиться к некоторым или ко всем аспектам описанных в данном документе технологий, заявленных ниже. Данные сведения об уровне техники способствуют лучшему пониманию аспектов, описанных в данном документе. Данное описание касается "предшествующего" уровня техники. Такой предшествующий уровень техники никоим образом не означает, что он является также "известным" уровнем техники. Предшествующий уровень техники может быть или не быть известным уровнем техники. Описание следует рассматривать именно в этом свете, а не как признание известного уровня техники.

[0003] Благодаря развитию химических и нефтехимических технологий продукты этих технологий все более широко применяются в обществе. В частности, с развитием технологий связывания простых молекулярных строительных блоков в более длинные цепи (или полимеры), в предметах быта все чаще используются полимерные изделия, как правило, в виде различных пластмасс. Полиолефиновые полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен и их сополимеры, используются при изготовлении трубопроводов, розничной и фармацевтической упаковки, тары для продуктов питания и напитков, пластиковых пакетов, игрушек, ковровых покрытий, различных промышленных товаров, компонентов автомобилей, бытовой техники, других предметов домашнего обихода и т.д.

[0004] Одним из преимуществ полиолефинов является то, что обычно они при контакте с товарами или продуктами не вступают с ними в реакцию. Это позволяет использовать полиолефиновые изделия в жилых, коммерческих и промышленных условиях, включая хранение и транспортировку продуктов питания и напитков, в бытовой электротехнике, сельском хозяйстве, судоходстве и производстве автомобилей. Широкое применение полиолефинов в различных жилых, коммерческих и промышленных областях обуславливает значительный спрос на полиолефиновое сырье, из которого можно путем экструдирования, впрыскивания, выдувания или иного способа изготавливать конечный потребительский продукт или компонент.

[0005] Для удовлетворения этого спроса существуют различные технологические процессы, посредством которых олефины можно полимеризовать с образованием полиолефинов. Эти процессы могут выполняться на нефтехимических предприятиях или вблизи них, что обеспечивает беспрепятственный доступ к короткоцепочечным молекулам олефинов (мономерам и сомономерам), таким как этилен, пропилен, бутен, пентен, гексен, октен, децен и другим строительным блокам, из которых состоят более длинные полиолефиновые полимеры. Эти мономеры и сомономеры могут полимеризоваться в процессах, содержащих реакторы жидкофазной полимеризации, реакторы газофазной полимеризации, или их комбинации. Поскольку в процессе полимеризации в реакторе растут полимерные цепи, в реакторе производятся твердые частицы, называемые "пыль", "хлопья" или "порошок".

[0006] Вскоре было обнаружено, что более эффективным способом получения таких твердых частиц полимеров является процесс полимеризации в условиях непрерывной суспензии в трубчатом петлевом реакторе с отбором продукта посредством ряда отстойных колонн, прикрепленных к нижней горизонтальной части трубчатого петлевого реактора. Множество отстойных колонн устанавливается и работает по принципу периодического действия для извлечения твердых полимерных продуктов. Такая технология имеет международный успех, с ее помощью ежегодно получают миллиарды фунтов полимеров этилена. Вместе этим успехом встал вопрос о целесообразности постройки крупных реакторов вместо использования большого количества маленьких реакторов для данной мощности установки.

[0007] Однако использование множества отстойных колонн создает по меньшей мере две проблемы. Во-первых, происходит совмещение "периодической" технологии извлечения с основным процессом, который требует непрерывной циркуляции суспензии в петлевой реакционной зоне. Таким образом, проблемы возникают, когда отстойная колонна достигает заранее определенной стадии, на которой она "выгружает" или "сливает" накопленную суспензию полимера. Каждый раз, когда одна отстойная колонна работает для извлечения суспензии из петлевого реактора, она может влиять на поток суспензии, циркулирующий выше по потоку в петлевом реакторе, и на работу системы извлечения реагентов, подключенную ниже по потоку. Также, клапанные механизмы, соединяющие отстойные колонны с петлевым реактором выше по потоку и с системой извлечения реагентов ниже по потоку, должны иметь большой диаметр, что требует частого перекрытия этих клапанов. Поддерживать герметичность достаточно сложно. Также, отстойные колонны могут время от времени забиваться. Таким образом, нельзя избежать частого простоя реактора для проведения планового технического обслуживания, что снижает эффективность производства и влечет за собой повышение затрат на производство.

[0008] Во-вторых, поскольку петлевые реакторы стали больше, использование множества отстойных колонн неизбежно повлечет за собой многочисленные логистические трудности. Если диаметр трубы в петлевом реакторе увеличивается в два раза, объем петлевого реактора увеличивается в четыре раза. Однако из-за наличия клапанных механизмов нельзя просто увеличить размер отстойных колонн. Таким образом, нужно использовать большее количество отстойных колонн, что приводит к увеличению площади, занимаемой конструкцией, а эта площадь, в свою очередь, начинает превосходить физическое пространство, доступное для установки таких крупных, высокопроизводительных петлевых реакторов.

[0009] Несмотря на эти ограничения, отстойные колонны продолжают использовать в тех процессах, где олефиновые полимеры образуются в виде суспензии в жидком разбавителе. Это объясняется тем, что в отличие от объемной суспензионной полимеризации (то есть, при отсутствии инертного разбавителя), где обычно получают концентрации твердых частиц более 60 процентов, содержание твердых частиц в полиолефиновых суспензиях в разбавителе обычно ограничено менее чем 50 процентами. Поэтому считали, что для получения конечного суспензионного продукта с более высокой концентрацией твердых частиц необходимо использовать отстойные колонны. Это объясняется тем, что, как следует из названия, отстаивание происходит в колоннах, и поэтому концентрация твердых частиц, извлеченных из осажденной в отстойных колоннах суспензии, выше. Еще одним фактором, влияющим на максимальную концентрацию твердых частиц в таких петлевых реакторах, является скорость циркуляции: более высокая скорость для данного диаметра реактора позволяет получать более высокую концентрацию твердых частиц, так как ограничивающим фактором в работе циркуляционного контура является засорение за счет образования полимера на стенках петлевого реактора. Не опираясь ни на какую конкретную теорию, такое засорение может быть следствием работы при концентрациях твердых частиц выше уровня, при котором твердые частицы могут оставаться взвешенными без осаждения в реакторе (т.н. сальтация).

[0010] Одним из способов повышения эффективности производства без использования множества отстойных колонн является применение линии непрерывного отбора продукта или другого подобного механизма для непрерывного отбора суспензионных продуктов из петлевого реактора. Кроме того, существует необходимость уменьшения площади, занимаемой петлевым реактором, который будет занимать меньшее пространство (хотя бы в горизонтальной плоскости) и позволит снизить затраты на производство, сохраняя при этом высокую производительность и эффективность. Например, одна линия непрерывного отбора продукта может заменить множество отстойных колонн, давая такую же производительность при одновременном уменьшении площади, занимаемой реактором, и упрощении механизмов управления реактором.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Данное изобретение направлено на решение или по меньшей мере на уменьшение одной или всех указанных выше проблем. Различные варианты реализации по данному изобретению включают петлевой реактор для полимеризации олефинов. Петлевой реактор содержит вертикальные участки и угловые участки, соединяющие вертикальные участки или с горизонтальным участком или с другим угловым участком. Эти участки в петлевом реакторе образуют по меньшей мере одну петлевую реакционную зону для полимеризации олефинового мономера, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера.

[0012] В одном аспекте описывается по меньшей мере один угловой участок, имеющий внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c), причем по меньшей мере один угловой участок выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n), большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V -скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии. В другом аспекте, длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет меньше, чем около 3 футов (0,91 м). Еще в одном аспекте, петлевой реактор может дополнительно содержать один или более узлов отстойных колонн, выходящих из горизонтального участка. В другом варианте реализации изобретения, петлевой реактор может дополнительно содержать один или более узлов непрерывного отбора (СТО), выходящих по меньшей мере из одного из: угловых участков или горизонтального участка.

[0013] Более того, один вариант реализации изобретения обеспечивает такую длину хорды (W) по меньшей мере одного углового участка, которая составляет 250 дюймов (6,35 м) или меньше. Другой вариант реализации изобретения обеспечивает такой радиус (R_c) внутренней кривизны, который составляет 72 дюйма (1,8 м) или меньше, как определяется соотношением R_c=Н/2+W²/8H, где Н - высота по меньшей мере одного углового участка. В другом варианте реализации изобретения, скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне около 9 метров в секунду (м/с) или выше. В альтернативном варианте, скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне около 9 метров в секунду или ниже. Еще в одном варианте реализации изобретения, число Рейнольдса суспензии по меньшей мере в одном угловом участке поддерживается на уровне около 11000000 или выше. Еще в одном варианте реализации изобретения, реакторная система для полимеризации олефинов содержит один или более реакторов, выстроенных последовательно или параллельно для переработки полиолефинов, и петлевой реактор.

[0014] Еще в одном варианте реализации изобретения, в петлевом реакторе обеспечивается процесс полимеризации олефинов, который включает полимеризацию олефинового мономера, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера, внутри по меньшей мере одной петлевой реакционной зоны петлевого реактора. Процесс может дополнительно включать непрерывный отбор суспензии из одного или более узлов непрерывного отбора по меньшей мере одной зоны петлевого реактора. В другом варианте реализации изобретения, процесс может дополнительно включать периодический отбор суспензии по меньшей мере из одной зоны петлевого реактора, такой как отбор из одного или более узлов отстойных колонн, выходящих из горизонтального участка.

[0015] Вышеуказанные пункты дают упрощенное описание сущности объекта настоящего изобретения и предназначены для обеспечения основного понимания некоторых его аспектов. Описание сущности изобретения не является исчерпывающим, а также не предназначено для определения ключевых или важнейших элементов, чтобы очертить объем объекта изобретения, заявленный ниже. Его единственное назначение состоит в том, чтобы представить в упрощенном виде некоторые понятия в качестве вступления к более подробному описанию, приведенному ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Приведенные ниже фигуры являются частью настоящего описания и включены для дополнительной иллюстрации некоторых аспектов данного изобретения. Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалисту в данной области техники благодаря приведенному ниже подробному описанию и ссылкам на прилагаемые чертежи.

[0017] Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему типового варианта системы производства полиолефинов, имеющей один или более петлевых реакторов для получения полиолефинов в соответствии с вариантами реализации данных способов.

[0018] Фиг. 2 иллюстрирует типовой вариант реакторной системы, которая может использоваться в системе производства полиолефинов по фиг.1 в соответствии с вариантами реализации данных способов.

[0019] Фиг. 3А иллюстрирует петлевой реактор, который может использоваться в части системы производства полиолефинов по фиг. 1 в соответствии с вариантами реализации данных способов.

[0020] Фиг. 3В иллюстрирует петлевой реактор, который может использоваться в части системы производства полиолефинов по фиг. 1 в соответствии с альтернативными вариантами реализации данных способов.

[0021] Фиг. 3С иллюстрирует часть петлевого реактора в системе производства полиолефинов по фиг. 1 в соответствии с альтернативными вариантами реализации данных способов.

[0022] Фиг. 3D иллюстрирует дугу, имеющую длину хорды (W) и высоту (Н), где дуга образована внутренними кривизнами двух одинаковых угловых участков.

[0023] Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему типового способа работы системы изготовления полиолефинов в соответствии с вариантами реализации данных способов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] Далее приведено описание иллюстративных вариантов реализации заявленного объекта изобретения. Для ясности, в данном документе описаны не все особенности фактической реализации. Следует понимать, что в разработке любого такого фактического варианта реализации, для достижения конкретных целей разработчиков должны быть выполнены многочисленные реализации конкретных решений, таких как, соответствие системным и бизнес ограничениям, которые будут отличаться от одной реализации к другой. Кроме того, следует иметь в виду, что такая разработка может быть сложной и трудоемкой, но, благодаря этому описанию, быть ясной для специалиста в данной области техники.

[0025] Конкретные варианты реализации изобретения могут быть описаны ниже со ссылкой на блок-схемы и/или иллюстрации работы способов. Следует понимать, что каждый блок блок-схем и/или каждая иллюстрация работы, комбинации блоков в блок-схемах и/или комбинации иллюстраций работы, могут быть реализованы с помощью аналоговых и/или цифровых аппаратных средств и/или команд компьютерной программы. Такие команды компьютерной программы могут подаваться процессору компьютера общего назначения, компьютера специального назначения, интегральной схеме специального назначения, и/или другой программируемой системе обработки данных. Выполненные команды могут создавать структуры и функции для реализации действий, указанных в блок-схемах и/или на иллюстрациях работы. В некоторых альтернативных вариантах реализации изобретения, функции/действия/структуры, указанные на фигурах, могут не соответствовать порядку, указанному на блок-схемах и/или иллюстрациях работы. Например, две операции, проиллюстрированные как выполняющиеся последовательно, фактически могут выполняться одновременно, или операции могут выполняться в обратном порядке, в зависимости от имеющихся функциональности/действий/структуры.

[0026] В приведенном ниже описании, если не указано иное, все химические соединения, описанные в данном документе, могут быть замещенными или незамещенными, а перечень соединений включает их производные. Кроме того, ниже могут быть прямо указаны различные диапазоны и/или численные ограничения. Следует признать, что, если не указано иное, предполагается, что конечные точки должны быть взаимозаменяемыми. Кроме того, любые диапазоны включают итеративные диапазоны подобных величин, попадающие в пределы четко указанных диапазонов или ограничений.

[0027] Описанные в данном документе варианты реализации включают уменьшение площади, занимаемой одним или более петлевыми реакторами в крупной системе производства полиолефинов, максимально повышая концентрацию осаждения извлеченной суспензионной продукции и поддерживая расход и скорость суспензии, циркулирующей в петлевых реакторах, тем самым значительно снижая капитальные затраты на производство полиолефинов. В одном варианте реализации изобретения обеспечивается значительное улучшение конструкции по меньшей мере петлевой реакционной зоны в петлевом реакторе, вследствие чего вертикальный размер (например, ось Z или ось, параллельная силе тяжести) петлевого реактора остается эффективной конструкцией для крупной, высокопроизводительной системы производства полиолефинов, но при этом горизонтальный размер (например, плоскость X-Y земельного участка, занимаемого петлевыми реакторами) значительно уменьшается, чтобы уменьшить занимаемое пространство и снизить капитальные затраты. В другом варианте реализации, по меньшей мере горизонтальный участок петлевого реактора уменьшается и оптимизируется для уменьшения площади, занимаемой реактором, и капитальных затрат при одновременном сохранении циркуляции суспензии в угловом участке.

[0028] На фигуре 1 проиллюстрирован один пример системы производства полиолефинов 100 для получения полимеров, таких как полиолефины и подобные. Система производства полиолефинов 100 обычно может содержать сторону реакции в жидкой среде 42 и сторону сухой обработки 44, которые соединяются с системой управления 46 для переработки одного или более сырьевых материалов 14 (например, реагирующих мономеров, разбавителей, катализаторов и/или других химических соединений) в продукты реакции (например, суспензию, полиолефиновую пыль, полиолефиновые гранулы 38, и тому подобное). Сырьевые материалы 14 могут предоставляться различными поставщиками 12 (например, посредством трубопроводов, кораблей, грузовых автомобилей, баллонов, баков и т.д.), а также поставляться системе производства полиолефинов 100 посредством объектов, расположенных за пределами завода и/или на заводе (например, заводов по производству олефинов, нефтеперерабатывающих заводов, заводов по производству катализаторов и тому подобное).

[0029] Сторона реакции в жидкой среде 42 системы производства полиолефинов 100 обычно содержит систему подачи 16, реакторную систему 20, систему извлечения 24 и систему фракционирования 30 и предназначена для переработки сырьевых материалов 14 в суспензию и/или поток полиолефиновой пыли 28, находящиеся в мокрой или жидкой фазе. Сторона сухой обработки 44 соединяется или гидравлически сообщается со стороной реакции в жидкой среде 42 и может содержать систему экструзии 36 и систему выгрузки 39 для переработки сухой фазы полиолефиновой пыли 28 в полиолефиновые гранулы 38. Полиолефиновые гранулы 38 затем передаются одному или более заказчикам 40.

[0030] Система подачи 16 предназначена для подачи сырьевых материалов 14 в реакторную систему 20 через одну или более линий подачи 18. Система подачи 16 выполнена с возможностью измерять и контролировать скорость добавления сырьевых материалов 14 в линии подачи 18 для поддержания желаемой стабильности реактора и достижения желаемых свойств полиолефинов или необходимого объема производства. Система подачи 16 также может быть выполнена с возможностью принимать, хранить, обрабатывать и измерять один или более мономеров или разбавителей, которые извлекаются в виде выходных потоков реактора из системы извлечения 24 и возвращаются в реакторную систему 20. Множество линий подачи 18 может использоваться для подачи в реакторную систему 20 различных потоков мономера, сомономера, разбавителя, катализатора, сокатализатора, водорода, присадок или их комбинаций. Линии подачи 18 могут подключаться к стенке петлевого реактора полимеризации в реакторной системе 20. В общем случае, одна система подачи может обслуживать конкретный петлевой реактор. В альтернативном варианте, множество систем подачи 16 могут использоваться в реакторной системе и соединяться с одним или более петлевыми реакторами, расположенными и работающими последовательно или параллельно. Кроме того, система подачи 16 может дополнительно принимать переработанные неполимерные компоненты от одной или более систем последующей переработки.

[0031] Типовые сырьевые материалы 14 могут включать, но не ограничиваться ими, олефиновые мономеры, сомономеры, разбавители, катализаторы, сокатализаторы, активаторы, агенты передачи цепи, агенты контроля молекулярной массы, сореагенты, присадки и их комбинации. Подходящие олефиновые мономеры и сомономеры могут включать в том числе этилен, пропилен, бутен, гексен, октен, децен и их комбинации. Олефиновый мономер и сомономеры могут присутствовать в виде жидкости, газа или сверхкритического флюида, в зависимости от типа используемой реакторной системы 20. Такими олефиновыми мономерами и сомономерами обычно являются 1-олефины, имеющие до 10 атомов углерода на молекулу и которые могут не содержать разветвлений ближе к двойной связи, чем в 4 позиции, такие как 1-пентен, 1-гексен, 1-октен и 1-децен.

[0032] Подходящие разбавители могут включать в том числе пропан, изобутан, н-бутан, н-пентан, изопентан, неопентан, циклопентан, метилциклопентан, этилциклопентан, н-гексан, циклогексан, н-гептан и их комбинации.

[0033] Используемый в данном документе термин "агент передачи цепи", или в качестве альтернативы "агент контроля молекулярной массы", должен пониматься как агент, который будет предоставлять активный водород или галоген, который может удаляться во время реакции полимеризации. Реакции передачи цепи останавливают растущую во время полимеризации радикальную цепь и начинают на своем месте новую. Поэтому передача цепи дает в результате более короткие цепи, меньшую степень полимеризации и меньшие молекулярные массы. Одним из примеров подходящего агента передачи цепи или агента контроля молекулярной массы является водород; тем не менее, в способах и процессах по данному изобретению могут использоваться другие агенты передачи цепи, так как агенты передачи цепи могут изменяться в зависимости от типа полимеризации. Другие примеры агентов передачи цепи включают, но не ограничиваются ими, меркаптаны, ароматические соединения с бензиловыми водородами, алкилгалогениды и галогенпроизводные углеводородов (такие как тетрахлорметан и тетрабромметан).

[0034] Подходящие катализаторы могут включать в том числе катализаторы Циглера-Натта, хромовые катализаторы, металлоценовые катализаторы и их комбинации. Один или более катализаторов, подающихся в реакторную систему 20, могут быть гетерогенными, гомогенными, нанесенными и/или ненанесеиными. Подходящие сокатализаторы могут включать в том числе бораты, три-этилбор, метилалюмоксан, триэтилбор, метилалюмоксан, бораты, алюминийорганические соединения (такие как три-этилалюминий и три-изобутилалюминий, триэтилалюминий) и их комбинации. Подходящие активаторы или сокатализаторы могут включать в том числе твердые суперкислоты, присадки и их комбинации.

[0035] Проиллюстрированная на фигуре 1 система подачи 16 может содержать резервуары для хранения, сосуды, баллоны и другие емкости для хранения в них сырьевых материалов 14. Система подачи 16 может также содержать столы для обработки, такие как столы с молекулярными ситами, алюминиевой набивкой и т.д., для переработки или обработки сырьевых материалов 14 перед подачей в линии подачи 18. После обработки могут быть удалены любые нежелательные компоненты, присутствующие в сырьевых материалах 14. Примеры нежелательных компонентов в сырьевых материалах 14 включают каталитические яды, в том числе такие как вода, кислород, монооксид углерода, диоксид углерода и органические соединения, содержащие серу, кислород и/или галогены. В другом варианте реализации изобретения, сырьевые материалы 14 могут подаваться непосредственно в реакторную систему 20 без хранения в системе подачи 16. Например, мономер этилена может подаваться непосредственно в реакторную систему 20 без промежуточного хранения в системе подачи 16.

[0036] Система подачи 16 может быть выполнена с возможностью подготавливать или кондиционировать сырьевые материалы 14, такие как катализаторы, перед их подачей в реакторную систему 20. Например, катализатор можно подготавливать в баках подготовки катализатора для смешивания с разбавителем (например, изобутаном или гексаном) или минеральным маслом. Кроме того, в процессе работы система подачи 16 может также хранить, обрабатывать и измерять извлеченный выходной поток реактора для возврата в реактор. В действительности, операции в системе подачи 16, как правило, принимают как сырьевой материал 14, так и извлеченные выходные потоки реактора.

[0037] Реакторная система 20 может содержать один или более петлевых реакторов, соединенных между собой и предназначенных для проведения в них реакции полимеризации. Например, одной реакцией полимеризации может быть добавление и полимеризация олефиновых мономеров и сомономеров в полиолефиновое полимерное соединение с длинной цепью в присутствии разбавителей, катализаторов и/или других химических реагентов. В одном варианте реализации изобретения, петлевые реакторы в реакторной системе 20 проектируются и выполняются с уникальной возможностью увеличивать производственную мощность получения полиолефинов, эксплуатационную гибкость и эффективность, а также уменьшать площадь, занимаемую системой, и затраты на производство.

[0038] В одном примере, реакторная система 20 в системе производства полиолефинов 100 выполнена с возможностью управленя множеством петлевых реакторов полимеризации, соединенных и работающих последовательно и/или параллельно, обеспечивая совместную работу петлевого реактора и/или раздельную или независимую работу. Возможность переключать работу ряда петлевых реакторов полимеризации между последовательным и параллельным режимом обеспечивает гибкость в производстве мономодальных и/или мультимодальных (например, бимодальных) полиолефиновых полимеров, в планировании останова реактора, а также гибкость в обслуживании. В некоторых вариантах реализации изобретения, по меньшей мере два суспензионных петлевых реактора работают последовательно, а затем разъединяются для параллельной работы, или для того, чтобы один реактор продолжал работать, а другой был выключен для выполнения технического обслуживания. Это обеспечивает заводу гибкость в производстве бимодальных полиолефиновых полимерных продуктов и возможность переключиться на получение отдельного полиолефинового полимерного продукта при изменении рыночных условий. Параллельные реакторы могут работать на отдельных параллельных линиях подачи и внешних системах извлечения или общих системах подачи и системах извлечения.

[0039] В одном варианте реализации изобретения, реакторная система 20 может содержать один или более реакторов суспензионной полимеризации. Реакторы полимеризации могут быть одного типа или различных типов, и располагаться последовательно или параллельно для производства полиолефинового продукта в виде частиц, таких как полиолефиновая пыль 28, в общем называемая в данном документе как "пыль". Для облегчения пояснения, следующие примеры ограничены по своему объему конкретными типами реакторов, которые должны быть известны специалисту в данной области техники, а также их комбинациями. Тем не менее, специалисту в данной области техники, благодаря этому описанию, будет понятно, что данные технологии применимы к более сложным компоновкам реакторов, таким как те, в которых используются дополнительные реакторы, реакторы различных типов и/или альтернативный порядок реакторов или типов реакторов, а также различные разбавители и системы извлечения мономеров, разное оборудование, расположенное между или среди реакторов, и т.д. Считается, что такие компоновки лежат в пределах объема данного изобретения.

[0040] Один тип реакторов включает реакторы, внутри которых происходит полимеризация в жидкой фазе. Примеры таких жидкофазных реакторов включают автоклавы, реакторы, погруженные в кипящую жидкость, петлевые суспензионные реакторы (вертикальные или горизонтальные) и т.п. Для простоты, в данном контексте обсуждается петлевой суспензионный реактор для получения полиолефинов, таких как полиэтилен или полипропилен, хотя следует понимать, что данные технологии могут аналогичным образом применяться и к другим типам жидкофазных реакторов.

[0041] В другом варианте реализации изобретения, реакторная система 20 может содержать один или более петлевых реакторов, соединенных вместе по меньшей мере в одну петлевую реакционную зону для проведения реакции полимеризации. Каждый петлевой реактор может содержать четыре вертикальных участка, четыре горизонтальных участка и восемь угловых участков. В другом примере, каждый петлевой реактор может содержать шесть вертикальных участков, шесть горизонтальных участков и двенадцать угловых участков. Еще в одном примере, один петлевой реактор может содержать две петлевые реакционные зоны, где по меньшей мере одна петлевая реакционная зона образуется четырьмя вертикальными участками, четырьмя горизонтальными участками и восемью угловыми участками, при этом другая петлевая реакционная зона образуется другой подходящей комбинацией вертикальных участков и горизонтальных участков, которые соединяются угловыми участками. Типовые варианты конструкций реакторной системы, петлевых реакторов и петлевых реакционных зон для суспензионной полимеризации включают раскрытые в патенте США №6239235, патенте США №7033545 и публикации заявки на патент США №2011/0288247, каждая из которых включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки для описания петлевых реакторов и их диаметров, длин, оборудования и работы.

[0042] На фигуре 2 проиллюстрирована реакторная система 200, как один из примеров одного или более петлевых реакторов, расположенных в реакторной системе 20. Реакторная система 200 может содержать два или более петлевых реакторов 50А, 50В, соединенных вместе в одну или более петлевых реакционных зон, и которые могут легко переключаться между последовательной или параллельной работой для получения полиолефинов. Петлевые реакторы 50А, 50В могут содержать множество вертикальных участков 210 и горизонтальных участков 220 (например, верхние горизонтальные участки и нижние горизонтальные участки и т.д., где эти верхние и нижние горизонтальные сегменты определяют верхние и нижние зоны горизонтального потока). Например, петлевой реактор 50А, 50В может содержать от восьми до шестнадцати или другое количество вертикальных участков 210, таких как вертикальные трубные колонны в кожухе, приблизительно 24 дюйма (0,61 м) в диаметре и приблизительно 200 футов (5,01 м) в длину.

[0043] Как проиллюстрировано на фигуре 2, вертикальный участок 210 и горизонтальный участок 220 соединяются посредством плавного изгиба (например, углового участка 230), обеспечивая тем самым путь непрерывного потока, по существу не имеющий внутренних препятствий среди одной или более петлевых реакционных зон в петлевых реакторах 50А, 50В реакторной системы 200. В одном примере, угловой участок можно использовать для подключения соединительного конца горизонтального участка к соединительному концу ближайшего вертикального участка (для удобства и ясности, на фигуре 2 пронумерованы лишь некоторые из вертикальных участков, горизонтальных участков и угловых участков). Например, два угловых участка 230 можно использовать для соединения верхних и нижних частей каждого вертикального участка 210 с другим горизонтальным участком 220 или другим угловым участком 230. В качестве еще одного примера, два угловых участка 230 можно использовать для соединения обоих концов горизонтального участка 220 с двумя вертикальными участками 210. В общем случае, два одинаковых угловых участка образуют дугу (гипотетической окружности, где внутренняя кривизна 238 каждого углового участка 230 образует половину дуги гипотетической окружности, и гипотетическая окружность имеет радиус (R_c), как проиллюстрировано на фигуре 3С). Каждый вертикальный участок 210 имеет длину по вертикали (L_V), а каждый горизонтальный участок 220 имеет длину по горизонтали (L_H). Следует отметить, что соответствующие длины по вертикали (L_V) и длины по горизонтали (L_H) не обязательно должны быть одинаковыми.

[0044] В общем случае, реакция полимеризации в реакторной системе 200 является экзотермическим процессом и поэтому требуется отводить теплоту реакции. Петлевые реакторы 50А, 50В могут охлаждаться с помощью теплообменника. Например, каждая колонна или вертикальный участок 210 может быть защищен и окружен теплообменником, таким как рубашка охлаждения 52 или другие подходящие трубчатые теплообменники, выполненные с возможностью окружать вертикальные участки 210 и/или другие участки. Фигура 2 иллюстрирует два четырехколонных реактора, каждый из которых имеет 4 вертикальных участка, расположенных вертикально. Вертикальный участок 210 окружен рубашкой охлаждения 52, которая может также располагаться горизонтально. Рубашки охлаждения 52 содержат охлаждающую среду (например, воду и другие охладители), протекающую в них для отвода тепла.

[0045] Одна или более линий подачи 58А, 58В используются для введения мономеров (и/или сомономеров, если они имеются), одного или более разбавителей и/или других химических компонентов в петлевые реакторы 50А, 50В, соответственно. Линии подачи 58А, 58В могут соединяться непосредственно с петлевыми реакторами 50А, 50В в одном или более местах, или они могут объединяться и подавать в одну линию, такую как рециркуляционная линия конденсированного разбавителя. Кроме того, одна или более линий подачи 60 используются для введения в петлевые реакторы 50А, 50В катализатора и других присадок. Линии подачи 58А, 58В, 60 обычно соответствуют линии подачи 18, проиллюстрированной на фигуре 1.

[0046] Условия реакции, такие как температура, давление и концентрации реагентов, регулируются в каждом петлевом реакторе 50А, 50В, чтобы получить желаемые свойства и объем производства образующихся в них полиолефиновых полимерных продуктов, а также чтобы контролировать стабильность петлевых реакторов 50А, 50В. Как правило, температура поддерживается ниже уровня, при котором полимерный продукт может переходить в раствор, разбухать, смягчаться или становиться липким. Вследствие экзотермической природы реакции полимеризации, для удаления избытка тепла, через рубашки охлаждения 52 вокруг частей петлевого суспензионного реактора 50А, 50В может циркулировать охлаждающая жидкость, тем самым поддерживая температуру в пределах нужного диапазона, обычно между около 150°F и около 250°F (от около 65°С до около 121°С). Аналогичным образом, давление в каждом петлевом реакторе 50А, 50В может регулироваться в пределах заданного диапазона давления, обычно в диапазоне от около 100 фунт/кв. дюйм изб. до около 800 фунт/кв. дюйм изб. (от 0,69 МПа до 5,52 МПа), например, от около 450 фунт/кв. дюйм изб. до около 700 фунт/кв. дюйм изб. (от 3,10 МПа до 4,83 МПа). В одном примере, мономер этилена и сомономер 1-гексена могут быть полимеризованы при температуре реакции в полиэтиленовый полиолефиновый полимер, который практически нерастворим в жидкой среде, и поэтому образует в ней суспензию твердых частиц.

[0047] Кроме того, петлевые реакторы 50А, 50В могут также содержать другие механизмы или приборы для измерения и/или контроля переменных процесса, таких как температура, давление, расход сырьевого материала, плотность суспензии, скорость жидкости, скорость циркулирующей суспензии и т.д. Такие приборы могут содержать один или более датчиков или чувствительных элементов, преобразователей и т.д., расположенных в реакторах 50А, 50В или за их пределами, в зависимости от требований. Для механизма регулирования давления можно использовать, чувствительный элемент, например, мембрану. Для прибора контроля температуры можно использовать чувствительный элемент, такой как термопара, резистивный датчик температуры (РДТ) и тому подобное, который может находиться, например, в термокармане.

[0048] Ряд приборов может иметь локальную индикацию измеряемых переменных процесса. Например, прибор регулирования давления может иметь локальный манометр, а прибор контроля температуры может иметь локальный термометр (или быть им), показания которых могут считываться локально оператором или инженером, и управляться, например, системой управления 46. Преобразователи могут использоваться для преобразования аналогового сигнала, принятого от чувствительного элемента, в цифровой сигнал для подачи или передачи в систему управления, например, систему управления 46.

[0049] Петлевые реакторы 50А, 50В используются для проведения полимеризации полиолефинов (например, полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП)) в условиях суспензии, при которых в жидкой среде образуются нерастворимые частицы полиолефиновых полимеров, взвешенные в виде суспензии. Олефиновые мономеры, сомономеры и тому подобное, могут быть полимеризованы в присутствии катализаторов, жидких разбавителей и т.п.в смесь текучей суспензии. Текучая суспензия может содержать твердые частицы одного или более полиолефинов, мономеров, жидких разбавителей, разбавителей и тому подобное.

[0050] Смесь полимеризационной текучей суспензии циркулирует при помощи импеллера (не проиллюстрирован), который, как правило, располагается во внутренней части петлевых реакторов 50А, 50В для создания в текучей суспензии зоны турбулентного перемешивания и поддержания в ней относительно постоянной скорости суспензии и/или весового расхода. Импеллеры в петлевых реакторах 50А, 50В могут приводиться в движение одним или более электродвигателями 56А, 56В, которые соединяются с высокопроизводительными насосами, такими как насосы 54А, 54В. Соответственно, насосы 54А, 54В соединяются с импеллерами в петлевых реакторах 50А, 50В. Примеры насосов включают линейные осевые насосы и диагональные насосы. Импеллеры могут также помочь продвигать с достаточной скоростью текучую суспензию через петлевую реакционную зону в каждом петлевом реакторе, чтобы твердые частицы, такие как катализаторы или частицы полиолефинового полимерного продукта, оставались взвешенными в жидкой среде.

[0051] Как проиллюстрировано на фигуре 2, текучая суспензия может сливаться из петлевых реакторов 50А, 50В через линию суспензионного продукта 27, линию транспортировки суспензии 21 или линию пылевого суспензионного продукта 22, которые соединяются с или выполнены в виде одной или более отстойных колонн, клапанных механизмов (например, плунжерных клапанов, модулирующих клапанов) и/или узлов непрерывного отбора (СТО) (соединенных с одним или более плунжерных клапанов, модулирующих клапанов или клапанами других конструкций).

[0052] Линия транспортировки суспензии 21 выполнена с возможностью сливать текучую суспензию из петлевого реактора 50А непосредственно наружу (например, посредством одной или более линий суспензионного продукта 27) или в петлевой реактор 50В (например, посредством линии транспортировки 21L) через отстойную колонну, запорный клапан (например, плунжерный клапан), узел непрерывного отбора (который содержит запорный (плунжерный) клапан и модулирующий клапан) или клапаны других конструкций. Расход жидкости в линии транспортировки суспензии 21 может регулироваться с помощью одного или более клапанных механизмов и/или узлов непрерывного отбора, соединенных с ними. В альтернативном варианте, линия транспортировки суспензии 21 не может модулироваться и может функционировать в качестве линии непрерывной транспортировки суспензии. В некоторых вариантах реализации изобретения, линия транспортировки суспензии 21 перенаправляется к одной из линий суспензионного продукта 27. В альтернативных вариантах реализации изобретения, одна линия суспензионного продукта 27 соединяется с петлевым реактором 50А, например, возле одного из угловых участков 230, и линия транспортировки суспензии 21 может быть закрыта.

[0053] В одном примере, текучая суспензия сливается из линии транспортировки суспензии 21 петлевого реактора 50А непрерывно и непосредственно не модулируется. Ни узел непрерывного отбора, ни отстойная колонна не используется. Вместо этого, линия транспортировки суспензии 21 соединяется с полнопроходным плунжерным клапаном, установленным в положение полного открытия, и дополнительный модулирующий клапан не применяется. В другом примере, линия транспортировки суспензии 21 соединяется с запорным клапаном (например, плунжерным клапаном или подобным), расположенным на стенке реактора, без использования модулирующего клапана. При необходимости, для отсечения линии транспортировки суспензии 21 от петлевого реактора 50А используется плунжерный клапан. Еще в одном примере, на линии транспортировки суспензии 21 петлевого реактора 50А может располагаться узел непрерывного отбора с модулирующим клапаном. Если он имеется, модулирующий клапан может регулировать расход текучей суспензии, проходящей через него, и облегчать регулирование давления внутри петлевого реактора 50А.

[0054] В другом примере (не проиллюстрирован), модулирующий клапан может располагаться ниже по потоку, на линии транспортировки суспензии 21. Еще в одном примере, на выходе линии транспортировки суспензии 21, соединенной со стенкой петлевого реактора 50 В, может располагаться плунжерный клапан, чтобы обеспечить возможность отсечь линию транспортировки суспензии 21 от петлевого реактора 50В, когда это необходимо. Необходимость отсечь линию транспортировки суспензии 21 от петлевых реакторов 50А, 50В может возникнуть во время проведения технического обслуживания или простоя реакторной системы 200, или когда эксплуатируется альтернативная линия слива или транспортировки из петлевого реактора 50А, и так далее. Управление плунжерных клапанов может быть ручным, гидравлическим, пневматическим, дистанционным, автоматическим и так далее. Линия транспортировки 21L может выводиться из эксплуатации вручную (например, закрывая плунжерные клапаны вручную) или автоматически (например, с помощью системы управления, автоматически закрывающей плунжерные клапаны).

[0055] Линия пылевого суспензионного продукта 22 выполнена с возможностью сливать текучую суспензию из петлевого реактора 50В через клапан регулирования расхода 25 (например, модулирующий клапан) в систему извлечения 24 (которая также проиллюстрирована на фигуре 1). Для слива текучей суспензии линия пылевого суспензионного продукта 22 может соединяться, непосредственно или опосредованно, с отстойной колонной, узлом непрерывного отбора (СТО), или с клапанами других конструкций. Текучая суспензия может сливаться периодически, например, через отстойную колонну. В альтернативном варианте, текучая суспензия может сливаться непрерывно, например, через узел непрерывного отбора. Для непрерывного слива предполагается применение различных конструкций слива. Например, для непрерывного слива текучей суспензии из петлевых реакторов 50А или 50В может использоваться запорный клапан (например, полнопроходный плунжерный клапан) без дополнительного модулирующего клапана.

[0056] Элементы или инструменты для измерения давления могут располагаться на петлевых реакторах 50А, 50В и на линии транспортировки суспензии 21. В некоторых примерах, давление в петлевом реакторе 50А может передаваться в петлевой реактор 50В. В петлевых реакторах 50А, 50В может поддерживаться одинаковое, близкое или различное давление. Впуск линии транспортировки суспензии 21 может соединяться с петлевым реактором 50А на нагнетательной стороне насоса 54А в петлевом реакторе 50А. Выпуск линии транспортировки суспензии 21 может соединяться с петлевым реактором 50В на стороне всасывания насоса 54В в петлевом реакторе 50В. Такая конструкция может обеспечить положительный перепад давления (т.е. движущую силу) для текучей суспензии, текущей через линию транспортировки суспензии 21 из петлевого реактора 50А в петлевой реактор 50В. В одном примере, перепад давления (между нагнетательной стороной насоса 54А и всасывающей стороной насоса 54В) составляет около 20 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм) (0,14 МПа).

[0057] В одном варианте реализации изобретения предусматривается, что реакция полимеризации проводится в одной петлевой реакционной зоне в системе производства полиолефинов 100 и текучая суспензия непрерывно подается через петлевые реакторы 50А, 50В и сливается в линию пылевого суспензионного продукта 22. В другом варианте реализации изобретения, реакция полимеризации в системе производства полиолефинов 100 осуществляется в двух петлевых реакционных зонах в петлевых реакторах 50А, 50В соответственно, и текучая суспензия перемещается из одной петлевой реакционной зоны в петлевом реакторе 50А в другую петлевую реакционную зону в петлевом реакторе 50В, при этом каждая реакционная зона имеет свои отдельные переменные процесса.

[0058] Дополнительный вариант реализации изобретения обеспечивает значительное улучшение конструкции вертикальных участков 210, горизонтальных участков 220 и угловых участков 230 в петлевой реакционной зоне петлевых реакторов 50А, 50В системы производства полиолефинов 100. Площадь, занимаемая системой и опорная конструкция по меньшей мере одного петлевого реактора уменьшается, тем самым увеличивая эффективность производства и снижая капитальные затраты, сохраняя при этом высокую производительность. В одном варианте реализации изобретения, длина по горизонтали (L_H) по меньшей мере одного горизонтального участка значительно уменьшается. В другом варианте реализации изобретения, по меньшей мере один угловой участок реакторной системы выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n), большим 3000000. В то же время, вертикальные участки петлевых реакторов 50А, 50В в системе производства полиолефинов 100 выполнены с возможностью поддерживать ее мощность при общем объеме производства в петлевом реакторе более, чем 10000 галлонов (37,9 м³), например около 20000 галлонов (75,7 м³) или более, около 40000 галлонов (151,4 м³) или более, или около 50000 галлонов (189,2 м³) или более. Типовая номинальная мощность типовой системы производства 10 составляет около 700-1600 миллионов фунтов (318-726 тыс. тонн) полиолефинов в год. Типовая расчетная производительность в час составляет около от 70000 до около 200000 фунтов (от 32 до 90 т) полимеризованных/экструдированных полиолефинов. Однако следует подчеркнуть, что данные технологии применимы к процессам производства полиолефинов, включая системы производства полиэтилена, имеющим номинальные мощности и расчетные производительности, выходящие за эти примерные диапазоны.

[0059] На фигурах 3А и 3В проиллюстрированы примеры петлевых реакторов 300, 310, которые могут использоваться в таких системах производства полиолефинов для полимеризации олефинов. В одном аспекте предполагается выполнить по меньшей мере один из угловых участков 230 и поддерживать число Дина (D_n) суспензии, текущей в угловом участке 230, большим 3000000, где угловой участок 230 имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c). В одном варианте реализации изобретения, число Дина определяется как ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2, где ρ - плотность текучей суспензии, измеряемая в таких единицах, как, например, фунт/фут³, V - скорость циркуляции суспензии в угловом участке, измеряемая в таких единицах, как, например, метры в секунду, d - внутренний диаметр углового участка 230, измеряемый в таких единицах, как, например, футы или дюймы, μ -динамическая вязкость текучей суспензии, измеряемая в таких единицах, как, например, фунт/фут/с, и R_c - радиус внутренней кривизны углового участка 230, измеряемый в таких единицах, как, например, метры или футы. В другом аспекте, вертикальный размер (например, ось Z или ось, параллельная силе тяжести) петлевых реакторов остается эффективной конструкцией для крупного, высокопроизводительного производства полиолефинов, но при этом горизонтальный размер (например, плоскость X-Y земельного участка, занимаемого петлевыми реакторами) значительно уменьшается, чтобы уменьшить занимаемое пространство и снизить капитальные затраты.

[0060] Как проиллюстрировано на фигурах 3A-3D, один вариант реализации изобретения обеспечивает петлевые реакторы 300, 310, которые могут быть выполнены с возможностью иметь длину по вертикали (L_V) по меньшей мере одного из вертикальных участков 210 намного больше длины по горизонтали (L_H) по меньшей мере одного из горизонтальных участков 220. Например, длина по вертикали (L_V) по меньшей мере одного из вертикальных участков 210 в петлевой реакционной зоне петлевых реакторов 50А, 50В, 300, 310 может превышать в 3 (3Х) или более раз длину по горизонтали (L_H) по меньшей мере одного из горизонтальных участков 220, например, в 60 (60Х) или более раз, в 80 (80Х) или более раз, в 100 (100Х) или более раз, в 150 (150Х) или более раз, в 250 (250Х) или более раз. В одном примере, длина по вертикали (L_V), измеренная от самого меньшего значения оси Z вертикального участка 210 до самого большего значения оси Z вертикальных участков 210, может составлять около 60 футов (18,3 м) или больше, например, около 100 футов (30,5 м) или больше, около 150 футов (45,7 м) или больше, или около 300 футов (91,4 м) или больше. В некоторых вариантах реализации изобретения, длина по вертикали (L_V) составляет около от 190 футов до 225 футов (от 57,9 м до 68,6 м), около от 225 футов до 260 футов (от 68,6 м до 79,2 м), или около от 260 футов до 300 футов (от 79,2 м до 91,4 м). Вертикальный участок 210 может соединяться с горизонтальным участком 220 посредством по меньшей мере одного углового участка 230.

[0061] В другом аспекте предполагается, что длина по горизонтали (L_H) по меньшей мере одного из горизонтальных участков 220, расположенного рядом с вертикальным участком 210 и соединенного с соседним угловым участком, значительно уменьшается. В качестве примера, длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка 220 петлевых реакторов 50А, 50В, 300, 310, как предусмотрено в данном документе и если измерять от одного соединительного конца до другого соединительного конца горизонтального участка 220 в плоскости X-Y земельного участка, может составлять около 6 футов (1,8 м) или меньше, например, около 3 фута (0,9 м) или меньше, например, от около 1 фута до около 3 футов (от 0,3 м до 0,9 м), т.е., около 18 дюймов (0,45 м), около 24 дюйма (0,61 м). В качестве другого примера, длина по горизонтали (L_H) по меньшей мере одного горизонтального участка может быть равна нулю, то есть петлевой реактор вообще не содержит горизонтальный участок, а вертикальные участки 210 соединяются с угловыми участками 230, где два угловых участка образуют дугу, имеющую длину хорды (W) и высоту (Н), которые образуют прямой угол α. Как используется в данном документе, длина хорды (W) определяется как расстояние между двумя соединительными концами дуги, где дуга образуется двумя одинаковыми угловыми участками, то есть, двумя внутренними кривизнами 238а, 238b двух угловых участков (как подробно проиллюстрировано на фигуре 3D). В таком случае один угловой участок предназначен для соединения вертикального участка с другим угловым участком.

[0062] Согласно фигуре 3А, петлевой реактор 300 содержит один или более узлов непрерывного отбора 234. Каждый узел непрерывного отбора 234 может соединяться с соответствующей линией пылевого суспензионного продукта 22, как проиллюстрировано на фигурах 1 и 2. Возможны и другие конструкции, например конструкция, в которой множество узлов непрерывного отбора, подающих на одну линию пылевого суспензионного продукта 22, предполагается находящейся в пределах объема настоящего изобретения. Узлы непрерывного отбора 234 могут быть выполнены с возможностью выходить по меньшей мере из одного из угловых участков 230, как проиллюстрировано на фигуре 3А. В альтернативном варианте, узлы непрерывного отбора 234 могут быть выполнены с возможностью выходить по меньшей мере из одного из горизонтальных участков 220.

[0063] Узлы непрерывного отбора 234 могут содержать один или более клапанных механизмов, таких как запорный клапан (например, плунжерный клапан), модулирующий клапан (например, клиновой шаровой клапан) или клапан другой конструкции. В одном примере, узлы непрерывного отбора 234 могут содержать модулирующий клапан для управления непрерывным сливом текучей суспензии из петлевого реактора. В другом примере, узлы непрерывного отбора 234 могут содержать запорный клапан (например, плунжерный клапан) и дополнительный модулирующий клапан (например, клиновой шаровой клапан) для непрерывного слива текучей суспензии. Плунжерный клапан в закрытом положении может обеспечивать поверхность, которая находится на одном уровне с внутренней стенкой реактора, чтобы исключить наличие полости, пространства, или пустоты, где может скапливаться полимер, когда плунжерный клапан находится в закрытом положении.

[0064] Узлы непрерывного отбора 234 могут располагаться в или рядом с выходным концом одного из нижних горизонтальных участков или соседнего углового участка. В одной конструкции, узлы непрерывного отбора 234 связаны с линией пылевого суспензионного продукта 22 и выходят по меньшей мере из одного из угловых участков 230, чтобы способствовать извлечению частиц полиолефинового продукта, не влияя при этом на скорость циркуляции текучей суспензии. В другой конструкции, узлом непрерывного отбора 234 может быть удлиненный полый элемент, соединенный с линией транспортировки суспензии 21 и выполненный с возможностью непрерывно отбирать промежуточный суспензионный продукт.

[0065] Кроме того, один или более узлов непрерывного отбора 234 могут располагаться вблизи последней точки в петлевой реакционной зоне, где поток суспензии поворачивает вверх. В другой конструкции, узлы непрерывного отбора 234 могут располагаться перед линией подачи катализатора, такой как линия подачи 60, чтобы обеспечить максимально возможное время удержания катализатора, только что введенного в петлевой реактор 300, перед тем, как катализатор в первый раз пройдет точку отбора (то есть, место расположения узла непрерывного отбора 234).

[0066] В общем случае, узлы непрерывного отбора 234 могут быть установлены на любых горизонтальных, вертикальных или угловых участках в петлевом реакторе 300. Также, участок петлевого реактора 300, к которому присоединен удлиненный элемент узла непрерывного отбора, может иметь больший диаметр, чтобы замедлить поток текучей суспензии, текущей в нем, и таким образом дополнительно стимулировать расслоение потока жидкости, чтобы отделяемый продукт мог иметь еще большую концентрацию твердых частиц.

[0067] Во время эксплуатации, в зависимости, например, от расположения сливного клапана на петлевом реакторе, слив текучей суспензии, имеющей большую концентрацию твердых частиц, чем текучая суспензия, циркулирующая в петлевом реакторе, может быть реализован в виде такой конструкции слива, которая содержит только запорный клапан (плунжерный клапан) или содержит конструкцию узла непрерывного отбора с запорным клапаном (плунжерным клапаном) и модулирующим клапаном. Типовые конструкции узла непрерывного отбора и другие конструкции слива приведены в публикации заявки на патент США №2011/0288247 и в патенте США №6239235. Они включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки. В некоторых примерах, узлы непрерывного отбора 234 могут иметь плунжерный клапан, соединенный со стенкой петлевого реактора, и модулирующий клапан регулирования расхода (например, клиновой шаровой регулирующий клапан), соединенный с линией слива жидкости (например, линией пылевого суспензионного продукта 22, линией транспортировки суспензии и т.д.). В альтернативном варианте, суспензия пылевого продукта может сливаться через отстойную колонну вместо узла непрерывного отбора.

[0068] Как проиллюстрировано на фигуре 3В, петлевой реактор 310 содержит один или более узлов отстойных колонн 232, выполненных с возможностью выходить по меньшей мере из одного из горизонтальных участков 220 и соединенных с линией пылевого суспензионного продукта 22. Каждый горизонтальный участок 220 может содержать одну отстойную колонну или множество отстойных колонн такой длины, насколько позволяет горизонтальное пространство. Отстойные колонны, как правило, подключаются к горизонтальному участку 220 с уменьшенным размером.

[0069] В альтернативном варианте, узлы отстойных колонн 232 могут быть выполнены с возможностью выходить из угловых участков 230. Узлы отстойных колонн 232 могут содержать один или более клапанных механизмов, таких как запорный клапан (например, плунжерный клапан) или клапаны других конструкций. Клапаны в узлах отстойных колонн 232 выполнены с возможностью непрерывно осаждать и периодически отбирать текучую суспензию. Кроме того, клапаны в узлах отстойных колонн 232 могут использоваться для накопления текучей суспензии, осажденной в них, и периодически отбирать текучую суспензию в линию транспортировки суспензии 21 и/или линию пылевого суспензионного продукта 22.

[0070] Как проиллюстрировано на фигурах 3А и 3В, петлевые реакторы 300, 310 могут содержать по меньшей мере одну петлевую реакционную зону, образованную четырьмя вертикальными участками 210, четырьмя горизонтальными участками 220 и восемью угловыми участками 230, соединенными вместе. В альтернативном варианте, петлевая реакционная зона образуется из шести вертикальных участков, шести горизонтальных участков и двенадцати угловых участков, соединенных вместе. Петлевые реакционные зоны, имеющие более шести вертикальных и горизонтальных участков и более двенадцати угловых участков, также входят в объем настоящего изобретения. Наиболее важно то, что конструкция петлевых реакторов 300,310 разработана для использования преимущества вертикальной силы тяжести, одного или более высокопроизводительных циркуляционных насосов, соединенных с конструкцией (например, двигателей 56А, 56В, насосов 54А, 54В или других подходящих насосов), а также узлов непрерывного отбора 134 (или непрерывных отстойных колонн), чтобы способствовать увеличению расхода и скорости текучей суспензии, циркулирующей в петлевых реакторах 300, 310, позволяя повысить концентрацию циркулирующей суспензии, и, в конечном итоге, получить высокий выход содержащих твердые частицы продуктов, отбираемых из циркулирующей суспензии.

[0071] На фигуре 3С проиллюстрирована типовая часть петлевого реактора и примыкающего углового участка 230 в системе производства полиолефинов 100. Петлевым реактором может быть любой из петлевых реакторов 50А, 50В, 300, 310. Петлевой реактор может содержать множество угловых участков 230, при этом каждый угловой участок 230 имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c) 238. Направление потока текучей суспензии в угловом участке 230 обозначено стрелкой "F". Полагая, что две внутренние кривизны двух угловых участков 230 образуют дугу, как это проиллюстрирован на фигуре 3D для внутренней кривизны 238а и внутренней кривизны 238b, то каждый угловой участок 230 имеет высоту (Н), измеряемую от средней точки дуги. Кроме того, каждая внутренняя кривизна 238а и внутренняя кривизна 238b имеет длину, равную половине длины хорды (W) дуги, т.е. W/2. Следовательно, как проиллюстрировано на фигуре 3С, внутренняя кривизна 238 углового участка 230 имеет длину W/2.

[0072] Как проиллюстрировано в примере на фигуре 3С, угловой участок 230 (например, по меньшей мере один угловой участок в любом из петлевых реакторов 50А, 50В, 300, 310) может соединяться с угловым расходомером 370 (иногда называемым Smart Ell (умное колено)). Например, внутренний отборник давления 362 и внешний отборник давления 364 могут располагаться на внутренних и внешних стенках углового участка 230 для обнаружения и измерения перепада давления между внутренними и внешними стенкам углового участка 230.

[0073] В одном примере, внутренний отборник давления 362 и внешний отборник давления 364 непрерывно продуваются с относительно высокой скоростью разбавителем (например, изобутаном или, в некоторых случаях, рецикловым изобутиленом), чтобы предотвратить закупоривание компонентов углового расходомера 370 суспензией полимера. В другом примере, внутренний отборник давления 362 и внешний отборник давления 364 могут содержать внутреннюю мембрану 352 и внешнюю мембрану 354, соответственно, на внутренних и внешних стенках углового участка 230, в следствие чего внутренний отборник давления 362 и внешний отборник давления 364 могут быть защищены от закупорки или засорения суспензией полимера. При использовании внутренней мембраны 352 и внешней мембраны 354 продувка разбавителя может не потребоваться. Отказ от продувки разбавителя может привести к снижению потребности в разбавителе, не содержащем олефины. Более того, отказ от продувки разбавителя на внутреннем отборнике давления 362 и внешнем отборнике давления 364 может в целом улучшить постоянство замеров давления, полученных от углового расходомера 370.

[0074] В одном варианте реализации изобретения, по меньшей мере угловой участок в петлевой реакционной зоне петлевого реактора выполнен с возможностью минимизировать гидравлические потери. Согласно фигуре 3С, например, радиус (R_c) и внутренний диаметр (d) углового участка 230 могут быть выполнены с возможностью минимизировать гидравлические потери текучей суспензии в угловом участке 230. В одном примере, отношение (R_c/d) радиуса (R_c) и внутреннего диаметра (d) углового участка 230 поддерживается между около 1 и около 10, или от около 2 до около 4. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, в частности, с учетом данного описания, что измеренные параметры, использованные для расчета значений радиуса (R_c) и внутреннего диаметра (d) углового участка 230 и отношения R_c/d, упомянутые в данном документе, перед проведением расчета должны быть преобразованы в подобные или соответствующие единицы, даже если единицы взаимно уничтожаются, чтобы дать отношение R_c/d.

[0075] В другом варианте реализации по данному изобретению, петлевой реактор поддерживает высокую скорость циркуляции (V) и высокий расход (например, большое число Рейнольдса, большое число Дина (D_n) и т.д.) циркулирующей текучей суспензии, особенно в угловом участке 230. Скорость циркуляции (V) может измеряться, например, угловым расходомером 370, который может соединяться с внутренним отборником давления 362 и внешним отборником давления 364, расположенными, соответственно, на внутренних и внешних стенка углового участка 230. В одном примере, скорость циркуляции (V) суспензии в угловом участке 230 составляет около 6 метров в секунду (6 м/с) или выше, например, около 9 м/с или выше. В другом примере, число Дина поддерживается большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2, и где ρ - плотность текучей суспензии, измеряемая в таких единицах, как, например, фунт/фут³, V - скорость циркуляции суспензии в угловом участке, измеряемая в таких единицах, как, например, метры в секунду, d - внутренний диаметр углового участка 230, измеряемый в таких единицах, как, например, футы или дюймы, и μ - динамическая вязкость текучей суспензии, измеряемая в таких единицах, как, например, фунт/фут/с. В другом примере, число Рейнольдса (N_RE) текучей суспензии по меньшей мере в одном угловом участке, где N_RE=ρVd/μ, может поддерживаться на уровне около 11000000 или выше.

[0076] И число Дина и число Рейнольдса являются безразмерными величинами. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, в частности, с учетом данного описания, что измеренные параметры, использованные для расчета безразмерных чисел, упомянутых в данном документе, перед проведением расчета должны быть преобразованы в подобные или соответствующие единицы, так, чтобы единицы взаимно уничтожались, чтобы дать безразмерную величину.

[0077] На фигуре 3С пунктирной кривой проиллюстрирована часть дуги внутренней кривизны углового участка 230. В одном варианте реализации изобретения предполагается уменьшить длину хорды (W) дуги внутренней кривизны 238 в угловом участке 230. В одном варианте реализации изобретения, длина хорды (W) внутренней кривизны 238 в угловом участке 230 составляет около 250 дюймов (6,35 м) или менее. В другом варианте реализации изобретения, радиус внутренней кривизны (R_c) в угловом участке 230 составляет около 72 дюймов (1,82 м) или менее, если определять согласно R_c=Н/2+W²/8H.

[0078] Кроме того, предполагается корректировать размеры, различные параметры и конструкцию углового участка 230, а также снижать гидравлические потери суспензии, текущей в нем. В одном варианте реализации изобретения, отношение (R_c/d) радиуса внутренней кривизны (R_c) и внутреннего диаметра (d) углового участка 230 способно поддерживаться между около 1 и около 10, или от около 2 до около 4, чтобы снизить гидравлические потери.

[0079] Кроме того, скорость циркуляции (V) суспензии, текущей через петлевую реакционную зону в реакторах 300, 310, как правило не испытывает влияния помех в вертикальных участках; соответственно, предполагается выполнить угловой участок 230 такого размера, чтобы поддерживать скорость циркуляции (V) суспензии, текущей через угловой участок 230, и где скорость циркуляции (V) суспензии коррелирует с внутренним диаметром (d) и радиусом внутренней кривизны (R_c) углового участка 230. Например, скорость циркуляции (V) суспензии, текущей через угловой участок 230, можно подобрать в соответствии с выражением V равно μ*D_n, деленное на ρ*d*(d/2R_c)^1/2,

[0080] где μ - динамическая вязкость суспензии, D_n - число Дина, ρ - плотность суспензии, d - внутренний диаметр углового участка 230 и R_c - радиус внутренней кривизны 238 углового участка 230. В одном примере, скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне около 9 метров в секунду или выше. В другом примере, скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне около 9 метров в секунду или ниже. Более того, число Рейнольдса (N_RE) суспензии, текущей в угловом участке 230, также может поддерживаться путем корректировки размера, различных параметров и конструкции углового участка. В одном примере, число Рейнольдса суспензии в угловом участке 230 поддерживается на уровне около 11000000 или выше.

[0081] Фигура 4 иллюстрирует способ 400 работы системы изготовления полиолефинов, такой как система производства полиолефинов 100, проиллюстрированная на фигуре 1. Способ 400 предназначен для полимеризации олефинов в петлевой реакционной зоне реакторной системы, такой как реакторная система 20, 200 с одним или более петлевыми реакторами 50А, 50В, 300, 310. В системе производства полиолефинов 100, один или более олефиновых мономеров и, необязательно, сомономеров полимеризуются с образованием продукта в виде полимерных частиц, обычно называемых пыль или гранулы. Пыль может обладать одним или более нужными свойствами плавления, физическими, реологическими и/или механическими свойствами, такими как плотность, показатель текучести расплава (MI), молекулярная масса, содержание сополимера или сомономера, модуль упругости и тому подобное. Условия реакции, такие как температура, давление, расход, механическое перемешивание, отбор продукта, концентрации компонентов, тип катализатора, объем производства полимеров и т.д., выбираются для достижения нужных свойств пыли.

[0082] На этапе 410 олефиновый мономер и разбавитель подаются в систему петлевого реактора, содержащую петлевую реакционную зону. Например, мономеры и разбавители, поступающие от сырьевых материалов 14, подаются через систему подачи 16 в реакторную систему 20 посредством линий подачи 18. В одном примере, мономером является этилен, а сомономером - 1-гексен. В другом примере, мономером является пропилен, а сомономером -этилен.

[0083] В случае, когда используется мономера этилена, этиленовый сырьевой материал может подаваться через линию подачи при избыточном давлении около 800-1450 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм изб.) (5,52-10 МПа) и при температуре от около 45°F и до около 65°F (от около 7°С и до около 18°С). Водородный сырьевой материал может подаваться через отдельную линию подачи, но при давлении около 900-1000 фунт/кв. дюйм изб. (6,21-6,89 МПа) и при температуре от около 90°F и до около 110°F (от около 32°С и до около 43°С). Конечно же, для доставки этилена, водорода и других сырьевых материалов 14 могут использоваться различные условия подачи.

[0084] В дополнение к олефиновым мономерам и сомономерам, в петлевой реактор добавляется катализатор, который способствует полимеризации мономера этилена. Катализатор может представлять собой частицы, взвешенные в жидкой среде внутри петлевого реактора. В общем случае могут использоваться катализаторы Циглера, катализаторы Циглера-Натта, металлоценовые катализаторы, хромовые катализаторы и другие хорошо известные катализаторы полиолефинов, а также сокатализаторы. Как правило, при подготовке и/или доставке катализатора в линию подачи (например, линию подачи 18), которая подключается к стенке реактора полимеризации, используется, например, разбавитель, не содержащий олефины, или минеральное масло. Кроме того, разбавитель может подаваться в петлевой реактор, как правило, в жидкофазный петлевой реактор.

[0085] На этапе 420 олефиновый мономер, который подается в петлевой реактор, такой как петлевые реакторы 50А, 50В, 300, 310, затем полимеризуется, в присутствии жидкого разбавителя, в полиолефинсодержащую пылевую суспензию. Пылевая суспензия может содержать твердые частицы полиолефинового полимера. Разбавитель может быть инертным углеводородом, таким как изобутан, пропан, н-бутан, н-пентан, изопентан, неопентан, н-гексан, циклогексан, циклопентан, метилциклопентан, этилциклогексан, их комбинации и тому подобное, который в условиях реакции находится в своей жидкой фазе. Использование разбавителя необходимо для суспендирования частиц катализатора и полимерной пыли в суспензионной смеси в петлевом реакторе. Разбавитель, как следует из его названия, может также использоваться для продувки внутреннего объема петлевого реактора или линий для жидкости, чтобы уменьшить вероятность закупоривания или засорения, стимулировать поток суспензии полимера в каналах и линиях в системе производства, и так далее. Кроме того, в приведенных примерах производства полипропилена сам мономер пропилена может выступать в качестве разбавителя.

[0086] Каждый петлевой реактор может содержать множество вертикальных участков и множество угловых участков, соединяющих вертикальные участки или с горизонтальным участком или с другим угловым участком. Кроме того, по меньшей мере один угловой участок может иметь внутренний диаметр (d) и радиус (R_c) внутренней кривизны, которые можно регулировать для поддержания в текущей в нем суспензии числа Дина (D_n), большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V - скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии. Типовые размеры вертикальных участков, горизонтальных участков и угловых участков приведены в таблицах 1 и 2.

[0087] Работа петлевых реакторов 50А, 50В может включать подачу в каждый петлевой реактор одинакового количества мономера или сомономера и/или такого же количества водорода. Альтернативная работа может включать подачу в первый реактор полимеризации большего количества мономера, чем во второй реактор полимеризации, или наоборот. Стадия подачи может выполняться параллельно или последовательно. Работа может также включать подачу во второй реактор полимеризации большего количества водорода, чем в первый реактор полимеризации, или наоборот. Также, в каждом реакторе 50А, 50В может поддерживаться одинаковая или разная концентрация сомономера. Аналогичным образом, в каждом реакторе 50А, 50В может поддерживаться одинаковая или разная концентрация водорода. Кроме того, первый полиолефин (т.е. полиолефин, полимеризованный в первом реакторе 50А) может иметь первый диапазон физических свойств, а второй полиолефин (т.е. полиолефин, полимеризованный во втором реакторе 50В) может иметь второй диапазон физических свойств. Первый и второй диапазоны физических свойств могут быть одинаковыми или различаться. Типовые физические свойства включают, но не ограничиваются ими, плотность полиолефина, процентное содержание сомономера, количество короткоцепной разветвленности, молекулярную массу, вязкость, показатель текучести расплава, скорость течения расплава, степень кристалличности и тому подобное.

[0088] На этапе 430 суспензия отбирается из зоны петлевого реактора. В одном примере, суспензия непрерывно отбирается из одного или более узлов непрерывного отбора, выходящих по меньшей мере из одного из: угловых участков или горизонтальных участков. В другом примере, суспензия периодически отбирается из одного или более узлов отстойных колонн, выходящих из горизонтального участка 220.

[0089] Кроме того, в петлевом реакторе 50А, 50В может производиться и отбираться различное количество полиолефинов. Например, масса первого полиолефинового продукта, полученного из петлевого реактора 50А, может составлять от 30% масс, до 70% масс, от массы второго полиолефинового продукта, полученного из петлевого реактора 50В, или наоборот. Различное количество полиолефиновой продукции в петлевых реакторах 50А, 50В может размещаться и регулироваться посредством различных условий процесса и/или различных конструкций системы, и так далее.

[0090] На этапе 440 разбавители и олефиновые мономеры, находящиеся в текучей суспензии, отделяются от частиц полиолефинового полимера. Например, разбавители и олефиновые мономеры могут отделяться и извлекаться в системе извлечения 24, как это описано ниже. На этапе 450 полиолефиновый полимер получают из системы производства полиолефинов 100, как это описано ниже.

[0091] Согласно фигуре 1, реакторная система 20, имеющая один или более петлевых реакторов, соединенных с ней, соединяется с системой извлечения 24 посредством линии пылевого суспензионного продукта 22. Система извлечения 24 выполнена с возможностью принимать текучую суспензию, слитую из реакторной системы 20, и разделять текучую суспензию на поток полиолефиновой пыли 28 и неполимерные компоненты. Например, жидкость текучей суспензии может обрабатываться в системе извлечения 24 так, чтобы она частично или полностью испарялась в линии быстрого испарения (не проиллюстрирована). Пар, состоящий из неполимерных компонентов (например, разбавителя и непрореагировавшего мономера), может отделяться от потока полиолефиновой пыли 28. Примеры неполимерных компонентов, присутствующих в полиолефиновой пыли, могут включать разбавители, непрореагировавший мономер/сомономер и остаточные катализаторы.

[0092] Для испарения и удаления разбавителей и увеличения энтальпии текучей суспензии может использоваться линия быстрого испарения с присоединенным к ней нагревателем линии быстрого испарения. Линия быстрого испарения и нагреватель линии быстрого испарения могут быть выполнены в виде части реакторной системы, части системы извлечения 24, или, в альтернативном варианте, располагаться между реакторной системой 20 и системой извлечения 24.

[0093] В системе извлечения 24 неполимерные компоненты могут переводиться из паровой фазы в жидкую фазу. Кроме того, система извлечения 24 может быть выполнена с возможностью удалять из неполимерных компонентов нежелательные тяжелые и легкие цепи. Например, разбавитель, не содержащий олефины, может извлекаться из системы извлечения 24 и использоваться повторно, посредством доставки в систему подачи 16 и/или в реакторную систему 20.

[0094] Неполимерные компоненты могут доставляться через одну или более линий потока неполимеров 26 в систему фракционирования 30 для фракционирования и/или переработки во фракции извлеченных неполимерных компонентов разбавителя, мономера и/или катализатора. Фракции неполимерных компонентов таким образом извлекаются и повторно используются посредством доставки фракций в реакторную систему 20, прямо или через линию подачи фракций 32, которая соединяется с системой подачи 16. Обходная линия подачи 34 может использоваться для доставки неполимерных компонентов от системы извлечения 24 (например, через линию потока неполимеров 26) в систему подачи 16 (например, через линию подачи фракций 32) в обход системы фракционирования 30.

[0095] Поток полиолефиновой пыли 28, слитый из системы извлечения 24, затем доставляется в систему экструзии 36 и экструдируется в полиолефиновые гранулы 38 с нужными механическими, физическими характеристиками и характеристиками плавления. Система экструзии 36 может содержать экструдер (например, гранулятор), который выполнен с возможностью добавлять присадки в порцию потока полиолефиновой пыли 28 для придания полученным полиолефиновым гранулам 38 нужных характеристик. Для получения полиолефиновых гранул 38 экструдер нагревает и расплавляет порцию потока полиолефиновой пыли 28 и экструдирует порцию (например, посредством двухшнекового экструдера), продавливая ее через головку гранулятора. Такие гранулы могут охлаждаться в водяной системе, расположенной на или вблизи области сброса гранулятора. Подходящие присадки, вводимые в порцию потока полиолефиновой пыли 28 для формирования полиолефиновых гранул 38, могут включать модификаторы поверхности (например, антифрикционные агенты, атиадгезивы, усилители клейкости), ингибиторы ультрафиолета, антиокислители (например, фенольные смолы, фосфиты, тиоэфиры, амины и т.п.), красители, пигменты, технологические добавки (например, активаторы течения, такие как парафины, масла и фторкаучуки), пероксиды, и другие присадки. Различные присадки могут комбинироваться в различные пакеты присадок, которые будут разливаться в один или более экструдеров и питающих баков экструдера, для получения полиолефиновых гранул 38 с различными желаемыми характеристиками.

[0096] Как проиллюстрировано на фигуре 1, сторона сухой обработки 44 системы производства полиолефинов 100 также содержит систему выгрузки 39, выполненную с возможностью подготавливать полиолефиновые гранулы 38 для отправки заказчикам 40. В общем случае, полиолефиновые гранулы 38 могут транспортироваться в зону выгрузки для хранения, смешивания с другими гранулами и/или погрузки в железнодорожные цистерны, грузовые автомобили, мешки и так далее. Тем не менее, перед отправкой заказчику 40, полиолефиновые гранулы 38 системой выгрузки 39 как правило не изменяются.

[0097] Полиолефиновые гранулы 38, полученные из системы производства полиолефинов 100, могут включать полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилен средней плотности (ПСП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), улучшенный полиэтилен, изотактический полипропилен (иПП), синдиотактический полипропилен (сПП), в том числе различные сополимеры, и т.д. Полиолефиновые гранулы 38 могут использоваться при изготовлении различных изделий, компонентов, предметов домашнего обихода и других предметов, включая, но не ограничиваясь ими, клеящие материалы (например, термоплавкие клеи), электрические провода и кабели, сельскохозяйственные пленки, термоусадочную пленку, стретч-пленку, пленку для упаковки пищевых продуктов, мягкую упаковку для пищевых продуктов, емкости для молока, упаковку для замороженных продуктов, мешки и пакеты для мусора, пакеты для бакалейных товаров, прочные мешки, пластиковые бутылки, защитные средства, ковровые покрытия, лакокрасочные материалы, игрушки и целый ряд емкостей и изделий из пластмассы.

[0098] Конкретные типы полиолефинов, такие как полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), имеют конкретные применения в производстве товаров, изготавливаемых выдувным формованием и литьем под давлением, таких как тара для продуктов питания и напитков, пленка и пластиковые трубы. Другие типы полиолефинов, такие как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), изотактический полипропилен (иПП) и синдиотактический полипропилен (сПП), также подходят для подобных применений. Требования области применения к механическим свойствам, таким как предел прочности и плотность, и/или требования к химическим свойствам, таким как температурная стабильность, молекулярная масса и реакционная способность, как правило, определяют, какой тип полиолефинов подходит для использования.

[0099] Для получения готовой продукции полиолефиновые гранулы 38 обычно подвергают обработке, такой как выдувное формование, литье под давлением, центробежное формование, получение пленки экструзией с раздувом, получение пленки отливкой, экструзия (например, изготовление листов экструзией, изготовление экструзией труб и гофрированных труб, нанесение покрытия/ламинирование экструзией и т.д.), и тому подобное. В конечном счете, изделия и компоненты, изготовленные из полиолефиновых гранул 38, могут дополнительно обрабатываться и собираться вместе для распределения и реализации потребителям. Например, экструдированные трубы или пленки могут упаковываться для распределения заказчику, или на автомобиль можно установить цистерну для топлива, содержащую полиэтилен, для распределения и реализации потребителям.

[00100] Переменными и параметрами процесса в системе производства полиолефинов 100 можно управлять автоматически и/или вручную посредством различных конструкций клапанов, систем управления, и так далее. В общем случае, система управления на основе процессора, такая как система управления 46, проиллюстрированная на фигуре 1, может облегчить управление рядом операций в системе производства полиолефинов 100. Завод по производству полиолефинов может содержать центральный пункт управления, а также центральную систему управления, такую как распределенная система управления (РСУ) и/или программируемый логический контроллер (ПЛК). Например, реакторная система 20 может использовать систему на основе процессора, такую как РСУ, или другие системы управления процессом с расширенными функциями, известные в данной области техники. Система управления 46 может содержать одну или более РСУ для управления системой подачи 16, реакторной системой 20, системой извлечения 24 и/или системой фракционирования 30. На стороне сухой обработки 44 установки производства полиолефинов, система экструзии 36 и/или система выгрузки гранул 39 также может управляться посредством системы на основе процессора (например, РСУ или ПЛК). Кроме того, машиночитаемые носители могут хранить исполняемые коды системы управления для выполнения соответствующими процессорами, включая центральные процессоры, и тому подобное. Машиночитаемый носитель может относиться к любому носителю данных, который может использоваться вместе с машиночитаемыми командами. В типовом и не имеющим ограничительного характера иллюстративном варианте реализации изобретения, машиночитаемый носитель может содержать машиночитаемый носитель данных. Машиночитаемый носитель данных может иметь различный вид, включая, но не ограничиваясь этим, энергонезависимые носители и энергозависимые носители, дискеты, гибкие диски, жесткие диски, магнитную ленту, другие магнитные носители, CD-ROM, DVD или любой другой оптический носитель данных, перфокарты, бумажную перфоленту или любой другой физический носитель с перфорацией. Машиночитаемые носители данных могут дополнительно содержать ПЗУ, ППЗУ, СППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память, их комбинации (например, ППЗУ СППЗУ), или любую другую микросхему или плату памяти. Машиночитаемый носитель может дополнительно содержать машиночитаемые средства передачи данных. Такие средства передачи данных могут содержать коаксиальные кабели, медные провода и оптоволоконные кабели. Средства передачи данных также могут представлять собой акустические или световые волны, такие как генерируемые во время работы радиочастотных, инфракрасных, беспроводных или других средств, содержащих электрические, магнитные или электромагнитные волны.

[00101] Соответственно, ПЛК и связанная с ним система (системы) управления в системе производства полиолефинов 100 может содержать соответствующие аппаратные средства, программные логические схемы и коды для взаимодействия с различным технологическим оборудованием, регулирующими клапанами, каналами и измерительными приборами, чтобы облегчить измерение и управление переменными процесса, реализовать схемы управления, выполнить расчеты и т.д. Различные измерительные приборы, известные специалисту в данной области техники, могут использоваться для измерения переменных процесса, таких как давление, температура, расход, и т.д., а также для передачи сигнала системе управления 46, где данные измерений могут считываться оператором и/или использоваться в качестве входных данных для различных функций управления. В зависимости от области применения и других факторов, индикация переменных процесса может считываться оператором локально или дистанционно, и использоваться для различных целей управления посредством системы управления.

[00102] Начальник производства, инженер, техник, инспектор и/или оператор могут контролировать и управлять процессом из пункта управления. При использовании ПЛК пунктом управления может быть центр деятельности, способствующий эффективному мониторингу и управлению процессом или объектом. Пункт управления и ПЛК могут содержать человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), который может быть компьютером со специализированным программным обеспечением, чтобы обеспечить наличие интерфейса пользователя для системы управления. ЧМИ может варьироваться в зависимости от поставщика и предоставлять пользователю графический вариант промышленного процесса, проводимого в системе производства полиолефинов 100. Может иметься множество консолей или рабочих станций ЧМИ с различной степенью доступа к данным.

[00103] Таким образом, данное изобретение хорошо подходит для достижения указанных, а также присущих ему целей и преимуществ. Конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, являются только иллюстративными, так как данное изобретение может быть модифицировано и реализовано различными, но эквивалентными способами, очевидными специалисту в данной области техники благодаря идеям, изложенным в данном документе. Кроме того, для деталей конструкции или схемы, проиллюстрированных, в настоящем документе, не предусмотрены никакие ограничения, кроме раскрытых в приведенных ниже пунктах формулы изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные выше, могут быть изменены, комбинированы или модифицированы, и считается, что все такие вариации находятся в рамках объема и сущности данного изобретения.

[00104] Изобретение, иллюстративно описанное в данном документе, может соответствующим образом применяться на практике при отсутствии любого элемента, который конкретно не описан в данном документе, и/или любого необязательного элемента, описанного в данном документе. Не смотря на то, что композиции и способы описаны в терминах "содержащие" или "включающие" различные компоненты или этапы, композиции и способы также могут "по существу состоять из" или "состоять из" различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут изменяться на некоторую величину. Всякий раз, когда указывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, любое число и любой включенный диапазон, попадающий в пределы диапазона, указывается конкретно. В частности, каждый диапазон значений (в виде "от около а до около b", или, равносильно, "от около а до около b", или, равносильно, "от около а-b"), описанный в данном документе, следует понимать как определяющий каждое число и диапазон, входящие в широкий диапазон значений.

[00105] Конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, являются только иллюстративными, так как изобретение может быть модифицировано и реализовано различными, но эквивалентными способами, очевидными специалисту в данной области техники благодаря идеям, изложенным в данном документе. Кроме того, для деталей конструкции или схемы, проиллюстрированных в настоящем, документе, не предусмотрены никакие ограничения, кроме раскрытых в приведенных ниже пунктах формулы изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются как попадающие в рамки объема и сущности изобретения. Соответственно, объем охраны, заявленный в данном документе, изложен в приведенной ниже формуле изобретения.

Изобретение относится к реакторной системе для полимеризации олефинов и, более конкретно, к реакторной системе для оптимизации производства полиолефиновых полимеров в петлевом реакторе с высокой эффективностью. Реакторная система содержит один или более петлевых реакторов для полимеризации олефинов. Петлевые реакторы содержат вертикальные участки, угловые участки и/или горизонтальные участки, соединенные в одну или более петлевых реакционных зон для полимеризации олефинового мономера, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера. Для увеличения эффективности производства и снижения затрат уменьшается площадь, занимаемая реакторной системой, в то же время сохраняя высокую производительность. В одном варианте реализации изобретения длина по горизонтали (L_H) одного горизонтального участка значительно уменьшается при сохранении высокой производительности. В другом варианте реализации изобретения один угловой участок реакторной системы выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n) большим 3000000. Изобретение обеспечивает повышение эффективности производства без использования множества отстойных колонн с применением линии непрерывного отбора продукта или другого подобного механизма для непрерывного отбора суспензионных продуктов из реактора. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Петлевой реактор для полимеризации олефинов, содержащий

множество вертикальных участков;

множество угловых участков, соединяющих вертикальные участки или с горизонтальным участком или с другим угловым участком, по меньшей мере один угловой участок имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c); и

по меньшей мере одну петлевую реакционную зону, выполненную с возможностью полимеризовать олефиновый мономер, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера, и в которой по меньшей мере один угловой участок выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n) большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V - скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии.

2. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет от 0,5 фута (0,15 м) до 3,0 футов (0,91 м).

3. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет от 0,5 фута (0,15 м) до 2,0 футов (0,61 м).

4. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один угловой участок соединяет вертикальный участок с горизонтальным участком.

5. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один угловой участок соединяет вертикальный участок с другим угловым участком.

6. Петлевой реактор по п. 1, дополнительно содержащий один или более узлов отстойных колонн, выходящих из горизонтального участка.

7. Петлевой реактор по п. 1, дополнительно содержащий один или более узлов непрерывного отбора (СТО), выходящих по меньшей мере из одного из угловых участков или горизонтального участка.

8. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из узлов непрерывного отбора (СТО) содержит клапан.

9. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что отношение (R_c/d) радиуса внутренней кривизны (R_c) и внутреннего диаметра (d) по меньшей мере в одном угловом участке поддерживается между 1 и 10.

10. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один угловой участок содержит высоту (Н) и длину хорды (W), причем длина хорды составляет 250 дюймов (6,35 м) или меньше, при этом радиус внутренней кривизны (R_c), определяемый согласно R_c=Н/2+W²/8H, составляет 72 дюйма (1,82 м) или меньше.

11. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне 9 м/с или выше.

12. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне 9 м/с или ниже.

13. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что скорость циркуляции измеряется угловым расходомером, соединенным по меньшей мере с одним угловым участком.

14. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, число Рейнольдса суспензии по меньшей мере в одном угловом участке поддерживается на уровне 11000000 или большим.

15. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна петлевая реакционная зона образуется четырьмя вертикальными участками, четырьмя горизонтальными участками и восемью угловыми участками.

16. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна петлевая реакционная зона образуется шестью вертикальными участками, шестью горизонтальными участками и двенадцатью угловыми участками.

17. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что образуются две петлевые реакционные зоны, при этом каждая петлевая реакционная зона образуется четырьмя вертикальными участками, четырьмя горизонтальными участками и восемью угловыми участками.

18. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что две петлевые реакционные зоны соединяются для непрерывной транспортировки в них суспензии.

19. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что объем петлевого реактора составляет более чем 10000 галлонов (37,9 м³).

20. Петлевой реактор по п. 1, отличающийся тем, что полиолефиновый полимер выбирается из группы, состоящей из полипропилена, полиэтилена и их комбинаций.

21. Реакторная система для полимеризации олефинов, содержащая

один или более реакторов, выполненных с возможностью обрабатывать полиолефины; и

петлевой реактор, содержащий

множество вертикальных участков;

множество угловых участков, соединяющих вертикальные участки или с горизонтальным участком, или с другим угловым участком, по меньшей мере один угловой участок имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c); и

по меньшей мере одну петлевую реакционную зону, выполненную с возможностью полимеризовать олефиновый мономер, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера, и в которой по меньшей мере один угловой участок выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n) большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V - скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии.

22. Способ для полимеризации олефинов в петлевом реакторе, включающий

полимеризацию олефинового мономера, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера, внутри по меньшей мере одной петлевой реакционной зоны петлевого реактора, причем петлевой реактор содержит

множество вертикальных участков; и

множество угловых участков, соединяющих вертикальные участки или с горизонтальным участком, или с другим угловым участком, при этом по меньшей мере один угловой участок имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c),

при этом по меньшей мере один угловой участок выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n) большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V - скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии.

23. Способ по п. 22, дополнительно включающий отбор суспензии по меньшей мере из одной зоны петлевого реактора.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что суспензия непрерывно отбирается из одного или более узлов непрерывного отбора, выходящих по меньшей мере из одного из угловых участков или горизонтального участка.

25. Способ по п. 23, отличающийся тем, что суспензия периодически отбирается из одного или более узлов отстойных колонн, выходящих из горизонтального участка.

26. Способ по п. 22, отличающийся тем, что длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет от 0,5 фута (0,15 м) до 3 футов (0,91 м).

27. Способ по п. 22, отличающийся тем, что длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет от 0,5 фута (0,15 м) до 2,0 футов (0,61 м).

28. Способ по п. 22, отличающийся тем, что отношение (R_c/d) радиуса внутренней кривизны (R_c) и внутреннего диаметра (d) по меньшей мере в одном угловом участке поддерживается между 1 и 10.

29. Способ по п. 22, отличающийся тем, что скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне 9 м/с или выше.

30. Способ по п. 22, отличающийся тем, что скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне поддерживается на уровне 9 м/с или ниже.

31. Способ по п. 22, отличающийся тем, что скорость циркуляции (V) суспензии по меньшей мере в одной петлевой реакционной зоне измеряется угловым расходомером, соединенным по меньшей мере с одним угловым участком.

32. Способ для полимеризации олефинов в петлевом реакторе, включающий

полимеризацию олефинового мономера, в присутствии жидкого разбавителя, в суспензию, содержащую частицы полиолефинового полимера, внутри по меньшей мере одной петлевой реакционной зоны петлевого реактора, причем петлевой реактор содержит

множество вертикальных участков; и

множество угловых участков, соединяющих вертикальные участки с горизонтальным участком, при этом длина по горизонтали (L_H) горизонтального участка составляет 3 фута (0,91 м) или менее, при том что по меньшей мере один угловой участок имеет внутренний диаметр (d) и радиус внутренней кривизны (R_c) и выполнен с возможностью поддерживать в текущей в нем суспензии число Дина (D_n) большим 3000000, где D_n=ρVd/μ*(d/2R_c)^1/2 и где ρ - плотность суспензии, V - скорость циркуляции суспензии, и μ - динамическая вязкость суспензии; и

непрерывный отбор суспензии по меньшей мере из одной зоны петлевого реактора.