ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по обычной заявке США с серийным номером 15/587629, поданной 5 мая 2017 г., описание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
ЗАЯВЛЕНИЕ О ФЕДЕРАЛЬНО СПОНСИРОВАННОМ ИССЛЕДОВАНИИ ИЛИ РАЗРАБОТКЕ
[0002] Не применяется.
ССЫЛКА НА МИКРОФИШУ
[0003] Не применяется.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0004] Данное изобретение относится к доставке катализатора и каталитических систем в реактор; более конкретно, данное изобретение относится к системе подачи катализатора и непрерывному процессу доставки катализатора; еще более конкретно, данное изобретение относится к системе подачи катализатора полимеризации и непрерывному способу доставки катализатора полимеризации в реактор полимеризации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0005] В процессе производства полимеров (например, полиолефинов) компоненты сырья, включая один или большее количество мономеров (например, один или большее количество олефиновых мономеров, например, этилен), катализатор, разбавитель и другие возможные компоненты полимеризации (например, водород), как правило, вводят в реактор полимеризации и смешивают при желаемых условиях температуры, давления и концентрации, чтобы получить полимер (например, полиолефин, например, полиэтилен), имеющий желаемые свойства, например, конкретную плотность и молекулярную массу. Различные компоненты могут быть введены по отдельности непосредственно в реактор полимеризации; в альтернативном варианте, два или большее количество компонентов сырья могут быть объединены перед введением в реактор полимеризации.
[0006] При производстве полиолефинов задача состоит в том, чтобы поддерживать производство полиолефинов с желаемыми свойствами в процессе производственного цикла. Например, скорость потока, при которой компоненты катализатора полимеризации добавляют в реактор полимеризации, может влиять на физические и механические свойства полиолефина, получаемого в реакторе полимеризации. Подача суспензии разбавленной фазы часто используется для катализатора и компонентов в петлевом суспензионном процессе. Могут быть использованы различные катализаторы, например, без ограничения, катализаторы на основе хрома, катализаторы Циглера-Натта, металлоценовые катализаторы, неметаллоценовые катализаторы, фосфатно-глиноземные катализаторы, никелевые катализаторы и аналогичные катализаторы. Как правило, разные каталитические системы требуют разных компонентов и разведений/концентраций. Катализаторы, как правило, разбавляют в одном или большем количестве резервуаров, а затем подают в реактор полимеризации в известной концентрации. Эти резервуары могут быть дорогими как в установке, так и в обслуживании.
[0007] На полиолефиновых установках (например, полиэтиленовых установках) часто используется несколько катализаторов, что увеличивает потребность в резервуарах. В традиционной технологии, как правило, используются загрузочные резервуары, смесительные резервуары и рабочие резервуары с мембранными насосами подачи суспензии для перекачки разбавленных смесей в реактор(ы) полимеризации или аппарат(ы) предварительного контактирования. Такое оборудование зачастую бывает громоздким, сложным и трудно очищаемым при замене одного типа катализатора или системы на другой тип катализатора или систему. Компоненты катализатора могут быть добавлены в реактор полимеризации различными способами. Например, компоненты катализатора могут быть введены в реактор(ы) полимеризации с использованием шариковых обратных устройств подачи, необязательно в комбинации с грязевыми котлами. Шариковые обратные устройства подачи, как правило, включают в себя вращающийся цилиндр, имеющий полость на одной стороне цилиндра, которая заполняется компонентами катализатора и из которой они высыпаются в реактор полимеризации после каждого поворота цилиндра на 180°. Однако количество компонентов катализатора, которое заполняет полость в процессе каждого вращения цилиндра, может варьироваться, что приводит к отличающимся количествам компонентов катализатора, подаваемых в реактор полимеризации. Изменения концентрации катализатора приводят к изменениям скорости реакции. То есть различные количества компонентов катализатора, подаваемых в реактор полимеризации, могут вызывать отклонения в работе и управлении процессом реакции полимеризации, происходящим в реакторе полимеризации, что приводит к переменным скоростям производства и производству полиолефина с переменными, нежелательными или меньшими, чем оптимальные характеристиками.
[0008] Некоторые каталитические системы работают через предварительное контактирование компонентов катализатора или активирующих веществ, например, в аппарате предварительного контактирования, перед введением в реактор полимеризации. Например, каталитические системы могут содержать по меньшей мере один катализатор, активатор, носитель, сокатализатор или комбинацию вышеуказанных. Длительность контакта компонентов катализатора и постоянство длительности контакта (например, продолжительность пребывания в аппарате предварительного контактирования), имеющие место для всех частиц катализатора, могут влиять на оперативность процесса, производительность катализатора и качество продукта.
[0009] Таким образом, существует постоянная потребность в улучшенных методиках и системах приготовления и подачи катализатора. Желательно, чтобы такие технологии и системы приготовления и подачи исключали или уменьшали традиционно используемое смешивание и разбавление катализатора выше по потоку от реактора полимеризации или аппарата предварительного контактирования, таким образом, устраняя или уменьшая потребность в традиционно используемых загрузочных резервуарах, смесительных резервуарах и рабочих резервуарах; обеспечивали более постоянное контактирование компонентов катализатора в аппарате предварительного контактирования выше по потоку от реактора полимеризации; или выполняли оба этих требования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В данном документе описан способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) изменения концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) изменения концентрации мономера в зоне полимеризации и (iii) изменения скорости производства полимера в зоне полимеризации; регулирование первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора основываясь на одном или комбинации (i), (ii) и (iii); и введение катализатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется этап регулировки.
[0011] Также в данном документе описан способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) изменения концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) изменения концентрации мономера в зоне полимеризации и (iii) изменения скорости производства полимера в зоне полимеризации; регулирование во втором местоположении выше по потоку от зоны полимеризации первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одном или комбинации (i), (ii) и (iii); и введение катализатора в зону полимеризации ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[0012] Также в данном документе описан способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) первой концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, и второй концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) первой концентрации мономера в зоне полимеризации и второй концентрации мономера в зоне полимеризации, и (iii) первой скорости производства полимера в зоне полимеризации и второй скорости производства полимера в зоне полимеризации; сравнение одного или комбинации из: (а) первой концентрации катализатора со второй концентрацией катализатора для расчета абсолютного значения изменения концентрации катализатора, при этом абсолютное значение изменения концентрации катализатора больше, чем пороговое значение концентрации катализатора, (b) первой концентрации мономера со второй концентрацией мономера для расчета абсолютного значения изменения концентрации мономера, при этом абсолютное значение изменения концентрации мономера больше, чем пороговое значение концентрации мономера и (с) первой скорости производства полимера со второй скоростью производства полимера для расчета абсолютного значения изменения скорости производства полимера, при этом абсолютное значение изменения скорости производства полимера больше, чем пороговое значение скорости производства; регулирование во втором местоположении выше по потоку от первого местоположения, первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одной или комбинации (а), (b) и (с); и введение катализатора, имеющего третью концентрацию, в зону полимеризации ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[0013] Также в данном документе описана система подпитки катализатора, содержащая: поток катализатора; поток разбавителя; и аппарат предварительного контактирования, содержащий по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, при этом каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, причем первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает содержимое, включающее в себя катализатор, полученный из потока катализатора, и разбавитель, полученный из потока разбавителя, и при этом аппарат предварительного контактирования выполнен таким образом, что более чем около 70% содержимого проходит через по меньшей мере две ступени смешивания в течение одной продолжительности пребывания в аппарате, составляющей от около 5 минут до около 30 минут.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Подробное описание будет ссылаться на чертежи, кратко описанные ниже, где одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые части, если не указано иное. Данное изобретение можно лучше понять со ссылкой на одну или большее количество из этих фигур в комбинации с подробным описанием конкретных вариантов осуществления изобретения, представленных в данном документе.
[0015] На Фиг. 1 проиллюстрирована схема системы подачи катализатора, работающей для подачи катализатора или каталитической системы в зону полимеризации, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;
[0016] На Фиг. 2 проиллюстрирована схема системы подачи катализатора, работающей для подачи катализатора или каталитической системы в зону полимеризации, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления данного изобретения, в котором используется аппарат предварительного контактирования;
[0017] На Фиг. 3 проиллюстрирована схема системы приготовления и доставки катализатора в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения; а также
[0018] На Фиг. 4 проиллюстрирована схема системы приготовления и доставки катализатора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления данного изобретения.
[0019] Хотя изобретение, описанное в данном документе, допускает различные модификации и альтернативные формы, только несколько конкретных вариантов его осуществления показаны в качестве примера на чертежах и подробно описаны ниже. Фигуры и подробное описание этих конкретных вариантов осуществления изобретения никоим образом не предназначены для ограничения объема принципов данного изобретения или приложенной формулы изобретения. Напротив, фигуры и подробное текстовое описание предложены для иллюстрации принципов данного изобретения специалисту в данной области техники и для предоставления возможности такому специалисту воспользоваться указанными принципами изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Варианты осуществления изобретения включают в себя системы и способы доставки катализатора полимеризации или каталитической системы полимеризации в зону полимеризации. Описанные варианты осуществления изобретения позволяют доставлять различные катализаторы полимеризации, например, катализатор на основе хрома, катализатор Циглера-Натта или металлоценовый катализатор, поскольку описанная система и связанные с ней способы позволяют доставлять в зону полимеризации реакторной системы полимеризации катализаторы по отдельности, один за другим, в комбинации, или как часть каталитической системы. В вариантах осуществления изобретения поток контролируется посредством измерения концентрации одного или большего количества компонентов катализатора в потоке поступающей каталитической системы и посредством регулирования скорости потока одного или большего количества компонентов катализатора в потоке поступающей каталитической системы независимо от какой-либо желаемой концентрации источника одного или большего количества компонентов катализатора.
[0021] Как было отмечено в данном документе выше, обычные установки полимеризации часто используют громоздкие и сложные комбинации загрузочных резервуаров, смесительных резервуаров и рабочих резервуаров для приготовления разбавленных каталитических смесей для каждой каталитической системы, а также мембранные насосы подачи суспензии для перекачки разбавленных смесей в реактор полимеризации, аппарат предварительного контактирования, или в тот и другой. Когда в общей реакторной емкости используют несколько каталитических систем, количество обычного оборудования для приготовления катализатора дополнительно увеличивается. В вариантах осуществления изобретения использование описанной в данном документе системы и способа доставки катализатора позволяет исключить или минимизировать необходимость такого смешивания и разбавления катализатора перед введением в аппарат предварительного контактирования или реактор полимеризации. В соответствии с вариантами осуществления данного изобретения измеряется концентрация одного или большего количества каталитических компонентов, и скорость их потока регулируется (т.е. увеличивается, уменьшается или поддерживается) в ответ на это измеренное значение. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения катализатор подается в аппарат предварительного контактирования, реактор полимеризации или в тот и другой без необходимости в резервуарах для разбавления, а скорее посредством дозирования катализатора в аппарат предварительного контактирования или реактор полимеризации, измерения концентрации и регулирования скорости его потока, если это необходимо. Таким образом, концентрация компонента катализатора может варьироваться (в отличие от обычного способа, когда концентрация катализатора в смесительном резервуаре, как правило, поддерживается как можно более равномерной); в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения абсолютная концентрация источника компонента катализатора не важна, поскольку регулирование может быть осуществлено в рабочем режиме.
[0022] В вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, также предложено использование аппарата предварительного контактирования для вступления в контакт компонентов катализатора. В вариантах осуществления изобретения в аппарате предварительного контактирования предложено по меньшей мере две ступени внутри корпусного аппарата предварительного контактирования с непрерывным перемешиванием, так что катализатор с улучшенным процентным содержанием компонентов протекает через аппарат предварительного контактирования в течение одной продолжительности пребывания перед выходом из аппарата предварительного контактирования и подается в зону полимеризации ниже по потоку.
[0023] Обычные аппараты предварительного контактирования могут обеспечивать менее чем оптимальную длительность контакта для компонентов катализатора, так что для всех компонентов равновесия не достигается. Например, использование отдельно взятого корпусного реактора с непрерывным перемешиванием или «CSTR» в качестве аппарата предварительного контактирования для каталитической системы приводит к тому, что некоторые твердые частицы катализатора покидают емкость до достижения равновесия между компонентами катализатора на каждой твердой частице катализатора. Такое неидеальное смешивание может происходить из-за широкого распределения продолжительности пребывания, что указывает на то, что некоторые компоненты удерживаются в аппарате предварительного контактирования в течение времени меньшего, чем достаточное время для достижения равновесия, при этом другие компоненты удерживаются в аппарате предварительного контактирования в течение времени большего, чем оптимальное время для достижения равновесия. Усовершенствованный аппарат предварительного контактирования и непрерывный способ приготовления и доставки катализатора, использующий аппарат предварительного контактирования, описанный в данном документе, обеспечивают в вариантах осуществления изобретения непрерывный способ достижения более узкого распределения продолжительности пребывания частиц катализатора в аппарате предварительного контактирования, благодаря чему достигается более эффективное равновесие между компонентами катализатора. Таким образом, утечка твердых частиц через аппарат предварительного контактирования уменьшается или сводится к минимуму. Такая утечка частиц катализатора нежелательна, поскольку она может привести к тому, что некоторые их доли не достигнут надлежащего равновесия с другими компонентами катализатора, что может привести к получению на последующих стадиях полимера с менее желаемыми характеристиками, например, высокомолекулярных гелей. В вариантах осуществления изобретения описанный в данном документе аппарат предварительного контактирования и способ приготовления и доставки катализатора с использованием описанного в данном документе аппарата предварительного контактирования обеспечивают гибкость, позволяющую адаптировать общую продолжительность пребывания к используемой каталитической системе, чтобы обеспечить способ управления относительными концентрациями компонентов катализатора в каталитической системе выше по потоку от реактора полимеризации или как то, так и другое.
[0024] В вариантах осуществления изобретения описанный в данном документе аппарат предварительного контактирования включает в себя модифицированный CSTR с сегментированными отсеками и, необязательно, устройства перемешивания, насос рециркуляции, последовательно соединенные CSTR (которые могут содержать один или большее количество модифицированных CSTR по данному изобретению) или комбинацию вышеуказанных. Не ограничиваясь теорией, множество отсеков модифицированного CSTR по данному изобретению действуют по существу как множество последовательно соединенных CSTR, что обеспечивает уменьшение распределения продолжительности пребывания по сравнению с отдельно взятым немодифицированным CSTR, таким образом позволяя достичь более оптимальной длительности контакта для достижения равновесия.
[0025] Ссылка на «компонент катализатора» в данном документе относится к любому из указанных: катализатору полимеризации, активатору, сокатализатору и разбавителю, которые могут быть объединены в любой комбинации для введения в реактор полимеризации.
[0026] Ссылка на «каталитическую систему» в данном документе относится к любой комбинации компонентов катализатора, описанных в данном документе. Например, каталитическая система на основе хрома может включать в себя катализатор на основе хрома и разбавитель; каталитическая система Циглера-Натта может включать в себя катализатор Циглера-Натта, сокатализатор на основе алюминия и разбавитель; металлоценовая каталитическая система может включать в себя металлоценовое соединение, активатор, сокатализатор и разбавитель; комбинированные каталитические системы могут включать в себя комбинации вышеуказанных (например, двойные металлоценовые каталитические системы, металлоцен + Циглера-Натта и т.д.).
[0027] В данном документе описана система приготовления и доставки катализатора (также называемая в данном документе «системой подачи катализатора» или «системой доставки катализатора»). Система доставки катализатора теперь будет описана со ссылкой на Фиг. 1, где проиллюстрирована схема типовой системы 100 доставки катализатора для подачи катализатора или каталитической системы в зону полимеризации 110 в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. Система 100 доставки катализатора может сообщаться по текучей среде с зоной полимеризации 110 и может включать в себя источник катализатора 103 полимеризации, источник активатора 105, источник сокатализатора 107, разбавителя 109, источник олефинов или мономеров 111 и систему 120 управления. Следует понимать, что варианты осуществления данного изобретения предполагают, что один или большее количество катализаторов полимеризации могут быть введены из одного или большего количества источников катализатора 103 полимеризации в одну или большее количество зон полимеризации 110. В вариантах осуществления изобретения один или большее количество катализаторов полимеризации могут быть введены без использования активатора из источника активатора 105, сокатализатора из источника сокатализатора 107 или того и другого; в альтернативном варианте, один или большее количество катализаторов полимеризации из одного или большего количества источников катализатора 103 полимеризации могут быть введены в одну или большее количество зон полимеризации 110, причем только один выбран из активатора из источника активатора 105 или сокатализатора из источника сокатализатора 107; в альтернативном варианте, один или большее количество катализаторов полимеризации из одного или большего количества источников катализатора 103 полимеризации могут быть введены в одну или большее количество зон полимеризации 110 как с активатором из источника активатора 105, так и с сокатализатором из источника сокатализатора 107. Таким образом, система 100 доставки катализатора может содержать любое количество или комбинацию компонентов катализатора, добавляемых через источники 101, причем четыре (103, 105, 107 и 109) указаны в варианте осуществления изобретения на Фиг. 1.
[0028] Линия 130 подачи катализатора выполнена с возможностью протекания катализатора из источника катализатора 103 в зону полимеризации 110. Датчик 131 может быть расположен на линии 130 подачи катализатора и выполнен с возможностью измерения концентрации катализатора в потоке 130 поступающего катализатора. Проточное устройство 132 (например, клапан) может быть расположено на линии 130 подачи катализатора и выполнено с возможностью регулирования скорости потока катализатора в потоке 130 поступающего катализатора, который поступает в зону полимеризации 110 (например, через поток каталитической системы в линии 112 подачи каталитической системы).
[0029] В вариантах осуществления изобретения система 100 доставки катализатора включает в себя линию 140 подачи активатора, выполненную с возможностью протекания активатора из источника активатора 105 в зону полимеризации 110. Датчик 141 может быть расположен на линии 140 подачи активатора и выполнен с возможностью измерения концентрации активатора в потоке 140 поступающего активатора. Проточное устройство 142 (например, клапан) может быть расположено на линии 140 подачи активатора и выполнено с возможностью регулирования скорости потока активатора в линии 140 подачи активатора, который поступает в зону полимеризации 110 (например, через поток каталитической системы в линии 112 подачи каталитической системы).
[0030] В вариантах осуществления изобретения система 100 доставки катализатора включает в себя линию 150 подачи сокатализатора, выполненную с возможностью подачи сокатализатора из источника сокатализатора 107 в зону полимеризации 110. Датчик 151 может быть расположен на линии 150 подачи сокатализатора и выполнен с возможностью измерения концентрации сокатализатора в потоке 150 поступающего сокатализатора. Проточное устройство 152 (например, клапан) может быть расположено на линии 150 подачи сокатализатора и выполнено с возможностью регулирования скорости потока сокатализатора в линии 150 подачи сокатализатора, который поступает в зону полимеризации 110 (например, через поток каталитической системы в линии 112 подачи каталитической системы).
[0031] В вариантах осуществления изобретения система 100 доставки катализатора включает в себя линию 160 подачи разбавителя, выполненную с возможностью подачи разбавителя из источника разбавителя 109 в зону полимеризации 110. Датчик 161 может быть расположен на линии 160 подачи разбавителя и выполнен с возможностью измерения концентрации разбавителя в потоке 160 поступающего разбавителя. Проточное устройство 162 (например, клапан) может быть расположено на линии 160 подачи разбавителя и выполнено с возможностью регулирования скорости потока разбавителя в потоке 160 поступающего разбавителя, который поступает в зону полимеризации 110 (например, через поток каталитической системы в линии 112 подачи каталитической системы).
[0032] В вариантах осуществления изобретения система 100 доставки катализатора включает в себя поток 170 поступающего олефина или мономера, выполненный с возможностью протекания мономера (например, одного или большего количества олефинов, например, этилена) из источника 111 мономера в зону полимеризации 110. Датчик 171 может быть расположен на линии 170 подачи мономера и выполнен с возможностью измерения концентрации мономера в линии 170 подачи мономера. Предполагается, что другие потоки поступающего мономера, например, поток поступающего сомономера, могут быть использованы в системе 100 доставки катализатора для протекания сомономера (например, одного или большего количества олефинов, например, 1-гексена) в зону полимеризации 110. В альтернативных вариантах осуществления изобретения датчик 171 может быть помещен в зону полимеризации 110 для той же цели, то есть для измерения концентрации мономера (например, этилена, сомономера (например, 1-гексена) или того и другого.
[0033] Система 100 доставки катализатора включает в себя систему 120 управления, выполненную с возможностью измерения и управления через сигнальные линии 190 одним или большим количеством изменений концентрации катализатора в линии 130 подачи катализатора, определяемых датчиком 131, изменением концентрации активатора в линии 140 подачи активатора, определяемым датчиком 141, изменением концентрации сокатализатора в линии 150 подачи сокатализатора, определяемым датчиком 151, изменением концентрации разбавителя в линии 160 подачи разбавителя, определяемым датчиком 161, изменением концентрации мономера в зоне полимеризации 110, определяемым датчиком 171, изменением скорости производства полимера, которая может быть определена по скорости потока, измеренной в линии продукта 180 датчиком 181 потока, или как то, так и другое, и отправить сигнал на одно или большее количество проточных устройств 132 (например, клапан) для регулирования скорости потока катализатора в линии 130 подачи катализатора, проточное устройство 142 (например, клапан) для регулирования скорости потока активатора в линии 140 подачи активатора, проточное устройство 152 (например, клапан) для регулирования скорости потока сокатализатора в линии 150 подачи сокатализатора и проточное устройство 162 (например, клапан) для регулирования скорости потока разбавителя в линии 160 подачи разбавителя.
[0034] Система 120 управления процессом может использоваться для обеспечения однородных концентраций, количества и соотношения сырья. Эти системы управления могут включать в себя систему диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), программируемые логические контроллеры (PLC) или распределенные системы управления (DCS), которые могут собирать и передавать данные, полученные в ходе процесса. Система 120 управления может быть относительно простым элементом, который может иметь датчик, часто называемый первичным преобразователем, который принимает входной сигнал, контроллер, который обрабатывает входной сигнал, и приемник, который обрабатывает выходной сигнал. Система управления вносит коррективы в переменные процесса, основываясь как минимум на одном входном параметре. Затем генерируется ответ, чтобы убедиться, что система остается вблизи заданного значения. Ответом может быть открытие клапана для увеличения или уменьшения потока компонента. Система управления работает не только для обеспечения того, чтобы переменная процесса оставалась на заданном значении, но и для минимизации изменений переменной процесса.
[0035] Зоной полимеризации 110 может быть любая реакторная система, подходящая для осуществления процесса полимеризации для получения желаемого полимерного (например, полиолефинового) продукта. Реакторные системы могут включать в себя, например, один или большее количество из указанных: петлевой суспензионный реактор, газофазный реактор, автоклавный реактор, реактор периодического действия или корпусной реактор с непрерывным перемешиванием. Зона полимеризации 110 может быть выполнена с возможностью получения полиолефина. Полиолефин, полученный в зоне полимеризации 110, может представлять собой полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE) или комбинацию вышеуказанных. Примеры процессов полимеризации полиэтилена можно найти в патентах США №№3248179, 5565175, 5575979, 6239235, 6833415 и 9238698, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки для всех целей, не противоречащих данному изобретению. В вариантах осуществления изобретения зона полимеризации 110 включает в себя петлевой суспензионный реактор, описанный более подробно, например, в патентах США №№6420497; 6239235; 5565175; 5565174; 5455314; и 4613484, описание каждого из которых включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки для всех целей, не противоречащих данному изобретению. Зона полимеризации 110 может включать в себя любую реакторную установку, в которой может происходить реакция полимеризации, например, корпусной реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR), петлевой суспензионный реактор, реактор периодического действия, газофазный реактор, автоклавный реактор, трубчатый реактор, многозонный реактор, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с неподвижным слоем, реактор с перемешиваемым слоем или реактор с псевдоожиженным перемешиваемым слоем. В одном варианте осуществления изобретения зона полимеризации 110 включает в себя или представляет собой петлевой суспензионный реактор. Другие подходящие типы реакторов будут очевидны для специалистов в данной области техники и должны рассматриваться в пределах объема данного изобретения.
[0036] При использовании петлевого суспензионного реактора зона полимеризации 110 может представлять собой обходные трубные пути с номинальным наружным диаметром в интервале между 12 и 36 дюймами (30,5 и 91,4 сантиметрами). Зона полимеризации 110 может быть ориентирована горизонтально или вертикально. Зона полимеризации 110 может иметь любое количество ветвей реактора, например, от 2 до 16 ветвей; в альтернативном варианте, от 2 до 12 ветвей; в альтернативном варианте, от 2 до 8 ветвей; или, в альтернативном варианте, от 2 до 6 ветвей. Объем зоны полимеризации 110 не ограничивается данным изобретением. В вариантах осуществления изобретения объем зоны полимеризации 110 находится в диапазоне от около 1000 галлонов (3785,4 л) до около 80000 галлонов (302832,9 л). В вариантах осуществления изобретения содержимое в зоне полимеризации 110 циркулирует по всей зоне полимеризации 110 в форме суспензии. Суспензия может включать в себя один или большее количество из указанных: углеводород, разбавитель, катализатор и полимер. Суспензия может циркулировать посредством приводящего ее в движение устройства (не показано). Приводящее в движение устройство может быть любым устройством, подходящим для циркуляции суспензии по всей зоне полимеризации 110, например, в качестве неограничивающего примера, осевым насосом, радиально-осевым насосом, центробежным насосом, поршневым насосом прямого вытеснения или любой комбинацией вышеуказанных. В вариантах осуществления изобретения приводящее в движение устройство представляет собой один или большее количество осевых насосов. Гомополимеры и сополимеры полиолефинов, например, полиэтилен и полипропилен, могут быть получены в зоне полимеризации 110. Отслеживать и управлять переменными, важными для работы зоны полимеризации 110, можно посредством интерфейса. Общепринятые интерфейсы включают в себя DCS (распределительную систему управления), PLC (программируемый логический контроллер) и нейросеть. Переменные, важные для работы реактора, включают в себя, без ограничения: скорости производства, скорости подачи катализатора, температуры, давления, скорости потока, концентрации и аналогичное вышеуказанному. Например, продолжительность пребывания в зоне полимеризации 110 может быть ограничена заранее определенным временем, причем может поддерживаться концентрация твердых частиц для каждого компонента. Рабочие условия могут включать в себя, но не ограничиваются этим: продолжительность пребывания, температуру, давление, концентрацию химических веществ, концентрацию твердых частиц и комбинации вышеуказанных. Поддержание относительно высокой концентрации твердых частиц в реакторе и увеличение производства полимера (например, полиэтилена) благодаря постоянному приготовлению и подаче катализатора в соответствии с данным изобретением могут улучшить работу зоны полимеризации 110. Например, и без ограничения, продолжительность пребывания в зоне полимеризации 110 можно регулировать в диапазоне от около 20 минут до 3 часов, температуру можно регулировать в диапазоне от около 150°F до около 230°F (66°С-110°С), давление можно регулировать в диапазоне от около 500 фунтов на квадратный дюйм (фунтов/кв. дюйм) до около 800 фунтов/кв. дюйм (3,5 МПа - 5,5 МПа), а концентрацию твердых частиц можно регулировать в диапазоне от около 30 процентов по весу до 75 процентов по весу.
[0037] В вариантах осуществления изобретения система 100 доставки катализатора включает в себя по меньшей мере две зоны или реакторы полимеризации 110. В вариантах осуществления изобретения реакторы полимеризации 110 расположены в последовательной конфигурации. В вариантах осуществления изобретения реакторы полимеризации 110 расположены в параллельной конфигурации.
[0038] В вариантах осуществления изобретения компоненты из источников 103, 105, 107, 109 или комбинации вышеуказанных вводятся по отдельности в зону полимеризации 110. В альтернативных вариантах осуществления изобретения один или большее количество компонентов из 103, 105, 107 и 109 объединяют перед введением в зону полимеризации 110. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 1, линию 130 подачи катализатора и линию 140 подачи активатора объединяют для получения линии 114А; линию 160 подачи разбавителя и линию 150 подачи сокатализатора объединяют для получения линии 114В; и линии 114А и 114В объединяют для получения линии 112 подачи каталитической системы, по которой вводят каталитическую систему в зону полимеризации 110.
[0039] В вариантах осуществления изобретения насос расположен на одной или большем количестве линий 130, 140, 150, 160, 170 и 180. Насос может быть любым насосом, подходящим для протекания соответствующих компонентов со скоростями, подходящими для введения в зону полимеризации 110 (то есть для линий 130, 140, 150, 160, 170) или извлечения из нее (то есть для линии 180). В вариантах осуществления изобретения насос представляет собой поршневой насос прямого вытеснения. В вариантах осуществления изобретения насос представляет собой шприцевой насос.
[0040] Расходомер 181 может быть расположен на линии 180 полимерного продукта и выполнен с возможностью измерения потока полимерного продукта (например, полиолефина), вытекающего из зоны полимеризации 110. Расходомер 181 может быть любым расходомером, подходящим для точного измерения расхода полиолефина (например, необязательно в форме суспензии, отводимой из петлевого суспензионного реактора), например, тепловым массовым расходомером или объемным расходомером, например, типа диафрагменного, мембранного или измерителя уровня. В некоторых вариантах осуществления изобретения расходомер представляет собой массовый расходомер. Более конкретно, в некоторых вариантах осуществления изобретения расходомер представляет собой измеритель типа Кориолиса, выполненный с возможностью измерения различных типов потока от поршневого насоса прямого вытеснения. Потоком, выходящим из зоны полимеризации 110 по линии 180 продукта, можно управлять через проточное устройство (например, клапан), расположенное в линии 180 и сообщающееся сигналами с системой 120 управления.
[0041] На Фиг. 2 проиллюстрирована система 200 доставки катализатора в соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения. Система 200 доставки катализатора включает в себя аппарат 215 предварительного контактирования. Соответствующие номера используются для соответствующих признаков на Фиг. 1 и 2 (т.е. реактор полимеризации 110 на Фиг. 1 соответствует реактору полимеризации 210 на Фиг. 2), и компоненты системы 200 доставки катализатора аналогичны тем, которые схематически изображены в отношении системы 100 доставки катализатора, с добавлением аппарата 215 предварительного контактирования.
[0042] Аппарат 215 предварительного контактирования предназначен для приведения в контакт одного или большего количества выбранных компонентов до введения выбранных компонентов в зону полимеризации 210. Выбранные компоненты, которые вводят в аппарат 215 предварительного контактирования, выбраны из катализатора полимеризации в линии 230 подачи катализатора, активатора в линии 240 подачи активатора, сокатализатора в линии 250 подачи сокатализатора, разбавителя в линии 260 подачи разбавителя и комбинаций вышеуказанных и могут включать в себя любое количество любого из этих компонентов из источников 201, например, из источников 203, 205, 207 или 209.
[0043] Аппарат 215 предварительного контактирования может представлять собой емкость любого типа, подходящую для приведения в контакт одного или большего количества выбранных компонентов из линий 230, 240, 250 и 260, до введения выбранных компонентов в зону полимеризации 210. В качестве неограничивающего примера, аппарат 215 предварительного контактирования может включать в себя по меньшей мере один из указанных: корпусной реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR) и реактор идеального вытеснения. Аппарат 215 предварительного контактирования может включать в себя перемешивающее устройство (не показано) для смешивания одного или большего количества выбранных компонентов из линий подачи 230, 240, 250 и 260 вместе или иного перемешивания одного или большего количества выбранных компонентов, вводимых по линиям подачи 230, 240, 250 и 260. Перемешивающее устройство может включать в себя, но не ограничивается этим: одно или большее количество рабочих колес, вращающийся элемент, мешалку, вибрационное устройство или любую комбинацию вышеуказанных.
[0044] В вариантах осуществления изобретения аппарат 215 предварительного контактирования представляет собой корпусной реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR). Если аппарат 215 предварительного контактирования представляет собой CSTR, то выбранные компоненты смешиваются с помощью перемешивающего устройства. Содержимое (то есть выбранные компоненты, объединенные в аппарате 215 предварительного контактирования) имеют распределение продолжительности пребывания (rtd) в аппарате 215 предварительного контактирования. Например, в типовом отдельно взятом CSTR скорость распада составляет от около 60% до около 70%, завершенного за одну продолжительность пребывания в аппарате, от около 80% до около 90%, завершенного за две продолжительности пребывания в аппарате, и от около 92% до около 98%, завершенного за три продолжительности пребывания в аппарате. Другими словами, от около 60% до около 70% содержимого в аппарате 215 предварительного контактирования остается в течение ± одной продолжительности пребывания; от около 80 до около 90% остается в течение ± двух продолжительностей пребывания; и от около 92 до около 98% для ± трех продолжительностей пребывания. В альтернативном варианте, скорость распада может составлять от около 62% до около 65% за одну продолжительность пребывания в аппарате, от около 85% до около 87% за две продолжительности пребывания в аппарате и от около 94% до около 96% за три продолжительности пребывания в аппарате. Несколько CSTR могут дать более узкое распределение продолжительности пребывания. Например, множество реакторов CSTR, расположенных последовательно, моделируют rtd как в реакторе периодического действия. В вариантах осуществления изобретения аппарат 215 предварительного контактирования содержит два, три, четыре или большее количество CSTR, расположенных последовательно.
[0045] В вариантах осуществления изобретения аппарат 215 предварительного контактирования представляет собой емкость идеального вытеснения. Все частицы внутри реактора 215 идеального вытеснения имеют приблизительно одинаковую продолжительность пребывания с небольшим или отсутствующим боковым перемешиванием. В вариантах осуществления изобретения аппарат 215 предварительного контактирования включает в себя по меньшей мере одну емкость идеального вытеснения и по меньшей мере один CSTR, размещенные последовательно. Специалист в данной области техники поймет, что возможны другие схемы размещения с отдельно взятым или несколькими CSTR и реакторами идеального вытеснения, и они включены в объем данного изобретения. Например, аппарат 215 предварительного контактирования может представлять собой CSTR, реактор идеального вытеснения, два или большее количество последовательно расположенных CSTR, CSTR, за которым следует реактор идеального вытеснения, реактор идеального вытеснения, за которым следует CSTR, или любую другую комбинацию вышеуказанных.
[0046] В вариантах осуществления изобретения аппарат 215 предварительного контактирования является усовершенствованным аппаратом предварительного контактирования, содержащим модифицированный CSTR в соответствии с данным изобретением. Такой модифицированный CSTR описан более подробно в данном документе ниже. Такой модифицированный CSTR может содержать множество отсеков или зон, например, зоны 213А и 213В, проиллюстрированные на Фиг. 2 для варианта осуществления изобретения.
[0047] Рабочие условия для аппарата 215 предварительного контактирования можно отслеживать и управлять ими. Заранее определенные количества выбранных компонентов из источников 203, 205, 207 и 209, вводимые в аппарат 215 предварительного контактирования, можно отслеживать и управлять ими до введения в аппарат 215 предварительного контактирования, и любым смешиванием или перемешиванием выбранных компонентов можно управлять в пределах диапазона выбранных условий. Факторы, которыми можно управлять в аппарате 215 предварительного контактирования, включают в себя: продолжительность пребывания, температуру, давление, концентрацию и комбинации вышеуказанных для одного или большего количества выбранных компонентов. Управление этими факторами может влиять на свойства полимера (например, полиолефина), получаемого ниже по потоку в зоне полимеризации 210.
[0048] Продолжительность пребывания, которая также может упоминаться как длительность контакта, в аппарате 215 предварительного контактирования может контролироваться, например, посредством управления скоростью потока разбавителя, вводимого по линии 260 в аппарат 215 предварительного контактирования. Продолжительность пребывания в аппарате 215 предварительного контактирования может быть любым отрезком времени, подходящим для полного контактирования одного или большего количества выбранных компонентов, например, от около 1 секунды до около нескольких часов. В некоторых вариантах осуществления изобретения продолжительность пребывания составляет от около 1 секунды до около 300 минут; от около 1 секунды до 200 минут; от около 1 секунды до около 100 минут; от около 1 секунды до около 60 минут; от около 1 секунды до около 30 минут; от около 1 минуты до около 30 минут; от около 5 минут до около 60 минут; от около 5 минут до около 30 минут; или от около 5 минут до около 15 минут.
[0049] Продолжительность пребывания в аппарате 215 предварительного контактирования можно регулировать до введения выбранных компонентов в зону полимеризации 210, в зависимости от характеристик продукта, работоспособности реактора и т.д. Может быть улучшено управление зоной полимеризации 210 и качество полиолефинового продукта в результате повышенных точности измерения и контроля катализатора, подаваемого в зону полимеризации 210, посредством заявленных системы и способа доставки катализатора, описанных в данном документе. В вариантах осуществления изобретения выбранные компоненты могут полностью или частично обходить аппарат 215 предварительного контактирования, чтобы повысить степень точности и контроля поступающего катализатора и эффективно работать аналогично системе 100 доставки катализатора по Фиг. 1. В других случаях превосходные характеристики катализатора и продукта могут быть достигнуты посредством контактирования некоторых или всех выбранных компонентов перед введением в зону полимеризации 210, как было описано ранее.
[0050] При использовании аппарата предварительного контактирования идеального вытеснения потоки, поступающие в аппарат 215 предварительного контактирования, могут входить в разных местоположениях аппарата 215 предварительного контактирования. Некоторые выбранные компоненты, вводимые по линии(ям) подачи 230, 240, 250 и 260, могут поступать спереди или в начале аппарата 215 предварительного контактирования, а другие могут быть разнесены по всей длине аппарата 215 предварительного контактирования. Посредством размещения выбранных компонентов в аппарате 215 предварительного контактирования идеального вытеснения продолжительность пребывания каждого выбранного компонента может быть адаптирована под рабочие характеристики продукта. В качестве неограничивающего примера, один способ может заключаться в добавлении одного или большего количества компонентов катализатора по линии 230 подачи катализатора на входе аппарата 215 предварительного контактирования идеального вытеснения и в добавлении активатора по линии 240 подачи активатора, сокатализатора по линии 250 подачи сокатализатора или по обеим линиям ниже по потоку от входа аппарата 215 предварительного контактирования идеального вытеснения. Катализатор полимеризации, активатор, сокатализатор или комбинация вышеуказанных могут оставаться в аппарате 215 предварительного контактирования от менее чем одной секунды до нескольких часов до вступления в контакт с другими выбранными компонентами. В качестве другого примера, катализатор полимеризации, вводимый по линии 230 подачи катализатора, может быть обработан активатором по линии 240 подачи активатора, за которым следует катализатор полимеризации по линии 230 подачи катализатора, за которым следует сокатализатор по линии 250 подачи сокатализатора, за которым следует катализатор полимеризации по линии 230 подачи катализатора, и затем следует тот же или отличный сокатализатор по линии 250 подачи сокатализатора.
[0051] Могут быть использованы многие способы для контроля температуры в аппарате 215 предварительного контактирования, в том числе посредством прямого или косвенного нагрева. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, контроль температуры может быть важным фактором в химических реакциях. Из-за различных скоростей реакции, путей и диффузионной способности, которые меняются в зависимости от температуры реакции, температуру реакции можно поддерживать относительно постоянной, чтобы последовательно получать продукты реакции, имеющие сходные свойства. Подходящие методы управления температурой в аппарате 215 предварительного контактирования будут очевидны для специалистов в данной области техники и должны рассматриваться в пределах объема данного изобретения.
[0052] Концентрации выбранных компонентов в аппарате 215 предварительного контактирования могут варьироваться и регулироваться, чтобы влиять на реакцию, качество продукта, работу реактора и т.д. На скорость реакции может влиять более высокая или более низкая концентрация одного или большего количества выбранных компонентов в аппарате 215 для предварительного контактирования. Определенное соотношение выбранных компонентов в аппарате 215 предварительного контактирования может обеспечивать оптимальную производительность катализатора, качество продукта и работоспособность реактора. Кроме того, соотношение одного или большего количества выбранных компонентов, вводимых в аппарат 215 предварительного контактирования по линии 230, 240, 250 и 260, по отношению к подаваемому материалу непосредственно в зону полимеризации 215 (то есть, к подаваемому материалу, который не проходит через аппарат 215 предварительного контактирования) может повлиять на работоспособность реактора. На степень реакции может влиять более высокая или более низкая концентрация одного или большего количества выбранных компонентов в аппарате 215 предварительного контактирования. На эффективность компонентов может влиять более высокая или более низкая концентрация некоторых или всех выбранных компонентов, вводимых по линии 230, 240, 250 и 260 в аппарат 215 предварительного контактирования.
[0053] Система 200 доставки катализатора по Фиг. 2 может дополнительно содержать один или большее количество датчиков 231/241/251/261, проточные устройства 232/242/252/262, источник мономера 211, поток 212 каталитической системы, систему 220 управления, линию 270 подачи мономера, датчик 271, линию 280 выхода продукта, расходомер 281 и сигнальную линию 290, которые, как было отмечено в данном документе выше, могут быть такими, как описано с соответствующей ссылкой на пронумерованные датчики 131/141/151/161, проточные устройства 132/142/152/162, источник мономера 111, поток 112 каталитической системы, систему 120 управления, линию 170 подачи мономера, датчик 171, линию 180 выпуска продукта, расходомер 181 и сигнальную линию 190 варианта осуществления изобретения по Фиг. 1.
[0054] Также в данном документе описан усовершенствованный аппарат предварительного контактирования. В вариантах осуществления изобретения система доставки катализатора по данному изобретению включает в себя описанный в данном документе усовершенствованный аппарат предварительного контактирования. Например, усовершенствованный аппарат предварительного контактирования, описанный в данном документе ниже, может быть использован в качестве аппарата 215 предварительного контактирования системы 200 доставки катализатора по Фиг. 2. В альтернативном варианте, усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования может быть использован в любой обычной системе доставки катализатора, известной специалистам в данной области техники.
[0055] Описанный в данном документе усовершенствованный аппарат предварительного контактирования включает в себя два или большее количество CSTR, расположенных последовательно; модифицированный CSTR, который содержит один резервуар-смеситель с непрерывным перемешиванием, содержащий внутренние сегментированные отсеки, каждый из которых может действовать по существу как отдельно взятый CSTR, а вместе - как комбинация последовательных CSTR; насос рециркуляции, выполненный с возможностью возврата избыточного откачиваемого количества обратно в аппарат предварительного контактирования (то есть обратно в первый отсек модифицированного CSTR или обратно в первый CSTR из последовательно соединенных CSTR) или комбинацию вышеуказанных. Такой модифицированный CSTR может позволить минимизировать утечку твердых частиц в соседний(е) отсек(и), не испытывая эффекта полной продолжительности пребывания в каждом отсеке. В вариантах осуществления изобретения модифицированный CSTR включает в себя емкость CSTR достаточного объема для достижения по существу полного равновесия компонентов катализатора и конечного катализатора. Такой модифицированный CSTR может представлять собой сегментированный и разделенный перегородками резервуар, выполненный таким образом, что по существу все частицы достигают равновесия до выхода из емкости. Такой модифицированный CSTR может содержать смесительные средства, например, лопастные мешалки, работающие для приведения в соответствие различных уровней в емкости для того, чтобы обеспечить различную продолжительность пребывания, что желательно для различных каталитических систем.
[0056] Теперь будет описан модифицированный CSTR 315 со ссылкой на Фиг. 3, на которой проиллюстрирована схема системы 300 приготовления и доставки катализатора в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. Система 300 приготовления и доставки катализатора содержит усовершенствованный аппарат предварительного контактирования/модифицированный CSTR 315. В вариантах осуществления изобретения усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования содержит перегородки или другие внутренние элементы 318, выполненные с возможностью сегментирования внутренней части CSTR 315 на множество отсеков. Желательно, чтобы отсеки были выполнены таким образом, чтобы каждый отсек работал как отдельно взятый CSTR, а множество отсеков вместе служили для работы в качестве последовательно соединенных CSTR. Как было отмечено в данном документе выше, и не желая ограничиваться теорией, такая конструкция может обеспечивать минимальную утечку твердых частиц катализатора из одного отсека в любой из соседних отсеков до того, как по существу все частицы подвергнутся эффекту полной продолжительности пребывания. Таким образом, модифицированный CSTR 315 может обеспечить более узкое распределение продолжительности пребывания, чем обычный CSTR. Как было отмечено выше, в типовом отдельно взятом обычном CSTR скорость распада составляет от около 60% до около 70%, завершенного за одну продолжительность пребывания в аппарате, от около 80% до около 90%, завершенного за две продолжительности пребывания в аппарате, и от около 92% до около 98%, завершенного за три продолжительности пребывания в аппарате. Другими словами, от около 60% до около 70% содержимого в отдельно взятом обычном CSTR остается в течение ± одной продолжительности пребывания; от около 80 до около 90% остается в течение ± двух продолжительностей пребывания; и от около 92 до около 98% для ± трех продолжительностей пребывания. В вариантах осуществления изобретения использование усовершенствованного аппарата предварительного контактирования или модифицированного CSTR 315 в соответствии с данным изобретением обеспечивает более узкое распределение продолжительности пребывания. Например, в вариантах осуществления изобретения использование усовершенствованного аппарата предварительного контактирования (например, двух или большего количества последовательно соединенных CSTR, модифицированного (то есть сегментированного) CSTR в соответствии с данным изобретением, аппарата предварительного контактирования, выполненного с насосом рециркуляции или комбинации вышеуказанных) позволяет содержимому в количестве, составляющем более чем или равном около 70%-100% (включительно, то есть в том числе более чем или равном около 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, …, 80%, … 85%, …, 100%) оставаться в оптимизированном аппарате предварительного контактирования в течение продолжительности пребывания в пределах ± одной продолжительности пребывания.
[0057] Усовершенствованный аппарат предварительного контактирования в соответствии с данным изобретением может включать в себя модифицированный CSTR в соответствии с данным изобретением, последовательность, содержащую два или большее количество CSTR, выбранных из обычных CSTR и описанных в данном документе модифицированных CSTR, или как то, так и другое. Такой усовершенствованный аппарат предварительного контактирования может дополнительно содержать насос рециркуляции, как было отмечено выше в данном документе. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 3, система 300 приготовления и подачи катализатора дополнительно содержит насос 345 рециркуляции суспензии катализатора, находящийся в жидкостном соединении с выходом усовершенствованного аппарата 315 предварительного контактирования по линии 344 выпуска активного катализатора. Насос рециркуляции 345 выполнен с возможностью подачи активного катализатора в один или большее количество насосов для подачи суспензии в реактор и, таким образом, в один или большее количество реакторов полимеризации. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 3, насос рециркуляции 345 подает активный катализатор из выпускной линии 344 активного катализатора в первый насос 321А подачи суспензии в реактор и второй насос 321В подачи суспензии через первую линию 346А суспензии и вторую линию 346В суспензии, соответственно. Первый насос подачи суспензии 321А в реактор и второй насос подачи суспензии 321В в реактор выполнены с возможностью ввода активного катализатора в первый реактор 310A полимеризации и второй реактор 310В полимеризации, соответственно. Устройства 322А и 322В управления потоком (например, клапаны) могут быть предложены для управления потоком активного катализатора в первой линии 312А подачи каталитической системы и второй линии 312В подачи каталитической системы, соответственно. Насос 345 рециркуляции суспензии катализатора также выполнен с возможностью рециркуляции активного катализатора в аппарат предварительного контактирования. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 3, насос 345 рециркуляции суспензии катализатора выполнен с возможностью рециркуляции активного катализатора из выпускной линии 344 активного катализатора в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования по линии 346С рециркуляции суспензии катализатора. Модифицированный CSTR 315 может дополнительно содержать смесительный элемент 316, выполненный с возможностью перемешивания содержимого в нем. В вариантах осуществления изобретения смесительный элемент 316 содержит лопастные мешалки 317, при этом каждый отсек внутри CSTR 315 имеет по меньшей мере одну лопастную мешалку, расположенную в нем, для перемешивания содержимого. Система 300 приготовления и доставки катализатора может дополнительно содержать анализатор 355 твердых частиц, выполненный с возможностью определения содержания твердых частиц в линии 346С рециркуляции катализатора, и устройство 372 управления потоком (например, клапан), расположенное на линии 346С рециркуляции катализатора и выполненное с возможностью управления потоком вышеуказанного.
[0058] Катализатор или каталитическая система может быть введена в модифицированный CSTR 315 известным в данной области техники способом, или посредством системы и способа доставки катализатора, описанных в данном документе. Например, в вариантах осуществления изобретения система приготовления и доставки катализатора содержит устройство подачи разбавленной суспензии или систему подачи грязевого котла, выполненную с возможностью поддержания стабильной концентрации твердых частиц в усовершенствованном аппарате предварительного контактирования, основываясь на содержании твердых частиц, измеренном анализатором 355 твердых частиц. В вариантах осуществления изобретения система катализатора и доставки по данному изобретению включает в себя систему подачи разбавленной суспензии для обеспечения подпитки твердыми частицами в аппарат предварительного контактирования. В вариантах осуществления изобретения катализатор и система доставки по данному изобретению включают в себя обычную систему с отдельно взятым грязевым котлом, чтобы обеспечить подпитку твердыми частицами в аппарат предварительного контактирования. В вариантах осуществления изобретения система приготовления и доставки катализатора по данному изобретению включает в себя систему состыкованных грязевых котлов для обеспечения подпитки твердыми частицами в аппарат предварительного контактирования. Например, система 300 приготовления и доставки катализатора по Фиг. 3 включает в себя систему 325 грязевого котла для подпитки твердыми частицами, содержащую первый грязевой котел 335А и второй (состыкованный) грязевой котел 335В. Система 325 грязевого котла может представлять собой обычную систему грязевого котла, известную специалистам в данной области техники. Система 325 грязевого котла может дополнительно содержать источник 309В разбавителя (например, для подачи разбавителя, например, изобутана), устройство 362В управления потоком (например, клапан), выполненное с возможностью управления потоком разбавителя в первый и второй грязевые котлы по линии 363 разбавителя и по первой и второй линиям разбавителя 363А и 363В, соответственно. Система 325 грязевого котла может дополнительно содержать устройство 336 подачи катализатора, которое в вариантах осуществления изобретения может представлять собой шаровой затвор или клапан отбора мощности (типа РТО) или шаровой обратный клапан, известные специалистам в данной области техники. Система 325 грязевого котла для подпитки твердыми частицами может дополнительно включать в себя запорный клапан 337, выполненный с возможностью прекращения потока катализатора из грязевого(ых) котла(ов) при желании, например, в процессе отключения или в случае неисправности устройства 336 подачи катализатора. Анализатор 355 твердых частиц может посылать сигнал 356 на устройство 336 подачи катализатора, чтобы управлять потоком разбавленного катализатора из системы 325 грязевого котла для подпитки твердыми частицами и помогать поддерживать желаемый уровень твердых частиц в усовершенствованном аппарате 315 предварительного контактирования.
[0059] В вариантах осуществления изобретения в систему 300 приготовления и доставки катализатора может быть встроена система состыкованных грязевых котлов для обеспечения подпитки твердыми частицами в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования. Такая система состыкованных грязевых котлов могла бы обеспечивать непрерывную загрузку и подачу твердого катализатора без замены загрузочных устройств или могла бы обеспечить способ переключения твердых типов катализатора.
[0060] В вариантах осуществления изобретения система приготовления и доставки катализатора по данному изобретению включает в себя систему бункеров взвешенного катализатора, предназначенную для подпитки твердыми частицами (в виде сухого сырья) в аппарат предварительного контактирования. Например, система 300 приготовления и доставки катализатора по Фиг. 4 включает в себя систему 325' бункера взвешенного катализатора для подпитки твердыми частицами. Система 300 приготовления и доставки катализатора по Фиг. 4 такая же, как на Фиг. 3, с заменой системы 325 подпитки твердыми частицами из грязевого котла по Фиг. 3 на систему 325' бункера взвешенного катализатора для подпитки твердыми частицами по Фиг. 4.
[0061] Система 325' бункера взвешенного катализатора для подпитки твердыми частицами может содержать весовой дозатор. Такие весовые дозаторы включают в себя, без ограничения, весовые дозаторы, доступные от ACRISON® (г. Мунчи, шт. Нью-Джерси). В вариантах осуществления изобретения система 325' бункера взвешенного катализатора для подпитки твердыми частицами включает в себя бункер 364 для взвешенного катализатора и настенную шкалу 367. Система 325' бункера взвешенного катализатора для подпитки твердыми частицами работает таким образом, что гравитационный и весовой дозатор используются для добавления сухого сыпучего гранулированного катализатора с измеренной и контролируемой скоростью из бункера 364 для катализатора в аппарат 315 предварительного контактирования, содержащий жидкость. Бункер 364 для катализатора может иметь более низкое давление (например, приблизительно 20 фунтов/кв. дюйм (137,9 кПа), измеряемое манометром PG 365), чем в аппарате 315 предварительного контактирования (давление в котором в вариантах осуществления изобретения может составлять от 60 фунтов/кв. дюйм (413,7 кПа) до 100 фунтов/кв. дюйм (689,5 кПа)). Аппарат 315 предварительного контактирования содержит жидкость (например, разбавитель, например, без ограничения, изобутан (IC4)) и возможное разнообразие других активирующих веществ (303, 305, 307 или их комбинацию). Контроллер 309А потока может быть использован, чтобы сигнализировать о потоке разбавителя контроллеру 368 потока катализатора, который может отвечать посредством циклического срабатывания клапанов 336' и 337' для того, чтобы получить соотношение (369 измеренных потерь в весовом дозаторе) твердых частиц катализатора в разбавителе для достижения стабильной концентрации суспензии катализатора (например, 1,5% мае. для ZN катализатора, 4,5% мас. для металлоценового катализатора или 10% мас. для катализатора в форме частиц (например, хрома)). Клапаны 336' и 337' могут быть, в вариантах осуществления изобретения, высокочастотными шаровыми клапанами с тефлоновым уплотнением.
[0062] Концентрация суспензии катализатора в вариантах осуществления изобретения может быть проверена и отрегулирована посредством сравнения с концентрацией твердых частиц, полученной от массового расходомера 372. В вариантах осуществления изобретения дозатор с меньшими весовыми потерями установлен в промежутке между бункером 364 и аппаратом 315 предварительного контактирования для того, чтобы достигнуть желаемой точности и управления, поскольку скорость потока может находиться в диапазоне фунтов в час, а бункер 364 может весить несколько тысяч фунтов. В вариантах осуществления изобретения клапаны с меньшей дозировкой, вспомогательное устройство 374 для подачи азота или то и другое используются для трудносыпучих катализаторов. В вариантах осуществления изобретения любое количество устройств 325' установлено для того, чтобы одновременно подавать любое количество сухого катализатора в аппарат 315 предварительного контактирования.
[0063] В вариантах осуществления изобретения система 300 приготовления и доставки катализатора дополнительно включает в себя одну или большее количество линий активирующих веществ и устройства управления потоком (например, клапаны), выполненные с возможностью введения одного или большего количества компонентов катализатора, или каталитической системы, или активирующих веществ в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования. Такие активирующие вещества могут включать в себя катализатор, активатор, сокатализатор, разбавитель или некоторую комбинацию вышеуказанных. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 3 и Фиг. 4, система 300 приготовления и доставки катализатора содержит: катализатор или источник 303 первого активирующего вещества, который находится в жидкостном сообщении с усовершенствованным аппаратом 315 предварительного контактирования по линии 330 подачи катализатора или первого активирующего вещества; активатор или источник 305 второго активирующего вещества, который находится в жидкостном сообщении с усовершенствованным аппаратом 315 предварительного контактирования по линии 340 подачи активатора или второго активирующего вещества; сокатализатор или источник 307 третьего активирующего вещества, который находится в жидкостном сообщении с усовершенствованным аппаратом 315 предварительного контактирования по линии 350 подачи сокатализатора или третьего активирующего вещества; и источник 309А разбавителя (например, для подачи разбавителя, например, изобутана), который находится в жидкостном сообщении с усовершенствованным аппаратом 315 предварительного контактирования по линии 360А подачи разбавителя. Устройства 332, 342, 352 и 362А управления потоком (например, клапаны) могут быть расположены на линиях 330, 340, 350 или 360А, соответственно, для управления потоком через них. Как указано в варианте осуществления изобретения по Фиг. 3 и Фиг. 4, один или большее количество из катализатора и компонентов катализатора, вводимых по линиям 330, 340, 350, 360А и 360В, могут быть объединены (например, в линию 314) до введения в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования. В альтернативном варианте аналогично варианту осуществления изобретения по Фиг. 2, один или большее количество компонентов (например, разбавитель) могут быть добавлены непосредственно в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования, без предварительного объединения с любым из других компонентов или вспомогательных веществ.
[0064] В вариантах осуществления изобретения система приготовления и доставки катализатора по данному изобретению может быть по существу такой, как проиллюстрировано для варианта осуществления на Фиг. 3 или Фиг. 4, без системы 325 грязевого котла или системы 325' бункера катализатора, соответственно. То есть катализатор и компоненты катализатора могут быть введены, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1 и 2 по линиям 330, 340, 350 и 360А. В таких вариантах осуществления изобретения датчики могут быть расположены на линии 330 катализатора или первого активирующего вещества, на линии 340 активатора или второго активирующего вещества, на линии 350 сокатализатора или третьего активирующего вещества, на линии 360А разбавителя или комбинации вышеуказанных, и могут быть выполнены с возможностью измерения концентрации в них, как было рассмотрено в отношении Фиг. 1 и 2. Основываясь на показаниях измеренной концентрации для этого компонента его поток может быть сохранен, увеличен или уменьшен, как описано в данном документе выше. Таким образом, как было отмечено выше, необходимость в резервуарах для смешивания и разбавления может быть уменьшена или устранена.
[0065] Система 300 подготовки и доставки катализатора дополнительно может включать в себя индикатор 319 уровня, выполненный с возможностью определения уровня жидкости в усовершенствованном аппарате 315 предварительного контактирования и отправки сигнала на устройство 362А управления потоком, посредством чего поток разбавителя может быть увеличен, уменьшен или сохранен, если это необходимо для поддержания желаемого уровня жидкости в усовершенствованном аппарате 315 предварительного контактирования. Таким образом, уровень жидкости в усовершенствованном аппарате 315 предварительного контактирования может поддерживаться посредством непрерывного потока разбавителя в емкость, проходящего мимо устройства подачи катализатора. В вариантах осуществления изобретения другие жидкие компоненты каталитической системы подают в усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования, основываясь на расчетах потока, чтобы поддерживать запас концентрации разбавителя и твердых частиц в резервуаре CSTR и контуре перекачивания (т.е. рециркуляции). Уровень CSTR можно поддерживать на определенном целевом значении, чтобы обеспечить достаточную общую продолжительность пребывания для достижения желаемого равновесия компонентов катализатора на твердых частицах, чтобы создать свободное пространство над продуктом, которое может быть использовано для отвода любых инертных веществ, введенных в систему, или того и другого.
[0066] Без ограничения, модифицированный аппарат предварительного контактирования по данному изобретению может быть особенно подходящим для систем, охватывающих любое количество каталитических систем. Например, модифицированный аппарат 315 предварительного контактирования CSTR может быть особенно хорошо приспособлен для использования в системах, использующих любое количество металлоценовых каталитических систем.
[0067] Катализатор полимеризации, вводимый по линии(ям) 130/230/330, подается в систему доставки катализатора 100/200/300 в качестве активного соединения для катализатора полимеризации. В вариантах осуществления изобретения система доставки катализатора 100/200/300 содержит до 6 различных компонентов катализатора полимеризации, вводимых по одной или большему количеству линий подачи катализатора 130/230/330. Различные компоненты катализатора полимеризации могут быть обработаны одним и тем же или разными соединениями сокатализатора, вводимыми по одной или большему количеству линий 150/250/350 подачи сокатализатора. В вариантах осуществления изобретения компоненты сокатализатора вводятся после компонентов катализатора полимеризации. В альтернативном варианте система 100 доставки катализатора может содержать до четырех различных компонентов катализатора полимеризации. В альтернативном варианте система доставки катализатора 100/200/300 может содержать до трех различных компонентов катализатора полимеризации. Специалистам в данной области техники будут известны другие области применения в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.
[0068] В вариантах осуществления изобретения катализатор полимеризации представляет собой любой каталитический компонент, подходящий для полимеризации олефинов, например, в качестве неограничивающего примера, хромоксидный катализатор, хромсилильный катализатор, катализатор Циглера-Натта, металлоценовый катализатор, феноксииминовый катализатор и фосфатированный алюминиевый катализатор. В вариантах осуществления изобретения композиция катализатора в источнике катализатора 103/203/303 может включать в себя дополнительное соединение, например, титан. В типовом варианте осуществления изобретения катализатор полимеризации представляет собой металлоценовый раствор. В некоторых аспектах катализатор полимеризации представляет собой металлоценовый раствор, имеющий следующее общее уравнение:
[0069] В этом уравнении М(1) выбран из группы, состоящей из титана, циркония и гафния. (Х(1)) независимо выбран из группы, состоящей из циклопентадиенила, инденилов, флуоренилов, замещенных циклопентадиенилов, замещенных инденилов и замещенных флуоренилов. Заместители в замещенных циклопентадиенилах, замещенных инденилах и замещенных флуоренилах (Х(1)) выбраны из группы, состоящей из алифатических групп, циклических групп, комбинаций алифатических и циклических групп, силильных групп, алкилгалогенидных групп, галогенидов, металлоорганических групп, фосфорных групп, азотных групп, кремния, фосфора, бора, германия, водорода и комбинаций вышеуказанных. По меньшей мере один заместитель в (Х(1)) может быть мостиковой группой, которая соединяет (Х(1)) и (Х(2)). (Х(3)) и (Х(4)) независимо выбраны из группы, состоящей из галогенидов, алифатических групп, замещенных алифатических групп, циклических групп, замещенных циклических групп, комбинаций алифатических групп и циклических групп, комбинаций замещенных алифатических групп и циклических групп, комбинаций алифатических групп и замещенных циклических групп, комбинаций замещенных алифатических групп и замещенных циклических групп, амидогрупп, замещенных амидогрупп, фосфидогрупп, замещенных фосфидогрупп, алкилоксидных групп, замещенных алкилоксидных групп, арилоксидных групп, замещенных арилоксидных групп, металлоорганических групп, замещенных металлоорганических групп и комбинаций вышеуказанных. (Х(2)) выбран из группы, состоящей из циклопентадиенилов, инденилов, флуоренилов, замещенных циклопентадиенилов, замещенных инденилов, замещенных флуоренилов, галогенидов, алифатических групп, замещенных алифатических групп, циклических групп, замещенных циклических групп, комбинаций алифатических групп и циклических групп, комбинаций замещенных алифатических групп и циклических групп, комбинаций алифатических групп и замещенных циклических групп, комбинаций замещенных алифатических групп и замещенных циклических групп, амидогрупп, замещенных амидогрупп, фосфидогрупп, замещенных фосфидогрупп, алкилоксидных групп, замещенных алкилоксидных групп, арилоксидных групп, замещенных арилоксидных групп, металлоорганических групп, замещенных металлоорганических групп и комбинаций вышеуказанных. Заместители в (Х(2)) выбраны из группы, состоящей из алифатических групп, циклических групп, комбинаций алифатических групп и циклических групп, силильных групп, алкилгалогенидных групп, галогенидов, металлоорганических групп, фосфорных групп, азотных групп, кремния, фосфора, бора, германия, водорода и комбинаций вышеуказанных. По меньшей мере один заместитель в (Х(2)) может быть мостиковой группой, которая соединяет (Х(1)) и (Х(2)).
[0070] В зависимости от желаемых свойств полимера (например, полиолефина, например, полиэтилена), который должен быть получен в зоне полимеризации 110/210/310, любое количество компонентов катализатора может быть введено по одной или большему количеству линий 130/230/330 подачи катализатора системы 100/200/300 доставки катализатора. В вариантах осуществления изобретения от одного до шести компонентов катализатора вводятся по одной или большему количеству линий 130/230/330 подачи катализатора; в альтернативном варианте от одного до четырех компонентов катализатора вводятся по одной или большему количеству линий 130/230/330 подачи катализатора; и в альтернативном варианте от одного до трех компонентов катализатора вводятся по одной или большему количеству линий 130/230/330 подачи катализатора.
[0071] В некоторых вариантах осуществления изобретения активатор из источника 105/205/305 подачи активатора вводится в систему 100/200/300 доставки катализатора для активации, преобразования или восстановления катализатора, введенного из источника 103/203/303 катализатора, до активного состояния для полимеризации. Активатором из источника 105/205/305 активатора может быть любой активатор, подходящий для активации, преобразования или восстановления катализатора из источника 103/203/303 катализатора до активного состояния для полимеризации, например, обработанный твердый оксид, бораты и метилалюмоксан. В типовом варианте осуществления изобретения активатор в источнике 105/205/305 активатора представляет собой обработанный твердый оксид. Более конкретно, в некоторых вариантах осуществления изобретения активатор в источнике 105/205/305 активатора представляет собой инициатор на основе твердой суперкислоты (SSA). Другие подходящие активаторы будут очевидны для специалистов в данной области техники и должны рассматриваться в рамках объема изобретения.
[0072] В вариантах осуществления изобретения катализатор или активатор пропитывают другим катализатором или активатором, или иным образом объединяют с другим катализатором или активатором, например, компонент катализатора полимеризации пропитывают активатором. В типовом варианте осуществления изобретения катализатор в форме металлоценового катализатора пропитывают активатором. Для таких случаев объединенные компоненты могут упоминаться как отдельно взятый компонент, и один или большее количество пропитанных компонентов могут быть исключены из описания в данном документе. (То есть в вариантах осуществления изобретения, в которых пропитанный активатором катализатор предложен в источнике 103/203/303 катализатора, источник 103/203/303 катализатора также может считаться источником активатора, и конкретный источник 105/205/305 активатора может быть исключен.)
[0073] В вариантах осуществления изобретения сокатализатор подают из источника 107/207/307 сокатализатора в систему 100/200/300 доставки катализатора в качестве алкилатора, донора электронов или для восстановления катализатора в источнике 103/203/303 катализатора или, в частности, в качестве активных металлических частиц катализатора, подаваемых через источник 103/203/303 катализатора. Сокатализатор может представлять собой любой сокатализатор, подходящий в качестве алкилатора, донора электронов или для восстановления, например, триметилалюминий, триэтилалюминий (TEAl), трипропилалюминий, этоксид диэтилалюминия, трибутилалюминий, гидрид диизобутилалюминия, гидрид триизобутилалюминия, триизобутилалюминий (TiBAl), тригексилалюминий и хлорид диэтилалюминия. В типовом варианте осуществления изобретения сокатализатор, подаваемый через источник 107/207/307 сокатализатора, представляет собой TEAl, TiBAl или их комбинацию. В одном варианте осуществления изобретения сокатализатор, подаваемый через источник 107/207/307 сокатализатора, включает в себя по меньшей мере один алкилалюминиевый компонент. Система доставки катализатора 100/200/300 может включать в себя или может быть выполнена с возможностью работы с любым количеством компонентов сокатализатора или источников сокатализатора 107/207/307. В вариантах осуществления изобретения система доставки катализатора 100/200/300 включает в себя один или два компонента сокатализатора или источники сокатализатора 107/207/307. В вариантах осуществления изобретения сокатализатор представляет собой смесь любых из различных типов компонентов сокатализатора, изложенных в данном документе. Например, в вариантах осуществления изобретения как TEAl, так и TiBAl могут быть добавлены в систему доставки катализатора 100/200/300 по одной линии или по большему количеству линий 150/250/350 подачи сокатализатора для совместной работы в качестве сокатализатора. TEAl и TiBAl могут быть предварительно смешаны, например, в аппарате 215/315 предварительного контактирования, и добавлены в зону полимеризации 110/210/310 вместе, или они могут подаваться непосредственно в зону полимеризации 110/210/310 по отдельности в виде отдельных поступающих потоков, или в комбинации вышеуказанного.
[0074] В некоторых вариантах осуществления изобретения разбавитель подается в систему 100/200/300 доставки катализатора через источник 109/209/309А подачи разбавителя для управления концентрацией различных компонентов (т.е. катализатора из источника 103/203/303 катализатора, активатора из источника 105/205/305 активатора, сокатализатора из линии 107/207/307 подачи сокатализатора или комбинации вышеуказанных) в системе 100/200/300 доставки. Например, концентрации различных компонентов, вводимых по линии(ям) 130/230/330, 140/240/340 или 150/250/350, могут быть увеличены посредством уменьшения объема разбавителя, добавляемого в систему 100/200/300 через источник 109/209/309А разбавителя и по линии подачи 160/260/360А разбавителя. Аналогично, концентрации различных компонентов из источников 103/203/303, 105/205/305 и 107/207/307 могут быть уменьшены посредством увеличения объема разбавителя, добавляемого в систему 100/200/300. Разбавителем в источнике разбавителя 109/209/309А может быть любой компонент-разбавитель (например, инертный углеводород), подходящий для использования в системе 100/200/300 доставки катализатора, например, без ограничения, пропан, изобутан, пентан, гексан, гептан или октан. Если процесс полимеризации используется для производства полипропилена, то непрореагировавший пропилен может быть использован в качестве разбавителя. В типовом варианте осуществления изобретения разбавитель представляет собой или включает в себя изобутан. Другие подходящие компоненты-разбавители будут очевидны для специалистов в данной области техники и должны быть рассмотрены в рамках объема данного изобретения.
[0075] Как было отмечено в данном документе выше, разбавитель и каждый из компонентов (катализатор из источника катализатора 103/203/303, активатор из источника активатора 105/205/305, сокатализатор из источника сокатализатора 107/207/307 или комбинация вышеуказанных) доставляются в систему 100/200/300 из источника 101/201/301. Источником может быть рабочий резервуар, резервуар для хранения, смесительный резервуар, проточная труба, грязевой котел или другое устройство, система или процесс, которые могут доставлять подходящее количество соответствующего разбавителя в линию подачи разбавителя 160/260/360, катализатор полимеризации в линию подачи катализатора 130/230/330, активатор в линию подачи активатора 140/240/340, сокатализатор в линию подачи сокатализатора 150/250/350 или комбинацию вышеуказанных, для получения желательных свойств в полимере (например, полиолефине), производимом системой 100/200/300. Например, разбавитель может быть доставлен и храниться в рабочем резервуаре, который служит источником разбавителя 109/209/309А, до тех пор, пока не будет вызван системой 100/200/300. Когда система 100/200/300 запрашивает определенное количество разбавителя, соответствующий насос подачи (не показан) может быть активирован для доставки определенного количества разбавителя из источника-рабочего резервуара 109/209/309А в другую часть системы 100/200/300. Специалистам в данной области техники будет понятно, что в соответствии с описанными вариантами осуществления изобретения может быть использована комбинация обычного рабочего резервуара и насоса подачи для хранения и доставки достаточных количеств разбавителя из источника разбавителя 109/209/309А и каждого из компонентов из источников 103/203/303, 105/205/305 и 107/207/307А при вызове системой 100/200/300.
[0076] В данном документе также описана система подпитки катализатора, содержащая усовершенствованный аппарат предварительного контактирования, как описано в данном документе выше. Система подпитки катализатора содержит поток катализатора, поток разбавителя и усовершенствованный аппарат предварительного контактирования в соответствии с данным изобретением. Система подпитки катализатора теперь будет описана со ссылкой на Фиг. 3. Усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования содержит по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, при этом каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, причем первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает содержимое, включающее в себя катализатор, полученный из потока катализатора, подаваемого по линии 330 подачи катализатора, и разбавитель, полученный из потока разбавителя, подаваемого по линии 360А подачи разбавителя. В вариантах осуществления изобретения усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования выполнен таким образом, что более чем около 70-100%, включительно, содержимого проходит через по меньшей мере две ступени смешивания за одно время пребывания. В вариантах осуществления изобретения одна продолжительность пребывания включает в себя продолжительность в диапазоне от около 5 минут до около 30 минут.
[0077] В вариантах осуществления изобретения, как было отмечено в данном документе выше, усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования дополнительно включает в себя насос рециркуляции 345, установленный для приема потока, выходящего из усовершенствованного аппарата 315 предварительного контактирования; и контроллер 345 потока, установленный между насосом рециркуляции 345 и зоной полимеризации 310, при этом насос рециркуляции 345 возвращает в рецикл первую часть выходящего потока в первую ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания и перекачивает вторую часть выходящего потока в контроллер потока 322А/322В, и при этом указанный контроллер потока 322А/322В управляет потоком второй части в зону полимеризации 310.
[0078] В вариантах осуществления изобретения описанной в данном документе системы подпитки катализатора усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования содержит по меньшей мере две ступени смешивания, содержащиеся в отдельно взятой емкости, которые ограничены внутренними элементами емкости 318, при этом одно или большее количество перемешивающих устройств 316 в указанной емкости перемешивают содержимое, проходящее через каждую из по меньшей мере двух ступеней смешивания.
[0079] В вариантах осуществления изобретения система подпитки катализатора, поток катализатора, вводимый по линии 330 подачи катализатора, включает в себя устройство 332 управления потоком катализатора, которое регулирует (например, увеличивает или уменьшает) первую скорость катализатора до второй скорости катализатора после обнаружения изменения в одном или большем количестве из: (i) концентрации катализатора в потоке катализатора; (ii) концентрации мономера в зоне полимеризации 310; и (iii) скорости производства полимера в зоне полимеризации 310.
[0080] В вариантах осуществления изобретения система подпитки катализатора дополнительно содержит: по меньшей мере один из: поток сокатализатора, вводимый по линии 350 подачи сокатализатора, при этом первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает сокатализатор, полученный из потока сокатализатора, при этом для потока сокатализатора предусмотрено устройство 352 управления потоком сокатализатора, которое регулирует первую скорость потока сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора при обнаружении изменения концентрации сокатализатора в потоке сокатализатора; и поток активатора, вводимый по линии 340 подачи активатора, при этом первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает активатор, полученный из потока активатора, при этом для потока активатора предусмотрено устройство 342 управления потоком активатора, которое регулирует первую скорость потока активатора до второй скорости потока активатора при обнаружении изменения концентрации активатора в потоке активатора, и при этом содержимое, которое принимает усовершенствованный аппарат 315 предварительного контактирования, дополнительно включает в себя сокатализатор, активатор или как сокатализатор, так и активатор.
[0081] Также в данном документе описан способ доставки катализатора в зону полимеризации через описанную в данном документе систему доставки катализатора. В соответствии с данным изобретением, работоспособность процесса полимеризации может быть улучшена посредством измерения концентрации по меньшей мере одного из компонентов катализатора, который подается в зону полимеризации 110/210/310. Не ограничиваясь теорией, точное измерение концентрации и регулирование потока компонента катализатора в ответ на указанную(ые) измеренную(ые) концентрацию(и) может минимизировать вероятность утечки катализатора или неверно направленный поток катализатора, а также может устранить необходимость в загрузочных резервуарах, смесительных резервуарах или рабочих резервуарах, которые могут быть громоздкими, сложными и трудно очищаемыми в процессе замены катализатора.
[0082] В вариантах осуществления изобретения указанный способ включает в себя обнаружение одного или комбинации из: (i) изменения концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора выше по потоку от зоны полимеризации 110/210/310, (ii) изменения концентрации мономера (например, этилена) в зоне полимеризации или (iii) изменения скорости производства полимера в зоне полимеризации 110/210/310; регулирование (например, увеличение или уменьшение) первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одном или комбинации (i), (ii) или (iii); и введение катализатора в зону полимеризации 110/210/310 ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется стадия регулирования. Теперь такой способ будет описан со ссылкой на Фиг. 1. Катализатор дозируют в зону полимеризации 110 через источник катализатора 103 и линию 130 подачи катализатора. В вариантах осуществления изобретения катализатор дозируют в суспензионный реактор высокого давления (например, 600 фунтов/кв. дюйм (4,1 МПа)) с точным управлением в широком диапазоне. Простое встроенное дозирующее устройство может быть использовано для объединения потока катализатора (который может быть в твердой сыпучей форме) с быстрым потоком разбавителя, что позволяет избежать необходимости подачи газа вместе с катализатором. В вариантах осуществления изобретения катализатор выводится с использованием паров горячего разбавителя, которые затем конденсируются для получения раствора катализатора. В вариантах осуществления изобретения скорость добавления катализатора находится в диапазоне от около 10 фунтов/ч до около 40 фунтов/ч (от около 4,5 кг/ч до около 13,6 кг/ч), от около 0,3 фунта/ч до около 120 фунтов/ч (от около 0,14 кг/ч до около 54,4 кг/ч) или от около 3 фунтов/ч до около 120 фунтов/ч (от около 1,4 кг/ч до около 54,4 кг/ч). Например, в вариантах осуществления изобретения, металлоценовые катализаторы высокой активности могут быть добавлены со скоростью, приближающейся к нижнему пределу предложенных диапазонов. Встроенное дозирующее устройство может представлять собой один или большее количество поворотных клапанов, шаровых обратных устройств подачи или комбинацию вышеуказанных.
[0083] В вариантах осуществления изобретения активатор дозируется в реактор полимеризации 110 через источник активатора 105 и линию 140 подачи активатора, сокатализатор дозируется в реактор полимеризации 110 через источник сокатализатора 107 и линию 150 подачи сокатализатора, разбавитель дозируется в реактор полимеризации 110 через источник разбавителя 109 и линию 160 подачи разбавителя или комбинацию вышеуказанных. Один или большее количество из катализатора, активатора, сокатализатора и разбавителя могут быть объединены перед введением в реактор полимеризации 110 или добавлены в него по отдельности. Например, в варианте осуществления изобретения по Фиг. 1, катализатор и активатор объединены в линии 114А, сокатализатор и разбавитель объединены в линии 114В, причем линии 114А и 114В объединены для введения в реактор полимеризации 110 по линии 112 подачи каталитической системы. Мономер, например, этилен, вводится из источника 111 мономера и линии 170 подачи мономера в реактор полимеризации 110. Готовый полимер извлекают из реактора полимеризации 110 по линии 180 выпуска продукта.
[0084] Концентрация катализатора в линии 130 подачи катализатора измеряется датчиком 131. Концентрация мономера может быть измерена датчиком 171 (или датчиком в реакторе/зоне полимеризации 110). Скорость производства полимера может быть определена, например, с использованием проточного устройства 181 или других средств. В вариантах осуществления изобретения указанный способ включает в себя обнаружение изменения концентрации катализатора, изменения концентрации мономера в зоне полимеризации 110, изменения скорости производства полимера или комбинации вышеуказанных и регулирование (например, увеличение или уменьшение) скорости потока катализатора в линии 130 подачи катализатора, основываясь на комбинации одного или большего количества из указанных, и введение катализатора в зону полимеризации 110 ниже по потоку от местоположения, где выполняется регулирование. Система 120 управления может быть использована для обнаружения изменения концентрации катализатора, изменения концентрации мономера в зоне полимеризации 110, изменения скорости производства полимера или комбинации вышеуказанных и отправки сигнала в проточное устройство 132 (например, клапан) для регулирования скорости потока катализатора в линии 130 подачи катализатора.
[0085] В вариантах осуществления изобретения изменение концентрации катализатора обнаруживается в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации 110; регулирование включает в себя регулирование во втором местоположении выше по потоку от зоны полимеризации 110 первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора; и введение катализатора в зону полимеризации 110 включает в себя введение катализатора в зону полимеризации 110 ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[0086] В вариантах осуществления изобретения, обнаружение включает в себя обнаружение одного или комбинации из: (i) первой концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора, вводимого по линии 130 подачи катализатора посредством датчика 131 в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации 110, и второй концентрация катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации 110, (ii) первой концентрации мономера в зоне полимеризации 110 и второй концентрации мономера в зоне полимеризации 110, или (iii) первой скорости производства полимера в зоне полимеризации 110 и второй скорости производства полимера в зоне полимеризации 110, при этом указанный способ дополнительно включает в себя: сравнение одного или комбинации из: (а) первой концентрации катализатора со второй концентрацией катализатора для расчета абсолютного значения изменения концентрации катализатора, при этом абсолютное значение изменения концентрации катализатора больше, чем пороговое значение концентрации катализатора, (b) первой концентрации мономера со второй концентрацией мономера для расчета абсолютного значения изменения концентрации мономера, при этом абсолютное значение изменения концентрации мономера больше, чем пороговое значение концентрации мономера, или (с) первой скорости производства полимера со второй скоростью производства полимера для расчета абсолютного значения изменения скорости производства полимера, при этом абсолютное значение изменения скорости производства полимера больше, чем пороговое значение скорости производства, регулирование дополнительно включает в себя: регулирование (например, увеличение или уменьшение) во втором местоположении выше по потоку от первого местоположения, первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одной или комбинации (а), (b) или (с); и введение включает в себя: введение катализатора, имеющего третью концентрацию, в зону полимеризации 110 ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[0087] Скорость потока катализатора (т.е. первая скорость потока катализатора, вторая скорость потока катализатора или обе) может находиться в диапазоне от около 0,3 фунта/ч до около 120 фунтов/ч (от около 0,14 кг/ч до около 54,4 кг/ч), от около 3 фунтов/ч до около 120 фунтов/ч (от около 1,4 кг/ч до около 54,4 кг/ч) или от около 10 фунтов/ч до около 40 фунтов/ч (от около 4,5 кг/ч до около 18,1 кг/ч).
[0088] В вариантах осуществления изобретения катализатор объединяют с разбавителем, как описано в данном документе выше, для подачи в зону полимеризации 110. В таких вариантах осуществления изобретения указанный способ может дополнительно включать в себя объединение, ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется регулирование, катализатора с разбавителем для получения потока 112 каталитической системы, и введение потока 112 каталитической системы в зону полимеризации 110. В вариантах осуществления изобретения катализатор (например, катализатор на основе хрома) используется вместе с разбавителем, а сокатализатор или активатор не используется.
[0089] В вариантах осуществления изобретения, система катализатора, содержащая активатор, сокатализатор, или как активатор, так и сокатализатор, как описано выше, используется в комбинации с катализатором. Например, катализатор Циглера-Натта или металлоценовый катализатор может быть использован в сочетании с сокатализатором, например, без ограничения, алкилирующим или электроноакцепторным источником, как описано выше. В таких вариантах осуществления изобретения указанный способ может дополнительно включать в себя обнаружение посредством датчика 151 изменения концентрации сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора, вводимого по линии 150 подачи сокатализатора, регулирование (например, увеличение или уменьшение) первой скорости потока сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора, основываясь на изменении концентрации сокатализатора; и введение сокатализатора в зону полимеризации 110 ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего сокатализатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока сокатализатора. В таких вариантах осуществления изобретения поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора и разбавитель могут быть объединены с образованием потока 112 каталитической системы, который поступает в зону полимеризации 110.
[0090] Металлоценовый катализатор может быть использован в сочетании с активатором, например, на основе твердой суперкислоты или «SSA», как описано в данном документе выше. В таких вариантах осуществления изобретения указанный способ может дополнительно включать в себя обнаружение посредством датчика 141 выше по потоку от зоны полимеризации 110 изменения концентрации активатора в потоке поступающего активатора, вводимого по линии 140 подачи активатора; регулирование (например, увеличение или уменьшение) первой скорости потока активатора в потоке поступающего активатора до второй скорости потока активатора, основываясь на изменении концентрации активатора; и введение активатора в зону полимеризации 110 ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего активатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока активатора. В таких вариантах осуществления изобретения поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора, поток поступающего активатора и разбавитель могут быть объединены с образованием потока 112 каталитической системы, который поступает в зону полимеризации 110.
[0091] Как было рассмотрено в отношении Фиг. 2, указанный способ может дополнительно включать в себя, до стадии введения потока каталитической системы в зону полимеризации 110, введение содержимого, включающего в себя поток каталитической системы и разбавитель, в аппарат 215 предварительного контактирования. Как было рассмотрено в данном документе выше со ссылкой на Фиг. 3, такой аппарат предварительного контактирования может быть модифицированным CSTR 315, содержащим по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, и катализатор поступает в зону полимеризации 210/310 через выходящий поток аппарата 215/315 предварительного контактирования. В вариантах осуществления изобретения более чем около 70% содержимого проходит через аппарат 215/315 предварительного контактирования за одно время пребывания, при этом одно время пребывания может находиться в диапазоне от около 5 минут до примерно 30 минут. В вариантах осуществления изобретения первая часть выходящего потока рециркулирует в первую ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания, а вторая часть выходящего потока поступает в зону полимеризации 210/310.
[0092] Варианты осуществления данного изобретения, которые обеспечивают улучшенную подачу катализатора посредством дозирования катализаторов и компонентов в реактор (или аппарат предварительного контактирования), измерения концентрации различных компонентов и регулирования скорости подачи каждого компонента по желанию в ответ на измерение этого компонента, может позволить устранить или уменьшить интенсивное смешивание и разбавление, которые обычно используются. Например, необходимость в громоздких, сложных и трудно очищаемых загрузочных резервуарах, смесительных резервуарах или рабочих резервуарах с соответствующими насосами подачи суспензии (например, мембранными насосами подачи суспензии), которые обычно используются для приготовления разбавленных каталитических смесей, может быть устранена или уменьшена посредством описанной системы подачи катализатора. Поскольку в описанных способе и системе в вариантах осуществления изобретения предлагается приготовление катализатора без разбавления катализаторов в резервуарах, концентрация компонентов каталитической системы может изменяться (в отличие от концентрации в обычном резервуаре для смешивания, которая поддерживается постоянной), поскольку абсолютное значение их концентрации не является критичным, потому что концентрацию можно регулировать посредством регулирования скорости потока этого конкретного компонента в реактор или аппарат предварительного контактирования. Такая система подачи катализатора, включающая в себя дозирование компонентов катализатора, измерение их концентрации(й) и регулирование их скорости(ей) потока в ответ на результат(ы) измерения, может обеспечить снижение капитальных затрат, улучшенное управление реакционной системой (например, усовершенствованный состав продукта), уменьшенное техническое обслуживание оборудования и другие преимущества, которые будут очевидны для специалистов в данной области техники.
[0093] Вариантами осуществления данного изобретения предложен усовершенствованный аппарат предварительного контактирования. Использование такого усовершенствованного аппарата предварительного контактирования может помочь обеспечить достаточную общую продолжительность пребывания, так что по существу все компоненты катализатора достигают равновесия с твердыми частицами катализатора. Полученный таким образом более однородный катализатор может обеспечить усовершенствованный полимерный продукт, образующийся в последующем(их) реакторе(ах) полимеризации.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
[0094] Конкретные варианты осуществления изобретения, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку данное изобретение может быть модифицировано, и его практическое применение можно осуществить различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, которые могут использовать преимущества идей, приведенных в данном документе. Кроме того, никакие ограничения не предусмотрены для деталей конструкции, приведенных в данном документе, кроме тех, которые описаны в приведенной ниже формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления изобретения, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются в пределах объема и сущности данного изобретения. Альтернативные варианты осуществления изобретения, полученные в результате объединения или исключения особенностей указанного(ых) варианта(ов) осуществления изобретения, также находятся в пределах объема данного изобретения. Хотя составы и способы описаны в данном документе в терминах «имеющий», «содержащий» или «включающий в себя» различные компоненты или стадии, указанные составы и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и стадий. Использование термина «необязательно» по отношению к любому элементу формулы изобретения означает, что указанный элемент необходим или, в альтернативном варианте, указанный элемент не необходим, причем оба альтернативных варианта находятся в пределах объема формулы изобретения.
[0095] Числа и диапазоны, описанные выше, могут изменяться на некоторую величину. В каждом случае, когда описан числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, то конкретно раскрываются любое число и любой включенный диапазон, попадающий в пределы этого диапазона. В частности, каждый диапазон значений (в форме «от около а до около b» или, что эквивалентно, «от приблизительно а до b», или, что эквивалентно, «от приблизительно a-b»), описанный в данном документе, следует понимать, как описывающий каждое число и диапазон, включенный в более широкий диапазон значений. Также, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Кроме того, использование в формуле изобретения определений в единственном числе в данном документе относится к одному или более чем одному определяемому элементу. Если есть какое-либо противоречие в использовании слова или термина в этом описании и одном или большем количестве патентных или других документов, то определения, которые согласуются с этим описанием, должны быть приняты.
[0096] Далее представлены не имеющие ограничительного характера конкретные варианты осуществления изобретения в соответствии с данным изобретением:
[0097] А: Способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) изменения концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) изменения концентрации мономера в зоне полимеризации и (iii) изменения скорости производства полимера в зоне полимеризации; регулирование первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одном или комбинации (i), (ii) и (iii); и введение катализатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется стадия регулирования.
[0098] В: Способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) изменения концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) изменения концентрации мономера в зоне полимеризации и (iii) изменения скорости производства полимера в зоне полимеризации; регулирование, во втором местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одном или комбинации (i), (ii) и (iii); и введение катализатора в зону полимеризации ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[0099] С: Способ введения катализатора в зону полимеризации, включающий в себя: обнаружение одного или комбинации из: (i) первой концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, и второй концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора в первом местоположении выше по потоку от зоны полимеризации, (ii) первой концентрации мономера в зоне полимеризации и второй концентрации мономера в зоне полимеризации, и (iii) первой скорости производства полимера в зоне полимеризации и второй скорости производства полимера в зоне полимеризации; сравнение одного или комбинации из: (а) первой концентрации катализатора со второй концентрацией катализатора для расчета абсолютного значения изменения концентрации катализатора, при этом абсолютное значение изменения концентрации катализатора больше, чем пороговое значение концентрации катализатора, (b) первой концентрации мономера со второй концентрацией мономера для расчета абсолютного значения изменения концентрации мономера, при этом абсолютное значение изменения концентрации мономера больше, чем пороговое значение концентрации мономера и (с) первой скорости производства полимера со второй скоростью производства полимера для расчета абсолютного значения изменения скорости производства полимера, при этом абсолютное значение изменения скорости производства полимера больше, чем пороговое значение скорости производства; регулирование во втором местоположении выше по потоку от первого местоположения, первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одной или комбинации (а), (b) и (с); и введение катализатора, имеющего третью концентрацию, в зону полимеризации ниже по потоку от первого местоположения и второго местоположения в потоке поступающего катализатора.
[00100] D: система подпитки катализатора, содержащая: поток катализатора; поток разбавителя; и аппарат предварительного контактирования, содержащий по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, причем первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает содержимое, включающее в себя катализатор, полученный из потока катализатора и разбавитель, полученный из потока разбавителя, и при этом аппарат предварительного контактирования выполнен так, что более чем около 70% содержимого проходит через по меньшей мере две ступени смешивания в течение одной продолжительности пребывания, составляющей от около 5 минут до около 30 минут.
[00101] Каждый из вариантов осуществления изобретения А, В, С и D могут иметь один или большее количество из следующих дополнительных элементов. Элемент 1: где зона полимеризации включает в себя один или большее количество из указанных: реактор периодического действия, корпусной реактор с непрерывным перемешиванием, петлевой суспензионный реактор, газофазный реактор, автоклавный реактор и трубчатый реактор, имеющий конфигурацию одного или большего количества из реакторов с псевдоожиженным слоем, с неподвижным слоем, с перемешиваемым слоем и с перемешиваемым псевдоожиженным слоем. Элемент 2: где значение каждой из указанных: первой скорости потока катализатора и второй скорости потока катализатора составляет от около 0,3 фунта/час (0,14 кг/час) до около 120 фунтов/час (54,4 кг/час). Элемент 3: дополнительно включающий в себя: ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется стадия регулирования, объединение катализатора с разбавителем для получения потока каталитической системы; а также введение потока каталитической системы в зону полимеризации. Элемент 4: дополнительно включающий в себя: до стадии введения потока каталитической системы в зону полимеризации, введение содержимого, включающего в себя катализатор и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, при этом более чем около 70% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате, при этом одна продолжительность пребывания находится в диапазоне от около 5 минут до около 30 минут, и при этом катализатор поступает в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования. Элемент 5: где катализатор представляет собой катализатор на основе хрома. Элемент 6: где первая часть выходящего потока рециркулирует в первую ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания, и при этом вторая часть выходящего потока поступает в зону полимеризации. Элемент 7: где катализатор представляет собой катализатор Циглера-Натта или металлоценовый катализатор, а указанный способ дополнительно включает в себя: обнаружение изменения концентрации сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора выше по потоку от зоны полимеризации; регулирование первой скорости потока сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора, основываясь на изменении концентрации сокатализатора; введение сокатализатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего сокатализатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока сокатализатора. Элемент 8: где поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, который поступает в зону полимеризации. Элемент 9: где поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, причем указанный способ дополнительно включает в себя: введение содержимого, включающего в себя поток каталитической системы и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, при этом более чем около 70% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате, составляющую или превышающую от около 5 минут до около 30 минут, и при этом катализатор и сокатализатор протекают в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования. Элемент 10: где катализатор представляет собой металлоценовый катализатор, а указанный способ дополнительно включает в себя: обнаружение изменения концентрации активатора в потоке поступающего активатора выше по потоку от зоны полимеризации; регулирование первой скорости потока активатора в потоке поступающего активатора до второй скорости потока активатора, основываясь на изменении концентрации активатора; и введение активатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего активатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока активатора. Элемент 11: где поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора, поток поступающего активатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, который поступает в зону полимеризации. Элемент 12: где поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора, поток поступающего активатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, причем указанный способ дополнительно включает в себя: введение содержимого, включающего в себя поток каталитической системы и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий по меньшей мере две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из по меньшей мере двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, при этом более чем около 70% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате, составляющую или превышающую от около 5 минут до около 30 минут, и при этом катализатор, сокатализатор и активатор протекают в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования. Элемент 13: где аппарат предварительного контактирования дополнительно содержит: насос рециркуляции, расположенный для приема выходящего потока аппарата предварительного контактирования; и контроллер потока, расположенный между насосом рециркуляции и зоной полимеризации, при этом насос рециркуляции возвращает в рецикл первую часть выходящего потока в первую ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания и перекачивает вторую часть выходящего потока в контроллер потока, и при этом указанный контроллер потока регулирует поток второй части в зону полимеризации. Элемент 14: где аппарат предварительного контактирования содержит по меньшей мере две ступени смешивания, содержащиеся в отдельно взятой емкости, которые ограничены внутренними элементами емкости, при этом одно или большее количество перемешивающих устройств в указанной емкости смешивают содержимое, проходящее через каждую из по меньшей мере двух ступеней смешивания. Элемент 15: где для потока катализатора предусмотрено устройство управления потоком катализатора, которое регулирует первую скорость потока катализатора до второй скорости потока катализатора при обнаружении изменения одного или большего количества из: (i) концентрации катализатора в потоке катализатора; (ii) концентрации мономера в зоне полимеризации; и (iii) скорости производства полимера в зоне полимеризации. Элемент 16: дополнительно содержащий: по меньшей мере один из: поток сокатализатора, при этом первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает сокатализатор, полученный из потока сокатализатора, при этом для потока сокатализатора предусмотрено устройство управления потоком сокатализатора, которое регулирует первую скорость потока сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора при обнаружении изменения концентрации сокатализатора в потоке сокатализатора; или поток активатора, при этом первая ступень из по меньшей мере двух ступеней смешивания принимает активатор, полученный из потока активатора, при этом для потока активатора предусмотрено устройство управления потоком активатора, которое регулирует первую скорость потока активатора до второй скорости потока активатора при обнаружении изменения концентрации активатора в потоке активатора, и при этом содержимое, которое принимает аппарат предварительного контактирования, дополнительно включает в себя сокатализатор, активатор или как сокатализатор, так и активатор. Элемент 17: где мономер включает в себя этилен.
[00102] Хотя были показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, специалист в данной области техники может осуществлять их модификации без отклонения от сущности и идей данного изобретения. Варианты осуществления изобретения, описанные в данном документе, являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Возможны многочисленные вариации и модификации изобретения, описанного в данном документе, и они входят в объем данного изобретения.
[00103] Многочисленные другие модификации, эквиваленты и альтернативные варианты станут очевидными для специалистов в данной области техники, как только описанное выше изобретение будет полностью оценено. Предполагается, что нижеследующая формула изобретения будет интерпретирована для охвата всех таких модификаций, эквивалентов и альтернативных вариантов, где это применимо. Соответственно, объем правовой охраны не ограничен описанием, изложенным выше, а ограничен лишь следующей ниже формулой изобретения, и этот объем включает в себя все эквиваленты объектов изобретения в пунктах формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в описание в качестве варианта осуществления данного изобретения. Таким образом, формула изобретения представляет собой дополнительное описание и представлена в дополнение к подробному описанию данного изобретения.
Изобретение относится к системе подачи катализатора полимеризации и непрерывному способу доставки катализатора полимеризации в реактор полимеризации. Описана система подпитки катализатора, содержащая: поток катализатора; поток разбавителя; а также аппарат предварительного контактирования, содержащий две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием, при этом первая ступень из двух ступеней смешивания принимает содержимое, включающее в себя катализатор, полученный из потока катализатора, и разбавитель, полученный из потока разбавителя, и при этом аппарат предварительного контактирования выполнен так, что 70-100% содержимого проходит через две ступени смешивания в течение одной продолжительности пребывания в аппарате, составляющей от около 5 минут до около 30 минут. Технический результат - создание технологии и системы приготовления и подачи, которые исключают или уменьшают традиционно используемое смешивание и разбавление катализатора выше по потоку от реактора полимеризации или аппарата предварительного контактирования, таким образом устраняя или уменьшая потребность в традиционно используемых загрузочных резервуарах, смесительных резервуарах и рабочих резервуарах; обеспечивают более постоянное контактирование компонентов катализатора в аппарате предварительного контактирования выше по потоку от реактора полимеризации; или выполняют оба этих требования. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Система подпитки катализатора, содержащая:
поток катализатора;
поток разбавителя; а также
аппарат предварительного контактирования, содержащий две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием,
при этом первая ступень из двух ступеней смешивания принимает содержимое, включающее в себя катализатор, полученный из потока катализатора, и разбавитель, полученный из потока разбавителя, и
при этом аппарат предварительного контактирования выполнен так, что 70-100% содержимого проходит через две ступени смешивания в течение одной продолжительности пребывания в аппарате, составляющей от около 5 минут до около 30 минут.
2. Система подпитки катализатора по п. 1, отличающаяся тем, что аппарат предварительного контактирования содержит две ступени смешивания, содержащиеся в отдельно взятой емкости, которые ограничены внутренними элементами емкости, при этом одно или большее количество перемешивающих устройств в указанной емкости перемешивают содержимое, проходящее через каждую из двух ступеней смешивания.
3. Система подпитки катализатора по п. 2,
отличающаяся тем, что для потока рециркуляции дополнительно предусмотрен анализатор твердых частиц, выполненный с возможностью определения содержания твердых частиц в потоке рециркуляции;
при этом система подпитки катализатора дополнительно содержит систему подпитки твердыми частицами, подающую твердые частицы в аппарат предварительного контактирования;
при этом система подпитки твердыми частицами дополнительно содержит грязевой котел или дозирующее устройство подачи;
при этом анализатор твердых частиц посылает сигнал в устройство управления потоком твердых частиц, чтобы регулировать поток твердых частиц из системы подпитки твердыми частицами в аппарат предварительного контактирования, если это необходимо для поддержания желаемого уровня твердых частиц в аппарате предварительного контактирования; а также
при этом система подпитки катализатора дополнительно содержит индикатор уровня, выполненный с возможностью определения уровня жидкости в аппарате предварительного контактирования и отправки сигнала на устройство управления потоком разбавителя, чтобы регулировать поток разбавителя в аппарат предварительного контактирования, если это необходимо для поддержания желаемого уровня твердых частиц в аппарате предварительного контактирования.
4. Система подпитки катализатора по п. 1, отличающаяся тем, что аппарат предварительного контактирования дополнительно содержит:
насос рециркуляции, установленный для приема выходящего потока аппарата предварительного контактирования; а также
контроллер потока, расположенный между насосом рециркуляции и зоной полимеризации, при этом насос рециркуляции возвращает в рецикл через поток рецируляции первую часть выходящего потока в первую ступень из двух ступеней смешивания и перекачивает вторую часть выходящего потока в контроллер потока, и при этом указанный контроллер потока регулирует поток второй части в зону полимеризации.
5. Система подпитки катализатора по п. 4,
отличающаяся тем, что для потока рециркуляции дополнительно предусмотрен анализатор твердых частиц, выполненный с возможностью определения содержания твердых частиц в потоке рециркуляции;
при этом система подпитки катализатора дополнительно включает в себя систему подпитки твердыми частицами, подающую твердые частицы в аппарат предварительного контактирования; а также
при этом анализатор твердых частиц посылает сигнал в устройство управления потоком твердых частиц, чтобы регулировать поток твердых частиц из системы подпитки твердыми частицами в аппарат предварительного контактирования, если это необходимо для поддержания желаемого уровня твердых частиц в аппарате предварительного контактирования.
6. Система подпитки катализатора по п. 5, дополнительно содержащая индикатор уровня, выполненный с возможностью определения уровня жидкости внутри аппарата предварительного контактирования и отправки сигнала на устройство управления потоком разбавителя, чтобы регулировать поток разбавителя в аппарат предварительного контактирования, если это необходимо для поддержания желаемого уровня твердых частиц в аппарате предварительного контактирования.
7. Система подпитки катализатора по п. 6, отличающаяся тем, что система подпитки твердыми частицами дополнительно содержит грязевой котел или дозирующее устройство подачи.
8. Система подпитки катализатора по п. 1, отличающаяся тем, что для потока катализатора предусмотрено устройство управления потоком катализатора, которое регулирует первую скорость потока катализатора до второй скорости потока катализатора при обнаружении изменения одного или комбинации параметров, выбранных из группы, включающей в себя:
i) концентрацию катализатора в потоке катализатора;
ii) концентрацию мономера в зоне полимеризации; а также
iii) скорость производства полимера в зоне полимеризации.
9. Система подпитки катализатора по п. 8, дополнительно включающая в себя:
один из указанных:
поток сокатализатора, при этом первая ступень из двух ступеней смешивания принимает сокатализатор, полученный из потока сокатализатора, при этом для потока сокатализатора предусмотрено устройство управления потоком сокатализатора, которое регулирует первую скорость потока сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора при обнаружении изменения концентрации сокатализатора в потоке сокатализатора; или
поток активатора, при этом первая ступень из двух ступеней смешивания принимает активатор, полученный из потока активатора, при этом для потока активатора предусмотрено устройство управления потоком активатора, которое регулирует первую скорость потока активатора до второй скорости потока активатора при обнаружении изменения концентрации активатора в потоке активатора,
и при этом содержимое, которое принимает аппарат предварительного контактирования, дополнительно включает в себя сокатализатор, активатор или как сокатализатор, так и активатор.
10. Система подпитки катализатора по п. 9, отличающаяся тем, что поток катализатора содержит металлоценовый катализатор, поток сокатализатора содержит алкилалюминиевый компонент, поток активатора содержит инициатор на основе твердой суперкислоты (SSA), а мономер содержит этилен.
11. Способ введения катализатора в зону полимеризации для использования в системе по п. 1, включающий в себя:
обнаружение одного или комбинации изменений, выбранных из группы, включающей в себя:
i) изменение концентрации катализатора в потоке поступающего катализатора выше по потоку от зоны полимеризации,
ii) изменение концентрации мономера в зоне полимеризации, и
iii) изменение скорости производства полимера в зоне полимеризации;
регулирование первой скорости потока катализатора в потоке поступающего катализатора до второй скорости потока катализатора, основываясь на одном или комбинации изменений, выбранных из группы, состоящей из i), ii) и iii); а также
введение катализатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется стадия регулирования;
при этом значение каждой из указанных: первой скорости потока катализатора и второй скорости потока катализатора составляет от около 0,3 фунта/час (0,14 кг/час) до около 120 фунтов/час (54,4 кг/час).
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный мономер включает в себя этилен.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что зона полимеризации включает в себя один или большее количество из указанных: реактор периодического действия, корпусной реактор с непрерывным перемешиванием, петлевой суспензионный реактор, газофазный реактор, автоклавный реактор и трубчатый реактор, имеющий конфигурацию одного или большего количества из реакторов с псевдоожиженным слоем, с неподвижным слоем, с перемешиваемым слоем и с перемешиваемым псевдоожиженным слоем.
14. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя:
объединение катализатора с разбавителем ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего катализатора, где выполняется стадия регулирования, для получения потока каталитической системы; а также
введение потока каталитической системы в зону полимеризации.
15. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя:
до стадии введения потока каталитической системы в зону полимеризации, введение содержимого, включающего в себя катализатор и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием,
при этом 70-100% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате,
при этом одна продолжительность пребывания находится в диапазоне от около 5 минут до около 30 минут, и
при этом катализатор поступает в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанный катализатор представляет собой катализатор на основе хрома.
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что первая часть выходящего потока рециркулирует в первую ступень из двух ступеней смешивания, и при этом вторая часть выходящего потока поступает в зону полимеризации.
18. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный катализатор представляет собой катализатор Циглера-Натта или металлоценовый катализатор, причем указанный способ дополнительно включает в себя:
обнаружение изменения концентрации сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора выше по потоку от зоны полимеризации;
регулирование первой скорости потока сокатализатора в потоке поступающего сокатализатора до второй скорости потока сокатализатора, основываясь на изменении концентрации сокатализатора;
введение сокатализатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего сокатализатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока сокатализатора.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, который поступает в зону полимеризации.
20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, причем указанный способ дополнительно включает в себя:
введение содержимого, включающего в себя поток каталитической системы и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием,
при этом 70-100% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате, составляющую или превышающую от около 5 минут до около 30 минут, и
при этом катализатор и сокатализатор протекают в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что первая часть выходящего потока рециркулирует в первую ступень из двух ступеней смешивания, и при этом вторая часть выходящего потока поступает в зону полимеризации.
22. Способ по п. 18, отличающийся тем, что указанный катализатор представляет собой металлоценовый катализатор, причем указанный способ дополнительно включает в себя:
обнаружение изменения концентрации активатора в потоке поступающего активатора выше по потоку от зоны полимеризации;
регулирование первой скорости потока активатора в потоке поступающего активатора до второй скорости потока активатора, основываясь на изменении концентрации активатора; а также
введение активатора в зону полимеризации ниже по потоку от местоположения в потоке поступающего активатора, где выполняется стадия регулирования первой скорости потока активатора.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора, поток поступающего активатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, который поступает в зону полимеризации.
24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что поток поступающего катализатора, поток поступающего сокатализатора, поток поступающего активатора и разбавитель объединяют с образованием потока каталитической системы, причем указанный способ дополнительно включает в себя:
введение содержимого, включающего в себя поток каталитической системы и разбавитель, в аппарат предварительного контактирования, имеющий две ступени смешивания, расположенные последовательно, причем каждая из двух ступеней смешивания имеет конфигурацию корпусного реактора с непрерывным перемешиванием,
при этом 70-100% содержимого проходит через аппарат предварительного контактирования за одну продолжительность пребывания в аппарате, составляющую или превышающую от около 5 минут до около 30 минут, и
при этом катализатор, сокатализатор и активатор протекают в зону полимеризации через выходящий поток аппарата предварительного контактирования.
25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что первая часть выходящего потока рециркулирует в первую ступень из двух ступеней смешивания, и при этом вторая часть выходящего потока поступает в зону полимеризации.
| US 3321280 A, 23.05.1967 | |||
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| Устройство для ограждения зоны обработки многоцелевого станка | 1988 |
|
SU1563901A1 |
| US 2964511 A, 13.12.1960 | |||
| EA 200601491 A1, 27.02.2007. | |||
