УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ГАЗОФАЗНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК B01J8/00 B01J19/24 C08F2/01 C08F2/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение обеспечивает устройство для выполнения газофазной полимеризации олефинов. Настоящее изобретение также обеспечивает способы получения олефинового полимера при температурах от 20°С до 200°С и давлениях от 0,5 МПа до 10 МПа в присутствии катализатора полимеризации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Полиолефины общепризнанно являются крупнейшим классом синтетических полимеров, изготавливаемых и применяемых сегодня. Их успех связан, главным образом, с низкой стоимостью получения, легкой массой и высокой химической стойкостью. Широкий диапазон механических свойств возможен посредством использования сополимеризации, смешения и добавок с получением продуктов от эластомеров до термопластиков и высокопрочных волокон. Хотя способ хорошо известен с 1930-тых, улучшение способа получения и качества этих материалов все еще является целью постоянных исследований.

[0003] Сейчас широко применяемой технологией получения полиолефинов является газофазная полимеризация, при которой твердая частица полиолефина получается в газовой реакционной среде, содержащей мономеры. Обычно возникающее тепло реакции удаляют посредством выпуска реакционной газовой смеси из реактора, охлаждения газовой смеси в теплообменнике и затем направления охлажденной газовой смеси обратно в реактор. Состав полимера можно регулировать с помощью состава газовой фазы. Однако ограничениями способов газофазной полимеризации являются трудности регулирования распределения молекулярной массы получаемых полимеров, в частности, когда она приводит к уширению распределения молекулярной массы, или получение сополимеров, имеющих разный состав сомономеров. Так как ширина распределения молекулярной массы и распределение сомономеров влияют и на реологическое поведение полимера, и, следовательно, на обрабатываемость расплава, и на конечные механические свойства продукта, было бы привлекательно иметь возможность адаптировать структуру полученных полимеров согласно необходимости. Следовательно, один основной фокус исследований и промышленности направлен на стратегию возможности влияния на состав полиолефинов.

[0004] WО 97/04015 А1 касается способа газофазной полимеризации α-олефинов, происходящей в первой и второй связанных зонах полимеризации, куда один или более α-олефинов подают в присутствии катализатора полимеризации в реакционных условиях, и откуда выпускают полимерный продукт, где растущие частицы полимера текут вверх через первую зону полимеризации в условиях быстрого псевдоожижения, покидают первую зону полимеризации и входят во вторую зону полимеризации, где частицы полимера текут в уплотненной форме под действием гравитации, покидают вторую зону полимеризации и, по меньшей мере, частично повторно вводятся в первую зону полимеризации, вызывая циркуляцию полимера между двумя зонами полимеризации.

[0005] На основании технологии, описанной в WО 97\04015 А1, WО 00/02929 А1 также предлагает способ, в котором обеспечивается средство, которое способно полностью или частично предотвращать газовую смесь, присутствующую в восходящей трубе, т.е. в первой зоне полимеризации, от поступления в нисходящий стояк, т.е. вторую зону полимеризации, и газовую и/или жидкую смесь, имеющую состав, отличный от газовой смеси, присутствующей в восходящей трубе, вводят в нисходящий стояк, чтобы достигать получаемые в реакторе смеси полимеров, имеющие разные составы. Аналогично, US 10781273 В2 описывает устройство для получения мультимодальных полиолефинов, которое содержит реактор, содержащий восходящую трубу, нисходящий стояк, сепаратор, присоединенный к вершине нисходящего стояка, возможно через жидкостный барьер в верхней части нисходящего стояка, и два трубопровода, соединяющих вершину восходящей трубы с сепаратором и низ нисходящего стояка с дном восходящей трубы.

[0006] WО 2012/031986 А1 предлагает реактор газофазной полимеризации, имеющий связанные зоны полимеризации, содержащий восходящую трубу, через которую частицы полимера текут вверх в условиях быстрого псевдоожижения, и нисходящий стояк, через который частицы полимера текут вниз в уплотненной форме под действием гравитации, где дно упомянутого стояка соединяется с нижней областью восходящей трубы посредством транспортной секции, где упомянутая транспортная секция разработана в виде изгиба, спускающегося из стояка в восходящую трубу. Данный реактор дополнительно обеспечивает линию для подачи несущего газа на вход транспортной секции, и транспортная секция обеспечена решеткой распределения газа, проходящей от входа транспортной секции под углом, по меньшей мере, 50° вдоль изгиба транспортной секции.

[0007] WО 2019/154756 А1 описывает реакторы полимеризации для газофазной полимеризации олефинов, содержащие линию циркуляции газа для выпуска реакционного газа из реактора, направляющую реакционный газ через теплообменник для охлаждения и подачи реакционного газа обратно в реактор, где данная линия циркуляции газа оборудована теплообменником, центробежным компрессором, содержащим регулируемые направляющие лопатки, и поворотную заслонку.

[0008] Хотя происходит постоянная разработка газофазной полимеризации, все еще существует необходимость дополнительного улучшения, в частности в отношении оперативности реакторов газофазной полимеризации, имеющих связанные зоны полимеризации, в комбинации с полной гибкостью в регулировании состава получаемых полимеров. Реакторы газофазной полимеризации должны обеспечивать хорошую эффективность разделения в зоне разделения газа/жидкости, установленной вверху нисходящего стояка, пониженное трение полимера между соседними частицами полимера и между частицами полимера и стенкой реактора, низкий перепад давления в связующих элементах, соединяющих восходящую трубу, нисходящий стояк, линию циркуляции газа и пересечения между связующими элементами и восходящей трубой, нисходящим стояком и линией циркуляции газа, и хорошее погружение и гомогенизацию частиц полимера, покидающих стояк в газовом потоке, приходящем из линии циркуляции газа, и быстрое псевдоожижение или транспортировку частиц полимера в восходящей трубе в комбинации с легкостью сооружения и, в частности, возможностью ограничивать общую высоту реактора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Настоящее изобретение обеспечивает устройство для выполнения газофазной полимеризации олефинов, содержащее

- первую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для восходящего течения растущих частиц полимера в условиях быстрого псевдоожижения и переноса, содержащую цилиндрическую часть, имеющую диаметр D01;

- вторую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для нисходящего течения растущих частиц полимера, содержащую цилиндрическую верхнюю часть, имеющую диаметр D05, и цилиндрическую нижнюю часть, имеющую диаметр D06;

- зону разделения газ/твердое тело цилиндрической формы, имеющую диаметр D04, приспособленную и расположенную для отделения растущих частиц полимера от газового потока, которая расположена вверху верхней части второй зоны полимеризации и непосредственно присоединяется к верхней части второй зоны полимеризации;

- трубчатый первый соединительный элемент, имеющий диаметр D03, приспособленный и расположенный для присоединения цилиндрической части первой зоны полимеризации к зоне разделения газ/твердое тело;

- трубчатую линию циркуляции газа, имеющую диаметр D08, приспособленную и расположенную для присоединения зоны разделения газ/твердое тело к первой зоне полимеризации;

- трубчатую переходную часть, имеющую диаметр D02, расположенную между линией циркуляции газа и цилиндрической частью первой зоны полимеризации; и

- трубчатый второй соединительный элемент, имеющий диаметр D09, приспособленный и расположенный для присоединения нижней части второй зоны полимеризации к данной переходной части;

где линия циркуляции газа оборудована компрессором, приспособленным и расположенным для циркуляции газа в линии циркуляции газа, и теплообменником, приспособленным и расположенным для удаления тепла из газа, текущего в линии циркуляции газа;

где отношение D04 к D05 составляет от 1,0 до 1,5, а отношение D05 к D06 составляет от 1,2 до 2;

где первый соединительный элемент представляет собой изгиб, имеющий радиус R03, или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей, имеющих один или более радиусов R03, и одну или более линейных частей, и отношение R03 к D03 составляет от 1 до 6, а отношение D03 к D01 составляет от 0,3 до 0,85;

где первый соединительный элемент содержит соединительный участок, причем первый соединительный элемент и зона разделения газ/твердое тело соединены с помощью данного соединительного участка, и присоединение соединительного участка к зоне разделения газ/твердое тело является тангенциальным и имеет такой наклон, что центральная ось соединительного участка и горизонталь образуют угол А16, и угол А16 находится в интервале от 0° до 40°;

где данная переходная часть представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей, и отношение D08 к D02 составляет от 1,0 до 2,2; и

где второй соединительный элемент представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей.

[0010] В некоторых вариантах осуществления центральная ось второго соединительного элемента в положении, где второй соединительный элемент присоединен к переходной части, и горизонталь образуют угол А02, и угол А02 находится в интервале от 0° до 40°.

[0011] В некоторых вариантах осуществления данное устройство дополнительно содержит линию для подачи барьерного газа и/или жидкости в верхнюю часть второй зоны полимеризации.

[0012] В некоторых вариантах осуществления данное устройство дополнительно содержит линию для подачи несущего газа в верхнюю часть второго соединительного элемента.

[0013] В некоторых вариантах осуществления второй соединительный элемент оборудован решеткой распределения газа, проходящей от верхнего конца второго соединительного элемента под углом А09, по меньшей мере, 50° вдоль изгиба второго соединительного элемента.

[0014] В некоторых вариантах осуществления вторая зона полимеризации содержит дроссельный клапан, и данное устройство дополнительно содержит линию для подачи дозирующего газа в нижнюю часть второй зоны полимеризации в одном или более положениях выше дроссельного клапана.

[0015] В некоторых вариантах осуществления данный компрессор представляет собой центробежный компрессор, содержащий регулируемые направляющие лопатки, а линия циркуляции газа дополнительно оборудована поворотной заслонкой.

[0016] В некоторых вариантах осуществления данные регулируемые направляющие лопатки расположены выше по потоку от центробежного компрессора, а поворотная заслонка расположена ниже по потоку от центробежного компрессора.

[0017] В некоторых вариантах осуществления зона разделения газ/твердое тело имеет высоту Н04, а отношение Н04 к D04 составляет от 2,5 до 4,5.

[0018] В некоторых вариантах осуществления верхняя часть второй зоны полимеризации имеет высоту Н05, а отношение Н05 к D05 составляет от 2 до 4.

[0019] В некоторых вариантах осуществления данное устройство является частью ряда реакторов полимеризации.

[0020] Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ выполнения газофазной полимеризации олефинов в устройстве по любому из пунктов 1-11 при температурах от 20°С до 200°С и давлении от 0,5 МПа до 10 МПа в присутствии катализатора полимеризации, содержащий подачу одного или более олефинов в данное устройство, взаимодействие данных олефинов и катализатора полимеризации в реакционных условиях и выпуск полимерного продукта из данного устройства, в котором растущие частицы полимера текут вверх через первую зону полимеризации в условиях быстрого псевдоожижения или переноса, покидают первую зону полимеризации, проходят через зону разделения газ/твердое тело и поступают во вторую зону полимеризации, где частицы полимера текут вниз под действием гравитации, покидают вторую зону полимеризации и, по меньшей мере, частично повторно вводятся в первую зону полимеризации, вызывая циркуляцию полимера между первой зоной полимеризации и второй зоной полимеризации, где вторая зона полимеризации содержит слой уплотненных полимерных частиц.

[0021] В некоторых вариантах осуществления полностью или частично предотвращают поступление газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации, в верхнюю часть второй зоны полимеризации посредством ввода газа или жидкости во вторую зону полимеризации по линии подачи, и газовая смесь, присутствующая во второй зоне полимеризации, отличается от газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации.

[0022] В некоторых вариантах осуществления поверхность слоя уплотненных полимерных частиц расположена в верхней части второй зоны полимеризации.

[0023] В некоторых вариантах осуществления данная полимеризация представляет собой гомополимеризацию этилена или сополимеризацию этилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из 1-бутена, 1-гексена и 1-октена, или данная полимеризация представляет собой гомополимеризацию пропилена или сополимеризацию пропилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из этилена, 1-бутена и 1-гексена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] Фигура 1 схематично показывает один вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

[0025] Фигура 2 представляет собой увеличенный отрывок верхней части второй зоны полимеризации согласно настоящему изобретению.

[0026] Фигура 3 схематично показывает вид сверху одного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

[0027] Фигуры 4 и 5 схематично показывают два предпочтительных варианта осуществления первых соединительных элементов настоящего изобретения.

[0028] Фигуры 6 и 7 схематично показывают два предпочтительных варианта осуществления переходных частей и вторых соединительных элементов настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] В направлении настоящего изобретения изобретатели обнаружили, что посредством адаптации конструкции устройств для выполнения газофазной полимеризации олефинов, содержащих первую зону полимеризации, в которой растущие частицы полимера текут вверх в условиях быстрого псевдоожижения и переноса, и содержащих вторую зону полимеризации, в которой растущие частицы полимера текут вниз, т.е. посредством адаптации конструкции так называемых реакторов с многозонной циркуляцией (РМЗЦ), и обращая особое внимание на геометрические отношения между различными частями устройств, можно обеспечить хорошую эффективность разделения в зоне разделения газ/твердое тело, установленной вверху второй зоны полимеризации, чтобы уменьшить трение полимера между частицами полимера и между частицами полимера и стенками устройства, чтобы получить низкий перепад давления в соединительных элементах, соединяющих первую зону полимеризации, вторую зону полимеризации и линию циркуляции газа, и пересечениях между соединительными элементами и первой зоной полимеризации, второй зоной полимеризации или линией циркуляции газа, и достичь хорошего погружения и гомогенизации полимерных частиц, покидающих вторую зону полимеризации в газовом потоке, приходящем из линии циркуляции газа, и быстрого псевдоожижения или переноса полимерных частиц в первой зоне полимеризации. В то же время, данные устройства легко сооружать и можно ограничить общую высоту устройств.

[0031] Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает устройство для выполнения газофазной полимеризации олефинов, содержащее

- первую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для восходящего течения растущих частиц полимера в условиях быстрого псевдоожижения и переноса;

- вторую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для нисходящего течения растущих частиц полимера;

- зону разделения газ/твердое тело, приспособленную и расположенную для отделения растущих частиц полимера от газового потока, которая расположена вверху второй зоны полимеризации и непосредственно присоединяется ко второй зоне полимеризации;

- первый соединительный элемент, приспособленный и расположенный для присоединения вершины первой зоны полимеризации к зоне разделения газ/твердое тело;

- линию циркуляции газа, приспособленную и расположенную для присоединения зоны разделения газ/твердое тело к днищу первой зоны полимеризации; и

- второй соединительный элемент, приспособленный и расположенный для присоединения днища второй зоны полимеризации к днищу первой зоны полимеризации.

[0032] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения линия для подачи катализатора или для подачи полимерных частиц из верхнего по потоку реактора полимеризации расположена на первой зоне полимеризации, а линия выпуска полимера расположена в нижней части второй зоны полимеризации. Введение пополняющих мономеров, сомономеров, водорода и/или инертных компонентов может происходить в разных точках вдоль первой или второй зоны полимеризации или линии циркуляции газа.

[0033] Олефины, которые могут быть полимеризованы в устройстве настоящего изобретения, представляют собой, в особенности, 1-олефины, т.е. углеводороды, имеющие терминальные двойные связи, без ограничения этим. Предпочтение отдается неполярным олефиновым соединениям. Особенно предпочтительными 1-олефинами являются линейные или разветвленные С₂-С₁₂-1-алкены, в частности линейные С₂-С₁₀-1-алкены, такие как этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гептен, 1-октен, 1-децен, или разветвленные С₂-С₁₀-1-алкены, такие как 4-метил-1-пентен, сопряженные и несопряженные диены, такие как 1,3-бутадиен, 1,4-гексадиен или 1,7-октадиен. Также можно полимеризовать смеси разных 1-олефинов. Подходящие олефины также включают в себя олефины, в которых двойная связь является частью циклической структуры, которая может иметь одну или более кольцевых систем. Примерами являются циклопентен, тетрациклододецен или метилнорборнен, или диены, такие как 5-этилиден-2-норборнен, норборнадиен или этилнорборнадиен. Также можно полимеризовать смеси двух или более олефинов.

[0034] Устройство настоящего изобретения может быть использовано для гомополимеризации или сополимеризации этилена или пропилена. Предпочтительные сомономеры в полимеризации пропилена составляют до 40 масс.% этилена, 1-бутена и/или 1-гексена, предпочтительно от 0,5 масс.% до 35 масс.% этилена, 1-бутена и/или 1-гексена. В качестве сомономеров в полимеризации этилена предпочтительно используют до 20 масс.%, более предпочтительно от 0,01 масс.% до 15 масс.% и особенно от 0,05 масс.% до 12 масс.% С₃-С₈-1-алкенов, в частности 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена и/или1-октена. Особенно предпочтительны полимеризации, в которых этилен сополимеризуется с от 0,1 масс.% до 12 масс.% 1-гексена и/или 1-бутена.

[0035] Устройство настоящего изобретения содержит первую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для восходящего течения растущих частиц полимера в условиях быстрого псевдоожижения и переноса. Такие зоны полимеризации обычно называют восходящими трубами. Первая зона полимеризации содержит цилиндрическую часть, имеющую диаметр D01. Внутри первой зоны полимеризации условия быстрого псевдоожижения или переноса устанавливаются с помощью потока реакционной газовой смеси, текущей от дна первой зоны полимеризации к вершине первой зоны полимеризации со скоростью, более высокой, чем скорость переноса полимерных частиц. Скорость реакционной газовой смеси предпочтительно составляет от 0,5 м/с до 15 м/с и в частности от 0,8 м/с до 5 м/с. Выражения "скорость переноса" и "условия быстрого псевдоожижения" хорошо известны в технике и применяются здесь так, как определено в "D.Geldart, Gas Fluidization Technology, страница 155 и далее, J. Wiley & Sons Ltd., 1986".

[0038] Устройство настоящего изобретения дополнительно содержит вторую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для нисходящего течения растущих частиц полимера. Такие зоны полимеризации обычно называют нисходящими стояками. Другими обычными обозначениями для такого устройства полимеризации являются устройство или реактор с "подвижным слоем" или устройство или реактор с "оседающим слоем". Вторая зона полимеризации содержит цилиндрическую верхнюю часть, имеющую диаметр D05, и цилиндрическую нижнюю часть, имеющую диаметр D06. Внутри второй зоны полимеризации растущие частицы полимера предпочтительно текут вниз в уплотненной форме под действием гравитации. Применяемое здесь выражение "уплотненная форма" полимера означает, что отношение между массой полимера и объемом реактора выше чем 80% от "объемной насыпной плотности" получаемого полимера. Например, когда объемная плотность полимера равна 420 кг/м³, "уплотненная форма" полимера означает, что отношение масса полимера/объем реактора составляет, по меньшей мере, 336 кг/м³. "Объемная насыпная плотность" полимера является параметром, измеряемым согласно DIN EN ISO 60:1999. Обычно вторая зона полимеризации содержит слой частиц растущего полимера, которые движутся вниз в, по существу, поршневом режиме течения. "Режим поршневого течения" означает, что существует небольшое, или предпочтительно отсутствует, обратное смешение полимерных частиц. В предпочтительных вариантах осуществления полимерные частицы текут вниз со скоростью от 0,01 м/с до 0,7 м/с, предпочтительно 0,1 м/с до 0,6 м/с и более предпочтительно от 0,15 м/с до 0,5 м/с.

[0037] Устройство настоящего изобретения дополнительно содержит зону разделения газ/твердое тело цилиндрической формы, приспособленную и расположенную для отделения растущих полимерных частиц от газового потока. Зона разделения газ/твердое тело расположена сверху верхней части второй зоны полимеризации и непосредственно присоединяется к верхней части второй зоны полимеризации. Зона разделения газ/твердое тело имеет диаметр D04. В зоне разделения газ/твердое тело смесь растущих частиц полиолефина и реакционного газа, поступающая из первой зоны полимеризации через первый соединительный элемент, разделяется на реакционный газ и полимерные частицы. Полимерные частицы поступают во вторую зону полимеризации, а отделенная реакционная газовая смесь, приходящая из первой зоны полимеризации, переносится в линию циркуляции газа для рециркуляции в первую зону полимеризации.

[0038] Предпочтительно, устройство настоящего изобретения содержит линию для подачи газа и/или жидкости в верхнюю часть второй зоны полимеризации. Предпочтительно, данный газ и/или жидкость представляет собой текучий барьер, который подается в форме газовой и/или жидкой смеси. Подача текучего барьера позволяет устанавливать разные условия полимеризации в первой и второй зонах полимеризации посредством частичного или полного предотвращения реакционной газовой смеси из первой зоны полимеризации от попадания во вторую зону полимеризации. Текучий барьер должен иметь подходящий состав, отличный от состава реакционной газовой смеси в первой зоне полимеризации. Количество добавляемого текучего барьера предпочтительно регулируют так, что восходящий поток газа, противоточный к потоку полимерных частиц, генерируется в верхней части второй зоны полимеризации, действуя как барьер для газовой смеси, проникающей с полимерными частицами, приходящими из зоны разделения газ/твердое тело. Текучий барьер предпочтительно приходит из потока газа циркуляции и более предпочтительно получается посредством частичной конденсации данного потока. В результате, текучий барьер может содержать, кроме полимеризуемых мономеров, также инертные соединения, используемые как разбавитель полимеризации, такие как азот или алканы, имеющие от 1 до 10 атомов углерода, водород или другие компоненты реакционной газовой смеси.

[0039] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения поверхность слоя уплотненных полимерных частиц находится в верхней части второй зоны полимеризации. Предпочтительно, газ и/или жидкость, действующие в качестве текучего барьера для частичного или полного предотвращения реакционной газовой смеси из первой зоны полимеризации от попадания во вторую зону полимеризации, подают в слой уплотненных полимерных частиц в положении, близком к поверхности слоя уплотненных полимерных частиц.

[0040] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения данное устройство дополнительно содержит дополнительные линии подачи для подачи газа и/или жидкости во вторую зону полимеризации. Эти дополнительные линии подачи могут быть использованы для замены прореагировавших мономеров и для регулирования потока газа во второй зоне полимеризации. Питающие потоки предпочтительно содержат основной мономер полимеризации и могут также содержать один или более сомономеров, инертные компоненты, такие как пропан, или водород. В зависимости от количества газа и/или жидкости, добавляемых во вторую зону полимеризации, и условий давления во второй зоне полимеризации газовая среда, окружающая полимерные частицы, может быть приспособлена двигаться вниз вместе с полимерными частицами или вверх, противоточно полимерным частицам. Когда используют потоки питающей жидкости во вторую зону полимеризации, эти жидкие потоки предпочтительно испаряются во второй зоне полимеризации, участвуя в составе реакционной газовой смеси во второй зоне полимеризации. При работе второй зоны полимеризации с несколькими дополнительными питающими потоками точки подачи для ввода газа и/или жидкости во вторую зону полимеризации предпочтительно равномерно распределены по высоте второй зоны полимеризации. Также можно подавать через разные линии подачи газовые и/или жидкие смеси разного состава и, таким образом, устанавливать разные части подзон второй зоны полимеризации, имеющие разные составы реакционного газа, приводящие к получению полимера разного состава.

[0041] Устройство настоящего изобретения отличается тем, что отношение диаметра зоны разделения газ/твердое тело D04 к диаметру верхней части второй зоны полимеризации D05, т.е. отношение D04 к D05, составляет от 1,0 до 1,5, предпочтительно от 1,05 до 1,4 и более предпочтительно от 1,08 до 1,3. Сохранение отношения диаметра зоны разделения газ/твердое тело к диаметру верхней части второй зоны полимеризации в таком интервале позволяет иметь эффективное разделение газ/твердое тело в зоне разделения, т.е. иметь очень ограниченный перенос полимерных частиц в газе, покидающем зону разделения, также гарантируя хорошее отделение реакционной газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации, от реакционной газовой смеси, присутствующей во второй зоне полимеризации.

[0042] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения зона разделения газ/твердое тело имеет высоту Н04, и отношение высоты зоны разделения газ/твердое тело Н04 к диаметру зоны разделения газ/твердое тело D04, т.е. отношение Н04 к D04, составляет от 2,5 до 4,5, предпочтительно от 2,8 до 4,2 и более предпочтительно от 2,9 до 4. Сохранение отношения высоты зоны разделения газ/твердое тело к диаметру зоны разделения газ/твердое тело в таком интервале позволяет эффективное разделение смеси газ/твердое тело в зоне разделения из первой зоны полимеризации. Кроме того, унос полимера с газом, покидающим зону разделения, может избегаться или чувствительно уменьшаться даже в случаях, когда уровень частиц полимера во второй зоне полимеризации особенно высок.

[0043] Устройство настоящего изобретения дополнительно отличается тем, что отношение диаметра верхней части второй зоны полимеризации D05 к диаметру нижней части второй зоны полимеризации D06, т.е. отношение D05 к D06, составляет от 1,2 до 2, предпочтительно от 1,3 до 1,8 и более предпочтительно от 1,4 до 1,7. Построение второй зоны полимеризации таким образом облегчает разделение реакционной газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации, и газовой смеси, присутствующей во второй зоне полимеризации. Конструкция второй зоны полимеризации с верхней частью большего диаметра, чем диаметр нижней части, приводит к меньшей скорости полимерных частиц в верхней части второй зоны полимеризации, где вводят барьерный газ и/или жидкость, чем в нижней части второй зоны полимеризации, избегая псевдоожижения, которое будет мешать эффективности барьера.

[0044] Также было обнаружено, что опасность переполнения верхней части второй зоны полимеризации, которое будет отрицательно влиять на эффективность разделения зоны разделения газ/твердое тело, можно минимизировать не только посредством обеспечения достаточной высоты верхней части второй зоны полимеризации, но также посредством обеспечения достаточно большого диаметра D05 верхней части второй зоны полимеризации. В предпочтительных вариантах осуществления верхняя часть второй зоны полимеризации имеет высоту Н05, и отношение высоты верхней части второй зоны полимеризации Н05 и диаметра верхней части второй зоны полимеризации D05, т.е. отношение Н05 к D05, составляет от 2 до 4, предпочтительно от 2 до 3,8, более предпочтительно от 2 до 3,6.

[0045] В предпочтительных вариантах осуществления зона разделения газ/твердое тело и верхняя часть второй зоны полимеризации соединяются с помощью первой соединительной части, где диаметр первой соединительной части уменьшается от диаметра зоны разделения газ/твердое тело D04 до диаметра верхней части второй зоны полимеризации D05. Верхняя часть второй зоны полимеризации и нижняя часть второй зоны полимеризации предпочтительно соединяются с помощью второй соединительной части, где диаметр второй соединительной части уменьшается от диаметра верхней части второй зоны полимеризации D05 до диаметра нижней части второй зоны полимеризации D06. В предпочтительных вариантах осуществления первой и/или второй соединительной части диаметр первой и/или второй соединительной части уменьшается непрерывно. Тогда первая соединительная часть и вторая соединительная часть имеют форму усеченного конуса. Однако также возможно, что первая и/или вторая соединительная часть имеет форму сферического усеченного конуса или диаметр уменьшается иным образом. Предпочтительно, первая соединительная часть имеет форму усеченного конуса. Тогда поверхность первой соединительной части и вертикаль образуют угол А07а, который предпочтительно составляет от 5° до 25°, более предпочтительно от 8° до 20° и особенно от 10° до 15°. Вторая соединительная часть также предпочтительно имеет форму усеченного конуса. Тогда поверхность второй соединительной части и вертикаль образуют угол А07b, который предпочтительно составляет от 5° до 25°, более предпочтительно от 8° до 20° и особенно от 10° до 15°. Было обнаружено, что плавное нисходящее течение полимера по второй зоне полимеризации может обеспечиваться, когда углы А07а и А07b сохраняются в установленных пределах, и застой порошка полимера, обычно приводящий к образованию глыб, может значительно снижаться.

[0046] Устройство настоящего изобретения дополнительно содержит трубчатую линию циркуляции газа, приспособленную и расположенную для присоединения зоны разделения газ/твердое тело к первой зоне полимеризации, и трубчатую переходную часть, расположенную между линией циркуляции газа и цилиндрической частью первой зоны полимеризации. Линия циркуляции газа имеет диаметр D08, а переходная часть имеет диаметр D02.

[0047] В предпочтительных вариантах осуществления линия циркуляции газа и переходная часть соединяются четвертой соединительной частью, где диаметр четвертой соединительной части увеличивается от диаметра линии циркуляции газа D08 до диаметра переходной части D02. В предпочтительных вариантах осуществления четвертой соединительной части диаметр увеличивается непрерывно, и четвертая соединительная часть имеет форму усеченного конуса. Однако также возможно, что диаметр увеличивается иным образом.

[0048] Линия циркуляции газа оборудована компрессором, приспособленным и расположенным для циркуляции газа в линии циркуляции газа, и теплообменником, приспособленным и расположенным для удаления тепла из газа, текущего в линии циркуляции газа. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения компрессор является центробежным компрессором, содержащим регулируемые направляющие лопатки, а линия циркуляции газа дополнительно оборудована поворотной заслонкой. Предпочтительно, регулируемые направляющие лопатки расположены выше по потоку от центробежного компрессора, а поворотная заслонка расположена ниже по потоку от центробежного компрессора. Циркуляция газа в линии циркуляции газа с помощью центробежного компрессора, содержащего регулируемые направляющие лопатки, и дополнительное оборудование линии циркуляции газа поворотной заслонкой позволяют простым образом управлять скоростью потока газа, сохраняя постоянной разницу давления вдоль компрессора, или менять разницу давления вдоль компрессора, сохраняя постоянную скорость потока газа.

[0049] Переходная часть отличается тем, что является изгибом или трубчатым элементом, содержащим одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей, и отношение диаметра линии циркуляции газа D08 к диаметру переходной части D02, т.е. отношение D08 к D02, составляет от 1,0 до 2,2, предпочтительно от 1,2 до 2,0 и более предпочтительно от 1,3 до 1,9.

[0050] В предпочтительных вариантах осуществления переходная часть и цилиндрическая часть первой зоны полимеризации соединяются с помощью пятой соединительной части, где диаметр пятой соединительной части увеличивается от диаметра переходной части D02 до диаметра цилиндрической части первой зоны полимеризации D01. В предпочтительных вариантах осуществления пятой соединительной части диаметр непрерывно увеличивается, и пятая соединительная часть имеет форму усеченного конуса.

[0051] Данная форма переходной части, содержащейся в устройстве настоящего изобретения, способствует прекрасной оперативности полимеризации в данном устройстве посредством обеспечения условий быстрого псевдоожижения и переноса в первой зоне полимеризации с низким перепадом давления в линии циркуляции газа и в пересечении между линией циркуляции газа и первой зоной полимеризации, придавая эффективный подъем полимерных частиц, приходящих из второго соединительного элемента, с помощью потока газа циркуляции с немедленным переносом полимерных частиц в первую зону полимеризации, и посредством обеспечения минимального трения полимера между соседними полимерными частицами и между полимерными частицами и стенкой переходной части, и, одновременно, минимизирует требуемое пространство ниже зон полимеризации и дает улучшенную планировку системы циркуляции.

[0052] Устройство настоящего изобретения дополнительно содержит трубчатый первый соединительный элемент, имеющий диаметр D03, приспособленный и расположенный для присоединения цилиндрической части первой зоны полимеризации к зоне разделения газ/твердое тело, и трубчатый второй соединительный элемент, имеющий диаметр D09, приспособленный и расположенный для присоединения нижней части второй зоны полимеризации к переходной части.

[0053] Комбинация первой зоны полимеризации, в которой растущие частицы полимера текут вверх, второй зоны полимеризации, в которой растущие частицы полимера текут вниз, зоны разделения газ/твердое тело, расположенной вверху второй зоны полимеризации, и двух соединительных элементов, присоединяющих вершину первой зоны полимеризации к зоне разделения газ/твердое тело и присоединяющих дно второй зоны полимеризации к элементу, который присоединяется ко дну первой зоны полимеризации, позволяет установить циркуляцию полимерных частиц между двумя зонами полимеризации, и полимерные частицы попеременно проходят множество раз через эти зоны.

[0054] Первый соединительный элемент отличается тем, что представляет собой изгиб, имеющий радиус R03, или трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей, имеющих один или более радиусов R03, и одну или более линейных частей, и отношение радиуса R03 данного изгиба или одного или более радиусов R03 одной или более изогнутых частей и диаметра первого соединительного элемента D03, т.е. отношение R03 к D03, составляет от 1 до 6, предпочтительно от 1 до 5 и более предпочтительно от 1 до 4. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения радиус R03 изгиба или один или более радиусов R03 одной или более изогнутых частей могут меняться, т.е. разные части изгиба или разные изогнутые части могут иметь разные радиусы при условии, что все радиусы R03 удовлетворяют условиям того, что находятся в заданном отношении радиусов изгиба или одной или более изогнутых частей и диаметра первого соединительного элемента.

[0055] Первый соединительный элемент дополнительно отличается тем, что отношение диаметра первого соединительного элемента D03 к диаметру цилиндрической части первой зоны полимеризации D01, т.е. отношение D03 к D01, составляет от 0,3 к 0,85, предпочтительно от 0,35 до 0,7 и более предпочтительно от 0,4 до 0,65.

[0056] В предпочтительных вариантах осуществления цилиндрическая часть первой зоны полимеризации и первый соединительный элемент соединяются шестой соединительной частью, где диаметр шестой соединительной части уменьшается от диаметра цилиндрической части первой зоны полимеризации D01 до диаметра первого соединительного элемента D03. В предпочтительных вариантах осуществления шестой соединительной части данный диаметр уменьшается непрерывно, и шестая соединительная часть имеет форму усеченного конуса. В других предпочтительных вариантах осуществления шестая соединительная часть имеет форму сферического усеченного конуса. Однако также возможно, что диаметр увеличивается иным образом.

[0057] Первый соединительный элемент дополнительно отличается тем, что первый соединительный элемент содержит соединительный участок, так что первый соединительный элемент и зона разделения газ/твердое тело соединяются с помощью данного соединительного участка, и что присоединение соединительного участка к зоне разделения газ/твердое тело является тангенциальным и имеет наклон, так что центральная ось соединительного участка и горизонталь образуют угол А16, который находится в интервале от 0° до 40°, предпочтительно от 0° до 30° и более предпочтительно от 0° до 20°.

[0058] Предпочтительно, форма соединительного участка адаптирована к форме зоны разделения газ/твердое тело, например, имеет диаметр, который уменьшается вдоль соединительного участка. Также возможно, что соединительный участок образует изгиб с постоянным диаметром или с уменьшающимся диаметром.

[0059] Форма первого соединительного элемента, содержащегося в устройстве настоящего изобретения, способствует прекрасной оперативности полимеризации в данном устройстве посредством обеспечения подходящей скорости переноса для переноса полимерных частиц из первой зоны полимеризации в зону газ/твердое тело, минимального трения полимера между соседними полимерными частицами и между полимерными частицами и стенкой первого соединительного элемента, и, одновременно, улучшенной эффективности разделения в зоне разделения газ/твердое тело.

[0060] Второй соединительный элемент отличается тем, что представляет собой изгиб или трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей.

[0061] В предпочтительных вариантах осуществления нижняя часть второй зоны полимеризации и второй соединительный элемент соединяются с помощью третьей соединительной части, где диаметр третьей соединительной части уменьшается от диаметра нижней части второй зоны полимеризации D06 до диаметра второго соединительного элемента D09. В предпочтительных вариантах осуществления третьей соединительной части диаметр уменьшается непрерывно, и третья соединительная часть имеет форму усеченного конуса. Тогда поверхность третьей соединительной части и вертикаль образуют угол А07с, который предпочтительно составляет от 5° до 25°, более предпочтительно от 8° до 20° и особенно от 10° до 15°.

[0062] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения центральная ось второго соединительного элемента в месте, где второй соединительный элемент присоединяется к переходной части, и горизонталь образуют угол А02, и угол А02 находится в интервале от 0° до 40°, предпочтительно от 5° до 30° и более предпочтительно от 10° до 25°.

[0063] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения дно второй зоны полимеризации оборудовано дроссельным клапаном для регулирования потока растущих полимерных частиц, покидающих вторую зону полимеризации. Дроссельный клапан предпочтительно является механическим клапаном, таким как простая или двойная поворотная заслонка или шаровой клапан. Предпочтительно, поток газа, который может обозначаться как "дозирующий газ", подается в нижнюю часть второй зоны полимеризации в одном или более положениях выше дроссельного клапана, предпочтительно немного выше дроссельного клапана, чтобы облегчать течение растущих полимерных частиц через дроссельный клапан. Дозирующий газ предпочтительно отдирают из линии циркуляции газа ниже по потоку от компрессора. Изменяя отверстие дроссельного клапана и/или изменяя скорость потока дозирующего газа, можно регулировать скорость полимерных частиц внутри второй зоны полимеризации. Дроссельный клапан предпочтительно находится в днище нижней части второй зоны полимеризации.

[0064] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения данное устройство дополнительно содержит линию для подачи несущего газа в верхнюю часть второго соединительного элемента. Такой поток несущего газа предпочтительно вводят во второй соединительный элемент в положении, близком к верхнему концу второго соединительного элемента, для поддержания переноса полимерных частиц из днища второй зоны полимеризации к днищу первой зоны полимеризации. Несущий газ предпочтительно отбирают из линии циркуляции газа ниже по потоку от компрессора. Предпочтительно, второй соединительный элемент оборудуют решеткой распределения газа от верхнего конца второго соединительного элемента под углом А09, по меньшей мере, 50° вдоль изгиба второго соединительного элемента.

[0065] Данная форма второго соединительного элемента, содержащегося в устройстве настоящего изобретения, способствует прекрасной оперативности полимеризации в устройствах посредством надежного переноса полимерных частиц из второй зоны полимеризации в переходную часть без образования отложений полимера на стенках второго соединительного элемента или образования горячих точек и плавления полимера во втором соединительном элементе, и посредством минимизации трения полимера между соседними полимерными частицами и между полимерными частицами и стенкой второго соединительного элемента.

[0066] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения диаметры цилиндрической части первой зоны полимеризации, верхней и нижней частей второй зоны полимеризации, зоны разделения газ/твердое тело, первого и второго соединительных элементов, линии циркуляции газа и переходной части являются постоянными по всей длине компонента. Под постоянным диаметром в настоящем изобретении понимают то, что соответствующий диаметр отклоняется от любой заданной величины на менее чем 5%, предпочтительно меньше чем 2%, более предпочтительно меньше чем 0,5% и особенно меньше чем 0,1%.

[0067] В направлении настоящего изобретения становится очевидно, что первая зона полимеризации, т.е. область устройства, в которой растущие частицы полимера текут вверх в условиях быстрого псевдоожижения и переноса, обычно содержит не только цилиндрическую часть, но также пятую и шествую соединительные части и участки переходной части и первого соединительного элемента. Вторая зона полимеризации обычно содержит, кроме верхней и нижней цилиндрических частей, третью соединительную часть.

[0069] Фигура 1 схематично показывает устройство согласно настоящему изобретению.

[0070] Устройство, показанное на фигуре 1, представляет собой устройство для полимеризации олефинов в газовой фазе и содержит первую зону полимеризации и вторую зону полимеризации, через которые повторяющимся образом проходят частицы полиолефина. В первой зоне полимеризации частицы полиолефина текут вверх в условиях быстрого псевдоожижения. Во второй зоне полимеризации частицы полиолефина текут вниз под действием гравитации. Первая зона полимеризации содержит цилиндрическую часть (1), а вторая зона полимеризации содержит цилиндрическую верхнюю часть (5) и цилиндрическую нижнюю часть (6). Цилиндрическая часть (1) первой зоны полимеризации, и верхняя часть (5) и нижняя часть (6) второй зоны полимеризации надлежащим образом соединяются с помощью первого соединительного элемента (3) и второго соединительного элемента (9).

[0071] После течения через цилиндрическую часть (1) первой зоны полимеризации частицы полиолефина и реакционная газовая смесь переносятся в зону (4) разделения газ/твердое тело через первый соединительный элемент (3), который присоединяется к зоне (4) разделения газ/твердое тело с помощью соединительного участка (16). Из зоны (4) разделения газ/твердое тело частицы полиолефина поступают в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации. Зона (4) разделения газ/твердое тело присоединяется к верхней части (5) второй зоны полимеризации с помощью первой соединительной части (7а), а верхняя часть (5) второй зоны полимеризации присоединяется к нижней части (6) второй зоны полимеризации с помощью второй соединительной части (7b). Нижняя часть (6) второй зоны полимеризации присоединяется ко второму соединительному элементу (9) с помощью третьей соединительной части (7с).

[0072] Реакционная газовая смесь, покидающая зону (4) разделения газ/твердое тело, направляется в первую зону полимеризации посредством линии (8) циркуляции газа и переходной части (2). Линия (8) циркуляции газа оборудована центробежным компрессором (15), содержащим регулируемые направляющие лопатки (17) и теплообменник (14). Линия (8) циркуляции газа дополнительно содержит, ниже по потоку от теплообменника (14), поворотную заслонку (18). Между компрессором (15) и теплообменником (14) линия (19) разветвляется для переноса части циркулирующего газа в виде несущего газа по линии (20) во второй соединительный элемент (9) и в виде дозирующего газа по линии (21) в нижнюю часть (6) второй зоны полимеризации. Основное количество циркулирующего газа переносится через теплообменник (14) и поворотную заслонку (18) в переходную часть (2) и затем поступает в первую зону полимеризации, устанавливая в ней условия быстрого псевдоожижения. Линия (8) циркуляции газа и переходная часть (2) соединяются с помощью четвертой соединительной части (7d). Переходная часть (2) присоединяется к цилиндрической части (1) первой зоны полимеризации с помощью пятой соединительной части (7е).

[0073] Для питания устройства свежим катализатором суспензия твердого компонента катализатора подается по линии (10) в цилиндрическую часть (1) первой зоны полимеризации или, если устройство оборудовано резервуаром преполимеризации или находится в ряде реакторов полимеризации ниже по потоку от некоторого реактора полимеризации, растущие частицы полиолефина подают по линии (10) в цилиндрическую часть (1) первой зоны полимеризации.

[0074] Цилиндрическая часть (1) первой зоны полимеризации присоединяется к первому соединительному элементу (3) с помощью шестой соединительной части (7f).

[0075] Частицы полиолефина, получаемые в устройстве, непрерывно выпускаются из нижней части (6) второй зоны полимеризации по выпускной линии (12). Все или часть пополняемых мономеров, пополняемых сомономеров и, возможно, инертных газов и/или технологических добавок могут вводиться в линию (8) циркуляции газа по линии (11). Газ и/или жидкость может подаваться по линии (13) в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации, чтобы создавать барьер для предотвращения входа реакционной газовой смеси из первой зоны полимеризации во вторую зону полимеризации.

[0076] Дно третьей соединительной части (7с) оборудовано дроссельным клапаном (22), имеющим регулируемое отверстие для регулировки потока частиц полиолефина из второй зоны полимеризации в переходную часть (2). Для обеспечения надежного переноса полимерных частиц из второй зоны полимеризации в переходную часть (2) второй соединительный элемент (9) оборудован решеткой распределения газа (23).

[0077] Фигура 2 схематично показывает верхнюю часть одного варианта осуществления второй зоны полимеризации согласно настоящему изобретению.

[0078] Фигура 2 изображает первый соединительный элемент (3), который присоединяется с помощью соединительного участка (16) к зоне (4) разделения газ/твердое тело, имеющей диаметр D04 и высоту Н04. Зона (4) разделения газ/твердое тело присоединяется к верхней части (5) второй зоны полимеризации, имеющей диаметр D05 и высоту Н05, с помощью первой соединительной части (7а), имеющей соответствующий угол А07а. Верхняя часть (5) второй зоны полимеризации присоединяется к нижней части (6) второй зоны полимеризации, имеющей диаметр В06, с помощью второй соединительной части (7b), имеющей соответствующий угол А07b. Реакционный газ, отделенный от полимерных частиц в зоне (4) разделения газ/твердое тело, покидает зону (4) разделения газ/твердое тело по линии (8) циркуляции газа. Для предотвращения входа реакционной газовой смеси из первой зоны полимеризации в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации может подаваться газ и/или жидкость по линии (13) в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации.

[0079] Фигура 3 схематично показывает вид сверху одного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

[0080] Фигура 3 изображает первый соединительный элемент (3), имеющий диаметр D03, который одной стороной присоединяется к шестой соединительной части (7f), а другой стороной присоединяется с помощью соединительного участка (16) к зоне (4) разделения газ/твердое тело, имеющей диаметр D04.

[0081] Фигуры 4 и 5 схематично показывают два предпочтительных варианта осуществления первого соединительного элемента настоящего изобретения.

[0082] Обе фигуры 4 и 5 изображают первый соединительный элемент (3), имеющий диаметр D03, который одной стороной присоединяется с помощью шестой соединительной части (7f) к соединительной части (1) первой зоны полимеризации, имеющей диаметр D01, а второй стороной присоединяется с помощью соединительного участка (16) к зоне (4) разделения газ/твердое тело. Линия (8) циркуляции газа расположена по центру на вершине зоны (4) разделения газ/твердое тело. Центральная ось соединительного участка (16) и горизонталь образуют угол А16.

[0083] Первый соединительный элемент (3), показанный на фигуре 4, представляет собой трубчатый элемент, содержащий изогнутую часть, имеющую радиус R03, и линейную часть.

[0084] Первый соединительный элемент (3), показанный на фигуре 5, представляет собой изгиб, имеющий в одной части изгиба радиус R03´ и имеющий в другой части изгиба радиус R03".

[0085] Фигуры 6 и 7 схематично показывают два предпочтительных варианта осуществления переходных частей и вторых соединительных элементов настоящего изобретения.

[0086] Обе фигуры 7 и 8 изображают переходную часть (2), имеющую диаметр D02, которая одной стороной присоединяется с помощью пятой соединительной части (7е) к цилиндрической части (1) первой зоны полимеризации, имеющей диаметр D01, а другой стороной присоединяется с помощью четвертой соединительной части (7d) к линии (8) циркуляции газа. Второй соединительный элемент (9), имеющий диаметр D09, одной стороной присоединяется с помощью третьей соединительной части (7с) к нижней части (6) второй зоны полимеризации, имеющей диаметр D06, а другой стороной присоединяется к переходной части (2). Центральная ось второго соединительного элемента (9) в положении, где второй соединительный элемент (9) присоединяется к переходной части (2), образует с горизонталью угол А02. Второй соединительный элемент (9) оборудован решеткой распределения газа (23), которая проходит от верхнего конца второго соединительного элемента (9) в течение угла А09 вдоль изгиба второго соединительного элемента (9).

[0087] Переходная часть (2), показанная на фигуре 6, представляет собой трубчатый элемент, содержащий изогнутую часть и линейную часть.

[0088] Переходная часть (2), показанная на фигуре 7, представляет собой трубчатый элемент, содержащий две линейных части и изогнутую часть.

[0089] Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ получения олефинового полимера, содержащий гомополимеризацию олефина или сополимеризацию олефина и одного или более других олефинов при температурах от 20°С до 200°С и давлениях от 0,5 МПа до 10 МПа в присутствии катализатора полимеризации, где полимеризацию выполняют в описанном выше устройстве.

[0090] Предпочтительно, полимеризация представляет собой гомополимеризацию этилена или сополимеризацию этилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из 1-бутена, 1-гексена и 1-октена, или полимеризация представляет собой гомополимеризацию пропилена или сополимеризацию пропилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из этилена, 1-бутена и 1-гексена.

[0091] Устройство настоящего изобретения может работать при давлениях от 0,5 МПа до 10 МПа, предпочтительно от 1,0 МПа до 8 МПа и особенно от 1,5 МПа до 4 МПа, где эти давления, как и все давления, приведенные в настоящем изобретении, следует понимать как абсолютные давления, т.е. давление, имеющее размерность МПа (абс). Полимеризацию предпочтительно выполняют при температурах от 30°С до 160°С, особенно предпочтительно от 65°С до 125°С.

[0092] Полимеризацию в данном устройстве можно также выполнять в режиме конденсации или суперконденсации, в котором часть циркулирующей реакционной газовой смеси охлаждают ниже точки росы и возвращают в первую зону полимеризации раздельно в виде жидкой или газовой фазы, или вместе в виде двухфазной смеси, чтобы дополнительно использовать энтальпию испарения для охлаждения реакционного газа.

[0093] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения полимеризацию выполняют в присутствии инертного газа, такого как азот или алкан, имеющий от 1 до 10 атомов углерода, такой как метан, этан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан или н-гексан, или их смесь. Использование азота или пропана в качестве инертного газа, если подходит - в комбинации с другими алканами, является предпочтительным. В особенно предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения полимеризацию выполняют в присутствии С₃-С₅ алкана в качестве разбавителя полимеризации и наиболее предпочтительно в присутствии пропана, особенно в случае гомополимеризации или сополимеризации этилена. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения реакционная газовая смесь имеет содержание инертных компонентов от 30 до 99 об.%, более предпочтительно от 40 до 95 об.% и особенно от 45 до 85 об.%. В других предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, особенно если основным мономером является пропилен, добавляют никакие или только небольшие количества инертного разбавителя.

[0094] Реакционные газовые смеси в данном устройстве дополнительно содержат полимеризуемые олефины, т.е. основной мономер и один или более возможных сомономеров. Реакционная газовая смесь может дополнительно содержать добавочные компоненты, такие как антистатические агенты или регуляторы молекулярной массы, подобные водороду. Компоненты реакционной газовой смеси могут подаваться в зоны полимеризации или в линию циркуляции газа в газовой форме или в виде жидкости, которая затем испаряется в зонах полимеризации или в линии циркуляции газа.

[0095] Полимеризация олефинов может выполняться с использованием всех обычных катализаторов полимеризации олефинов. Это означает, что полимеризация может выполняться с использованием катализаторов Циглера или Циглера-Натта, с использованием катализаторов Phillips на основе оксида хрома или с использованием одноцентровых катализаторов. Для целей настоящего изобретения одноцентровые катализаторы представляют собой катализаторы, основанные на химически однородных координационных соединениях переходных металлов. Кроме того, также можно использовать смеси двух или более из этих катализаторов для полимеризации олефинов. Такие смешанные катализаторы часто называют гибридными катализаторами. Приготовление и применение этих катализаторов для полимеризации олефинов хорошо известно.

[0096] Предпочтительные катализаторы имеют тип Циглера или Циглера-Натта, предпочтительно содержащие соединение титана или ванадия, соединение магния и возможно электронодонорное соединение и/или мелкозернистый неорганический оксид в качестве носителя.

[0097] Катализаторы типа Циглера или Циглера-Натта обычно ведут полимеризацию в присутствии сокатализатора. Предпочтительными сокатализаторами являются металлоорганические соединения металлов 1, 2, 12, 13 или 14 групп периодической таблицы элементов, в особенности металлоорганические соединения металлов 13 группы и особенно алюмоорганические соединения. Предпочтительными сокатализаторами являются, например, металлоорганические алкилы, металлоорганические алкоксиды или металлоорганические галогениды.

[0098] Предпочтительные металлоорганические соединения содержат алкилы лития, алкилы магния или цинка, алкилгалогениды магния, алкилы алюминия, алкилы кремния, алкоксиды кремния и алкилгалогениды кремния. Более предпочтительно металлоорганические соединения содержат алкилы алюминия и алкилы магния. Еще более предпочтительно металлоорганические соединения содержат алкилы алюминия, наиболее предпочтительно соединения триалкилалюминия или соединения этого типа, в которых алкильная группа замещена атомом галогена, например, хлором или бромом. Примерами таких алкилов алюминия являются триметилалюминий, триэтилалюминий, триизобутилалюминий, три-н-гексилалюминий или диэтилалюминий хлорид или их смеси.

[0099] В других предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения полимеризация представляет собой полимеризацию в устройстве, которое является частью ряда реакторов полимеризации, где также одна или более полимеризаций в других газофазных реакторах данного ряда реакторов полимеризации могут быть полимеризациями согласно настоящему изобретению. Подходящие комбинации таких реакторов полимеризации включают в себя реактор с псевдоожиженным слоем, за которым следует устройство согласно настоящему изобретению, или устройство согласно настоящему изобретению, за которым следует реактор с псевдоожиженным слоем.

[0101] Список численных обозначений:

1 первая зона полимеризации

2 переходная часть

3 первый соединительный элемент

4 зона разделения газ/твердое тело

5 верхняя часть второй зоны полимеризации

6 нижняя часть второй зоны полимеризации

7а первая соединительная часть, соединяющая зону разделения газ/твердое тело и верхнюю часть второй зоны полимеризации

7b вторая соединительная часть, соединяющая верхнюю часть и нижнюю часть второй зоны полимеризации

7с третья соединительная часть, соединяющая нижнюю часть второй зоны полимеризации и второй соединительный элемент

7d четвертая соединительная часть, соединяющая линию циркуляции газа и переходную часть

7е пятая соединительная часть, соединяющая переходную часть и первую зону полимеризации

7f шестая соединительная часть, соединяющая первую зону полимеризации и первый соединительный элемент

8 линия циркуляции газа

9 второй соединительный элемент

10 линия подачи катализатора или линия подачи полимерных частиц из верхнего по потоку реактора полимеризации

11 линия подачи мономера

12 линия выпуска полимера

13 линия подачи барьерного газа/жидкости

14 теплообменник

15 компрессор

16 соединительный участок, соединяющий первый соединительный элемент и зону разделения газ/твердое тело

17 направляющие лопатки

18 поворотная заслонка

19 линия ответвления газа циркуляции

20 линия подачи несущего газа

21 линия подачи дозирующего газа

22 дроссельный клапан

23 решетка распределения газа

Изобретение относится к устройству для выполнения газофазной полимеризации олефинов. Устройство для выполнения газофазной полимеризации олефинов содержит: первую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для восходящего течения растущих частиц полимера в условиях быстрого псевдоожижения или переноса, содержащую цилиндрическую часть, имеющую диаметр D01, вторую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для нисходящего течения растущих частиц полимера, содержащую цилиндрическую верхнюю часть, имеющую диаметр D05, и цилиндрическую нижнюю часть, имеющую диаметр D06, зону разделения газ/твердое тело цилиндрической формы, имеющую диаметр D04, приспособленную и расположенную для отделения растущих частиц полимера от газового потока, которая расположена вверху верхней части второй зоны полимеризации и непосредственно присоединена к верхней части второй зоны полимеризации, трубчатый первый соединительный элемент, имеющий диаметр D03, приспособленный и расположенный для присоединения цилиндрической части первой зоны полимеризации к зоне разделения газ/твердое тело, трубчатую линию циркуляции газа, имеющую диаметр D08, приспособленную и расположенную для присоединения зоны разделения газ/твердое тело к первой зоне полимеризации, трубчатую переходную часть, имеющую диаметр D02, расположенную между линией циркуляции газа и цилиндрической частью первой зоны полимеризации, и трубчатый второй соединительный элемент, имеющий диаметр D09, приспособленный и расположенный для присоединения нижней части второй зоны полимеризации к переходной части, где линия циркуляции газа оборудована компрессором, приспособленным и расположенным для циркуляции газа в линии циркуляции газа, и теплообменником, приспособленным и расположенным для удаления тепла из газа, текущего в линии циркуляции газа, где отношение D04 к D05 составляет от 1,0 до 1,5, и отношение D05 к D06 составляет от 1,2 до 2, где первый соединительный элемент представляет собой изгиб, имеющий радиус R03, или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей, имеющих один или более радиусов R03, и одну или более линейных частей, и отношение R03 к D03 составляет от 1 до 6, и отношение D03 к D01 составляет от 0,3 до 0,85. При этом первый соединительный элемент содержит соединительный участок, причем первый соединительный элемент и зона разделения газ/твердое тело соединены с помощью соединительного участка, и присоединение соединительного участка к зоне разделения газ/твердое тело является тангенциальным и имеет такой наклон, что центральная ось соединительного участка и горизонталь образуют угол А16, и угол А16 находится в интервале от 0° до 40°. Переходная часть представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей, и отношение D08 к D02 составляет от 1,0 до 2,2. Второй соединительный элемент представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей. Описан способ выполнения газофазной полимеризации олефинов в устройстве при температурах от 20°С до 200°С и давлениях от 0,5 МПа до 10 МПа в присутствии катализатора полимеризации. Технический результат заключается в обеспечении эффективного разделения в зоне разделения газ/твердое тело, установленной вверху второй зоны полимеризации, с уменьшением трения между частицами полимера и между частицами полимера и стенками устройства, с получением низкого перепада давления в соединительных элементах, соединяющих первую зону полимеризации, вторую зону полимеризации и линию циркуляции газа, и пересечениях между соединительными элементами и первой зоной полимеризации, второй зоной полимеризации или линией циркуляции газа, и достижением хорошего погружения и гомогенизации полимерных частиц, покидающих вторую зону полимеризации в газовом потоке, приходящем из линии циркуляции газа, и быстрого псевдоожижения или переноса полимерных частиц в первой зоне полимеризации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

1. Устройство для выполнения газофазной полимеризации олефинов, содержащее

- первую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для восходящего течения растущих частиц полимера в условиях быстрого псевдоожижения или переноса, содержащую цилиндрическую часть (1), имеющую диаметр D01;

- вторую зону полимеризации, приспособленную и расположенную для нисходящего течения растущих частиц полимера, содержащую цилиндрическую верхнюю часть (5), имеющую диаметр D05, и цилиндрическую нижнюю часть (6), имеющую диаметр D06;

- зону (4) разделения газ/твердое тело цилиндрической формы, имеющую диаметр D04, приспособленную и расположенную для отделения растущих частиц полимера от газового потока, которая расположена вверху верхней части (5) второй зоны полимеризации и непосредственно присоединена к верхней части (5) второй зоны полимеризации;

- трубчатый первый соединительный элемент (3), имеющий диаметр D03, приспособленный и расположенный для присоединения цилиндрической части (1) первой зоны полимеризации к зоне (4) разделения газ/твердое тело;

- трубчатую линию (8) циркуляции газа, имеющую диаметр D08, приспособленную и расположенную для присоединения зоны (4) разделения газ/твердое тело к первой зоне полимеризации;

- трубчатую переходную часть (2), имеющую диаметр D02, расположенную между линией (8) циркуляции газа и цилиндрической частью (1) первой зоны полимеризации; и

- трубчатый второй соединительный элемент (9), имеющий диаметр D09, приспособленный и расположенный для присоединения нижней части (6) второй зоны полимеризации к переходной части (2);

где линия (8) циркуляции газа оборудована компрессором (15), приспособленным и расположенным для циркуляции газа в линии (8) циркуляции газа, и теплообменником (14), приспособленным и расположенным для удаления тепла из газа, текущего в линии (8) циркуляции газа;

где отношение D04 к D05 составляет от 1,0 до 1,5, и отношение D05 к D06 составляет от 1,2 до 2;

где первый соединительный элемент (3) представляет собой изгиб, имеющий радиус R03, или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей, имеющих один или более радиусов R03, и одну или более линейных частей, и отношение R03 к D03 составляет от 1 до 6, и отношение D03 к D01 составляет от 0,3 до 0,85;

где первый соединительный элемент (3) содержит соединительный участок (16), причем первый соединительный элемент (3) и зона (4) разделения газ/твердое тело соединены с помощью соединительного участка (16), и присоединение соединительного участка (16) к зоне (4) разделения газ/твердое тело является тангенциальным и имеет такой наклон, что центральная ось соединительного участка (16) и горизонталь образуют угол А16, и угол А16 находится в интервале от 0° до 40°;

где переходная часть (2) представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей, и отношение D08 к D02 составляет от 1,0 до 2,2; и

где второй соединительный элемент (9) представляет собой изгиб или представляет собой трубчатый элемент, содержащий одну или более изогнутых частей и одну или более линейных частей.

2. Устройство по п. 1, в котором центральная ось второго соединительного элемента (9) в положении, где второй соединительный элемент (9) присоединен к переходной части (2), и горизонталь образуют угол А02, и угол А02 находится в интервале от 0° до 40°.

3. Устройство по п. 1 или 2, где устройство дополнительно содержит линию (13) для подачи барьерного газа и/или жидкости в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, где устройство дополнительно содержит линию (20) для подачи несущего газа в верхнюю часть второго соединительного элемента (9).

5. Устройство по п. 4, в котором второй соединительный элемент (9) оборудован решеткой распределения газа (23), проходящей от верхнего конца второго соединительного элемента (9) под углом А09, по меньшей мере, 50° вдоль изгиба второго соединительного элемента (9).

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором вторая зона полимеризации содержит дроссельный клапан (22), и устройство дополнительно содержит линию (21) для подачи дозирующего газа в нижнюю часть (6) второй зоны полимеризации в одном или более положениях выше дроссельного клапана (22).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором компрессор (15) представляет собой центробежный компрессор, содержащий регулируемые направляющие лопатки (17), и линия (8) циркуляции газа дополнительно оборудована поворотной заслонкой (18).

8. Устройство по п. 7, в котором регулируемые направляющие лопатки (17) расположены выше по потоку от центробежного компрессора, и поворотная заслонка (18) расположена ниже по потоку от центробежного компрессора.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором зона (4) разделения газ/твердое тело имеет высоту Н04, и отношение Н04 к D04 составляет от 2,5 до 4,5.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором верхняя часть (5) второй зоны полимеризации имеет высоту Н05, а отношение Н05 к D05 составляет от 2 до 4.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, где устройство является частью ряда реакторов полимеризации.

12. Способ выполнения газофазной полимеризации олефинов в устройстве по любому из пп. 1-11 при температурах от 20°С до 200°С и давлениях от 0,5 МПа до 10 МПа в присутствии катализатора полимеризации, включающий подачу одного или более олефинов в устройство, осуществление взаимодействия олефинов и катализатора полимеризации в реакционных условиях и выпуск полимерного продукта из устройства, причем растущие частицы полимера текут вверх через первую зону полимеризации в условиях быстрого псевдоожижения или переноса, покидают первую зону полимеризации, проходят через зону разделения газ/твердое тело и поступают во вторую зону полимеризации, где частицы полимера текут вниз под действием гравитации, покидают вторую зону полимеризации и, по меньшей мере, частично повторно вводятся в первую зону полимеризации, обеспечивая циркуляцию полимера между первой зоной полимеризации и второй зоной полимеризации, где вторая зона полимеризации содержит слой уплотненных полимерных частиц.

13. Способ по п. 12, в котором полностью или частично предотвращают поступление газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации, в верхнюю часть (5) второй зоны полимеризации посредством ввода газа или жидкости во вторую зону полимеризации по линии (13) подачи, и газовая смесь, присутствующая во второй зоне полимеризации, отличается от газовой смеси, присутствующей в первой зоне полимеризации.

14. Способ по п. 13, в котором поверхность слоя уплотненных полимерных частиц расположена в верхней части (5) второй зоны полимеризации.

15. Способ по любому из пп. 12-14, в котором полимеризация представляет собой гомополимеризацию этилена или сополимеризацию этилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из 1-бутена, 1-гексена и 1-октена, или полимеризация представляет собой гомополимеризацию пропилена или сополимеризацию пропилена и одного или более других олефинов, выбранных из группы, состоящей из этилена, 1-бутена и 1-гексена.