УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАЛЬФАОЛЕФИНОВ Российский патент 2023 года по МПК B01J19/00 C08F4/52 C10M107/10 C07C4/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к установке и способу для получения полиальфаолефинов, в частности к установке и способу для получения полиальфаолефинов с использованием непрерывного процесса.

Уровень техники

Полиальфаолефины обычно получают полимеризацией одного или нескольких линейных альфа-олефинов посредством реакции олигомеризации под действием катализаторов. Гидрированные полиальфаолефины, полученные путем разделения и гидрирования полиальфаолефинов, могут быть использованы для примешивания в высококачественные синтетические базовые масла. Полиальфа-олефиновое синтетическое базовое масло, также известное как ПАО (PAO) синтетическое базовое масло, имеет прекрасные свойства, такие как высокий индекс вязкости, сверхнизкая температура застывания, прекрасная термическая и окислительная стабильность и высокая температура воспламенения, поэтому оно находит широкое применение. ПАО синтетические базовые масла классифицируют в соответствии с их кинематическими вязкостями при 100°C. Основные продукты включают PAO4, PAO6, PAO8, PAO10, PAO40, PAO100 и т.п. Из них низковязкие ПАО с кинематической вязкостью при 100°C между 4 и 8 сСт наиболее широко используют главным образом для смешения с разными типами высококачественных моторных масел. Использование низковязких ПАО может уменьшить потерю крутящего момента двигателя в холодном состоянии и одновременно увеличить интервалы между заменами масла и повысить экономию топлива.

В традиционном способе получения полиальфаолефинов, как правило, используют каталитическую систему кислоты Льюиса, чтобы подвергнуть альфа-олефины реакции олигомеризации, и в ходе реакции будут образовываться полимеры с различными степенями полимеризации. В настоящее время катализаторами, используемыми в промышленности при производстве низковязких полиальфаолефинов, являются в основном катализаторы BF₃-(вспомогательное вещество). В типичных способах производства используют реакторы смешения периодического действия или непрерывного действия. В реакционной системе олигомеризации, в которой альфа-олефины катализируют BF₃-(вспомогательное вещество), BF₃ в газовой фазе необходимо полностью диспергировать и смешать со вспомогательным веществом и альфа-олефинами в жидкой фазе, при этом часть его растворяется с образованием активного катионного катализатора и затем инициирует реакцию олигомеризации альфа-олефинов. Растворение BF₃ и межфазный массоперенос определяют макроскопическую скорость реакции, конверсию и т.п. Кроме того, если время реакции слишком короткое, конверсия олефина, как правило, низкая, а выход продукта невелик. Если время реакции слишком велико, образовавшийся альфа-олефиновый олигомер может подвергаться побочным реакциям, таким как реакция вторичной полимеризации, что повышает степень полимеризации, и реакция изомеризации, что вызывает снижение индекса вязкости.

В документе US4045508A раскрыт способ непрерывного получения полиальфаолефинов, который отличается объединением реактора смешения и трубчатого реактора для управления многоступенчатым процессом полимеризации. Однако этот способ приводит к большой вторичной реакции полимеризации олигомеров, и содержание тримеров значительно снижается.

В документе CN104370675B раскрыт способ получения полиальфаолефинов в непрерывном режиме, и этот способ включает введение альфа-олефинов в прозрачный микроканальный реактор непрерывного действия и проведение реакции полимеризации в присутствии катализатора на основе соединения алюминия и вспомогательных агентов с получением полиальфаолефинов. Этот способ потребляет большое количество катализатора и требует более высокой температуры реакции.

С другой стороны, после проведения реакции с использованием трифторида бора или его комплекса в качестве катализатора часто возникает необходимость удаления трифторида бора или его комплекса из продукта. По этой причине обычно используют способ нейтрализации щелочными веществами, такими как водный раствор гидроксида натрия и аммиачная вода, а затем промывку водой. Однако этот метод будет создавать серьезные проблемы загрязнения окружающей среды, а катализатор не может быть использован повторно. Образующиеся отходы щелочной жидкости, фторсодержащие сточные воды и борсодержащие сточные воды очень трудно поддаются очистке. В то же время процесс промывки водой будет приводить к большой трате водных ресурсов. Кроме того, в связи с ужесточением национальной политики в области охраны окружающей среды было закрыто большое количество предприятий, загрязняющих окружающую среду, и проекты без надлежащих методов удаления загрязнений не могут быть реализованы.

На сегодняшний день предложено множество способов удаления и излечения трифторида бора, но все они имеют разные ограничения.

В заявке США US4433197A раскрыт способ использования частиц SiO₂ для адсорбции BF₃ в растворе реакции полимеризации при более низкой температуре, и затем регенерации BF₃ путем нагревания при низком давлении. В заявке США US2997371A предлагается осаждать полиакрилонитрил на поверхность инертных частиц, таких как активированный уголь и активированный оксид алюминия, а затем использовать его для адсорбции BF₃; в заявке США US5846429A раскрыто применение полиакрилонитрильных волокон для адсорбции BF₃ и использование нагревания после насыщения адсорбцией для высвобождения BF₃. Заявка на патент Китая CN1289344A раскрывает способ применения фторида металла для отделения и извлечения BF₃. Сначала фторид металла и BF₃ вводят в химическую реакцию с образованием тетрафторбората, чтобы провести отделение BF₃, а затем тетрафторборат подвергают разложению в условия нагревания при высокой температуре с выделением BF₃. Заявка США US4454366A предлагает для удаления BF₃ способ с использованием поливинилового спирта и BF₃ с образованием стабильного комплекса.

Патент США US6939943B2 раскрывает способ извлечения BF₃ с использованием метанола и этанола, где при низкой температуре метанол или этанол добавляют к раствору реакции полимеризации и BF₃ экстрагируют в спиртовую фазу с отделением BF₃.

Заявка на патент Китая CN1217726A раскрывает способ разделения электроосаждением, в котором к полимеризационному раствору прикладывают электрическое поле для отделения комплекса трифторида бора от продукта полимеризации.

Пользуясь нестабильностью комплекса трифторида бора, в заявке США № 3929749A, чтобы провести отделение катализатора, принят способ нагревания для термического расщепления комплекса в полимеризационном растворе, при этом BF₃-газ вытекает из раствора.

В реакции с использованием трифторида бора в качестве одного из компонентов катализатора именно комплекс, образованный трифторидом бора и лигандом, выполняет каталитическую функцию. Эти комплексы трифторида бора обычно выбирают для конкретного лиганда, и молярное соотношение между трифторидом бора и лигандом также является конкретным. Следовательно, если катализатор предполагают рециркулировать и использовать повторно, то это следует проводить без изменения координационной ситуации между трифторидом бора и лигандом, так как при изменении координационной ситуации каталитическая активность катализатора будет ослаблена или катализатор будет даже деактивирован.

Однако, независимо от того, является ли этот способ способом адсорбции с использованием комплексообразования BF₃ с адсорбентом, способом экстракции с использованием правила растворения подобных веществ друг в друге, способом электроосаждения с применением электрического поля или способом термического расщепления, в известной мере существуют различные проблемы, такие как неблагоприятные факторы, например, плохая эффективность разделения, разрушение структуры катализатора и большое влияние побочных реакций, которые ограничивают применение в крупномасштабном промышленном производстве.

Кроме того, реакционный процесс в реакторе смешения периодического действия, о котором сообщается в предшествующем уровне техники, имеет недостатки, связанные с большим объемом реактора смешения, большой занимаемой площадью, очень строгими требованиями по контролю технологических параметров, сложной технологической операцией, длительным временем реакции, длительным периодом производства и т.п., и, хотя стабильность партии может быть гарантирована, непрерывный способ получения также не может обеспечить идеальные конверсию и селективность, и в обоих способах нельзя хорошо обработать катализатор в продукте. Таким образом, в данной области техники существует потребность в установке и способе для получения альфа-олефиновых олигомеров, которые отличаются высокой конверсией, высокой селективностью, простотой процесса, низкими капиталовложениями, а также безопасностью и экологичностью.

Следует отметить, что информация, раскрытая в предшествующем разделе «Уровень техники», предназначена только для улучшения понимания уровня техники настоящего изобретения и, следовательно, может содержать информацию, которая не формирует предшествующий уровень техники и уже известна специалисту в данной области.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предлагает установку и способ для получения полиальфаолефинов.

Более конкретно, настоящее изобретение включает следующие аспекты.

В первом аспекте настоящее изобретение предлагает установку для получения полиальфаолефинов.

Установка для получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению включает узел 1 смешения, микроканальный реакционный узел 2, узел 3 разделения высокого давления, узел 4 разделения низкого давления, узел 5 циркуляции газа, узел 6 последующей обработки и узел 7 регулирования давления, при этом узел 1 смешения, микроканальный реакционный узел 2, узел 3 разделения высокого давления, узел 4 разделения низкого давления и узел 5 циркуляции газа соединены последовательно, микроканальный реакционный узел 2 снабжен впускным отверстием 01 BF₃-газа, узел 1 смешения снабжен впускным отверстием 02 вспомогательного сырья и впускным отверстием 03 олефинового исходного материала, узел 5 циркуляции газа соединен с впускным отверстием 01 BF₃-газа, узел 4 разделения низкого давления также соединен с узлом 6 последующей обработки, а узел 3 разделения высокого давления, узел 7 регулирования давления и узел 5 циркуляции газа также соединены последовательно. Предпочтительно узел 1 смешения дополнительно снабжен впускным отверстием BF₃-газа. Необязательно узел 5 циркуляции газа соединен впускным отверстием BF₃-газа, предусмотренным в узле 1 смешения. Необязательно узел 6 последующей обработки соединен с узлом 1 смешения для рециркуляции комплекса вспомогательного сырья с BF₃ и непрореагировавшего олефинового исходного материала.

В соответствии с установкой по настоящему изобретению узел 1 смешения способен равномерно смешивать поступающий в него поток (узел 1 смешения предпочтительно представляет собой смеситель, более предпочтительно статический смеситель и/или динамический смеситель). Поток, поступающий в узел 1 смешения, содержит вспомогательное сырье и олефиновый исходный материал и необязательно рециркулированный комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал. Предпочтительно поток, поступающий в узел 1 смешения, может также включать BF₃-газ, так что вспомогательное сырье, олефиновый исходный материал и BF₃-газ могут быть смешаны в узле смешения. Необязательно смеситель имеет следующие структуру и параметры: рабочая температура составляет 20-200°C, а верхняя граница рабочего давления не превышает 20 МПа; смеситель предпочтительно представляет собой статический смеситель, более предпочтительно статический смеситель с улучшенным смешением; количество смесителей может составлять один или несколько. Когда используют два или более смесителей, эти смесители могут быть соединены параллельно, последовательно или как параллельно, так и последовательно. Смеситель необязательно может иметь теплообменный слой. Смеситель необязательно может содержать наполнитель; наполнитель в смесителе может быть выбран из кольца Палля, керамического шарика, обычного наполнителя, гофрированного наполнителя, проволочной сетки или пластикового кольца. В случае, когда поток, поступающий в узел 1 смешения, включает BF₃-газ, узел 1 смешения содержит первый смеситель для смешения любых двух из вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и BF₃-газа, и второй смеситель для дополнительного смешения смеси с третьим компонентом; более предпочтительно узел 1 смешения содержит первый смеситель для смешения одного из олефинового исходного материала и BF₃-газа и вспомогательного сырья и второй смеситель для дополнительного смешения смеси с другим компонентом из олефинового исходного материала и BF₃-газа. Например, узел 1 смешения содержит первый смеситель для смешения олефинового исходного материала с вспомогательным сырьем и второй смеситель для смешения смеси с BF₃-газом; или узел 1 смешения содержит первый смеситель для смешения BF₃-газа с вспомогательным сырьем и второй смеситель для смешения смеси с олефиновым исходным материалом; или узел 1 смешения содержит смеситель для смешения одновременно BF₃-газа, вспомогательного сырья и олефинового исходного материала.

Микроканальный реакционный узел 2 обеспечивает микроканальную реакцию BF₃-газа из впускного отверстия 01 BF₃-газа и смешанного потока вспомогательного сырья и олефинового исходного материала, а также необязательного BF₃-газа из узла 1 смешения; предпочтительно микроканальный реакционный узел 2 обеспечивает микроканальную реакцию BF₃-газа из впускного отверстия 01 BF₃-газа и смешанного потока вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и BF₃-газа из узла 1 смешения. Предпочтительно микроканальный реакционный узел представляет собой микроканальный реактор. Количество микроканальных реакторов может составлять один или несколько, предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько микроканальных реакторов, эти микроканальные реактора могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно.

Узел 3 разделения высокого давления обеспечивает проведение газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока, при этом отделенная газовая фаза поступает в узел 5 циркуляции газа через узел 7 регулирования давления, и отделенная жидкая фаза поступает в узел 4 разделения низкого давления. Узел 3 разделения высокого давления предпочтительно представляет собой сепаратор высокого давления. Количество сепараторов высокого давления может составлять один или несколько; предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько сепараторов высокого давления, эти сепараторы высокого давления могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно .

Узел 4 разделения низкого давления обеспечивает проведение газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока, при этом отделенная газовая фаза поступает в узел 5 циркуляции газа, и отделенная жидкая фаза поступает в узел 6 последующей обработки. Узел 4 разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления. Количество сепараторов низкого давления может составлять один или несколько, предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько сепараторов низкого давления, эти сепараторы низкого давления могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно .

Узел 5 циркуляции газа обеспечивает извлечение поступающего в него BF₃-газа и доставку извлеченного BF₃-газа через впускное отверстие 01 BF₃-газа в микроканальный реакционный узел 2 для повторного использования. Узел 5 циркуляции газа может представлять собой один или несколько из числа компрессора, насоса для циркуляции газа и вакуумного насоса. Количество компрессоров, насосов для циркуляции газа и вакуумных насосов может составлять один или несколько, так что узел циркуляции газа может осуществлять одноступенчатую или многоступенчатую циркуляцию. Необязательно узел 5 циркуляции газа соединен впускным отверстием BF₃-газа, предусмотренным в узле 1 смешения, для доставки извлеченного BF₃-газа в узел смешения для смешения с вспомогательным сырьем и олефиновым исходным материалом.

Узел 6 последующей обработки обеспечивает последующую обработку поступающего в него потока с получением полиолефинового продукта. Узел последующей обработки может представлять собой одно или несколько устройств из числа адсорбционного устройства, экстракционного устройства, дистилляционного устройства, устройства центрифугирования, устройства осаждения, устройства щелочной промывки и устройства водной промывки. Предпочтительно узел 6 последующей обработки представляет собой устройство осаждения или устройство центрифугирования. Устройство осаждения или устройство центрифугирования обеспечивает разделение поступающего в него потока на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, при этом тяжелая жидкая фаза представляет собой комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, и необязательно возвращается в узел 1 смешения для продолжения участия в непрерывной реакции. Легкая жидкая фаза представляет собой сырой полиолефиновый продукт, который может быть подвергнут дополнительной последующей переработке.

Узел регулирования давления может регулировать давление микроканального реакционного узла 2 и узла 3 разделения высокого давления, чтобы способствовать мягкому развитию микроканальной реакции и мягкому протеканию газожидкостного разделения потока в узле 3 разделения высокого давления. Узел 7 регулирования давления может представлять собой один или несколько из числа клапана обратного давления, дроссельного клапана и клапана для понижения давления. Необязательно узел 7 регулирования давления независимо может регулировать рабочее давление микроканального реакционного узла 2 и рабочее давление узла 3 разделения высокого давления. Необязательно узел 7 регулирования давления может регулировать рабочее давление микроканального реакционного узла 2 так, чтобы одно было одинаковым с рабочим давлением узла 3 разделения высокого давления.

В соответствии с установкой по настоящему изобретению предпочтительно узел 8 очистки газа предусмотрен между узлом 4 разделения низкого давления и узлом 5 циркуляции газа, и/или узел 8 очистки газа предусмотрен между узлом 7 регулирования давления и узлом 5 циркуляции газа. Узел 8 очистки газа обеспечивает сушку и/или очистку поступающего в него BF₃-газа. Узел 8 очистки газа может представлять собой один или несколько из числа газового фильтра, адсорбционной сушилки, сублимационной сушилки и циклонного сепаратора, предпочтительно представляет собой адсорбционную сушилку, в которую может быть засыпан наполнитель, и наполнитель может представлять собой один или несколько из числа силикагеля, безводного сульфата кальция, безводного хлорида кальция и активированного угля.

В соответствии с установкой по изобретению необязательно микроканальный реакционный узел 2 представляет собой один микроканальный реактор или комбинацию двух или нескольких микроканальных реакторов. Микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: реакционный канал представляет собой 2-10000 параллельных каналов, интервал рабочей температуры составляет от -70 до 300°C, допустимое максимальное давление реакции не превышает 20 МПа, допустимое максимальное давление теплопередающей среды не превышает 10 МПа; объем жидкостного канала без смесительных вставок равен 0,1-20000 л, объемная скорость потока составляет 1-50000 л/час. Также предпочтительно реакционный канал образуют 2-5000 каналов, более предпочтительно 2-500 каналов. Например, реакционный канал может состоять из 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 каналов или т.п. В микроканальном реакторе по настоящему изобретению каждый реакционный канал может иметь площадь поперечного сечения от 1 до 150 мм² и длину от 50 до 5000 мм. Предпочтительно в каждом реакционном канале предусмотрен смесительный элемент, который способствует смешению реакционных потоков, и смесительный элемент представляет собой элемент, хорошо известный в данной области техники, который может содействовать смешению реакционных потоков и повышать турбулентность, и он может представлять собой смесительный диск, а также первый смесительный элемент и второй смесительный элемент по настоящему изобретению. Предпочтительно микроканальный реактор по изобретению снабжен магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый реакционный канал.

В соответствии с установкой по настоящему изобретению предпочтительный микроканальный реактор 2 (далее иногда также называемый предпочтительным микроканальным реактором по настоящему изобретению) включает:

корпус 003; зону 023 подачи, зону 008 смешения, реакционную зону 009 и зону 024 сбора, расположенные последовательно и находящиеся в сообщении вдоль первого направления в корпусе 003, причем корпус 003 снабжен подающей трубой 002, находящейся в сообщении с зоной 023 подачи, и выпускной трубой 001, находящейся в сообщении с зоной 024 сбора, а зона 008 смешения снабжена смесительным каналом 014, проходящим вдоль первого направления;

трубу 017 для распределения жидкости; труба 017 для распределения жидкости проходит от внешней стороны корпуса 003 в смесительный канал 014, труба 017 для распределения жидкости соединена с распределителем 016 жидкости у конца смесительного канала 014;

подающая труба 002 соединена с узлом 1 смешения и может быть использована для введения смеси олефинового исходного материала и вспомогательного сырья, при этом труба 017 для распределения жидкости соединена с впускным отверстием 01 BF₃-газа и может быть использована для введения BF₃-газа, и

выпускная труба 001 соединена с узлом 3 разделения высокого давления.

В настоящем изобретении первое направление представляет собой направление течения потока, и это направление может быть горизонтальным направлением, направлением с подъемом или т.п. Направление с подъемом предпочтительно, а направление с подъемом снизу вверх более предпочтительно.

В настоящем изобретении зона 008 смешения и зона 023 подачи могут быть разделены первой разделительной перегородкой 019. Первая разделительная перегородка 019 снабжена множеством сквозных отверстий, и каждое сквозное отверстие совмещено со смесительным каналом 014, так что зона 008 смешения находится в сообщении с зоной 023 подачи.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения распределитель 016 жидкости представляет собой, по меньшей мере, распределитель, выбираемый из порошкового спеченного изделия с микропорами, мезопористого вспененного материала, проволочной сетки и трубки с микрощелями или микропорами.

Предпочтительно распределитель жидкости представляет собой цилиндрическое порошковое спеченное изделие с микропорами.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения распределитель 016 жидкости имеет площадь поперечного сечения 0,01-200 см² и длину 1-2000 мм. Смесительный канал имеет круглое поперечное сечение; предпочтительно смесительный канал имеет площадь поперечного сечения 0,05-400 см² и длину 50-5000 мм. В настоящем изобретении длина и площадь поперечного сечения смесительного канала 014 обе больше, чем длина и площадь поперечного сечения распределителя жидкости 016.

В одном варианте настоящего изобретения зона смешения снабжена 1-100 (предпочтительно 1-50, более предпочтительно 2-10) смесительными каналами, труба 017 для распределения жидкости включает основную трубу, проходящую от внешней стороны корпуса в зону подачи, и отводные трубы, проходящие от зоны подачи в каждый смесительный канал 014, с распределителями 016 жидкости, подсоединенными к концам отводных труб.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в смесительном канале 014 первый смесительный элемент 015 расположен ниже по потоку от распределителя 016 жидкости.

В одном варианте настоящего изобретения первый смесительный элемент 015 снабжен участком основного потока и участком отводного потока, которые расположены поочередно и находятся в сообщении вдоль первого направления, и участок основного потока снабжен одним проходом основного потока, а участок отводного потока снабжен множеством проходов отводного потока. Предпочтительно полость сбора, находящаяся в сообщении со множеством проходов отводного потока, расположена ниже по потоку от участка отводного потока. Первый смесительный элемент может быть образован путем сращивания множества пластинчатых элементов (количество может составлять 2-100, предпочтительно 2-50, более предпочтительно 10-30, толщина составляет приблизительно 0,2-10 мм), расположенных вдоль первого направления, и на каждом пластинчатом элементе образованы такие структуры, как отверстия и полости, которые соответствуют проходу 0001 основного потока, проходу 0002 отводного потока и полости 0003 сбора, что удобно для переработки и производства.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения зона смешения может содержать первую теплообменную полость 013, расположенную в корпусе, при этом смесительный канал расположен в первой теплообменной полости, а корпус снабжен первым впускным отверстием 004 теплообменной среды и первым выпускным отверстием 0005 теплообменной среды, которые находятся в сообщении с первой теплообменной полостью.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения объемное отношение первой теплообменной полости к смесительному каналу составляет 2-50; предпочтительно объемное отношение первой теплообменной полости к смесительному каналу составляет 5-30. В зоне 008 смешения смесительный канал 014 и первая теплообменная полость 013 изолированы друг от друга и не находятся в сообщении друг с другом, но теплопередача между ними может быть обеспечена, а в смесительном канале 014 могут быть использованы трубные фитинги с хорошей теплопроводностью.

В одном варианте настоящего изобретения предусмотрена переходная зона 020 между зоной смешения и реакционной зоной, при этом переходная зона снабжена стабилизирующим каналом 021 с постоянным поперечным сечением и диффузионным каналом 022 с постепенно увеличивающимся поперечным сечением, которые расположены и находятся в сообщении вдоль первого направления, причем стабилизирующий канал находится в сообщении со смесительным каналом, а диффузионный канал находится в сообщении с реакционной зоной.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения выпускная труба 018, проходящая к внешней стороне корпуса, подсоединена к стабилизирующему каналу.

В одном варианте настоящего изобретения диффузионный канал снабжен диффузионной пластиной с ячейками или щелями.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения два конца переходной зоны 020 соответственно снабжены разделительными перегородками со сквозными отверстиями с тем, чтобы они были изолированы от зоны смешения 008 (преимущественно первой теплообменной полости 013) и реакционной зоны 009 (преимущественно второй теплообменной полости 012) и соединены с каждым смесительным каналом 014 и каждым реакционным каналом 010 через каждое сквозное отверстие на каждой разделительной перегородке, а диффузионный канал 022 и стабилизирующий канал 021 могут представлять собой трубные фитинги, предусмотренные между двумя разделительными перегородками.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения реакционная зона снабжена множеством параллельных реакционных каналов, проходящих вдоль первого направления и находящихся в сообщении со смесительным каналом через переходную зону, снабженную стабилизирующим каналом 021 и диффузионным каналом 022. Реакционный канал имеет поперечное сечение, по меньшей мере, в виде одной из круглой, прямоугольной и треугольной форм. Число реакционных каналов составляет, например, 2-10000 каналов, предпочтительно 2-5000 каналов и более предпочтительно 2-500 каналов.

В одном варианте настоящего изобретения реакционный канал снабжен вторым смесительным элементом, и второй смесительный элемент включает опорную планку, проходящую вдоль первого направления, и зубчатый элемент, соединенный с опорной планкой и проходящий поперек опорной планки; зубчатый элемент имеет, по меньшей мере, одну из треугольной, дугообразной, волнистой и спиральной форм. Предпочтительно зубчатый элемент имеет треугольную форму, и на одной стороне треугольника, примыкающей к опорной планке, один угол соединен с опорной планкой, а другой угол отстоит от опорной планки на 0,01-20 мм.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из реакционных каналов независимо снабжен множеством вторых смесительных элементов (количество может составлять 2-100, предпочтительно 2-50, более предпочтительно 10-30), которые уложены друг на друга с интервалами, а зубчатые элементы второго смесительного элемента расположены в шахматном порядке относительно друг друга.

Предпочтительно поперечное сечение реакционного канала является прямоугольным, а зубчатые элементы проходят между набором противоположных сторон прямоугольника.

В одном варианте настоящего изобретения реакционный канал имеет площадь поперечного сечения 1-150 мм² и длину 50-5000 мм, минимальное расстояние между реакционными каналами составляет 1-50 мм, и второй смесительный элемент имеет толщину 0,1-3 мм, при этом промежуток между соседними зубчатыми элементами составляет 1-50 мм; предпочтительно реакционный канал имеет длину 100-3000 мм и минимальный промежуток между реакционными каналами 3-30 мм, второй смесительный элемент имеет толщину 0,2-2 мм, и промежуток между соседними зубчатыми элементами составляет 1,5-20 мм.

В одном варианте настоящего изобретения реакционная зона может быть снабжена второй теплообменной полостью 012, расположенной в корпусе, при этом реакционный канал расположен во второй теплообменной полости, корпус снабжен вторым впускным отверстием теплообменной среды 006 и вторым выпускным отверстием теплообменной среды 007, которые находятся в сообщении со второй теплообменной полостью.

В одном варианте настоящего изобретения объемное отношение второй теплообменной полости к реакционному каналу составляет 2-50; предпочтительно объемное отношение второй теплообменной полости к реакционному каналу составляет 5-30.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения вторая теплообменная полость 012 преимущественно может быть образована корпусом 003, а на двух концах соответственно находятся вторая разделительная перегородка 025 между реакционной зоной 009 и зоной 024 сбора и разделительная перегородка между реакционной зоной 009 и переходной зоной 020.

Установка для получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению может быть использована для синтеза полиальфа-олефинового синтетического масла непрерывным способом и обладает преимуществами высокой скорости реакции, высокой конверсии реакции и хорошей селективности по продукту.

Установка для получения полиальфаолефинов, в которой используют предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению, может осуществлять непрерывное и эффективное смешение реакционной системы, поддерживать течение жидкости в режиме, подобном поршневому режиму, обеспечивать постоянство времени пребывания реакционной жидкости насколько это возможно, а также избегать селективности по нежелательным продуктам из-за распределения времени пребывания.

Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ получения полиальфаолефинов.

Способ получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению включает: смешанный поток, полученный после смешения олефинового исходного материала и вспомогательного сырья в узле смешения, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реакционный узел; промежуточный поток, образованный после реакции полимеризации в микроканальном реакционном узле, пропускают в узел разделения высокого давления, при этом промежуточный материал подвергается первому газожидкостному разделению в узле разделения высокого давления, отделенная жидкая фаза поступает в узел разделения низкого давления, а второе газожидкостное разделение происходит в узле разделения низкого давления; жидкая фаза, отделенная из узла разделения низкого давления, поступает в узел последующей обработки, и полиолефиновый продукт получают после обработки в узле последующей обработки; газовые фазы, отделенные из узла разделения высокого давления и узла разделения низкого давления (BF₃-газ), поступают в узел циркуляции газа, и BF₃-газ извлекают для повторного использования. Предпочтительно BF₃-газ также подают в узел смешения, так что BF₃-газ, олефиновый исходный материал и вспомогательное сырье смешивают в узле смешения, а затем смешанный поток и BF₃-газ каждый независимо поступают в микроканальный реакционный узел. Необязательно тяжелую жидкую фазу, содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, полученную после обработки в узле последующей обработки, рециркулируют в узел смешения.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в случае подачи BF₃-газа в узел смешения порядок смешения BF₃-газа, олефинового исходного материала и вспомогательного сырья особенно не ограничен, и способ смешения может быть следующим: могут быть смешаны любые два из BF₃-газа, олефинового исходного материала и вспомогательного сырья и затем смешаны с третьим компонентом, или BF₃-газ, олефиновый исходный материал и вспомогательное сырье могут быть смешаны одновременно. Например, BF₃-газ и вспомогательное сырье могут быть смешаны с образованием комплекса и затем смешаны с олефиновым исходным материалом, или могут быть смешаны вспомогательное сырье и олефиновый исходный материал и затем смешаны с BF₃-газом, или BF₃-газ, олефиновый исходный материал и вспомогательное сырье могут быть смешаны одновременно.

В одном варианте настоящего изобретения олефин в олефиновом исходном материале представляет собой один или несколько олефинов из числа C₃-C₂₀-альфа-олефинов, предпочтительно один или несколько из C₅-C₁₅-альфа-олефинов, более предпочтительно один или несколько из C₇-C₁₄-альфа-олефинов. Например, олефин может представлять собой олефины, обычно используемые при получении ПАО синтетических базовых масел, такие как нонен и децен.

В одном варианте настоящего изобретения олефиновый исходный материал также может содержать C₅-C₂₀-алкан и/или C₁-C₂₀-кислород-содержащее соединение в качестве растворителя. По отношению к общей массе олефинового исходного материала массовая доля C₅-C₂₀-алкана может составлять 0-80%, предпочтительно 0,5-50%, наиболее предпочтительно 1-30%. По отношению к общей массе олефинового исходного материала массовая доля C₁-C₂₀-кислородсодержащего соединения может составлять 0-20%, предпочтительно 0-10%, наиболее предпочтительно 0,001-5%. C₅-C₂₀-Алкан может представлять собой один или несколько из числа н-алкана, изоалкана и циклоалкана; C₁-C₂₀-кислородсодержащее соединение может представлять собой одно или несколько из числа н-алканола, изоспирта и кетона. Олефиновый исходный материал Фишера-Тропша может быть использован в качестве смеси C₃-C₂₀-альфа-олефина, C₅-C₂₀-алкана и C₁-C₂₀-кислородсодержащего соединения (то есть, в качестве олефинового исходного материала).

В одном варианте настоящего изобретения вспомогательное сырье может представлять собой широко используемое вспомогательное сырье, которое может быть использовано в качестве донора электронов BF₃, и может представлять собой одно или несколько соединений из числа спирта, имеющего количество атомов углерода 1-20, простого эфира, имеющего количество атомов углерода 1-20, альдегида, имеющего количество атомов углерода 1-20, кетона, имеющего количество атомов углерода 1-20, сложного эфира, имеющего количество атомов углерода 1-30, карбоновой кислоты, имеющей количество атомов углерода 1-20, и фенола, имеющего количество атомов углерода 1-20; предпочтительно из спирта, имеющего количество атомов углерода 1-10, более предпочтительно спирта, имеющего количество атомов углерода 3-5, например, из одного или нескольких спиртов из числа н-пропанола, изопропанола, н-бутанола, изобутанола, н-пентанола и изопентанола.

В соответствии со способом по настоящему изобретению узел смешения способен равномерно смешивать поступающий в него поток, и предпочтительно представляет собой смеситель, более предпочтительно статический смеситель и/или динамический смеситель. Поток, поступающий в узел смешения, содержит вспомогательное сырье и олефиновый исходный материал, а также необязательно рециркулированный комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал. Предпочтительно, поток, поступающий в узел смешения, может также включать BF₃-газ, так что вспомогательное сырье, олефиновый исходный материал и BF₃-газ могут быть смешаны в узле смешения. В этом случае, как указывалось выше, порядок смешения BF₃-газа, олефинового исходного материала и вспомогательного сырья в узле смешения особенно не ограничен. Узел смешения предпочтительно представляет собой смеситель, и смеситель предпочтительно имеет следующие структуру и параметры: рабочая температура составляет 20-200°C, и верхняя граница рабочего давления равна не больше чем 20 МПа; смесителем предпочтительно является статический смеситель, более предпочтительно статический смеситель с улучшенным смешением. Количество смесителей может составлять один или несколько. Когда используют два или более смесителей, эти смесители могут быть соединены параллельно, последовательно или как параллельно, так и последовательно. Смеситель необязательно может иметь теплообменный слой. Смеситель необязательно может содержать наполнитель. Наполнитель в смесителе может быть выбран из кольца Палля, керамического шарика, обычного наполнителя, гофрированного наполнителя, проволочной сетки или пластикового кольца. В случае, когда поток, поступающий в узел смешения, включает BF₃-газ, узел смешения содержит смеситель для смешения любых двух из вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и BF₃-газа и смеситель для дополнительного смешения смеси с третьим компонентом; более предпочтительно узел смешения содержит смеситель для смешения одного из олефинового исходного материала и BF₃-газа и вспомогательного сырья и смеситель для дополнительного смешения смеси с другим компонентом из олефинового исходного материала и BF₃-газа. Например, узел смешения содержит смеситель для смешения олефинового исходного материала и вспомогательного сырья и смеситель для смешения смеси и BF₃-газа; или узел 1 смешения содержит смеситель для смешения BF₃-газа и вспомогательного сырья и смеситель для смешения смеси и олефинового исходного материала; или узел смешения содержит смеситель для смешения одновременно BF₃-газа, вспомогательного сырья и олефинового исходного материала.

Микроканальный реакционный узел обеспечивает микроканальную реакцию смешанного потока BF₃-газа, вспомогательного сырья и олефинового исходного материала. Предпочтительно микроканальный реакционный узел обеспечивает микроканальную реакцию BF₃-газа из впускного отверстия BF₃-газа и смешанного потока вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и необязательного BF₃ из узла смешения. Предпочтительно микроканальный реакционный узел представляет собой микроканальный реактор. Количество микроканальных реакторов может составлять один или несколько, предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько микроканальных реакторов, эти микроканальные реактора могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно. Любые из микроканальных реакторов, которые описаны в приведенном выше первом аспекте, могут быть использованы в микроканальном реакционном узле. Микроканальный реактор предпочтительно имеет следующие структуру и параметры: реакционный канал представляет собой 2-10000 параллельных каналов, интервал рабочих температур составляет от -70 до 300°C, допустимое максимальное реакционное давление не превышает 20 МПа, допустимое максимальное давление теплообменной среды не превышает 10 МПа; объем жидкостного канала без смесительных вставок равен 0,1-20000 л, объемная скорость потока составляет 1-50000 л/час. Также предпочтительно реакционный канал образуют 2-5000 каналов, более предпочтительно 2-500 каналов. Например, реакционный канал может состоять из 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 каналов или т.п. В микроканальном реакторе по настоящему изобретению каждый реакционный канал может иметь площадь поперечного сечения от 1 до 150 мм² и длину от 50 до 5000 мм. Предпочтительно в каждом реакционном канале предусмотрен смесительный элемент, который способствует смешению реакционных потоков, и смесительный элемент представляет собой элемент, хорошо известный в данной области техники, который может содействовать смешению реакционных потоков и повышать турбулентность, и он может представлять собой смесительный диск, а также первый смесительный элемент и второй смесительный элемент по изобретению. Предпочтительно микроканальный реактор по изобретению снабжен магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый реакционный канал.

Узел разделения высокого давления обеспечивает проведение газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока; отделенная газовая фаза поступает в узел циркуляции газа через узел регулирования давления, а отделенная жидкая фаза поступает в узел разделения низкого давления. Узел разделения высокого давления предпочтительно представляет собой сепаратор высокого давления. Количество сепараторов высокого давления может составлять один или несколько, предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько сепараторов высокого давления, эти сепараторы высокого давления могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно.

Узел разделения низкого давления обеспечивает проведение газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока; отделенная газовая фаза поступает в узел циркуляции газа, а отделенная жидкая фаза поступает в узел последующей обработки. Узел разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления. Число сепараторов низкого давления может составлять один или несколько, предпочтительно один, два, три, четыре, пять или шесть. Когда используют два или несколько сепараторов низкого давления, эти сепараторы низкого давления могут быть соединены последовательно, параллельно или как параллельно, так и последовательно.

Узел циркуляции газа обеспечивает извлечение поступающего в него BF₃-газа и доставку извлеченного BF₃-газа в микроканальный реакционный узел для повторного использования. Узел циркуляции газа может представлять собой один или несколько из числа компрессора, насоса для циркуляции газа и вакуумного насоса. Количество компрессоров, насосов для циркуляции газа и вакуумных насосов может составлять один или несколько, так что узел циркуляции газа может осуществлять одноступенчатую или многоступенчатую циркуляцию. Необязательно узел циркуляции газа доставляет извлеченный BF₃-газ в узел смешения для смешения с вспомогательным сырьем и олефиновым исходным материалом.

Узел последующей обработки обеспечивает последующую обработку поступающего в него потока с получением полиолефинового продукта. Узел последующей обработки предпочтительно представляет собой одно или несколько устройств из числа адсорбционного устройства, экстракционного устройства, дистилляционного устройства, устройства центрифугирования, устройства осаждения, устройства щелочной промывки и устройства водной промывки. Предпочтительно тяжелую жидкую фазу, содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, полученную из узла последующей обработки, возвращают в узел смешения для продолжения участия в непрерывной реакции.

Узел регулирования давления может регулировать давление микроканального реакционного узла и узла разделения высокого давления, чтобы способствовать мягкому развитию микроканальной реакции и мягкому протеканию газожидкостного разделения потоков в узле разделения высокого давления. Узел регулирования давления может представлять собой один или несколько из числа клапана обратного давления, дроссельного клапана и клапана для понижения давления. Необязательно узел регулирования давления независимо может регулировать рабочее давление микроканального реакционного узла и рабочее давление узла разделения высокого давления. Необязательно узел регулирования давления может регулировать рабочее давление микроканального реакционного узла так, чтобы оно было одинаковым с рабочим давлением узла разделения высокого давления.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению скорость поступления олефинового исходного материала в узел смешения составляет 10-5000 л/час, предпочтительно 20-4000 л/час, более предпочтительно 40-2500 л/час. Скорость поступления вспомогательного сырья в узел смешения составляет 0,01-1000 л/час, предпочтительно 0,1-800 л/час, более предпочтительно 0,2-500 л/час. Скорость поступления газа для BF₃-газа, поступающего в микроканальный реакционный узел (включая изначально введенный BF₃-газ и необязательно рециркулированный BF₃-газ) составляет 5-200000 л/час, предпочтительно 50-100000 л/час, более предпочтительно 100-50000 л/час. В целом, скорость поступления газа для BF₃-газа, поступающего в микроканальный реакционный узел, контролируют так, чтобы она имела постоянное значение или находилась в пределах числового интервала, а количество изначально введенного BF₃-газа может быть скорректировано в соответствии с количеством рециркулированного BF₃-газа, пока общее количество двух является постоянным значением или находится в пределах числового интервала. В случает дополнительной подачи BF₃-газа в узел смешения скорость BF₃-газа, поступающего в узел смешения, составляет 4-180000 л/час, предпочтительно 45-90000 л/час, более предпочтительно 90-45000 л/час.

В одном варианте настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению предпочтительно реакционная температура в микроканальном реакционном узле составляет 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Реакционное давление в микроканальном реакционном узле составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа. Время пребывания олефинового исходного материала в микроканальном реакционном узле составляет 1-3600 сек, предпочтительно 10-1800 сек, более предпочтительно 15-1000 сек. В микроканальном реакционном узле массовое отношение (вспомогательное сырье):(олефиновый исходный материал):(общее количество BF₃-газа) составляет 1:1-1000:1-500 (предпочтительно 1:1-500:1-200, наиболее предпочтительно 1:10-250:1.5-100). Когда микроканальный реакционный узел представляет собой вышеупомянутый микроканальный реактор, массовое отношение (вспомогательное сырье):(олефиновый исходный материал):(общее количество BF₃-газа) относится к массовому отношению исходных материалов, когда все исходные материалы подают в микроканальный реактор, то есть, это может представлять собой долю исходных материалов реакции в потоке сразу же ниже по потоку от распределителя жидкости.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению узел разделения высокого давления предпочтительно представляет собой сепаратор высокого давления. Давление сепаратора высокого давления может составлять 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа. Температура сепаратора высокого давления может быть 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Объем сепаратора высокого давления может составлять 0,1-20000 L, предпочтительно 0,2-2000 л.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения узел разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления. Давление сепаратора низкого давления может составлять от -0,1 до 1 МПа, предпочтительно от -0,1 до 0,9 МПа, более предпочтительно от -0,1 до 0,1 МПа. Температура сепаратора низкого давления может быть 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Объем сепаратора низкого давления может быть 0,1-20000 л, предпочтительно 0,2-2000 л.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения давление рециркулированного BF₃-газа через узел циркуляции газа может составлять 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения давление узла регулирования давления составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению способ последующей обработки, используемый в узле последующей обработки, может представлять собой способы последующей обработки, хорошо известные специалистам в данной области техники, и, например, может представлять собой один или несколько способов из числа адсорбции, экстракции, дистилляции, центрифугирования, осаждения, щелочной промывки и водной промывки. Предпочтительно способ последующей обработки представляет собой осаждение или центрифугирование. Осаждение или центрифугирование обеспечивают разделение потока, поступающего в узел последующей обработки, на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, при этом тяжелая жидкая фаза представляет собой комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал и необязательно возвращается в узел смешения для продолжения участия в непрерывной реакции. Легкая жидкая фаза представляет собой сырой полиолефиновый продукт, который может быть подвергнут дополнительной последующей переработке.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению предпочтительно узел очистки газа предусмотрен между узлом разделения низкого давления и узлом циркуляции газа, и/или узел очистки газа предусмотрен между узлом регулирования давления и узлом циркуляции газа. Узел очистки газа обеспечивает сушку и/или очистку поступающего в него BF₃-газа. Узел очистки газа может представлять собой одно или несколько устройств из числа газового фильтра, адсорбционной сушилки, сублимационной сушилки и циклонного сепаратора, предпочтительно представляет собой адсорбционную сушилку, в которую может быть засыпан наполнитель, и наполнитель может представлять собой один или несколько из числа силикагеля, безводного сульфата кальция, безводного хлорида кальция и активированного угля.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в соответствии со способом по изобретению в случае, когда в узле смешения помимо олефинового исходного материала и вспомогательного сырья также смешивают BF₃-газ, в пересчете на общую массу всего BF₃ в микроканальном реакционном узле массовое отношение BF₃-газа, который непосредственно поступает в микроканальный реакционный узел, к BF₃-газу, который смешивают в узле смешения, составляет 100-10:0-90.

В соответствии со способом по настоящему изобретению также предпочтительно на полученном полиолефиновом продукте проводят операции фракционирования, гидрирования и необязательного смешения с получением синтетического масла, которое соответствует классу вязкости.

Способ по настоящему изобретению обладает преимуществами высокой скорости реакции полимеризации, высокой конверсии реакции и хорошей селективности по продукту и приемлем для крупномасштабного промышленного производства.

В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает способ получения полиальфаолефинов с использованием любой из установок, описанных в первом аспекте.

Способ получения полиальфаолефинов с использованием любой из установок, описанных в первом аспекте, в соответствии с настоящим изобретением включает:

смешанный поток, полученный после смешения олефинового исходного материала и вспомогательного сырья в узле 1 смешения, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реакционный узел 2; промежуточный поток, образованный после реакции полимеризации в микроканальном реакционном узле 2, пропускают в узел 3 разделения высокого давления, промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в узле 3 разделения высокого давления; отделенная жидкая фаза поступает в узел 4 разделения низкого давления, а второе газожидкостное разделение происходит в узле разделения низкого давления 4; жидкая фаза, отделенная из узла разделения низкого давления 4, поступает в узел 6 последующей обработки, и полиолефиновый продукт получают после обработки в узле последующей обработки; газовые фазы, отделенные из узла 3 разделения высокого давления и узла разделения низкого давления 4 (BF₃-газ), поступают в узел 5 циркуляции газа, и BF₃-gas извлекают для повторного использования. Предпочтительно BF₃-газ дополнительно подают в узел 1 смешения, так что BF₃-газ, олефиновый исходный материал и вспомогательное сырье смешивают в узле 1 смешения, а затем смешанный поток и BF₃-газ каждый независимо поступают в микроканальный реакционный узел 2. Необязательно тяжелую жидкую фазу, содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, полученную после обработки в узле последующей обработки 6, рециркулируют в узел 1 смешения.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения олефин в олефиновом исходном материале представляет собой один или несколько олефинов из числа C₃-C₂₀-альфа-олефинов, предпочтительно один или несколько из числа C₅-C₁₅-альфа-олефинов, более предпочтительно один или несколько из числа C₇-C₁₄-альфа-олефинов. Например, олефин может представлять собой олефины, обычно используемые при получении ПАО синтетических базовых масел, такие как нонен и децен.

В одном варианте осуществления изобретения олефиновый исходный материал может также содержать C₅-C₂₀-алкан и/или C₁-C₂₀-кислородсодержащее соединение в качестве растворителя. По отношению к общей массе олефинового исходного материала массовая доля C₅-C₂₀-алкана может составлять 0-80%, предпочтительно 0,5-50%, наиболее предпочтительно 1-30%. По отношению к общей массе олефинового исходного материала массовая доля C₁-C₂₀-кислород-содержащего соединения может составлять 0-20%, предпочтительно 0-10%, наиболее предпочтительно 0,001-5%. C₅-C₂₀-Алкан может представлять собой один или несколько из числа н-алкана, изоалкана и циклоалкана; C₁-C₂₀-кислородсодержащее соединение может представлять собой одно или несколько из числа н-алканола, изоспирта и кетона. Олефиновый исходный материал Фишера-Тропша может быть использован в качестве смеси C₃-C₂₀-альфа-олефина, C₅-C₂₀-алкана и C₁-C₂₀-кислородсодержащего соединения (то есть, в качестве олефинового исходного материала).

В одном варианте осуществления изобретения вспомогательное сырье может представлять собой широко используемое вспомогательное сырье, которое может быть использовано в качестве донора электронов BF₃, и может представлять собой одно или несколько соединений из числа спирта, имеющего количество атомов углерода 1-20, простого эфира, имеющего количество атомов углерода 1-20, альдегида, имеющего количество атомов углерода 1-20, кетона, имеющего количество атомов углерода 1-20, сложного эфира, имеющего количество атомов углерода 1-30, карбоновой кислоты, имеющей количество атомов углерода 1-20, и фенола, имеющего количество атомов углерода 1-20, предпочтительно из спирта, имеющего количество атомов углерода 1-10, более предпочтительно спирта, имеющего количество атомов углерода 3-5, например, из одного или нескольких спиртов из числа н-пропанола, изопропанола, н-бутанола, изобутанола, н-пентанола и изопентанола.

В соответствии со способом по настоящему изобретению скорость поступления олефинового исходного материала в узел 1 смешения составляет 10-5000 л/час, предпочтительно 20-4000 л/час, более предпочтительно 40-2500 л/час. Скорость поступления вспомогательного сырья в узел 1 смешения составляет 0,01-1000 л/час, предпочтительно 0,1-800 л/час, более предпочтительно 0,2-500 л/час. Скорость поступления газа для BF₃-газа, поступающего в микроканальный реакционный узел 2 (включая изначально введенный BF₃-газ и рециркулированный BF₃-газ), составляет 5-200000 л/час, предпочтительно 50-100000 л/час, более предпочтительно 100-50000 л/час. В целом, скорость поступления газа для BF₃-газа, поступающего в микроканальный реакционный узел 2, контролируют так, чтобы она имела постоянное значение или находилась в пределах числового интервала, и количество изначально введенного BF₃-газа может быть скорректировано в соответствии с количеством рециркулированного BF₃-газа, пока общее количество двух является постоянным значением или находится в пределах числового интервала. В случает дополнительной подачи BF₃-газа в узел 1 смешения скорость BF₃-газа, поступающего в узел 1 смешения, составляет 4-180000 л/час, предпочтительно 45-90000 л/час, более предпочтительно 90-45000 л/час.

В соответствии со способом по изобретению предпочтительно реакционная температура в микроканальном реакционном узле 2 равна 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Реакционное давление в микроканальном реакционном узле 2 составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа. Время пребывания олефинового исходного материала в микроканальном реакционном узле 2 равно 1-3600 сек, предпочтительно 10-1800 сек, более предпочтительно 15-1000 сек. В микроканальном реакционном узле 2 массовое отношение (вспомогательное сырье):(олефиновый исходный материал):(общее количество BF₃-газа) составляет 1:1-1000:1-500 (предпочтительно 1:1-500:1-200, наиболее предпочтительно 1:10-250:1,5-100). Когда микроканальный реакционный узел 2 представляет собой вышеупомянутый микроканальный реактор, массовое отношение (вспомогательное сырье):(олефиновый исходный материал):(общее количество BF₃-газа) относится к массовому отношению исходных материалов, когда все исходные материалы подают в микроканальный реактор, то есть, это может представлять собой долю исходных материалов реакции в потоке сразу же ниже по потоку от распределителя жидкости.

В соответствии со способом по изобретению предпочтительно узел 3 разделения высокого давления предпочтительно представляет собой сепаратор высокого давления. Давление сепаратора высокого давления может составлять 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа. Температура сепаратора высокого давления может быть 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Объем сепаратора высокого давления может составлять 0,1-20000 л, предпочтительно 0,2-2000 л.

Узел 4 разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления. Узел 4 разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления. Давление сепаратора низкого давления может составлять от -0,1 до 1 МПа, предпочтительно от -0,1 до 0,9 МПа, более предпочтительно от -0,1 до 0,1 МПа. Температура сепаратора низкого давления может быть 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C. Объем сепаратора низкого давления может составлять 0,1-20000 л, предпочтительно 0,2-2000 л.

Давление рециркулированного BF₃-газа через узел 5 циркуляции газа может быть 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа.

Давление узла регулирования давления 7 может быть 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа.

Способ по настоящему изобретению обладает преимуществами высокой скорости реакции полимеризации, высокой конверсии реакции и хорошей селективности по продукту и приемлем для крупномасштабного промышленного производства.

Краткое описание чертежей

ФИГ. 1 представляет собой схематичное изображение установки по настоящему изобретению.

ФИГ. 2 представляет собой схематичное изображение предпочтительной установки по настоящему изобретению.

ФИГ. 3 представляет собой схематичное изображение предпочтительной установки по настоящему изобретению.

ФИГ. 4 представляет собой схематичное изображение предпочтительного микроканального реактора по настоящему изобретению.

ФИГ. 5 представляет собой вид в разрезе первого смесительного элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 6 показывает структурное представление второго смесительного элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 7 показывает структурное представление для наложения множества вторых смесительных элементов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 8 представляет собой схематичное изображение сравнительной установки по настоящему изобретению.

Описание номеров позиций

1: Узел смешения (предпочтительно смеситель)

2: Микроканальный реакционный узел (предпочтительно микроканальный реактор)

3: Узел разделения высокого давления (предпочтительно сепаратор высокого давления)

4: Узел разделения низкого давления (предпочтительно сепаратор низкого давления)

5: Узел циркуляции газа

6: Узел последующей обработки

7: Узел регулирования давления

8: Узел очистки газа

01: Впускное отверстие BF₃-газа

02: Впускное отверстие вспомогательного сырья

03: Впускное отверстие олефинового исходного материала

04-09: Трубопроводы

001: Выпускная труба

002: Подающая труба

003: Корпус

004: Первое впускное отверстие теплообменной среды

005: Первое выпускное отверстие теплообменной среды

006: Второе впускное отверстие теплообменной среды

007: Второе выпускное отверстие теплообменной среды

008: Зона смешения

009: Реакционная зона

010: Реакционный канал

011: Второй смесительный элемент

012: Вторая теплообменная полость

013: Первая теплообменная полость

014: Смесительный канал

015: Первый смесительный элемент

016: Распределитель жидкости

017: Труба для распределения жидкости

018: Выпускная труба

019: Первая разделительная перегородка

020: Переходная зона

021: Стабилизирующий канал

022: Диффузионный канал

023: Зона подачи

024: Зона сбора

025: Вторая разделительная перегородка

0001: Проход основного потока

0002: Проход отводного потока

0003: Полость сбора

0004: Опорная планка

0005: Зубчатый элемент

Подробное описание

Настоящее изобретение описано ниже дополнительно с помощью примеров и в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Следует отметить, что в некоторых примерах установка для получения полиальфаолефинов может осуществлять непрерывное производство, пока можно регулировать температуру и давление микроканального реакционного узла, поэтому параметры процесса и условия процесса для всех рабочих узлов в установке по настоящему изобретению не перечислены или нет необходимости перечислять.

ФИГ. 1 представляет собой схематичное изображение установки для получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению, при этом установка включает узел 1 смешения, микроканальный реакционный узел 2, узел 3 разделения высокого давления, узел 4 разделения низкого давления, узел 5 циркуляции газа, узел 6 последующей обработки и узел 7 регулирования давления; узел 1 смешения, микроканальный реакционный узел 2, узел 3 разделения высокого давления, узел 4 разделения низкого давления и узел 5 циркуляции газа соединены последовательно, микроканальный реакционный узел 2 снабжен впускным отверстием BF₃-газа 01, узел 1 смешения снабжен впускным отверстием 02 вспомогательного сырья и впускным отверстием 03 олефинового исходного материала, узел 5 циркуляции газа соединен впускным отверстием BF₃-газа 01, узел 4 разделения низкого давления также соединен с узлом 6 последующей обработки, узел 3 разделения высокого давления, узел 7 регулирования давления и узел 5 циркуляции газа также соединены последовательно.

ФИГ. 2 представляет собой схематичное изображение установки для получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению, которая выполнена на основе установки на ФИГ. 1 путем размещения общего блока 8 очистки газа между узлом 7 регулирования давления и узлом 5 циркуляции газа и между узлом 4 разделения низкого давления и узлом 5 циркуляции газа.

ФИГ. 3 представляет собой схематичное изображение установки для получения полиальфаолефинов в соответствии с изобретением, которая отличается от установки на ФИГ. 2 тем, что узел 6 последующей обработки соединен с узлом 1 смешения. На указанной фигуре узел 6 последующей обработки представляет собой устройство осаждения или устройство центрифугирования; устройство осаждения или устройство центрифугирования обеспечивает разделение поступающего в него потока на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, и тяжелую жидкую фазу (содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал) возвращают в узел 1 смешения для продолжения непрерывной реакции.

Микроканальный реакционный узел 2 по настоящему изобретению предпочтительно представляет собой микроканальный реактор, показанный на ФИГ. 4.

Предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению включает:

корпус 003; зона 023 подачи, зона 008 смешения, реакционная зона 009 и зона 024 сбора расположены последовательно и находятся в сообщении вдоль первого направления в корпусе 003, причем корпус 003 снабжен подающей трубой 002, находящейся в сообщении с зоной 023 подачи, и выпускной трубой 001, находящейся в сообщении с зоной 024 сбора, а зона 008 смешения снабжена смесительным каналом 014, проходящим вдоль первого направления;

трубу 017 для распределения жидкости, причем труба 017 для распределения жидкости проходит от внешней стороны корпуса 003 в смесительный канал 014, труба 017 для распределения жидкости соединена с распределителем 016 жидкости у конца смесительного канала 014.

Корпус 003 является основным контейнером для размещения реагента и продукта, и зона 023 подачи, зона 008 смешения, реакционная зона 009 и зона 024 сбора представляют собой разные зоны внутреннего пространства корпуса 003 (все из которых могут вмещать поток), и эти зоны расположены по прямой линии, так что реагент (и продукт) продвигается по прямой линии. В настоящем изобретении направление течения потока называют первым направлением. Предпочтительно, как показано на ФИГ. 4, корпус 003 позиционирован так, что первое направление представляет собой направление с подъемом, и зона 023 подачи, зона 008 смешения, реакционная зона 009 и зона 024 сбора расположены в направлении снизу вверх.

Первая группа реакционного потока (смешанный поток из узла 1 смешения) может быть подана в зону подачи 023 через подающую трубу 002 на корпусе 003, и зона 023 подачи имеет относительно большую полость и может действовать как хранилище первой группы реакционного потока, при этом первая группа реакционного потока в зоне 023 подачи может поступать в соседнюю зону смешения 008, то есть, в смесительный канал 014. Труба 017 для распределения жидкости соединена с впускным отверстием BF₃-газа, следовательно, введение второй группы реакционного потока (подаваемого отдельно BF₃ катализатора) может быть проведено в смесительный канал 014 через трубу 017 для распределения жидкости, чтобы обеспечить смешение первой группы реакционного потока и второй группы реакционного потока друг с другом в смесительном канале 014 зоны 008 смешения. Кроме того, выпускной конец трубы 017 для распределения жидкости снабжен распределителем 016 жидкости. Распределитель 016 жидкости может преобразовывать вторую группу реакционного потока в более мелкие капли или пузырьки, так что вторая группа реакционного потока может быть более равномерно распределена в первой группе реакционного потока в смесительном канале 014. Кроме того, структура смешения в смесительном канале 014 в большей степени приемлема для смешения жидкофазного потока и газофазного потока. В это время первая группа реакционного потока представляет собой жидкофазный поток, и вторая группа реакционного потока представляет собой газофазный поток. Газофазный поток может быть сформирован в виде диспергированных микропузырьков с помощью распределителя 016 жидкости, чтобы увеличить площадь контакта с жидкофазным потоком, и одновременно также может в большей степени воздействовать на жидкофазный поток, улучшая в результате равномерность смешения двух потоков.

Кроме того, как показано на ФИГ. 4, смесительный канал 014 представляет собой полость, проходящую вдоль первого направления, то есть, смесительный канал 014 имеет по существу трубчатую структуру, что в результате позволяет потоку в нем протекать вдоль первого направления с образованием устойчивого поршневого потока.

Предпочтительный микроканальный реактор, предусмотренный настоящим изобретением, за счет проектирования структуры смесительного канала и режима смешения в нем может осуществлять непрерывное и эффективное смешение реакционного потока и одновременно может поддерживать течение реакционной жидкости в режиме поршневого потока, обеспечивать постоянство времени пребывания реакционной жидкости насколько это возможно и избегать селективности по нежелательным продуктам из-за распределения времени пребывания.

Более конкретно, распределитель 016 жидкости представляет собой, по меньшей мере, распределитель, выбираемый из порошкового спеченного изделия с микропорами, мезопористого вспененного материала, проволочной сетки, трубки с микрощелями или микропорами. Порошковое спеченное изделие с микропорами может быть получено путем спекания порошка в структуру с микропорами посредством процесса порошковой металлургии; полый/мезопористый вспененный материал представляет собой полый микроканал с сетчатыми каркасами, проволочная сетка представляет собой сетчатую структуру с микропорами, а трубка снабжена микрощелями или микроотверстиями, которые все могут диспергировать жидкость из трубы 017 для распределения жидкости в более мелкие пузырьки или капли.

Предпочтительно распределитель 016 жидкости представляет собой цилиндрическое порошковое спеченное изделие с микропорами, а смесительный канал 014 имеет круглое поперечное сечение. Распределитель 016 жидкости может представлять собой структуру, имеющую по существу такой же наружный диаметр как труба 017 для распределения жидкости, форма поперечного сечения распределителя 016 жидкости по существу соответствует форме поперечного сечения смесительного канала 014, и распределитель 016 жидкости может быть расположен коаксиально со смесительным каналом 014, чтобы позволить потоку жидкости, диспергированному с помощью распределителя 016 жидкости, более равномерно смешиваться с потоком в смесительном канале 014 и образовывать устойчивый и однородный поршневой поток, чтобы исключить несогласованность по времени пребывания потока.

Кроме того, распределитель 016 жидкости имеет площадь поперечного сечения 0,01-200 см² и длину 1-2000 мм. Смесительный канал 014 имеет площадь поперечного сечения 0,05-400 см² и длину 50-5000 мм. Длина и площадь поперечного сечения смесительного канала 014 обе больше длины и площади поперечного сечения распределителя 016 жидкости.

Кроме того, зона 008 смешения снабжена 2-100 (предпочтительно 2-50, более предпочтительно 2-10) смесительными каналами 014, труба 017 для распределения жидкости включает основную трубу, проходящую от внешней стороны корпуса 003 в зону подачи 023, и отводные трубы, проходящие от зоны подачи 023 в каждый смесительный канал 014 с распределителями 016 жидкости, подсоединенными к концам отводных труб. Множество смесительных каналов 014 соответственно находится в сообщении с зоной 023 подачи, и первая группа реакционного потока разделяется на множество частей в смесительных каналах, что играют роль в диспергировании первой группы реакционного потока и позволяют первой группе реакционного потока образовывать устойчивый, однородный поршневой поток. Труба 017 для распределения жидкости включает основную трубу и отводные трубы, причем основная труба соединена с впускным отверстием BF₃-газа и проходит от положения корпуса 003, соответствующего зоне 023 подачи, в зону 023 подачи, а отводные трубы проходят от зоны подачи 023 в смесительные каналы 014. То есть, труба 017 для распределения жидкости проходит от зоны подачи 023 в смесительные каналы 014. Зона 008 смешения и зона 023 подачи могут быть разделены первой разделительной перегородкой 019. Первая разделительная перегородка 019 снабжена множеством сквозных отверстий, а каждый смесительный канал 014 совмещен с каждым сквозным отверстием, так что зона 008 смешения находится в сообщении с зоной 023 подачи.

Кроме того, в смесительном канале 014 первый смесительный элемент 015 расположен ниже по потоку от распределителя 016 жидкости. В смесительном канале 014 положение ниже по потоку от распределителя 016 жидкости относится к положению ниже по потоку по направлению течения жидкости (то есть, ниже по потоку от распределителя 016 жидкости в первом направлении), то есть, в положении, более близком к реакционной зоне 009, чем к распределителю жидкости 016. Через первый смесительный элемент 015 жидкость может быть смешана дополнительно, чтобы улучшить равномерность смешения двух групп потоков.

Более конкретно, первый смесительный элемент 015 снабжен участком основного потока и участком отводного потока, которые расположены поочередно и находятся в сообщении вдоль первого направления. Участок основного потока снабжен одним проходом 0001 основного потока, а участок отводного потока снабжен множеством проходов 0002 в отводного потока. Как показано на ФИГ. 5, один или несколько участков основного потока/участков отводного потока могут соответственно могут быть предусмотрены и расположены поочередно, причем только один проход 0001 основного потока расположен на участке основного потока, а множество проходов 0002 в отводного потока расположено на участке отводного потока. Жидкость сходится в проходе 0001 основного потока и распределяется в проходах 0002 отводного потока каждой части отводного потока. За счет такого процесса схождения-распределения степень турбулентности может быть в целом повышена и равномерность смешения жидкости может быть улучшена.

Кроме того, в первом смесительном элементе 015 полость 0003 сбора, которая находится в сообщении со множеством проходов 0002 в отводного потока, расположена ниже по потоку от участка отводного потока 0002. Как показано на ФИГ. 5, объем (особенно площадь поперечного сечения) полости 0003 сбора больше объема (особенно площади поперечного сечения) прохода основного потока 0001, и полость 0003 сбора может сводить вместе множество находящихся выше по потоку проходов 0002 в отводного потока и эта полость находится в сообщении со следующим проходом 0001 основного потока или со следующей ступенью реакционной зоны 009 или переходной зоны 020.

На ФИГ. 5 показан первый смесительный элемент 015 в соответствии с вариантом настоящего изобретения, который образован путем сращивания множества пластинчатых элементов (количество может составлять 2-100, предпочтительно 2-50, более предпочтительно 10-30, и толщина составляет приблизительно 0,2-10 мм), расположенных вдоль первого направления, и на каждом пластинчатом элементе образованы такие структуры, как отверстия и полости, которые соответствуют проходу основного потока 0001, проходу 0002 отводного потока и полости 0003 сбора, что удобно для переработки и производства.

Кроме того, зона 008 смешения содержит первую теплообменную полость, расположенную в корпусе 003, смесительный канал 014 расположен в первой теплообменной полости 013, корпус 003 снабжен первым впускным отверстием 004 теплообменной среды и первым выпускным отверстием 005 теплообменной среды, которые находятся в сообщении с первой теплообменной полостью 013. В зоне 008 смешения смесительный канал 014 и первая теплообменная полость 013 изолированы друг от друга и не находятся в сообщении друг с другом, но теплопередача между ними может быть обеспечена, а трубные фитинги с хорошей теплопроводностью могут быть использованы в смесительном канале 014. За счет подачи теплообменной среды в первое впускное отверстие 004 теплообменной среды и выпуска теплообменной среды через первое выпускное отверстие 005 теплообменной среды в первой теплообменной полости 013 может быть сформирован циркулирующий поток теплообменной среды, чтобы реализовать теплообмен со смесительным каналом 014 и находящейся в нем жидкостью, то есть, чтобы реализовать теплорассеяние смесительного канала 014 и находящейся в нем жидкости, и гарантировать, что тепло, выделяемое за счет смешения и растворения жидкости в смесительном канале 014, со временем рассеивается, так что жидкость в нем находится в подходящем температурном интервале.

Кроме того, объемное отношение первой теплообменной полости 013 к смесительному каналу 014 составляет 2-50; предпочтительно объемное отношение первой теплообменной полости 013 к смесительному каналу 014 составляет 5-30. Объем первой теплообменной полости 013 больше объема смесительного канала 014, так что тепло, выделяемое из-за смешения и растворения первой группы реакционного потока и второй группы реакционного потока отводится вовремя.

Кроме того, предусмотрена переходная зона 020 между зоной 008 смешения и реакционной зоной 009, причем переходная зона 020 снабжена стабилизирующим каналом 021 с постоянным поперечным сечением и диффузионным каналом 022 с постепенно увеличивающимся поперечным сечением, которые расположены и находятся в сообщении вдоль первого направления; стабилизирующий канал 021 находится в сообщении со смесительным каналом 014, а диффузионный канал 022 находится в сообщении с реакционной зоной 009. Переходная зона 020 может сводить вместе смешанные жидкости из множества смесительных каналов 014 в стабилизирующем канале 021 для достижения другого равномерного смешения, а затем подавать смешанные жидкости в реакционную зону 009 через диффузионный канал 022. Кроме того, переходная зона 020 снабжена стабилизирующим каналом 021 и диффузионным каналом 022, стабилизирующий канал 021 преимущественно реализует схождение и смешение жидкостей, а диффузионный канал 022 имеет форму раструба, который, например, распределяет смешанную жидкость во множество реакционных каналов 010, как описано ниже. Два конца переходной зоны 020 соответственно снабжены разделительными перегородками со сквозными отверстиями, так что изолированы от зоны 008 смешения (в основном первой теплообменной полости 013) и реакционной зоны 009 (в основном второй теплообменной полости 012) и находятся в сообщении с каждым смесительным каналом 014 и каждым параллельным реакционным каналом 010 через каждое сквозное отверстие на каждой разделительной перегородке, а диффузионный канал 022 и стабилизирующий канал 021 могут представлять собой трубные фитинги, предусмотренные между двумя разделительными перегородками.

Кроме того, стабилизирующий канал 021 может быть соединен с выпускной трубой 018, проходящей к внешней стороне корпуса 003. Как упоминалось выше, стабилизирующий канал 021 имеет функцию схождения и смешения, а выпускная труба 018 может выпускать пузырьки и потоки, накопленные в стабилизирующем канале 021, чтобы исключить влияние накопления пузырьков на равномерность смешения и блокировку потоков. Может быть установлен клапан на выпускной трубе 018, и клапан может быть открыт, когда необходимо выпустить пузырьки или потоки.

Кроме того, диффузионный канал 022 снабжен диффузионной пластиной с отверстиями или щелями. Диффузионная пластина может быть по существу перпендикулярна первому направлению. Жидкость в диффузионном канале 022 может протекать через ячейки или щели на диффузионной пластине, так что жидкость диспергируется, а однородность смешанной жидкости улучшается.

Реакционная зона 009 снабжена множеством параллельных реакционных каналов 010, проходящих вдоль первого направления и находящихся в сообщении со смесительным каналом 014 через стабилизирующий канал 021 и диффузионный канал 022. Реакционный канал 010 обеспечивает реакционное пространство для смешанной жидкости и переносит смешанную жидкость, чтобы она протекала на следующую ступень области сбора 024 вдоль первого направления, так что смешанная жидкость вступает в реакцию, формируя при этом в реакционном канале устойчивый поршневой поток 010, чтобы исключить нежелательные продукты из-за непостоянства распределения времени пребывания. Как утверждалось выше, переходная зона 020 может быть предусмотрена между реакционной зоной 009 и зоной 008 смешения, и множество реакционных каналов 010 может находиться в сообщении с диффузионным каналом 022, так что смешанную жидкость в диффузионном канале 022 равномерно распределяют во множество реакционных каналов 010. Количество реакционных каналов составляет, например, 2-10000 каналов, предпочтительно 2-5000 каналов и более предпочтительно 2-500 каналов. Реакционный канал 010 может иметь поперечное сечение, по меньшей мере, в виде одной из круглой, прямоугольной и треугольной форм.

Кроме того, реакционный канал 010 снабжен вторым смесительным элементом 011, и второй смесительный элемент 011 включает опорную планку 0004, проходящую вдоль первого направления, и зубчатый элемент 0005, соединенный с опорной планкой 0004 и проходящий поперек опорной планки 0004. Во втором смесительном элементе 011 опорная планка 0004 обеспечивает опору для множества зубчатых элементов 0005, поэтому зубчатые элементы 0005 могут устойчиво удерживаться в реакционном канале 010, и зубчатые элементы 0005 проходят примерно поперек реакционного канала 010, что может улучшить степень турбулентности жидкости в реакционном канале 010, тем самым улучшая равномерность смешения между реакционными потоками.

Кроме того, зубчатые элементы 0005 находятся в одной из треугольной, дугообразной, волнистой и спиральной форм. Зубчатые элементы могут иметь разную форму, пока они проходят поперек реакционного канала 010 и могут обеспечивать эффект повышения степени турбулентности жидкости.

Предпочтительно зубчатый элемент 0005 имеет треугольную форму, и на одной стороне треугольника, примыкающей к опорной планке 0004, один угол соединен с опорной планкой 0004, а другой угол отстоит на 0,01-20 мм от опорной планки 0004. Зубчатые элементы 0005 могут представлять собой треугольные пластинчатые элементы и соединены с опорной планкой 0004 только с помощью одного угла.

Предпочтительно каждый реакционный канал 010 снабжен множеством вторых смесительных элементов 011 (количество может составлять 2-100, предпочтительно 2-50, более предпочтительно 10-30), которые уложены друг на друга с интервалами; и множество вторых смесительных элементов 011 уложены друг на друга с интервалами, и соответственно зубчатые элементы 0005 также уложены друг на друга с интервалами, причем зубчатые элементы 0005 разных вторых смесительных элементов 011 расположены в шахматном порядке, так что разные вторые смесительные элементы 011 расположены более неравномерно, а степень турбулентности жидкости в реакционном канале 010 может быть улучшена в большей степени.

Предпочтительно поперечное сечение реакционного канала 010 является прямоугольным, а зубчатые элементы 0005 проходят между набором противоположных сторон прямоугольника. Более конкретно, реакционный канал 010 имеет четыре боковые стенки, то есть, два набора противоположных параллельных боковых стенок, опорная планка 0004 расположена на одной боковой стенке реакционного канала 010, и зубчатые элементы 0005 проходят в направлении другой противоположной боковой стенки, а множество вторых смесительных элементов 011 могут лучше соответствовать структуре внутренней полости реакционного канала 010, имеющей форму квадратного столба.

Реакционный канал 010 имеет площадь поперечного сечения 1-150 мм² и длину 50-5000 мм, минимальное расстояние между реакционными каналами 010 составляет 1-50 мм, а второй смесительный элемент 011 имеет толщину 0,1-3 мм, и промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 равен 1-50 мм.

Предпочтительно реакционный канал 010 имеет длину 100-3000 мм, минимальный промежуток между реакционными каналами 010 составляет 3-30 мм, второй смесительный элемент 011 имеет толщину 0,2-2 мм, промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 составляет 1,5-20 мм. Минимальный промежуток реакционных каналов 010 отражает плотность реакционных каналов 010 в реакционной зоне 009. Предпочтительно во втором смесительном элементе 011 зубчатый элемент 0005 представляет собой пластинчатый элемент, который может быть копланарным с опорной планкой 0004, и толщина второго смесительного элемента 011 примерно равна толщине зубчатого элемента 0005.

Кроме того, реакционная зона 009 может быть снабжена второй теплообменной полостью 012, расположенной в корпусе 003; реакционный канал 010 расположен во второй теплообменной полости 012, корпус 003 снабжен вторым впускным отверстием 006 теплопроводной среды и вторым выпускным отверстием 007 теплопроводной среды, которые находятся в сообщении со второй теплообменной полостью 012. Вторая теплообменная полость 012 может быть преимущественно образована корпусом 003, и на двух концах находятся соответственно вторая разделительная перегородка 025 между реакционной зоной 009 и зоной 024 сбора и разделительная перегородка между реакционной зоной 009 и переходной зоной 020. Через второе впускное отверстие 006 теплопроводной среды и второе выпускное отверстие 007 теплопроводной среды теплообменная среда может быть введена во вторую теплообменную полость 012 для выполнения теплообменной обработки реакционного канала 010, чтобы гарантировать, что жидкость в реакционном канале 010 вступает в реакцию в соответствующем температурном интервале и чтобы исключить производство нежелательных продуктов.

Кроме того, первая теплообменная полость 013 и вторая теплообменная полость 012 могут быть соединены друг с другом последовательно и расположены на одном пути теплообменной циркуляции потока, или также могут быть расположены параллельно на одном пути циркуляции потока теплообмена, или могут быть расположены на двух разных путях циркуляции потока теплообмена, соответственно.

Кроме того, объемное отношение второй теплообменной полости 012 к реакционному каналу 010 составляет 2-50; предпочтительно объемное отношение второй теплообменной полости 012 к реакционному каналу 010 составляет 5-30. Объем второй теплообменной полости 012 больше объема реакционного канала 010, так что тепло в реакционном канале 010 может быть отведено вовремя, чтобы обеспечить подходящую температуру реакционного канала 010.

В вариантах осуществления изобретения предпочтительные структурные компоненты или параметры применяют без повторного перечисления, когда используют предпочтительный микроканальный реактор, если не указано иное.

Предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению может быть использован для синтеза полиальфа-олефинового синтетического масла; подающая труба 002 может быть использована для введения смеси олефинового исходного материала и вспомогательного сырья, а труба 017 для распределения жидкости может быть использована для введения BF₃-газа. Смесь олефинового исходного материала и вспомогательного сырья используют в качестве непрерывной фазы для подачи в зону 023 подачи микроканального реактора из подающей трубы 002, а BF₃-газ (имеющий массовое отношение BF₃-газа к альфа-олефину от 1 до 4%) используют в качестве диспергированной фазы для подачи в смесительный канал 014 реактора из трубы 017 для распределения жидкости. BF₃ подают в газообразной форме и частично растворяют в непрерывной фазе посредством распределителя 016 жидкости. Смешанная жидкость, которая полностью вступила в реакцию в реакционном канале 010, входит в зону сбора 024 и, наконец, выгружается из выпускной трубы 001. Предпочтительно смесь олефинового исходного материала, вспомогательного сырья и BF₃-газа подают из подающей трубы 002.

На ФИГ. 8 показано схематичное изображение сравнительной установки настоящего изобретения, которая отличается от этой установки тем, что имеется только один узел 3 разделения высокого давления, а узел 4 разделения низкого давления отсутствует, и узел 3 разделения высокого давления напрямую соединен с узлом 7 регулирования давления.

Пример 1

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки, показанной на ФИГ. 1. В установке узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой обычный микроканальный реактор, заполненный смесительными пластинами (не является предпочтительным микроканальным реактором по изобретению), узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, и узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан.

В установке смеситель имеет следующие структуру и параметры: допустимый интервал температур технологической жидкости 20-200°C, верхняя граница рабочего давления (25°C) 10 МПа; микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: 8 параллельных каналов, интервал температур технологической жидкости от -20 до 200°C, максимально допустимое реакционное давление 6 МПа, максимально допустимое давление теплообменной среды 2 МПа, включает два температурных датчика для измерения температуры в реакционной системе, объем жидкостного канала (без смесительного диска) 50 мл, реакционный объем (в случае заполнения смесительными пластинами) 30 мл, объемная скорость потока 3-30 л/час, с магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый канал; сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет следующие рабочие параметры: давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, объемная скорость потока 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-нонена и н-бутанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор, при этом BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, и объемная скорость потока BF₃ составляет 52 л/час, объемная скорость потока 1-нонена составляет 10 л/час, а объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газофазного разделения, Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно -0,01 МПа. Жидкую фазу, отделенную из сепаратора низкого давления, промывают водой с помощью устройства водной промывки, получают полиолефиновый продукт. Газы BF₃, отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, рециркулируют с помощью компрессора. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Извлечение BF₃-газа составляет 40%. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 3,3 Димер, % 8,1 Тример, % 38,9 Тетрамер, % 28,3 Пентамер, % 17,2 ≥Гексамер, % 4,2 Конверсия, % 96,7

Сравнительный пример 1

Сепаратор низкого давления удаляют из установки, используемой в примере 1, при этом сепаратор высокого давления напрямую последовательно соединяют с обратным клапаном и компрессором, и сепаратор высокого давления напрямую соединяют с устройством водной промывки узла последующей обработки.

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использование вышеупомянутой установки. В установке смеситель имеет следующие структуру и параметры: допустимый интервал температур технологической жидкости 20-200°C, верхняя граница рабочего давления (25°C) 10 МПа; микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: 8 параллельных каналов, интервал температур технологической жидкости от -20 до 200°C, максимально допустимое реакционное давление 6 МПа, максимально допустимое давление теплообменной среды 2 МПа, включает два температурных датчика для измерения температуры в реакционной системе, объем жидкостного канала (без смесительного диска) 50 мл, реакционный объем (в случае заполнения смесительными пластинами) 30 мл, объемная скорость потока 3-30 л/час, с магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый канал; сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; компрессор имеет следующие рабочие параметры: давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, объемная скорость потока 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и изопропанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока 1-нонена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока изопропанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 25°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенную жидкую фазу промывают водой с помощью устройства водной промывки, получают полиолефиновый продукт. BF₃-Газ, отделенный из сепаратора высокого давления, рециркулируют с помощью компрессора. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Результаты испытания показывают, что эффективность сепаратора высокого давления относительно низкая, и извлечение BF₃-газа составляет только 20%. После стабильной работы системы из сепаратора высокого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 2,5 Димер, % 7,9 Тример, % 39,1 Тетрамер, % 28,5 Пентамер, % 17,5 ≥Гексамер, % 4,5 Конверсия, % 97,5

Сравнительный пример 2

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиальфаолефинов, показанной в примере 1.

В установке смеситель имеет следующие структуру и параметры: допустимый интервал температур технологической жидкости 20-200°C, верхняя граница рабочего давления (25°C) 10 МПа; микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: 8 параллельных каналов, интервал температур технологической жидкости от -20 до 200°C, максимально допустимое реакционное давление 6 МПа, максимально допустимое давление теплообменной среды 2 МПа, включает два температурных датчика для измерения температуры в реакционной системе, объем жидкостного канала (без смесительного диска) 50 мл, реакционный объем (в случае заполнения смесительными пластинами) 30 мл, объемная скорость потока 3-30 л/час, с магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый канал; сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет следующие рабочие параметры: давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, объемная скорость потока 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-нонена и н-бутанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 26 л/час, объемная скорость потока 1-нонена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газожидкостного разделения, температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно -0,01 МПа. Жидкую фазу, отделенную из сепаратора низкого давления, промывают водой с помощью устройства водной промывки, получают полиолефиновый продукт. BF₃-Газы, отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, рециркулируют с помощью компрессора. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Извлечение BF₃-газа составляет 40%. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 36,7 Димер, % 12,1 Тример, % 25,2 Тетрамер, % 17.8 Пентамер, % 5,1 ≥Гексамер, % 3,1 Конверсия, % 63,3

Пример 2

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки, показанной на ФИГ. 2.

В устройстве, используемом в данном примере, узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой обычный микроканальный реактор, заполненный смесительными пластинами (не является предпочтительным микроканальным реактором по изобретению), узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, узел 8 очистки газа представляет собой сушилку.

В установке смеситель имеет следующие структуру и параметры: допустимый интервал температур технологической жидкости 20-200°C, верхняя граница рабочего давления (25°C) 10 МПа; микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: 8 параллельных каналов, интервал температур технологической жидкости от -20 до 200°C, максимально допустимое реакционное давление 6 МПа, максимально допустимое давление теплообменной среды 2 МПа, включает два температурных датчика для измерения температуры в реакционной системе, объем жидкостного канала (без смесительного диска) 50 мл, реакционный объем (в случае заполнения смесительными пластинами) 30 мл, объемная скорость потока 3-30 л/час, с магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый канал; сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет следующие рабочие параметры: давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, объемная скорость потока 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка представляет собой адсорбционную сушилку, имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока 1-децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газожидкостного разделения, температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно -0,01 МПа. Жидкую фазу, отделенную сепаратором низкого давления промывают водой с помощью устройства водной промывки узла последующей обработки 6, получают конечный полиолефиновый продукт. Газовые фазы (BF₃-газы), отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки и рециркулируют с помощью компрессора. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Извлечение BF₃-газа составляет 54%. Результаты испытаний представлены в таблице 4.

Таблица 4

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 2,2 Димер, % 6,1 Тример, % 40,4 Тетрамер, % 29,4 Пентамер, % 17,4 ≥Гексамер, % 4,5 Конверсия, % 97,8

Пример 3

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки, показанной на ФИГ. 3.

В устройстве, используемом в данном примере, узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой обычный микроканальный реактор, заполненный смесительными пластинами (не является предпочтительным микроканальным реактором по изобретению), узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство осаждения, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, и узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; смеситель, микроканальный реактор, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления, компрессор и сушилка идентичны этим устройствам примера 1.

Устройство осаждения фактически обеспечивает разделение поступающего в него потока на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, и тяжелую жидкую фазу (содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал) возвращают в узел 1 смешения для продолжения участия в непрерывной реакции. Устройство представляет собой устройство горизонтального гравитационного осаждения, где внутри резервуара указанного устройства находится кубовидный контейнер размерами 3000×300×1500 мм и где внутри указанного контейнера находятся наклонные пластины для коалесценции и плоские пластины, и десять плоских пластин соединены через каждые десять наклонных пластин для коалесценции. Промежуток между наклонными пластинами для коалесценции составляет 30 мм, угол наклона равен 30°, а длина наклонной пластины составляет 34 мм. Плоская пластина имеет длину 30 мм и промежуток 30 мм.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока составляет BF₃ 78 л/час, объемная скорость потока 1-децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газожидкостного разделения, температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно -0,01 МПа. Жидкая фаза, отделенная сепаратором низкого давления, поступает в устройство осаждения узла последующей обработки 6, где происходит разделение осаждением, и разделяется на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу. Легкая жидкая фаза представляет собой сырой полиолефиновый продукт, который промывают водой и получают готовый полиолефиновый продукт; тяжелая жидкая фаза содержит комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал и ее возвращают в узел 1 смешения. Газовые фазы, отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Извлечение комплексного катализатора составляет 65%, а извлечение BF₃-газа равно 75,45%. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 2,9 Димер, % 7,5 Тример, % 39,1 Тетрамер, % 28,6 Пентамер, % 17,6 ≥Гексамер, % 4,3 Конверсия, % 97,1

Пример 4

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиолефинов, показанной на ФИГ. 3.

В устройстве, используемом в данном примере, узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой обычный микроканальный реактор, заполненный смесительными пластинами (не является предпочтительным микроканальным реактором по изобретению), узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство центрифугирования, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое; смеситель, микроканальный реактор, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления и компрессор идентичны этим устройствам примера 1.

Устройство центрифугирования фактически обеспечивает разделение поступающего в него потока на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, и тяжелую жидкую фазу (содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал) возвращают в узел 1 смешения для продолжения участия в непрерывной реакции.

Устройство центрифугирования представляет собой высокоскоростной трубчатый сепаратор, скорость вращения вращательного барабана равна 10-30000 об/мин, степень разделения составляет не менее 15000G; температура при разделении центрифугированием составляет 10-60°C, а время пребывания при центрифугировании составляет 10-1000 сек.

Смешанный поток, полученный путем смешения 1-децена и н-бутанола в смесителе, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока 1-децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газожидкостного разделения, температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении составляет -0,01 МПа. Жидкая фаза, отделенная сепаратором низкого давления, поступает в устройство центрифугирования узла последующей обработки 6. В устройстве центрифугирования отделенная легкая жидкая фаза представляет собой сырой полиолефиновый продукт, который промывают водой и получают готовый полиолефиновый продукт; отделенная тяжелая жидкая фаза содержит комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, и ее возвращают в узел 1 смешения для продолжения участия в непрерывной реакции. Газовые фазы (BF₃-газ), отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Извлечение комплексного катализатора составляет 80%. Общее извлечение BF₃-газа составляет 80,4%. Результаты испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 2,1 Димер, % 7,3 Тример, % 39,4 Тетрамер, % 29,0 Пентамер, % 17,6 ≥Гексамер, % 4,6 Конверсия, % 97,9

Сравнительный пример 3

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием только смесителей, микроканального реактора и устройства центрифугирования, которые идентичным используемым в установке для получения полиальфаолефинов в примере 4.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, BF₃-газ, пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока 1-децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола равна 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Промежуточный продукт из микроканального реактора поступает непосредственно в устройство центрифугирования, BF₃-газ не извлекают. В устройстве центрифугирования отделенная легкая жидкая фаза представляет собой сырой полиолефиновый продукт, который промывают водой и получают готовый полиолефиновый продукт; отделенная тяжелая жидкая фаза содержит комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, и возвращается в узел 1 смешения для продолжения участия в непрерывной реакции. Извлечение комплексного катализатора составляет 80%. Общее извлечение BF₃-газа составляет 26,4%. Отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 7.

Таблица 7

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 3,4 Димер, % 8,0 Тример, % 39,1 Тетрамер, % 28,2 Пентамер, % 17,0 ≥Гексамер, % 4,3 Конверсия, % 96,8

Пример 5

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиолефинов, показанной на ФИГ. 2.

В установке узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой предпочтительный микроканальный реактор (предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению), показанный на ФИГ. 4, узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, и узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; смеситель, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления и компрессор идентичны этим устройствам примера 1.

В установке микроканальный реактор содержит 5 параллельных реакционных каналов 010, каждый реакционный канал 010 имеет прямоугольное поперечное сечение с площадью поперечного сечения 20 мм², реакционный канал 010 имеет длину 2000 мм. Второй смесительный элемент 011 в реакционном канале 010 имеет треугольные зубчатые элементы 0005, промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 равен 5 мм. В реакционном канале 010 в общей сложности расположены четыре слоя наложенных друг на друга смесительных элементов 011, как показано на ФИГ. 7. В установке сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, и объемная скорость потока составляет 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

В микроканальный реактор пропускают смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, через подающую трубу 002 и BF₃-газ через трубу 017 для распределения жидкости; объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. BF₃-Газ, отделенный из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Извлечение BF₃-газа составляет 54%. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 8.

Таблица 8

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 0,3 Димер, % 2,7 Тример, % 43,0 Тетрамер, % 31,5 Пентамер, % 18,1 ≥Гексамер, % 4,4 Конверсия, % 99,7

Сравнительный пример 4

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиолефинов, показанной на ФИГ. 2.

В установке узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой предпочтительный микроканальный реактор (предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению), показанный на ФИГ. 4, но реактор не снабжен смесительным каналом 014 и распределителем 016 жидкости, узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; смеситель, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления и компрессор идентичны этим устройствам примера 1.

В установке микроканальный реактор содержит 5 параллельных реакционных каналов 010, каждый реакционный канал 010 имеет прямоугольное поперечное сечение с площадью поперечного сечения 20 мм², реакционный канал 010 имеет длину 2000 мм. Второй смесительный элемент 011 в реакционном канале 010 имеет треугольные зубчатые элементы 0005, промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 равен 5 мм. В реакционном канале 010 в общей сложности расположены четыре слоя наложенных друг на друга смесительных элементов 011, как показано на ФИГ. 7.

В установке сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, и объемная скорость потока составляет 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

В микроканальный реактор пропускают смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, через подающую трубу 002 и BF₃-газ через трубу 017 для распределения жидкости; объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. BF₃-Газ, отделенный из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Извлечение BF₃-газа составляет 58%. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 9.

Таблица 9

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 19,4 Димер, % 13,2 Тример, % 23,9 Тетрамер, % 23,4 Пентамер, % 14,5 ≥Гексамер, % 5,6 Конверсия, % 80,6

Пример 6

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиолефинов, показанной на ФИГ. 2.

В установке узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой предпочтительный микроканальный реактор (предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению), показанный на ФИГ. 4, узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; смеситель, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления и компрессор идентичны этим устройствам примера 1.

В установке микроканальный реактор содержит 5 параллельных реакционных каналов 010, каждый реакционный канал 010 имеет прямоугольное поперечное сечение с площадью поперечного сечения 20 мм², реакционный канал 010 имеет длину 2000 мм. Второй смесительный элемент 011 в реакционном канале 010 имеет треугольные зубчатые элементы 0005, промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 равен 5 мм. В реакционном канале 010 в общей сложности расположены четыре слоя наложенных друг на друга смесительных элементов 011, как показано на ФИГ. 7. Реактор содержит один смесительный канал 014, который имеет площадь поперечного сечения 10 см² и длину 800 мм. Распределитель 016 жидкости представляет собой спеченное изделие из металлического порошка с микропорами, имеющее средний размер пор 5 мкм, площадь поперечного сечения 8,5 см² и длину 150 мм. В смесительном канале 014 предусмотрены три первых смесительных элемента 015.

В установке сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет давление всасывания от -0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, и объемная скорость потока составляет 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

В микроканальный реактор пропускают смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, через подающую трубу 002 и BF₃-газ через трубу 017 для распределения жидкости; объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. BF₃-Газ, отделенный из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Извлечение BF3-газа составляет 55%. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 10.

Таблица 10

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 4,9 Димер, % 10,5 Тример, % 38,2 Тетрамер, % 27,5 Пентамер, % 15,7 ≥Гексамер, % 3,2 Конверсия, % 95,1

Пример 7

Полимеризацию олефинового исходного материала проводят с использованием установки для получения полиолефинов, показанной на ФИГ. 2.

В установке узел 1 смешения представляет собой смеситель, микроканальный реакционный узел 2 представляет собой предпочтительный микроканальный реактор (предпочтительный микроканальный реактор по настоящему изобретению), показанный на ФИГ. 4, узел 3 разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления, узел 4 разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления, узел 5 циркуляции газа представляет собой компрессор, узел 6 последующей обработки представляет собой устройство водной промывки, узел 7 регулирования давления представляет собой обратный клапан, узел 8 очистки газа представляет собой сушилку; смеситель, сепаратор высокого давления, сепаратор низкого давления и компрессор идентичны этим устройствам примера 1.

В установке микроканальный реактор содержит 5 параллельных реакционных каналов 010, каждый реакционный канал 010 имеет прямоугольное поперечное сечение с площадью поперечного сечения 20 мм², реакционный канал 010 имеет длину 2000 мм. Второй смесительный элемент 011 в реакционном канале 010 имеет треугольные зубчатые элементы 0005, промежуток между соседними зубчатыми элементами 0005 равен 5 мм. В реакционном канале 010 в общей сложности расположены четыре слоя наложенных друг на друга смесительных элементов 011, как показано на ФИГ. 7. Реактор содержит два смесительных канала 014, каждый из которых имеет площадь поперечного сечения 10 см² и длину 800 мм. В каждом смесительном канале 014 предусмотрено три первых смесительных элемента 015. Распределитель 016 жидкости 016 изготовлен из микро/мезопористого трубчатого материала, а полые микроканалы, составляющие сетчатый каркас микро/мезопористого трубчатого материала, имеют площадь поперечного сечения 8,5 см², средний диаметр пор 2 мкм и длину 150 мм.

В установке сепаратор высокого давления имеет объем 1 л и диаметр 10 см; сепаратор низкого давления имеет объем 15 л и диаметр 50 см; компрессор имеет давление всасывания от 0,1 до 0,03 МПа, давление на выходе 10 МПа, и объемная скорость потока составляет 3 м³/час; обратный клапан имеет давление 6 МПа; сушилка имеет эффективный объем 10 л, с распределителем газа в нижней части и силикагелевым наполнителем, размещенным в верхнем слое.

В микроканальный реактор пропускают смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, через подающую трубу 002 и BF₃-газ через трубу 017 для распределения жидкости; объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. BF₃-Газ, отделенный из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки, сжимают компрессором и рециркулируют для повторного использования. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. Извлечение BF3-газа составляет 54%. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Результаты испытаний представлены в таблице 11.

Таблица 11

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 0,4 Димер, % 2,8 Тример, % 43,0 Тетрамер, % 31,4 Пентамер, % 15,6 ≥Гексамер, % 6,8 Конверсия, % 99,6

Сравнительный пример 5

Используют такую же установку, как в примере 2, за исключением того в микроканальный реактор не загружают никакой смесительной пластины.

Смешанный поток, полученный путем смешения в смесителе 1-децена и н-бутанола, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реактор; BF₃ поступает в микроканальный реактор через магистральную трубу реакционного газа, объемная скорость потока BF₃ составляет 78 л/час, объемная скорость потока 1-децена составляет 10 л/час, и объемная скорость потока н-бутанола составляет 0,1 л/час. Реакцию полимеризации проводят в микроканальном реакторе, реакционная температура равна 20°C, и давление равно 4 МПа. Образованный промежуточный поток поступает в сепаратор высокого давления. Промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в сепараторе высокого давления. Температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении равно 4 МПа. Отделенная жидкая фаза поступает в сепаратор низкого давления для второго газожидкостного разделения, температура при разделении равна 20°C, и давление при разделении составляет -0,01 МПа. Жидкую фазу, отделенную сепаратором низкого давления, промывают водой с помощью устройства водной промывки узла последующей обработки 6, получают конечный полиолефиновый продукт. Газовые фазы (BF₃-газы), отделенные из сепаратора высокого давления и сепаратора низкого давления, сушат с помощью сушилки и рециркулируют с помощью компрессора. Давление газа на выходе из компрессора составляет 4 МПа. После стабильной работы системы из сепаратора низкого давления отбирают небольшое количество образца полиолефинового продукта, промывают водой и проводят измерения с помощью газовой хроматографии для определения содержания каждого компонента в продукте. Извлечение BF3-газа составляет 53%. Результаты испытаний представлены в таблице 12.

Таблица 12

Распределение состава образца олефина Содержание Мономер, % 21,9 Димер, % 6,1 Тример, % 25,3 Тетрамер, % 22,5 Пентамер, % 14,9 ≥Гексамер, % 9,3 Конверсия, % 78,1

Полиолефиновые продукты примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-5 перегоняют и фракционируют, получают полиальфа-олефиновые синтетические масла свыше 280°C и определяют кинематическую вязкость при 100°C и индекс вязкости. Результаты представлены в таблице 13.

Таблица 13

Оценка эффективности Кинематическая вязкость при 100°C, мм²/сек Индекс вязкости Пример 1 5,245 145 Сравнительный пример 1 5,212 140 Сравнительный пример 2 3,673 126 Пример 2 5,247 145 Пример 3 5,244 145 Пример 4 5,249 146 Сравнительный пример 3 5,139 139 Пример 5 5,711 147 Сравнительный пример 4 4,295 131 Пример 6 4,769 136 Пример 7 5,603 145 Сравнительный пример 5 4,612 134

Как видно из приведенных выше примеров, установка для получения полиальфаолефинов по настоящему изобретению позволяет извлекать BF₃ и комплексы BF₃ с высокой степенью извлечения, что в результате исключает загрязнение окружающей среды и также снижает затраты на проведение реакции.

Кроме того, как можно увидеть из приведенной выше таблицы, за счет использования предпочтительного микроканального реактора по настоящему изобретению полиолефиновое синтетическое масло может быть получено с высокой конверсией. Это связано с тем, что реакционный канал 010 и смесительный канал 014 оба представляют собой трубчатые структуры, расположенные в одном направлении, так что смешанная жидкость может формировать устойчивый поршневой поток вдоль первого направления, улучшая постоянство времени пребывания смешанной жидкости и исключая или уменьшая образование нежелательных продуктов. Кроме того, реакционный канал 010 снабжен вторым смесительным элементом 011, а смесительный канал 014 снабжен распределителем 016 жидкости и первым смесительным элементом 015, что может дополнительно улучшать степень турбулентности смешанной жидкости, повышать однородность смешения, а также исключать или уменьшать производство нежелательных продуктов и повышать конверсию в целевой продукт. Более того, конечные полиальфаолефиновые синтетические масла имеют низкую кинематическую вязкость и высокий индекс вязкости.

Предпочтительные варианты настоящего изобретения подробно описаны выше со ссылкой на прилагаемые чертежи, однако настоящее изобретение этим не ограничено. В рамках технической концепции изобретения в технические решения изобретения любым подходящим способом могут быть внесены разные простые модификации, включая комбинации разных конкретных технических характеристик. Чтобы избежать ненужного повторения, разные возможные комбинации здесь подробно не описаны. Однако эти простые модификации и комбинации также следует рассматривать как раскрытое содержание изобретения, и все они относятся к сфере охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к установке для получения полиальфаолефинов. Установка для получения полиальфаолефинов содержит узел смешения, микроканальный реакционный узел, узел разделения высокого давления, узел разделения низкого давления, узел циркуляции газа, узел последующей обработки и узел регулирования давления, при этом узел смешения, микроканальный реакционный узел, узел разделения высокого давления, узел разделения низкого давления и узел циркуляции газа соединены последовательно. Микроканальный реакционный узел снабжен впускным отверстием BF3-газа, узел смешения снабжен впускным отверстием вспомогательного сырья и впускным отверстием олефинового исходного материала, узел циркуляции газа соединен с впускным отверстием BF3-газа, узел разделения низкого давления соединен с узлом последующей обработки, узел разделения высокого давления, узел регулирования давления и узел циркуляции газа соединены последовательно и необязательно узел последующей обработки соединен с узлом смешения, где микроканальный реакционный узел представляет собой один микроканальный реактор или комбинацию двух или нескольких микроканальных реакторов. Причем микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: реакционный канал представляет собой 2-10000 параллельных каналов, предпочтительно 2-5000 каналов, более предпочтительно 2-500 каналов, интервал рабочих температур составляет от -70 до 300°C, допустимое максимальное реакционное давление не превышает 20 МПа, допустимое максимальное давление теплообменной среды не превышает 10 МПа; объем жидкостного канала без смесительных вставок составляет 0,1-20000 л, объемная скорость потока составляет 1-50000 л/ч. Смесительный элемент, который способствует смешению реакционных потоков, предусмотрен в каждом реакционном канале, предпочтительно микроканальный реактор снабжен магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый реакционный канал, и микроканальный реактор включает: корпус; зону подачи, зону смешения, реакционную зону и зону сбора, расположенные последовательно и находящиеся в сообщении вдоль первого направления в корпусе, причем корпус снабжен подающей трубой, находящейся в сообщении с зоной подачи, и выпускной трубой, находящейся в сообщении с зоной сбора, а зона смешения снабжена смесительным каналом, проходящим вдоль первого направления; трубу для распределения жидкости; труба для распределения жидкости проходит от внешней стороны корпуса в смесительный канал, труба для распределения жидкости соединена с распределителем жидкости у конца смесительного канала; подающая труба соединена с узлом смешения и выполнена с возможностью введения смеси олефинового исходного материала и вспомогательного сырья, труба для распределения жидкости соединена с впускным отверстием BF3-газа и выполнена с возможностью введения BF3-газа и выпускная труба соединена с узлом разделения высокого давления. Также изобретение относится к способу получения полиальфаолефинов. Технический результат заключается в разработке установки и способа для получения альфа-олефиновых олигомеров, которые отличаются высокой конверсией, высокой селективностью, простотой процесса, низкими капиталовложениями, безопасностью и экологичностью, а также имеют низкую кинематическую вязкость и высокий индекс вязкости. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил., 13 табл., 12 пр.

1. Установка для получения полиальфаолефинов, которая включает узел (1) смешения, микроканальный реакционный узел (2), узел (3) разделения высокого давления, узел (4) разделения низкого давления, узел (5) циркуляции газа, узел (6) последующей обработки и узел (7) регулирования давления, при этом узел (1) смешения, микроканальный реакционный узел (2), узел (3) разделения высокого давления, узел (4) разделения низкого давления и узел (5) циркуляции газа соединены последовательно, микроканальный реакционный узел (2) снабжен впускным отверстием (01) BF₃-газа, узел (1) смешения снабжен впускным отверстием (02) вспомогательного сырья и впускным отверстием (03) олефинового исходного материала, узел (5) циркуляции газа соединен с впускным отверстием BF₃-газа (01), узел (4) разделения низкого давления соединен с узлом (6) последующей обработки, узел (3) разделения высокого давления, узел (7) регулирования давления и узел (5) циркуляции газа соединены последовательно и необязательно узел (6) последующей обработки соединен с узлом (1) смешения,

где микроканальный реакционный узел (2) представляет собой один микроканальный реактор или комбинацию двух или нескольких микроканальных реакторов, причем микроканальный реактор имеет следующие структуру и параметры: реакционный канал представляет собой 2-10000 параллельных каналов, предпочтительно 2-5000 каналов, более предпочтительно 2-500 каналов, интервал рабочих температур составляет от -70 до 300°C, допустимое максимальное реакционное давление не превышает 20 МПа, допустимое максимальное давление теплообменной среды не превышает 10 МПа; объем жидкостного канала без смесительных вставок составляет 0,1-20000 л, объемная скорость потока составляет 1-50000 л/ч; предпочтительно смесительный элемент, который способствует смешению реакционных потоков, предусмотрен в каждом реакционном канале, предпочтительно микроканальный реактор снабжен магистральной трубой для введения реакционного газа и отводными трубами для распределения реакционного газа в каждый реакционный канал,

и микроканальный реактор включает:

корпус (003); зону (023) подачи, зону (008) смешения, реакционную зону (009) и зону (024) сбора, расположенные последовательно и находящиеся в сообщении вдоль первого направления в корпусе (003), причем корпус (003) снабжен подающей трубой (002), находящейся в сообщении с зоной (023) подачи, и выпускной трубой (001), находящейся в сообщении с зоной (024) сбора, а зона (008) смешения снабжена смесительным каналом (014), проходящим вдоль первого направления;

трубу (017) для распределения жидкости; труба (017) для распределения жидкости проходит от внешней стороны корпуса (003) в смесительный канал (014), труба (017) для распределения жидкости соединена с распределителем жидкости (016) у конца смесительного канала (014);

подающая труба (002) соединена с узлом (1) смешения и выполнена с возможностью введения смеси олефинового исходного материала и вспомогательного сырья, труба (017) для распределения жидкости соединена с впускным отверстием (01) BF₃-газа и выполнена с возможностью введения BF₃-газа; и

выпускная труба (001) соединена с узлом (3) разделения высокого давления.

2. Установка по п. 1, которая отличается тем, что

узел (1) смешения выполнен с возможностью однородного смешения поступающего в него потока, узел (1) смешения предпочтительно представляет собой смеситель, более предпочтительно статический смеситель и/или динамический смеситель; и/или

микроканальный реакционный узел (2) выполнен с возможностью проведения в нем микроканальной реакции BF₃-газа из впускного отверстия (01) BF₃-газа и смешанного потока вспомогательного сырья и олефинового исходного материала из узла (1) смешения, микроканальный реакционный узел (2) предпочтительно представляет собой микроканальный реактор; и/или

узел (3) разделения высокого давления выполнен с возможностью проведения газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока, при этом отделенная газовая фаза поступает в узел (5) циркуляции газа через узел (7) регулирования давления, а отделенная жидкая фаза поступает в узел (4) разделения низкого давления, узел (3) разделения высокого давления предпочтительно представляет собой сепаратор высокого давления; и/или

узел (4) разделения низкого давления выполнен с возможностью проведения газожидкостного разделения поступающего в него промежуточного потока, при этом отделенная газовая фаза поступает в узел (5) циркуляции газа, а отделенная жидкая фаза поступает в узел (6) последующей обработки (узел (4) разделения низкого давления предпочтительно представляет собой сепаратор низкого давления); и/или

узел (5) циркуляции газа обеспечивает извлечение поступающего в него BF₃-газа и доставку извлеченного BF₃-газа через впускное отверстие (01) BF₃-газа в микроканальный реакционный узел (2) для повторного использования, узел (5) циркуляции газа может представлять собой один или несколько из числа компрессора, насоса для циркуляции газа и вакуумного насоса; и/или

узел (6) последующей обработки выполнен с возможностью проведения последующей обработки поступающего в него потока с получением полиолефинового продукта, узел (6) последующей обработки предпочтительно представляет собой одно или несколько устройств из числа адсорбционного устройства, экстракционного устройства, дистилляционного устройства, устройства центрифугирования, устройства осаждения, устройства щелочной промывки и устройства водной промывки; необязательно узел последующей обработки выполнен с возможностью возвращения тяжелой жидкой фазы, полученной из него, в узел (1) смешения; и/или

узел (7) регулирования давления выполнен с возможностью регулирования давления микроканального реакционного узла (2) и узла (3) разделения высокого давления, узел (7) регулирования давления предпочтительно представляет собой один или несколько из числа обратного клапана, дроссельного клапана и клапана для понижения давления.

3. Установка по п. 1, которая отличается тем, что узел (6) последующей обработки представляет собой устройство осаждения или устройство центрифугирования; устройство осаждения или устройство центрифугирования обеспечивает разделение поступающего в него потока на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу; необязательно тяжелую жидкую фазу возвращают в узел (1) смешения для продолжения непрерывной реакции.

4. Установка по п. 1, которая отличается тем, что узел (7) регулирования давления выполнен с возможностью регулирования рабочего давления микроканального реакционного узла (2) так, чтобы оно было одинаковым с рабочим давлением узла (3) разделения высокого давления.

5. Установка по п. 1, которая отличается тем, что узел (8) очистки газа предусмотрен между узлом (4) разделения низкого давления и узлом (5) циркуляции газа и/или узел (8) очистки газа предусмотрен между узлом (7) регулирования давления и узлом (5) циркуляции газа, при этом узел (8) очистки газа обеспечивает сушку и/или очистку поступающего в него BF₃-газа, узел (8) очистки газа предпочтительно представляет собой один или несколько из числа газового фильтра, адсорбционной сушилки, сублимационной сушилки и циклонного сепаратора.

6. Установка по п. 1, которая отличается тем, что

распределитель жидкости представляет собой, по меньшей мере, распределитель, выбираемый из порошкового спеченного изделия с микропорами, мезопористого вспененного материала, проволочной сетки и трубки с микрощелями или микропорами; предпочтительно распределитель жидкости представляет собой цилиндрическое порошковое спеченное изделие с микропорами, предпочтительно распределитель жидкости имеет площадь поперечного сечения 0,01-200 см² и длину 1-2000 м; и/или

зона смешения снабжена 1-100, предпочтительно 1-50, более предпочтительно 2-10 смесительными каналами, труба для распределения жидкости включает основную трубу, проходящую от внешней стороны корпуса в зону подачи, и отводные трубы, проходящие от зоны подачи в каждый смесительный канал, с распределителями жидкости, подсоединенными к концам отводных труб, предпочтительно смесительный канал имеет круглое поперечное сечение; предпочтительно смесительный канал имеет площадь поперечного сечения 0,05-400 см² и длину 50-5000 мм; и/или

в смесительном канале первый смесительный элемент расположен ниже по потоку от распределителя жидкости; и/или

первый смесительный элемент снабжен участком основного потока и участком отводного потока, которые расположены поочередно и находятся в сообщении вдоль первого направления, и участок основного потока снабжен одним проходом основного потока, а участок отводного потока снабжен множеством проходов отводного потока; и/или

полость сбора, находящаяся в сообщении со множеством проходов отводного потока, расположена ниже по потоку от участка отводного потока; и/или

зона смешения содержит первую теплообменную полость, расположенную в корпусе; смесительный канал расположен в первой теплообменной полости, корпус снабжен первым впускным отверстием теплообменной среды и первым выпускным отверстием теплообменной среды, которые находятся в сообщении с первой теплообменной полостью; и/или

объемное отношение первой теплообменной полости к смесительному каналу составляет 2-50, предпочтительно объемное отношение первой теплообменной полости к смесительному каналу составляет 5-30; и/или

переходная зона предусмотрена между зоной смешения и реакционной зоной; переходная зона снабжена стабилизирующим каналом с постоянным поперечным сечением и диффузионным каналом с постепенно увеличивающимся поперечным сечением, которые расположены и находятся в сообщении вдоль первого направления, причем стабилизирующий канал находится в сообщении со смесительным каналом, а диффузионный канал находится в сообщении с реакционной зоной; и/или

выпускная труба, проходящая к внешней стороне корпуса, соединена со стабилизирующим каналом; и/или

диффузионный канал снабжен диффузионной пластиной с ячейками или щелями; и/или

реакционная зона снабжена множеством параллельных реакционных каналов, например 2-10000 каналов, предпочтительно 2-5000 каналов, более предпочтительно 2-500 каналов, проходящих вдоль первого направления и находящихся в сообщении со смесительным каналом через переходную зону; и/или

реакционный канал снабжен вторым смесительным элементом, и второй смесительный элемент включает опорную планку, проходящую вдоль первого направления, и зубчатый элемент, соединенный с опорной планкой и проходящий поперек опорной планки; и/или

зубчатый элемент имеет по меньшей мере одну из треугольной, дугообразной, волнистой и спиральной форм, предпочтительно зубчатый элемент имеет треугольную форму, и на одной стороне треугольника, примыкающей к опорной планке, один угол соединен с опорной планкой, а другой угол отстоит на 0,01-20 мм от опорной планки; и/или

каждый из реакционных каналов независимо снабжен множеством вторых смесительных элементов, которые уложены друг на друга с интервалами, и зубчатые элементы второго смесительного элемента расположены в шахматном порядке относительно друг друга; и/или

реакционный канал имеет поперечное сечение, по меньшей мере, в форме одной из круглой, прямоугольной и треугольной форм, предпочтительно поперечное сечение реакционного канала является прямоугольным, а зубчатые элементы проходят между набором противоположных сторон прямоугольника; и/или

реакционный канал имеет площадь поперечного сечения 1-150 мм² и длину 50-5000 мм, предпочтительно 100-3000 мм, минимальное расстояние между реакционными каналами составляет 1-50 мм, предпочтительно 3-30 мм, и второй смесительный элемент имеет толщину 0,1-3 мм, предпочтительно 0,2-2 мм, и промежуток между соседними зубчатыми элементами составляет 1-50 мм, предпочтительно 1,5-20 мм; и/или

реакционная зона снабжена второй теплообменной полостью, расположенной в корпусе; при этом реакционный канал расположен во второй теплообменной полости, корпус снабжен вторым впускным отверстием теплообменной среды и вторым выпускным отверстием теплообменной среды, которые находятся в сообщении со второй теплообменной полостью; и/или

объемное отношение второй теплообменной полости к реакционному каналу составляет 2-50, предпочтительно объемное отношение второй теплообменной полости к реакционному каналу составляет 5-30.

7. Установка по п. 1, которая отличается тем, что узел (1) смешения дополнительно снабжен впускным отверстием BF₃-газа, при этом смесь вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и BF₃-газа подают в микроканальный реакционный узел; предпочтительно узел (1) смешения содержит смеситель для смешения любых двух из вспомогательного сырья, олефинового исходного материала и BF₃-газа и смеситель для дополнительного смешения смеси с третьим компонентом; более предпочтительно узел (1) смешения содержит смеситель для смешения одного из олефинового исходного материала и BF₃-газа с вспомогательным сырьем и смеситель для дополнительного смешения смеси с другим компонентом из олефинового исходного материала и BF₃-газа.

8. Установка по п. 1, которая отличается тем, что узел (5) циркуляции газа дополнительно соединен с впускным отверстием BF₃-газа, предусмотренным в узле (1) смешения.

9. Способ получения полиальфаолефинов, который включает: смешанный поток, полученный после смешения олефинового исходного материала и вспомогательного сырья в узле смешения, и BF₃-газ каждый независимо пропускают в микроканальный реакционный узел; промежуточный поток, образованный после реакции полимеризации в микроканальном реакционном узле, пропускают в узел разделения высокого давления; промежуточный поток подвергается первому газожидкостному разделению в узле разделения высокого давления; отделенная жидкая фаза поступает в узел разделения низкого давления, а второе газожидкостное разделение происходит в узле разделения низкого давления; жидкая фаза, отделенная из узла разделения низкого давления, поступает в узел последующей обработки и полиолефиновый продукт получают после обработки в узле последующей обработки; газовые фазы BF₃-газ, отделенные из узла разделения высокого давления и узла разделения низкого давления, поступают в узел циркуляции газа, BF₃-газ извлекают для повторного использования; необязательно тяжелую жидкую фазу, содержащую комплекс вспомогательного сырья и BF₃ и непрореагировавший олефиновый исходный материал, полученную после обработки в узле последующей обработки, рециркулируют в узел смешения.

10. Способ по п. 9, который отличается тем, что олефин в олефиновом исходном материале представляет собой один или несколько олефинов из числа C₃-C₂₀-альфа-олефинов; необязательно олефиновый исходный материал дополнительно содержит смесь C₅-C₂₀-алканов и/или C₁-C₂₀-кислородсодержащее соединение (предпочтительно олефиновый исходный материал представляет собой олефиновый исходный материал Фишера-Тропша);

и/или

вспомогательное сырье представляет собой один или несколько компонентов из числа спирта, имеющего количество атомов углерода 1-20, простого эфира, имеющего количество атомов углерода 1-20, альдегида, имеющего количество атомов углерода 1-20, кетона, имеющего количество атомов углерода 1-20, сложного эфира, имеющего количество атомов углерода 1-30, карбоновой кислоты, имеющей количество атомов углерода 1-20, и фенола, имеющего количество атомов углерода 1-20.

11. Способ по п. 9, который отличается тем, что скорость поступления олефинового исходного материала в узел смешения составляет 10-5000 л/ч, предпочтительно 20-4000 л/ч, более предпочтительно 40-2500 л/ч; скорость поступления вспомогательного сырья в узел смешения составляет 0,01-1000 л/ч, предпочтительно 0,1-800 л/ч, более предпочтительно 0,2-500 л/ч; скорость поступления газа для BF₃-газа, поступающего в микроканальный реакционный узел, включая изначально введенный BF₃-газ и необязательно рециркулированный BF₃-газ, составляет 5-200000 л/ч, предпочтительно 50-100000 л/ч, более предпочтительно 100-50000 л/ч.

12. Способ по п. 9, который отличается тем, что реакционная температура в микроканальном реакционном узле равна 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C; реакционное давление в микроканальном реакционном узле равно 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа;

время пребывания олефинового исходного материала в микроканальном реакционном узле равно 1-3600 с, предпочтительно 10-1800 с, более предпочтительно 15-1000 с;

в микроканальном реакционном узле массовое отношение вспомогательное сырье:олефиновый исходный материал:общее количество BF₃-газа составляет 1:1-1000:1-500, предпочтительно 1:1-500:1-200, наиболее предпочтительно 1:10-250:1,5-100.

13. Способ по п. 9, который отличается тем, что

узел разделения высокого давления представляет собой сепаратор высокого давления; давление сепаратора высокого давления составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа; температура сепаратора высокого давления равна 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C; объем сепаратора высокого давления составляет 0,1-20000 л, предпочтительно 0,2-2000 л; и/или

узел разделения низкого давления представляет собой сепаратор низкого давления; давление сепаратора низкого давления составляет от -0,1 до 1 МПа, предпочтительно от -0,1 до 0,9 МПа, более предпочтительно от -0,1 до 0,1 МПа; температура сепаратора низкого давления равна 0-120°C, предпочтительно 10-80°C, более предпочтительно 20-60°C; объем сепаратора низкого давления равен 0,1-20000 л, предпочтительно 0,2-2000 л; и/или

давление рециркулированного BF₃-газа через узел циркуляции газа составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа; и/или

давление узла регулирования давления составляет 0,01-10 МПа, предпочтительно 0,01-8 МПа, более предпочтительно 0,1-6 МПа.

14. Способ по п. 9, который отличается тем, что способ последующей обработки, используемый в узле последующей обработки, представляет собой один или несколько из способов адсорбции, экстракции, дистилляции, центрифугирования, осаждения, щелочной промывки и водной промывки, предпочтительно способ последующей обработки представляет собой осаждение или центрифугирование; осаждение или центрифугирование обеспечивают разделение потока, поступающего в узел последующей обработки, на легкую жидкую фазу и тяжелую жидкую фазу, тяжелую жидкую фазу необязательно возвращают в узел смешения для продолжения участия в непрерывной реакции.

15. Способ по п. 9, который отличается тем, что узел очистки газа предусмотрен между узлом разделения низкого давления и узлом циркуляции газа и/или узел очистки газа предусмотрен между узлом регулирования давления и узлом циркуляции газа; узел очистки газа обеспечивает сушку и/или очистку поступающего в него BF₃-газа, узел очистки газа предпочтительно представляет собой один или несколько из числа газового фильтра, адсорбционной сушилки, сублимационной сушилки и циклонного сепаратора.

16. Способ по п. 9, который отличается тем, что в узле смешения, помимо олефинового исходного материала и вспомогательного сырья, также смешивают BF₃-газ и скорость BF₃-газа, поступающего в узел смешения, составляет 4-180000 л/ч, предпочтительно составляет 45-90000 л/ч, более предпочтительно 90-45000 л/ч.

17. Способ по п. 16, который отличается тем, что газовые фазы, отделенные из узла разделения высокого давления и узла разделения низкого давления, BF₃-газ, вводят в узел смешения.

18. Способ по п. 16, который отличается тем, что в пересчете на общую массу BF₃ в микроканальном реакционном узле массовое отношение BF₃-газа, который непосредственно поступает в микроканальный реакционный узел, к BF₃-газу, который смешивают в узле смешения, составляет 100-10:0-90, при этом в случае подачи BF₃-газа в узел смешения любые два из BF₃-газа, олефинового исходного материала и вспомогательного сырья смешивают и затем смешивают с третьим компонентом; предпочтительно BF₃-газ и вспомогательное сырье смешивают с образованием комплекса и затем смешивают с олефиновым исходным материалом, или смешивают вспомогательное сырье и олефиновый исходный материал и затем смешивают с BF₃-газом, или смешивают одновременно BF₃-газ, олефиновый исходный материал и вспомогательное сырье.

19. Способ по п. 9, в котором для получения полиальфаолефинов используют установку по любому из пп. 1-8.