Способ разгрузки реактора и способ полимеризации -олефинов, использующий этот способ

 

Изобретение относится к способу разгрузки реактора и способу полимеризации α-олефинов. Способ разгрузки реактора осуществляют при помощи устройства, имеющего по крайней мере одну зону уплотнения, в которой обеспечивается уменьшение объема, занимаемого порошком, при сохранении степени его сжатия. Техническим результатом изобретения является обеспечение удобной разгрузки реактора, содержащего порошок и газ под давлением. 17 з.п.ф-лы, 1 ил.

Данное изобретение относится к способу и устройству для разгрузки реактора. Оно касается, в частности, способа и устройства для разгрузки реактора, одновременно содержащего порошок и газ под давлением, например, такого как реактор для полимеризации или реактор с псевдоожиженным (кипящим) слоем. И, наконец, настоящее изобретение относится к способу полимеризации α-олефинов, с использованием этого устройства.

Известно, как полимеризировать α-олефины посредством каталитической системы, содержащей соединение переходного металла, принадлежащего к группам IIIb, IVb и VIb Периодической таблицы (см. Handbook of Chemistry and Physies; ed. 50, p. B-3 1969-1970), и активирующего агента, выбранного среди органометаллических соединений групп I-III Периодической таблицы. Чаще всего это органометаллическое соединение является соединением алюминия, а соединение переходного металла - твердое вещество на основе титана. Известно также, как осуществить эту полимеризацию, поддерживая мономер или мономеры в газообразной фазе. Такая полимеризация обычно производится в реакторах с псевдоожиженным (кипящим) слоем, которые наиболее часто являются реакторами с вертикальной осью, в которых частицы полимера во время образования поддерживаются в псевдоожиженном состоянии посредством восходящего газового потока, содержащего олефин или олефины, которые необходимо полимеризовать. Такой реактор имеет, обычно, в нижней части перфорированную плиту, часто называемую решеткой флюидизации (псевдоожижения), которая обеспечивает распределение газового потока, необходимого для поддержания полимерных частиц в псевдоожиженном состоянии. Боковая система труб обеспечивает разгрузку реактора от части полимеров, которые в нем образовались.

Уже известный способ для осуществления этой разгрузки включает прерывистый вариант перемещения посредством газового потока и с помощью соответствующего устройства задвижек части псевдоожиженного (кипящего) слоя, содержащего полимеры, диспергированные в газообразной фазе, из места, расположенного ниже верха псевдоожиженного слоя и выше решетки псевдоожижения, к серии сборников, работающих при давлении ниже давления реактора для полимеризации. В этих сборниках твердое вещество отделяется от газообразной фазы под действием силы тяжести, а газообразная фаза вновь вводится прямо или со стороны в реактор для полимеризации в место, расположенное выше места перемещения. Твердое вещество в этом случае направляется к следующему сборнику (EP-0071430).

Системы разгрузки, относящиеся к известному уровню техники, имеют ряд недостатков, а именно: - их применение является довольно сложным из-за большого числа вентилей, которые они содержат. Кроме того, т.к. эти вентили постоянно находятся в работе, возникают проблемы износа, требующие значительного ремонта; - наблюдаются колебания, иногда значительные, давления в реакторе; - так как часть псевдоожиженного слоя, разгружаемого из реактора, содержит фракцию газообразной фазы, выходящую из реактора и содержащую мономеры, то реакция полимеризации продолжается беспорядочно в сборниках для разгрузки. Кроме того, наиболее часто оказывается необходимым осуществить дегазацию полимерных порошков, разгружаемых таким способом, перед тем, как их складировать и/или с ними работать, что требует дополнительной обработки газов, полученных от этой дегазации; - и, наконец, так как полимерные порошки уплотнились под действием силы тяжести в разгрузочных сборниках, то можно наблюдать образование агломератов, способных нарушить и даже блокировать процесс разгрузки. Такие недостатки встречаются главным образом при разгрузке клейких порошков.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа разгрузки реактора, который содержит одновременно порошок и газ под давлением, не имеющего недостатков, свойственных известному уровню техники.

В соответствии с этим изобретение заключается в создании способа разгрузки порошка из реактора, содержащего одновременно порошок и газ под давлением с помощью устройства, имеющего по крайней мере одну зону уплотнения.

В соответствии с настоящим изобретением под зоной уплотнения понимают зону, в которой уменьшают имеющийся объем порошка, выводимого из реактора, тем не менее его не уплотняя (сжимая). Чаще всего, уплотнение порошка сопровождается уменьшением количества газообразной фазы, выходящей из реактора.

В рамках данного изобретения под понятием "газ, содержащийся в реакторе", подразумевается всякий состав, содержащий одно или несколько соединений, находящихся в газообразном состоянии в условиях температуры и давления, имеющихся в указанном реакторе.

Способ, соответствующий настоящему изобретению, пригоден для разгрузки реактора, в котором один из реагентов находится в газообразном состоянии. В качестве примера таких реакторов можно указать реакторы для полимеризации в газообразной среде.

Настоящее изобретение относится также к устройству для разгрузки порошка из реактора, содержащего одновременно порошок и газ под давлением, содержащему по меньшей мере одну зону уплотнения, такую как указывалось ранее.

Устройство для разгрузки, согласно настоящему изобретению, имеет зону уплотнения, в которой уплотнение порошка производится в течение его перемещения от места соединения с реактором к противоположному концу указанной зоны. Место соединения, как правило, - это место, обычно используемое для разгрузки реактора.

Когда реактор представляет собой реактор с псевдоожиженным (кипящим) слоем, то местом соединения обычно является место, расположенное между верхом псевдоожиженного слоя и решеткой псевдоожижения. Это место чаще всего расположено в нижней части определенной таким образом зоны.

Соединение между реактором и зоной уплотнения может осуществляться любым подходящим для этой цели средством. Оно имеет, чаще всего, по меньшей мере одну задвижку (вентиль), обеспечивающую изоляцию реактора.

Наиболее подходящей является зона уплотнения, которая содержит по крайней мере один шнек, расположенный в трубообразном кожухе. В этом случае вращение этого шнека или этих шнеков обеспечивает перемещение порошка из реактора до противоположного края кожуха.

Уплотнение порошка может тогда достигаться путем сужения шага шнека. Оно может также обеспечиваться путем постепенного увеличения диаметра его вала. Использование шнека, имеющего одновременно сужение шага и увеличение диаметра вала, также является объектом настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы зона уплотнения содержала два шнека, вращающиеся в одну сторону или в противоположных направлениях, расположенные в кожухе трубообразной формы, с использованием шнека, имеющего сужение шага. Зоны уплотнения, состоящие из двух шнеков, вращающихся в одном направлении, дают особенно хорошие результаты.

Когда зона уплотнения состоит из одного или нескольких шнеков, параллельно с перемещением порошка наблюдается постепенное уменьшение количества газообразной фазы, выводимой из реактора и разгружаемой с порошком.

Разгрузочные устройства, согласно настоящему изобретению, могут также иметь вслед за зоной уплотнения другую зону, называемую далее зоной разуплотнения. В соответствии с настоящим изобретением под зоной разуплотнения подразумевается зона, содержащая инертный газ с давлением выше давления, имеющегося в реакторе, в которой происходит увеличение наличного объема порошка. Также в рамки данного изобретения входит устройство для разгрузки, в котором уплотнение и разуплотнение порошка осуществляется в одном объеме, и которое имеет одну зону уплотнения и одну зону разуплотнения, отделенные или нет одна от другой.

Инертный газ, присутствующий в зоне разуплотнения, может, например, быть азотом. Он частично или полностью заменяет остаточные газы от газообразной фазы, выходящий из реактора, увлекаемой вместе с порошком. Так как этот инертный газ имеет давление выше давления в реакторе для полимеризации, он может также помешать этим газам продвигаться вперед в разгрузочном устройстве.

В соответствии с данным изобретением в предпочтительном случае зона разуплотнения содержит один или несколько шнеков (шнековых транспортеров), расположенных в одном или нескольких трубообразных кожухах, в которых поддерживается давление инертного газа. Увеличение наличного объема для порошка обеспечивается в случае простого шнека путем уменьшения диаметра вала этого шнека и/или увеличением его шага. В случае двух шнеков, вращающихся в одном направлении или в противоположных направлениях, увеличение имеющегося объема для порошка достигается увеличением шага этих шнеков.

Когда зона уплотнения и зона разуплотнения состоят из одного или нескольких шнеков, таких как описано выше, уплотнение и разуплотнение порошка осуществляется преимущественно в единственном кожухе, в котором размещается шнек или шнеки и в котором последовательно располагаются обе зоны. В качестве примера такого устройства можно указать на размещенные в кожухе два шнека, вращающихся в одном направлении, в первой зоне которого уменьшается шаг шнека, а в следующей за ней второй зоне шаг шнека увеличивается, причем через боковую трубу вводится инертный газ.

Эти разгрузочные устройства в соответствии с изобретением могут включать один или несколько следующих один за другим рядов, содержащих зону уплотнения и зону разуплотнения, таких как описано выше.

И наконец, разгрузочные устройства по данному изобретению наиболее часто заканчиваются зоной, обеспечивающей окончательную разгрузку реактора. Эта зона, называемая далее конечной зоной, может быть, например, зоной, в которой производится разгрузка или хранение порошка, или еще одной зоной, промежуточной по отношению к обычным устройствам для гранулирования или обработки порошков.

В рамки данного изобретения входит также устройство, содержащее дополнительные элементы, такие как, в качестве примера, не ограничивающего область применения изобретения, элементы, обеспечивающие введение добавок к порошку, исходящему из реактора, или элементы, обеспечивающие дегазацию части газообразной фазы в указанных устройствах, и обработку этой части газообразной фазы. Такие элементы могут быть расположены согласно данному изобретению в любом месте устройства. Отметим, однако, что, когда устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, позволяет уменьшить количество газообразной фазы, выходящей из реактора, эта операция дегазации может быть отменена.

Устройство, соответствующее изобретению, пригодно для разгрузки реакторов для полимеризации в газообразной фазе.

Оно пригодно также для разгрузки реакторов с псевдоожиженным слоем и, в частности, для тех, в которых один из реагентов находится в газообразной фазе.

Предпочтительнее использовать это устройство для разгрузки реакторов для полимеризации с псевдоожиженным слоем.

Хорошие результаты могут быть получены с использованием устройства, выполненного согласно изобретению, для разгрузки реакторов для полимеризации в газообразной фазе α-олефинов, содержащих от 2 до 22 атомов углерода.

При описании данного изобретения под полимеризацией α-олефинов подразумевается гомополимеризация этих α-олефинов, или сополимеризация этих α-олефинов между собой или с другими ненасыщенными мономерами, такими как, например, ненасыщенные органические кислоты и их производные продукты или спаренные или не спаренные диолефины.

Устройство для разгрузки, выполненное согласно изобретению, отличается простотой конструкции и малым потреблением энергии, минимальной длиной перехода продуктов в пределах объема реактора. С другой стороны, уменьшение числа задвижек обуславливает простоту процедур ухода и обслуживания.

Устройство для разгрузки, выполненное в соответствии с данным изобретением, позволяет уменьшить количество газообразной фазы, исходящей из реактора, и имеет дополнительное преимущество в том, что позволяет ограничить и даже устранить беспорядочные реакции, которые могли происходить в подобных устройствах. В этом особом случае, как описано ранее, нет необходимости включать дополнительные элементы дегазации. И наконец, устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, позволяет осуществлять обработку порошков сразу после реактора, что дает возможность сэкономить на бункерах и пневматическом транспорте, обычно необходимых для такой обработки.

Данное изобретение относится также к способу разгрузки реактора, содержащего одновременно порошок и газ под давлением, осуществляемому с помощью описанного выше устройства.

В соответствии со способом, предусмотренным изобретением, фракцию порошка разгружают непрерывно или с перерывами в зону уплотнения, в которой наличный объем порошка уменьшается, но без его уплотнения.

В конце зоны уплотнения порошок чаще всего разуплотняют в зоне разуплотнения, причем его разбавляет инертный газ. Затем в ряде случаев порошок перемещают в конечную зону, в которой производится окончательная разгрузка реактора.

В объем изобретения входит также способ разгрузки, при котором фракцию порошка разгружают в единственный объем, имеющий зону уплотнения и зону разуплотнения, отличные или нет одна от другой, перед перемещением в конечную зону.

Перемещение в конечную зону может производиться либо сразу после зоны разуплотнения или косвенно посредством одного или нескольких последовательных чередований зоны уплотнения и зоны разуплотнения.

Передвижение порошка через устройство для разгрузки согласно данному изобретению может производиться любым, подходящим для этой цели известным средством.

Разгрузка реактора может быть значительно облегчена, если наклонить зону уплотнения таким образом, чтобы конец напротив места соединения располагался на уровне ниже уровня места соединения. Возможно, также использовать в устройстве для разгрузки давление, ниже давления, имеющегося в реакторе.

Наиболее предпочтительный способ разгрузки в соответствии с настоящим изобретением включает разгрузку реактора посредством одного или нескольких шнеков, расположенных в одном или нескольких трубообразных кожухах, в котором или в которых зона уплотнения и зона разуплотнения расположены последовательно, как описано ранее. Уплотнение порошка предпочтительно обеспечивается уменьшением шага шнека. Разуплотнение порошка обеспечивается затем увеличением этого шага. Инертный газ может вводиться в зону разуплотнения через боковую трубу.

В этом частном случае перемещение порошка из реактора до конца зоны разуплотнения обеспечивается вращением шнека. Это вращение должно быть достаточным для обеспечения перемещения порошка, но не приводить к сжатию. Кроме того, предпочтительнее оно выполняется так, чтобы не происходило плавления частиц указанного порошка. При таком перемещении наблюдается уменьшение количества газообразной фазы, исходящей из реактора.

Затем порошок разгружается в конечную зону.

В соответствии с данным изобретением реактор, как правило, разгружается непрерывным способом. Количество порошка, разгружаемого в единицу времени, зависит от многих параметров, таких, как, например, место соединения зоны уплотнения с реактором, случайной величины наклона указанной зоны, возможной разницы давления и/или скорости вращения шнека. Когда зона содержит один или несколько шнеков, можно отрегулировать скорость вращения этих шнеков так, чтобы количество порошка, разгружаемого в единицу времени, было равно количеству порошка, образуемого в самом реакторе.

Такой способ особенно пригоден для разгрузки реактора для полимеризации в газообразной фазе.

Он также удобен для разгрузки реакторов с псевдоожиженным (кипящим) слоем и, в частности, для тех реакторов, в которых по крайней мере один из реагентов находится в газообразной фазе. В этом случае порошок обычно разгружается из точки реактора, расположенной между верхом псевдоожиженного слоя и решеткой псевдоожижения в зоне уплотнения. Этот способ более всего применим для разгрузки реакторов для полимеризации с псевдоожиженным слоем. Хорошие результаты получают, применяя такой способ для разгрузки реакторов сополимеризации в газообразной фазе α-олефинов, содержащих от 2 до 22 атомов углерода.

Способ разгрузки согласно настоящему изобретению имеет многие преимущества.

Он обеспечивает удобную разгрузку реактора, содержащего порошок и газ под давлением, поддерживая постоянным давление внутри этого реактора. Кроме того, когда процесс разгрузки протекает непрерывно, расход разгрузки может быть отрегулирован в зависимости от скорости реакции образования порошка, что позволяет поддерживать постоянным количество порошка в реакторе.

Другим преимуществом изобретения является возможность значительно уменьшить количество газообразной фазы, исходящей из реактора, содержащейся в порошке, выводимом из разгрузочного устройства. Тем самым этот порошок не нужно подвергать дополнительной обработке и с ним можно безопасно работать. Такое преимущество можно легко обеспечить, регулируя, например, зону уплотнения и/или число чередований зоны уплотнения/зоны разуплотнения устройства для разгрузки.

Можно также констатировать, что разгрузка порошков значительно облегчена. Такое преимущество особенно желательно в случае разгрузки клейкого, слипшегося порошка.

И наконец, данное изобретение относится к способу полимеризации в газообразной фазе с помощью реактора с псевдоожиженным слоем, осуществляемому с использованием устройства для разгрузки, описанного ранее. Реакция полимеризации обычно осуществляется каталитической системой, содержащей переходный металл, относящийся к группам IIIb, IVb, Vb и VIb Периодической таблицы, и которая может содержать активирующий агент, выбранный среди органометаллических соединений групп I-III Периодической системы элементов. Чаще всего соединение переходного металла представляет собой твердое вещество на основе титана, а органометаллическое соединение - соединение алюминия. Реакция полимеризации может также осуществляться с помощью катализатора на основе хрома, нанесенного на основание на базе кремния.

Данное изобретение иллюстрируется на примере, приведенном ниже со ссылками на единственный чертеж, на котором схематично представлены: - реактор с псевдоожиженным слоем 1; - задвижка, обеспечивающая изоляцию реактора с псевдоожиженным слоем, 2; - зона уплотнения 3. Эта зона состоит из спаренного шнека 4, расположенного в кожухе 5, шаг которого постепенно уменьшается; - зона разуплотнения 6. Эта зона также состоит из двойного (спаренного) шнека 7, расположенного в кожухе 8, обеспечивающего подачу под давлением азота через боковую трубу 9, шаг шнека 7 постепенно увеличивается; - конечная зона 10, обеспечивающая окончательную разгрузку реактора;
- двигатель 11, обеспечивающий вращение вала шнеков.

Пример. Реактор 1 для полимеризации пропилена в псевдоожиженном слое с вертикальной осью, работающий при давлении порядка 500 псиг (35·10⁵ Па) и при температуре между 80 и 110^oC, непрерывно разгружается через задвижку (вентиль) 2 и помощью устройства, имеющего двойной (спаренный) шнек с одновременным вращением в одном направлении, составленный из элементов, которые обычно составляют экструдеры с двойными шнеками, с одновременным вращением в одном направлении (см. "Schnecken maschineu in der Verfahrenstechnik" Ed. Springer Verlag 1972, р.р.60-66, 120-128, 151-154). В этом двойном шнеке последовательно расположены зона уплотнения 3 и зона разуплотнения 6. В зоне уплотнения шаг шнека 4 постепенно уменьшается так, чтобы порошок уплотнялся без его сжимания. Можно отметить также, что не происходит плавления частиц полимера. В зоне разуплотнения, где поддерживается давление 36,4·10⁵ Па азота, подаваемого через боковую трубу 9, шаг шнека 7 постепенно увеличивается так, чтобы имеющийся объем порошка увеличивался. Вращение двойного (спаренного) шнека обеспечивается двигателем 11 и подгоняется таким образом, чтобы высота верхнего уровня псевдоожиженного слоя оставалась постоянной. В конце зоны уплотнения порошок полимера разгружается в сборник 10.

Формула изобретения

1. Способ разгрузки порошка из реактора, содержащего одновременно порошок и газ под давлением, отличающийся тем, что фракцию порошка, содержащегося в реакторе, разгружают с помощью устройства, включающего зону уплотнения, в которой наличный объем порошка уменьшают, не сжимая его, уменьшая при этом газообразную фазу, поступающую из реактора, при этом названная зона уплотнения содержит по меньшей мере один шнек, расположенный в кожухе.

2. Способ разгрузки по п.1, отличающийся тем, что разгружают порошок из реактора с псевдоожиженным слоем.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что порошок разгружают из точки, расположенной между верхним уровнем псевдоожиженного слоя и решеткой псевдоожижения.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что порошок разгружают из реактора для полимеризации.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что порошок разгружают из реактора для полимеризации в газообразной фазе α- олефинов, содержащих от 2 до 22 атомов углерода.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что уплотнение порошка осуществляют во время его перемещения из точки соединения зоны уплотнения с реактором в направлении противоположного конца зоны уплотнения.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что уплотнение порошка сопровождается уменьшением количества газообразной фазы, поступающей из реактора.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что шнек выполнен с уменьшающимся шагом шнека.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что диаметр оси шнека выполнен с постепенным увеличением.

10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что зона уплотнения состоит из двух шнеков, вращающихся в одном направлении или в противоположных направлениях.

11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что порошок затем разуплотняют в зоне разуплотнения, содержащей инертный газ под давлением выше давления внутри реактора, в которой увеличивают наличный объем порошка, разбавляя его инертным газом.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что уплотнение и разуплотнение осуществляют в одном объеме, включающем одну зону уплотнения и одну зону разуплотнения, которые отделены одна от другой.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что уплотнение и разуплотнение осуществляют в одном объеме, включающем одну зону уплотнения и одну зону разуплотнения, которые не отделены одна от другой.

14. Способ по любому из пп.11 - 13, отличающийся тем, что зона разуплотнения содержит один или несколько шнеков в одном или нескольких кожухах.

15. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что разгрузку порошка осуществляют с помощью устройства, состоящего из кожуха, который содержит два шнека, вращающихся в одном направлении и имеющего первую зону, уплотнения, в которой уменьшают шаг шнеков, за которой расположена вторая зона, разуплотнения, в которой увеличивают шаг этих шнеков, вводя при этом газ из боковой трубы.

16. Способ по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что разгрузку порошка осуществляют с помощью устройства, включающего несколько рядов, состоящих из одной зоны уплотнения и одной зоны разуплотнения.

17. Способ по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что он включает окончательную разгрузку реактора в конечной зоне.

18. Способ полимеризации α-олефинов в газообразной фазе, включающей разгрузку полимера, отличающийся тем, что полимер разгружают с использованием способа по любому из пп.1 - 17.

РИСУНКИ

Рисунок 1