Способ подачи жидкости в псевдоожиженный слой
Номер патента: 2863
Опубликовано: 31.10.2002
Авторы: Баррако Жозеф, Дюгюа Пьер, Морель Анри, Шамэю Жан-Луи, Демустье Гийом, Ларж Жан-Ноэль, Мадри Эрик, Шэн Жан-Клод, Санше Рональд
Формула / Реферат
1. Способ подачи жидкости в псевдоожиженный слой реактора, в котором происходит процесс непрерывной полимеризации в газовой фазе мономера олефина, выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) их смеси, а также одного или нескольких других альфа-олефинов в сочетании с компонентом а), б) или в), заключающийся в том, что газовую фазу, которая поддерживает псевдоожиженный слой и проходит через него, непрерывно прокачивают через реактор по внешнему замкнутому контуру, нагревают, пропуская через слой катализатора полимеризации при условиях реакции с образованием из нее частицы полимера, и охлаждают, отличающийся тем, что жидкость подают в реактор с помощью, по крайней мере, одного сопла, имеющего подводящую трубу (1) и втулку (2), которая расположена внутри подводящей трубы на одном из ее концов и имеет возможность перемещения по типу плунжера внутри трубы и положение которой по длине подводящей трубы определяется давлением жидкости (3) на входе в сопло и усилием возврата, создаваемым предварительно сжатой пружиной (4), один конец которой соединен со втулкой (2), а другой - с подводящей трубой (1), при этом на наружной скользящей по внутренней поверхности подводящей трубы поверхности втулки (2) предусмотрена одна или несколько продольных канавок (10), которые сообщаются с имеющейся на втулке кольцевой канавкой (11), расположенной ниже круглого упора (8), выполненного за одно целое со втулкой, а также тем, что
1) когда давление жидкости (3) на входе в сопло недостаточно для перемещения втулки (2), ее упор (8) упирается в опорный торец (9) конца подводящей трубы (1), перекрывая сопло и прекращая подачу жидкости (3) в реактор и удерживая сопло в таком перекрытом положении, при этом опорный торец (9) подводящей трубы и круглый упор (8) втулки имеют упирающиеся друг в друга опорные, или несущие, поверхности (12) и (13) с минимальной площадью контакта, обеспечивающей хорошее уплотнение стыка между упором втулки и опорным торцом трубы, и
2) когда давление жидкости (3) на входе в сопло достаточно для перемещения втулки (2), подаваемая в сопло жидкость (3) проходит через продольные канавки (10) и кольцевую канавку (11) втулки и выходит из сопла наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между несущими поверхностями, одна из которых расположена на опорном торце (9) подводящей трубы (1), а вторая - на круглом упоре (8) втулки (2).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую фазу, которая поддерживает псевдоожиженный слой и проходит через него, при ее непрерывной прокачке по внешнему замкнутому контуру охлаждают до температуры, при которой она частично конденсируется, отделяют образовавшуюся в результате конденсации жидкость от газовой фазы и подают эту жидкость непосредственно в псевдоожиженный слой реактора предлагаемым в изобретении способом.
3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что количество продольных канавок (10) на наружной поверхности втулки составляет от 2 до 8, предпочтительно от 4 до 6, например 4.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что площадь контакта опорных, или несущих, поверхностей (12) и (13) опорного торца (9) конца подводящей трубы (1) и круглого упора (8) втулки (2) уменьшена за счет выполнения на опорном торце (9) внутренней фаски.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что перемещение втулки ограничено блокирующим устройством.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что катализатор или форполимер подают непосредственно в псевдоожиженный слой через предлагаемое в изобретении сопло.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реактор с псевдоожиженным слоем имеет от 2 до 8 сопел.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сопла расположены вертикально.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что угол охвата распыляемой соплом жидкости на выходе из сопла составляет 360ш.
10. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что сопла расположены горизонтально.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что струи подаваемой в реактор жидкости формируются в псевдоожиженном слое и имеют форму горизонтальных полых конусов.
Текст
1 Настоящее изобретение относится к способу подачи образовавшейся в процессе конденсации жидкости в реактор, предназначенный для (со-)полимеризации в газовой фазе этилена и/или пропилена в псевдоожиженном слое. Известно, что в настоящее время полимеризация одного или нескольких мономеров в газовой фазе при давлении, большем атмосферного, обычно проводится в реакторе с псевдоожиженным слоем, в котором частицы образовавшегося полимера удерживаются в псевдоожиженном состоянии восходящим потоком смеси реакционных газов, содержащей подлежащий полимеризации мономер или мономеры. Полученный полимер в виде порошка обычно выгружается из реактора, и поэтому образующийся в реакторе псевдоожиженный слой все время имеет более или менее постоянный объем. Обычно при промышленной полимеризации для образования в реакторе псевдоожиженного слоя используют сетку или так называемую пористую подину, которая равномерно распределяет смесь реакционных газов по всему объему псевдоожиженного слоя и служит основанием псевдоожиженного слоя, запирающим поток поднимающегося вверх газа. Смесь реакционных газов по внешней трубе, в которую врезан компрессор, перекачивается из верхней части реактора с псевдоожиженным слоем в его нижнюю часть под образующую в реакторе псевдоожиженный слой сетку. Реакция полимеризации мономеров является экзотермической. Поэтому реактор должен быть оборудован устройствами, необходимыми для охлаждения псевдоожиженного слоя и отбора из него тепла, выделяющегося в процессе полимеризации. Предпочтительный способ полимеризации этилена и/или пропилена в псевдоожиженном слое предполагает охлаждение смеси реакционных газов до температуры, более низкой, чем температура полимеризации, что позволяет при прохождении через псевдоожиженный слой образующего его газа компенсировать излишек тепла, выделяющегося в процессе полимеризации. При этом перекачиваемую обратно в реактор смесь реакционных газов обычно охлаждают, по крайней мере, в одном теплообменнике, врезанном во внешний трубопровод, по которому ее перекачивают обратно в реактор, отбирая от нее тепло, выделяющееся в процессе полимеризации, и поддерживая температуру полимеризации на должном уровне. В последние годы был предпринят ряд попыток оптимизировать процесс полимеризации в газовой фазе с целью увеличения количества полимера, получаемого на существующих установках. Для этого соответствующим образом по количеству получаемого на установке полимера оценивали ее производительность и в частности определяли выход полимера в кг на единицу объема реактора в единицу времени (кг/ч/м 3). 2 Известно, что производительность промышленных реакторов описанного выше типа непосредственно зависит от интенсивности отвода выделяющегося в реакторе тепла. Добиться увеличения нтенсивности отвода тепла из реактора можно, например, путем увеличения скорости образующего псевдоожиженный слой газа,и/или уменьшения его температуры, и/или увеличения его теплоемкости. В заявке WO 94/28032 описан способ полимеризации олефинов в газовой фазе, в котором поток циркулирующего газа охлаждают до температуры, достаточно низкой для образования жидкости и газа. Отделяемую от газа жидкость подают непосредственно в псевдоожиженный слой, увеличивая тем самым суммарное количество жидкости, подаваемой в реактор с псевдоожиженным слоем, испарение которой обеспечивает более эффективное охлаждение слоя и позволяет повысить производительность реактора. В настоящее время известно много разных способов подачи жидкости в псевдоожиженный слой. В заявке WO 98/18548 описаны предназначенные для впрыскивания жидкости в псевдоожиженный слой сопла, которые имеют входное отверстие, через которое в сопло под давлением подается жидкость, и выходное отверстие, в котором расположено механическое устройство для распыления жидкости и которое образует зону образования распыленной струи жидкости. Если такие сопла не использовать для впрыскивания в псевдоожиженный слой жидкости, то во избежание их забивания находящимся в псевдоожиженном слое порошком через них вместо жидкости часто распыляют газ. Однако впрыскивание в псевдоожиженный слой газа вместо жидкости связано с определенными ограничениями из-за возможного уноса из оборудованных такими соплами реакторов с псевдоожиженным слоем значительных количеств находящегося в них порошка. В патенте US 2164411 предложено сопло,предназначенное для впрыскивания под давлением жидкости или флюида, в частности воздуха или водяного пара, в емкость с распыленным,гранулированным или другим аналогичным материалом и его аэрирования и выгрузки из емкости. Сопло имеет корпус с входным отверстием, которое соединяется с источником сжатого воздуха или водяного пара, выходное отверстие и клапан, который регулирует расход проходящего через сопло сжатого воздуха или водяного пара. В корпусе сопла расположен подвижный шток с закрепленной на одном из его концов головкой клапана, которая садится в седло, расположенное на конце корпуса. На другом конце штока закреплен расположенный внутри корпуса поршень, который используется для открытия клапана (перемещения его головки относительно седла) и обеспечивает возможность прохождения через сопло воздуха или водяного 3 пара. Перекрытие входного отверстия сопла,которое при этом перестает сообщаться с источником сжатого воздуха или водяного пара,осуществляется с помощью пружины, которая прижимает головку клапана к его седлу. Сопла,предложенные в патенте US 2164411, никогда не использовались для впрыскивания жидкости и, тем более, никогда не использовались для впрыскивания жидкости в псевдоожиженный слой. В заявке WO 96/20780 предложен способ впрыскивания жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой с помощью сопла, в котором используется распыляющий газ и которое обеспечивает проникновение жидкости в псевдоожиженный слой в горизонтальном направлении в пределах от 250 до 25000 мм при падении давления в смесительной камере в диапазоне от 0,88 до 1,5 бара. Существенными моментами, от которых зависят оптимальное проникновение жидкости в псевдоожиженный слой и ее рассеивание в нем, являются, как известно,отношение площади выходных отверстий сопла к расходу протекающей через него жидкости, а также возможность поддержания в смесительной камере необходимого перепада давления. Сопла, предложенные в заявке WO 96/20780, не позволяют контролировать глубину проникновения жидкости в псевдоожиженный слой. Добиться оптимального проникновения жидкости в псевдоожиженный слой и ее рассеивания в нем с помощью таких сопел можно только за счет подбора поперечного сечения жиклеров,которое необходимо выбирать с учетом диапазона рабочих расходов жидкости, впрыскиваемой такими соплами в псевдоожиженный слой. При подаче жидкости в псевдоожиженный слой известными в настоящее время соплами или, по крайней мере, большинством из них возникает проблема, связанная с длиной выходящих из сопел струй жидкости и их воздействием на псевдоожиженный слой. Для поддержания слоя порошка в псевдоожиженном состоянии очень важно, чтобы в любой точке псевдоожиженного слоя концентрация жидкости не выходила за определенный уровень, выше которого из-за комкования порошка поддержание его в псевдоожиженном состоянии становится невозможным. Задача, которая была положена в основу настоящего изобретения, состояла в поиске решения, ограничивающего длину струй впрыскиваемой в псевдоожиженный слой жидкости определенным пределом, при котором струи жидкости не достигают внутренней поверхности стенок реактора и жидкость не собирается на стенках реактора. Другая задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы найти приемлемое решение, при котором струи жидкости имеют длину, достаточно большую для того, чтобы подаваемая в реактор жидкость могла хорошо рассеиваться в псевдоожиженном 4 слое и не собиралась у выходных отверстий сопел. Для решения этих задач в изобретении предлагается способ подачи жидкости в реактор с псевдоожиженным слоем, имеющий, по крайней мере, одно сопло, который позволяет ограничить длину струи или струй жидкости в псевдоожиженном слое и в большинстве случаев регулировать ее в зависимости от расхода протекающей через сопло жидкости. Предлагаемый в изобретении способ может дать наибольший эффект при подаче жидкости в реактор с псевдоожиженным слоем, в котором происходит непрерывный процесс полимеризации в газовой фазе. Изобретение относится к способу подачи жидкости в псевдоожиженный слой реактора, в котором происходит процесс непрерывной полимеризации в газовой фазе мономера олефина,выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) их смеси, а также одного или нескольких других альфа-олефинов в сочетании с компонентами а),б), в), при осуществлении которого газовую фазу, которая поддерживает псевдоожиженный слой и проходит через него, непрерывно прокачивают через реактор по внешнему замкнутому контуру, нагревают, пропуская через слой катализатора полимеризации при условиях реакции с образованием частиц полимера, и охлаждают и который отличается тем, что жидкость подают в реактор с помощью, по крайней мере, одного сопла, содержащего подводящую трубу (1) и втулку (2), которая расположена внутри подводящей трубы на одном из ее концов и имеет возможность перемещения по типу плунжера внутри трубы и положение которой по длине подводящей трубы определяется давлением жидкости (3) на входе в сопло и усилием возврата, создаваемым предварительно нагруженной (сжатой) пружиной (4), один конец которой соединен с этой втулкой (2), а другой - с подводящей трубой (1), при этом на наружной скользящей по внутренней поверхности подводящей трубы поверхности втулки (2) предусмотрена одна или несколько продольных канавок (10),которые сообщаются с имеющейся на втулке (2) кольцевой канавкой (11) ниже круглого упора(8), выполненного заодно с втулкой, а также тем, что 1) когда давление жидкости (3) на входе в сопло недостаточно для перемещения втулки(2), упор (8) упирается в опорный торец (9) конца подводящей трубы (1), перекрывая сопло и прекращая подачу жидкости (3) в реактор и удерживая сопло в таком перекрытом положении, при этом опорный торец (9) подводящей трубы и круглый упор (8) втулки имеют упирающиеся друг в друга опорные, или несущие,поверхности (12) и (13) с минимальной площадью контакта, обеспечивающей хорошее уплотнение стыка между упором втулки и опорным торцом трубы, и 5 2) когда давление жидкости (3) на входе в сопло достаточно для перемещения втулки (2),подаваемая в сопло жидкость проходит через продольные канавки (10) и кольцевую канавку(11) втулки и выходит из сопла наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между несущими поверхностями, одна из которых расположена на опорном торце (9) подводящей трубы (1), а вторая - на круглом упоре (8) втулки (2). Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи,на которых показано на фиг. 1 - не ограничивающий объем изобретения пример схематично изображенной конструкции сопла, используемого при осуществлении предлагаемого в изобретении способа,на фиг. 2 - схематичное изображение конструкции сопла, используемого при осуществлении предлагаемого в изобретении способа, в горизонтальном положении и на фиг. 3 - графики зависимости перепада давления жидкости от ее расхода для выполненных в соответствии с не ограничивающим объем изобретения вариантом сопел, показанных на фиг. 1 и 2. Предлагаемый в изобретении способ может успешно использоваться для подачи любой жидкости или любого разбавленного жидкостью материала в псевдоожиженный слой. В предпочтительном варианте изобретения газовую фазу, поддерживающую псевдоожиженный слой, непрерывно прокачивают по замкнутому контуру через реактор, пропуская ее через псевдоожиженный слой, охлаждают до температуры, при которой в результате конденсации из части проходящего по этому контуру газа образуется жидкость, отделяют образовавшуюся в результате конденсации жидкость от газовой фазы и подают непосредственно в псевдоожиженный слой предлагаемым в изобретении способом. Выполненное в соответствии с изобретением сопло имеет подводящую трубу и втулку,которая перемещается по типу плунжера внутри одного из концов этой трубы. Попадающая в подводящую трубу жидкость проходит внутри трубы в направлении того из ее концов, в котором расположена втулка. Втулка может иметь любые размеры, которые, однако, должны обеспечивать возможность ее перемещения по типу плунжера внутри трубы. Верхнюю часть втулки предпочтительно выполнить заостренной. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа положение втулки по длине подводящей трубы определяется давлением жидкости на входе в сопле и обратным усилием предварительно сжатой пружины. Втулка может перемещаться вдоль подводящей трубы в направлении, близком к направлению продольной оси трубы. Давление жидкости на входе в сопло создает приложенное ко втулке усилие, под дей 002863 6 ствием которого она стремится выйти из подводящей трубы наружу. При достаточно большом давлении жидкости на входе в сопло втулка начинает перемещаться внутри трубы и частично выходит из нее, открывая сопло. Под "достаточно большим давлением" понимается давление,необходимое для создания приложенного к втулке усилия, которое больше приложенного ко втулке усилия возврата, соответствующего исходной регулировке пружины и определенному усилию ее предварительного сжатия. Предварительно сжатая пружина, которая используется при осуществлении изобретения,одним своим концом крепится ко втулке, а другим - к подводящей трубе. Установку в сопло предварительно сжатой пружины можно выполнить любым способом, обеспечивающим ее работу и при сжатии, и при обратном ходе. Концы предварительно сжатой пружины можно соединить со втулкой и подводящей трубой либо непосредственно, либо через одну или несколько промежуточных деталей. Соединение концов пружины со втулкой и трубой можно выполнить любым способом, например путем механического крепления или в виде простого упора. Для крепления дальнего по направлению движения жидкости по подводящей трубе конца предварительно сжатой пружины к самой подводящей трубе можно использовать, например,предусмотренный в трубе круглый внутренний буртик, образующий упор для этого конца пружины. Другой конец пружины может при этом упираться в гайку, навернутую на соединенный с втулкой шток. В этом варианте перемещение гайки по резьбе соединенного с втулкой штока сопровождается частичным сжатием пружины и плотным прижатием друг к другу несущих поверхностей круглого упора втулки и опорного торца подводящей трубы. В выполненном таким образом сопле предварительно сжатая пружина работает на сжатие, а ее предварительное сжатие соответствует усилию начального сжатия,которое создается затяжкой навернутой на шток гайки. Рабочее давление, на которое рассчитывается такая предварительно сжатая пружина,определяется как минимальное давление, при котором начинается перемещение втулки. На наружной скользящей по подводящей трубе поверхности втулки имеется одна или несколько продольных канавок. В предпочтительном варианте изобретения втулка имеет несколько таких канавок, равномерно распределенных по окружности втулки. Втулка может иметь от 2 до 8, предпочтительно от 4 до 6 канавок, например 4 канавки. Площадь поперечного сечения таких канавок должна быть достаточно большой для того, чтобы потери давления протекающей через канавки жидкости были по возможности минимальными и чтобы через них могли свободно проходить твердые частицы,которые могут присутствовать в жидкости. С 7 другой стороны, площадь поперечного сечения канавок должна быть ограничена таким образом, чтобы скорость протекающей через канавки жидкости поддерживалась на минимальном уровне с тем, чтобы содержащиеся в жидкости твердые частицы не оседали на стенках канавок и не забивали канавки. Втулка сопла по изобретению имеет также кольцевую канавку, которая расположена ниже выполненного с ней за одно целое упора и с которой сообщаются упомянутые выше продольные канавки. Кольцевая канавка втулки должна быть достаточно широкой и глубокой для того,чтобы попадающая в нее из продольных канавок жидкость равномерно распределялась по окружности втулки и уносила из канавки попадающие в нее вместе с жидкостью твердые частицы. На подводящей трубе сопла по изобретению имеется упорный торец, в который, когда давление жидкости на входе в сопло недостаточно для перемещения втулки, упирается выполненный с ней за одно целое круглый упор,который перекрывает сопло и удерживает его в таком перекрытом положении, препятствуя одновременно попаданию внутрь сопла из реактора различных твердых частиц. Давление жидкости на входе в закрытое сопло не должно быть слишком большим и для того, чтобы втулка оставалась неподвижной, т.е. не должно создавать усилия, большего усилия возврата, соответствующего предварительному сжатию пружины. Ниже этого давления, т.е. ниже давления, при котором происходит открытие сопла, круглый упор втулки под действием усилия возврата,создаваемого пружиной, будет постоянно оставаться прижатым к упорному торцу подводящей трубы. Опорный торец конца подводящей трубы и круглый упор втулки сопла имеют упирающиеся друг в друга опорные (несущие) поверхности с минимальной площадью контакта, обеспечивающей хорошее уплотнение стыка между втулкой и трубой. Эти опорные, или несущие,поверхности предпочтительно выполнить плоскими. Для уменьшения площади контакта на опорной, или несущей, поверхности опорного торца конца подводящей трубы на ее внутреннем диаметре можно выполнить коническую фаску. При повышении давления жидкости на входе в сопло до давления, достаточного для перемещения втулки и открытия сопла, подаваемая в сопло жидкость проходит через продольные канавки и кольцевую канавку втулки и выходит из сопла наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между опорными, или несущими, поверхностями, одна из которых расположена на опорном торце подводящей трубы, а вторая - на упоре втулки. Для открытия сопла и подачи жидкости в реактор действующее на втулку усилие от давления 8 жидкости на входе в сопло должно быть больше усилия возврата пружины, соответствующего исходной регулировке пружины на открытие сопла и определенному усилию ее предварительного сжатия. При давлениях, больших давления открытия сопла, втулка начинает перемещаться и подаваемая в сопло жидкость выходит из него наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между опорными, или несущими, поверхностями, одна из которых расположена на опорном торце подводящей трубы, а вторая - на упоре втулки. Выполнив соответствующим образом (по форме) опорные,или несущие, поверхности торца подводящей трубы и упора втулки, режим истечения выходящей из сопла жидкости можно оптимизировать по величине потерь давления, по степени распыления жидкости в образующейся на выходе из сопла струе и по глубине ее проникновения в псевдоожиженный слой. В одном из вариантов изобретения предлагается использовать специальное блокирующее устройство, ограничивающее ход втулки. Это устройство можно выполнить в виде закрепленного на соединенном с втулкой штоке кольца,которое в точке максимального перемещения втулки упирается в буртик подводящей трубы. При подаче жидкости в псевдоожиженный слой через сопло в псевдоожиженном слое формируется струя подаваемой в него жидкости. С целью обеспечить нормальную работу сопла во всем диапазоне рабочих расходов подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости с ограниченной длиной струи вытекающей из сопла жидкости необходимо соответствующим образом выбрать величину максимального открытия сопла, т.е. величину максимального зазора между опорными, или несущими, поверхностями опорного торца подводящей трубы и упора втулки. Другим параметром, определяющим работу сопла, является жесткость пружины и ее предварительное сжатие. Длина струи, подаваемой в псевдоожиженный слой жидкости, зависит и меняется в одном и том же направлении, главным образом,от перепада давления в сопле. Перепад давления в сопле зависит, в свою очередь, от расхода протекающей через сопло жидкости и от величины открытия сопла или размеров поперечного сечения его выходного отверстия. Для каждого конкретного сопла можно определить зависимость перепада давления от расхода протекающей через него жидкости. Для прохождения жидкости через сопло на входе в сопло, прежде всего, необходимо иметь определенное минимальное давление. Это минимальное давление обычно соответствует давлению открытия сопла, на которое отрегулирована предварительно сжатая пружина. Усилие предварительного сжатия пружины предпочтительно определяется частичным сжатием пружины, при котором опорные, или несущие, по 9 верхности круглого упора втулки и опорного торца подводящей трубы прижимаются друг к другу. При увеличении давления жидкости на входе в сопло сверх давления открытия сопла,на которое отрегулирована предварительно сжатая пружина, сопло открывается и начинает пропускать жидкость. Размеры открывающегося выходного отверстия сопла могут изменяться при изменении расхода протекающей через него жидкости. График зависимости перепада давления в сопле от расхода протекающей через сопло жидкости представляет собой прямую, угол наклона которой вплоть до максимального открытия сопла определяется жесткостью пружины. Во всем рабочем диапазоне, для которого характерна линейная зависимость перепада давления от расхода, перепад давления в сопле ограничен и меняется в линейной зависимости от расхода жидкости, что в полной мере относится и к длине вытекающей из сопла в псевдоожиженный слой струи жидкости. Длину струи вытекающей из сопла в псевдоожиженный слой жидкости можно регулировать по изменению перепада давления в сопле, выбрав для этого оптимальным образом жесткость пружины и величину максимального открытия сопла. За пределами линейного участка, т.е. при максимальном открытии сопла, зависимость перепада давления в сопле, а тем самым и длины струи вытекающей из сопла жидкости от расхода протекающей через него жидкости становится существенно значительней. В предлагаемом в изобретении способе описанное выше сопло используется для подачи образовавшейся в процессе конденсации жидкости в работающий в непрерывном режиме реактор с псевдоожиженным слоем, в котором в газовой фазе происходит процесс полимеризации. В процессе (со-)полимеризации полимер можно получать из мономера олефина, выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) их смеси, а также одного или нескольких других альфа-олефинов в сочетании с компонентами а), б), в). Поддерживающая псевдоожиженный слой газовая фаза,прохождение которой через находящийся в псевдоожиженном состоянии катализатор при условиях реакции сопровождается ее нагреванием и образованием частиц полимера, прокачивается по замкнутому контуру и охлаждается до температуры, при которой в результате конденсации определенная ее часть превращается в жидкость. Образовавшийся конденсат предпочтительно отделяют от газовой фазы и через одно или несколько описанных выше сопел подают непосредственно в псевдоожиженный слой реактора. Процесс (со-)полимеризации обычно происходит при непрерывном или полунепрерывном добавлении в реактор катализатора Циглера-Натта, содержащего, по крайней мере, один переходный металл, в сочетании с сокатализа 002863 10 тором, содержащим металлорганическое соединение, например алюмоорганическое соединение. Катализатор (полимеризации или сополимеризации) содержит, по существу, атом переходного металла, выбранного из металлов IV-ой и V-ой групп Периодической таблицы элементов, такого как титан, ванадий, хром, цирконий или гафний, необязательно атом магния и атом галогена. В качестве катализатора можно также использовать катализатор Циглера-Натта металлоценового типа. Катализатор можно использовать с носителем из пористого тугоплавкого оксида, такого как диоксид кремния или диоксид алюминия, или же вместе с твердым соединением магния, таким как хлорид магния, оксид магния, гидроксихлорид магния или алкоксид магния. Помимо этого, в качестве катализатора полимеризации (сополимеризации) можно также использовать комплексные соединения с железом и/или кобальтом, например описанные в заявке WO 98/27124 или WO 98/2638. И, наконец, в качестве катализатора можно использовать и катализатор, состоящий, по существу, из оксида хрома, активированного путем тепловой обработки, в сочетании с гранулированным носителем на основе тугоплавкого оксида. Катализатор можно использовать в виде порошка форполимера, полученного предварительно из описанного выше катализатора в процессе форполимеризации. Форполимеризацию можно осуществлять в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме, например в жидком углеводороде или в газовой фазе. Катализатор или форполимер можно подавать в реактор непрерывно или периодически,отдельными дозами. Катализатор или форполимер целесообразно подавать непосредственно в псевдоожиженный слой предлагаемым в изобретении соплом. Для этого можно использовать любую приемлемую жидкость, предпочтительно полученную в процессе конденсации. Подача в реактор катализатора или форполимера в потоке жидкости способствует более эффективному его распылению в псевдоожиженном слое. Сопло или сопла можно установить в любой точке реактора с псевдоожиженным слоем,подавая в них жидкость с помощью обычных устройств раздельно, последовательно или параллельно. При этом направление струи выходящей из сопла жидкости также может быть любым. Реактор обычно имеет от 2 до 8, предпочтительно от 4 до 6 сопел. Сопла могут быть установлены вертикально, с проходом насквозь через образующую псевдоожиженный слой сетку. Целесообразно,чтобы распыление вытекающей из сопла жидкости происходило за пределами сопла с максимально возможным углом охвата (равным, в частности, 360) и, по возможности, полным 11 распределением жидкости по всему поперечному сечению псевдоожиженного слоя. В этом случае процесс испарения образовавшейся в результате конденсации жидкости будет происходить в реакторе более интенсивно, что является безусловным преимуществом предлагаемого в изобретении способа, позволяющего повысить производительность реактора с псевдоожиженным слоем при полимеризации в нем олефинов в газовой фазе. Сопла, предназначенные для подачи жидкости в псевдоожиженный слой, можно также расположить и горизонтально, установив их для этого в соответствующих отверстиях в вертикальной стенке реактора. Преимущество горизонтального расположения сопел состоит в возможности увеличить длину струй распыляемой в псевдоожиженном слое жидкости. При этом оптимальной формой струи распыляемой в псевдоожиженном слое жидкости является форма горизонтального полого конуса. Выходные отверстия установленных на реакторе сопел должны находиться в псевдоожиженном слое, предпочтительно в его нижней части. При установке сопел на обычный реактор промышленного типа с высотой псевдоожиженного слоя над образующей его сеткой от 10 до 20 м сопла должны быть расположены выше сетки на расстоянии от 3 до 7 м. Предлагаемые в изобретении способ и устройство обладают целым рядом преимуществ. Одним из таких преимуществ является возможность изменения размеров выходного отверстия сопла между опорными, или несущими, поверхностями опорного торца конца подводящей трубы и круглого упора втулки в зависимости от необходимого расхода подаваемой в реактор жидкости и ограничения за счет этого длины выходящей из сопла струи жидкости. Такая возможность позволяет обеспечить эффективную и оптимальную работу сопла в широком диапазоне расходов, не ограничиваясь при этом каким-либо минимальным расходом и регулируя по мере необходимости длину струй жидкости, попадающей в реактор через установленные на нем сопла. Очень важным преимуществом предлагаемого в изобретении способа является возможность ограничения длины струй образовавшейся в результате конденсации жидкости, которые не должны достигать стенок реактора, в котором протекает процесс полимеризации. Еще одно преимущество изобретения связано с тем, что даже при очень широком диапазоне расходов подаваемой в реактор жидкости находящийся внутри реактора в псевдоожиженном слое порошок никогда не может попасть обратно в сопло. При этом одновременно отпадает и необходимость в защите сопел от возможного попадания в них из реактора твердых частиц продувкой через них поддерживающего псевдоожиженный слой газа. 12 Преимуществом изобретения является также и то, что под действием пульсаций давления жидкости на входе в сопло его расположенная в подводящей трубе втулка непрерывно совершает колебания с малой амплитудой. Такие колебания, обусловленные пульсациями давления жидкости в перекачивающей системе, существенно снижают опасность возможного залипания втулки в подводящей трубе. Предлагаемый в изобретении способ оказывается наиболее эффективным в тех случаях,когда существует необходимость во временном перекрытии одного или нескольких сопел. Такая возможность, как очевидно, отсутствует при использовании других сопел, которые во избежание их забивания порошком не должны работать с перерывами. Предлагаемый способ, который разработан применительно к процессу полимеризации в псевдоожиженном слое, обладает существенными техническими и экономическими достоинствами, обусловленными возможностью эффективного контроля реакции полимеризации и по тепловому режиму, и по условиям, при которых она протекает. Осуществление предлагаемого в изобретении способа позволяет использовать в промышленных целях большие по размерам реакторы. Одним из примеров возможного осуществления изобретения является процесс полимеризации этилена в псевдоожиженном слое в реакторе с четырьмя описанными выше и схематично показанными на приложенных к описанию чертежах соплами. В приведенной ниже таблице указаны основные условия работы реактора, в котором происходит процесс полимеризации этилена. Сорт полимера Температура реактора с псевдоожиженным слоем Давление в реакторе с псевдоожиженным слоем Состав газовой фазы реактора: этилен, мас.% водород, мас.% 1-бутен, мас.% пентан, мас.% азот, мас.% Температура газовой фазы на входе в реактор Скорость газа, необходимая для образования псевдоожиженного слоя Количество полученного полиэтилена Расход жидкости, образовавшейся в результате конденсации, на сопло По окончании испытаний реактора с предлагаемыми в изобретении соплами в извлеченных из реактора соплах никаких отдельных частиц содержащегося в псевдоожиженном слое твердого порошка и никаких следов отложений обнаружено не было. Пример конструкции сопла, используемого для осуществления предлагаемого в изобретении способа, показан на фиг. 1. 13 На фиг. 1(а) показано "перекрытое" сопло,а на фиг. 1(б) это сопло изображено в рабочем положении с максимально открытым выходным отверстием. Изображенное на чертежах сопло, предназначенное для подачи в реактор жидкости, состоит из подводящей трубы (1) и втулки (2),которая расположена внутри подводящей трубы(1) на одном из ее концов и может перемещаться по типу плунжера внутри трубы. Положение втулки по длине подводящей трубы (1) определяется давлением жидкости (3) на входе в сопло и усилием возврата, создаваемым предварительно сжатой пружиной (4). Нижний по ходу потока жидкости конец предварительно сжатой пружины (4) через круглое кольцо 18 упирается во внутренний круглый буртик (5) подводящей трубы. Другой конец пружины упирается в другую круглую шайбу (19), которая крепится к соединенному с втулкой штоку (7) навернутой на него гайкой(6). В рассматриваемой конструкции сопла гайка (6), которая навернута на конец соединенного с втулкой штока (7), создает усилие предварительного частичного сжатия пружины (4), под действием которого расположенный на конце втулки круглый упор (8) своей несущей поверхностью упирается в несущую поверхность опорного торца (9) конца подводящей трубы (1). В данном случае пружина (4) работает на сжатие, а ее предварительное нагружение соответствует усилию начального сжатия, которое создается затяжкой навернутой на шток гайки (6). На наружной скользящей по внутренней поверхности подводящей трубы (1) поверхности втулки (2) выполнены продольные канавки (10). Эти канавки (10) сообщаются с имеющейся на втулке кольцевой канавкой (11), расположенной ниже выполненного за одно целое со втулкой круглого упора (8). Когда сопло не работает, круглый упор (8) втулки упирается в опорный торец (9) конца подводящей трубы. Опорный торец (9) подводящей трубы и круглый упор (8) втулки имеют упирающиеся друг в друга опорные (несущие) поверхности (12) и (13) с минимальной площадью контакта, обеспечивающей хорошее уплотнение стыка между упором втулки и торцом трубы. Когда давление жидкости (3) на входе в сопло (см. стрелку (16 достаточно для перемещения втулки (2), подаваемая в сопло жидкость проходит через продольные канавки (10) и кольцевую канавку (11) втулки и выходит из сопла наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между несущими поверхностями (12) и (13), одна из которых расположена на опорном торце (9) подводящей трубы, а вторая - на круглом упоре (8) втулки. Перемещение втулки (2) ограничено специальным блокирующим устройством. Это устройство выполнено в виде закрепленного на 14 штоке (7), который соединен с втулкой (2),кольца (14), которое в конце хода втулки (2) в направлении двойной стрелки (17) упирается во внутренний буртик (15) подводящей трубы (1). На фиг. 2 показан другой, также не ограничивающий объем изобретения пример горизонтального выполнения сопла, используемого для осуществления предлагаемого в изобретении способа. На фиг. 3 показаны графики зависимости перепада давления подаваемой в реактор через сопла жидкости от ее расхода для разных не ограничивающих изобретение конструкций сопел. Под перепадом давления подаваемой в реактор жидкости в данном случае подразумевается разность давлений между давлением жидкости в подводящей трубе (т.е. на входе в сопло) и давлением псевдоожиженного слоя. Графики,показанные на фиг. 3, получены при испытаниях трех сопел, установленных в реактор для полимеризации в псевдоожиженном слое растущих частиц полимера. График 1 относится к обычным соплам известной конструкции без какого-либо подпружиненного клапана. Перепад давления в таком сопле возрастает по экспоненте с увеличением расхода протекающей через сопло жидкости. Очевидно, что такое сопло не позволяет ограничить длину струи жидкости, подаваемой через него в псевдоожиженный слой. График 2 относится к предлагаемому в изобретении соплу с подводящей трубой диаметром 68 мм, с пружиной с усилием предварительного сжатия, рассчитанным на открытие сопла при давлении 2 бара, и максимальным открытием (расстоянии от упора втулки до торца трубы), равным 1,9 мм. Полученная для такого сопла линейная зависимость перепада давления от расхода позволяет достаточно точно регулировать размеры струи в псевдоожиженном слое реактора во всем рабочем диапазоне расходов, начиная от 0 и заканчивая 27 т/ч. Выбор пружины определенной жесткости обеспечивает возможность работы при малых расходах подаваемой в реактор жидкости с минимальным падением давления в сопле, а следовательно, и с минимальной длиной струи вытекающей из него жидкости. График 3 относится к предлагаемому в изобретении соплу с подводящей трубой диаметром 68 мм, с пружиной с усилием предварительного сжатия, рассчитанным на открытие сопла при давлении 1 бар, и максимальным открытием, равным 1,6 мм. По сравнению с описанным выше соплом (график 2) в этом сопле была установлена пружина с очень небольшой жесткостью. При такой сравнительно слабой пружине максимальное открытие сопла происходит при низком расходе подаваемой в реактор жидкости, что позволяет ограничить длину 15 струи в псевдоожиженном слое реактора, начиная непосредственно с момента открытия сопла. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подачи жидкости в псевдоожиженный слой реактора, в котором происходит процесс непрерывной полимеризации в газовой фазе мономера олефина, выбранного из а) этилена, б) пропилена, в) их смеси, а также одного или нескольких других альфа-олефинов в сочетании с компонентом а), б) или в), заключающийся в том, что газовую фазу, которая поддерживает псевдоожиженный слой и проходит через него, непрерывно прокачивают через реактор по внешнему замкнутому контуру, нагревают, пропуская через слой катализатора полимеризации при условиях реакции с образованием из нее частицы полимера, и охлаждают, отличающийся тем, что жидкость подают в реактор с помощью, по крайней мере, одного сопла,имеющего подводящую трубу (1) и втулку (2),которая расположена внутри подводящей трубы на одном из ее концов и имеет возможность перемещения по типу плунжера внутри трубы и положение которой по длине подводящей трубы определяется давлением жидкости (3) на входе в сопло и усилием возврата, создаваемым предварительно сжатой пружиной (4), один конец которой соединен со втулкой (2), а другой - с подводящей трубой (1), при этом на наружной скользящей по внутренней поверхности подводящей трубы поверхности втулки (2) предусмотрена одна или несколько продольных канавок (10), которые сообщаются с имеющейся на втулке кольцевой канавкой (11), расположенной ниже круглого упора (8), выполненного за одно целое со втулкой, а также тем, что 1) когда давление жидкости (3) на входе в сопло недостаточно для перемещения втулки(2), ее упор (8) упирается в опорный торец (9) конца подводящей трубы (1), перекрывая сопло и прекращая подачу жидкости (3) в реактор и удерживая сопло в таком перекрытом положении, при этом опорный торец (9) подводящей трубы и круглый упор (8) втулки имеют упирающиеся друг в друга опорные, или несущие,поверхности (12) и (13) с минимальной площадью контакта, обеспечивающей хорошее уплотнение стыка между упором втулки и опорным торцом трубы, и 2) когда давление жидкости (3) на входе в сопло достаточно для перемещения втулки (2),подаваемая в сопло жидкость (3) проходит через продольные канавки (10) и кольцевую канавку(11) втулки и выходит из сопла наружу через щель, образовавшуюся при перемещении втулки между несущими поверхностями, одна из которых расположена на опорном торце (9) подводящей трубы (1), а вторая - на круглом упоре (8) втулки (2). 16 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую фазу, которая поддерживает псевдоожиженный слой и проходит через него, при ее непрерывной прокачке по внешнему замкнутому контуру охлаждают до температуры, при которой она частично конденсируется, отделяют образовавшуюся в результате конденсации жидкость от газовой фазы и подают эту жидкость непосредственно в псевдоожиженный слой реактора предлагаемым в изобретении способом. 3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что количество продольных канавок (10) на наружной поверхности втулки составляет от 2 до 8, предпочтительно от 4 до 6, например 4. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что площадь контакта опорных, или несущих, поверхностей (12) и (13) опорного торца (9) конца подводящей трубы (1) и круглого упора (8) втулки (2) уменьшена за счет выполнения на опорном торце (9) внутренней фаски. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что перемещение втулки ограничено блокирующим устройством. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что катализатор или форполимер подают непосредственно в псевдоожиженный слой через предлагаемое в изобретении сопло. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реактор с псевдоожиженным слоем имеет от 2 до 8 сопел. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сопла расположены вертикально. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что угол охвата распыляемой соплом жидкости на выходе из сопла составляет 360. 10. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что сопла расположены горизонтально. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что струи подаваемой в реактор жидкости формируются в псевдоожиженном слое и имеют форму горизонтальных полых конусов.
МПК / Метки
МПК: B05B 1/32
Метки: псевдоожиженный, жидкости, слой, подачи, способ
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-2863-sposob-podachi-zhidkosti-v-psevdoozhizhennyjj-slojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ подачи жидкости в псевдоожиженный слой</a>