Сопло инжектора для впрыскивания реагентов в реактор

Номер патента: 10462

Опубликовано: 29.08.2008

Автор: Мёрс Марк

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сопло инжектора для впрыскивания реагентов при суспензионной полимеризации олефинов в петлевом реакторе, содержащее подводящий канал с впускным и выпускным отверстиями, отличающееся тем, что выпускное отверстие имеет некруговое поперечное сечение, а впускное отверстие имеет круговое поперечное сечение.

2. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является овальным, предпочтительно эллиптическим, с коротким радиусом Ry и длинным радиусом Rx.

3. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является прямоугольным с шириной 2Ry и длиной 2Rx.

4. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является ромбическим с длинной диагональю 2Rx и короткой диагональю 2Ry.

5. Сопло инжектора по любому из пп.1-4, где Rx составляет 0,8-5 от радиуса r подводящего канала для жидкости, предпочтительно 1-4, а более предпочтительно 1,5-3,5.

6. Сопло инжектора по любому из пп.1-5, где Ry составляет 1,25-0,25 от радиуса r подводящего канала для жидкости, предпочтительно 1-0,5.

7. Сопло инжектора по любому из пп.2-6, где Rx по меньшей мере в 1,1 раза длиннее, чем Ry, а предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раза.

8. Сопло инжектора по любому из пп.1-7, где переход от подводящего канала к каналу выпускного отверстия является плавным, предпочтительно коническим или пирамидальным.

9. Сопло инжектора по любому из пп.1-8, дополнительно включающее устройство, способное диспергировать газ во впрыскиваемых реагентах.

10. Сопло инжектора по любому из пп.1-9, где внешняя стенка (12) сопла инжектора является цилиндрической с диаметром, по меньшей мере на 5% превышающим 2Rx.

11. Петлевой реактор для реакции полимеризации олефинов, включающий сопло инжектора по любому из пп.1-10.

12. Петлевой реактор по п.11, где канал выпускного отверстия сопла инжектора соединен с указанным реактором так, что он имеет наименьший размер Ry в направлении, параллельном направлению основного потока жидкости в реакторе на уровне впрыскивания.

13. Петлевой реактор по п.11 или 12, где указанное сопло инжектора присоединяют на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или у выхода из него к сегменту трубы, присоединенному к указанному колену.

14. Петлевой реактор по п.13, где указанный сегмент трубы является вертикальным.

15. Петлевой реактор по любому из пп.11-14, где указанное сопло инжектора имеет направление впрыскивания, составляющее угол, отличающийся от 0ш, по отношению к плоскости, перпендикулярной к основному направлению потока в реакторе вблизи места впрыскивания.

16. Петлевой реактор по любому из пп.11-15, где указанное сопло инжектора присоединено к колену или у выхода колена петлевого реактора под углом, составляющим от 45 до 315ш, предпочтительно от 90 до 270ш, более предпочтительно от 120 до 240ш, при этом 0ш соответствует направлению наружу в средней плоскости колена реактора, расположенного ближе всего к точке впрыскивания.

17. Петлевой реактор по любому из пп.11-16, где указанное сопло инжектора присоединено у выхода колена на расстоянии, равном максимально удвоенному радиусу кривизны колена, предпочтительно на расстоянии, равном одному радиусу кривизны колена, а более предпочтительно на выходе радиуса кривизны колена.

18. Петлевой реактор по любому из пп.11-17, где канал выпускного отверстия сопла инжектора соединен с указанным реактором так, что он имеет наименьший размер Ry в направлении, параллельном направлению основного потока жидкости в реакторе на уровне впрыскивания.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

010462 Данное изобретение относится к усовершенствованию впрыскивания реагентов в реактор для суспензионной полимеризации олефинов. Более конкретно данное изобретение относится, во-первых, к конструкции сопла инжектора для впрыскивания реагентов в петлевой реактор, пригодный для проведения процесса суспензионной полимеризации олефинов. Во-вторых, данное изобретение относится к применению сопла инжектора для впрыскивания реагентов в петлевой реактор, пригодный для полимеризации олефинов. Полимеризацию олефинов, например полимеризацию этилена, часто проводят в петлевом реакторе с использованием мономера, разбавителя и катализатора и, возможно, дополнительных сомономеров и реакционных добавок, таких как добавки, препятствующие обрастанию петлевого реактора. Полимеризацию обычно проводят в условиях суспензии, когда продукт состоит обычно из твердых частиц и находится в суспензии в жидкой среде, содержащей разбавитель, мономер и, возможно, дополнительный мономер и реакционные добавки (для краткости разбавитель). Содержащаяся в реакторе суспензия постоянно циркулирует посредством насоса для поддержания эффективной суспензии твердых частиц полимера в жидком разбавителе, при этом продукт часто отбирают посредством выводов-отстойников, которые часто действуют на периодическом принципе, для удаления продукта. Если данный реактор является единственным реактором процесса полимеризации, или если он является последним реактором в ряду реакторов в процессе полимеризации, то продукт далее выгружают в емкость для отгонки посредством линий отгонки, где большую часть разбавителя и непрореагировавших мономеров отгоняют и снова возвращают в процесс. Частицы полимера сушат, могут быть добавлены добавки, и в конце полимер экструдируют и гранулируют. Если реактор расположен последовательно по меньшей мере с еще одним реактором в процессе полимеризации, то продукт впоследствии выгружают в передаточную линию, связанную с упомянутым другим реактором. Этот способ успешно используют во всем мире, при этом ежегодно производят таким образом миллионы тонн полимеров этилена. С точки зрения определения времени пребывания производительность по полимеру данного реактора можно описать соотношением между количеством полимера, содержащегося в реакторе, и средним временем пребывания полимера в данном реакторе. Хорошо известные способы увеличения производительности часто предполагают снижение времени пребывания, что, к несчастью, изменяет свойства полимера. Другие пути увеличения производительности связаны с увеличением количества полимера в реакторе, что означает для данного фиксированного размера реактора увеличение концентрации твердого вещества в реакторе. Коммерческое производство полимеров олефинов, например полимеров этилена в разбавителе изобутане, исторически было ограничено максимальной концентрацией твердого вещества в реакторе порядка 37-40 мас.% для полимеров этилена высокой плотности с возможностью повысить эти значения до 42-46 мас.% при некоторых усовершенствованиях процесса. Выше упомянутых уровней концентрации внутри реактора возникают нестабильности, что вынуждает снизить концентрацию твердого вещества. Каким бы ни был максимум для данных условий проведения процесса, все еще требуется усовершенствование в области концентрации твердых веществ. Неоднородности внутри реактора наносят ущерб возможной производительности, поскольку нестабильности имеют тенденцию возникать локально в областях высоких концентраций, а затем распространяться по всему реактору. Таким образом, целью данного изобретения является повышение однородности суспензии, циркулирующей внутри реактора. Другой целью данного изобретения является увеличение содержания твердого вещества - полимера в реакторе. Имеется и еще одна цель - оптимизировать распределение и смешивание реагентов при проведении реакции полимеризации в реакторе. Одна или более чем одна указанная цель достигается с помощью устройств и способов по данному изобретению. Первый аспект данного изобретения относится к конструкции сопла инжектора, определяющего просвет для потока реагентов, подлежащих впрыскиванию в пригодный для суспензионной полимеризации олефинов петлевой реактор, и состоящего, по существу, из трубопровода для жидкости, вытянутого в блок выпускного отверстия, который должен быть соединен с отверстием в реакторе, причем этот просвет в блоке выпускного отверстия имеет некруговое поперечное сечение, а просвет трубопровода для жидкости имеет круговое поперечное сечение. Данное изобретение относится также к применению сопла инжектора для впрыскивания реагентов в петлевой реактор, пригодный для проведения реакции полимеризации олефинов, где это сопло инжектора присоединяют на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или выше него. Преимуществом сопла инжектора по данному изобретению является обеспечение оптимального впрыскивания реагентов в петлевой реактор. Данное сопло инжектора обеспечивает возможность максимального диспергирования и позволяет оптимизировать впрыскивание и смешивание реагентов в области, окружающей сопло инжектора. Другой аспект данного изобретения относится к соответствующему положению сопла инжектора для впрыскивания реагентов в петлевой реактор для суспензии олефинов.-1 010462 Влияние расположения инжекционного сопла могло бы объяснить некоторые из ограничений, ранее наблюдавшихся в производстве полимерных продуктов. Не желая ограничиваться какой-либо теорией, неадекватное расположение сопла инжектора в сечении реактора может создать зону высокой скорости реакции и локальную проблемную область. Например, некоторые из производственных проблем могут возникать из-за впрыскивания реагентов в неадекватную зону, что резко увеличивает реакционную способность в ограниченном объеме протекающей суспензии. Определение приемлемого положения сопла инжектора в указанном реакторе является важным в отношении картины распределения и смешивания введенных реагентов. Подобным образом оптимизация геометрической конфигурации указанного сопла инжектора позволяет улучшить условия впрыскивания реагентов в протекающую суспензию. Таким образом, оптимизация указанных параметров позволяет увеличить производительность реакции полимеризации. Данное изобретение будет подробно описано далее. Это описание дано только в качестве примера и не ограничивает изобретение. Номера ссылок относятся к прилагаемым чертежам. Краткое описание чертежей На фиг. 1 представлено схематическое изображение петлевого реактора согласно исполнению по данному изобретению,на фиг. 2, 3, 4 и 5 - аксонометрические виды просветов сопла инжектора согласно исполнению данного изобретения,на фиг. 6 - поперечное сечение сопла инжектора, имеющего просвет по фиг. 2,на фиг. 7 - схематический аксонометрический вид части петлевого реактора, снабженного соплом инжектора согласно исполнению по данному изобретению,на фиг. 8 - поперечное сечение по линии X-X" части петлевого реактора по фиг. 7,на фиг. 9 - поперечное сечение, иллюстрирующее сопло инжектора по фиг. 6, прикрепленное к петлевому реактору,на фиг. 10 - поперечное сечение части петлевого реактора, снабженного соплом по фиг. 6,на фиг. 11 - схематическое изображение сдвоенного петлевого реактора полимеризации. Данное изобретение относится к соплу инжектора, пригодному для впрыскивания реагентов в реактор, предпочтительно в петлевой реактор, при этом указанное сопло инжектора состоит, по существу, из трубопровода для жидкости, вытянутого в блок выпускного отверстия, который должен быть соединен с отверстием в реакторе, причем просвет в блоке выпускного отверстия имеет некруговое поперечное сечение, а просвет трубопровода для жидкости имеет круговое поперечное сечение. На фиг. 2, 3, 4, 5 приведены не ограничивающие примеры пригодных геометрических конфигураций просветов сопла инжектора по данному изобретению. Просветы в блоке выпускного отверстия, как это проиллюстрировано на фиг. 2-5, имеют некруговое поперечное сечение с коротким размером 2Ry и длинным размером 2Rx, где Rx длиннее, чем Ry. В исполнении по данному изобретению Rx по меньшей мере на 10% длиннее, чем Ry. На фиг. 2 показан просвет 11.1 сопла инжектора по одному из исполнений данного изобретения, где просвет трубопровода 9.1 для жидкости является круговым с радиусом r и переходит посредством плавно искривленного переходного участка в просвет в блоке 8.1 выпускного отверстия, имеющий эллиптическое поперечное сечение с длинным радиусом Rx и коротким радиусом Ry. На фиг. 3 показан просвет 11.2 сопла инжектора по одному из исполнений данного изобретения, где просвет трубопровода 9.2 для жидкости является круговым с радиусом r и переходит посредством плавно искривленного переходного участка в просвет в блоке 8.2 выпускного отверстия, имеющий ромбическое сечение с длинной диагональю 2Rx и короткой диагональю 2Ry. На фиг. 4 показан просвет 11.3 сопла инжектора согласно одному из исполнений данного изобретения, где просвет трубопровода 9.3 для жидкости является круговым с радиусом r и переходит посредством плавно искривленного переходного участка в просвет в блоке 8.3 выпускного отверстия, имеющий прямоугольное поперечное сечение с шириной 2Rx и длиной 2Ry. На фиг. 5 показан просвет 11.4 сопла инжектора согласно одному из исполнений данного изобретения, где просвет 9.4 трубопровода для жидкости является круговым с радиусом r и переходит посредством плавно искривленного переходного участка в просвет в блоке 8.4 выпускного отверстия, имеющий эллиптическое поперечное сечение с длинным радиусом Rx и коротким радиусом Ry. На фиг. 6 показано поперечное сечение сопла 19 инжектора согласно одному из исполнений по данному изобретению, определяющего просвет 11.1, как описано на фиг. 2. Указанное сопло инжектора снабжено также стенкой 12. В одном из исполнений по данному изобретению сопло 19 инжектора является цилиндрическим и имеет диаметр по меньшей мере на 5% длиннее, чем 2Rx. В другом исполнении,как показано на фиг. 6, стенка 12 указанного сопла 19 инжектора может быть снабжена фланцем 13. Как показано на фиг. 2-6, переход от просвета в трубопроводе для жидкости к просвету в блоке выпускного отверстия является плавным, предпочтительно коническим или пирамидальным. Как это используется здесь, термин плавный относится к поверхности с искривленными или плоскими гранями,не составляющими острых углов в направлении потока при впрыскивании реагентов. В одном из исполнений данного изобретения соотношение Rx/r может быть 1. В другом исполне-2 010462 нии данного изобретения соотношение Ry/r может быть от 1 до 1. В еще одном исполнении размер Rx просвета в блоке выпускного отверстия составляет от 0,8 до 5 радиусов r просвета трубопровода для жидкости, предпочтительно от 1 до 4 радиусов и более предпочтительно от 1,3 до 3,5 радиусов. Еще в одном исполнении размер Ry просвета в блоке выпускного отверстия равен от 1,25 до 0,25 радиусов г просвета трубопровода для жидкости, предпочтительно от 1 до 0,5 радиусов. В одном из исполнений по данному изобретению Rx по меньшей мере в 1,1 раза длиннее, чем Ry, a предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раз. В данном изобретении следует понимать, что для всех вышеупомянутых соотношений размеров радиус r просвета трубопровода для жидкости следует понимать, как внутренний радиус трубы,ведущей к соплу, на расстоянии, равном по меньшей мере пятикратной величине указанного радиуса, не принимая в рассмотрение никаких промежуточных больших или меньших участков трубы более короткой длины по оси. Неожиданно было обнаружено, что геометрическая конфигурация совместно с соотношением размеров Rx/r, Ry/r и Rx/Ry важны для оптимизации введения, распределения и смешивания указанных реагентов в суспензии, циркулирующей в петлевом реакторе. В одном из исполнений данного изобретения, хотя и не проиллюстрированном здесь, указанное сопло инжектора по данному изобретению может дополнительно включать устройство, пригодное для диспергирования газа во впрыскиваемых реагентах, в частности пузырьков, которые могут присутствовать там. В предпочтительном исполнении это устройство представляет собой решетку или сетку с отверстиями, приспособленными к потоку. Сопла инжектора по данному изобретению можно использовать для впрыскивания реагентов в реактор, пригодный для любого процесса, производящего поток, содержащий суспензию полимера в виде твердых частиц, взвешенных в жидкой среде, включающей разбавитель и непрореагировавший мономер. Такие реакционные процессы включают, не ограничиваясь этим, то, что в данной области технологии именуется полимеризацией в форме частиц. Данное изобретение особенно применимо для процессов полимеризации олефинов, протекающих в петлевом реакторе для получения полимера, в особенности полиэтилена, где образуется полимеризационный поток, который представляет собой суспензию твердых частиц полимера, взвешенных в жидкой среде, обычно реакционном разбавителе и непрореагировавших мономерах. Данное изобретение особенно пригодно для обеспечения сопла инжектора, имеющего соответствующую геометрическую конфигурацию и соответствующее положение в реакторе для впрыскивания реагентов в указанный реактор и для обеспечения способов адекватного расположения указанного сопла инжектора в указанном реакторе. Процессы полимеризации в таких реакторах заключаются в каталитической полимеризации олефинов, таких как олефины С 2-С 8, в разбавителе, содержащем мономер, который должен быть полимеризован; при этом суспензия для проведения полимеризации циркулирует в петлевом реакторе, куда подают исходный материал и из которого удаляют образовавшийся полимер. Примеры пригодных мономеров включают, не ограничиваясь этим, мономеры, имеющие от 2 до 8 атомов углерода на молекулу, например этилен, пропилен, бутилен, пентен, бутадиены, изопрен, 1-гексен и т.п. Реакцию полимеризации можно проводить при температуре от 50 до 120 С, предпочтительно при температуре от 70 до 115 С, более предпочтительно при температуре от 80 до 110 С и при давлении от 20105 до 100105 Па (от 20 до 100 бар), предпочтительно при давлении от 30105 до 50105 Па (от 30 до 50 бар), более предпочтительно при давлении от 37105 до 45105 Па (от 37 до 45 бар). В предпочтительном исполнении данное изобретение особенно пригодно для процесса полимеризации этилена в разбавителе - изобутане. Пригодная полимеризация этилена включает, не ограничиваясь этим, гомополимеризацию этилена, сополимеризацию этилена и какого-либо сомономера (высшего 1 олефина), например 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена, 1-октена или 1-децена. В одном из исполнений данного изобретения указанный сомономер представляет собой 1-гексен. Этилен полимеризуется в жидком разбавителе в присутствии катализатора, возможно сокатализатора, возможно сомономера, возможно водорода и возможно других добавок, образуя, таким образом,суспензию полимеризации. Как используют здесь, термин суспензия полимеризации или суспензия полимера означает, по существу, многофазную композицию, включающую, по меньшей мере, твердые частицы полимера и жидкую фазу, и позволяющую третьей фазе (газу), по меньшей мере, локально присутствовать в процессе, при этом жидкая фаза является непрерывной фазой. Твердые вещества включают катализатор и полимеризованный олефин, например полиэтилен. Жидкости включают инертный разбавитель, например изобутан, с растворенным мономером, например этиленом, и, возможно, одним или более сомономером,агентами для контроля молекулярного веса, например водородом, антистатическими добавками, агентами, препятствующими налипанию, противонагарными присадками и другими технологическими добавками. Как используют здесь, термин реагенты включает мономеры, инертный разбавитель, и может также включать сомономеры, если они присутствуют, и агенты для регулирования молекулярного веса.-3 010462 Подходящие разбавители (в отличие от растворителей или мономеров) хорошо известны и включают углеводороды, которые являются инертными или, по меньшей мере, по существу инертными, и жидкими в условиях проведения реакции. Подходящие углеводороды включают изобутан, н-бутан, пропан,н-пентан, изопентан, неопентан, изогексан и н-гексан, при этом предпочтительным является изобутан. Подходящие катализаторы хорошо известны. Примеры подходящих катализаторов включают, не ограничиваясь этим, оксид хрома, например оксид хрома, нанесенный на оксид кремния, металлорганические катализаторы, включая металлорганические катализаторы, известные в данной области как катализаторы Циглера или катализаторы Циглера-Натта, металлоценовые катализаторы и т.п. Термин сокатализатор, как его используют здесь, относится к материалам, которые могут быть использованы в сочетании с катализатором для того, чтобы улучшить активность катализатора при реакции полимеризации. Полимеризацию обычно проводят в условиях суспензии, где продукт - полимер состоит обычно из твердых частиц и находится в виде суспензии в разбавителе. Суспензию поддерживают в состоянии циркуляции в петлевом реакторе, состоящем из вертикальных трубчатых секций с рубашкой, соединенных посредством колен. Тепло полимеризации можно отвести посредством охлаждающей воды, циркулирующей в рубашке реактора. Указанную полимеризацию можно осуществить в одном, или двух, или более петлевых реакторах, которые можно использовать при параллельном или последовательном соединении. Указанные реакторы работают в режиме заполнения жидкостью. При использовании в последовательном соединении их можно соединить посредством устройств, например, посредством одного или более вывода-отстойника первого реактора. Полученный полимер можно отобрать из петлевого реактора совместно с некоторым количеством разбавителя посредством по меньшей мере одного вывода-отстойника, в котором содержание твердого вещества увеличивается по отношению к его концентрации в объеме реактора. Выводы-отстойники могут находиться в непрерывной жидкостной связи с зоной отделения продукта или могут быть отделены от такой зоны отделения продукта посредством любого устройства, такого как клапан, что позволяет прервать жидкостное сообщение. Как это используют здесь, зона отделения продукта включает (не ограничиваясь этим) нагреваемую или не нагреваемую линию отгонки,емкость для отгонки, циклоны, фильтры и связанные с ними системы отделения пара и отделения твердого вещества или передающие линии к другому реактору, или указанный другой реактор, если несколько реакторов соединены последовательно. Если ниже по ходу потока относительно вывода-отстойника нет реакторов, извлеченную суспензию можно подвергнуть действию пониженного давления и перенести, например, через нагреваемую или не нагреваемую линию отгонки в емкость для отгонки, где разделяются полимер и непрореагировавший мономер и/или сомономер и разбавитель. Дегазация полимера может быть в дальнейшем завершена в колонне с продувкой. Если ниже вывода-отстойника по ходу потока присутствует по меньшей мере один реактор, то извлеченную суспензию переносят посредством передающих линий в этот следующий реактор. Перенос становится возможным при впрыскивании суспензии в расположенный ниже по ходу потока реактор в точке, где давление ниже, чем давление на выходе вывода-отстойника. Определение соответствующего положения на секции петлевого реактора позволяет правильно расположить сопло инжектора на указанном реакторе. Соответствующие положения расположены у выхода колена по ходу потока ниже насоса и вдоль сегмента вертикальной трубы, соединенной с ним в части указанного колена и соответствующей трубы, или в пределах центральной осевой зоны колена и присоединенной к нему трубы. Менее приемлемые зоны расположены на внешней стороне искривленного участка указанной коленчатой секции, а также на соединенной с ней вертикальной трубе. Физические характеристики впрыскиваемых реагентов включают физические состояния реагентов,например, является он газом, или жидкостью, или смесью их. Другие физические характеристики включают вязкость реагентов, концентрацию и текучесть. Дополнительные рассматриваемые здесь характеристики включают объемную скорость потока, температуру и давление, при которых впрыскивают указанные реагенты. Изменение геометрической конфигурации сопла инжектора включает (но не ограничено только этим) изменение формы, размера и очертания, и общего дизайна указанного сопла инжектора. Соответствующая часть реактора, где возможно указанное впрыскивание, включает часть, где трубы реактора не имеют рубашки. Предпочтительная часть для расположения указанного сопла инжектора включает секцию, расположенную ниже по ходу потока насоса, установленного в указанном реакторе. Колено реактора обычно соединено с другой частью указанного реактора с помощью соединительных устройств, например фланца. Соответствующей частью реактора, где возможно указанное впрыскивание,является участок у выхода из колена, особенно на секции между фланцем и снабженной рубашкой частью реактора. В одном из исполнений данного изобретения сопло инжектора предпочтительно расположено на указанном петлевом реакторе по азимуту относительно реактора, на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, на колене указанного реактора или у выхода из него, что означает не под-4 010462 углом 90, например, над двигателем циркуляционного насоса. Таким образом, данное изобретение относится также к применению сопла инжектора для впрыскивания реагентов в петлевой реактор, где указанное сопло инжектора присоединяют на внутренней дуге,составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или над ним. Это сопло инжектора, в частности, присоединено на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или на выходе из него к сегменту трубы, присоединенному к указанному колену. В исполнении по данному изобретению сопло инжектора предпочтительно присоединено к выходу колена на расстоянии, равном максимально удвоенному радиусу кривизны колена, предпочтительно на расстоянии, равном одному радиусу кривизны колена, а более предпочтительно на выходе радиуса кривизны колена. Важна не только геометрическая конфигурация указанного сопла инжектора, но важно также расположение сопла инжектора на реакторе в отношении того, где и как вводят указанные реагенты в циркулирующую суспензию. Боковое расположение блока выпускного отверстия в указанном сопле инжектора на вертикальной трубе указанного реактора позволяет, например, улучшить распределение и смешивание образцов указанных реагентов и тем самым повышает производительность по полимерному продукту. Данное изобретение рассматривает также петлевой реактор, пригодный для процесса полимеризации олефинов, включающий ряд взаимосвязанных труб, определяющих прохождение потока, пригодных для суспензии полимера, включающей жидкий разбавитель и твердые частицы олефинового полимера,устройства для введения катализатора полимеризации и разбавителя в указанный реактор, по меньшей мере один насос, пригодный для поддержания суспензии полимера в состоянии циркуляции в указанном петлевом реакторе, и один или более чем один вывод-отстойник, присоединенный к трубам указанного реактора, пригодный для того, чтобы дать возможность суспензии полимера осесть внутри него, и сопло инжектора, присоединенное на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или над ней. На фиг. 1 схематично показан пример петлевого реактора 1 при использовании данного изобретения, состоящий из ряда взаимосвязанных труб 7. Следует понимать, что, в то время как петлевой реактор 1 проиллюстрирован шестью вертикальными трубами, указанный петлевой реактор 1 может быть снабжен меньшим или большим количеством труб, например 4 или более трубами, например, иметь от 4 до 20 вертикальных труб. Вертикальные секции трубчатых сегментов 7 предпочтительно снабжены нагревательными рубашками 17. Тепло полимеризации можно извлечь посредством охлаждающей воды, циркулирующей в этих рубашках реактора. Реагенты вводят в реактор 1 посредством линии 3, включающей сопло инжектора, не показанное здесь. Согласно данному изобретению сопло инжектора линии 3 присоединено на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора, или выше него, как проиллюстрировано позицией А. Обычно реагенты впрыскивают на внешней стороне трубы 7, как показано точкой В. Катализатор, возможно в сочетании с сокатализатором или активирующим агентом, впрыскивают в реактор 1 посредством трубопровода 25. В исполнении по изобретению указанный катализатор можно ввести непосредственно выше по ходу потока относительно циркуляционного насоса. Суспензия для полимеризации направленно циркулирует по петлевому реактору 1, как проиллюстрировано стрелкой 6, посредством одного или более чем одного насоса, такого как пропеллерный насос 2. Этот насос может приводить в движение электрический двигатель 5. Как это используется здесь, термин насос включает любое устройство с компрессионным приводом, повышающее давление жидкости посредством, например, поршня или комплекта вращающихся крыльчаток 4. Реактор 1 снабжен дополнительно одним или более чем одним выводом-отстойником 10, присоединенным к трубам 7 реактора 1. Хотя на фиг. 1 приведены 4 вывода-отстойника, данное изобретение рассматривает петлевой реактор, включающий один или более чем один вывод-отстойник. В исполнении по данному изобретению указанный петлевой реактор включает от 1 до 20 выводов-отстойников, предпочтительно от 4 до 12 выводов-отстойников, более предпочтительно от 5 до 10 выводов-отстойников. Выводы-отстойники 10 предпочтительно снабжены изолирующим вентилем 26. Эти вентили 25 открыты при нормальных условиях и могут быть закрыты, например, чтобы отключить от работы выводотстойник. Кроме того, эти выводы-отстойники могут быть снабжены вентилями 27 для отбора продукта или выгрузки. Вентиль 27 для выгрузки может быть вентилем любого типа, который может позволить непрерывную или периодическую выгрузку суспензии полимера, когда он, по меньшей мере, частично открыт. Суспензия полимера, осажденная в выводах-отстойниках 10, может быть удалена посредством одной или более чем одной линии 18 для отбора продукта, например, в зону выделения продукта. В исполнении по данному изобретению сопло инжектора, если оно расположено на указанном петлевом реакторе, предпочтительно имеет направление впрыскивания, составляющее угол, который может отличаться от 0, по отношению к плоскости, перпендикулярной главному направлению потока в реакторе вблизи места впрыскивания.-5 010462 На фиг. 7 схематически показана часть трубы 7 петлевого реактора, которая включает коленчатую часть и прямую часть, причем сопло 23 инжектора питающей линии 3 присоединено на внутренней дуге,составляющей три четверти окружности трубы, над указанной коленчатой частью. На фиг. 8 представляет собой вид сечения по линии X-X" части петлевого реактора фиг. 7, где приемлемое положение присоединения для указанного сопла инжектора 23 проиллюстрировано кривой 15. Как это использовано здесь, внутренняя дуга, составляющая три четверти окружности трубы включают углы, составляющие от 45 до 315 по отношению к оси X-X", при этом 0 направлен наружу в средней плоскости колена реактора, расположенного ближе всего к точке впрыскивания. Как показано на указанной фиг. 7, сопло 23 инжектора может быть расположено выше колена петлевого реактора под углом, составляющим от 45 до 315 (фиг. 8). Более предпочтительно указанное сопло 23 инжектора может быть помещено под углом, составляющим от 90 до 270. Еще более предпочтительно указанное сопло 23 инжектора размещено под углом, составляющим от 120 до 240, при этом 0 направлен наружу в средней плоскости колена реактора, расположенного ближе всего к точке впрыскивания. Более того, хотя это не показано здесь, угол присоединения сопла инжектора на трубе петлевого реактора может отличаться от 90 относительно продольной оси А-А' трубы. В другом исполнении по данному изобретению рассмотрен петлевой реактор, пригодный для процесса полимеризации олефинов, включающий сопло инжектора по данному изобретению. В частности,этот петлевой реактор включает ряд взаимосвязанных труб, устройство для введения в указанный реактор катализатора полимеризации и разбавителя, по меньшей мере один насос, пригодный для поддержания суспензии полимера в состоянии циркуляции в указанном петлевом реакторе, и один или более чем один вывод-отстойник, присоединенный к трубам указанного реактора, и сопло инжектора, состоящее,по существу, из трубопровода для жидкости, имеющего просвет кругового сечения и выступающего в блок выпускного отверстия с просветом некругового сечения, причем указанный блок выпускного отверстия присоединен к указанному реактору так, что наименьший размер просвета в указанном блоке выпускного отверстия параллелен направлению основного потока жидкости в реакторе на уровне впрыскивания. На фиг. 9 представлено исполнение указанного изобретения и показан вид поперечного сечения,иллюстрирующий сопло 19 инжектора по фиг. 6, присоединенное к трубе 7 петлевого реактора. Это сопло инжектора имеет цилиндрическую стенку 12, снабженную фланцем 13, который может быть соответственно закреплен на штуцере 14, направленном радиально от трубы 7, при этом указанный штуцер 14 находится в связи с отверстием 24 на трубе 7. Указанная рама 14 может быть также снабжена фланцем 22. Фланец 13 сопла инжектора может быть полезен для фиксации указанного сопла 19 инжектора на штуцере 14 при использовании соответствующих средств крепления, так, например, данное сопло инжектора может быть зафиксировано на трубе с использованием цилиндрической пластины 21, удерживаемой болтами 16 и гайками 20. Подходящие средства крепления включают (но не ограничены этим),болты, хомуты, защелки, гвозди, шпильки, заклепки, винты и т.п. Стенка сопла инжектора предпочтительно изготовлена таким образом, что она не выдается внутрь реактора, а также не оставляет непокрытой части штуцера 14. В исполнении данного изобретения сопло инжектора согласно данному изобретению соединено с указанным реактором так, что наименьший размер Ry просвета блока выпускного отверстия указанного сопла параллелен направлению основного течения жидкости в реакторе на уровне впрыскивания. Указанное исполнение схематически показано на фиг. 10, где представлен частичный разрез трубы 7 петлевого реактора с отверстием 24, где обеспечено сопло инжектора согласно данному изобретению. Это сопло инжектора имеет твердую внешнюю стенку 12 и включает блок 8.1 выпускного отверстия с просветом некругового сечения. Этот блок выпускного отверстия соединен с указанным реактором так,что наименьший размер 2Ry указанного просвета параллелен направлению основного потока жидкости,показанного в реакторе линиями 6, на уровне впрыскивания. Еще в одном исполнении по изобретению сопло инжектора можно использовать в составном петлевом реакторе. Например, его можно использовать в сдвоенных петлевых реакторах, как показано на фиг. 11. На фиг. 11 представлены два одиночных петлевых реактора 100, 116, которые связаны друг с другом последовательно. Оба реактора 100, 116 состоят из ряда взаимосвязанных труб 104. Вертикальные секции сегментов труб 104 предпочтительно снабжены нагревательными рубашками 105. Реагенты вводят в реакторы 100 по линии 107. Согласно данному изобретению сопло инжектора указанной линии 107 присоединено на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к коленам указанных реакторов 100 и/или 116 или выше них. Катализатор, возможно вместе с сокатализатором или активирующим агентом, может быть впрыснут в один или оба реактора 100 и 116 посредством трубопровода 106. Суспензия полимеризации направленно циркулирует по петлевым реакторам 100 и 116, как показано стрелками 108, с помощью одного или более чем одного насоса, такого как пропеллерный насос 101. Эти насосы может приводить в движение электрический двигатель 102. Насосы могут быть снабжены-6 010462 комплектом вращающихся крыльчаток 103. Реакторы 100, 116 дополнительно снабжены одним или более чем одним выводом-отстойником 109, соединенным с трубами 104 реакторов 100, 116. Выводыотстойники 109 предпочтительно обеспечены изолирующим вентилем 110. Дополнительно эти выводыотстойники могут быть снабжены вентилями 111 для отбора и выгрузки продукта, или же могут находиться в непосредственной связи с секцией, расположенной ниже по ходу потока. Ниже по ходу потока от выхода выводов-отстойников 109 реактора 100 обеспечена передающая линия 112, которая позволяет перемещать суспензию полимера, осажденную в этих выводах-отстойниках 109, к другому реактору 116,предпочтительно через поршневой клапан 115. Вдоль передающей линии 112 трехходовой клапан 114 может отводить поток к зоне выделения продукта, если составной петлевой реактор должен использоваться в параллельной конфигурации. Суспензию полимера, осажденную в выводах-отстойниках 109 реактора 116, можно удалить посредством одной или более чем одной линии выделения продукта 113,например в зону выделения продукта. Соответствующее расположение сопла инжектора неожиданно увеличивает выход по полимерному продукту. Этот удивительный эффект можно объяснить более продолжительным средним временем, необходимым для полного растворения и диспергирования реагентов в реакторе перед тем, как происходит пространственная реакция. Не желая ограничиваться теорией, обычное размещение сопла инжектора,как, например, в точке В на фиг. 1, может обуславливать более раннее возникновение нестабильностей и,следовательно, вызывает ограничения в производстве полимерного продукта. Данный способ позволяет улучшить выход продукции путем правильного размещения сопла инжектора на петлевом реакторе. Данный способ позволяет дополнительно улучшить введение и смешивание реагентов в указанном реакторе, а также определить соответствующую геометрическую конфигурацию сопла инжектора, допустимую для улучшения однородного распределения реагентов. Способ по данному изобретению позволяет объединить для сопла инжектора соответствующую геометрическую конфигурацию с соответствующим расположением на трубе реактора. Это позволяет осуществить оптимизацию введения и гомогенного распределения реагентов в циркулирующей суспензии, тем самым позволяя увеличить производительность реакции полимеризации. Данное усовершенствование в отношении сопла инжектора согласно данному изобретению и использование сопла инжектора в петлевом реакторе для полимеризации олефинов, как описано выше, позволили увеличить максимальную устойчивую концентрацию твердого вещества без возникновения нестабильности мощности насоса. Кроме того, увеличенное процентное содержание по массе твердого вещества в петлевом реакторе увеличивает время пребывания катализатора, увеличивает производительность катализатора. Это улучшенное время пребывания катализатора также улучшает удельный объем частиц, тем самым увеличивая массовый процент твердого вещества, удаляемого из реактора, что снижает стоимость переработки разбавителя в оборудовании для возвращения его в производство. Хотя данное изобретение было весьма подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные его разновидности, возможны и другие варианты. Таким образом, сущность и объем прилагаемой формулы изобретения не должны быть ограничены описанными здесь предпочтительными вариантами. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сопло инжектора для впрыскивания реагентов при суспензионной полимеризации олефинов в петлевом реакторе, содержащее подводящий канал с впускным и выпускным отверстиями, отличающееся тем, что выпускное отверстие имеет некруговое поперечное сечение, а впускное отверстие имеет круговое поперечное сечение. 2. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является овальным,предпочтительно эллиптическим, с коротким радиусом Ry и длинным радиусом Rx. 3. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является прямоугольным с шириной 2Ry и длиной 2Rx. 4. Сопло инжектора по п.1, где поперечное сечение выпускного отверстия является ромбическим с длинной диагональю 2Rx и короткой диагональю 2Ry. 5. Сопло инжектора по любому из пп.1-4, где Rx составляет 0,8-5 от радиуса r подводящего канала для жидкости, предпочтительно 1-4, а более предпочтительно 1,5-3,5. 6. Сопло инжектора по любому из пп.1-5, где Ry составляет 1,25-0,25 от радиуса r подводящего канала для жидкости, предпочтительно 1-0,5. 7. Сопло инжектора по любому из пп.2-6, где Rx по меньшей мере в 1,1 раза длиннее, чем Ry, а предпочтительно по меньшей мере в 1,5 раза. 8. Сопло инжектора по любому из пп.1-7, где переход от подводящего канала к каналу выпускного отверстия является плавным, предпочтительно коническим или пирамидальным. 9. Сопло инжектора по любому из пп.1-8, дополнительно включающее устройство, способное диспергировать газ во впрыскиваемых реагентах. 10. Сопло инжектора по любому из пп.1-9, где внешняя стенка (12) сопла инжектора является цилиндрической с диаметром, по меньшей мере на 5% превышающим 2Rx.-7 010462 11. Петлевой реактор для реакции полимеризации олефинов, включающий сопло инжектора по любому из пп.1-10. 12. Петлевой реактор по п.11, где канал выпускного отверстия сопла инжектора соединен с указанным реактором так, что он имеет наименьший размер Ry в направлении, параллельном направлению основного потока жидкости в реакторе на уровне впрыскивания. 13. Петлевой реактор по п.11 или 12, где указанное сопло инжектора присоединяют на внутренней дуге, составляющей три четверти окружности трубы, к колену реактора или у выхода из него к сегменту трубы, присоединенному к указанному колену. 14. Петлевой реактор по п.13, где указанный сегмент трубы является вертикальным. 15. Петлевой реактор по любому из пп.11-14, где указанное сопло инжектора имеет направление впрыскивания, составляющее угол, отличающийся от 0, по отношению к плоскости, перпендикулярной к основному направлению потока в реакторе вблизи места впрыскивания. 16. Петлевой реактор по любому из пп.11-15, где указанное сопло инжектора присоединено к колену или у выхода колена петлевого реактора под углом, составляющим от 45 до 315, предпочтительно от 90 до 270, более предпочтительно от 120 до 240, при этом 0 соответствует направлению наружу в средней плоскости колена реактора, расположенного ближе всего к точке впрыскивания. 17. Петлевой реактор по любому из пп.11-16, где указанное сопло инжектора присоединено у выхода колена на расстоянии, равном максимально удвоенному радиусу кривизны колена, предпочтительно на расстоянии, равном одному радиусу кривизны колена, а более предпочтительно на выходе радиуса кривизны колена. 18. Петлевой реактор по любому из пп.11-17, где канал выпускного отверстия сопла инжектора соединен с указанным реактором так, что он имеет наименьший размер Ry в направлении, параллельном направлению основного потока жидкости в реакторе на уровне впрыскивания.

МПК / Метки

МПК: C08F 10/00, B01J 4/00, B01J 19/18, B01J 19/24

Метки: впрыскивания, реагентов, инжектора, сопло, реактор

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-10462-soplo-inzhektora-dlya-vpryskivaniya-reagentov-v-reaktor.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Сопло инжектора для впрыскивания реагентов в реактор</a>

Похожие патенты