Реакторы для полимеризации в объеме и способы такой полимеризации - RU2297877C2

Чертежи

Описание

Данная заявка притязает на преимущество предварительной заявки на патент США, серийный номер: 60/297,931, поданной 13 июня 2001 г.

Данное изобретение относится к реакторам для проведения полимеризации мономеров и, в частности, к реакторам для полимеризации в объеме, используемым с целью проведения полимеризации альфаолефиновых мономеров.

Описание области техники, к которой относится изобретение.

Получение полимеров из различных мономеров является хорошо известной областью техники. Также хорошо известно, что реактор для полимеризации, в котором из мономеров образуются полимеры, имеет некоторые присущие ему ограничения, препятствующие эффективному производству полимеров. Основное такое ограничение связано с отведением от реактора для полимеризации тепла, выделяемого в ходе химической реакции взаимодействия между мономерами и катализатором в процессе образования полимеров. Для решения этой проблемы были сконструированы системы охлаждения, в которые помещался реактор для полимеризации с целью отведения от него тепла. Кроме того, в реакционную смесь для полимеризации, находящуюся в реакторе для полимеризации, можно вводить охлаждающие добавки.

Однако оба указанные выше способа имеют различные недостатки. Например, при использовании охлаждающих систем, устанавливаемых с внешней стороны реактора для полимеризации, отведение тепла, особенно из центральной области реактора для полимеризации, осуществляется неэффективно. В связи с этим размеры реактора для полимеризации должны быть небольшими и, следовательно, в каждой партии продукта содержится небольшое количество полимера. Что же касается введения охлаждающих добавок, то они могут ухудшать качество полимера, а также увеличивать расходы, связанные с получением полимера.

В прежних способах, описанных в патентах США №№5,449,732, 5,504,131 и 5,504,132, реактор для полимеризации представлял собой корпус из кристаллического, не растворимого в углеводородах, органического полимера, практически не проницаемого для кислорода и воды, то есть пластиковый резервуар. Использование таких пластиковых резервуаров позволяет проводить реакцию полимеризации без применения системы охлаждения и введения охлаждающих добавок. Однако вследствие того, что пластиковые резервуары не снабжены каким-либо средством отведения тепла, выделяющегося в течение протекания реакции полимеризации, в каждый из этих пластиковых резервуаров можно помещать только небольшое количество реагентов для полимеризации, например мономер и катализатор. Вследствие этого в каждом из такого типа реакторов для полимеризации можно получить только небольшое количество полимера. Кроме того, пластиковые резервуары практически невозможно отделить от полимера, и поэтому их нельзя использовать повторно.

Таким образом, до разработки данного изобретения не существовало реактора для полимеризации или процесса получения полимеров, который бы: позволял эффективно отводить тепло от реактора для полимеризации; позволял получать большое количество полимера в каждом реакторе для полимеризации; не требовал введения охлаждающих добавок; и позволял неоднократно пользоваться реактором для полимеризации. Поэтому в данной области техники велись поиски такого реактора для полимеризации и процесса получения полимеров, который бы: позволял эффективно отводить тепло от реактора для полимеризации; позволял получать большое количество полимера в каждом реакторе для полимеризации; не требовал введения охлаждающих добавок; и позволял неоднократно использовать реактор для полимеризации.

Из уровня техники известна установка для термической полимеризации непредельных углеводородов (патент RU №2015989 от 15.07.1994), включающая реактор, узел утилизации тепла полимеризации и трубопроводы, которая выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Из уровня техники известен способ полимеризации непредельных углеводородов, описанный в патенте RU №2015989 от 15.07.1994, включающий подачу по трубопроводу исходного сырья в реактор, где при температуре полимеризации и давлении происходят реакции полимеризации углеводородов, а тепло реакции полимеризации снижается за счет циркуляции продуктов реакции по трубопроводу через теплообменник. Данный способ полимеризации выбран за прототип.

В соответствии с данным изобретением указанные выше преимущества были получены благодаря настоящему реактору для полимеризации олефинов, включающему в себя: резервуар, имеющий, по крайней мере, три боковые стенки и дно, вместе образующие внутреннюю часть резервуара; по крайней мере, одну пластину теплообменника, соединенную посредством жидкости с источником охладителя; и крышку, имеющую наружную и внутреннюю поверхность, вдоль которой располагается, по крайней мере, одна пластина теплообменника.

Особенностью реактора для полимеризации является также то, что реактор для полимеризации может иметь четыре боковых стенки. Еще одной особенностью реактора для полимеризации является то, что каждая из четырех боковых стенок может иметь квадратную форму.

Дополнительной особенностью реактора для полимеризации является то, что две из четырех боковых стенок могут иметь длину не менее 0,6096 метра и высоту не менее 0,6096 метра, а другие две из четырех боковых стенок могут иметь длину не менее 0,9144 метра и высоту не менее 0,6096 метра. Кроме того, особенностью реактора для полимеризации является то, что крышка может иметь прямоугольную форму. При этом длина крышки составляет не менее 0,9144 метра, а ширина - не менее 0,6096 метра. Особенностью реактора для полимеризации является также то, что крышка может иметь, по крайней мере, две пластины теплообменника. Другой особенностью реактора для полимеризации является то, что каждая, по крайней мере, из двух пластин теплообменника может располагаться на расстоянии не менее 7,62 сантиметров одна от другой. Дополнительной особенностью реактора для полимеризации является то, что реактор для полимеризации может также включать в себя, по крайней мере, один впускной коллектор для охладителя, соединенный посредством жидкости с источником охладителя, и, по крайней мере, один выпускной коллектор, соединенный посредством жидкости с источником охладителя. Еще одной особенностью реактора для полимеризации является то, что в состав реактора для полимеризации может входить, по крайней мере, одна впускная трубка для охладителя, по крайней мере, с одним впускным коллектором для охладителя, соединенная посредством жидкости с каждой (по крайней мере, с одной) из пластин теплообменника, и, по крайней мере, одна выпускная трубка для охладителя, по крайней мере, с одним выпускным коллектором для охладителя, соединенная посредством жидкости с каждой (по крайней мере, с одной) из пластин теплообменника. Кроме того, особенностью реактора для полимеризации является то, что крышка может иметь расположенный вдоль внутренней поверхности держатель пластин, служащий для крепления каждой (по крайней мере, одной) из пластин теплообменника к внутренней поверхности крышки. Еще одной особенностью реактора для полимеризации является то, что каждая (по крайней мере, одна) из пластин теплообменника может быть соединена посредством жидкости с впускной трубкой для охладителя и с выпускной трубкой для охладителя. Дополнительной особенностью реактора для полимеризации является то, что каждая из впускных трубок для охладителя может быть соединена посредством жидкости с впускным коллектором для охладителя и каждая из выпускных трубок для охладителя может быть соединена посредством жидкости с выпускным коллектором для охладителя.

Еще одной особенностью реактора для полимеризации является то, что впускной коллектор для охладителя и выпускной коллектор для охладителя могут быть соединены посредством жидкости с источником охладителя. Кроме того, особенностью реактора для полимеризации является то, что резервуар может включать четыре стенки, длина каждой из которых составляет не менее 1, 2192 метра, а ширина - не менее 0,6096 метра.

Еще одной особенностью реактора для полимеризации является то, что на внутренней поверхности крышки может располагаться, по крайней мере, шесть пластин теплообменника. Дополнительной особенностью реактора для полимеризации является то, что каждая (по крайней мере, одна) из пластин теплообменника может быть снабжена съемной пленкой.

В соответствии с данным изобретением указанные выше преимущества были получены благодаря настоящему реактору для полимеризации олефинов, включающему в себя: резервуар, имеющий, по крайней мере, три боковые стенки и дно, вместе образующие внутреннюю часть резервуара; теплообменник с держателем пластин, впускной коллектор для охладителя, соединенный посредством жидкости с источником охладителя, по крайней мере, одну впускную трубку для охладителя, соединенную посредством жидкости, по крайней мере, с одной пластиной теплообменника, по крайней мере, одну выпускную трубку для охладителя, соединенную посредством жидкости с каждой (по крайней мере, с одной) из пластин теплообменника и соединенную посредством жидкости с выпускным коллектором, выпускной коллектор, соединенный посредством жидкости с источником охладителя; и крышку, имеющую наружную и внутреннюю поверхность, вдоль которой располагается, по крайней мере, одна пластина теплообменника.

Особенностью реактора для полимеризации является также то, что реактор для полимеризации может иметь четыре боковых поверхности, две из которых имеют длину не менее 0,6096 метра и высоту не менее 0,6096 метра, а две другие из четырех боковых поверхностей имеют длину не менее 0,9144 метра и высоту не менее 0,6096 метра, и крышку прямоугольной формы, длина которой составляет не менее 0,9144 метра, а ширина - не менее 0,6096 метра.

В соответствии с данным изобретением указанные выше преимущества были также получены благодаря настоящему методу полимеризации, включающему следующие этапы: соединение, по крайней мере, одного мономера, по крайней мере, с одним катализатором в резервуаре с образованием реакционной смеси для полимеризации, при этом резервуар имеет, по крайней мере, три боковые стенки и дно, вместе образующие внутреннюю часть резервуара; помещение, по крайней мере, одной пластины теплообменника, имеющей полость, соединенную посредством жидкости с источником охладителя, во внутреннюю часть резервуара, обеспечив, таким образом, контакт с реакционной смесью для полимеризации; и удаление, по крайней мере, одной пластины теплообменника из реакционной смеси по прошествии времени, достаточного для того, чтобы большая часть, по крайней мере, одного мономера превратилась в полимер.

Еще одной особенностью метода полимеризации является то, что данный метод может, кроме того, включать этап покрытия съемной пленкой каждой (по крайней мере, одной) из пластин теплообменника перед помещением, по крайней мере, одной пластины теплообменника во внутреннюю часть резервуара.

Данный реактор для полимеризации и процесс получения полимеров имеет следующие преимущества: эффективное отведение тепла от реактора для полимеризации; возможность получения большого количества количество полимера в каждом реакторе для полимеризации; отсутствие необходимости введения охлаждающих добавок; возможность неоднократного использования реактора для полимеризации.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1. Боковая проекция реактора для полимеризации согласно настоящему изобретению.

Фиг.2. Теплообменник реактора для полимеризации, изображенного на фиг.1, в аксонометрии.

Фиг.3. Реактор для полимеризации, изображенный на фиг.1, в аксонометрии.

Хотя данное изобретение будет описано в связи с предпочтительным вариантом осуществления, следует учитывать, что оно не предусматривает ограничения, связанного с данным осуществлением. Напротив, данное изобретение рассчитано на возможность его использования во всевозможных модификациях, а также альтернативных и эквивалентных вариантах, допустимых в рамках сущности и сферы применения этого изобретения согласно прилагаемой формуле изобретения.

Реактор для полимеризации согласно данному изобретению включает в себя резервуар и крышку, снабженную теплообменником. При установке крышки на резервуаре теплообменник располагается внутри резервуара, обеспечивая, таким образом, охлаждение, то есть отведение тепла от содержимого резервуара.

Как показано на фигурах 1-3, в данном конкретном осуществлении настоящего изобретения реактор для полимеризации 40 включает в себя резервуар 80 и крышку 70. Крышка 70 включает в себя теплообменник 60. Резервуар 80 имеет, по крайней мере, три боковых стенки и дно, все они образуют внутреннюю часть резервуара. Из фигур 1-3 видно, что резервуар, предпочтительно, имеет четыре боковые стенки 81, 82, 83, 84, а также дно 85, все они образуют внутреннюю часть 87 резервуара. Следует учитывать, что резервуар 80 может иметь дополнительные стенки, благодаря чему он может быть желаемого вида, однако предпочтительно, чтобы резервуар 80 имел четыре стенки, то есть был прямоугольной (фигуры 1-3) или кубической формы.

Резервуар 80, предпочтительно, должен иметь, по крайней мере, одну «лыжу» салазок 88. Как показано на фигурах 1 и 3, данный резервуар 80 имеет две «лыжи» салазок 88. Салазки 88 позволяют с помощью подъемника или иного средства подцепить резервуар 80 для его перемещения на нужное место, то есть расположить возле источника мономера с целью его загрузки в резервуар 80.

Как показано на фигурах 1 и 3, резервуар 80 имеет длину 92, высоту 91 и ширину 93. Длина 92, высота 91 и ширина 93 могут быть различными исходя из желаний пользователя данным реактором для полимеризации 40. Однако следует учитывать, что при увеличении длины 92 увеличивается также и количество пластин 66 теплообменника, а при увеличении высоты 91 и ширины 93 увеличиваются также и размеры пластин 66 теплообменника. В одном конкретном варианте осуществления длина 92, высота 91 и ширина 93 равны между собой, и каждая из них равна не менее 0,6096 метра. В данном предпочтительном варианте осуществления реактор для полимеризации 40 имеет прямоугольную форму.

Резервуар 80 можно изготавливать из любого материала, известного специалистам в данной области техники. Предпочтительно изготавливать резервуар 80 из нержавеющей стали.

Из фигур 1-3 видно, что крышка 70 состоит из верхней стенки 73 и боковых стенок 72, 74, 75 и 76. Для увеличения жесткости конструкции можно добавить ребро 71. Крышка 70 обеспечивает защиту теплообменника 60 от действия факторов внешней среды и от попадания посторонних предметов на теплообменник 60 и в резервуар 80. Крышка 70 имеет внутреннюю поверхность 77, на которой крепится теплообменник 60. Крышку 70 можно изготавливать из любого материала, известного специалистам в данной области техники. Предпочтительно изготавливать крышку 70 из нержавеющей стали.

Теплообменник 60, предпочтительно, включает в себя держатель пластин 61, впускной коллектор для охладителя 62, выпускной коллектор для охладителя 63, по крайней мере, одну впускную трубку для охладителя 64, по крайней мере, одну выпускную трубку для охладителя 65, и, по крайней мере, одну пластину теплообменника 66 с полостью 69. Держатель пластин 61, предпочтительно, включает в себя кронштейн 59, служащий для крепления каждой из пластин теплообменника 66 к крышке 70.

Впускной коллектор для охладителя 62 соединен посредством жидкости, по крайней мере, с одной впускной трубкой для охладителя 64, соединенной посредством жидкости с пластиной теплообменника 66. Сходным образом выпускной коллектор для охладителя 63 соединен посредством жидкости, по крайней мере, с одной выпускной трубкой для охладителя 65, соединенной посредством жидкости с пластиной теплообменника 66. В одном конкретном варианте осуществления с одной пластиной теплообменника 66 впускная трубка для охладителя 64 и выпускная трубка для охладителя 65 соединены посредством жидкости с впускным коллектором для охладителя 62 и с выпускным коллектором для охладителя 63 соответственно. В других вариантах осуществления, имеющих более одной пластины теплообменника 66, как показано на фигурах 1-3, каждая пластина теплообменника 66 имеет, по крайней мере, одну впускную трубку для охладителя 64 и одну выпускную трубку для охладителя 65, соединенные посредством жидкости с впускным коллектором для охладителя 62 и выпускным коллектором для охладителя 63 соответственно. Таким образом, охладитель проходит от источника охладителя через впускной коллектор для охладителя 62, через каждую из (по крайней мере, одну) впускных трубок для охладителя 64 в полость 69 каждой из (по крайней мере, одной) пластин теплообменника 66, из полости 69 пластины теплообменника через выпускную трубку для охладителя 65, через выпускной коллектор для охладителя 63 и возвращается в источник охладителя. В результате происходит отвод тепла от реакционной смеси для полимеризации, то есть реакционная смесь для полимеризации охлаждается.

Как указано выше, впускной коллектор для охладителя 62 и выпускной коллектор для охладителя 63 соединены посредством жидкости с источником охладителя. Допустимыми источниками охладителя являются известные специалистам в данной области техники холодильные установки (но не только они), использующие в качестве охладителей воду, водно-гликольные смеси, водно-спиртовые смеси, растворы минеральных солей (таких, как, например, хлорид натрия и хлорид калия) и аммиак. В данном случае охладитель может циркулировать, выходя из источника охладителя, через трубу или гибкий шланг (не показан) во впускной коллектор для охладителя 61. Затем охладитель поступает во впускную трубку для охладителя 64 и в полость 69 каждой пластины теплообменника 66.

После этого охладитель выходит из каждой полости 69 каждой пластины теплообменника 66 через выпускную трубку для охладителя 65 и поступает в выпускной коллектор для охладителя 63. Затем охладитель возвращается в источник охладителя из коллектора для охладителя 65 через трубу или гибкий шланг (не показан) для охлаждения и поступает вновь в теплообменник 60.

Из фигур 1-2 видно, что каждая пластина теплообменника 66 имеет переднюю стенку 51, заднюю стенку 52 и, по крайней мере, одну боковую стенку, которые вместе образуют полость 69. Пластина теплообменника 66 характеризуется наличием длины 67, ширины 68 и толщины 55. Пластина теплообменника 66 может быть различной формы и изготавливается из любого подходящего материала исходя из необходимости обеспечения достаточной площади для охлаждения реакционной смеси для полимеризации в резервуаре 80. Предпочтительнее изготавливать пластину теплообменника 66 из алюминия. Как показано на фигурах 1-3, каждая пластина теплообменника 66 имеет четыре стенки 53, хотя следует учитывать, что пластина теплообменника 66 может иметь и круглую форму. В осуществлениях, имеющих более одной пластины теплообменника 66, каждая пластина теплообменника расположена на расстоянии 56 от следующей пластины теплообменника 66.

В предпочтительном осуществлении каждая пластина теплообменника 66 имеет съемную пленку, то есть пластиковую оболочку, предотвращающую прилипание полимера, образующегося в резервуаре 80, к каждой пластине теплообменника 66. Подходящими съемными пленками являются пластиковые листы, пластиковые оболочки и наносимые путем распыления неклейкие вещества, которые не полимеризуются реакционной смесью для полимеризации, например наносимые путем распыления неклейкие вещества, имеющие температуру плавления выше температуры реакционной смеси для полимеризации.

Количество пластин теплообменника 66 в каждом варианте осуществления реактора для полимеризации 40 зависит от размеров резервуара 80. В конкретном варианте осуществления, показанном на фигурах 1-4, резервуар 80 имеет длину 92, равную 2,438 метра и 7,62 сантиметра, высоту 91, равную 1,219 метрам и 2,54 сантиметрам, и ширину 93, равную 1,219 метрам и 7,62 сантиметрам, а каждая пластина теплообменника 66 имеет длину 67, равную 1,219 метрам, ширину 68, равную 1,219 метрам, и толщину 55, равную, приблизительно, 2,222 сантиметра. Семнадцать пластин теплообменника 66 располагаются вдоль держателя пластин 61 на расстоянии 56, равном, приблизительно, 12,222 сантиметра. Следует учитывать, что все вышеуказанные размеры могут быть иными в зависимости от желания или необходимости обеспечения достаточного охлаждения реакционной смеси для полимеризации и оптимизации функциональности полимера.

Реактор для полимеризации 40 согласно данному изобретению может использоваться для получения полимеров из мономеров и, в частности, для получения полиальфаолефинов из олефиновых мономеров. Как указано выше, специалистам в данной области техники известны различные методы полимеризации, реагенты (то есть, мономеры), катализаторы и сокатализаторы. Кроме того, специалистам в данной области техники известны различные методы полимеризации в объеме. Однако ни один из этих известных методов полимеризации не использовался в реакторах для полимеризации 80, описанных выше.

В одном конкретном варианте осуществления настоящего способа полимеризации, по крайней мере, один мономер и, по крайней мере, один полимер соединяются с образованием реакционной смеси для полимеризации в резервуаре 80. Затем с целью защиты реакционной смеси для полимеризации от факторов внешней среды резервуар 80 сверху накрывается крышкой 70, имеющей, по крайней мере, одну пластину теплообменника 66. При установке крышки 70 каждая (по крайней мере, одна) из пластин теплообменника 66 помещается в резервуар 80 и, соответственно, в реакционную смесь для полимеризации. Предпочтительно, чтобы крышка 70 при погружении каждой (по крайней мере, одной) из пластин теплообменника 66 в реакционную смесь для полимеризации перемещалась в направлении, указанном стрелкой 99. Затем подается охладитель, проходящий из источника охладителя внутрь (а затем обратно из) каждой полости теплообменника 69 каждой (по крайней мере, одной) из пластин теплообменника 66. При циркуляции охладителя через каждую пластину теплообменника 66 происходит охлаждение реакционной смеси для полимеризации. Каждая пластина теплообменника 66 контактирует с реакционной смесью для полимеризации в течение периода времени, необходимого для того, чтобы большинство мономеров превратилось в полимер. После этого крышка 70 снимается при ее перемещении в направлении, указанном стрелкой 98, с целью извлечения каждой (по крайней мере, одной) из пластин теплообменника 66 из реакционной смеси для полимеризации.

Следует учитывать, что данное изобретение не ограничивается показанными и описанными деталями конструкции, действиями и перечисленными материалами или способами осуществления, так как специалисты, работающие в данной области техники, могут легко найти модификации и эквивалентные решения. Например, каждая из пластин теплообменника может иметь более одной впускной трубки для охладителя или более одной выпускной трубки для охладителя. Форма и размеры реактора для полимеризации могут быть легко определены специалистом в данной области техники. Кроме того, в состав реактора для полимеризации могут быть включены различные измерительные устройства, например датчик для измерения температуры во время протекания реакции полимеризации. Следует добавить, что форма пластин теплообменника может быть любой исходя их желания или необходимости, связанной с формой резервуара, а именно круглой, прямоугольной, треугольной, трапецеидальной и т.д. Соответственно, данное изобретение ограничено только областью, охватываемой прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к реакторам для проведения полимеризации мономеров, преимущественно альфаолефиновых мономеров. Технический результат - получение большого количество полимера из одного реактора, возможность неоднократного использования реактора. Описывается реактор для полимеризации (40), имеющий дно (85) и, по крайней мере, четыре боковые стенки (81, 82, 83, 84), образующие внутреннюю часть (87) резервуара, а также имеющий, по крайней мере, одну пластину теплообменника (66), соединенную посредством жидкости с источником охладителя; при этом каждая (по крайней мере, одна) из пластин теплообменника (66) размещается на крышке. Описан также способ получения полимеров. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула