[RU]

1. Способ осуществления циркуляции полимеризационной суспензии олефина через петлевой реактор с целью получения полиолефина с использованием аксиального насоса, где указанная полимеризационная суспензия олефина включает олефиновый мономер, разбавитель и катализатор полимеризации, причем указанный аксиальный насос включает крыльчатку, состоящую из шести лопастей, и при этом указанный аксиальный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.

2. Способ по п.1, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

3. Способ по п.1 или 2, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.

5. Способ получения полиолефина в петлевом реакторе, включающий следующие этапы: (a) подачу олефинового мономера, разбавителя и по меньшей мере одного катализатора полимеризации в указанный петлевой реактор для получения полимеризационной суспензии; (b) полимеризацию указанного олефинового мономера в указанном петлевом реакторе с образованием полиолефина, при этом циркуляцию указанной суспензии через указанный петлевой реактор осуществляют с помощью аксиального насоса, включающего крыльчатку, состоящую из шести лопастей, а указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.

6. Способ по п.5, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

7. Способ по п.5 или 6, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

8. Способ по любому из пп.5-7, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.

9. Петлевой реактор (100, 116) получения полиолефина для осуществления способа по любому из пп.1-4, где указанный реактор (100, 116) включает множество взаимосвязанных труб (104), ограничивающих контур циркуляции полимеризационной суспензии, причем указанная полимеризационная суспензия включает олефиновый мономер, возможно один или более сомономеров, катализатор полимеризации, возможно активирующий агент и разбавитель; средства (107) подачи в реактор мономера и разбавителя; средства (106) подачи в реактор катализатора полимеризации; возможно средства (106) подачи в реактор активирующего агента и насос (101), подходящий для поддержания циркуляции суспензии полимера в указанном реакторе (100, 116), при этом указанный насос (101) представляет собой аксиальный насос, снабженный крыльчаткой (103), состоящей из шести лопастей, и указанный насос (101) установлен на раме (122) с пружинными амортизаторами.

10. Петлевой реактор по п.9, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

11. Петлевой реактор по п.9 или 10, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

12. Петлевой реактор по любому из пп.9-11, в котором указанный реактор предназначен для получения полиэтилена.

(57) Реферат / Формула:

1. Способ осуществления циркуляции полимеризационной суспензии олефина через петлевой реактор с целью получения полиолефина с использованием аксиального насоса, где указанная полимеризационная суспензия олефина включает олефиновый мономер, разбавитель и катализатор полимеризации, причем указанный аксиальный насос включает крыльчатку, состоящую из шести лопастей, и при этом указанный аксиальный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.

2. Способ по п.1, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

3. Способ по п.1 или 2, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.

5. Способ получения полиолефина в петлевом реакторе, включающий следующие этапы: (a) подачу олефинового мономера, разбавителя и по меньшей мере одного катализатора полимеризации в указанный петлевой реактор для получения полимеризационной суспензии; (b) полимеризацию указанного олефинового мономера в указанном петлевом реакторе с образованием полиолефина, при этом циркуляцию указанной суспензии через указанный петлевой реактор осуществляют с помощью аксиального насоса, включающего крыльчатку, состоящую из шести лопастей, а указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.

6. Способ по п.5, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

7. Способ по п.5 или 6, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

8. Способ по любому из пп.5-7, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.

9. Петлевой реактор (100, 116) получения полиолефина для осуществления способа по любому из пп.1-4, где указанный реактор (100, 116) включает множество взаимосвязанных труб (104), ограничивающих контур циркуляции полимеризационной суспензии, причем указанная полимеризационная суспензия включает олефиновый мономер, возможно один или более сомономеров, катализатор полимеризации, возможно активирующий агент и разбавитель; средства (107) подачи в реактор мономера и разбавителя; средства (106) подачи в реактор катализатора полимеризации; возможно средства (106) подачи в реактор активирующего агента и насос (101), подходящий для поддержания циркуляции суспензии полимера в указанном реакторе (100, 116), при этом указанный насос (101) представляет собой аксиальный насос, снабженный крыльчаткой (103), состоящей из шести лопастей, и указанный насос (101) установлен на раме (122) с пружинными амортизаторами.

10. Петлевой реактор по п.9, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.

11. Петлевой реактор по п.9 или 10, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.

12. Петлевой реактор по любому из пп.9-11, в котором указанный реактор предназначен для получения полиэтилена.

---

Евразийское
патентное
ведомство
025777 (13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации
и выдачи патента: 2017.01.30
(51) Int. Cl. B01J19/18 (2006.01) C08F 2/01 (2006.01)
(21) Номер заявки:
(22) Дата подачи:
201390101 2011.07.29
(54) НАСОС ДЛЯ ПЕТЛЕВОГО РЕАКТОРА
(31) 10171364.2
(32) 2010.07.30
(33) EP
(43) 2013.07.30
(86) PCT/EP2011/063146
(87) WO 2012/013804 2012.02.02
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ТОТАЛ РИСЕРЧ ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ ФЕЛЮЙ (BE)
(72) Изобретатель:
Тиммерман Франк, Омс Ваутер, Девахтер Даан, Фуарж Луи (BE)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(56) "Axial Flow Circulator Pumps for Polyolefin Reactors", Lawrence Pumps Inc., 31 December 1993 (1993-12-31), XP002613947, Lawrence MA 01843 (US) Retrieved from the Internet: URL:http:// www.lawrencepumps.com/documents/9500 %201oop%20reactor.pdf [retrieved on 2010-12-13], the whole document US-A1-2003229187
WO-A1-2005077994
(57) Настоящее изобретение относится к применению насоса в петлевом реакторе получения полиэтилена, а также к реактору, включающему такой насос, и к способам получения полиолефина с помощью такого реактора. Насос согласно изобретению отличается тем, что он представляет собой аксиальный циркуляционный насос, снабженный крыльчаткой, которая включает шесть лопастей, и при этом насос установлен на раме с пружинными амортизаторами. Применение насоса согласно настоящему изобретению позволяет получать гомогенные полиэтиленовые продукты, отвечающие высоким стандартам качества, из сложных смесей полимеризации этилена и при этом снижать потребление энергии.
Настоящее изобретение относится к реактору для получения полиолефинов. В частности, настоящее изобретение относится к применению насоса в петлевом реакторе. В частности, изобретение относится к применению насоса, включающего систему рабочего колеса (крыльчатки), предназначенную для вытеснительного перемещения и непрерывной циркуляции суспендированной полимеризационной смеси в петлевом реакторе.
Уровень техники
Полиолефины, например, полиэтилен (ПЭ), синтезируют полимеризацией олефиновых мономеров, например, этиленовых мономеров (СН2=СН2). Поскольку полиэтиленовые полимеры отличаются относительной дешевизной, безопасностью и стабильностью применения и получения в большинстве типов окружения, а также легки в обработке, их применяют во множестве отраслей. В зависимости от их свойств, полиэтилены можно разделить на несколько классов, неограничивающие примеры которых включают ПНП (полиэтилен низкой плотности), ЛПНП (линейный полиэтилен низкой плотности) и ПВП (полиэтилен высокой плотности). Каждый из типов полиэтилена имеет свои определенные свойства и характеристики.
Полимеризацию олефинов, например, полимеризацию этилена, часто выполняют в петлевом реакторе, в котором находятся мономер этилен, жидкий разбавитель и катализатор, возможно один или более сомономер (сомономеры) и водород. Полимеризацию в петлевом реакторе обычно выполняют в суспензии, где получаемый полимер обычно находится в виде твердых частиц, суспендированных в разбавителе. Суспензию в реакторе подвергают непрерывной циркуляции с помощью насоса, что позволяет эффективно поддерживать твердые частицы полимера в суспензии в жидком разбавителе. Суспензию полимера выгружают из петлевого реактора через осадительные колонны, которые работают в периодическом режиме выгрузки суспензии. Осаждение в колоннах производят для повышения концентрации твердого вещества в суспензии, которую в конечном итоге выгружают в виде суспензии продукта. Суспензию продукта затем транспортируют через нагреваемые испарительные трубопроводы в испарительный резервуар, в котором производят испарение большей части разбавителя и непрореагировавших мономеров, которые затем подвергают рециркуляции.
Альтернативно суспензия продукта может быть направлена в соединенный последовательно с первым петлевым реактором второй петлевой реактор, в котором может происходить получение второй полимерной фракции. Обычно, если таким образом применяют два реактора, соединенные последовательно, то получаемый полимерный продукт представляет собой бимодальный полимерный продукт, который включает первую полимерную фракцию, получаемую в первом реакторе, и вторую полимерную фракцию, получаемую во втором реакторе, и имеет бимодальное распределение молекулярной массы.
После отбора полимерного продукта из реактора и удаления остаточного разбавителя, полимерный продукт сушат, к нему могут быть добавлены добавки, и, наконец, полимер может быть перемешан и подвергнут гранулированию.
Заявителями было обнаружено, что получение полиолефина, например, полиэтилена высокого качества и с высоким выходом сопряжено с рядом сложностей. Они включают адекватный контроль различных условий реакции, например, температуры, давления и расхода. Также важны наличие эффективной конструкции и поддержание рабочего состояния реакторов. Сложный состав реакционной суспензии также создает дополнительные проблемы. Например, на суспензию влияют количество и качество ингредиентов или гомогенность дисперсии порошкообразного катализатора полимеризации, который имеет тенденцию осаждаться в суспензии. Кроме того, для снижения производственных затрат было бы желательно понизить высокое потребление энергии. Наличие перечисленных проблем вызывает данной области техники необходимость создания усовершенствованного оборудования, отвечающего жестким требованиям к качеству получаемого полиэтилена.
Таким образом, задача изобретения состоит в предоставлении реактора для полимеризационного получения полиолефинов, в частности, петлевого реактора для полимеризации в суспензии с целью получения полиолефина, например, полиэтилена, отвечающего высоким стандартам качества, при дополнительной оптимизации потребления энергии.
Сущность изобретения
Неожиданно заявителями было обнаружено, что вышеуказанные проблемы, существующие в данной области техники, могут быть решены посредством применения особого насоса согласно настоящему изобретению, который позволяет производить синтез гомогенных полиолефиновых продуктов, в частности, полиэтиленовых продуктов, отвечающих высоким стандартам качества, из сложных смесей полимеризации этилена, и при этом поддерживать низкое потребление энергии.
Соответственно, настоящее изобретение, в частности, относится к применению аксиального насоса для циркуляции через петлевой реактор во время получения полиолефина, предпочтительно полиэтилена, полимеризационной суспензии олефина, предпочтительно полимеризационной суспензии этилена, включающей олефиновый мономер, предпочтительно этиленовый мономер, разбавитель и катализатор полимеризации; при этом указанный насос включает крыльчатку, состоящую из 6 лопастей, и при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к способу получения полиолефина в пет
левом реакторе, включающему следующие этапы:
(a) подачу олефинового мономера, например, этиленового мономера, разбавителя и, по меньшей мере, одного катализатора полимеризации в указанный петлевой реактор для получения полимеризаци-онной суспензии;
(b) полимеризацию указанного этилена в указанном петлевом реакторе с образованием полиолефи-на, например, полиэтилена,
при этом циркуляцию указанной суспензии через указанный петлевой реактор осуществляют с помощью аксиального насоса, включающего крыльчатку, состоящую из 6 лопастей, и при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к петлевому реактору для получения по-лиолефина, например, полиэтилена, где указанный реактор включает
множество взаимосвязанных труб, ограничивающих контур циркуляции полимеризационной суспензии, где указанная полимеризационная суспензия включает олефиновый мономер, например, этиленовый мономер, возможно один или более сомономеров, катализатор полимеризации, возможно активирующий агент и разбавитель;
средства подачи в реактор мономера и разбавителя;
средства подачи в реактор катализатора полимеризации;
возможно средства подачи в реактор активирующего агента и
насос, подходящий для поддержания циркуляции суспензии полимера в указанном реакторе,
при этом указанный насос представляет собой аксиальный насос, снабженный крыльчаткой, состоящей из 6 лопастей, и при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
Ниже настоящее изобретение описано более подробно. В приведенном ниже описании, различные аспекты изобретения рассмотрены более подробно. Если не указано обратное, каждый рассмотренный аспект может быть скомбинирован с любым другим аспектом или аспектами. В частности, любой признак, описанный как предпочтительный или подходящий, может быть скомбинирован с любым другим признаком или признаками, которые также описаны как предпочтительные или подходящие. Описание приведено для примера и не ограничивает настоящее изобретение. Числовые обозначения относятся к прилагаемым графическим материалам.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 схематически представлены детали насоса, установленного на раме с пружинными амортизаторами, согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
На фиг. 2 схематически представлен двойной петлевой реактор, включающий два последовательно соединенных петлевых реактора и снабженный насосом согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлено количество потребляемой энергии для четырехлопастной крыльчатки (слева) и насоса согласно одному из воплощений изобретения (справа).
Подробное описание изобретения
Перед описанием предлагаемого способа и продуктов согласно изобретению, следует упомянуть, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными способами, компонентами, продуктами или комбинациями, поскольку очевидно, что такие способы, компоненты, продукты и комбинации могут быть различными. Также следует упомянуть, что используемая терминология не имеет ограничительного значения, поскольку объем настоящего изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
Если из контекста не ясно обратное, в настоящем описании формы единственного числа включают как единственное, так и множественное число.
В настоящем описании термины "включающий", "включает" и "состоит из" являются синонимами терминам "содержащий" и "содержит" и используются включительно, то есть содержат граничные значения и не исключают дополнительных, не указанных членов, элементов или этапов способа. Следует учитывать, что в настоящем описании термины "включающий", "включает" и "состоит из" включают термины "состоящий из" и "состоит".
Указание числовых диапазонов в виде граничных значений включает все числовые значения и их доли, находящиеся внутри соответствующих диапазонов, а также указанные граничные значения.
В настоящем описании термин "приблизительно", используемый при описании измеряемой величины, например, параметра, количества, временного промежутка и подобных величин, включает все диапазоны с учетом допущения +/-10% или менее, предпочтительно +/-5% или менее, более предпочтительно +/-1% или менее и наиболее предпочтительно +/-0,1% или менее от указанного значения, при условии, что такое допущение не противоречит целям настоящего изобретения. Следует понимать, что значение, к которому относится модификатор "приблизительно" также включает особо и предпочтительно само значение.
Все документы, цитируемые в настоящем описании, полностью включены в настоящее описание посредством ссылки.
Если не указано обратное, все термины, используемые для описания изобретения, включающие
технические и научные термины, имеют значения, обычно приписываемое им специалистами в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Для лучшего понимания настоящего изобретения и дополнительного руководства описание включает определения терминов.
В приведенном ниже описании более подробно рассмотрены различные аспекты изобретения. Если не указано обратное, каждый рассмотренный аспект может быть скомбинирован с любым другим аспектом или аспектами. В частности, любой признак, описанный как предпочтительный или подходящий, может быть скомбинирован с любым другим признаком или признаками, которые также описаны как предпочтительные или подходящие.
Упоминаемые в настоящем описании "одно из воплощений" или "воплощение" означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описанная в при рассмотрении воплощения, включены по меньшей мере в одно воплощение настоящего изобретения. Так, фразы "в одном из воплощений" или "в воплощении", упоминаемые в настоящем описании, не обязательно относятся к одному воплощению, а к множеству воплощений. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом, очевидным специалисту в данной области техники после прочтения описания, в одном или более воплощениях. Кроме того, несмотря на то, что некоторые рассмотренные в настоящем описании воплощения включают некоторые, но не все признаки, относящиеся к другим воплощениям, комбинации признаков, относящихся к разным воплощениям, включены в объем изобретения и образуют новые воплощения, что очевидно специалистам в данной области техники. Например, любое из описываемых в прилагаемой формуле изобретения воплощений может быть применено в любой комбинации.
Согласно изобретению, аксиальный насос применяют для циркуляции полимеризационной суспензии олефина, предпочтительно полимеризационной суспензии этилена, включающей этиленовый мономер, разбавитель и катализатор полимеризации, через петлевой реактор с целью получения полиолефина, предпочтительно полиэтилена; при этом указанный насос включает крыльчатку, состоящую из 6 лопастей, и при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами. В одном из воплощений указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.
В настоящем описании термин "аксиальный насос" или "осевой насос" означает лопастной (или пропеллерный) циркуляционный насос, включающий крыльчатку, которая установлена на валу ротора, непосредственно или опосредованно (например, через магнитную муфту) приводимый в движение двигателем, предпочтительно электродвигателем. В аксиальных насосах текучая среда поступает в крыльчатку в аксиальном направлении, и выброс текучей среды из таких насосов происходит также практически в аксиальном направлении, так что направление циркуляции жидкости параллельно направлению вала ротора.
Согласно одному из воплощений указанная крыльчатка установлена на валу ротора, который присоединен к двигателю. Согласно предпочтительному воплощению изобретения, крыльчатка установлена на одном из концов вала ротора внутри трубы контура реактор полимеризации. Предпочтительно, вал ротора выступает наружу через стенку трубы контура реактор полимеризации, и снаружи он присоединен к двигателю, находящемуся на другом конце вала. Предпочтительно вал состоит из неразветвленного стержня, предпочтительно жесткого и прямого. Предпочтительно вал насоса, по меньшей мере, частично окружен муфтой. Предпочтительно муфта соединена с реактором. Предпочтительно муфта соединена с внутренней стенкой реактора на конце крыльчатки. Предпочтительно муфта соединена со стенкой реактора на том участке, где вал выступает наружу через стенку реактора. Предпочтительно вал и муфта обеспечивают оптимальную центровку осей двигателя, крыльчатки и реактора и предотвращает перемещение двигателей, крыльчатки и реактора относительно друг друга.
В настоящем описании термин "лопасть" означает лопатку или крыло крыльчатки. Лопасть представляет собой пластину, присоединенную к радиальному участку вращающегося барабана, цилиндра или вала. Согласно изобретению, по меньшей мере, 5 лопастей, предпочтительно 6 лопастей или более, закреплены на вращающемся валу (т.е. валу ротора или валу крыльчатки), и все вместе образуют крыльчатку, которая перемещает текучую среду при вращении. Лопасти могут быть установлены непосредственно на валу, или в альтернативном варианте они могут быть установлены на втулке, которая расположена вокруг вала. Крыльчатка, вал и двигатель представляют собой компоненты насоса.
В одном из предпочтительных воплощений лопасти указанной крыльчатки имеют угол наклона лопасти, составляющий от 24 до 26°, более предпочтительно от 24,5 до 25,5° и наиболее предпочтительно приблизительно 25°. В настоящем описании термин "угол наклона лопасти" означает угол между линией хорды лопасти и плоскостью вращения крыльчатки (в направлении вращения), выражаемый в градусах, где линия хорды представляет собой прямую линию, соединяющую входную и выходную кромку лопасти, где входная и выходная кромки лопасти соответственно представляют собой передний и задний край лопасти в направлении движения. Угол наклона лопасти также называют углом атаки или углом шага.
Предпочтительно насос согласно изобретению работает со скоростью, или рабочая скорость насоса во время проведения реакции или способа полимеризации, составляет от 1450 до 1520 об./мин (оборотов в минуту), более предпочтительно от 1470 до 1500 об./мин и наиболее предпочтительно от 1480 до 1490
об./мин, например 1485 об./мин.
Диаметр крыльчатки предпочтительно превышает 70% и составляет менее 100% внутреннего диаметра трубы указанного петлевого реактора, более предпочтительно превышает 80% и составляет менее 100%, и наиболее предпочтительно превышает 90% и составляет менее 100%. В настоящем описании термин "внутренний диаметр трубы" означает диаметр трубы, ограниченный внутренней поверхностью трубы. Он равен разности между полным диаметром трубы (или расстоянием между секциями противоположных внешних стенок трубы) и величиной толщины стенки трубы, умноженной на два.
Предпочтительно, крыльчатка указанного насоса расположена внутри трубы петлевого реактора, более предпочтительно непосредственно перед изогнутой секцией трубы, т.е. вверх по направлению потока относительно изогнутой секции трубы.
Предпочтительно, лопасти и/или втулка и/или вал изготовлены из нержавеющей стали, в альтернативном варианте называемой неокисляемой сталью или коррозионно-стойкой сталью.
Согласно изобретению, насос установлен на раме с пружинными амортизаторами. В одном из воплощений указанная рама с пружинными амортизаторами прочно соединена с основанием (полом). Предпочтительно рама с пружинными амортизаторами включает одну или более пружину одну или более раму, одно или более соединений с реактором и одно или более соединений с насосом (предпочтительно с двигателем насоса). Предпочтительно соединения с реактором и насосом жесткие. Предпочтительно пружины расположены под рамой. Предпочтительно пружины регулируемым образом поддерживают раму, что позволяет выравнивать раму относительно лежащей ниже структуры, например, пола. Предпочтительно рама с пружинными амортизаторами осуществляет центровку оси насоса с осью контура реактора при изменении различных параметров, например, массы реактора, массы насоса и/или при изменении температуры реактора или насоса, и/или предотвращает изменение физической ориентации.
Настоящее изобретение относится к получению полиэтилена. В настоящем описании термин "порошкообразный полиэтилен" означает частицы или гранулы полиэтилена.
Предпочтительно настоящее изобретение относится к получению мономодального или мультимо-дального, например, бимодального полиэтилена. В настоящем описании термины "мультимодальный полиэтилен" и "бимодальный полиэтилен" означают полиэтилен, который состоит из разных фракций полиэтилена, имеющих различные физико-химические и/или механические свойства. Неогранчивающие примеры бимодальных полиэтиленовых композиций могут включать две фракции полиэтилена, имеющие различную среднюю молекулярную массу, показатель текучести расплава и/или плотность.
Предпочтительно средний диаметр частиц (d50) указанного полиэтилена составляет от 10 до 400 мкм, более предпочтительно от 50 до 300 мкм и наиболее предпочтительно приблизительно 200 мкм. Диаметр d50 обычно измеряют с помощью лазерного дифракционного анализа на анализаторе Malvern, в котором частицы должны находиться в суспензии в растворителе, например, циклогексане, и это значение определяют как размер, по отношению к которому содержание частиц меньшего диаметра составляет 50%.
В одном из воплощений плотность указанного полиэтилена составляет от 0,900 до 0,975 г/см3, более предпочтительно от 0,925 до 0,950 г/см3.
Полиэтилен получают из полимеризационной суспензии этилена. В настоящем описании термин "полимеризационная суспензия этилена" означает композицию, включающую этиленовый мономер, твердые частицы катализатора, т.е. твердый или порошкообразный катализатор, и разбавитель. Твердые частицы могут быть суспендированы в разбавителе. Согласно настоящему изобретению это особенно относится к твердым частицам катализатора полимеризации этилена, находящимся в разбавителе. Таким образом, в одном из воплощений полимеризационная суспензия этилена означает смесь, подходящую для проведения гомополимеризации этиленового мономера с образованием полиэтилена.
В одном из воплощений указанная полимеризационная суспензия этилена дополнительно включает один или более сомономеры. В настоящем описании термин "сомономер" означает сомономеры, которые подходят для полимеризации с этиленовыми мономерами. Неограничивающие примеры сомономеров могут включать алифатические С3-С20 альфа-олефины. Примеры подходящих алифатических С3-С20 аль-фа-олефинов включают пропилен, 1-бутен, 4-метил-1-пентен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен, 1-додецен, 1-тетрадецен, 1-гексадецен, 1-октадецен и 1-эйкозен. Таким образом, в одном из воплощений полимериза-ционная суспензия этилена означает смесь, подходящую для проведения сополимеризации этиленового мономера и сомономера.
Разбавители, которые подходят для применения согласно настоящему изобретению, предпочтительно представляют собой жидкие разбавители, неограничивающие примеры которых могут включать углеводородные разбавители, например алифатические, циклоалифатические и ароматические углеводородные растворители, или галогенированные варианты таких растворителей. Предпочтительные растворители представляют собой содержащие 12 атомов С или менее, неразветвленные или разветвленные насыщенные углеводороды, насыщенные алициклические или ароматические углеводороды, содержащие 5 до 9 атомов С, или галогенированные углеводороды, содержащие от 2 до 6 атомов С. Неограничивающие иллюстративные примеры растворителей включают бутан, изобутан, пентан, гексан, гептан, циклопентан, циклогексан, циклогептан, метилциклопентан, метилциклогексан, изооктан, бензол, толу
ол, ксилол, хлороформ, хлорбензолы, тетрахлорэтилен, дихлорэтан и трихлорэтан. В одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения указанный разбавитель представляет собой изобутан. Тем не менее, очевидно, что для реализации настоящего изобретения могут быть применены и другие разбавители.
Предпочтительно катализатор полимеризации включает катализатор, выбранный из группы, состоящей из металлоценовых катализаторов, катализаторов Циглера-Натта и хромовых катализаторов, в которых указанный катализатор иммобилизован на твердом инертном носителе. Термин "твердые частицы" означает твердое вещество, представляющее собой множество частиц, например, в виде порошка или гранулята. Согласно настоящему изобретению этот термин в особенности относится к катализатору, находящемуся на носителе или подложке. Носитель предпочтительно представляет собой носитель из оксида кремния (Si). Средний диаметр (d50) частиц катализатора полимеризации предпочтительно составляет от 1 до 100 мкм, более предпочтительно от 5 до 50 мкм и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 40 мкм.
В настоящем описании термин "катализатор" означает вещество, изменяющее скорость реакции полимеризации, но не расходующееся в реакции. Для настоящего изобретения особенно подходят катализаторы, применяемые в полимеризации этилена с образованием полиэтилена. Эти катализаторы далее называются катализаторами полимеризации этилена или катализаторами полимеризации. Для настоящего изобретения особенно подходят катализаторы полимеризации этилена, например, металлоценовые катализаторы, хромовые катализаторы и/или катализаторы Циглера-Натта. Предпочтительно указанный катализатор полимеризации включает катализатор, выбранный из группы, состоящей из металлоценовых катализаторов, катализаторов Циглера-Натта и хромовых катализаторов, в которых указанный катализатор иммобилизован на твердом инертном носителе.
В одном из предпочтительных воплощений настоящего изобретения указанный катализатор представляет собой металлоценовый катализатор. Термин "металлоценовый катализатор" используют для описания любых комплексов переходных металлов, состоящих из атомов металла, связанных с одним или более лигандами. Металлоценовые катализаторы представляют собой соединения переходных металлов IV Группы Периодической таблицы, например, титана, циркония, гафния и т.д., и имеют координационную структуру, состоящую из соединения металла и лигандов, представляющих собой одну или две группы, выбранные из циклопентадиенила, инденила, флуоренила или их производных. Применение металлоценовых катализаторов в полимеризации полиэтилена позволяет получать ряд преимуществ. Ме-таллоценовые катализаторы обладают высокой активностью, и их применение может обеспечить получение полимеров с улучшенными физическими свойствами. Ключевая часть металлоцена представляет собой структуру комплекса. Структура и геометрия металлоцена может быть адаптирована в соответствии с производственной необходимостью при получении конкретного полимера. Металлоцены включают один активный центр на металле, который позволяет регулировать ветвление и распределение молекулярной массы полимера. Мономеры встраиваются между металлом и растущей цепочкой полимера.
В одном из предпочтительных воплощений металлоценовый катализатор имеет общую формулу (I) или (II)
(Ar)2MQ2 (I); R"(Ar)2MQ2 (")
в которой металлоцены формулы (I) представляют собой не включающие мостиковой связи метал-лоцены, а металлоцены формулы (II) представляют собой включающие мостиковую связь металлоцены;
где указанный металлоцен формулы (I) или (II) включает два Ar, соединенные с М, которые могут быть как одинаковыми, так и отличными друг от друга;
где Ar представляет собой ароматический цикл, группу или фрагмент, и каждый Ar независимо выбран из группы, состоящей из циклопентадиенила, инденила, тетрагидроинденила или флуоренила, и при этом каждая из указанных групп может быть возможно замещена одним или более заместителями, каждый из которых независимо выбран из группы, состоящей из галогена, гидросилила, группы SiR3, где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий от 1 до 20 атомов углерода, и углеводородного радикала, содержащего от 1 до 20 атомов углерода, и при этом указанный углеводородный радикал возможно содержит один или более атом, выбранный из группы включающей В, Si, S, О, F, Cl и Р;
где М представляет собой переходный металл М, выбранный из группы, состоящей из титана, циркония, гафния и ванадия; и предпочтительно представляет собой цирконий;
где каждый Q независимо выбран из группы, состоящей из галогена, гидрокарбоксильной группы, содержащей 1 до 20 атомов углерода, и углеводородного радикала, содержащего от 1 до 20 атомов углерода, и при этом указанный углеводородный радикал возможно содержит один или более атом, выбранный из группы, включающей В, Si, S, О, F, Cl и Р; и
где R" представляет собой двухвалентную группу или фрагмент, соединяющий две Ar группы, и выбран из группы, состоящей из С1-С20 алкилена, германия, кремния, силоксана, алкилфосфина и амина, и при этом указанный R" возможно замещен одним или более заместителями, каждый из которых независимо выбран из группы, состоящей из галогена, гидросилила, группы SiR3, в которой R представляет
собой углеводородный радикал, содержащий от 1 до 20 атомов углерода, и углеводородного радикала, содержащего от 1 до 20 атомов углерода, и при этом указанный углеводородный радикал возможно содержит один или более атом, выбранный из группы включающей В, Si, S, О, F, Cl и Р.
В настоящем описании термин "углеводородный радикал, содержащий от 1 до 20 атомов углерода" означает фрагмент, выбранный из группы, включающей неразветвленный или разветвленный С1-С20-алкил; С3-С20 циклоалкил; С6-С20-арил; С7-С20-алкиларил и С7-С20-арилалкил или их любые их комбинации. Примеры углеводородных радикалов включают метил, этил, пропил, бутил, амил, изоамил, гексил, изобутил, гептил, октил, нонил, децил, цетил, 2-этилгексил и фенил. Примеры атомов галогена включают хлор, бром, фтор и йод; предпочтительными среди этих атомов галогенов являются фтор и хлор.
Неограничивающие иллюстративные примеры металлоценовых катализаторов включают дихлорид бис(циклопентадиенил)циркония (Cp2ZrCl2), дихлорид бис(циклопентадиенил)титана (Cp2TiCl2), дихло-рид бис(циклопентадиенил)гафния (Cp2HfCl2); дихлорид бис(тетрагидроинденил)циркония, дихлорид бис(инденил)циркония и дихлорид бис(н-бутил-циклопентадиенил)циркония; дихлорид этилен-бис(4,5,6,7-тетрагидро-1-инденил)циркония, дихлорид этилен-бис(1-инденил)циркония, дихлорид диме-тилсилилен-бис(2-метил-4-фенил-инден-1-ил)циркония, дихлорид дифенилметилен-(циклопентадие-нил)(флуорен-9-ил)циркония и дихлорид диметилметилен-[1-(4-трет-бутил-2-метил-циклопентадие-нил)] (флуорен-9-ил)циркония.
Катализаторы могут находиться на твердом носителе. Носитель должен представлять собой твердое инертное вещество, не вступающее в химические реакции с любым из компонентов традиционного ме-таллоценового катализатора. Подложка или носитель представляет собой инертное органическое или неорганическое твердое вещество, не вступающее в химические реакции с любым из компонентов традиционного металлоценового катализатора. Подходящие материалы носителей для катализаторов на носителе согласно настоящему изобретению включают твердые неорганические оксиды, например, оксид кремния, оксид алюминия, оксид магния, оксид титана, оксид тория, а также смешанные оксиды кремния и одного или более металла группы 2 или 13, например, смешанные оксиды кремния-магния и кремния-алюминия. Предпочтительными материалами носителей являются оксид кремния, оксид алюминия и смешанные оксиды кремния и одного или более металлов группы 2 или 13. Предпочтительные примеры таких смешанных оксидов включают оксиды кремния-алюминия. Наиболее предпочтительным является оксид кремния. Оксид кремния может находиться в виде гранул, агломератов, коллоидальной или другой формы. Носитель предпочтительно представляет собой композицию оксида кремния. В одном из предпочтительных воплощений металлоценовый катализатор получают на твердом носителе, предпочтительно носителе из оксида кремния.
В одном из предпочтительных воплощений катализатор полимеризации, применяемый для осуществления способа согласно изобретению, представляет собой нанесенный на носитель металлоценово-алюмоксановый катализатор, состоящий из металлоцена и алюмоксана, связанных с пористым носителем из оксида кремния
В другом воплощении настоящего изобретения указанный катализатор представляет собой хромовый катализатор. Термин "хромовые катализаторы" означает катализаторы, получаемые осаждением оксида хрома на носитель, например, на носитель из оксида кремния или алюминия. Неограничивающие иллюстративные примеры хромовых катализаторов включат CrSiO2 или CrAl2O3.
В другом воплощении настоящего изобретения указанный катализатор представляет собой катализатор Циглера-Натта. Термин "катализатор Циглера-Натта" или "катализатор ЦН" означает катализаторы, имеющие общую формулу M1XV, в которой М1 представляет собой соединение переходного металла, выбранного из групп IV-VII, X представляет собой галоген, a v представляет собой валентность металла. Предпочтительно М1 представляет собой металл группы IV, группы V или группы VI, более предпочтительно титан, хром или ванадий, и наиболее предпочтительно титан. Предпочтительно X представляет собой хлор или бром, и наиболее предпочтительно хлор. Неограничивающие иллюстративные примеры соединений переходных металлов включат TiCl3 и TiCl4. Катализаторы ЦН, подходящие для применения согласно изобретению, описаны в патентных публикациях U.S. 6930071 и U.S. 6864207, содержание которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к способу получения полиолефина, например, полиэтилена, в петлевом реакторе, где способ включает следующие этапы:
(a) подачу олефинового мономера, например, этиленового мономера, разбавителя и, по меньшей мере, одного катализатора полимеризации в указанный петлевой реактор для получения полимеризаци-онной суспензии;
(b) полимеризацию указанного этилена в указанном петлевом реакторе с образованием полиолефи-на, например, полиэтилена;
при этом циркуляцию указанной суспензии через указанный петлевой реактор осуществляют с помощью аксиального насоса, включающего крыльчатку, состоящую из 6 лопастей, и при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
В одном из предпочтительных воплощений в петлевой реактор для получения полиэтиленовых сополимеров дополнительно подают один или более сомономер. В другом предпочтительном воплощении
в петлевой реактор дополнительно подают водород.
Предпочтительно полимеризационную суспензию подвергают циркуляции со скоростью (т.е. при объемном расходе или скорости течения текучей среды), составляющей от 4500 до 6000 м3/ч, более предпочтительно от 5000 до 5500 м3/ч и наиболее предпочтительно приблизительно 5250 м3/ч.
В другом воплощении давление в петлевом реакторе составляет от 35 бар избыточного давления (что эквивалентно 36 бар; бар избыточного давления составляет бар +1, где 1 бар составляет 105 Па) до 65 бар избыточного давления (что эквивалентно 66 бар), более предпочтительно от 40 бар избыточного давления до 50 бар избыточного давления, наиболее предпочтительно от 40 бар избыточного давления до 45 бар избыточного давления, например приблизительно 42 бар избыточного давления. В другом воплощении давление в указанном петлевом реакторе в рабочих условиях составляет по меньшей мере 40 бар избыточного давления. В настоящем описании, термин "бар избыточного давления" означает "избыточное давление, выраженное в барах" или "избыточное давление". Избыточное давление, выраженное в барах, равно нулю при обычном давлении воздуха, то есть оно равно разности между значением абсолютного давления и атмосферного давления. Один бар избыточного давления эквивалентен 2 бар.
Дополнительный аспект изобретения относится к петлевому реактору для получения полиолефина, например, полиэтилена, где указанный реактор включает аксиальный насос, имеющий крыльчатку, включающую по меньшей мере пять лопастей, предпочтительно шесть лопастей или более, для циркуляции полимеризационной суспензии этилена, при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами. В одном из предпочтительных воплощений указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.
В настоящем описании термин "петлевой реактор" означает трубчатый реактор полимеризации с замкнутым контуром, в котором получают полиэтилен. Такие реакторы состоят из длинной трубы, из которой составлены два контура. Петлевые реакторы, в целом, известны в данной области техники. При нахождении в рабочем режиме рассматриваемые в настоящем описании петлевые реакторы заполнены жидкостной средой и, по существу, не содержат газовой фазы.
В частности, изобретение относится к петлевому реактору получения полиолефина, например, полиэтилена, и указанный реактор включает:
множество взаимосвязанных труб, ограничивающих контур циркуляции полимеризационной суспензии, где указанная полимеризационная суспензия
включает этиленовый мономер, возможно один или более сомономеров, катализатор полимеризации, возможно активирующий агент и разбавитель;
средства подачи в реактор мономера и разбавителя;
средства подачи в реактор катализатора полимеризации;
возможно средства подачи в реактор активирующего агента и
насос, подходящий для поддержания циркуляции суспензии полимера в указанном реакторе, при этом указанный насос представляет собой аксиальный насос, снабженный крыльчаткой, состоящей из 6 лопастей, и
при этом указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
В одном из воплощений диаметр трубы указанного петлевого реактора составляет от 0,3 до 0,7 м, предпочтительно приблизительно от 0,4 до 0,6 м, более предпочтительно от 0,45 до 0,55 м и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 0,5 м.
Предпочтительно длина неразветвленного контура петлевого реактора составляет от 80 до 140 м, более предпочтительно от 95 до 125 м и наиболее предпочтительно приблизительно 110 м. В настоящем описании термин "неразветвленный контур" или "неразветвленный контур циркуляции" означает общую длину трубы петлевого реактора, измеренную вдоль центральной оси трубы. Как таковая, она равна расстоянию, на которое перемещается текучая среда, в частности, полимеризационная суспензия, при циркуляции по двум последовательно расположенным ходам из любой заданной точки реактора.
На фиг. 1 схематически представлена часть реактора полимеризации, включающая насос и раму с пружинными амортизаторами согласно одному из воплощений настоящего изобретения. Насос 101 включает двигатель 102, соединенный валом с шестью лопастями крыльчатки 103, которая находится в трубе 104 реактора. Рама 122 с пружинными амортизаторами включает пружины 122-1, раму 122-2, соединение 122-3 с реактором и соединение 122-4 с двигателем. Пружины 122-1 расположены под рамой 122-2 и соединены с нижней частью 122-2 рамы и с полом.
На фиг. 2 представлен предпочтительный реактор полимеризации согласно одному из воплощений настоящего изобретения, включающий два
последовательно соединенных отдельных петлевых реактора 100, 116. Оба реактора 100, 116 состоят из множества взаимосвязанных труб 104. Вертикальные секции сегментов 104 трубы предпочтительно снабжены нагревательными рубашками 105. Реагенты вводят в реакторы 100 по трубопроводу 107. Катализатор и возможно активирующий агент могут быть направлены в один или в оба реактора 100 и 116 по трубопроводу 106. Полимеризационную суспензию подвергают направленной циркуляции по петлевым реакторам 100, 116 в направлении стрелок 108 по контуру реактора под действием одного или более насосов, например, осевого насоса 101. Насос 101 может работать от электромотора 102. Насос 101 может
быть снабжен набором вращающихся крыльчаток 103. Рама 122 с пружинными амортизаторами включает пружины 122-1, раму 122-2, соединение 122-3 с реактором и соединение 122-4 с двигателем. Пружины 122-1 расположены под рамой 122-2 и соединены с нижней частью рамы 122-2. Реакторы 100, 116 дополнительно снабжены одной или более осадительными колоннами 109, соединенными с трубами 104 реакторов 100, 116. Осадительные колонны 109 предпочтительно снабжены отсекающими клапанами 110. Дополнительно осадительные колонны могут быть снабжены клапанами 111 для извлечения продукта или разгрузочными клапанами 111 или могут быть непосредственно соединены с секцией, расположенной ниже по потоку. Ниже по потоку, на выходе из осадительной колонны 109 реактора 100, расположен транспортировочный трубопровод 112, по которому перемещают суспензию полимера, осажденную в осадительных колоннах 109, в другой реактор 116 через поршневой клапан 115. Установленный на транспортировочном трубопроводе 112 трехходовой клапан 114 может направлять поток в зону извлечения продукта, если следующий петлевой реактор должен работать параллельно. Суспензия полимера, осажденная в осадительных колоннах 109 реактора 116, может быть извлечена с помощью одного или более трубопровода 113 для извлечения продукта и, например, направлена в зону извлечения продукта.
Ниже для иллюстрации представлен неограничивающий пример изобретения. Пример.
В этом примере показаны два соединенных последовательно реактора, изображенные на фиг. 2, которые снабжены двумя стандартными насосами, каждый из которых включает четырехлопастную алюминиевую крыльчатку и раму с пружинными амортизаторами. В двойном петлевом реакторе в присутствии порошкообразного металлоценового катализатора, размер частиц которого составлял приблизительно 40 мкм, получали бимодальный полиэтилен.
Затем реактор остановили, и насосы в обоих реакторах заменили насосами, снабженными шестило-пастными крыльчатками и рамой с пружинными амортизаторами согласно одному из воплощений изобретения. Скорость работы насосов устанавливали равной 1485 об./мин, угол наклона лопасти составлял приблизительно 25°, размер лопасти составлял приблизительно 95% внутреннего диаметра трубы, и расход суспензии составлял приблизительно 5250 м3/ч. В обоих экспериментах давление в реакторе устанавливали равным 42 бар избыточного давления, длина контура реактора составляла приблизительно 110 м, и внутренний диаметр трубы составлял приблизительно 0,5 м. Бимодальный полиэтилен получали в двойном петлевом реакторе в присутствии порошкообразного катализатора полимеризации, размер частиц которого составлял приблизительно 40 мкм.
Неожиданно во время получения полиэтилена сравнительно высокого качества с плотностью приблизительно 0,9235 г/см3 было обнаружено, что замена четырехлопастного насоса шестилопастным насосом согласно изобретению, предназначенным для циркуляции сложной суспендированной смеси, привела к приблизительно 20% снижению потребления энергии по сравнению с реакцией полимеризации, в которой применяли стандартные чеырехлопастные насосы. На фиг. 3 представлено потребление энергии (в кВт по оси Y) в зависимости от времени (в месяцах по оси X) до (слева) и после (справа) установки шестилопастной крыльчатки согласно изобретению. Диагональными линиями обозначено время остановки реактора.
После замены наблюдали снижение потребления энергии на 20% (в среднем). Верхняя линия обозначает потребление энергии насосом в первом реакторе. Нижняя линия обозначает потребление энергии насосом во втором реакторе. Очевидно, что потребление энергии насосом в разных реакторах различно из-за поддержания в них разных условий. Из всего вышесказанного можно заключить, что настоящее изобретения позволяет получать полиэтилен высокого качества из сложных суспендированных смесей при пониженном потреблении энергии.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ осуществления циркуляции полимеризационной суспензии олефина через петлевой реактор с целью получения полиолефина с использованием аксиального насоса, где указанная полимериза-ционная суспензия олефина включает олефиновый мономер, разбавитель и катализатор полимеризации, причем указанный аксиальный насос включает крыльчатку, состоящую из шести лопастей, и при этом указанный аксиальный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
2. Способ по п.1, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.
3. Способ по п.1 или 2, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.
5. Способ получения полиолефина в петлевом реакторе, включающий следующие этапы:
(a) подачу олефинового мономера, разбавителя и по меньшей мере одного катализатора полимеризации в указанный петлевой реактор для получения полимеризационной суспензии;
(b) полимеризацию указанного олефинового мономера в указанном петлевом реакторе с образованием полиолефина,
при этом циркуляцию указанной суспензии через указанный петлевой реактор осуществляют с по
мощью аксиального насоса, включающего крыльчатку, состоящую из шести лопастей, а указанный насос установлен на раме с пружинными амортизаторами.
6. Способ по п.5, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.
7. Способ по п.5 или 6, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.
8. Способ по любому из пп.5-7, в котором указанный полиолефин представляет собой полиэтилен.
9. Петлевой реактор (100, 116) получения полиолефина для осуществления способа по любому из пп.1-4, где указанный реактор (100, 116) включает
множество взаимосвязанных труб (104), ограничивающих контур циркуляции полимеризационной суспензии, причем указанная полимеризационная суспензия включает олефиновый мономер, возможно один или более сомономеров, катализатор полимеризации, возможно активирующий агент и разбавитель;
средства (107) подачи в реактор мономера и разбавителя; средства (106) подачи в реактор катализатора полимеризации; возможно средства (106) подачи в реактор активирующего агента и
насос (101), подходящий для поддержания циркуляции суспензии полимера в указанном реакторе (100, 116),
при этом указанный насос (101) представляет собой аксиальный насос, снабженный крыльчаткой (103), состоящей из шести лопастей, и указанный насос (101) установлен на раме (122) с пружинными амортизаторами.
10. Петлевой реактор по п.9, в котором указанные лопасти выполнены с углом наклона от 24 до 26°.
11. Петлевой реактор по п.9 или 10, в котором указанные лопасти изготовлены из нержавеющей стали.
12. Петлевой реактор по любому из пп.9-11, в котором указанный реактор предназначен для получения полиэтилена.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 1 -
025777
- 4 -
- 10 -