СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ
SYSTEMS AND METHODS FOR EXTRACTING POLYETHYLENE WITH A LOW VOLATILE MATTER CONTENT

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая международная патентная заявка испрашивает приоритет на основании одновременно рассматриваемой заявки на патент США с серийным номером 16/263010, поданной 31 января 2019 г., с названием «Systems and methods for polyethylene recovery with low volatile content» («Системы и способы извлечения полиэтилена с низким содержанием летучих веществ»).
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее описание относится к системам извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, и к способам удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации, и, более конкретно, относится к таким системам и способам, в которых температура твердых частиц полимера значительно повышается перед введением твердых частиц полимера в продувочную колонну для отделения летучих компонентов от твердых частиц полимера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Во многих системах и способах удаления летучих компонентов применяют продувочную колонну, но часто температура твердых частиц полимера, поступающих в продувочную колонну, является неприемлемо низкой, что приводит к плохому удалению летучих веществ, длительному времени пребывания и большим размерам колонн для достижения желаемого конечного содержания летучих веществ, например, менее 100 частей на миллион по массе (ppmw) летучих компонентов. Таким образом, настоящее изобретение в целом направлено на системы и способы значительного повышения температуры твердых частиц полимера, поступающих в продувочную колонну.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее краткое описание изобретения приведено для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые далее представлены ниже в подробном описании. Подразумевается, что данное краткое описание не предназначено для выявления требуемых или ключевых отличительных признаков заявленного объекта изобретения. Также данное краткое описание не предназначено ограничивать объем заявленного предмета изобретения.
Здесь описаны системы извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ. Одна такая система может включать (а) испарительную камеру для снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера выполнена с возможностью образования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, (б) нагреватель псевдоожиженного слоя для псевдоожижения твердых частиц полимера и для нагрева твердых частиц полимера до температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц в камере (а) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, при этом нагреватель псевдоожиженного слоя выполнен с возможностью удаления второй части летучих компонентов, и (в) продувочная колонна для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw (ppm по массе) летучих компонентов.
Другая система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, согласующаяся с аспектами настоящего изобретения, может включать (А) испарительную камеру с нагретым псевдоожиженным слоем для нагрева и снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем выполнена с возможностью формирования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и (Б) продувочную колонну для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления последней части летучих компонентов с получением потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов.
Здесь также представлены способы удаления летучих компонентов из потока выходящего этиленового полимера из реактора полимеризации этилена. Один из таких способов может включать (i) снижение давления выходящего потока для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, (ii) псевдоожижение твердых частиц полимера при нагревании для повышения температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, и при этом удаляется вторая часть летучих компонентов, и (iii) осуществление контакта твердых частиц полимера с отпарным газом для удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена, который может включать (I) осуществление контакта выходящего потока с псевдоожижающим газом при пониженном давлении при нагревании для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и (II) приведение твердых частиц полимера в контакт с отпарным газом для удаления последней части летучих компонентов с образованием потока твердых полимерных частиц, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов.
Как в приведенном выше кратком описании изобретения, так и в последующем подробном описании приведены примеры, при этом указанные описания являются только пояснительными. Соответственно, приведенное выше краткое описание и приведенное ниже подробное описание не следует рассматривать как ограничивающие. Кроме того, могут быть предложены отличительные признаки или варианты помимо тех, что приведены в настоящем документе. Например, определенные аспекты могут относиться к разным комбинациям и подкомбинациям отличительных признаков, описанных в подробном описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Следующие фигуры составляют часть настоящего описания и включены для дополнительной демонстрации определенных аспектов настоящего изобретения. Настоящее изобретение можно лучше понять со ссылкой на одну или более из указанных фигур в комбинации с подробным описанием и примерами.
Фиг. 1 иллюстрирует систему извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.
Фиг. 2 иллюстрирует систему извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
е
Для более ясного понимания применяемых в настоящем документе терминов приведены следующие определения. Если не указано иное, последующие определения применимы к настоящему описанию. Если термин используется в настоящем описании, но не имеет конкретного определения, то можно использовать определение, приведенное в Компендиуме химической терминологии ИЮПАК, 2 изд. (1997), если это определение не противоречит любому другому описанию или определению, используемому в настоящем документе, или не вносит неопределенность или не делает недопустимым любой заявленный объект, к которому относится определение. Если какое-либо определение или использование термина, приведенное в любом документе, включенном в настоящий документ посредством ссылки, противоречит определению или использованию термина, предложенному в настоящем документе, то предпочтение отдается определению или использованию термина, предложенному в настоящем документе.
В настоящем документе признаки предмета изобретения описаны таким образом, чтобы в рамках конкретных аспектов можно было предусмотреть комбинацию различных признаков. Для любого и каждого аспекта и любого и каждого отличительного признака, описанного в настоящем документе, рассматриваются все комбинации, которые не влияют отрицательно на системы, композиции, процессы или способы, описанные в настоящем документе, независимо от наличия или отсутствия явного описания конкретной комбинации. Кроме того, если явным образом не указано иное, то любой аспект или отличительный признак, описанный в настоящем документе, может быть объединен для описания предложенных систем, композиций, процессов или способов, не противоречащих настоящему изобретению.
В общем случае группы элементов указаны с применением схемы нумерации, приведенной в версии периодической таблицы элементов, опубликованной в Chemical and Engineering News, 63(5), 27, 1985. В некоторых случаях группа элементов может быть обозначена при помощи традиционного названия, присвоенного группе; например, щелочные металлы для элементов 1 группы, щелочноземельные металлы для элементов 2 группы, переходные металлы для элементов 3-12 групп и галогены или галогениды для элементов 17 группы.
Термин «углеводород» при использовании как в настоящем описании, так и в формуле изобретения, относится к соединению, содержащему только атомы углерода и водорода, которое может быть насыщенным или ненасыщенным. Для обозначения наличия конкретных групп в углеводороде могут быть использованы другие идентификаторы (например, галогенированный углеводород указывает на наличие одного или более атомов галогенов, которые заменяют эквивалентное число атомов водорода в углеводороде). Термин «гидрокарбильная группа» используют в настоящем документе в соответствии с определением, указанным ИЮПАК: одновалентная группа, образованная в результате удаления атома водорода в углеводороде (т.е. группа, содержащая только атомы углерода и водорода). Неограничивающие примеры гидрокарбильных групп включают алкильные, алкенильные, арильные и аралкильные группы, помимо прочих групп.
Предполагается, что для любого конкретного соединения или группы, описанных в настоящем документе, любое предложенное название или структура (общие или конкретные) включает все конформационные изомеры, региоизомеры, стереоизомеры и их смеси, которые могут существовать при конкретном наборе заместителей, если конкретно не указано иное. Название или структура (общие или конкретные) также включает все энантиомеры, диастереомеры и другие оптические изомеры (если они имеются) в энантиомерной или рацемической формах, а также смеси стереоизомеров, как понятно специалистам, если конкретно не указано иное. Например, общее описание пентана включает н-пентан, 2-метилбутан и 2,2-диметилпропан; а общее описание бутильной группы включает н-бутильную группу, втор-бутильную группу, изобутильную группу и трет-бутильную группу.
Если не указано иное, то предполагается, что термин «замещенный», если его используют для описания группы, например, замещенного аналога конкретной группы, описывает любой отличный от водорода фрагмент, который формально заменяет атом водорода в указанной группе, и является неограничивающим. Кроме того, если не указано иное, группа или группы также могут быть описаны в настоящем документе как «незамещенные» или эквивалентными терминами, такими как «не содержащие заместители», что относится к исходной группе, в которой отличный от водорода фрагмент не заменяет атом водорода. Кроме того, предполагается, что если не указано иное, то «замещенный» является неограничивающим и включает неорганические заместители или органические заместители, известные специалистам в данной области техники.
Термины «приведение в контакт», «объединение» и подобные использованы в настоящем документе для описания систем и способов, в которых материалы приводят в контакт или объединяют друг с другом в любом порядке, любым образом и в течение любого времени, если не указано иное. Например, материалы можно приводить в контакт или комбинировать путем смешивания, перемешивания, псевдоожижения и т.п. с использованием любой подходящей методики.
В настоящем документе термин «полимер» в общем случае включает олефиновые гомополимеры, сополимеры, терполимеры и т.п., а также их сплавы и смеси. Термин «полимер» также включает ударопрочные, блочные, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры. Сополимер может быть получен из олефинового мономера и одного олефинового сомономера, тогда как терполимер может быть получен из олефинового мономера и двух олефиновых сомономеров. Соответственно, термин «полимер» включает сополимеры и терполимеры. Аналогично, в объем термина «полимеризация» включены гомополимеризация, сополимеризация и терполимеризация. Таким образом, полимер этилена может включать гомополимеры этилена, сополимеры этилена (например, сополимеры этилена/α-олефина), терполимеры этилена и т.д., а также их комбинации или смеси. Таким образом, полимер этилена включает полимеры, часто обозначаемые в данной области техники как ЛПЭНП (линейный полиэтилен низкой плотности) и ПЭВП (полиэтилен высокой плотности), а также ПЭУНП, ПЭОНП, ЛПЭНП и подобные. Например, сополимер этилена может быть получен из этилена и сомономера, такого как пропилен, 1-бутен, 1-гексен или 1-октен. Если мономер и сомономер представляли собой этилен и 1-гексен, соответственно, полученный полимер можно классифицировать как сополимер этилена/1-гексена. Термин «полимер» также включает все возможные геометрические конфигурации, если они имеются и если не утверждается иное, и указанные конфигурации могут включать изотактическую, синдиотактическую и статистическую симметрию. Термин «полимер» также подразумевает включение всех полимеров с молекулярными массами, включая полимеры или олигомеры с более низкой молекулярной массой. Предполагается, что термин «полимер» охватывает олигомеры (включая димеры и тримеры), полученные из любого олефинового мономера, раскрытого в данном документе (а также из олефинового мономера и одного олефинового сомономера, олефинового мономера и двух олефиновых сомономеров и т.д.).
В настоящем описании, несмотря на то, что системы и способы описаны как «включающие» различные компоненты или стадии, указанные системы и способы также могут «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов или стадий, если не указано иное.
Подразумевается, что формы единственного числа включают альтернативные варианты во множественном числе, например, по меньшей мере один. Например, раскрытие «реактора» подразумевает охват одного реактора или комбинации более чем одного реактора, если не указано иное.
В настоящем изобретении приведено несколько типов диапазонов. Если описан или заявлен диапазон любого типа, то предусмотрено также описание или заявка каждого возможного числа в отдельности, которое входит в указанный диапазон, включая конечные точки диапазона, а также любых поддиапазонов и комбинаций поддиапазонов, входящих в него. Например, температура твердых частиц полимера может находиться в определенных диапазонах в различных аспектах настоящего изобретения. Путем раскрытия того факта, что температура твердых частиц полимера может быть от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, цель состоит в том, чтобы указать, что температура твердых частиц может представлять собой любую температуру в этом диапазоне и, например, может быть примерно на 10°F ниже, примерно на 15°F ниже, примерно на 20°F ниже, примерно на 25°F ниже, примерно на 30°F ниже, примерно на 35°F ниже, примерно на 40°F ниже, примерно на 45°F ниже, или примерно на 50°F ниже температуры реакции. Кроме того, температура может находиться в любом диапазоне от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже (например, от примерно на 15°F до примерно на 35°F ниже), и это также включает любую комбинацию диапазонов между примерно на 10°F и примерно на 50°F ниже температуры реакции. Кроме того, во всех случаях, когда указано «примерно» конкретное значение, такое значение описано и само по себе. Таким образом, раскрытие того, что температура твердых частиц полимера может быть от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции, также показывает температуру твердых частиц от на 10°F до на 50°F ниже температуры реакции, (например, от на 15°F до на 35°F ниже), и это также включает любую комбинацию диапазонов между на 10°F и на 50°F ниже температуры реакции. Аналогичным образом, все другие диапазоны, описанные в настоящем документе, следует интерпретировать по аналогии с приведенным примером.
Термин «примерно» означает, что количества, размеры, составы, параметры и другие величины и характеристики не являются и не должны быть точными, но могут быть приблизительными, включая большие или меньшие по сравнению с желаемыми значения, отображая допуски, коэффициенты преобразования, округления, погрешности измерения и аналогичные параметры, а также другие факторы, известные специалистам в данной области техники. В целом, количество, размер, состав, параметр или другая величина или характеристика характеризуются «примерно» или «приблизительно», независимо от того, явно ли это указано. Термин «примерно» также включает количества, которые отличаются вследствие различных равновесных условий для композиции, полученной из конкретной исходной смеси. Пункты формулы изобретения, независимо от того, модифицированы они термином «примерно», или нет, включают эквиваленты количеств. Термин «примерно» может обозначать «в пределах 10%» от указанного числового значения и часто «в пределах 5%» от указанного числового значения.
Несмотря на то, что для реализации или исследования изобретения можно применять любые способы, системы, стадии и компоненты, схожие или эквивалентные тем, что описано в настоящем документе, типовые способы, системы, стадии и компоненты описаны в настоящем документе.
Все публикации и патенты, упомянутые в настоящем документе, включены в него посредством ссылки в целях описания и раскрытия, например, описанных в таких публикациях конструкций и методологий, которые можно применять в связи с изобретением, описанным в настоящем документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном документе раскрыты системы извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, а также способы удаления летучих компонентов из потока этиленового полимера, выходящего из полимеризационного реактора. В традиционных системах и способах время пребывания в продувочной колонне и количество отпарного газа, применяемого для продувки твердых частиц полимера, могут ограничивать способность колонны удалять летучие углеводородные компоненты в достаточной степени, чтобы соответствовать ограничениям по безопасному обращению или окружающей среде, особенно в случае увеличения темпов производства полимера и получения полимеров этилена меньшей плотности. Кроме того, размеры продувочной колонны часто невозможно увеличить из-за ограничений по стоимости или физическому пространству.
Кроме того, десорбция летучих компонентов из твердых частиц полимера в испарительной камере вызывает снижение температуры твердых частиц полимера. Однако более высокие температуры твердых частиц полимера в продувочной колонне необходимы для увеличения скорости диффузии летучих углеводородов и для разделения или переноса большего количества углеводородов в отпарной газ. Скорость или расход отпарного газа должны быть достаточно высокими для удаления углеводородов, но температура твердых частиц не может быть слишком высокой во время удаления летучих веществ, в противном случае полимер этилена будет размягчаться и закупоривать, агломерировать или прилипать к поверхностям оборудования.
Не желая ограничиваться теорией, полагают, что простое нагревание отпарного газа в продувочной колонне не обеспечивает достаточной энергии для значительного повышения температуры твердых частиц и эффективного удаления летучих компонентов; массовое отношение отпарного газа к твердым частицам полимера слишком низкое, и теплоемкость отпарного газа обычно меньше, чем у твердых частиц полимера.
Выгодно, что раскрытые системы и способы преодолевают недостатки, отмеченные выше, и, в частности, приводят к значительному увеличению температуры твердых частиц полимера, поступающих в продувочную колонну, для эффективного удаления летучих компонентов. Неожиданно было обнаружено, что повышение температуры твердых частиц в продувочной колонне может как увеличить коэффициент диффузии летучих углеводородных компонентов в твердом этиленовом полимере, так и увеличить разделение или перенос летучих углеводородных компонентов от твердых частиц полимера к отпарному газу. Эти двойные воздействия могут привести к неожиданному 10-кратному снижению содержания летучих веществ при повышении температуры твердых частиц на ~ 10°F. Например, при температуре твердых частиц 150°F и времени пребывания в продувочной колонне 1 час, содержание летучих веществ на выходе из продувочной колонны может составлять 100 ppmw, тогда как для температуры твердых частиц 160°F (при тех же рабочих условиях продувочной колонны), содержание летучих веществ на выходе из продувочной колонны можно снизить до менее 10 ppmw.
Еще одним преимуществом повышения температуры твердых частиц является возможность значительно уменьшить размер продувочной колонны без ущерба для способности удаления летучих веществ. Предполагается, что размеры колонн можно уменьшить на от 50% до 75-80% или более. Аналогичным образом, с существующими продувочными колоннами время пребывания может быть значительно сокращено без ущерба для способности удаления летучих веществ. По оценкам, может быть достигнуто 4-кратное сокращение; например, 4-часовое время пребывания в продувочной колонне может быть сокращено до 1 часа или 1-часовое время пребывания может быть сокращено до 15 минут. Дополнительные преимущества могут включать использование меньших количеств отпарного газа в продувочной колонне, а также более низкие выбросы и более низкое содержание летучих веществ в твердых частицах этиленового полимера, среди прочего. Отпарной газ можно регенерировать, рециркулировать или повторно использовать в раскрытых системах и способах.
Также в раскрытых системах и способах к выходящему потоку этиленового полимера перед испарительной камерой может быть добавлен агент, дезактивирующий катализатор. Однако это не требуется, и предпочтительно, чтобы агент, дезактивирующий катализатор, не добавляли перед испарительной камерой. Скорее, агент, дезактивирующий катализатор, может быть выгодно добавлен вместе с псевдоожижающим газом (в нагревателе с псевдоожиженным слоем) или с отпарным газом (в продувочной колонне) без вредного закупоривания или агломерации твердых частиц полимера. В качестве альтернативы агент, дезактивирующий катализатор, может быть добавлен в поток твердых частиц полимера после продувочной колонны. Агент, дезактивирующий катализатор, может действовать на любой компонент (например, активатор, сокатализатор, компонент переходного металла) каталитической композиции.
УДАЛЕНИЕ ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ
Аспекты настоящего изобретения относятся к способу удаления летучих компонентов из потока этиленового полимера, выходящего из реактора полимеризации этилена. Например, первый способ может включать (i) снижение давления выходящего потока для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, (ii) псевдоожижение твердых частиц полимера при нагревании для повышения температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, и при этом удаляется вторая часть летучих компонентов, и (iii) осуществление контакта твердых частиц полимера с отпарным газом для удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов. В другом аспекте второй способ может включать (I) осуществление контакта выходящего потока с псевдоожижающим газом при пониженном давлении при нагревании для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и (II) осуществление контакта твердых частиц полимера с отпарным газом для удаления конечной части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов. Как правило, особенности первого и второго способов (например, температура реакции, температура твердых частиц, отпарной газ и количество летучих компонентов, среди прочего) описаны здесь независимо, и эти особенности могут быть объединены в любой комбинации для дальнейшего описания раскрытых способов удаления летучих компонентов. Более того, дополнительные стадии способа могут выполняться до, во время и/или после стадий этих способов и могут применяться без ограничения и в любой комбинации для дальнейшего описания первого и второго способов удаления летучих компонентов, если не указано иное.
Обратимся теперь к первому способу, в котором выходящий поток этиленового полимера из реактора полимеризации этилена содержит твердые частицы полимера и летучие компоненты. Не ограничиваясь этим, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 25 мас.%, или от примерно 7 до примерно 15 мас.%, летучих компонентов (например, азота, этилена, сомономера, при наличии, водорода, при наличии, инертного углеводородного конденсирующего агента и т.д.). Содержание летучих веществ обычно намного выше, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, а содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера часто может находиться в диапазоне от примерно 35 до примерно 70 мас.%, или от примерно 45 до примерно 65 мас.%, летучих компонентов (например, этилена, сомономера, при наличии, водорода, при наличии, углеводородного разбавителя, такого как изобутан, и т.д.).
На стадии (i), когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, давление можно снизить от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 3 до примерно 8 фунтов на кв. дюйм изб., а после удаления первой части летучих компонентов, полученные твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 4 мас.%, летучих компонентов. Когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, получаемые твердые частицы полимера на стадии (i) обычно могут иметь температуру твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 20°F, или от примерно на 12°F до примерно на 18°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
На стадии (i), когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, давление можно снизить от примерно 2 до примерно 400 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 100 до примерно 200 фунтов на кв. дюйм изб., и после удаления первой части летучих компонентов полученные твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 8 мас.%, летучих компонентов. На стадии (i) твердые частицы полимера в испарительной камере обычно имеют температуру твердых частиц на от 5°F до 30°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена. В некоторых случаях твердые частицы полимера, полученные на стадии (i), обычно являются частью выходящего потока, в котором давление дополнительно снижается до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб., примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или примерно 25 фунтов на кв. дюйм изб. Получаемые твердые частицы полимера после стадии (i), когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, обычно могут иметь температуру твердых частиц от примерно на 30°F до примерно на 50°F, или от примерно на 35°F до примерно на 45°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
Твердые частицы полимера со стадии (i) могут быть псевдоожижены при нагревании на стадии (ii), что может повысить температуру твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 20°F выше температуры реакции. Кроме того, на стадии (ii) удаляют вторую часть летучих компонентов. Хотя удаление летучих веществ не является основной целью стадии (ii), любое подходящее количество летучих компонентов может быть удалено, например, твердые частицы полимера, полученные на стадии (ii), могут содержать от примерно на 1% до примерно на 20%, или от примерно на 2% до примерно на 15%, меньше летучих компонентов, чем твердые частицы полимера, полученные на стадии (i).
Выгодно, что стадия (ii) может быть выполнена за относительно короткий период времени. Стадию (ii) можно проводить в течение периода времени, который обычно находится в диапазоне от примерно 1 минуты до примерно 30 минут, от примерно 1 минуты до примерно 20 минут, от примерно 2 минут до примерно 20 минут или от примерно 2 минут до примерно 10 минут.
На стадии (ii) можно применять любой подходящий псевдоожижающий газ. Например, твердые частицы полимера могут быть псевдоожижены посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот (или другой инертный газ), этилен, газ испарительной камеры, рециркулируемую фракцию второй части летучих компонентов, удаленных на стадии (ii), и т.п., а также их комбинации. Газ испарительной камеры может представлять собой часть летучих компонентов, удаленных из твердых частиц полимера на стадии (i) первого способа согласно настоящему изобретению. Температура псевдоожижающего газа особо не ограничивается, при условии, что температура газа достаточна для значительного повышения температуры твердых частиц полимера. Часто температура псевдоожижающего газа варьируется от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Способ псевдоожижения/нагрева на стадии (ii) может повысить температуру твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше (или от по меньшей мере примерно на 15°F выше, или от по меньшей мере примерно на 20°F выше) температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 20°F выше (или до примерно на 15°F выше, или до примерно на 10°F выше) температуры реакции. Обычно максимальная температура твердых частиц ограничивается температурой размягчения по Вика и/или пиковой температурой плавления конкретного этиленового полимера.
На стадии (iii) твердые частицы полимера, которые нагревали на стадии (ii), могут контактировать с отпарным газом для удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов. В одном аспекте третью часть летучих компонентов удаляют с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее примерно 40 ppmw летучих компонентов, в то время как в другом аспекте поток твердых частиц полимера содержит менее примерно 20 ppmw летучих компонентов, и в другом аспекте поток твердых частиц полимера содержит менее примерно 10 ppmw летучих компонентов.
Стадию (iii) обычно можно выполнять при относительно низких давлениях. Например, стадию (iii) можно проводить при давлении в диапазоне от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. Стадию (iii) обычно проводят в течение любого периода времени, достаточного для снижения содержания летучих веществ до желаемого количества (например, менее 100 ppmw, менее 20 ppmw и т.д.), и благодаря значительно большей температуре твердых частиц, достигнутой на стадии (ii), стадию (iii) можно проводить в течение периода времени, который обычно находится в диапазоне от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 минут до примерно 90 минут, от примерно 15 минут до примерно 60 минут, от примерно 20 минут до примерно 60 минут или от примерно 15 минут до примерно 50 минут.
На стадии (iii) можно применять любой подходящий отпарной газ. Например, твердые частицы полимера могут контактировать с отпарным газом, содержащим азот (или другой инертный газ), этилен и т.п., а также их комбинации. Температура отпарного газа особо не ограничивается, но часто газ контактирует с твердыми частицами полимера при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции. В некоторых аспектах отпарной газ можно применять при температуре от температуры окружающей среды и до примерно 150°F.
Обратимся теперь ко второму способу, в котором выходящий поток этиленового полимера из реактора полимеризации этилена содержит твердые частицы полимера и летучие компоненты. Подобно первому способу, но не ограничиваясь им, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера во втором способе может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 25 мас.%, или от примерно 7 до примерно 15 мас.%, летучих компонентов. Содержание летучих веществ обычно намного выше, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, и содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера во втором способе часто может находиться в диапазоне от примерно 35 до примерно 70 мас.%, или от примерно 45 до примерно 65 мас.%, летучих компонентов.
На стадии (I) второго способа выходящий поток может контактировать с псевдоожижающим газом при пониженном давлении при нагревании для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом полученные твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена. На стадии (I) можно применять любое подходящее давление, но обычно давление находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 фунтов на кв. дюйм изб. в некоторых аспектах и от примерно 2 до примерно 15 фунтов на кв. дюйм изб. в других аспектах.
Когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, после удаления начальной части летучих компонентов полученные твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 4 мас.%, летучих компонентов. Когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, полученные твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 8 мас.%, летучих компонентов.
Получаемые твердые частицы полимера на стадии (I) - после псевдоожижения и нагревания при пониженном давлении - могут иметь значительно повышенную температуру.
Часто температура твердых частиц может быть от примерно на 20°F ниже (или от примерно на 15°F ниже, или от примерно на 10°F ниже) температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и до примерно на 20°F выше (или до примерно на 15°F выше, или до примерно на 10°F выше) температуры реакции.
Выгодно, что стадия (I) может быть выполнена за относительно короткий период времени. Стадию (I) можно проводить в течение периода времени, который обычно находится в диапазоне от примерно 1 минуты до примерно 30 минут, от примерно 1 минуты до примерно 20 минут, от примерно 2 минут до примерно 20 минут или от примерно 2 минут до примерно 10 минут.
На стадии (I) можно применять любой подходящий псевдоожижающий газ. Например, твердые полимерные твердые частицы могут быть псевдоожижены посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот (или другой инертный газ), этилен, пропилен, бутан, изобутан, рециркулируемую фракцию начальной части летучих компонентов, удаленных на стадии (I), и т.п., а также их комбинации. Температура псевдоожижающего газа особо не ограничивается, при условии, что температура газа достаточна для значительного повышения температуры твердых частиц полимера. Часто температура псевдоожижающего газа варьируется от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Стадия (II) второго способа может быть выполнена, как описано выше для стадии (iii) первого способа. Таким образом, твердые частицы полимера, которые нагревают на стадии (I), могут контактировать с отпарным газом для удаления последней части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов; альтернативно, менее примерно 40 ppmw летучих компонентов; альтернативно, менее примерно 20 ppmw летучих компонентов; или, альтернативно, менее примерно 10 ppmw летучих компонентов. Подобно стадии (iii), стадию (II) обычно можно выполнять при относительно низких давлениях: например, от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. Стадию (II) обычно проводят в течение любого периода времени, достаточного для снижения содержания летучих до желаемого количества (например, менее 100 ppmw, менее 20 ppmw и т.д.), и благодаря гораздо более высокой температуре твердых частиц, получаемой на стадии (I), стадию (II) можно проводить в течение периода времени, который обычно находится в диапазоне от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 минут до примерно 90 минут, от примерно 15 минут до примерно 60 минут, от примерно 20 минут до примерно 60 минут или от примерно 15 минут до примерно 50 минут.
На стадии (II) можно применять любой подходящий отпарной газ. Следовательно, твердые частицы полимера могут контактировать с отпарным газом, содержащим азот (или другой инертный газ), этилен и т.п., а также их комбинации. Температура отпарного газа особо не ограничивается, но часто газ контактирует с твердыми частицами полимера при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции. В некоторых аспектах отпарной газ можно применять при температуре от температуры окружающей среды и до примерно 150°F.
Как первый, так и второй способы удаления летучих компонентов из потока этиленового полимера, выходящего из реактора полимеризации этилена, могут дополнительно включать стадию преобразования потока твердых частиц полимера в гранулы твердого полимера. Это может быть выполнено с помощью экструдера для гранулирования или другой подходящей методики. Настоящее изобретение также относится и включает твердые гранулы полимеров, полученные любыми способами полимеризации, описанными в настоящем документе.
Агент, дезактивирующий катализатор (например, вода, спирт, масло из природного источника, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль и т.д.), может быть, при желании, включен в исходящий поток этиленового полимера перед стадией (i) или стадией (I). Хотя агент, дезактивирующий катализатор, может быть добавлен на этой стадии способа, другие варианты могут быть более полезными. Например, отпарной газ может дополнительно содержать агент, дезактивирующий катализатор (например, воздух), или, альтернативно, псевдоожижающий газ может дополнительно содержать агент, дезактивирующий катализатор, как в первом, так и во втором способах.
В другом аспекте первый и второй способы могут дополнительно включать стадию введения дезактивирующего катализатор агента (например, воздуха) в поток твердых частиц полимера после стадии (iii) или стадии (II), например, перед превращением в твердые гранулы полимера посредством экструзии.
СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА И УДАЛЕНИЯ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ
Первая система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, согласующаяся с аспектами настоящего изобретения, может содержать (а) испарительную камеру для снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера выполнена с возможностью формирования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, (б) нагреватель псевдоожиженного слоя для псевдоожижения твердых частиц полимера и для нагревания твердых частиц полимера до температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц в камере (а) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, при этом нагреватель псевдоожиженного слоя выполнен с возможностью удаления второй части летучих компонентов, и (в) продувочная колонна для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw (ppm по массе) летучих компонентов.
Вторая система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, согласующаяся с аспектами настоящего изобретения, может включать (А) испарительную камеру с нагретым псевдоожиженным слоем для нагрева и снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем выполнена с возможностью формирования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и (Б) продувочная колонна для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления последней части летучих компонентов с получением потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов.
Как правило, отличительные признаки первой и второй систем (например, испарительная камера, нагреватель псевдоожиженного слоя, продувочная колонна и испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем, среди прочего) описаны здесь независимо, и эти особенности могут быть объединены в любой комбинации для дальнейшего описания раскрытых систем для извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ. Более того, в этих системах могут присутствовать дополнительные компоненты или устройства, и их можно использовать без ограничений и в любой комбинации для дальнейшего описания первой и второй систем для извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, если не указано иное.
Обратимся теперь к первой системе, в которой система включает испарительную камеру для снижения давления выходящего потока этиленового полимера, содержащего твердые полимерные частицы и летучие компоненты, из реактора полимеризации этилена. Не ограничиваясь этим, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 25 мас.%, или от примерно 7 до примерно 15 мас.%, летучих компонентов (например, азота, этилена, сомономера, при наличии, водорода, при наличии, инертного углеводородного конденсирующего агента и т.д.). Содержание летучих веществ обычно намного выше, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, а содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера часто может находиться в диапазоне от примерно 3 5 до примерно 70 мас.%, или от примерно 45 до примерно 65 мас.%, летучих компонентов (например, этилена, сомономера, при наличии, водорода, при наличии, углеводородного разбавителя, такого как изобутан, и т.д.).
Когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, испарительная камера может снижать давление от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 3 до примерно 8 фунтов на кв. дюйм изб., и после удаления первой части летучих компонентов образующиеся твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 4 мас.%, летучих компонентов. Когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, полимерные твердые частицы, образующиеся в испарительной камере, обычно могут иметь температуру твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 20°F, или от примерно на 12°F до примерно на 18°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
Когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, испарительная камера может снижать давление от примерно 2 до примерно 400 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. (испарение при низком давлении) или от примерно 100 до примерно 200 фунтов на кв. дюйм изб. (испарение при высоком давлении), и после удаления первой части летучих компонентов полученные твердые полимерные частицы могут содержать от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 8 мас.%, летучих компонентов. Твердые частицы полимера в испарительной камере обычно имеют температуру твердых частиц от на 5°F до на 30°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
В некоторых случаях образующиеся твердые частицы полимера часто являются частью выходящего потока из испарительной камеры, в которой давление дополнительно снижается до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб., примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или примерно 25 фунтов на кв. дюйм изб. Когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, получаемые твердые частицы полимера, выходящие из испарительной камеры, обычно могут иметь температуру твердых частиц от примерно на 30°F до примерно на 50°F, или от примерно на 35°F до примерно на 45°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
Твердые частицы полимера из испарительной камеры могут быть псевдоожижены при нагревании в нагревателе псевдоожиженного слоя, что может повысить температуру твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц на выходе из испарительной камеры и до примерно на 20°F выше температуры реакции. Кроме того, вторая часть летучих компонентов может быть удалена в нагревателе с псевдоожиженным слоем. Хотя удаление летучих веществ не является основной задачей нагревателя с псевдоожиженным слоем, может быть удалено любое подходящее количество летучих компонентов, например твердые полимерные частицы, полученные из нагревателя с псевдоожиженным слоем, могут содержать от примерно на 1% до примерно на 20% или от примерно на 2% до примерно на 15% меньше летучих компонентов, чем твердые частицы полимера, покидающие испарительную камеру.
Преимущественно время пребывания в нагревателе с псевдоожиженным слоем относительно короткое. Время пребывания в нагревателе с псевдоожиженным слоем обычно может находиться в диапазоне от примерно 1 минуты до примерно 30 минут, от примерно 1 минуты до примерно 20 минут, от примерно 2 минут до примерно 20 минут или от примерно 2 минут до примерно 10 минут.
В нагревателе с псевдоожиженным слоем можно применять любой подходящий псевдоожижающий газ. Например, твердые частицы полимера могут быть псевдоожижены посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот (или другой инертный газ), этилен, газ испарительной камеры, рециркулируемую фракцию второй части летучих компонентов, удаленных в нагревателе псевдоожиженного слоя, и т.п., а также их комбинации. Газ испарительной камеры может представлять собой часть летучих компонентов, удаленных из твердых частиц полимера и покидающих испарительную камеру. Температура псевдоожижающего газа особо не ограничивается, при условии, что температура газа достаточна для значительного повышения температуры твердых частиц полимера. Часто температура псевдоожижающего газа варьируется от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Нагреватель псевдоожиженного слоя может повышать температуру твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше (или от по меньшей мере примерно на 15°F выше, или от по меньшей мере примерно на 20°F выше) температуры твердых частиц на выходе из испарительной камеры, и до примерно на 20°F выше (или до примерно на 15°F выше, или до примерно на 10°F выше), чем температура реакции.
В продувочной колонне твердые частицы полимера, которые нагревают в нагревателе с псевдоожиженным слоем, могут контактировать с отпарным газом для удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppm по массе летучих компонентов. В одном аспекте третью часть летучих компонентов удаляют с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее примерно 40 ppmw летучих компонентов, в то время как в другом аспекте поток твердых частиц полимера содержит менее примерно 20 ppmw летучих компонентов, и в другом аспекте поток твердых частиц полимера содержит менее примерно 10 ppmw летучих компонентов.
Продувочная колонна обычно работает при относительно низком давлении. Например, продувочная колонна может работать при давлении в диапазоне от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. Время пребывания в продувочной колонне обычно составляет любой период времени, достаточный для снижения содержания летучих веществ до желаемого количества (например, менее 100 ppmw, менее 20 ppmw, и т.д.), и благодаря значительно более высокой температуре твердых частиц, обеспечиваемой нагревателем с псевдоожиженным слоем, время пребывания в продувочной колонне может составлять от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 минут до примерно 90 минут, от примерно 15 минут до примерно 60 минут, от примерно 20 минут до примерно 60 минут, или от примерно 15 минут до примерно 50 минут. Более того, в системе может присутствовать более одной продувочной колонны, например две продувочные колонны, расположенные последовательно или параллельно.
В продувочной колонне можно применять любой подходящий отпарной газ. Например, твердые частицы полимера могут контактировать с отпарным газом, содержащим азот (или другой инертный газ), этилен и т.п., а также их комбинации. Температура отпарного газа особо не ограничивается, но часто газ контактирует с твердыми частицами полимера при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции. В некоторых аспектах отпарной газ можно применять при температуре от температуры окружающей среды и до примерно 150°F.
Обратимся теперь ко второй системе, в которой выходящий поток этиленового полимера из реактора полимеризации этилена содержит твердые частицы полимера и летучие компоненты. Подобно первой системе, но не ограничиваясь ею, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера во второй системе может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 25 мас.%, или от примерно 7 до примерно 15 мас.%, летучих компонентов. Содержание летучих веществ обычно намного выше, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, и содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера может находиться в диапазоне от примерно 35 до примерно 70 мас.%, или от примерно 45 до примерно 65 мас.%, летучих компонентов.
Во второй системе выходящий поток поступает в испарительную камеру с нагретым псевдоожиженным слоем, которая выполнена с возможностью нагрева и снижения давления выходящего потока и которая удаляет начальную часть летучих компонентов из твердых частиц полимера. Получаемые твердые частицы полимера могут иметь температуру твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена. Испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем снижает давление до любого подходящего давления, но обычно давление находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 20 фунтов на кв. дюйм изб. в некоторых аспектах и от примерно 2 до примерно 15 фунтов на кв. дюйм изб. в других аспектах.
Когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, после удаления начальной части летучих компонентов посредством испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем полученные твердые полимерные частицы могут содержать от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 4 мас.%, летучих компонентов. Когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор, полученные твердые частицы полимера могут содержать от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов или от примерно 1 до примерно 8 мас.%, летучих компонентов.
Образующиеся твердые частицы полимера, покидающие испарительную камеру с нагретым псевдоожиженным слоем - после псевдоожижения и нагрева при пониженном давлении - могут иметь значительно повышенную температуру. Часто температура твердых частиц может быть от примерно на 20°F ниже (или от примерно на 15°F ниже, или от примерно на 10°F ниже) температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, и до примерно на 20°F выше (или до примерно на 15°F выше, или до примерно на 10°F выше) температуры реакции.
Преимущественно время пребывания в испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем относительно короткое. Время пребывания обычно находится в диапазоне от примерно 1 минуты до примерно 30 минут, от примерно 1 минуты до примерно 20 минут, от примерно 2 минут до примерно 20 минут или от примерно 2 минут до примерно 10 минут.
В испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем можно применять любой подходящий псевдоожижающий газ. Например, твердые полимерные твердые частицы могут быть псевдоожижены посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот (или другой инертный газ), этилен, рециркулируемую фракцию начальной части летучих компонентов, удаленных в испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем, и т.п., а также их комбинации. Температура псевдоожижающего газа особо не ограничивается, при условии, что температура газа достаточна для значительного повышения температуры твердых частиц полимера. Часто температура псевдоожижающего газа варьируется от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Продувочная колонна во второй системе может быть сконфигурирована, как описано выше для продувочной колонны в первой системе. Таким образом, продувочная колонна выполнена с возможностью осуществления контакта твердых частиц полимера, нагретых в испарительной камере с псевдоожиженным слоем, с отпарным газом для удаления последней части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов; альтернативно, менее примерно 40 ppmw летучих компонентов; альтернативно, менее примерно 20 ppmw летучих компонентов; или, альтернативно, менее примерно 10 ppmw летучих компонентов. Продувочная колонна может работать при относительно низких давлениях: например, от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. или от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. Время пребывания в продувочной колонне обычно составляет любой период времени, достаточный для снижения содержания летучих до желаемого количества (например, менее 100 ppmw, менее 20 ppmw и т.д.), и благодаря значительно более высокой температуре твердых частиц, обеспечиваемой в нагретой испарительной камере с псевдоожиженным слоем, время пребывания в продувочной колонне обычно находится в диапазоне от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 минут до примерно 90 минут, от примерно 15 минут до примерно 60 минут, от примерно 20 минут примерно до 60 минут или от примерно 15 минут до примерно 50 минут.
В продувочной колонне можно применять любой подходящий отпарной газ. Следовательно, твердые частицы полимера могут контактировать с отпарным газом, содержащим азот (или другой инертный газ), этилен и т.п., а также их комбинации. Температура отпарного газа особо не ограничивается, но часто газ контактирует с твердыми частицами полимера при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции. В некоторых аспектах отпарной газ можно применять при температуре от температуры окружающей среды и до примерно 150°F.
Как первая, так и вторая системы для извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ могут дополнительно включать экструдер для преобразования потока твердых частиц полимера в гранулы твердого полимера. Обычно можно применять гранулирующий экструдер или другое подходящее устройство. Это изобретение также направлено и охватывает гранулы твердого полимера, полученные с помощью любой из описанных здесь систем удаления летучих веществ и систем реакторов полимеризации.
Необязательно, системы могут дополнительно включать инжектор для введения дезактивирующего катализатор агента (например, воды) в выходящий поток этиленового полимера перед испарительной камерой. Хотя агент, дезактивирующий катализатор, может быть добавлен в этом месте в системе, другие варианты могут быть более полезными. Например, отпарной газ может дополнительно содержать агент, дезактивирующий катализатор (например, воздух), или, альтернативно, псевдоожижающий газ может дополнительно содержать агент, дезактивирующий катализатор, как в первой, так и во второй системах.
В другом аспекте первая и вторая системы могут дополнительно содержать инжектор для введения дезактивирующего катализатор агента (например, воздуха) в поток твердых частиц полимера после продувочной колонны, например, перед превращением в гранулы твердого полимера с помощью экструдера.
Обратимся теперь к фиг. 1, которая иллюстрирует систему 10 извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения. Система 10 может включать испарительную камеру 30, нагреватель псевдоожиженного слоя 40, продувочную колонну 50 и экструдер 60. С системой 10 связан реактор 20, такой как газофазный или петлевой суспензионный реактор, из которого выходящий поток 5 поступает в испарительную камеру 30 в системе 10 извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ.
Не ограничиваясь этим, типичная температура реакции в реакторе находится в диапазоне от 190 до 235°F для марок ПЭВП и в диапазоне от 170 до 200°F для марок ЛПЭНП.
Для петлевого суспензионного реактора состав выходящего потока 5 представляет собой суспензию, содержащую твердые частицы этиленового полимера и приблизительно от 45 до 65 мас.%, летучих компонентов, включая разбавитель (например, изобутан) и остаточный мономер/сомономер. Некоторые из летучих компонентов уносятся/абсорбируются твердыми веществами этиленового полимера. Для газофазного реактора состав выходящего потока 5 представляет собой твердые полимерные частицы и приблизительно от 7 до 15 мас.%, летучих компонентов, включая псевдоожижающий газ и остаточный мономер/сомономер. Как и в случае петлевого суспензионного реактора, некоторые летучие компоненты уносятся/абсорбируются твердыми частицами этиленового полимера.
В случае петлевого суспензионного реактора выходящий поток 5 может включать нагретую трубу, например, с внешней рубашкой, содержащей теплоноситель, такой как пар, но обычно не нагревается для газофазных способов. Необязательно, агент, дезактивирующий катализатор, может быть добавлен в выходящий поток 5. Часто агент, дезактивирующий катализатор, представляет собой воду, но не ограничивается этим. Хотя агент, дезактивирующий катализатор, может быть добавлен на этой стадии способа, его часто избегают, потому что любые углеводородсодержащие потоки, которые должны быть возвращены в реактор, должны быть очищены для удаления агента, дезактивирующего катализатор (т.е. во избежание дезактивации катализатора в реакторе 20). Это может включать сложные и дорогие средства очистки, такие как слои молекулярных сит, перегонка и т.п. Кроме того, оборудование может быть довольно большим и дорогим из-за размера рециркулирующего потока на этой стадии способа.
На фиг. 1, испарительная камера 30 часто работает при температуре примерно на 10-20°F ниже температуры реакции для газофазных способов и при давлении приблизительно от 2 до 10 фунтов на кв. дюйм изб., в то время как для способов в суспензионном петлевом реакторе испарительная камера 30 часто работает при температуре примерно на 10-20°F ниже температуры реакции, и более высоком давлении приблизительно от 100 до 200 фунтов на кв. дюйм изб. Можно применять любую подходящую конструкцию испарительной камеры, а удаление летучих веществ и разделение твердых продуктов может быть достигнуто при помощи циклонной конструкции, разделения под действием силы тяжести или любой их комбинации. Поток 95 представляет собой летучий поток, который выходит из испарительной камеры (газ из испарительной камеры).
Поток 15, выходящий из испарительной камеры 30, поступает в нагреватель псевдоожиженного слоя 40. После выхода из испарительной камеры 30 и до входа в нагреватель псевдоожиженного слоя 40 содержание летучих веществ в потоке 15 было значительно уменьшено по сравнению с выходящим потоком 5. Для петлевого суспензионного реактора поток 15 часто содержит частицы этиленового полимера и обычно содержит от 0,5 до 10 мас.%, летучих компонентов, тогда как для газофазного реактора поток 15 часто содержит частицы этиленового полимера и обычно содержит от 0,5 до 5 мас.%, летучих компонентов. Некоторые из летучих компонентов уносятся/абсорбируются частицами этиленового полимера. В большинстве случаев поток 15, покидающий испарительную камеру 30, имеет более низкое содержание летучих веществ в случае газофазного реактора, чем в случае петлевого суспензионного реактора.
Удаление летучих веществ часто приводит к падению температуры в испарительной камере 30 и в потоке 15, если имеется значительное падение давления от испарительной камеры 30 к нагревателю с псевдоожиженным слоем 40. Частицы этиленового полимера в потоке 15 имеют температуру, которая обычно на 30-50°F ниже температуры реакции в петлевом суспензионном реакторе и обычно на 10-20°F ниже температуры реакции для газофазного реактора. Падение температуры в испарительной камере для газофазного реактора обычно не так значительно, как для петлевого суспензионного реактора. Необязательно, поток 15 может включать нагретую трубу, подобную выходящему потоку 5, особенно для петлевых суспензионных способов. Повышение температуры очень ограничено, частично из-за ограничений пространства/расстояния, соображений падения давления, испарения жидких углеводородов и т.п.
Нагреватель псевдоожиженного слоя 40 предназначен для повышения температуры твердых частиц этиленового полимера в потоке 15 перед их поступлением в продувочную колонну 50 через поток 25. Неожиданно было обнаружено, что даже повышение температуры на ~ 10°F по потоку 15 может быть значительным и полезным. Время пребывания частиц этиленового полимера в нагревателе псевдоожиженного слоя 40 относительно короткое, часто от 1 до 30 минут или от 2 до 10 минут. Частицы псевдоожижают посредством горячего псевдоожижающего газа 55 (например, при температуре реакции или при температуре примерно на 20°F выше температуры реакции), который может содержать азот, этилен и т.п., а также газ 95, выходящий из испарительной камеры. Можно применять комбинации более чем одного источника псевдоожижающего газа. Псевдоожижающий газ 65, выходящий из нагревателя 40, может быть переработан или повторно использован.
Нагреватель псевдоожиженного слоя 40 может работать при любом подходящем давлении и может находиться в тех же диапазонах давления, которые указаны выше для камеры испарения, а также при более низких давлениях. Хотя это не является основной целью нагревателя 40, дополнительная часть летучих веществ, которые захватываются/абсорбируются твердыми частицами, может быть удалена, и эти летучие вещества удаляются вместе с псевдоожижающим газом 65, выходящим из нагревателя 40.
Преимущественно поток сырья 25 содержит твердые частицы этиленового полимера, которые имеют повышенную температуру твердых частиц на входе в продувочную колонну 50. Выгодно, чтобы температура твердых частиц увеличилась, по меньшей мере, на 10°F по сравнению с линией 15, выходящей из испарительной камеры 30. Более желательной является температура твердых частиц полимера в потоке 25, которая равна или превышает температуру реакции, например, примерно на 10-20°F выше температуры реакции. Композиционно поток 25 содержит твердые частицы полимера с содержанием летучих веществ несколько меньше, чем в потоке 15, часто приблизительно на 1-20% в относительном процентном соотношении.
Продувочная колонна 50 обычно работает при низком давлении, от атмосферного до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. в некоторых аспектах и от атмосферного до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. в других аспектах. Если температура твердых частиц недостаточно высока для облегчения значительного удаления летучих веществ (до менее 100 ppmw или до менее 20 ppmw), время пребывания может быть неприемлемо высоким (например, 1-4 часа). Кроме того, размер колонны может быть очень большим, а объем отпарного газа также чрезвычайно большим. При повышенной температуре твердых частиц, обеспечиваемой нагревателем псевдоожиженного слоя 40, время пребывания может быть уменьшено до примерно 15-90 минут, размер колонны может быть уменьшен (меньшие продувочные колонны), и требуется значительно меньше отпарного газа.
Температура отпарного газа 75, поступающего в продувочную колонну, обычно может быть близкой к температуре реакции, например, в пределах на 10°F выше или ниже температуры реакции. Отпарной газ может содержать азот и/или этилен, но не ограничивается этим, и может быть рекуперирован в выходящем потоке 85 и повторно использован.
Необязательно, агент, дезактивирующий катализатор, может присутствовать в отпарном газе 75 в продувочной колонне. В качестве альтернативы агент, дезактивирующий катализатор, может присутствовать в псевдоожижающем газе 55. Можно применять воздух или небольшой процент кислорода, хотя можно применять и другие дезактивирующие катализаторы агенты.
Поток полимерных твердых частиц 35 выходит из продувочной колонны 50 и содержит менее 100 ppmw летучих компонентов. В некоторых случаях содержание летучих веществ в потоке твердых частиц полимера 35 может составлять менее 40, менее 20 или менее 10 ppmw. Поток твердых частиц полимера 35 подают в экструдер 60 для образования гранул твердого полимера 45. Необязательно, агент, дезактивирующий катализатор (например, воздух), может быть добавлен к потоку твердых частиц полимера 35 перед экструзией/гранулированием.
Обратимся теперь к фиг. 2, которая иллюстрирует другую систему 110 извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, согласующуюся с одним из аспектов настоящего изобретения. Система 110 может включать испарительную камеру 170 с нагретым псевдоожиженным слоем, продувочную колонну 150 и экструдер 160. С системой 110 связан реактор 120, такой как газофазный или петлевой суспензионный реактор, из которого выходящий поток 105 входит в испарительную камеру 170 с нагретым псевдоожиженным слоем в системе 110 извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ. Реактор 120, выходящий поток 105, продувочная колонна 150, экструдер 160 и потоки 135, 145, 175 и 185 в целом такие же, как описано для компонентов с аналогичными номерами на фиг. 1.
На фиг. 2, испарительная камера 170 с нагретым псевдоожиженным слоем часто работает при давлении в диапазоне от 1 до 20 фунтов на кв. дюйм изб. или от 2 до 15 фунтов на кв. дюйм изб. Можно применять любую подходящую конструкцию испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем, а удаление летучих веществ и разделение твердых продуктов может быть достигнуто с использованием циклонной конструкции с разделением под действием силы тяжести или без него. Поток 195 представляет собой летучий поток, который выходит из испарительной камеры.
Поток 125, выходящий из испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем 170, поступает в продувочную колонну 150. После выхода из испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем 170 и перед входом в продувочную колонну 150 содержание летучих веществ в потоке 125 было значительно снижено по сравнению с выходящим потоком 105. Для петлевого суспензионного реактора поток 125 часто содержит частицы этиленового полимера и обычно содержит от 0,5 до 10 мас.%, летучих компонентов, тогда как для газофазного реактора поток 125 часто содержит частицы этиленового полимера и обычно содержит от 0,5 до 5 мас.%, летучих компонентов. Некоторые из летучих компонентов уносятся/абсорбируются частицами этиленового полимера.
Испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем 170 предназначена для повышения температуры твердых частиц этиленового полимера в потоке 125 перед поступлением в продувочную колонну. Преимущественно поток сырья 125 содержит твердые частицы этиленового полимера, которые имеют повышенную температуру твердых частиц на входе в продувочную колонну 150. Часто температура твердых частиц составляет от примерно на 20°F ниже температуры реакции до температуры реакции или выше, например, примерно на 10-20°F выше температуры реакции. Время пребывания частиц полимера этилена в испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем 170 относительно короткое, часто от 1 до 30 минут или от 2 до 10 минут. Частицы псевдоожижают посредством горячего псевдоожижающего газа 155 (например, при температуре реакции или примерно на 20°F выше температуры реакции), который может содержать азот, этилен и т.п., а также газ 195, выходящий из испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем 170. Можно применять комбинации более чем одного источника псевдоожижающего газа. Псевдоожижающий газ 195, выходящий из испарительной камеры с нагретым псевдоожиженным слоем 170, может быть рециркулирован или повторно использован.
СПОСОБЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И РЕАКТОРНЫЕ СИСТЕМЫ
Также сюда входят способы полимеризации этилена и реакторные системы полимеризации. Способ полимеризации этилена, соответствующий настоящему изобретению, может включать (1) осуществление контакта каталитической композиции с этиленом и необязательным олефиновым сомономером в реакторе полимеризации этилена в условиях реакции полимеризации в системе реактора полимеризации с получением выходящего потока этиленового полимера и (2) проведение любого раскрытого в настоящем документе способа удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера. Система реактора полимеризации, соответствующая настоящему изобретению, может включать (1) любую систему извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, раскрытую в настоящем документе, и (2) реактор полимеризации этилена, при этом реактор полимеризации этилена выполнен с возможностью осуществления контакта каталитической композиции с этиленом и необязательным олефиновым сомономером с получением выходящего потока этиленового полимера.
Раскрытые здесь способы полимеризации и реакторные системы применимы к любой каталитической композиции или каталитической системе (например, любой каталитической системе на основе переходного металла), подходящей для полимеризации олефинового мономера, такого как этилен. Каталитическая система может содержать, например, переходный металл (один или более) из групп 3-10 Периодической таблицы элементов. В одном аспекте, каталитическая композиция может содержать переходный металл группы 4, 5 или 6 или комбинацию двух или более переходных металлов. Каталитическая система может содержать хром, титан, цирконий, гафний, ванадий или их комбинацию, в некоторых аспектах, или может содержать хром, титан, цирконий, гафний или их комбинацию, в других аспектах. Соответственно, каталитическая композиция может содержать хром, или титан, или цирконий, или гафний, по отдельности либо в комбинации. Таким образом, каталитические композиции, содержащие два или более соединения переходных металлов, где каждое соединение переходного металла независимо может содержать хром, титан, цирконий, гафний, ванадий или их комбинации, рассматриваются и охватываются в настоящем документе.
При полимеризации олефинов можно применять различные каталитические композиции, известные специалисту в данной области. К ним относятся, помимо прочего, каталитические системы на основе катализатора Циглера-Натта, каталитические системы на основе хрома, каталитические системы на основе металлоцена, каталитические системы на основе неметаллоцена (или каталитические системы на основе постметаллоцена), и т.п., включая их комбинации. Раскрытые здесь способы полимеризации и реакторные системы не ограничиваются вышеупомянутыми каталитическими системами, но, тем не менее, предусмотрены конкретные аспекты, касающиеся этих каталитических систем. Следовательно, каталитическая композиция может представлять собой каталитическую систему на основе катализатора Циглера-Натта, каталитическую систему на основе хрома и/или каталитическую систему на основе металлоцена; альтернативно, каталитическую систему на основе катализатора Циглера-Натта; альтернативно, каталитическую систему на основе хрома; альтернативно, каталитическую систему на основе металлоцена; или, альтернативно, каталитическую систему на основе неметаллоцена (или каталитическую систему на основе постметаллоцена). В одном аспекте каталитическая композиция может представлять собой двойную каталитическую систему, содержащую по меньшей мере одно металлоценовое соединение, тогда как в другом аспекте каталитическая композиция может представлять собой двойную каталитическую систему, содержащую два разных металлоценовых соединения.
Примеры репрезентативных и неограничивающих каталитических композиций включают раскрытые в патентах США №№3887494, 3119569, 4053436, 4981831, 4364842, 4444965, 4364855, 4504638, 4364854, 4444964, 4444962, 3976632, 4248735, 4297460, 4397766, 2825721, 3225023, 3226205, 3622521, 3625864, 3900457, 4301034, 4547557, 4339559, 4806513, 5037911, 5219817, 5221654, 4081407, 4296001, 4392990, 4405501, 4151122, 4247421, 4397769, 4460756, 4182815, 4735931, 4820785, 4988657, 5436305, 5610247, 5627247, 3242099, 4808561, 5275992, 5237025, 5244990, 5179178, 4855271, 4939217, 5210352, 5401817, 5631335, 5571880, 5191132, 5480848, 5399636, 5565592, 5347026, 5594078, 5498581, 5496781, 5563284, 5554795, 5420320, 5451649, 5541272, 5705478, 5631203, 5654454, 5705579, 5668230, 6300271, 6831141, 6653416, 6613712, 7294599, 6355594, 6395666, 6833338, 7417097, 6548442, 7312283, 7026494, 7041617, 7199073, 7226886, 7517939, 7619047, 7919639 и 8080681, каждый из которых полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.
В некоторых аспектах каталитическая композиция, помимо соединения переходного металла, может содержать активатор и необязательный со катали затор. Иллюстративные активаторы могут включать, без ограничения: алюмоксановые соединения, борорганические или органоборатные соединения, ионизирующие ионные соединения, активаторы-подложки (например, твердый оксид, обработанный электроноакцепторным анионом) и аналогичные материалы или комбинации вышеуказанных. Как правило, применяемые сокатализаторы полимеризации могут включать, без ограничения, металл-алкильные или металлорганические сокатализаторы, причем металл включает бор, алюминий и подобные металлы. Например, в качестве сокатализаторов в каталитических системах на основе переходных металлов часто можно применять соединения алкилбора и/или алкилалюминия. Типичные соединения могут включать, без ограничения, три-н-бутилборан, трипропилборан, триэтилборан, триметилалюминий (ТМА), триэтилалюминий (ТЭА), три-н-пропилалюминий (ТНПА), три-н-бутилалюминий (ТНБА), триизобутилалюминий (ТИБА), три-н-гексилалюминий, три-н-октилалюминий, гидрид диизобутилалюминия, этоксид диэтилалюминия, хлорид диэтилалюминия и аналогичные соединения, включая комбинации вышеуказанных. В этих и других аспектах соединение переходного металла может включать металлоценовое соединение и/или соединение хрома. Металлоценовое соединение может представлять собой мостиковый металлоцен или немостиковое металлоценовое соединение.
В некоторых аспектах каталитическая композиция на основе переходного металла может содержать (илисостоит по существу из или состоит из) переходный металл, нанесенный на подложку, пропитанный и/или смешанный, или отвержденный совместно с подложкой. Соединение переходного металла, будь то металлоценовое соединение, соединение хрома или другое, может быть нанесено, пропитано и/или смешано, или совместно отверждено с любыми из ряда пористых подложек, включая, помимо прочего, твердые оксиды, активаторы-подложки (химически обработанные твердые оксиды), молекулярные сита и цеолиты, глины и сшитые глины и т.п. Например, каталитическая композиция на основе переходного металла может включать хром, импрегнированный на диоксиде кремния, хром, импрегнированный на диоксиде кремния-диоксиде титана, хром, импрегнированный на алюмофосфате, хром, совместно отвержденный с диоксидом кремния, хром, совместно отвержденный с диоксидом кремния-диоксиомд титана, или хром, совместно отвержденный с алюмофосфатом, включая любые комбинации этих материалов.
В некоторых аспектах каталитическая композиция может содержать металлоценовый каталитический компонент, тогда как в других аспектах каталитическая композиция может содержать первый металлоценовый каталитический компонент и второй металлоценовый каталитический компонент. Каталитические системы могут содержать активатор и, необязательно, сокатализатор. Любой металлоценовый компонент каталитических систем, предложенных в данном документе, в некоторых аспектах, содержит немостиковое металлоценновое соединение; в альтернативном варианте, немостиковое металлоценовое соединение на основе циркония или гафния; в альтернативном варианте, немостиковое металлоценовое соединение на основе циркония или гафния, содержащее две циклопентадиенильные группы, две инденильные группы или циклопентадиенильную и инденильную группы; в альтернативном варианте, немостиковое металлоценовое соединение на основе циркония, содержащее две циклопентадиенильные группы, две инденильные группы или циклопентадиенильную и инденильную группы. Иллюстративные и неограничивающие примеры немостиковых металлоценовых соединений (например, с цирконием или гафнием), которые можно применять в каталитических системах, соответствующих аспектам настоящего изобретения, описаны в патентах США №№7199073, 7226886, 7312283 и 7619047, содержание которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
В других аспектах, любой металлоценовый компонент каталитических композиций, предложенных в данном документе, может содержать мостиковое металлоценовое соединение, например, с титаном, цирконием или гафнием, такое как мостиковое металлоценовое соединение на основе циркония с флуоренильной группой и без арильных групп в мостиковой группе, или мостиковое металлоценовое соединение на основе циркония с циклопентадиенильной группой и флуоренильной группой, и без арильных групп в мостиковой группе. Такие мостиковые металлоценовые соединения в некоторых аспектах могут содержать алкенильный заместитель (например, концевой алкенил) в мостиковой группе, в группе циклопентадиенильного типа (например, в циклопентадиенильной группе или флуоренильной группе) или в мостиковой группе и в группе циклопентадиенильного типа. В другом аспекте, металлоценовый каталитический компонент может содержать мостиковое металлоценовое соединение на основе циркония или гафния с флуоренильной группой и арильной группой в мостиковой группе; в альтернативном варианте, мостиковое металлоценовое соединение на основе циркония или гафния с циклопентадиенильной группой и флуоренильной группой, и арильной группой в мостиковой группе; в альтернативном варианте, мостиковое металлоценове соединение на основе циркония с флуоренильной группой и арильной группой в мостиковой группе; или, в альтернативыном варианте, мостиковое металлоценовое соединение на основе гафния с флуоренильной группой и арильной группой в мостиковой группе. В этих и других аспектах арильная группа в мостиковой группе может представлять собой фенильную группу. Необязательно, такие мостиковые металлоцены могут содержать алкенильный заместитель (например, концевой алкенил) в мостиковой группе, в группе циклопентадиенильного типа или как в мостиковой группе, так и в циклопентадиенильной группе. Иллюстративные и неограничивающие примеры мостиковых металлоценовых соединений (например, с цирконием или гафнием), которые можно применять в каталитических системах, соответствующих аспектам настоящего изобретения, описаны в патентах США №№7026494, 7041617, 7226886, 7312283, 7517939 и 7619047, содержание которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
3
10
В раскрытых здесь способах полимеризации и реакторных системах каталитическая композиция может вступать в контакт с этиленом (с образованием гомополимера этилена) или с этиленом и олефиновым сомономером (с образованием сополимера этилена, терполимера этилена и т.д.). Согласно такому аспекту примеры подходящих олефиновых сомономеров могут включать, без ограничения, пропилен, 1-бутен, 2-бутен, 3-метил-1-бутен, изобутилен, 1-пентен, 2-пентен, 3-метил-1-пентен, 4-метил-1-пентен, 1-гексен, 2-гексен, 3-этил-1-гексен, 1-гептен, 2-гептен, 3-гептен, 1-октен, 1-децен, стирол и т.п. или их комбинации. Согласно одному из аспектов, олефиновый сомономер может включать α-олефин (например, С-С α-олефин), при этом еще в одном аспекте, сомономер может включать пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен, стирол или любую комбинацию вышеуказанных; или в альтернативном варианте, олефиновый сомономер может включать 1-бутен, 1-гексен, 1-октен или комбинацию вышеуказанных.
3
10
Соответственно, в способах полимеризации и реакторных системах, раскрытых в данном документе, выходящий поток этиленового полимера (или твердые частицы полимера, или поток твердых частиц полимера, или гранулы твердого полимера) может содержать гомополимер этилена и/или сополимер этилена/α-олефина (например, С-С α-олефина) в одном аспекте, и может содержать гомополимер этилена, сополимер этилена/1-бутена, сополимер этилена/1-гексена и/или сополимер этилена/1-октена в другом аспекте.
Раскрытые способы и системы предназначены для любого способа полимеризации и реакторной системы, в которой выходящий поток полимера этилена выводится из газофазного реактора или петлевого суспензионного реактора. Таким образом, реактор полимеризации этилена в раскрытых способах и системах может включать газофазный реактор или, альтернативно, петлевой суспензионный реактор. Условия полимеризации в указанных типах реакторов хорошо известны специалистам в данной области техники. Газофазные реакторы могут включать реакторы с псевдоожиженным слоем или многоступенчатые горизонтальные реакторы. Суспензионные реакторы могут включать вертикальные или горизонтальные петли. Реактор может работать периодически или непрерывно, а в непрерывных способах можно применять периодическую или непрерывную выгрузку продукта. Системы реакторов и способы полимеризации также могут включать частичный или полный прямой рецикл непрореагировавшего мономера, непрореагировавшего сомономера (при наличии) и/или разбавителя (при наличии).
Система реакторов полимеризации может включать один реактор (газофазный или петлевой суспензионный) или несколько реакторов (например, 2 реактора или более 2 реакторов). Например, система реакторов полимеризации может включать несколько петлевых реакторов, несколько газофазных реакторов или комбинацию петлевых и газофазных реакторов (например, последовательно). Таким образом, система реакторов полимеризации может включать ряд петлевых реакторов, за которыми следует газофазный реактор, или ряд газофазных реакторов, за которыми следует петлевой суспензионный реактор, или ряд газофазных реакторов, за которыми следует система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, затем следует другой реактор (например, петлевой суспензионный реактор) и так далее.
В соответствии с одним аспектом, система реакторов полимеризации может включать по меньшей мере один петлевой суспензионный реактор, содержащий вертикальные или горизонтальные петли. Мономер, разбавитель (при наличии), катализатор и сомономер (при наличии) можно непрерывно подавать в петлевой реактор, в котором происходит полимеризация. В общем случае непрерывные способы могут включать непрерывное введение мономера (и сомономера, при наличии), катализатора и разбавителя в полимеризационный реактор и непрерывное удаление из такого реактора суспензии, содержащей частицы полимера и разбавитель. В некоторых аспектах мас.%, твердых веществ (в расчете на содержимое реактора) в петлевом реакторе часто может варьироваться от примерно 30 мас.%, до примерно 55 мас.%, или от примерно 40 мас.%, до примерно 70 мас.%. В других аспектах мас.%, твердых веществ в петлевом реакторе может составлять менее примерно 50 мас.%, менее примерно 40 мас.%, или менее примерно 30 мас.%, например от примерно 25 мас.%, до примерно 45 мас.%, или от примерно 30 мас.%, до примерно 40 мас.%. Выходящий поток этиленового полимера может содержать, например, твердый полимер, разбавитель, этилен и сомономер.
Типовой способ суспензионной полимеризации (также известный как способ в форме частиц) описан, например, в патентах США №№3248179, 4501885, 5565175, 5575979, 6239235, 6262191, 6833415 и 8822608, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Подходящие разбавители, применяемые для суспензионной полимеризации, включают, без ограничения, полимеризуемый мономер и углеводороды, которые являются жидкими в условиях реакции. Примеры подходящих разбавителей включают, без ограничения, углеводороды, такие как пропан, циклогексан, изобутан, н-бутан, н-пентан, изопентан, неопентан и н-гексан. Некоторые реакции полимеризации в петлевом реакторе можно проводить в массе, когда разбавитель не используют, например, как в случае полимеризации пропилена в массе для получения гомополимеров полипропилена.
Согласно еще одному аспекту система реакторов полимеризации может содержать по меньшей мере один газофазный реактор (например, реактор с псевдоожиженным слоем). В указанных системах реакторов можно применять непрерывный повторно применяемый поток, содержащий один или более мономеров, непрерывно прогоняемых через псевдоожиженный слой в присутствии катализатора в условиях полимеризации. Применяемый повторно поток можно удалять из псевдоожиженного слоя и возвращать в реактор. Одновременно можно удалять из реактора выходящий поток этиленового полимера и добавлять новый или свежий мономер для замены полимеризованного мономера. Такие газофазные реакторы могут включать способ многостадийной газофазной полимеризации олефинов, в которой олефины полимеризуются в газовой фазе по меньшей мере в двух независимых зонах газофазной полимеризации, при этом полимер, содержащий катализатор, полученный в первой зоне полимеризации, подают во вторую зону полимеризации. Один из типов газофазных реакторов описан в патентах США №5352749, 4588790, 5436304, 7531606 и 7598327, содержание каждого из которых включено в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки.
Согласно еще одному аспекту система реакторов полимеризации может содержать реактор полимеризации высокого давления, например, может содержать трубчатый реактор или автоклавный реактор. Трубчатые реакторы могут иметь несколько зон, в которые добавляют свежий мономер, инициаторы или катализаторы. Мономер может быть увлечен потоком инертного газа и введен в одну из зон реактора. Инициаторы, катализаторы или компоненты катализатора могут быть увлечены газовым потоком и введены в другую зону реактора. Для полимеризации газовые потоки можно перемешивать. Для достижения оптимальных условий реакции полимеризации, можно применять, соответственно, нагрев и давление.
В соответствии с другим аспектом, система реакторов полимеризации может содержать растворный реактор полимеризации, в котором мономер/сомономер приводят в контакт с каталитической композицией посредством подходящего перемешивания или другими средствами. Можно применять носитель, содержащий инертный органический разбавитель, или избыток мономера. При необходимости, мономер/сомономер можно в паровой фазе приводить в контакт с продуктом каталитической реакции в присутствии или в отсутствие жидкого материала. Зону полимеризации можно поддерживать при температуре и давлении, которые будут обеспечивать образование в реакционной среде раствора полимера. Для улучшения температурного контроля и сохранения однородности полимеризационной смеси в зоне полимеризации, можно применять перемешивание. Для рассеивания экзотермической теплоты полимеризации применяют соответствующие средства.
Условия полимеризации, которые можно регулировать для повышения эффективности и обеспечения требуемых свойств продукта, могут включать температуру, давление и концентрации различных реагентов. Температура полимеризации может влиять на производительность катализатора, молекулярную массу полимера и молекулярно-массовое распределение. Различные условия полимеризации можно поддерживать по существу постоянными, например, для получения определенного сорта олефинового полимера. Подходящая температура полимеризации может представлять собой любую температуру ниже температуры деполимеризации согласно уравнению свободной энергии Гиббса. Обычно она составляет, например, от примерно 25°С до примерно 280°С или от примерно 25°С до примерно 175°С, в зависимости от типа реактора полимеризации. В некоторых реакторных системах температура полимеризации может составлять, в общем случае, от примерно 60°С до примерно 120°С или от примерно 75°С до примерно 115°С.
Подходящее давление также будет варьироваться в зависимости от реактора и типа полимеризации. Давление при жидкофазной полимеризации в петлевом реакторе, как правило, может составлять менее 1000 фунтов на кв. дюйм изб. (6,89 МПа). Давление при газофазной полимеризации, как правило, может составлять от 200 фунтов на кв. дюйм изб. до 500 фунтов на кв. дюйм изб. (от 1,38 МПа до 3,45 МПа). Полимеризацию под высоким давлением в трубчатых или автоклавных реакторах, в общем случае, можно проводить под давлением примерно от 20000 фунтов на кв. дюйм изб. до 75000 фунтов на кв. дюйм изб. (от 137,9 МПа до 517,1 МПа). Полимеризационные реакторы также могут работать в сверхкритической области, возникающей обычно при более высоких температурах и давлениях (например, выше 92°С и 700 фунтов на кв. дюйм изб. (4,83 МПа)). Работа в условиях, превышающих критическую точку на диаграмме давление/температура (сверхкритическая фаза), может обеспечить преимущества такому способу реакции полимеризации.
ПРИМЕРЫ
Изобретение дополнительно проиллюстрировано последующими примерами, которые не следует рассматривать как ограничивающие каким-либо образом объем настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники после изучения приведенного в настоящем документе описания смогут предложить разные другие аспекты, модификации и эквиваленты, не выходящие за рамки сущности настоящего изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения.
КОНСТРУКТИВНЫЙ ПРИМЕР 1
ПЭВП, полученный в газофазном реакторе
Конструктивный пример 1 основан на математической модели системы извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, показанной на фиг. 1. ПЭВП может быть получен в газофазном реакторе 20 при температуре реакции 195°F. Выходящий поток 5 из газофазного реактора 20 содержит твердые частицы ПЭВП и 14 мас.%, летучих компонентов и поступает в испарительную камеру 30, работающую при температуре от 175 до 185°F, и твердые частицы ПЭВП с 2,5 мас.%, летучих веществ выходят из испарительной камеры 30 через поток 15 при номинальной той же температуре, приблизительно 180°F. После контакта с псевдоожижающим газом 55 при 215°F и времени пребывания 2-3 минуты в нагревателе псевдоожиженного слоя 40 температура выходящих твердых частиц полимера 25 повышается по меньшей мере на 10°F (до -190°F) в потоке 15, и до температуры примерно 215°F. Таким образом, вместо того, чтобы поступать в продувочную колонну 50 непосредственно из испарительной камеры 30 через поток 15 при -180°F, твердые частицы полимера поступают в продувочную колонну 50 из нагревателя 40 псевдоожиженного слоя через поток 25 при температуре твердых частиц не менее 190°F и до 215°F. В продувочной колонне 50 твердые частицы ПЭВП контактируют с отпарным газом 75 при температуре 195°F в течение 45 минут, при этом содержание летучих веществ в потоке твердых частиц полимера 35 уменьшается до менее 25 ppmw.
КОНСТРУКТИВНЫЙ ПРИМЕР 2
ПЭВП, полученный в петлевом суспензионном реакторе
Конструктивный пример 2 основан на математической модели системы извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, показанной на фиг. 1. ПЭВП может быть получен в петлевом суспензионном реакторе 20 при температуре реакции 195°F. Выходящий поток 5 из петлевого суспензионного реактора 20 содержит твердые частицы ПЭВП и 60 мас.%, летучих компонентов и поступает в испарительную камеру 30, работающую при температуре от 175 до 185°F, и твердые частицы ПЭВП с 5 мас.%, летучих веществ выходят из испарительной камеры 30 через поток 15 при температуре в диапазоне от 145 до 165°F (например, номинально 155°F). После контакта с псевдоожижающим газом 55 при 215°F и времени пребывания 2-4 минуты в нагревателе псевдоожиженного слоя 40 температура выходящих твердых частиц полимера 25 повышается по меньшей мере на 20°F (до - 175°F) в потоке 15 и до температуры примерно 215°F. Таким образом, вместо того, чтобы поступать в продувочную колонну 50 непосредственно из испарительной камеры 30 через поток 15 при температуре - 155°F, твердые частицы полимера поступают в продувочную колонну 50 из нагревателя псевдоожиженного слоя 40 через поток 25 при температуре твердых частиц не менее 175°F и до 215°F. В продувочной колонне 50 твердые частицы ПЭВП контактируют с отпарным газом 75 при температуре 195°F в течение 45 минут, при этом содержание летучих веществ в потоке твердых частиц полимера 35 уменьшается до менее 25 ppmw.
Настоящее изобретение описано выше со ссылкой на многочисленные аспекты и конкретные примеры. Специалисты в данной области техники смогут предложить множество измененных вариантов с учетом приведенного выше подробного описания. Все указанные очевидные варианты включены в полный предполагаемый объем прилагаемой формулы изобретения. Другие аспекты настоящего изобретения могут включать, без ограничения, следующие аспекты (аспекты описаны как «содержащие», но альтернативно могут «состоять по существу из» или «состоять из»):
Аспект 1. Система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, содержащая:
(а) испарительную камеру для снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера выполнена с возможностью формирования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена;
(б) нагреватель псевдоожиженного слоя для псевдоожижения твердых частиц полимера и для нагрева твердых частиц полимера до температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц в камере (а) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, при этом нагреватель псевдоожиженного слоя выполнен с возможностью удаления второй части летучих компонентов; и
(в) продувочную колонну для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw (ppm по массе) летучих компонентов.
Аспект 2. Система, определенная в аспекте 1, отличающаяся тем, что испарительная камера снижает давление от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 2 до примерно 400 фунтов на кв. дюйм изб. (например, от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. для испарения при низком давлении, от примерно 100 до примерно 200 фунтов на кв. дюйм изб. для испарения при высоком давлении, и т.д.), когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 3. Система, определенная в аспекте 1 или 2, отличающаяся тем, что первую часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 4. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера составляет от примерно 5 до примерно 25 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 35 до примерно 70 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 5. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что температура твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 20°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно на 30°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 6. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что вторую часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих меньше летучих компонентов, чем твердые частицы полимера в (а), на любое подходящее количество, например, от примерно на 1% до примерно на 20% меньше летучих компонентов.
Аспект 7. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что твердые полимерные частицы псевдоожижают посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот, этилен, газ испарительной камеры, рециркулируемую фракцию второй части летучих компонентов, удаленных в нагревателе псевдоожиженного слоя, и т.д. или любое их сочетание, при температуре от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Аспект 8. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что время пребывания в нагревателе с псевдоожиженным слоем представляет собой любое подходящее время пребывания, например, от примерно 1 до примерно 30 минут, от примерно 2 до примерно 10 минут и т.д.
Аспект 9. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что нагреватель с псевдоожиженным слоем нагревает твердые частицы полимера до температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 15°F выше температуры твердых частиц в (а) и до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 10. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что давление в продувочной колонне находится в любом подходящем диапазоне, например, от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 11. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что время пребывания в продувочной колонне представляет собой любое подходящее время пребывания, например, от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 до примерно 90 минут, от примерно 20 до примерно 60 минут и т.д.
Аспект 12. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что отпарной газ содержит азот, этилен, топливный газ, пропан, этан и т.д. или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 13. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что третью часть летучих компонентов удаляют с образованием потока полимерных твердых частиц, содержащих менее примерно 40 ppmw, менее примерно 20 ppmw, менее примерно 10 ppmw и т.д. летучих компонентов.
Аспект 14. Система извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, содержащая:
(А) испарительную камеру с нагретым псевдоожиженным слоем для нагрева и для снижения давления выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена и для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, при этом испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем выполнена с возможностью формирования твердых частиц полимера при температуре твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена; и
(Б) продувочную колонну для осуществления контакта твердых частиц полимера с отпарным газом, при этом продувочная колонна выполнена с возможностью удаления последней части летучих компонентов с получением потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppmw летучих компонентов.
Аспект 15. Система, определенная в аспекте 14, отличающаяся тем, что испарительная камера с нагретым псевдоожиженным слоем снижает давление до любого подходящего давления, например, от примерно 1 до примерно 20 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 2 до примерно 15 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 16. Система, определенная в аспекте 14 или 15, отличающаяся тем, что начальную часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 17. Система, определенная в любом из аспектов 14-16, отличающаяся тем, что содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера составляет от примерно 5 до примерно 25 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 35 до примерно 70 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 18. Система, определенная в любом из аспектов 14-17, отличающаяся тем, что температура твердых частиц составляет от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
Аспект 19. Система, определенная в любом из аспектов 14-18, отличающаяся тем, что твердые частицы полимера псевдоожижают посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот, этилен, рециркулируемую фракцию начальной части летучих компонентов, удаленных в испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем, и т.д. или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Аспект 20. Система, определенная в любом из аспектов 14-19, отличающаяся тем, что время пребывания в испарительной камере псевдоожиженного слоя представляет собой любое подходящее время пребывания, например, от примерно 1 до примерно 30 минут, от примерно 2 до примерно 10 минут и т.д.
Аспект 21. Система, определенная в любом из аспектов 14-20, отличающаяся тем, что давление продувочной колонны находится в любом подходящем диапазоне, например, от примерно 0 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 0 до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 22. Система, определенная в любом из аспектов 14-21, отличающаяся тем, что время пребывания в продувочной колонне представляет собой любое подходящее время пребывания, например, от примерно 15 минут до примерно 180 минут, от примерно 15 до примерно 90 минут, от примерно 20 до примерно 60 минут и т.д.
Аспект 23. Система, определенная в любом из аспектов 14-22, отличающаяся тем, что отпарной газ содержит азот, этилен, рециркулируемую фракцию начальной части летучих компонентов, удаленных в испарительной камере с нагретым псевдоожиженным слоем, и т.д., или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 24. Система, определенная в любом из аспектов 14-23, отличающаяся тем, что конечную часть летучих компонентов удаляют с образованием потока твердых полимерных частиц, содержащих менее примерно 40 ppmw, менее примерно 20 ppmw, менее примерно 10 ppmw и т.д. летучих компонентов.
Аспект 25. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, дополнительно включающая экструдер для преобразования потока твердых частиц полимера в гранулы твердого полимера.
Аспект 26. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, дополнительно включающая инжектор для введения агента, дезактивирующего катализатор, в выходящий поток этиленового полимера перед испарительной камерой.
Аспект 27. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, отличающаяся тем что отпарной газ и/или псевдоожижающий газ дополнительно содержат агент, дезактивирующий катализатор.
Аспект 28. Система, определенная в любом из предшествующих аспектов, дополнительно включающая инжектор для введения агента, дезактивирующего катализатор, в поток твердых частиц полимера после продувочной колонны.
Аспект 29. Способ удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена, включающий:
(i) снижение давления выходящего потока для удаления первой части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 10°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена;
(ii) псевдоожижение твердых частиц полимера при нагревании для повышения температуры твердых частиц от по меньшей мере примерно на 10°F выше температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 20°F выше температуры реакции, и при этом удаляется вторая часть летучих компонентов; и
(iii) осуществление контакта твердых частиц полимера с отпарным газом для удаления третьей части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppm по массе летучих компонентов.
Аспект 30. Способ, определенный в аспекте 29, отличающийся тем, что давление на стадии (i) снижают от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 2 до примерно 400 фунтов на кв. дюйм изб. (например, от примерно 2 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб. для испарения при низком давлении, от примерно 100 до примерно 200 фунтов на кв. дюйм изб. для испарения при высоком давлении и т.д.), когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 31. Способ, определенный в аспекте 30 или 31, отличающийся тем, что первую часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 32. Способ, определенный в любом из аспектов 29-31, отличающийся тем, что содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера составляет от примерно 5 до примерно 25 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 35 до примерно 70 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 33. Способ, определенный в любом из аспектов 29-32, отличающийся тем, что температура твердых частиц на стадии (i) от примерно на 10°F до примерно на 20°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно на 30°F до примерно на 50°F ниже температуры реакции в реакторе полимеризации этилена, когда реактор полимеризации этилена представляет собой суспензионный петлевой реактор.
Аспект 34. Способ, определенный в любом из аспектов 29-33, отличающийся тем что вторую часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих меньше летучих компонентов, чем твердые частицы полимера на стадии (i), на любое подходящее количество, например, от примерно на 1% до примерно на 20% меньше летучих компонентов.
Аспект 35. Способ, определенный в любом из аспектов 29-34, отличающийся тем, что твердые частицы полимера псевдоожижают на стадии (ii) посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот, этилен, газ испарительной камеры, рециркулируемую фракцию второй части летучих компонентов, удаленных на стадии (ii) и т.д. или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Аспект 36. Способ, определенный в любом из аспектов 29-35, отличающийся тем, что стадию (ii) проводят в течение любого подходящего периода времени, например, от примерно 1 до примерно 30 минут, от примерно 2 до примерно 10 минут и т.д.
Аспект 37. Способ, определенный в любом из аспектов 29-36, отличающийся тем, что температура твердых частиц на стадии (ii) от по меньшей мере примерно на 15°F выше температуры твердых частиц на стадии (i) и до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 38. Способ, определенный в любом из аспектов 29-37, отличающийся тем, что стадию (iii) проводят при давлении в любом подходящем диапазоне, например, от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 0 фунтов на кв. дюйм изб. до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 39. Способ, определенный в любом из аспектов 29-38, отличающийся тем, что стадию (iii) проводят в течение любого подходящего периода времени, например, от примерно 15 до примерно 90 минут, от примерно 20 до примерно 60 минут и т.д.
Аспект 40. Способ, определенный в любом из аспектов 29-39, отличающийся тем, что отпарной газ содержит азот, этилен и т.д. или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 41. Способ, определенный в любом из аспектов 29-40, отличающийся тем, что третью часть летучих компонентов удаляют с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее примерно 40 ppmw, менее примерно 20 ppmw, менее примерно 10 ppmw и т.д. летучих компонентов.
Аспект 42. Способ удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера из реактора полимеризации этилена, включающий:
(I) осуществление контакта выходящего потока с псевдоожижающим газом при пониженном давлении при нагревании для удаления начальной части летучих компонентов из твердых частиц полимера, причем твердые частицы полимера имеют температуру твердых частиц от примерно на 30°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена; и
(II) осуществление контакта твердых частиц полимера с отпарным газом для удаления последней части летучих компонентов с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее 100 ppm по массе летучих компонентов.
Аспект 43. Способ, определенный в аспекте 42, отличающийся тем, что стадию (I) проводят при любом подходящем давлении, например, от примерно 1 до примерно 20 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 2 до примерно 15 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 44. Способ, определенный в аспекте 42 или 43, отличающийся тем, что начальную часть летучих компонентов удаляют с образованием твердых частиц полимера, содержащих от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 0,5 до примерно 10 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 45. Способ, определенный в любом из аспектов 42-44, отличающийся тем, что содержание летучих веществ в выходящем потоке этиленового полимера составляет от примерно 5 до примерно 25 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой газофазный реактор, и от примерно 35 до примерно 70 мас.%, летучих компонентов, когда реактор полимеризации этилена представляет собой петлевой суспензионный реактор.
Аспект 46. Способ, определенный в любом из аспектов 42-45, отличающийся тем, что температура твердых частиц на стадии (I) от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции в реакторе полимеризации этилена.
Аспект 47. Способ, определенный в любом из аспектов 42-46, отличающийся тем, что твердые частицы полимера псевдоожижают на стадии (I) посредством псевдоожижающего газа, содержащего азот, этилен и т.д., или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 10°F ниже до примерно на 20°F выше температуры реакции.
Аспект 48. Система, определенная в любом из аспектов 42-47, отличающаяся тем, что стадию (I) проводят в течение любого подходящего периода времени, например, от примерно 1 до примерно 30 минут, от примерно 2 до примерно 10 минут и т.д.
Аспект 49. Способ, определенный в любом из аспектов 42-48, отличающийся тем, что стадию (II) проводят при любом подходящем давлении, например, от примерно 0 до примерно 10 фунтов на кв. дюйм изб., от примерно 0 до примерно 5 фунтов на кв. дюйм изб. и т.д.
Аспект 50. Способ, определенный в любом из аспектов 42-49, отличающийся тем, что стадию (II) проводят в течение любого подходящего периода времени, например, от примерно 15 до примерно 90 минут, от примерно 20 до примерно 60 минут и т.д.
Аспект 51. Способ, определенный в любом из аспектов 42-50, отличающийся тем, что отпарной газ содержит азот, этилен и т.д. или любую их комбинацию, при температуре от примерно на 15°F ниже до примерно на 15°F выше температуры реакции.
Аспект 52. Способ, определенный в любом из аспектов 42-51, отличающийся тем, что конечную часть летучих компонентов удаляют с образованием потока твердых частиц полимера, содержащих менее примерно 40 ppmw, менее примерно 20 ppmw, менее примерно 10 ppmw и т.д. летучих компонентов.
Аспект 53. Способ, определенный в любом из аспектов 29-52, дополнительно включающий стадию преобразования потока твердых частиц полимера в гранулы твердого полимера.
Аспект 54. Способ, определенный в любом из аспектов 29-53, дополнительно включающий стадию введения агента, дезактивирующего катализатор, в выходящий поток этиленового полимера перед стадией (i) или стадией (I).
Аспект 55. Способ, определенный в любом из аспектов 29-54, отличающийся тем, что отпарной газ и/или псевдоожижающий газ дополнительно содержат агент, дезактивирующий катализатор.
Аспект 56. Способ, определенный в любом из аспектов 29-55, дополнительно включающий стадию введения агента, дезактивирующего катализатор, в поток твердых частиц полимера после стадии (iii) или (II).
Аспект 57. Способ полимеризации этилена, включающий:
осуществление контакта каталитической композиции с этиленом и необязательным олефиновым сомономером в реакторе полимеризации этилена в условиях реакции полимеризации в системе реактора полимеризации с получением выходящего потока этиленового полимера; и
проведение способа удаления летучих компонентов из выходящего потока этиленового полимера, определенного в любом из аспектов 29-56.
Аспект 58. Полимеризационная реакторная система, включающая:
систему извлечения полиэтилена и удаления летучих веществ, определенную в любом из аспектов 1-28; и
реактор полимеризации этилена, при этом реактор полимеризации этилена выполнен с возможностью осуществления контакта каталитической композиции с этиленом и необязательным олефиновым сомономером с получением выходящего потока этиленового полимера.
3
10
Аспект 59. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-58, отличающиеся тем, что каталитическую композицию приводят в контакт с этиленом и олефиновым сомономером, содержащим С-С α-олефин.
Аспект 60. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-59, отличающиеся тем, что каталитическую композицию приводят в контакт с этиленом и олефиновым сомономером, содержащим 1-бутен, 1-гексен, 1-октен или их смесь.
Аспект 61. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-60, отличающиеся тем, что реактор полимеризации этилена включает газофазный реактор.
Аспект 62. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-60, отличающиеся тем, что реактор полимеризации этилена включает петлевой суспензионный реактор.
Аспект 63. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-62, отличающиеся тем, что реакторная система полимеризации включает два или более реакторов.
3
10
Аспект 64. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-63, отличающиеся тем, что выходящий поток этиленового полимера (или твердые частицы полимера, или поток твердых частиц полимера, или гранулы твердого полимера) содержит гомополимер этилена и/или сополимер этилена/α-олефина (например, С-С α-олефина).
Аспект 65. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-64, отличающиеся тем, что выходящий поток этиленового полимера (или твердые частицы полимера, или поток твердых частиц полимера, или гранулы твердого полимера) содержит гомополимер этилена, сополимер этилена/1-бутена, сополимер этилена/1-гексена и/или сополимер этилена/1-октена.
Аспект 66. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-65, отличающиеся тем, что температура реакции находится в диапазоне от примерно 60°С до примерно 120°С, или от примерно 75°С до примерно 115°С.
Аспект 67. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-66, отличающиеся тем, что условия полимеризации включают температуру реакции полимеризации в диапазоне от примерно 60°С до примерно 120°С или от примерно 75°С до примерно 115°С и давление реакции полимеризации в диапазоне от примерно 200 до примерно 1000 фунтов на кв. дюйм изб. (от примерно 1,4 до примерно 6,9 МПа).
Аспект 68. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-67, отличающиеся тем, что каталитическая композиция содержит каталитическую систему на основе переходного металла.
Аспект 69. Способ полимеризации или реакторная система, определенные согласно любому из аспектов 57-68, отличающиеся тем, что каталитическая композиция представляет собой каталитическую систему на основе хрома, каталитическую систему на основе катализатора Циглера-Натта, каталитическую систему на основе металлоцена, каталитическую систему на основе неметаллоцена или любое их сочетание.
Аспект 70. Твердые полимерные гранулы, полученные посредством способа полимеризации или реакторной системы, определенных согласно любому из аспектов 57-69.