СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРПОЛИМЕРА ПРОПИЛЕНА И БУТИЛЕНА
SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING PROPYLENE / BUTENE INTERPOLYMER

Перекрестная ссылка
Настоящая заявка испрашивает приоритет для даты подачи предварительной заявки США №61/781459, поданной 14 марта 2013 г., озаглавленной: «Система и метод получения интерполимера пропилена и бутилена», предоставление информации о которой осуществляется путем включения ссылки на нее.
Предшествующий уровень техники
Рыночный спрос на новые изделия из полипропилена продолжает расти, чтобы удовлетворить постоянно расширяющиеся области их применения. Для удовлетворения этого спроса известно, что выбор сомономера (-ов) для сополимеризации с пропиленом позволяет выполнять широкие изменения свойств пластмасс, таких как твердость, предел прочности на разрыв, коэффициент упругой жесткости, плотность, точка плавления, ударная вязкость и т.д.
В частности, для таких изделий, как пленки, упаковочные материалы и волокна, все больший коммерческий интерес находит полимер на основе пропилена, содержащий один, два или больше сомономеров (таких как этилен и/или бутилен), называемый здесь и далее «интерполимер пропилена».Однако при производстве полимера на основе пропилена с сомономером бутилена в обычных «промышленных масштабах» (40000000 кг (40 килотонн (КТГ) в год или больше) или 5000 кг/час (5 метрических тонн/час)) существуют препятствия при использовании оборудования для полимеризации в газовой фазе.
При обычной промышленной газофазной полимеризации пропилена пропан естественным образом накапливается в реакторной системе и синергетически действует в качестве конденсирующего реагента. При получении полимера на основе пропилена с одним или более сомономерами в реактор газофазной полимеризации поступает меньше пропилена по сравнению с получением гомополимера пропилена. Как результат, скорость накопления пропана в реакторной системе низкая, обычно порядка одного или нескольких дней. Для достижения плотности газа и точки росы рециркулируемого газа, близких к эквивалентным значениям и необходимых при высокой производительности тройного сополимера пропилена, в реакторе необходимо накапливать больше пропана по сравнению с получением гомополимера пропилен.
Медленное естественное накопление пропана в системе при промышленном получении интерполимера пропилена, при котором к пропилену добавляют один или больше сомономеров, имеет несколько недостатков. При недостатке пропана (т.е. при недостатке конденсирующего реагента) в реакторной системе нельзя достичь операции конденсации при обычном режиме работы. Работа реактора газофазной полимеризации в «сухом» режиме (режиме без конденсации) требует очень низкой температуры реакции и приводит к чрезмерно низкой производительности для промышленного масштаба.
Были предприняты попытки непрерывно вводить инертный компонент (часто называемый «принудительным конденсирующим реагентом», например азот или другой предельный углеводород, отличный от пропана) с целью регулирования и поддержания парциального давления компонентов в реакционной системе на приемлемом уровне для получения тройного сополимера пропилена в промышленном масштабе. Введение инертного компонента увеличивает расходы на материалы и оборудование, усложняет управление реактором и позволяет достичь, в лучшем случае, 60% номинальной производительности. Таким образом, введение инертного компонента не является практичным для получения тройного сополимера пропилена с использованием обычных промышленных реакторов газофазной полимеризации.
Существует необходимость в создании системы и метода для получения полимера на основе пропилена с одним или несколькими сомономерами при номинальной производительности промышленного оборудования с использованием обычных реакторов для газофазной полимеризации. В дальнейшем существует потребность в системе и методе снижения времени перехода от промышленного производства гомополимера пропилена к промышленному производству интерполимера пропилена.
Сущность изобретения
В данном описании изобретения приведен способ. В варианте изобретения способ включает в себя получение полимера на основе пропилена в реакторе для газофазной полимеризации в условиях полимеризации. Условия полимеризации включают в себя суммарное парциальное давление пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс). В дальнейшем способ включает в себя поддержание суммарного парциального давления пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс.) при одновременном:
(i) снижении парциального давления пропилена в реакторе для газофазной полимеризации;
(ii) добавлении пропана в реактор для газофазной полимеризации;
4
10
(iii) вводе как минимум одного сомономера С-С в реактор для газофазной полимеризации; и
4
10
образовании интерполимера пропилена и углеводорода С-С в реакторе для газофазной полимеризации.
Краткое описание чертежей
Рисунок 1 - это схематическое представление системы для газофазной полимеризации в соответствии с вариантом данного изобретения.
Подробное описание изобретения
Данный способ включает в себя ввод начальной дозы пропана (или другого подобного инертного соединения) в реакционную систему во время переходной стадии. Такой ввод может быть осуществлен из внешнего источника пропана или с использованием пропана, собранного в способе полимеризации во время получения первого продукта полимеризации. В обоих случаях цель ввода пропана состоит в изменении точки росы смеси, находящейся в реакционной системе, чтобы обеспечить конденсацию, которая, в свою очередь, улучшает отведение теплоты реакции. В случае, когда пропан отбирают из системы реактора для полимеризации, первая стадия полимеризации осуществляется в реакторе для газофазной полимеризации. Первая стадия полимеризации включает в себя полимеризацию пропилена и дополнительного сомономера. Когда получено требуемое количество первого продукта полимеризации, условия системы изменяются до значений, необходимых для получения второго продукта. Вторая стадия полимеризации включает
в себя полимеризацию пропилена и сомономера (-ов), сумма которых меньше количества пропилена. Данный способ включает в себя ввод пропана в реактор при переходе от промышленного производства первого полимера на основе пропилена (продукт 1) к промышленному производству отличающегося второго продукта, представляющего собой интерполимер пропилена (продукт 2).
В варианте изобретения способ включает в себя получение полимера на основе пропилена (продукт 1) в реакторе для газофазной полимеризации в условиях полимеризации. Суммарное парциальное давление пропилена и пропана в реакторе во время стабильного получения продукта 1 находится в пределах 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс). Термин «суммарное парциальное давление пропилена и пропана» обозначает сумму парциального давления пропилена и парциального давления пропана. Способ включает в себя переход к получению второго продукта полимеризации, интерполимера пропилена (продукта 2), в том же самом реакторе для полимеризации. Способ включает в себя поддержание суммарного парциального давления пропилена и пропана в реакторе в диапазоне 2,0-3,1 Мпа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс.) при одновременном:
(i) снижении парциального давления пропилена в реакторе для газофазной полимеризации;
(ii) добавлении пропана в реактор для газофазной полимеризации; и
4
10
4
10
(iii) вводе как минимум одного сомономера С-С в реактор для газофазной полимеризации. В дальнейшем способ включает в себя образование интерполимера пропилена и углеводорода С-С в реакторе для газофазной полимеризации.
4
10
В варианте выполнения изобретения в способе полимеризации поддерживается суммарное парциальное давление пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс.) при образовании интерполимера пропилена и углеводорода С-С.
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя сбор пропана при получении продукта 1 с дальнейшим вводом собранного пропана в реактор для газофазной полимеризации во время переходной стадии.
4
10
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя образование интерполимера пропилена и углеводорода С-С в течение от 30 секунд до 48 часов после ввода в систему нового сомономера.
4
10
4
10
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя получение интерполимера пропилена и углеводорода С-С с производительностью выше 60% от номинального значения, которое составляет более 5000 кг/час (5 метрических тонн/час). В последующем варианте изобретения способ включает в себя получение интерполимера пропилена с производительностью от 60% до не менее 100% от номинального значения в течение 1-20 часов после ввода сомономера С-С в реактор.
В варианте выполнения изобретения стадия ввода включает в себя ввод сомономера бутилена в реактор для газофазной полимеризации для образования сополимера пропилена и бутилена.
В варианте выполнения изобретения стадия ввода включает в себя ввод сомономеров этилена и бутилена в реактор для газофазной полимеризации для образования тройного сополимера пропилена, этилена и бутилена.
В варианте выполнения изобретения стадия получения включает в себя подачу в реактор для газофазной полимеризации мономера пропилена и дополнительно сомономера этилена для получения продукта 1, представляющего собой сополимер пропилена и этилена.
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя образование тройного сополимера пропилена, этилена и бутилена (именуемого здесь и далее тройной сополимер П/Э/Б) с производительностью от 60% до не менее 100% номинального значения в течение 1-20 часов после ввода сомономера этилена и сомономера бутилена в реактор.
Термин «условия полимеризации» для промышленной газофазной полимеризации на основе пропилена включает в себя реактор и условия реакции (температура, давление, мономер и катализатор), пригодные для получения полимера на основе пропилена с производительностью от 60% до не менее 100% от номинального значения.
В примере выполнения изобретения, со ссылкой на рисунок 1, данный способ реализует промышленную газофазную полимеризацию (А), которая включает реактор для газофазной полимеризации 10 с реакционной зоной 12 и зону для снижения скорости 14. Реакционная зона 12 включает в себя псевдоожиженный слой 102 увеличивающихся частиц полимера, образующихся частиц полимера и незначительное количество частиц катализатора, переведенных во взвешенное состояние непрерывным потоком полимеризуемых и изменяющихся газообразных компонентов в виде подкачки и рециркулируемого потока через реакционную зону 12.
Газофазная полимеризация (А) также включает в себя катализатор, пропилен, дополнительный (-е) сомономер (-ы) и другие реагенты, которые непрерывно загружаются в реакционную зону 12, давая на выходе гранулированный (порошковый) продукт полимеризации. Катализатор, используемый в псевдоожиженном слое, может быть загружен в реактор 10 в виде твердых частиц, шлама или жидкости. Например, твердый катализатор может храниться в емкости 16 под слоем инертного газа и подаваться в реакционную зону 12 в точке 42. Продукт полимеризации периодически удаляют в точке 44 и подают в приемную емкость 46 через клапан 48.
В варианте выполнения изобретения получение первого продукта полимеризации включает в себя полипропилен и, дополнительно, сомономер, такой как этилен; в результате полимеризации образуется гомополимер пропилена или сополимер пропилена и α-олефина. В последующем варианте изобретения первая стадия полимеризации исключает сомономер бутилена и образует гомополимер пропилена («ПП» или «продукт 1»).
Во время первой стадии полимеризации пропилен подается в реактор 10 до достижения суммарного парциального давления пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 Мпа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс). На этом уровне подачи пропилена происходит увеличение концентрации пропана до должного уровня для первой стадии полимеризации за считанные часы. Должные уровни определяются как достижение общего парциального давления пропана, пропилена и других реакционных газов в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс). Поэтому при первой стадии полимеризации образуется достаточное количество пропана, т.е. пропан действует в качестве конденсирующего реагента. Иными словами, первая стадия полимеризации образует свой собственный конденсирующий реагент - пропан.
Часть ожижающего потока, которая не участвует в реакции в псевдоожиженном слое 102, образует рециркулируемый поток, который удаляется из зоны полимеризации путем перевода его в зону замедления скорости 14, расположенную над реакционной зоной 12. В этой зоне захваченные частицы получают возможность упасть назад в плотный псевдоожиженный слой.
Реагенты в газовой фазе непрерывно циркулируют из реакционной зоны 12 через зону замедления скорости 14, компрессор 30 и теплообменник и возвращаются обратно через псевдоожиженный слой. Температура псевдоожиженного слоя 102 поддерживается на достаточно постоянном уровне при неизменных условиях за счет постоянного отвода теплоты реакции благодаря циркуляции газовой смеси. Поток рециркулируемого газа также используется для псевдоожижения реакционного слоя для достижения хорошего противоточного смешения. Поток рециркулируемого газа также доставляет реагенты в зону реакции.
Поток подпитки подается в линию рециркуляции 22, например в точке 18. Поток подпитки имеет состав (например, содержание свежего мономера), определяемый с помощью газового анализатора 21. С помощью газового анализатора 21 определяют состав рециркулируемого потока, а состав подпиточного потока регулируется по результатам анализа для поддержания устойчивого состава газовой смеси в реакционной зоне 12.
Для обеспечения полного псевдоожижения двухфазный (пропилен/пропан) рециркулируемый поток и, при необходимости, часть подпиточного потока возвращаются через линию рециркуляции 22 в реактор 10 в точке 26 ниже псевдоожиженного слоя 102. Выше точки 26 установлена пластина распределителя газа 28 для способствования ожижению псевдоожиженного слоя 102. Проходя через псевдоожиженный слой 102, двухфазный рециркулируемый поток поглощает теплоту, выделяющуюся при реакции полимеризации. Поглощение теплоты реакции приводит к росту температуры двухфазного рециркулируемого потока и испарению его жидкой части.
Рециркулируемый поток затем сжимается в компрессоре 30 и проходит через зону теплообмена, в которой от него отводится теплота реакции перед возвратом потока в реакционную зону 12.
В варианте выполнения изобретения данный способ включает в себя сбор пропана из смеси после первой стадии полимеризации. Пропан естественным образом присутствует в подаваемом пропилене для первой стадии полимеризации. По мере прохождение первой стадии полимеризации концентрация пропана с течением времени увеличивается до высоких значений в рециркулируемом газе; таким образом, пропан действует как конденсирующий реагент.
В варианте выполнения изобретения пропан собирается с помощью сепаратора для рекуперации отводимых газов (VRS) 24, как показано на рисунке 1. Сепаратор 24 с помощью набора конденсаторов и ректификационных колонн создает два потока, один из которых обогащен пропиленом, а другой - пропаном. Поток, обогащенный пропиленом, направляется обратно в реакционную зону по возвратной линии 22.
Сепаратор 24 превращает рециркулируемый поток в поток пропилена и поток пропана, как было описано выше. Способ включает в себя контакт потока, обогащенного пропаном, с водой для нейтрализации остатков катализатора, прохождение потока пропана через фильтр 50 для удаления твердых частиц, образовавшихся при нейтрализации катализатора, затем пропускание потока пропана из сепаратора 24 через осушитель 52, который удаляет избыточную воду из продуктов нейтрализации катализатора. Из осушителя 52 пропан подают в емкость для его хранения 54. Сепаратор 24 извлекает пропилен, одновременно позволяя управляемое удаление пропана из системы. Сепаратор 24 поддерживает точку росы рециркулируемого потока ниже температуры псевдоожиженного слоя 102. Когда нужно загрузить пропан на газофазную полимеризацию (например, при переходе ко второй стадии полимеризации), насос 56 подает пропан в реакционную зону 12 через линию рециркуляции 22А. Пропан, компонент рециркулируемого потока, затем возвращается в основание 26 реактора 10 и на ожижение слоя частиц полимера через распределительную пластину 28.
4
10
4
10
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя переход от получения продукта 1 к получению продукта 2 в реакторе для газофазной полимеризации 10. Вторая стадия полимеризации включает в себя подачу мономера пропилена и одного или нескольких сомономеров С-С в реакционную зону 12, что приводит к полимеризации пропилена и сомономеров С-С. В дальнейшем варианте изобретения вторая стадия полимеризации включает в себя подачу мономеров пропилена, этилена и бутилена в реакционную зону 12 с их полимеризацией.
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя прекращение первой стадии полимеризации, т.е. прекращение газофазной полимеризации, описанной выше, перед переходной стадией. Прекращение газофазной полимеризации может быть достигнуто путем прекращения подачи катализатора в реактор через трубопровод 42 и обеспечения контролируемого затухания реакции. Как вариант, реакцию можно прекратить быстро за счет прекращения подачи катализатора через трубопровод 42 и добавления в реактор ингибитора, подавляющего активность катализатора в реакционной зоне 12.
Во время переходной стадии способ включает в себя поддержание в реакторе для газофазной полимеризации 10 суммарного парциального давления пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс.) при одновременном:
(i) снижении парциального давления пропилена в реакторе 10;
(ii) добавлении пропана в реактор 10; и
4
10
(iii) вводе как минимум одного сомономера С-С в реактор 10.
4
10
Термин «одновременно» относится к соотношению по времени между (А) этапом поддержания (поддержание суммарного давления пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс.)) и (В) операциями (i) снижения парциального давления пропилена, (ii) добавления пропана и (iii) ввода сомономера С-С, описанными выше. Этап (А) выполняется во время выполнения этапа (В). Иными словами, этап (А) выполняется при выполнении операций (i), (ii) и (iii) этапа (В) независимо от последовательности выполнения операций (i), (ii) и (iii).
В варианте выполнения изобретения этап поддержания давления (А) осуществляется при одновременном выполнении операций этапа (В) в следующей последовательности: операция (i), затем операция (ii), а затем операция (iii).
В варианте выполнения изобретения выполняется этап поддержания давления (А), в то время как операции (i), (ii) и (iii) этапа (В) выполняются параллельно или в значительной степени параллельно.
В варианте выполнения изобретения данный способ включает в себя добавление пропана в газофазную полимеризацию (А) во время переходной стадии. В варианте изобретения способ включает в себя подачу пропана, находящегося в емкости для хранения 54 (т.е. пропана, собранного на первой стадии полимеризации), в реакционную зону 12 через линию рециркуляции 22А.
4
10
4
10
Способ включает в себя образование интерполимера пропилена и углеводорода С-С. В обычных промышленных системах время, требуемое для достижения повышенного уровня пропана в реакторе за период перехода от получения промышленного количества полимера на основе пропилена к получению промышленного количества интерполимера пропилена и углеводорода С-С, может составлять до нескольких дней. Медленное накопление пропана препятствует использованию операции конденсации до достижения рабочих уровней концентрации пропана. Термин «рабочие уровни» определяется как суммарное парциальное давление пропилена и пропана в диапазоне 2,0-3,1 МПа (290-450 фунтов/кв. дюйм абс). Время запуска, исчисляемое в несколько дней, перед тем как реактор сможет работать с номинальной производительностью, является непригодным для промышленных операций газофазной полимеризации.
4
10
4
10
4
10
4
10
Добавление пропана с одновременным уменьшением парциального давления пропилена и одновременным вводом сомономера С-С выгодно обеспечивает присутствие естественного конденсирующего реагента (пропана) в системе реактора сразу же или почти сразу. Добавление пропана позволяет провести операцию конденсации в реакторе для газофазной полимеризации 10 в течение 1-20 часов после ввода сомономера С-С. Это приводит к промышленным уровням получения интерполимера пропилена и углеводорода С-С в течение 1-20 часов после ввода в реактор сомономера С-С.
Данный способ включает в себя ввод бутилена в реактор во время переходной стадии и образование сополимера пропилена и бутилена. В варианте изобретения сополимер пропилена и бутилена имеет плотность 0,905 г/куб. см, 14,5% бутилена по весу и скорость течения расплава (MFR) от 2,7 г/10 мин до 4,1 г/10 мин.
4
10
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя ввод пропилена, этилена и бутилена в реактор и образование тройного сополимера пропилена, этилена и бутилена. В последующем варианте изобретения способ включает в себя получение тройного сополимера пропилена, этилена и бутилена с производительностью от 60% до не менее 100% от номинального значения в течение 1-20 часов после ввода сомономеров С-С в реактор.
4
10
В варианте выполнения изобретения способ включает в себя получение (i) полимера на основе пропилена (продукт 1) с производительностью от 60% до не менее 100% номинального значения и (ii) получение сополимера пропилена/С-С (продукт 2) с производительностью от 60% до не менее 100% номинального значения, при этом номинальное значение составляет 5000 кг/час (5 метрических тонн/час). В последующем варианте изобретения способ включает в себя получение сополимера пропилена и бутилена или тройного сополимера пропилена, этилена и бутилена с производительностью от 60% до не менее 100% от номинального значения в течение 1-20 часов после ввода соответствующих сомономеров (только бутилена или бутилена вместе с этиленом) в реактор.
Данный способ может включать в себя сочетание двух или более вариантов изобретения, описанных здесь.
Определения
Если не указано иное, подразумеваемое из контекста или традиционно принимаемое в соответствующей области техники, все доли и процентные содержания даются по весу. Для целей патентной практики Соединенных Штатов Америки содержание любого патента, патентной заявки или публикации, на которые дается ссылка, включены посредством ссылки на их полный текст (или их эквивалентная американская версия включается также по ссылке), особенно в отношении раскрытия информации о методах синтеза, определениях (насколько это не противоречит никаким определениям, специально предусмотренным в этом описании) и общих знаниях в области техники.
Слова «включающий», «содержащий», «имеющий» и их производные не предназначены для исключения присутствия дополнительных компонентов, этапов или процедур, указано это отдельно или нет. Во избежание любых сомнений все составы, заявленные с использованием термина «содержащий», могут включать в себя любую дополнительную добавку, усилитель свойств или вещество, полимерное или другое, если только не указано иное. Напротив, термин «состоящий в основном из» исключает из любого последующего изложения любой другой компонент, этап или процедуру, за исключением тех, которые не являются важными для функционирования. Термин «состоящий из» исключает любые компоненты, этапы или процедуры, не определенные или не перечисленные явным образом.
Термин «номинальная производительность» в контексте данного изобретения определяется как производительность, на которую спроектирована производственная установка. Производительность обычно указывается на годовой (т.е. 400000000 кг (400 килотонн в год) или 8000 час/год) или часовой основе (т.е. 5000 кг/час (5 метрических тонн/час)). Оборудование, трубопроводы и т.п. имеет конфигурацию, соответствующую номинальной производительности. Установки, разработанные для соответствующей номинальной производительности, обычно могут работать с производительностью выше и ниже номинальной. Номинальная производительность для установки полимеризации с высокой степенью вероятности будет средней производительностью, поскольку различные продукты (или их семейства) имеют различные проектные ограничения (т.е. статистические сополимеры выделяют больше тепла при их получении и поэтому требуют большего охлаждения, чем гомополимеры). Для того чтобы не накапливать избыточную мощность, оборудование рассчитывается на среднюю производительность, необходимую для ряда продуктов, при понимании того, что некоторые продукты будут ограничены по производительности (такие как упомянутые статистические полимеры). Диапазон промышленной номинальной производительности начинается с 40000000 кг (40 килотонн в год) и превышает 650000000 кг (650 килотонн в год) на рабочем уровне 8000 часов в год.
Скорость течения расплава (MFR) определяют в соответствии с методом испытания, изложенным в стандарте ASTM D 1238, при 230°С с грузом весом 2,16 кг для полимеров на основе пропилена.
Термин «полимер» означает макромолекулярное соединение, получаемое полимеризацией мономеров одного и того же или разного типа. «Полимер» включает в себя гомополимеры, сополимеры, тройные сополимеры, интерполимеры и т.д. Термин «интерполимер» означает полимер, полученный за счет полимеризации минимум двух типов мономеров или сомономеров. Он включает в себя, помимо прочего, сополимеры (которые относятся к полимерам, полученным из двух разных типов мономеров или сомономеров), тройные сополимеры (которые относятся к полимерам, полученным из трех разных типов мономеров или сомономеров), тетраполимеры (которые относятся к полимерам, полученным их четырех различных типов мономеров или сомономеров) и т.п.
Термин «полимер на основе пропилена» в контексте данного изобретения относится к полимеру, который состоит по весу в основном из полимеризованного мономера пропилена (на основе общего количества полимеризуемых мономеров) и дополнительно может содержать как минимум один полимеризованный сомономер.
Термин «интерполимер пропилена» в контексте данного изобретения означает полимер на основе пропилена, который содержит пропилен и два или более полимеризованных сомономера. Термин «сополимер пропилена» в контексте данного изобретения означает полимер на основе пропилена, содержащий пропилен и один полимеризованный сомономер. Термин «тройной сополимер пропилена» в контексте данного изобретения означает полимер на основе пропилена, который состоит из пропилена и двух или более полимеризованных сомономеров.
L
U
L
U
L
Примеры приведены в качестве конкретных иллюстраций вариантов настоящего изобретения. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретной подробной информацией, приведенной в примерах. Кроме того, любой диапазон значений, приведенный в описании или пунктах формулы изобретения, такой как представляющий конкретный набор свойств, единицы измерения, условия, физические состояния или процентные доли, призван в силу упоминания или иных обстоятельств явным образом буквально включать любое значение, попадающее в любой такой диапазон, включая любое подмножество значений в пределах любого указанного диапазона. Например, при объявлении любого числового диапазона с нижним пределом R и верхним пределом R любое число R, находящееся внутри этого диапазона, определяется отдельно. В частности, следующие значения R в пределах диапазона определяются особым образом: R=R+k(R-R), где k - это переменная, изменяющаяся от 1% до 100% с шагом 1%, например к равно 1%, 2%, 3%, 4%, 5% … 50%, 51%, 52% … 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или 100%. Более того, любой числовой диапазон, представленный двумя значениями R, рассчитанными как указано выше, также определяется отдельно. Кроме того, подразумевается, что для диапазона значений, представленного двумя конечными точками, сами конечные точки входят в этот диапазон, если иное не определено явным образом по контексту.
Некоторые варианты выполнения данного описания изобретения будут подробно описаны в следующих примерах.
Примеры
Гомополимер пропилена (ПП или продукт 1) производится в количестве 300000000 кг (300 килотонн в год) в реакторе для газофазной полимеризации (в качестве основы берутся показатели 8000 часов/год, 37 500 кг/час (37,5 метрических тонн/час)). Устойчивые условия полимеризации для продукта 1 приведены ниже в таблице 1, колонка «А».
Данный способ показан при номинальной производительности 37 500 кг/час (37,5 метрических тонн/час) при сравнении колонки «А» с колонками «В» и «С». Производство продукта 1 подвержено переходу. Термин «переход» определяется как акт изменения условий реакции полимеризации с получением продукта 1 на другие условия реакции для получения другого материала, продукта 2, в том же реакторе для полимеризации. В данном примере продукт 1 - это гомополимер пропилена, а продукт 2 - тройной сополимер пропилена, этилена и бутилена. Условия реакции включают в себя температуру, давление и количества всех материалов (реагента, катализатора, совместного катализатора и пр.) в реакционной системе. Реакционная система может производить или не производить полимер во время переходной стадии. Производительность может изменяться во время переходной стадии, если во время нее будет происходить образование полимера.
Важным аспектом переходной стадии является время, требуемое для изменения состава материалов в реакционной системе. На практике обычные промышленные реакторы для газофазной полимеризации содержат во время переходной стадии несоразмерное количество пропана (или другого материала, изменяющего точку росы) для достижения номинальной производительности по продукту 2. Заявители обнаружили, что добавление пропана и, в частности, однократная начальная его дозировка во время переходной стадии значительно снижает время, необходимое для достижения целевого качества и номинальной производительности продукта 2.
Сравните колонку «В» таблицы 1 (отсутствие дозировки пропана во время переходной стадии) с колонкой «С» (дозировка пропана во время переходной стадии).
Колонка «В» представляет собой стадию перехода к продукту 2 от продукта 1 без добавления пропана. Колонка «С» представляет собой стадию перехода к продукту 2 от продукта 1 с дозировкой пропана во время перехода. Пропан, добавленный во время переходной стадии и указанный в колонке «С», был собран при получении продукта 1 в условиях, указанных в колонке «А».
Переходная стадия, указанная в колонке «С» (с дозировкой пропана) обеспечивает производительность по продукту 2 выше 60% от номинального значения за 10 часов. Переходная стадия в колонке «В» (без дозировки пропана) требует 170 часов (7 дней) для достижения всего лишь 42% номинальной производительности по продукту 2. Заявители обнаружили, что добавление пропана в реактор во время переходной стадии обеспечивает производительность по продукту 2 выше 60% от номинального значения в течение часов, а не дней, без добавления пропана (колонка «В»).
Заявители достигли этого значительного снижения времени перехода путем выполнения следующих процедур (промышленная полимеризация продукта 1 происходит в устойчивом режиме).
1. Снижение парциального давления при получении продукта 1.
2. Добавление пропана в реактор для газофазной полимеризации.
3. Ввод мономеров этилена и бутилена.
4. Названные действия 1-3 выполняются таким образом, чтобы суммарное давление пропилена и пропана в реакторе для газофазной полимеризации поддерживалось в диапазоне 2,0 - 3,1 МПа (290 - 450 фунтов/кв. дюйм абс.) в переходной период. Иными словами, действия 1 - 3, описанные выше, осуществляются при поддержании суммарного парциального давления пропилена и пропана в диапазоне 2,0 - 3,1 МПа (290 - 450 фунтов/кв. дюйм) в реакторе для газофазной полимеризации.
Таблица 1
A
B
C
Продукт 1
Продукт 2
Продукт 2
(условия реакции с целевым качеством)
(условия реакции с целевым качеством без начальной дозировки)
(условия реакции с целевым качеством с начальной дозировкой)
Тип полимера
Гомополимер ПП
Тройной сополимер П/Э/Б
Тройной сополимер П/Э/Б
СОСТАВ ПОЛИМЕРА(% вес.)
Этилен
-
2%
2%
Пропилен
100%
84%
84%
1-бутилен
-
15%
15%
Водород
0,002%
0,003%
0,001%
Производительность, кг/час (метрических тонн/час); % от номинального значения;(Номинальное значение = 37 500 кг/час (37,5 метрических тонн/час)
37 500 (37,50)100%
21 770 (21,77)58%
37 500 (37,50)100%
Общее давление в реакторе, МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
3,34 (34,0 (484))
3,1 (31,6 (450))
2,93 (29,9 (425))
Парциальное давление пропилена,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
2,7 (27,4 (390))
0,76 (7,7 (110))
0,76 (7,7 (110))
Парциальное давление пропана,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм))
0,37 (3,8 (54))
0,34 (3,4 (49))
1,3 (10,5 (190))
Сумма парциального давления пропилена и пропана, МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
3,06 (31,2 (444))
1,10 (11,1 (159))
2 (18,2 (300))
Парциальное давление этилена,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
0,0 (0)
0,01 (0,1 (2))
0,01 (0,1 (2))
Парциальное давление бутилена,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
0,0 (0)
0,18 (1,8 (26))
0,18 (1,8 (26))
Парциальное давление водорода,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
0,01 (0,1 (2))
0,05 (0,5 (7))
0,05 (0,5 (7))
Парциальное давление азота и этана,МПа (кг/см<sup>2</sup>абс. (фунтов/кв. дюйм абс.))
0,26 (2,7 (38))
1,7 (17,6 (250))
0,60 (6,1 (87))
Время перехода, необходимое для достижения условий реакции с целевым качеством продукта 2, часов
--
10
10
Время перехода, необходимое для достижения условий реакции с целевым качеством И номинальной мощности, часов
--
170
10
1. Основной катализатор: катализатор SHAC
2. Катализатор 1: совместный катализатор (триэтилалюминий)
3. Катализатор 2: полностью из вещества, регулирующего селективность (SCA))
4. Добавки: используются для обработки после реактора, включая пероксид, если применимо.
Данный способ отличается от стандартов переходной стадии для обычной промышленной полимеризации, которые основаны на непрерывной подаче принудительного конденсирующего реагента в течение всего времени получения продукта 2. Предпочтительно данный способ требует только начальной подачи дозированного количества пропана для «резкого запуска» номинальной производительности продукта 2 и снижения времени перехода в 10-20 раз по сравнению с обычными промышленными системами.
Данный способ выгодно снижает время простоя реактора и повышает его производственную эффективность. Данный способ расширяет разносторонность и адаптируемость обычных промышленных реакторов для газофазной полимеризации, позволяя производить много различных типов олефиновых интерполимеров в промышленном масштабе, снижая при этом издержки производства.
В результате добавления пропана изменяется время переходной стадии, необходимое для достижения условий получения полимера с целевым качеством. Термин «целевое качество» обозначает полимер, свойства которого соответствуют техническим требованиям, признанным на рынке. Условия, обеспечивающие целевое качество, - это такие условия проведения реакции (включая температуру, давление, состав реагентов в реакционной смеси и т.п.), которые требуются для получения полимера, соответствующего целевым техническим условиям, при номинальной производительности в течение 10 часов (колонка «С»). Напротив, без добавления пропана, время переходной стадии до достижения условий, обеспечивающих целевое качество и номинальную производительность, составляет 170 часов (колонка «В»). Добавление пропана во время переходной стадии уменьшает более чем в 10 раз время перехода между получением продукта 1 и продукта 2 при производительности выше 60% от номинального значения (для продукта 1 и продукта 2). Это является удивительным и неожиданным.
Отдельно предполагается, что данное изобретение не должно ограничиваться вариантами и иллюстрациями, приведенными в данном описании, а включать в себя измененные варианты, в том числе части вариантов и сочетания элементов различных вариантов, подпадающих под сферу приведенной ниже формулы изобретения.