СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИОЛЕФИНЫ ГАЗООБРАЗНОГО ПРОДУКТА ПРОДУВКИ
SYSTEMS AND METHODS OF EXTRACTING HYDROCARBONS FROM POLYOLEFIN-CONTAINING GASEOUS BLOWING PRODUCT

Предпосылки создания изобретения
При газофазной полимеризации газообразный поток, содержащий один или более мономеров, пропускают через псевдоожиженный слой при условиях реакции в присутствии катализатора. Полимерный продукт выгружают из реактора, а в реактор подают свежий мономер. Обычно в полимерном продукте абсорбируются остаточные газообразные и/или жидкие компоненты, например, непрореагировавший углеводородный мономер (мономеры) и/или разбавитель (разбавители). Эти летучие непрореагировавшие мономеры и/или разбавители нужно удалять из полимеризованных частиц.
Обычно полимерный продукт вводят в сепаратор для продукта или продувочную емкость, и там он контактирует с противотоком продувочного газа, например, азота. Выделенный газообразный продукт продувки, который содержит продувочный газ и летучие непрореагировавшие мономеры и/или разбавители, сжигают на факеле, или применяют как топливо, или подвергают дальнейшей обработке с целью выделения ценных мономеров и/или разбавителей. В известных в настоящее время системах разделения применяют мембранное разделение, адсорбенты и/или адсорбцию при переменном давлении. Хотя некоторые из ценных мономеров и/или разбавителей выделяют, оставшийся продувочный газ, азот, необходимо подавать на факел или на сжигание в качестве топлива, поскольку концентрация мономеров и/или разбавителей в продувочном газе остается слишком высокой.
Следовательно, существует потребность в улучшенных системах и способах выделения углеводородов из продувочного газа полимеризации.
Краткое изложение сущности изобретения
2-12
Настоящее изобретение обеспечивает системы и способы выделения углеводородов из содержащего полиолефины газообразного продукта продувки. Способ может включать выделение полиолефинового продукта, включающего один или более летучих углеводородов из реактора полимеризации, и контактирование полиолефинового продукта с продувочным газом с целью удаления по меньшей мере части летучих углеводородов с получением полиолефинового продукта, в котором меньше концентрация летучих углеводородов, и газообразного продукта продувки, обогащенного летучими углеводородами. Летучие углеводороды могут включать водород, метан, один или более Cуглеводородов или любую комбинацию перечисленного. Газообразный продукт продувки может находиться под давлением от примерно 50 до примерно 250 кПа. Способ может также включать сжатие газообразного продукта продувки до давления от примерно 2500 до примерно 10000 кПа. Способ может также включать охлаждение и разделение сжатого газообразного продукта продувки на по меньшей мере первый продукт, второй продукт и третий продукт. Этот способ может также включать возврат по меньшей мере части продуктов по меньшей мере по одному из перечисленных вариантов: первого продукта в качестве продувочного газа, второго продукта в реактор полимеризации, и третьего продукта в газообразный продукт продувки, обогащенный летучими углеводородами, перед сжатием.
2-12
Система для выделения углеводородов из содержащего полиолефины газообразного продукта продувки может включать продувочную емкость, систему сжатия, систему охлаждения и по меньшей мере одну линию рециркуляции. Продувочная емкость может быть приспособлена для получения полиолефинового продукта, включающего один или более летучий углеводород из реактора полимеризации. Полиолефиновый продукт может контактировать с продувочным газом в продувочной емкости с целью удаления по меньшей мере части летучих углеводородов с получением полиолефинового продукта, в котором снижена концентрация летучих углеводородов, и газообразного продукта продувки, обогащенного летучими углеводородами. Летучие углеводороды могут включать водород, метан, один или более Cуглеводородов или любую комбинацию перечисленного. Газообразный продукт продувки может иметь давление от примерно 50 до примерно 250 кПа. Система сжатия может быть приспособлена для сжатия газообразного продукта продувки до давления, составляющего от примерно 2500 до примерно 10000 кПа. Система охлаждения может быть приспособлена для охлаждения и разделения сжатого газообразного продукта продувки на по меньшей мере первый продукт, второй продукт и третий продукт. По меньшей мере одна линия рециркуляции может быть приспособлена для возврата по меньшей мере части продуктов по меньшей мере по одному из перечисленных вариантов: первого продукта в качестве продувочного газа, второго продукта в реактор полимеризации, и третьего продукта в газообразный продукт продувки, обогащенный летучими углеводородами, перед сжатием.
В способе и системе, описанной в настоящем описании, полиолефиновый продукт может включать гомополимеры полиэтилена, гомополимеры полипропилена, сополимеры полиэтилена или сополимеры полипропилена.
В способе и системе, описанной в настоящем описании, система охлаждения может представлять собой систему автоохлаждения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 описана схема иллюстративной системы полимеризации для получения полимерных продуктов и выделения из них летучих веществ.
На фиг.2 описана схема иллюстративной системы сжатия для сжатия газообразного продукта продувки, выделенного из полимеризационной системы.
На фиг.3 описана схема иллюстративной системы сжатия для сжатия газообразного продукта продувки, выделенного из полимеризационной системы.
На фиг.4 представлена схема иллюстративной системы полимеризации для получения одного или более полимерных продуктов и выделения из них летучих компонентов.
На фиг.5 описана схема иллюстративной системы газофазной полимеризации.
Подробное описание сущности изобретения
На фиг.1 описана схема иллюстративной системы полимеризации 100, предназначенной для получения одного или более полимерных продуктов и выделения из них летучих компонентов. Сырье для реактора по линии 101, а катализатор по линии 102 можно ввести в реактор полимеризации 103, в котором сырье для реактора можно полимеризовать с получением полимерного продукта. Полимерный продукт по линии 104 можно выделить из реактора полимеризации 103 и подать в одну или более систему выгрузки продукта 105. Внутри системы выгрузки продукта 105 первую часть каких-либо летучих продуктов, содержащихся в полимерном продукте, по линии 106 можно выделить и возвратить в реактор 103. По линии 107 в систему выгрузки продукта 105 можно подать газ, облегчающий выгрузку продукта, а полимерный продукт по линии 108 можно перегрузить из линии выгрузки продукта 105 в одну или более продувочную емкость 115. Подаваемый по линии 107 газ, облегчающий выгрузку продукта, может облегчать транспортировку полимерного продукта по линии 108 из системы выгрузки продукта 105 в продувочную емкость 115. Одно или более устройств регулировки потока, например, клапаны 109, 110 и 111, можно применять для регулирования подачи полимерного продукта по линии 104 в систему выгрузки продукта 105, удаления первой части летучих веществ по линии 106, и удаления полимерного продукта по линии 108, соответственно, из системы выгрузки продукта 105. Конкретную синхронизацию по времени устройств регулировки потока 109, 110 и 111 можно осуществить с применением обычных программируемых контроллеров, которые известны в данной области техники.
Продувочный газ по линии 112 можно подать в продувочную емкость 115, там он может контактировать с полимерным продуктом, находящимся в продувочной емкости 115, с целью отделения по меньшей мере части каких-либо оставшихся летучих компонентов из полимерного продукта. Продувочный газ и отделенные летучие компоненты, то есть «газообразный продукт продувки», по линии 116 и полимерный продукт по линии 117 можно выделить из продувочной емкости 115. Полимерный продукт по линии 117 можно подать в емкость для хранения, упаковать и перевозить в качестве конечного продукта, дополнительно обрабатывать с получением одного или более продуктов, например, превращать в пленку или другое изделие и/или смешивать с одним или более других полимеров и т.д., или осуществлять любую комбинацию перечисленного. Газообразный продукт продувки в линии 116 можно обработать с по меньшей мере частичным отделением одного или более из разнообразных компонентов, содержащихся в нем.
3-20
3-12
3-8
3-12
1-3
В зависимости, по меньшей мере частично, от конкретного полимерного продукта, выгруженного по линии 104 из реактора полимеризации 103, состав газообразного продукта продувки в линии 116 может меняться в широких пределах. Полимерный продукт в линии 104 может представлять собой или включать любой необходимый полимер или комбинацию полимеров. Например, полимерный продукт в линии 104 может представлять собой или включать один или более полиэтиленов, полипропиленов, пропилен, сополимеризованный с этиленом, и подобные полимеры. Предпочтительно полимерный продукт включает полиэтилен и/или сополимеры полиэтилена. Выражение «полиэтилен» означает полимер, содержащий по меньшей мере 50 мас.% звеньев на основе этилена, или по меньшей мере 70 мас.%, или по меньшей мере 80 мас.%, или по меньшей мере 90 мас.%, или по меньшей мере 95 мас.%, или 100 мас.% звеньев на основе этилена. Полиэтилены могут, таким образом, представлять собой гомополимеры или сополимеры, включая тример, содержащий одно или более других мономерных звеньев или любую комбинацию перечисленного. Как таковой, полимерный продукт может включать, например, один или более другой олефин (олефины) и/или альфа-олефиновый сомономер (сомономеры). Иллюстративные альфа-олефиновые сомономеры могут включать, но не ограничиваются ими, вещества, содержащие от 3 до примерно 20 атомов углерода, например, Cальфа-олефины, Cальфа-олефины или Cальфа-олефины. Подходящие альфа-олефиновые сомономеры могут быть линейными или разветвленными, или могут включать две ненасыщенные связи углерод-углерод (диены). Можно применять два или более сомономера. Примеры подходящих сомономеров могут включать, но не ограничиваются перечисленным, линейные Cальфа-олефины и альфа-олефины, содержащие одно или более алкильных разветвлений с длиной цепи C, или арильную группу.
Разнообразные летучие углеводороды и/или другие компоненты, содержащиеся в газообразном продукте продувки в линии 116, могут включать, но не ограничиваются перечисленным, водород, продувочный газ (например, азот), метан, какой-либо олефиновый мономер или комбинацию олефинов, включая замещенные и незамещенные алкены, включающие от 2 до 12 атомов углерода, например, этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гептен, 1-октен, 4-метилпент-1-ен, 1-децен, 1-додецен, 1-гексадецен, а также подобные вещества. Газообразный продукт продувки в линии 116 может также включать один или более модифицирующих компонентов, применяемых при полимеризации олефина (олефинов), например, один или более инертный углеводород, применяемый в качестве растворителя, разбавитель для суспензии или индуцирующий газофазную полимеризацию конденсирующий агент (ИКА). Иллюстративные инертные углеводороды могут включать, но не ограничиваются перечисленным, этан, пропан, бутан, пентан, гексан и изомеры перечисленного, производные перечисленного или любую комбинацию перечисленного. Газообразный продукт продувки может также включать каталитически активные компоненты, например, алкилалюминиевые соединения, например, триэтилалюминий (ТЭАЛ), алюмоксаны, например, метилалюмоксан (МАО), тетраизобутилдиалюмоксан (ТИБАО) или любую комбинацию перечисленного.
Продувочный газ в линии 112 может включать любую текучую среду или комбинацию текучих сред, подходящую для продувки, т.е. отделения, по меньшей мере части летучих веществ, содержащихся в полимерном продукте, с получением полимерного продукта по линии 117, в котором концентрация летучих веществ снижена по отношению к полимерному продукту в линии 104. Иллюстративные продувочные газы могут включать, но не ограничиваются перечисленным, азот, аргон, монооксид углерода, диоксид углерода, углеводороды, например, этилен и/или этан, или любую комбинацию перечисленного. По меньшей мере в одном примере газообразный продукт продувки в линии 116 включает смесь продувочного газа, например, азота, и летучих веществ, удаленных из полимерного продукта, включая этилен, один или более ИКА, а также один или более альфа-олефиновый сомономер, например, бутен, гексен и/или октен.
Газообразный продукт продувки в линии 116 может иметь давление в интервале от примерно атмосферного давления (примерно 101 кПа) до примерно 300 кПа, все давления, приведенные в настоящем описании, являются абсолютными, если не указано иное. Например, давление продувочного газа в линии 116 может составлять от примерно 101 кПа, примерно 105 кПа, или примерно 110 кПа, до примерно 150 кПа, примерно 200 кПа, или примерно 250 кПа. В другом примере газообразный продукт продувки в линии 116 может находиться под вакуумом (т.е. при давлении ниже атмосферного). Например, газообразный продукт продувки в линии 116 может иметь давление в интервале от примерно 40, примерно 50 или примерно 60 кПа до примерно 70, примерно 80, примерно 90 или примерно 100 кПа.
Газообразный продукт продувки в линии 116 может иметь температуру в интервале от примерно комнатной или температуры атмосферы (примерно 25°C) до примерно 120°C. Например, температура газообразного продукта продувки в линии 116 может составлять от примерно 30, примерно 40 или примерно 50°C до примерно 80, примерно 90, примерно 100 или примерно 110°C.
В зависимости от температуры газообразного продукта продувки в линии 116, этот продукт по линии 116 можно подавать в один или более теплообменников (один показан как 118), в котором можно снизить температуру газообразного продукта продувки. Например, газообразный продукт продувки по линии 116 и теплообменную среду по линии 114 можно подать в теплообменник 118, в котором тепло путем непрямого теплообмена может быть перенесено от продувочного газа к теплообменной среде внутри теплообменника 118 с получением охлажденного газообразного продукта продувки в линии 120 и подогретой теплообменной среды в линии 119. Газообразный продукт продувки в линии 120 может иметь температуру от примерно 20 до примерно 60°C. Например, температура газообразного продукта продувки в линии 120 может быть менее примерно 55°C, менее примерно 45°C, менее примерно 40°C, менее примерно 35°C, или менее примерно 30°C. В теплообменник 118 по линии 114 можно подавать любую подходящую теплообменную среду или комбинацию теплообменных сред. Иллюстративные теплообменные среды могут включать, но не ограничиваются перечисленным, воду, воздух, один или более углеводородов, азот, аргон или любую комбинацию перечисленного. Если необходима меньшая температура, можно применять одну или более систему охлаждения, с целью снижения температуры газообразного продукта продувки до величины менее чем примерно 30°C. Например, системы охлаждения могут снижать температуру газообразного продукта продувки в линии 120 до температуры примерно 15°C или менее, примерно 0°C или менее, примерно -5°C или менее, или примерно -15°C или менее. Иллюстративные хладагенты могут включать, например, углеводороды.
Газообразный продукт продувки по линии 120 можно вводить в сепаратор 121, который способен отделять по меньшей мере часть какой-либо сконденсированной текучей среды от газообразного продукта продувки. Отделенную сконденсированную текучую среду по линии 123 и газообразный продукт продувки по линии 122 можно выгружать из сепаратора 121.
Газообразный продукт продувки по линии 122 можно подавать в систему сжатия 125 с получением сжатого газообразного продукта продувки по линии 149 и выделять конденсированный продукт по линиям 133 и/или 148. Сжатый газообразный продукт продувки в линии 149 может находиться при давлении примерно 2500 кПа или более, примерно 2700 кПа или более, примерно 2900 кПа или более, примерно 3200 кПа или более, примерно 3500 кПа или более, примерно 3700 кПа или более, примерно 3900 кПа или более, примерно 4100 кПа или более, примерно 4300 кПа или более, примерно 4500 кПа или более, примерно 5000 кПа или более, примерно 7000 кПа или более, примерно 8000 кПа или более, примерно 9000 кПа или более, или примерно 10000 кПа или более. Например, сжатый газообразный продукт продувки в линии 149 может находиться при давлении в интервале от примерно 2500, примерно 2700, примерно 3100, примерно 3500, примерно 4000, или примерно 4100 кПа до примерно 5000, примерно 7000, примерно 9000, или примерно 11000 кПа. В другом примере сжатый газообразный продукт продувки в линии 149 может иметь давление от примерно 3800 до примерно 4400 кПа, или от примерно 4000 до примерно 5000 кПа, или от примерно 3700 до примерно 7000 кПа, или от примерно 4000 до примерно 4700 кПа, или от примерно 2500 до примерно 10000 кПа.
В ходе сжатия газообразного продукта продувки в системе сжатия 125 температуру газообразного продукта продувки можно поддерживать на уровне ниже предварительно заданной максимальной температуры. Предварительно заданная максимальная температура может зависеть, по меньшей мере частично, от конкретного состава сырья или состава газообразного продукта продувки в линии 116. Например, если газообразный продукт продувки включает каталитически активные компоненты, например, триэтилалюминий (ТЭАЛ) и один или более олефин, предварительно заданная максимальная температура могла бы составлять примерно 140°C, поскольку при нагревании газообразного продукта продувки до более высоких температур может начаться полимеризация внутри системы сжатия. В зависимости, по меньшей мере частично, от конкретного состава газообразного продукта продувки, например, присутствия каталитически активных компонентов и/или концентрации каталитически активного компонента (компонентов) в этом газообразном продукте продувки, температуру этого продукта во время сжатия можно поддерживать ниже примерно 250°C, ниже примерно 225°C, ниже примерно 200°C, ниже примерно 175°C, ниже примерно 150°C, ниже примерно 140°C, ниже примерно 130°C, ниже примерно 120°C, ниже примерно 110°C или ниже примерно 100°C.
Газообразный продукт продувки в линии 116 может содержать один или более каталитически активных компонентов в концентрации от примерно 1 до примерно 500 мас.част./млн. Например, газообразный продукт продувки в линии 116 может содержать один или более каталитически активных компонентов в концентрации от примерно 1, примерно 10 или примерно 25 мас.част./млн до примерно 100, примерно 150, примерно 200 или примерно 250 мас.част./млн. В другом примере в продувочной емкости 115 может образовываться газообразный продукт продувки, не содержащий или по существу не содержащий каталитически активных компонентов, например, содержащий менее чем примерно 1, менее чем примерно 0,5 или менее чем примерно 0,1 мас.част./млн.
Газообразный продукт продувки, подаваемый по линии 122 в систему сжатия 125, может быть сжат в наборе компрессоров или стадий сжатия. Как показано на фиг.1, система сжатия 125 включает три компрессора или стадии сжатия 128, 135 и 142, расположенные последовательно друг после друга, и производящие сжатый газообразный продукт продувки по линии 149. В другом примере газообразный продукт продувки, поданный по линии 122 в систему сжатия 125, можно компримировать в двух или более компрессорах или стадиях сжатия с получением сжатого газообразного продукта продувки по линии 149. Для получения сжатого газообразного продукта продувки по линии 149 можно применять любое число стадий сжатия. Например, система сжатия 125 может включать два компрессора, три компрессора, четыре компрессора, пять компрессоров, шесть компрессоров или семь компрессоров. Увеличение числа компрессоров или стадий сжатия в системе сжатия 125 может обеспечить уменьшение подъема температуры газообразного продукта продувки на каждой стадии сжатия.
Компрессоры 128, 135, 142 могут компримировать газообразный продукт продувки до любого желаемого отношения давлений, то есть любого желаемого отношения давления газообразного продукта продувки, вводимого в конкретный компрессор, по сравнению с давлением сжатого газообразного продукта продувки, выходящего из этого компрессора. В качестве конкретного примера, газообразный продукт продувки, при давлении примерно 110 кПа введенный по линии 122 в компрессор 128 и сжатый до давления примерно 385 кПа, будет иметь отношение давлений примерно 1:3,5. Компрессоры 128, 135, 142 могут компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений в интервале от примерно 1:2, примерно 1:3, или примерно 1:4 до примерно 1:5, примерно 1:6, примерно 1:7, примерно 1:8, примерно 1:9 или примерно 1:10. В другом примере компрессоры 128, 135, 142 могут компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений от примерно 1:2,5, примерно 1:2,7, примерно 1:3,0, примерно 1:3,1, или примерно 1:3,2 до примерно 1:3,6, примерно 1:3,8, примерно 1:4,0, примерно 1:4,5, примерно 1:5, примерно 1:5,5 или примерно 1:6. В другом примере компрессоры 128, 135, 142 могут компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений от примерно 1:3,2 до примерно 1:3,6, от примерно 1:3,1 до примерно 1:5, от примерно 1:3,2 до примерно 1:4, от примерно 1:3,4 до примерно 1:5, или от примерно 1:3,0 до примерно 1:4. В другом примере компрессоры 128, 135, 142 могут компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений от примерно 1:3 до примерно 1:6, от примерно 1:4 до примерно 1:9, от примерно 1:5 до примерно 1:9, от примерно 1:5 до примерно 1:8, от примерно 1:6 до примерно 1:8, или от примерно 1:4 до примерно 1:8. Конкретное отношение давлений в каждом из компрессоров 128, 135, 142 может быть основано, по меньшей мере частично, на желаемом давлении сжатого газообразного продукта продувки, получаемого по линии 149, конкретных компонентов, содержащихся в газообразном продукте продувки в линии 116, типа компрессора, желаемой предварительно заданной максимальной температуры сжатого продувочного газа после любого конкретного компрессора, или от любой комбинации перечисленного.
Температура, при которой происходит выгрузка из компрессора, напрямую связана с отношением давлений газообразного продукта продувки, вводимого в конкретный компрессор или на стадию сжатия, и сжатого газообразного продукта продувки, выгружаемого из компрессора. Поскольку газообразный продукт продувки подвергают сжатию в первом, втором и третьем компрессорах 128, 135 и 142 с получением сжатого газообразного продукта продувки по линии 149, парциальное давление мономеров, например, этилена, увеличивается. Как таковой, может увеличиваться потенциал полимеризации, которая вызывается в том случае, когда в газообразном продукте продувки присутствует один или более каталитически активный компонент, например, ТЭАЛ. Так, может быть желательным регулирование максимальной температуры сжатого продувочного газа, выделенного из каждого компрессора или с каждой стадии сжатия 128, 135, 142, поскольку давление повышается. Как таковое, отношение давлений, при котором газообразный продукт продувки компримируется в каждом из компрессоров 128, 135, 142 может отличаться друг от друга.
Первый компрессор 128 может компримировать газообразный продукт продувки, вводимый по линии 122, при отношении давлений, которое не меньше чем достигаемое во втором и третьем компрессорах 135 и 142. Например, первый компрессор 128 может компримировать газообразный продукт продувки, вводимый в него по линии 122, при отношении давлений, составляющем по меньшей мере 1:3, по меньшей мере 1:3,5, по меньшей мере 1:4, по меньшей мере 1:4,5, или по меньшей мере 1:5, а второй и третий компрессоры могут компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений, которое не превышает отношение для первого компрессора 128. Первый и второй компрессоры 128, 135 могут компримировать газообразный продукт продувки, подаваемый по линиям 122 и 134, соответственно, при отношении давлений, которое не меньше, чем достигаемое в третьем компрессоре 142 при сжатии газообразного продукта продувки, вводимого по линии 141. Как таковое, отношение давлений, при которых газообразный продукт продувки компримируется в первом, втором и третьем компрессорах 128, 135, 142 может снижаться по мере сжатия газообразного продукта продувки в компримирующей системе 125.
Предварительно заданная максимальная температура каждого сжатого газообразного продукта продувки, выделенного из компрессоров 128, 135 и 142 по линиям 129, 136 и 143, соответственно, может снижаться по мере увеличения давления сжатого газообразного продукта продувки. Другими словами, сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линиям 129, 136 и 143 из каждого из компрессоров 128, 135 и 142, соответственно, может иметь различную предварительно заданную максимальную температуру. Предварительно заданная максимальная температура сжатого газообразного продукта продувки в линии 129 может быть не меньше предварительно заданной максимальной температуры газообразного продукта продувки в линии 136. Аналогично, предварительно заданная максимальная температура сжатого газообразного продукта продувки в линии 136 может быть не меньше предварительно заданной максимальной температуры сжатого газообразного продукта продувки в линии 143. Например, предварительно заданная максимальная температура сжатого продувочного газа в линии 129 может составлять от примерно 125 до примерно 150°C, предварительно заданная максимальная температура сжатого продувочного газа в линии 136 может составлять от примерно 115 до примерно 130°C, а предварительно заданная максимальная температура сжатого продувочного газа в линии 143 может составлять от примерно 105 до примерно 120°C. Конкретная предварительно заданная максимальная температура для любого конкретного сжатого продувочного газа 129, 136 и 143 может меняться и может зависеть, по меньшей мере частично, от конкретного состава продувочного газа в линии 116.
Система сжатия 125 может также включать один или более теплообменник и/или один или более сепаратор, которые могут охлаждать и отделять по меньшей мере часть какой-либо сконденсированной текучей среды от сжатого продувочного газа после одной или более стадий сжатия. Как показано, система сжатия 125 может включать теплообменники 130, 137, 145, приспособленные для охлаждения сжатого продувочного газа после каждой стадии сжатия, и сепараторы 132, 139, 147, которые могут отделять по меньшей мере часть какой-либо конденсированной текучей среды, если она присутствует, от охлажденного сжатого газообразного продукта продувки, выделенного из теплообменников 130, 137, 145, соответственно. Сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 129 из первого компрессора 128, можно охладить в теплообменнике 130 с получением охлажденного первого сжатого газообразного продукта продувки по линии 131. Охлажденный первый сжатый газообразный продукт продувки по линии 131 можно подавать в сепаратор 132 с целью выделения по меньшей мере части какой-нибудь сконденсированной текучей среды по линии 133 и газообразного продукта продувки по линии 134. Газообразный продукт продувки по линии 134 можно компримировать в компрессоре 135 и выделить по линии 136 в виде второго сжатого газообразного продукта продувки. Второй сжатый газообразный продукт продувки по линии 136 можно подать в теплообменник 137 с получением охлажденного второго сжатого газообразного продукта продувки по линии 138. Охлажденный второй сжатый газообразный продукт продувки по линии 138 можно подать в сепаратор 139 с целью выделения по меньшей мере части какой-либо сконденсированной текучей среды по линии 140 и газообразного продукта продувки по линии 141. Газообразный продукт продувки по линии 141 можно подать в третий или последний компрессор 142 (как показано) с получением третьего или последнего сжатого газообразного продукта продувки по линии 143. Третий сжатый газообразный продукт продувки по линии 143 можно подать в теплообменник 145 с получением охлажденного третьего сжатого газообразного продукта продувки по линии 146. Охлажденный третий сжатый газообразный продукт продувки по линии 146 можно подать в сепаратор 147 с целью выделения по меньшей мере части какой-либо конденсированной текучей среды по линии 148 и сжатого газообразного продукта продувки по линии 149. Необязательно часть сжатого газообразного продукта продувки по линии 150 можно выделить из сепаратора 147 и ввести в другой сепаратор 151. Сепаратор 151 может дополнительно отделить по меньшей мере часть какой-либо конденсированной текучей среды, которую можно выгрузить из сепаратора по линии 152, а газообразный продукт продувки выделить по линии 153. Сепаратор 151 может также быть сконструирован или адаптирован для работы в качестве буферного резервуара. Другими словами, сепаратор 151 может быть сконструирован или адаптирован для того, чтобы система приспосабливалась к изменениям или флуктуациям количества сжатого газообразного продукта продувки, вводимого в сепаратор по линии 150. Сепаратор 151 может также быть сконструирован или адаптирован с целью приспособления к флуктуациям или изменениям в количестве продувочного газа, выгружаемого из него по линии 153. Газообразный продукт продувки по линии 153 можно возвратить в качестве газа, облегчающего выгрузку продукта, по линии 107 в систему выгрузки продукта 105. Подпиточный газ для облегчения выгрузки продукта по линии 154 можно также подать в газообразный продукт продувки в линии 107. В другом примере весь газообразный продукт продувки в линии 153 или его часть можно выпустить из системы 100 в атмосферу, подать на факельную систему, подать в устройство или систему для сжигания и подвергнуть сжиганию в качестве топлива, или осуществить любую комбинацию перечисленного, по линии 155.
Теплообменники 118, 130 и 137 могут снизить температуру сжатого газообразного продукта продувки до подачи в первый, второй и третий компрессоры 128, 135, 142, соответственно, в значительной степени, так, чтобы можно было регулировать увеличение температуры, связанное с сжатием газообразного продукта продувки, и температуру сжатого газообразного продукта продувки, выделенного из компрессоров. Например, теплообменники 118, 130 и 137 могут снизить температуру газообразного продукта продувки, поданного по линиям 116, 129 и 136, соответственно, так, что температуру газообразного продукта продувки после каждой из последующих стадий сжатия можно поддерживать ниже примерно 250°C, ниже примерно 200°C, ниже примерно 150°C, ниже примерно 140°C, ниже примерно 130°C, ниже примерно 120°C, ниже примерно 115°C, ниже примерно 110°C, ниже примерно 105°C, или ниже примерно 100°C.
Температура охлажденных газообразных продуктов продувки, выделенных по линиям 120, 131, 138 и 146 из теплообменников 118, 130, 137 и 145, соответственно, может составлять менее чем примерно 60°C, менее чем примерно 50°C, менее чем примерно 45°C, менее чем примерно 40°C, менее чем примерно 35°C, менее чем примерно 30°C, менее чем примерно 25°C, менее чем примерно 20°C, или менее чем примерно 15°C. Например, температура охлажденных газообразных продуктов продувки в линиях 120, 131, 138 и 146 может составлять от примерно 10 до примерно 45°C, от примерно 15 до примерно 40°C, или от примерно 15 до примерно 35°C.
Кроме того, когда часть газообразного продукта продувки сконденсирована между двумя компрессорами, давление между стадиями может снижаться по мере конденсации газообразного продукта продувки, что приводит к более низкому отношению давлений для предшествующей стадии сжатия и более высокому отношению сжатия на последующей стадии сжатия. Как таковая, температура расположенной ниже по потоку стадии сжатия может увеличиваться вследствие конденсации сжатого газообразного продукта продувки. Соответственно, теплообменники 118, 130 и/или 137 могут быть приспособлены для того, чтобы в достаточной степени охлаждать вводимый в них сжатый продувочный газ, так, чтобы поддерживать температуру сжатого продувочного газа, выделенного из каждого из компрессоров 128, 135, 142 на желаемом уровне.
Конденсированную текучую среду, выделенную по линиям 123, 140и 152, можно вернуть в сепаратор 132 и выделить в качестве конденсированной текучей среды по линии 133. Конденсированную текучую среду по линии 133 можно подать на один или более насосов 156 с получением находящейся под давлением конденсированной текучей среды по линии 157. В другом примере конденсированную текучую среду по линиям 123, 140 и/или 152 можно напрямую соединить с конденсированной текучей средой в линии 133. В другом примере конденсированную текучую среду по линиям 123, 140 и/или 152 можно ввести в отдельные насосы (не показаны) с получением отдельных находящихся под давлением конденсированных текучих сред, которые можно затем соединять с находящейся по давлением конденсированной текучей средой в линии 157.
Конденсированные текучие среды, подаваемые по линиям 133, 148 и 152, могут включать один или более углеводородов большей молекулярной массы, содержащихся в газообразном продукте продувки в линии 116. Например, если газообразный продукт продувки в линии 116 содержит этилен и один или более сомономеров, например, бутен, гексен и/или октен, основной компонент (компоненты) конденсированных текучих сред в линиях 133, 148 и/или 152 могут включать один или более сомономеров. В настоящем описании под выражением «основной компонент» понимают следующее: в композиции, содержащей два или более компонента, основной компонент присутствует в наибольшем количестве. Например, основной компонент двухкомпонентной композиции присутствует в количестве более 50%. В другом примере основной компонент трехкомпонентной композиции мог бы присутствовать в количестве от примерно 34%, если количество каждого из остальных двух компонентов составляет менее 34%, например, примерно 33% или около того. Если газообразный продукт продувки в линии 116 содержит этилен и один или более инертных углеводородов, например, растворители, разбавители или агенты индуцированной конденсации (ИКА), например, пропан, бутан, пентан, гексан и/или октан, основным компонентом (компонентами) конденсированных текучих сред в линиях 133, 148 и/или 152 могут быть инертные углеводороды. В другом примере, если газообразный продукт продувки в линии 116 содержит этилен, один или более сомономеров, а также один или более инертных углеводородов, основным компонентом (компонентами) конденсированных текучих сред в линиях 133, 148 и/или 152 могут быть сомономер (сомономеры) и инертные углеводороды.
В зависимости, по меньшей мере частично, от конкретного состава газообразного продукта продувки в линии 116, состав конденсированных текучих сред в линиях 133, 148 и/или 152 может меняться в широких пределах. Если газообразный продукт продувки содержит инертные углеводороды, например, изопентан, концентрация инертных углеводородов в линиях 133, 148 и/или 152 может составлять от примерно 20, примерно 25 или примерно 30 мас.% до примерно 60, примерно 70, примерно 80, примерно 90 или примерно 95 мас.%. Если газообразный продукт продувки содержит сомономеры, концентрация сомономеров, например, бутена, гексена и/или октена, может меняться от примерно 10, примерно 20 или примерно 30 мас.% до примерно 40, примерно 50, примерно 60, примерно 70, примерно 80, примерно 90 или примерно 95 мас.%.
Всю находящуюся под давлением конденсированную текучую среду в линии 157 или ее часть можно возвратить по линии 158 в реактор полимеризации 103. В другом примере всю находящуюся под давлением конденсированную текучую среду в линии 157 или ее часть можно выгрузить по линии 159 из системы для полимеризации 100. Например, всю находящуюся под давлением конденсированную текучую среду по линии 159 или ее часть можно выпустить в атмосферу, подать на факел, подвергнуть сжиганию с целью выделения тепла, или утилизировать иным способом. В другом примере первую часть находящейся под давлением конденсированной текучей среды в линии 157 можно возвратить по линии 158 в реактор полимеризации 103, а вторую часть находящейся под давлением конденсированной текучей среды в линии 157 можно выгрузить из системы для полимеризации 100 по линии 159. Как показано, конденсированную текучую среду, выделенную по линии 148 из сепаратора 147, можно подать по линии 189 в находящуюся под давлением конденсированную текучую среду в линии 158 и вернуть в реактор полимеризации, и/или подать по линии 188 в находящуюся под давлением конденсированную текучую среду в линии 159 и выгрузить из полимеризационной системы 100. Удаление по меньшей мере части находящейся под давлением конденсированной текучей среды по линии 159 из полимеризационной системы 100 может привести к снижению накопления нежелательных соединений, например, инертных компонентов. Основные инертные соединения, которые можно удалить по линии 159, могут включать, но не ограничиваются перечисленным, гексан, бутан, октан, 2-гексен, 3-гексен и подобные вещества.
Количество находящейся под давлением конденсированной текучей среды, удаленной из полимеризационной системы 100 по линии 159, может составлять от примерно 1 до примерно 30% от находящейся под давлением конденсированной текучей среды в линии 157, которая может также включать любую конденсированную текучую среду, введенную по линии 188 из сепаратора 147. Например, количество находящейся под давлением конденсированной текучей среды в линии 157 и конденсированной текучей среды в линии 148, удаленной по линии 159 из полимеризационной системы 100, может составлять от примерно 0,5, примерно 1 или примерно 2% до примерно 5, примерно 10, примерно 20 или примерно 25%. Временами 100% находящейся под давлением конденсированной текучей среды в линии 157 и конденсированной текучей среды в линии 148 можно возвращать по линии 158 в реактор полимеризации 103. В другом примере всю конденсированную текучую среду или ее часть по линиям 123, 133, 140, 148 и/или 152 можно также подавать в один или более компрессоров 128, 135 и/или 142. Введение по меньшей мере части конденсированной текучей среды по линиям 123, 133, 140, 148 и/или 152 в один или более компрессоров 128, 134 и/или 142 может вызвать испарение конденсированной текучей среды, что приводит к снижению ее температуры, и, следовательно, снижению температуры выделенного из нее сжатого газообразного продукта продувки.
Возвращаясь к сжатому газообразному продукту продувки в линии 143, по меньшей мере часть этого продукта можно возвратить по линии 144 в газообразный продукт продувки в линии 116 до первого компрессора 128. Сжатый газообразный продукт продувки по линии 144 можно возвращать непрерывно или периодически, в зависимости от скорости подачи газообразного продукта продувки в линии 116. Например, часть сжатого газообразного продукта продувки по линии 144 можно периодически возвращать в газообразный продукт продувки в линии 116, например, так, что минимальная скорость потока текучей среды, подаваемой в систему сжатия 125, поддерживается в ходе обычно периодического или циклического процесса выделения полимерного продукта.
Сжатый газообразный продукт продувки по линии 149 можно вводить в одну или более систему охлаждения 160 с получением нескольких продуктов. Система охлаждения 160 может представлять собой «систему автоохлаждения», в которой в качестве хладагента применяют мономер в цикле со смешанным составом. Например, система охлаждения 160 может производить первый продукт или «первый возвратный продукт» по линии 174, второй продукт или «второй возвратный продукт» по линии 178, и третий продукт или «третий возвратный продукт» по линии 185. Как обсуждается и описывается более подробно ниже, первый, второй и третий продукт, полученные по линиям 174, 178 и 185, могут представлять собой порции или фракции сжатого газообразного продукта продувки в линии 149. Первый, второй и третий продукты, полученные по линиям 174, 178 и 185, можно получать охлаждением, разделением и расширением сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 149 в систему охлаждения 160. Как таковой, хладагент, применяемый в системе охлаждения 160, может представлять собой сжатый газообразный продукт продувки или по меньшей мере один или более из компонентов, содержащихся в сжатом газообразном продукте продувки. Например, в сжатом газообразном продукте продувки может содержаться метан, этилен, этан, пропилен, пропан, бутен, бутан, азот или любая комбинация перечисленного, и любой один или более из этих компонентов можно применять, по отдельности или в любой комбинации, в качестве хладагента в системе охлаждения 160. В другом примере этилен, этан и азот, содержащиеся в сжатом газообразном продукте продувки, могут замещать большую часть хладагента, применяемого в устройстве охлаждения 160.
Сжатый газообразный продукт продувки по линии 149 можно подать в многостадийный охладитель 161. Многостадийный охладитель 161 может подвергать расширению три или более части сжатого газообразного продукта продувки, как более подробно описано ниже, с получением охлажденного газообразного продукта продувки по линии 162. Хотя это не показано, многостадийный охладитель 161 можно заменить набором отдельных теплообменников или комбинацией отдельных и комбинированных теплообменников.
Охлажденный сжатый газообразный продукт продувки в линии 162 может иметь температуру примерно -60°C или менее, примерно -65°C или менее, примерно -70°C или менее, примерно -75°C или менее, примерно -80°C или менее, примерно -85°C или менее, примерно -90°C или менее, примерно -95°C или менее. Например, температура охлажденного сжатого газообразного продукта продувки в линии 162 может меняться от примерно -72°C до примерно -92°C, от примерно -74°C до примерно -88°C или от примерно -76°C до примерно -86°C.
Охлажденный сжатый газообразный продукт продувки по линии 162 можно подавать в один или более сепараторов 163 с получением газообразного продукта по линии 164 и конденсированного продукта по линии 165. Газообразный продукт по линии 164 можно подавать в один или более теплообменников 166 с получением еще более охлажденного газообразного продукта по линии 167. Охлажденный газовый продукт в линии 167 может иметь температуру примерно -70°C или менее, примерно -75°C или менее, примерно -80°C или менее, примерно -85°C или менее, примерно -90°C или менее, примерно -95°C или менее. Температура газообразного продукта в линии 167 может быть снижена примерно на 5°C, примерно 10°C, примерно 15°C, примерно 20°C, примерно 25°C или примерно 30°C по сравнению с температурой газообразного продукта в линии 164.
Охлажденный газообразный продукт в линии 167 можно подавать в один или более сепараторов 168 с получением конденсированного продукта по линии 169 и газообразного продукта по линии 170. Газообразный продукт по линии 170 можно подавать в первое устройство снижения давления 171 с целью получения расширенного газообразного продукта по линии 172. Давление расширенного газообразного продукта в линии 172 может составлять примерно 600 кПа или менее, примерно 550 кПа или менее, примерно 500 кПа или менее, примерно 450 кПа или менее, примерно 400 кПа или менее, или примерно 380 кПа или менее. Например, давление расширенного газообразного продукта в линии 172 может меняться от примерно 101, примерно 150 или примерно 200 кПа до примерно 375, примерно 400 или примерно 450 кПа. Температура расширенного газообразного продукта в линии 172 может составлять менее чем примерно -100°C, менее чем примерно -105°C, менее чем примерно -110°C, менее чем примерно -120°C, менее чем примерно -125°C или менее чем примерно -130°C. Например, температура расширенного газообразного продукта в линии 172 может составлять от примерно -105 до примерно -120°C, от примерно -110 до примерно -130°C, или от примерно -110 до примерно -140°C.
Расширенный газообразный продукт по линии 172 можно подать в теплообменник 166, в котором тепло непрямым образом передается от газообразного продукта, подаваемого по линии 164, к расширенному газообразному продукту. Подогретый первый раз первый продукт по линии 173 можно выделить из теплообменника 166 и ввести в многостадийный теплообменник 161, в котором тепло можно передавать от сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 149, к подогретому первый раз первому продукту. Как таковой, охлажденный первый раз сжатый газообразный продукт продувки можно получить путем переноса тепла от сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 149 в многостадийный теплообменник 161, а подогретый второй раз первый продукт по линии 174 можно выделить из многостадийного теплообменника 161. В зависимости, по меньшей мере частично, от температуры сжатого газообразного продукта продувки в линии 149, температура подогретого второй раз первого продукта, подаваемого по линии 174, может составлять примерно -20°C, примерно -10°C, примерно 0°C, примерно 20°C, примерно 30°C или примерно 40°C. Например, температура первого продукта, подаваемого по линии 174, может составлять от примерно 0 до примерно 40°C, от примерно 10 до примерно 40°C, от 20 до примерно 40°C или от примерно 25 до примерно 35°C.
4
5
6
7
4
6
Система охлаждения или автоохлаждения 160 может производить первый продукт по линии 174, содержащий тяжелые углеводороды в низкой концентрации, например, С, C, C, C и более тяжелые углеводороды. Для полимеризационной системы 100, производящей полиэтилен, первый продукт в линии 174 может включать в качестве основного компонента продувочный газ (например, азот), а в качестве второстепенных компонентов водород и/или легкие углеводороды (например, водород, метан, этилен и этан). Например, если желаемым основным компонентом продувочного газа является азот, первый продукт в линии 174 может включать примерно 70 мас.% или более, примерно 75 мас.% или более, примерно 80 мас.% или более, примерно 85 мас.% или более, примерно 90 мас.% или более, примерно 95 мас.% или более азота. Общая концентрация других компонентов эффективного продувочного газа, например, водорода, метана, этилена и этана, может составлять от примерно 5 до примерно 30 мас.%. В другом примере водород, метан, этан и/или этилен могли бы представлять собой основной компонент продувочного газа. Первый продукт в линии 174 может содержать Суглеводороды в концентрации менее чем примерно 500 об.част./млн, менее чем примерно 400 об. част./млн, менее чем примерно 300 об.част./млн, менее чем примерно 200 об.част./млн, менее чем примерно 100 об.част./млн, менее чем примерно 75 об.част./млн, менее чем примерно 50 об.част./млн. Первый продукт в линии 174 может содержать С5углеводороды в концентрации менее чем примерно 250 об.част./млн, менее чем примерно 200 об.част./млн, менее чем примерно 150 об.част./млн, менее чем примерно 100 об.част./млн, менее чем примерно 50 об.част./млн, менее чем примерно 40 об.част./млн, менее чем примерно 30 об.част./млн, менее чем примерно 20 об.част./млн. Первый продукт в линии 174 может содержать Суглеводороды в концентрации менее чем примерно 75 об.част./млн, менее чем примерно 50 об.част./млн, менее чем примерно 30 об.част./млн, менее чем примерно 15 об.част./млн, менее чем примерно 10 об.част./млн, менее чем примерно 5 об.част./млн. Первый продукт в линии 174 может содержать С 7 и более тяжелые углеводороды в концентрации менее чем примерно 250 об.част./млн, менее чем примерно 200 об.част./млн, менее чем примерно 150 об.част./млн, менее чем примерно 100 об.част./млн, менее чем примерно 50 об.част./млн, менее чем примерно 40 об.част./млн, менее чем примерно 30 об.част./млн, или менее чем примерно 20 об.част./млн.
Поскольку первый продукт в линии 174 включает относительно высокую концентрацию легких компонентов, например, азота и/или этилена, и низкую концентрацию более тяжелых компонентов, первый продукт, выделенный по линии 174 из многостадийного теплообменника 161 можно возвратить в продувочную емкость 115 по линии 112 в качестве продувочного газа. Как таковое, применение подпиточного или дополнительного продувочного газа, например, азота, может быть снижено или отменено, и продувочный газ, подаваемый по линии 112, используемый для продувки полимерного продукта от летучих компонентов, может быть обеспечен подачей первого продукта по линии 174. Часть первого продукта в линии 174 можно удалять по линии 175 из полимеризационной системы 100 периодически или непрерывно. Например, первый продукт по линии 175 можно выпускать в атмосферу, подавать на факел, сжигать с получением тепла, или иным образом удалять из полимеризационной системы 100. Первую часть первого продукта в линии 174 можно вернуть по линии 112 в продувочную емкость 115, чтобы обеспечить по меньшей мере часть продувочного газа, а вторую часть первого продукта в линии 174 можно удалить по линии 175 из полимеризационной системы 100.
Количество первого продукта в линии 174, которое можно выпустить в атмосферу, подать на факел или другим образом удалить из полимеризационной системы 100, может составлять от примерно 1 до примерно 30% от количества первого продукта в линии 174. Например, количество первого продукта в линии 174, которое можно удалить по линии 175 из полимеризационной системы 100, может составлять от примерно 0,5, примерно 1 или примерно 2% до примерно 5, примерно 10, примерно 20 или примерно 25%. Временами 100% первого продукта, подаваемого по линии 175, можно возвращать по линии 112 в продувочную емкость 115. Хотя это не показано, по меньшей мере часть первого продукта в линии 174 можно возвращать в компрессор 128 по линии 120. В другом примере, не показанном на чертеже, первый продукт в линии 175 можно подвергнуть сжатию и ввести в систему выгрузки продукта 105 по линии 107 с обеспечением по меньшей мере части газа, облегчающего выгрузку продукта.
Удаление по меньшей мере части первого продукта по линии 175 из полимеризационной системы 100 может в первую очередь снизить накопление продувочного газа, например, азота, в системах сжатия и охлаждения 125 и 160. Другие компоненты, которые можно выпускать в атмосферу с азотом, могут в первую очередь включать более легкие углеводороды, например, метан, этан, этилен, пропан и/или пропилен.
Возвращаясь к конденсированному продукту в линии 165, первую часть этого продукта можно подать во второе устройство снижения давления 176 с целью получения расширенного или охлажденного продукта (второй продукт) по линии 177. Температура второго продукта в линии 177 может быть менее чем примерно -60°C, менее чем примерно -70°C, менее чем примерно -80°C, менее чем примерно -90°C, менее чем примерно -95°C, или менее чем примерно -100°C. Например, температура второго продукта в линии 177 может составлять от примерно -60 до примерно -110°C, от примерно -65 до примерно -90°C, или от примерно -70 до примерно -85°C.
Если полимерный продукт включает полиэтилены, система охлаждения 160 может производить второй продукт по линии 177, содержащий относительно высокую концентрацию этилена и этана. Например, общая концентрация этилена и этана во втором продукте в линии 177 может составлять примерно 30 мас.% или более, примерно 35 мас.% или более, примерно 40 мас.% или более, примерно 45 мас.% или более, примерно 50 мас.% или более, примерно 55 мас.% или более, примерно 60 мас.% или более, примерно 65 мас.% или более, или примерно 70 мас.% или более. Концентрация этилена во втором продукте в линии 177 может составлять от примерно 20 мас.%, примерно 25 мас.% или примерно 30 мас.% до примерно 40 мас.%, примерно 45 мас.%, примерно 50 мас.%, или примерно 55 мас.%. Если в качестве сомономера при получении полиэтиленовых продуктов применяют бутен, второй продукт в линии 177 может также содержать относительно высокую концентрацию бутена и/или бутана. Например, второй продукт в линии 177 может содержать бутен и бутан в суммарной концентрации от примерно 10 мас.%, примерно 15 мас.% или примерно 20 мас.% до примерно 30 мас.%, примерно 35 мас.%, или примерно 40 мас.%. Концентрация бутена во втором продукте в линии 177 может составлять от примерно 20 мас.%, примерно 23 мас.% или примерно 25 мас.% до примерно 28 мас.%, примерно 31 мас.%, или примерно 35 мас.%. Если в качестве сомономера при получении полиэтиленовых продуктов применяют гексен, второй продукт в линии 177 может содержать гексен в концентрации от примерно 2 мас.%, примерно 4 мас.% или примерно 6 мас.% до примерно 10 мас.%, примерно 12 мас.% или примерно 14 мас.%.
Второй продукт по линии 177 можно подавать в многостадийный теплообменник 161, в котором тепло переносится от сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 149, к второму продукту. Как таковой, сжатый газообразный продукт продувки можно дополнительно охлаждать в многостадийном теплообменнике 161 и подогретый второй продукт по линии 178 можно выделить из теплообменника. В зависимости, по меньшей мере частично, от температуры сжатого газообразного продукта продувки в линии 149, температура второго продукта, подаваемого по линии 178, может составлять примерно -20, примерно -10, примерно 0, примерно 20, примерно 30 или примерно 40°C. Например, температура второго продукта, подаваемого по линии 174, может составлять от примерно 0 до примерно 40°C, от примерно 10 до примерно 40°C, от 20 до примерно 40°C, или от примерно 25 до примерно 35°C.
Если рабочее давление в реакторе 103 меньше давления конденсированного продукта в линии 165, может быть выгодным поддерживать давление второго продукта, выделенного по линии 178, на уровне выше давления в реакторе, чтобы обеспечить возможность возврата некоторой части или всего второго продукта в реактор 103 по линии 178 без необходимости дополнительного сжатия. Давление второго продукта в линии 178 может составлять от примерно 2000, примерно 2100 или примерно 2300 кПа до примерно 2400, примерно 2700, примерно 3000, примерно 3500, примерно 4100 или примерно 4900 кПа. Хотя это не показано, можно применять один или более насосов для увеличения давления конденсированного продукта в линии 165, чтобы повысить давление второго продукта, выделенного по линии 178. Например, если давление в реакторе 103 примерно равно или больше, чем давление сжатого газообразного продукта продувки в линии 149, давление конденсированного продукта в линии 165 можно увеличить с применением одного или более насосов, чтобы получить второй продукт по линии 178, который можно напрямую возвращать в реактор 103. Хотя это не показано, весь второй продукт или его часть по линии 178 можно подать в установку разделения, приспособленную для выделения или отделения этиленового продукта из второго продукта.
Вторую часть конденсированного продукта в линии 165 можно подать по линии 179 в третье устройство снижения давления 180 с получением расширенного продукта по линии 181. Давление расширенного продукта в линии 181 может составлять примерно 600 кПа или менее, примерно 550 кПа или менее, примерно 500 кПа или менее, примерно 450 кПа или менее, примерно 400 кПа или менее или примерно 380 кПа или менее. Например, давление расширенного продукта в линии 181 может составлять от примерно 101, примерно 150 или примерно 200 кПа до примерно 375, примерно 400 или примерно 450 кПа. Температура расширенного продукта в линии 181 может составлять менее чем примерно -60°C, менее чем примерно -70°C, менее чем примерно -80°C, менее чем примерно -90°C, менее чем примерно -95°C, или менее чем примерно -100°C. Например, температура расширенного продукта в линии 181 может составлять от примерно -60 до примерно -110°C, или от примерно -65 до примерно -90°C, или от примерно -70 до примерно -85°C.
Что касается конденсированного продукта в линии 169, его можно подавать в четвертое устройство снижения давления 182 с получением расширенного продукта по линии 183. Давление расширенного продукта в линии 183 может составлять примерно 600 кПа или менее, примерно 550 кПа или менее, примерно 500 кПа или менее, примерно 450 кПа или менее, примерно 400 кПа или менее, или примерно 380 кПа или менее. Например, давление расширенного продукта в линии 183 может составлять от примерно 101, примерно 150 или примерно 200 кПа до примерно 375, примерно 400 или примерно 450 кПа. Температура расширенного продукта в линии 183 может составлять менее чем примерно -60°C, менее чем примерно -70°C, менее чем примерно -80°C, менее чем примерно -90°C, менее чем примерно -95°C, или менее чем примерно -100°C. Например, температура расширенного продукта в линии 181 может составлять от примерно -60 до примерно -110°C, или от примерно -65 до примерно -90°C, или от примерно -70 до примерно -85°C.
Расширенный продукт в линии 183 и расширенный продукт в линии 181 можно соединять друг с другом с получением расширенного или охлажденного продукта (третьего продукта) по линии 184. Охлажденный третий продукт по линии 184 можно подавать на многостадийный теплообменник 161, в котором тепло может переходить от сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 149, к охлажденному третьему продукту. Как таковой, сжатый газообразный продукт продувки можно далее охладить в многостадийном теплообменнике 161, а нагретый третий продут по линии 185, который включает расширенные продукты из линий 181 и 183, можно выделить из многостадийного теплообменника 161. В зависимости, по меньшей мере частично, от температуры сжатого газообразного продукта продувки в линии 149, температура третьего продукта, подаваемого по линии 185, может составлять примерно -20, примерно -10, примерно 0, примерно 20, примерно 30 или примерно 40°C. Например, температура третьего продукта, подаваемого по линии 185, может составлять от примерно 0 до примерно 40°C, от примерно 10 до примерно 40°C, от 20 до примерно 40°C, или от примерно 25 до примерно 35°C.
4
Если полимеризационная система 100 производит полиэтиленовые продукты, система охлаждения 160 может производить третий продукт по линии 185, имеющий относительно высокое содержание этилена. По меньшей мере часть третьего продукта в линии 185 можно возвращать по линии 186 в газообразный продукт продувки в линиях 116 или 120. Если полимеризационная система 100 производит полиэтиленовые полимеры, третий продукт в линии 185 может содержать этилен в концентрации примерно 20 мас.% или более, примерно 25 мас.% или более, примерно 30 мас.% или более, примерно 35 мас.% или более, примерно 40 мас.% или более, примерно 45 мас.% или более, примерно 50 мас.% или более, примерно 55 мас.% или более или примерно 60 мас.% или более. Третий продукт в линии 185 может содержать этан в количестве от примерно 10, примерно 15 или примерно 20 мас.% до примерно 25, примерно 30, примерно 35 или примерно 40 мас.%. Если в качестве сомономера при получении полиэтиленов применяют бутен, третий продукт в линии 185 может содержать бутен в концентрации от примерно 5, примерно 10 или примерно 15 мас.% до примерно 20, примерно 25 или примерно 30 мас.%. Концентрация других Cуглеводородов может составлять от примерно 1, примерно 2 или примерно 3 мас.% до примерно 4, примерно 5, или примерно 6 мас.%.
По меньшей мере часть третьего продукта в линии 185 можно выгрузить из полимеризационной системы 100 по линии 187. Например, по меньшей мере часть третьего продукта по линии 187 можно выпустить в атмосферу, подать на факел, сжечь с выделением тепла, или иным образом удалить из полимеризационной системы 100. По меньшей мере в одном примере первую часть третьего продукта по линии 186 можно возвращать в газообразный продукт продувки в линии 116 или 120, а вторую часть третьего продукта по линии 187 можно удалять из полимеризационной системы 100. Удаление по меньшей мере части третьего продута по линии 187 из полимеризационной системы 100 может привести к снижению концентрации нежелательных компонентов, таким образом снижается или предотвращается накопление нежелательных компонентов в полимеризационной системе 100. Нежелательные компоненты, которые можно удалить из полимеризационной системы 100 путем удаления по меньшей мере части третьего продукта по линии 187 могут включать, но не ограничиваются перечисленным, инертные компоненты, например, метан, этан, пропан, бутан и комбинации перечисленного.
Количество третьего продукта, выгруженного по линии 187 из полимеризационной системы 100, может иметь любую величину в интервале от 1 до 50% от содержания третьего продукта в линии 185. Например, количество третьего продукта, удаленного по линии 187 из полимеризационной системы 100, может составлять от примерно 1, примерно 3 или примерно 5% до примерно 10, примерно 15, примерно 20, примерно 25 или примерно 30%. Временами 100% третьего продукта в линии 185 можно возвращать по линии 186 в газообразный продукт продувки в линии 116. Хотя это не показано, в другом примере весь третий продукт в линии 185 можно возвращать по линии 186 в газообразный продукт продувки в линиях 116 или 120, а часть второго продукта в линии 178 можно выпустить в атмосферу, сжечь на факеле, сжечь с получением тепла или иным образом удалить из полимеризационной системы 100 с целью снижения накопления нежелательных компонентов в полимеризационной системе 100. В другом примере часть третьего продукта по линии 186 и часть второго продукта в линии 178 можно выпустить в атмосферу из полимеризационной системы 100.
Теплообменники 118, 130, 137, 145, 161 и 166 могут представлять собой или включать любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, подходящих для непрямого переноса тепла от одной текучей среды к другой. Например, теплообменники могут представлять собой или включать один или более кожухотрубных, рамных пластинчатых, ребристых пластинчатых, со спиральной намоткой, с витой намоткой, U-образных, и/или байонетных теплообменников. В одном или более из предпочтительных вариантов один или более теплообменников могут также включать трубки с увеличенной поверхностью (например, ребристые, статические смесители, содержащие каналы, теплопроводящие набивки, вызывающие турбулентность выступы, или любую комбинацию перечисленного), и подобные. Хотя это не показано, один или более теплообменников 118, 130, 137, 145, 161 и 166 могут включать набор теплообменников. Если применяют несколько теплообменников для одного или более теплообменников 118, 130, 137, 145, 161 и 166, они могут быть одинакового или разного типа.
Сепараторы 121, 132, 139, 147, 151, 163 и 168 могут представлять собой или включать любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, подходящих для отделения газа от жидкостей. Например, сепараторы могут представлять собой или включать одно или более устройство из перечисленных: испарительные емкости, дистилляционные колонны, колонны для фракционирования, колонны с разделенными стенками или любую комбинацию перечисленного. Сепараторы могут содержать одну или более внутреннюю структуру, включающую, но не ограниченную перечисленным, тарелки, элементы неупорядоченной насадки, например, кольца или седловидную насадку, структурированную насадку или любую комбинацию перечисленного. Сепараторы могут представлять собой или включать открытую колонну без набивки. Сепараторы могут представлять собой частично пустые колонны, содержащие одну или более внутренних структур.
Компрессоры 128, 135, 142 могут включать любой тип компрессора. Иллюстративные компрессоры могут включать, но не ограничиваются перечисленным, аксиальные компрессоры, центробежные компрессоры, роторные объемные компрессоры, диагональные или осецентробежные компрессоры, поршневые компрессоры, винтовые компрессоры с сухим сжатием, винтовые компрессоры с масляным сжатием, спиральные компрессоры и подобные устройства. Компрессоры 128, 135, 142 могут представлять собой отдельные компрессоры или единственный компрессор, включающий три или более стадии сжатия. Компрессоры 128, 135 и 142 могут питаться от общего или единственного мотора, отдельных моторов или комбинации перечисленного. Компрессоры 128, 135, 142 могут быть компрессорами одинакового или различного типа. Например, компрессоры 128, 135, 142 могут все представлять собой поршневые компрессоры. В другом примере первый компрессор 128 может представлять собой винтовой компрессор с сухим сжатием, а второй и третий компрессоры 135, 142 могут представлять собой поршневые компрессоры.
Устройства снижения давления 171, 176, 180 и 182 могут представлять собой или включать любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, подходящих для адиабатического или по существу адиабатического снижения давления сжатой текучей среды. Иллюстративные устройства снижения давления могут включать, но не ограничиваются перечисленным, клапаны, насадки, отверстия, пористые заглушки и тому подобные устройства.
На фиг.2 показана схема иллюстративной системы сжатия 200 для сжатия газообразного продукта продувки в линии 116. Система сжатия 200 может быть аналогична системе сжатия 125, обсуждаемой и описанной выше со ссылкой на фиг.1. Система сжатия 200 может дополнительно включать линию возврата 205 сжатого газообразного продукта продувки вместо или в дополнение к линии рецикла 144 (см. фиг.1).
Система сжатия 200, описанная на фиг.2, сконструирована для увеличения начальных объемов компрессора, то есть увеличения отношения давлений газообразного продукта продувки, сжатого на расположенной выше по потоку стадии сжатия, по отношению к более поздней стадии сжатия, таким образом снижается температура подвергнутого сжатию позже газообразного продукта продувки. Иными словами, система сжатия 200 может обеспечить максимальное отношение давления, которому подвергается газообразный продукт продувки на каждой стадии, путем возврата части сжатого газообразного продукта продувки в линии 205 в сжатый продувочный газ в линии 129, и сжатый продувочный газ в линии 136. Как таковое, может быть предотвращено превышение предварительно заданной величины отношения давления сжатого газообразного продукта продувки, выделенного из каждого из компрессоров 128, 135, 142, на конкретной стадии сжатия, таким образом фиксируется или по существу фиксируется максимальная температура выгружаемого сжатого газообразного продукта продувки, выходящего из компрессоров 128, 135, 142.
Первая часть сжатого газообразного продукта продувки в линии 205 может быть возвращена по линии 215 в сжатый газообразный продукт продувки в линии 129, выделенный из первого компрессора 128. Вторая часть сжатого газообразного продукта продувки в линии 205 может быть возвращена по линии 210 в сжатый газообразный продукт продувки в линии 136, выделенный из второго компрессора 135. Хотя это не показано, третья часть сжатого газообразного продукта продувки по линии 144 (см. фиг.1) может быть возвращена в газообразный продукт продувки в линии 116.
Количество сжатого газообразного продукта продувки в линии 143, которое можно возвращать по линиям 210, 215 и/или 144, может меняться в широких пределах, в зависимости от конкретной скорости потока газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 116 в систему сжатия 200. Количество сжатого газообразного продукта продувки, возвращаемого по линиям 210, 215 и/или 144, можно регулировать с целью поддержания желаемого отношения давления, которому подвергается газообразный продукт продувки в каждом из компрессоров 128, 135, 142, так, чтобы температура сжатого продувочного газа, выделенного из каждого компрессора, поддерживалась на уровне ниже предварительно заданного максимального значения температуры.
На фиг.3 показана схема иллюстративной системы сжатия 300 для сжатия газообразного продукта продувки в линии 116. Система сжатия 300 может быть аналогична системе сжатия 125, обсужденной и описанной выше со ссылкой на фиг.1. Система сжатия 300 может дополнительно включать линии 305, 310 и 315 возврата сжатого газообразного продукта продувки, взамен или в дополнение к линии рециркуляции 144, изображенной на фиг.1.
Как показано, часть сжатого газообразного продукта продувки в линиях 129, 136 и 143, выделенного из первого, второго и третьего компрессоров 128, 135 и 142, соответственно, может быть возвращена в газообразный продукт продувки выше по потоку от соответствующего компрессора по линиям 305, 310 и 315, соответственно. Как обсуждалось выше, газообразный продукт продувки можно поддерживать при предварительно заданной максимальной температуре или ниже ее во время сжатия, и рецикл части сжатого газообразного продукта продувки после каждой из стадий сжатия может обеспечить регулирование температуры сжатого газообразного продукта продувки после каждой из стадий сжатия 128, 135, 142.
Как показано на фиг.3, часть сжатого продувочного газа, выходящего из каждого из компрессоров 128, 135, 142, можно вернуть на вход в каждый из компрессоров, с обеспечением желаемого отношения давления для каждого из компрессоров. Желаемое отношение давления для каждого из компрессоров 128, 135, 142 можно определить, по меньшей мере частично, на основе желаемой температуры при выгрузке из каждого из компрессоров для конкретного состава газообразного продукта продувки. Дополнительно, вместо возврата части сжатого газообразного продукта продувки по линии 144 в газообразный продукт продувки в линии 116 (как показано на фиг.1) или возврата части газообразного продукта продувки в линии 143 по линиям 210 и 215 в сжатый газообразный продукт продувки в линиях 129 и 136 (как показано на фиг.2), часть сжатого газообразного продукта продувки, выделенного по линиям 129, 136 и 143 из каждого из компрессоров 128, 135 и 142, соответственно, можно возвратить в предшествующий газообразный продукт продувки до его подачи в компрессор. Например, часть сжатого газообразного продукта продувки в линии 129 можно возвратить по линии 305 в газообразный продукт продувки в линии 116. Часть сжатого газообразного продукта продувки в линии 136 можно возвратить по линии 310 в сжатый газообразный продукт продувки в линии 129. Часть сжатого газообразного продукта продувки в линии 143 можно возвратить по линии 315 в сжатый газообразный продукт продувки в линии 136. Рецикл части сжатого газообразного продукта продувки в линиях 129, 136 и 143 по линиям 305, 310 и 315, соответственно, в газообразный продукт продувки в линиях 116, 129 и 136, соответственно, может приводить к сниженной или более низкой скорости потока на более поздних стадиях сжатия, поскольку возвратные потоки не смешиваются от стадии к стадии. Кроме того, возврат сжатых газообразных продуктов продувки по линиям 305, 310 и 315 может привести к снижению общего потребления энергии, поскольку меньше газообразного продукта продувки подвергается сжатию на стадиях сжатия.
На фиг.4 показана схема иллюстративной полимеризационной системы 400 для получения одного или более полимерных продуктов и выделения из них летучих компонентов. Полимеризационная система 400 может включать реактор полимеризации 103; систему выгрузки продукта 105; продувочную емкость 115; теплообменники 118, 130 и 145; сепараторы 121, 132, 147 и 151; и охлаждающую систему 160, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фиг.1. Однако, вместо трех компрессоров 128, 135 и 142, полимеризационная система 400 может включать систему сжатия 405, включающую два компрессора 407 и 425. Газообразный продукт продувки по линии 116, при желании, можно ввести в теплообменник 118 и сепаратор 121 с целью отделения по меньшей мере части какой-либо сконденсированной текучей среды по линии 123 и обеспечения газообразного продукта продувки по линии 122, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фиг.1.
Газообразный продукт продувки по линии 122 можно подать в систему сжатия 405 с получением сжатого газообразного продукта продувки по линии 149 и выделенного конденсированного продукта по линиям 133 и/или 148. Сжатый газообразный продукт продувки в линии 149 может быть таким, который обсужден и описан выше со ссылкой на фиг.1. Например, сжатый газообразный продукт продувки в линии 149 может иметь давление, составляющее от примерно 2500, примерно 2700, примерно 3100, примерно 3500, примерно 4000 или примерно 4100 кПа до примерно 5000, примерно 6000, примерно 7000, примерно 8000, примерно 9000 или примерно 10000 кПа. В зависимости, по меньшей мере частично, от конкретного состава газообразного продукта продувки, например, от присутствия каталитически активных компонентов и/или концентрации каталитически активного компонента (компонентов) в газообразном продукте продувки, его температура может поддерживаться на уровне ниже примерно 250°C, ниже примерно 225°C, ниже примерно 200°C, ниже примерно 175°C, ниже примерно 150°C, ниже примерно 140°C, ниже примерно 130°C, ниже примерно 120°C, ниже примерно 110°C, или ниже примерно 100°C во время стадии его сжатия.
Компрессоры 407 и 425 могут компримировать газообразный продукт продувки до любого желаемого отношения давлений. Например, компрессоры 407 и 425 могут компримировать газообразный продукт продувки до отношения давлений, составляющего от примерно 1:2, примерно 1:3 или примерно 1:4 до примерно 1:5, примерно 1:6, примерно 1:7, примерно 1:8 примерно 1:9 или примерно 1:10. В другом примере компрессоры 407 и 425 могут компримировать газообразный продукт продувки до отношения давлений, составляющего от примерно 1:3 до примерно 1:6, от примерно 1:4 до примерно 1:9, от примерно 1:5 до примерно 1:9, от примерно 1:5 до примерно 1:8 от примерно 1:6 до примерно 1:8, или от примерно 1:4 до примерно 1:8. Конкретное отношение давлений в каждом из компрессоров 407 и 425 может быть основано, по меньшей мере частично, на желаемом давлении сжатого газообразного продукта продувки, полученного по линии 149, конкретных компонентов, содержащихся в газообразном продукте продувки в линии 116, типа компрессора, желаемой предварительно заданной максимальной температуры сжатого продувочного газа после каждого конкретного компрессора, или от комбинации перечисленного.
Отношение давлений, при котором газообразный продукт продувки подвергается сжатию в каждом из компрессоров 407, 425 может быть одинаковым или различным. Компрессор 407 может компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений, которое не меньше, чем достигаемое компрессором 425. Например, компрессор 407 может компримировать газообразный продукт продувки, подаваемый по линии 122, при отношении давлений примерно 1:6 или более, примерно 1:6,5 или более, примерно 1:7 или более, примерно 1:7,5 или более, примерно 1:8 или более или примерно 1:8,5 или более; а компрессор 425 может компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений, которое не больше, чем достигаемое первым компрессором 407. Компрессор 407 может компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений не больше, чем компрессор 425. Например, первый компрессор может компримировать продувочный газ, подаваемый по линии 122, при отношении давлений примерно 1:3 или менее, примерно 1:4 или менее, примерно 1:5 или менее, примерно 1:6 или менее, примерно 1:7 или менее, или примерно 1:8 или менее, а второй компрессор 425 может компримировать газообразный продукт продувки при отношении давлений, которое не меньше, чем достигаемое первым компрессором 407. Компрессор 407 может компримировать газообразный продукт продувки при примерно таком же отношении давлений, что и компрессор 425. Например, каждый из компрессоров 407 и 425 может компримировать подаваемый в них газообразный продукт продувки при отношении давлений, составляющем примерно 1:5, примерно 1:5,5, примерно 1:6, примерно 1:6,5, примерно 1:7, примерно 1:8, примерно 1:8,5 или примерно 1:9.
Сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линиям 410 и 143, может иметь одинаковую или разную предварительно заданную максимальную температуру. Предварительно заданная максимальная температура сжатого газообразного продукта продувки в линии 410 может быть не меньше, чем предварительно заданная максимальная температура газообразного продукта продувки в линии 143. Например, предварительно заданная максимальная температура сжатого продувочного газа в линии 410 может составлять от примерно 125 до примерно 250°C, а предварительно заданная максимальная температура сжатого продувочного газа в линии 143 может составлять от примерно 105 до примерно 200°C. Конкретная предварительно заданная максимальная температура для какого-либо конкретного сжатого продувочного газа, поступающего по линиям 410 и 143, может меняться в широких пределах и может зависеть, по меньшей мере частично, от конкретного состава продувочного газа в линии 116.
Система сжатия 405 может также включать один или более теплообменников и/или один или более сепараторов, которые могут охлаждать и отделять по меньшей мере часть какой-либо конденсированной текучей среды от сжатого продувочного газа после одной или обеих стадий сжатия 407, 425. Как показано, система сжатия 405 включает теплообменники 130 и 145, которые могут быть адаптированы для охлаждения сжатого продувочного газа после каждой из стадий сжатия 407 и 425, а сепараторы 132 и 147 могут отделять по меньшей мере часть какой-либо конденсированной текучей среды, если она присутствует, от охлажденного сжатого газообразного продукта продувки, выделенного по линиям 133 и 148 из теплообменников 130 и 145, соответственно, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фиг.1. Например, сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 415 из первого компрессора 405, можно охладить в теплообменнике 130 с получением охлажденного первого сжатого газообразного продукта продувки по линии 415. Охлажденный первый сжатый газообразный продукт продувки по линии 415 можно подать в сепаратор 132 с целью выделения по меньшей мере части какой-либо конденсированной текучей среды по линии 133 и газообразного продукта продувки по линии 420. Газообразный продукт продувки по линии 420 можно подвергнуть сжатию во втором компрессоре 425 и из него выделить сжатый газообразный продукт продувки по линии 143. Газообразный продукт продувки по линии 143 можно подать в теплообменник 145 с получением охлажденного газообразного продукта продувки по линии 146. Охлажденный газообразный продукт продувки по линии 146 можно подать в сепаратор 147 с целью выделения по меньшей мере части какой-либо конденсированной текучей среды по линии 148 и сжатого газообразного продукта продувки по линии 149. Необязательно часть газообразного продукта продувки по линии 150 можно выделить из сепаратора 147 и подать в другой сепаратор 151, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фиг.1, с получением конденсированной текучей среды по линии 152 и/или газообразного продукта продувки по линии 153. Конденсированную текучую среду, выделенную по линиям 123 и/или 152 можно возвратить в сепаратор 132 и выделить из него по линии 133.
Теплообменники 118 и 130 могут снижать температуру газообразного продукта продувки до введения в первый и второй компрессоры 407 и 425, соответственно, в достаточной степени, так, чтобы увеличение температуры, связанное с сжатием газообразного продукта продувки в каждом из компрессоров 407 и 425, и температуру сжатого продувочного газа, выделенного из них, можно было регулировать. Например, теплообменники 118 и 130 могут снижать температуру газообразного продукта продувки, подаваемого по линиям 116 и 410, соответственно, в такой степени, чтобы температура газообразного продукта продувки после каждой последующей стадии сжатия поддерживалась ниже примерно 250, примерно 225, примерно 200, примерно 175, примерно 150, примерно 140, примерно 130, примерно 120, примерно 115, примерно ПО, примерно 105, или примерно 100°C.
Температура охлажденных газообразных продуктов продувки, выделенных по линиям 120, 415 и 146 из теплообменников 118, 130 и 145, соответственно, может быть менее чем примерно 60°C, менее чем примерно 50°C, менее чем примерно 45°C, менее чем примерно 40°C, менее чем примерно 35°C, менее чем примерно 30°C, менее чем примерно 25°C, менее чем примерно 20°C, или менее чем примерно 15°C. Например, температура охлажденных газообразных продуктов продувки в линиях 120, 415 и 146 может составлять от примерно 10 до примерно 45°C, от примерно 15 до примерно 40°C, или от примерно 15 до примерно 35°C. Если для охлаждения газообразных продуктов продувки в линиях 116, 410 и/или 143 применяют систему охлаждения, температура газообразных продуктов продувки, выделенных по линиям 120, 415 и/или 146 может составлять примерно 15°C или менее, примерно 5°C или менее, примерно 0°C или менее, примерно -10°C или менее, или примерно -15°C или менее.
Как показано, часть конденсированной текучей среды в линиях 133 и/или 148 можно возвратить ниже по потоку в компрессоры 407 и 425, соответственно. Например, часть какой-либо конденсированной текучей среды в линии 133 можно возвратить по линии 417 в первый компрессор 407. Введение части конденсированной текучей среды по линии 417 в компрессор 407 может привести к охлаждению выделенного из нее сжатого газообразного продукта продувки, подаваемого по линии 410. Например, конденсированную текучую среду можно подавать в компрессор 407, он может расширяться в нем, что может отводить тепло от продувочного газа, который компримируется в компрессоре 407. Аналогично часть конденсированной текучей среды в линии 148 можно возвращать по линии 423 во второй компрессор 425. Хотя это не показано, возвратную конденсированную текучую среду по линиям 417 и/или 423 можно ввести в газообразный продукт продувки в линиях 122 и/или 420. Например, конденсированную текучую среду можно ввести в газообразный продукт продувки в линиях 122 и/или 420 в виде распыленной жидкости.
Сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 149 из системы сжатия 405, можно ввести в систему охлаждения 160 и обработать с получением первого, второго и третьего продуктов по линиям 174, 178 и 185, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фиг.1. Конденсированную текучую среду по линии 133 можно подать в насос 156 с получением сжатой конденсированной текучей среды по линии 157, которую можно возвратить в реактор полимеризации 103 по линии 158 и/или удалить из полимеризационной системы 400 по линии 159. Кроме того, конденсированную текучую среду по линии 148, выделенную из сепаратора 147, можно ввести в сжатую конденсированную текучую среду в линии 158 и возвратить в реактор полимеризации 103 и/или сжатую конденсированную текучую среду в линии 159, и выгрузить из полимеризационной системы 400.
Компрессоры 407 и 425 могут представлять собой компрессоры любого типа. Иллюстративные компрессоры могут включать, но не ограничиваются перечисленным, аксиальные компрессоры, центробежные компрессоры, роторные объемные компрессоры, диагональные или осецентробежные компрессоры, поршневые компрессоры, винтовые компрессоры с сухим сжатием, винтовые компрессоры с масляным сжатием, спиральные компрессоры и подобные устройства. Компрессоры 407 и 425 могут питаться энергией от одного мотора (не показан) или от отдельных моторов (не показаны). Компрессоры 407 и 425 могут представлять собой отдельные компрессоры или один компрессор, включающий две стадии сжатия. Компрессоры 407, 425 могут представлять собой компрессоры одинакового или различного типа. Например, первый компрессор 407 и второй компрессор 425 могут представлять собой винтовые компрессоры с сухим сжатием. В другом примере первый компрессор 407 может представлять собой винтовой компрессор с сухим сжатием, а второй компрессор 425 может представлять собой поршневой компрессор.
На фиг.5 показана схема иллюстративной газофазной полимеризационной системы 500 для приготовления полимеров. Газофазную полимеризационную систему 500 можно применять для получения полимерного продукта по линии 104 и газообразного продукта продувки по линии 116, что обсуждено и описано выше со ссылкой на фигуры с 1 по 4. Полимеризационная система 500 может включать одно или более из следующих устройств: реакторов полимеризации 103, систем выгрузки продукта 105, продувочных емкостей 115, возвратных компрессоров 570, и теплообменников 575. Полимеризационная система 500 может включать более одного реактора 103, которые расположены последовательно, параллельно или сконфигурированы независимо друг от друга, каждый реактор включает собственные связанные с ним разгрузочные емкости 105, возвратные компрессоры 570, а также теплообменники 575, или, альтернативно, они имеют общее одно или более из следующих устройств: соединенные разгрузочные емкости 105, возвратные компрессоры 570 и теплообменники 575. Для простоты и легкости описания, далее предпочтительные варианты настоящего изобретения будут описаны в контексте последовательности устройств с единственным реактором.
Несколько реакторов 103, однако, можно применять для получения нескольких полимерных продуктов, из которых по меньшей мере часть летучих компонентов этих продуктов можно удалять с применением одной или более систем выгрузки продукта 105 и одной или более продувочных емкостей 115 с получением набора газообразных продуктов продувки или единственного газообразного продукта продувки, полученного из нескольких полимерных продуктов. Для набора полимеризационных систем 500, несколько выделенных из них газообразных продуктов продувки можно комбинировать с получением единственного газообразного продукта продувки, который можно затем подавать в систему сжатия 125, 200, 300 или 405 и систему охлаждения 160 с целью разделения соединенного газообразного продукта продувки на несколько компонентов, как обсуждено и описано выше со ссылкой на фигуры с 1 по 4. Например, два реактора полимеризации 103 можно применять для получения двух различных полиэтиленовых продуктов по линиям 104. Два различных полиэтиленовых продукта можно получать с применением различных катализаторов, ИКА, сомономеров и подобных веществ. Система сжатия 125, 200, 300 или 405 и/или система охлаждения 160 могут быть сконфигурированы для отделения различных ИКА и/или различных сомономеров друг от друга. По меньшей мере часть разделенных ИКА и различных сомономеров можно возвращать в соответствующие реакторы полимеризации 103. Как таковые, систему сжатия 125, 200, 300 или 405 и/или систему охлаждения 160 можно применять для разделения и возврата различных компонентов нескольких газообразных продуктов продувки, имеющих различные составы, в соответствующие реакторы полимеризации 103, таким образом снижается число систем выделения продувочного газа, необходимых для разделения газообразных продуктов продувки, выделенных из нескольких полимеризационных систем.
Когда из нескольких полимерных продуктов выделяют несколько газообразных продуктов продувки, их состав может различаться. Например, из сополимерного продукта на основе этилена/бутена, полученного с применением изопентана в качестве ИКА, можно получить газообразный продукт продувки, содержащий этилен, бутен и изопентан. Из этилен/гексенового сополимера, полученного с применением гексана в качестве ИКА, можно получить газообразный продукт продувки, содержащий этилен, гексен и гексан. Если эти газообразные продукты продувки, имеющие различные составы, соединить и подать в систему сжатия 125, 200, 300 или 405, а затем в систему охлаждения 160, можно разделить или по меньшей мере частично разделить различные компоненты с помощью систем сжатия 125, 200, 300 или 405 и/или с помощью системы охлаждения 160. Например, сепараторы 121, 132, 139, 147, 151 и их рабочие условия могут быть подобраны таким образом, чтобы выделить из конденсированного газообразного продукта продувки, поданного в эти сепараторы, конкретный компонент или компоненты. Как таковые, конденсированные продукты, выделенные по линиям 123, 140, 152 и/или 148 можно выделить в качестве независимых продуктов из сепараторов 121, 139, 147 и 151, соответственно, и возвратить в подходящее место в соответствующей полимеризационной системе. Чтобы улучшить разделение различных компонентов, сепараторы 121, 132, 139, 147 и/или 151, как обсуждалось выше, могут включать направляющие лопатки, набивочный материал, тарелки, разделительные стенки и подобные устройства, чтобы облегчить разделение различных компонентов в составе конденсированных продуктов, вводимых в эти сепараторы. Аналогично, сепараторы 163 и 168 можно адаптировать для разделения нескольких конденсированных и/или газообразных компонентов, вводимых в эти сепараторы.
Реактор 103 может включать цилиндрическую секцию 503, переходную секцию 505, а также зону снижения скорости, или купол, или «головку» 507. Цилиндрическая секция 503 расположена рядом с переходной секцией 505. Переходная секция 505 может расширятся от первого значения диаметра, которое соответствует диаметру цилиндрической секции 503, до большего значения диаметра вблизи купола 507. Место или сочленение, в котором цилиндрическая секция 503 соединяется с переходной секцией 505, можно называть «горловиной» или «горловиной реактора» 504.
Цилиндрическая секция 503 может включать реакционную зону 512. Реакционная зона может представлять собой псевдоожиженный реакционный слой или псевдоожиженный слой. В одном или более предпочтительных вариантов распределительная пластина 519 может быть расположена в цилиндрической секции 503, обычно в конце или ближе к концу цилиндрической секции, расположенной на конце, противоположном концу, примыкающему к переходной секции 505. Реакционная зона 512 может включать слой, включающий растущие полимерные частицы, образовавшиеся полимерные частицы и частицы катализатора, псевдоожиженные с помощью непрерывного потока способного к полимеризации и модифицирующего газообразных компонентов в виде подпиточного потока и возвратной текучей среды, проходящей через реакционную зону 512.
Одна или более линий для рециркуляции текучей среды 515 и линии выпуска в атмосферу 518 могут находиться в гидравлическом соединении с куполом 507 реактора 103. Полимерный продукт можно выделить по линии 104 из реактора 103. Сырье для реактора по линии 101 можно подать в полимеризационную систему 500 в любом месте или комбинации мест.Например, сырье для реактора по линии 101 можно подать в цилиндрическую секцию 503, переходную секцию 505, зону снижения скорости 507, в любую точку линии рециркуляции текучей среды 515, или в любую комбинацию перечисленных мест. Предпочтительно сырье для реактора 101 вводят в текучую среду, рециркулирующую в линии 515, до или после теплообменника 575. Катализатор по линии 102 можно ввести в полимеризационную систему 500 в любом месте. Предпочтительно катализатор подают по линии 102 в псевдоожиженный слой 512, находящийся в цилиндрической секции 503.
В общем, отношение высоты к диаметру цилиндрической секции 503 может меняться в интервале от примерно 2:1 до примерно 5:1. Интервал, естественно, может изменяться с достижением более высоких или более низких соотношений, это зависит, по меньшей мере частично, от желательной производительности и/или размеров реактора. Площадь поперечного сечения купола 507 обычно находится в интервале величин, которые от примерно 2 до примерно 3 раз больше поперечного сечения цилиндрической секции 503.
Зона снижения скорости или купол 507 имеет больший внутренний диаметр по сравнению с цилиндрической секцией 503. Как ясно из названия, в зоне снижения скорости 507 происходит замедление скорости газа вследствие увеличения площади поперечного сечения. Это снижение скорости газа дает возможность частицам, захваченным восходящим течением газа, упасть обратно в слой, поэтому преимущественно только газ выходит из верхней части реактора 103 через линию рециркуляции текучей среды 515. Рециркулирующая текучая среда, выделенная по линии 515, может содержать менее чем примерно 10 мас.%, менее чем примерно 8 мас.%, менее чем примерно 5 мас.%, менее чем примерно 4 мас.%, менее чем примерно 3 мас.%, менее чем примерно 2 мас.%, менее чем примерно 1 мас.%, менее чем примерно 0,5 мас.%, или менее чем примерно 0,2 мас.% частиц, содержащихся в псевдоожиженном слое 512. В другом примере рециркулирующая текучая среда, выделенная по линии 515, может содержать частицы в концентрации, изменяющейся от примерно 0,001 до примерно 5 мас.%, от примерно 0,01 до примерно 1 мас.%, от примерно 0,05 до примерно 0,5 мас.% в расчете на общую массу смеси, включающей частицы и рециркулирующую текучую среду в линии 515. Например, концентрация частиц в рециркулирующей текучей среде в линии 515 может составлять от примерно 0,001, примерно 0,01, примерно 0,05, примерно 0,07, или примерно 0,1 мас.% до примерно 0,5, примерно 1,5, примерно 3 или примерно 4 мас.%, в расчете на общую массу рециркулирующей текучей среды и частиц в линии 515.
Подходящие газофазные способы полимеризации для получения полимерного продукта, например, полиэтиленового полимерного продукта, по линии 104 описаны в патентах US 309853; 4003712; 4011382; 4302566; 4543399; 4588790; 4882400; 5028670; 5352749; 5405922; 5541270; 5627242; 5665818; 5677375; 6255426; европейских патентах EP 0802202; EP 0794200; EP 0649992; EP 0634421. Другие подходящие способы полимеризации, которые можно применять для получения полимерного продукта, могут включать, но не ограничиваются перечисленным, способы полимеризации в растворе, в суспензии и при высоком давлении. Примеры способов полимеризации в растворе или суспензии описаны в патентах US 4271060; 4613484; 5001205; 5236998; и 5589555.
Как указано выше, сырье для реактора в линии 101 может включать любой способный к полимеризации углеводород или комбинацию углеводородов. Например, сырье для реактора может представлять собой любой олефиновый мономер, включающий замещенные и незамещенные алкены, содержащие от двух до 12 атомов углерода, например, этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гептен, 1-октен, 4-метилпентен-1, 1-децен, 1-додецен, 1-гексадецен и подобные. Сырье для реактора в линии 101 может также включать газ (газы) не углеводородной природы, например, азот и/или водород. Сырье для реактора по линии 101 может поступать в реактор в нескольких и различных положениях. Например, сырье для реактора по линии 101 можно вводить в псевдоожиженный слой 512 различными способами, включая прямое впрыскивание через насадку (не показана) в псевдоожиженный слой. Полимерный продукт в линии 104 может таким образом представлять собой гомополимер или сополимер, включая тример, содержащий одно или более мономерных звеньев.
Как указано выше, сырье для реактора в линии 101 может также включать один или более модифицирующих компонентов, например, один или более агентов индуцированной конденсации или ИКА. Иллюстративные ИКА включают, но не ограничиваются ими, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, гексан, изомеры перечисленного, производные перечисленного и комбинации перечисленного. ИКА можно вводить с обеспечением сырья для реактора 101 в реактор 103, в котором концентрация ИКА составляет от примерно 1, примерно 5 или примерно 10 мольн.% до примерно 25, примерно 35 или примерно 45 мольн.%. Типичные концентрации ИКА могут составлять от примерно 10, примерно 12 или примерно 14 мольн.% до примерно 16, примерно 18, примерно 20, примерно 22 или примерно 24 мольн.%. Сырье для реактора 101 может включать другие не реакционноспособные газы, например, азот и/или аргон. Дополнительные детали в отношении ИКА описаны в патентах US 5352749; 5405922; 5436304 и 7122607; а также в публикации WO 2005/113615 (A2). Работа в конденсированном режиме, например, как описано в патентах US 4543399 и 4588790 может быть использована для облегчения отвода тепла из реактора полимеризации 103.
3
Катализатор в линии 102 может включать любой катализатор или комбинацию катализаторов. Иллюстративные катализаторы могут включать, но не ограничиваются перечисленным, катализаторы Циглера-Натты, катализаторы на основе хрома, металлоценовые катализаторы и другие катализаторы с одним типом активных центров, включая катализаторы, содержащие элементы 15 группы, биметаллические и смешанные катализаторы. Катализатор может также включать AlCl, кобальт, железо, палладий, хром/оксид хрома или катализаторы типа Филлипс. Любой катализатор можно применять отдельно или в комбинации с любым другим катализатором.
Подходящие металлоценовые каталитически активные соединения могут включать, но не ограничиваются перечисленным, металлоцены, описанные в патентах US 7179876; 7169864; 7157531; 7129302; 6995109; 6958306; 6884748; 6689847; 5026798; 5703187; 5747406; 6069213; 7244795; 7579415; патентной заявке US 2007/0055028; и публикациях WO 97/22635; 00/699/22; 01/30860; 01/30861; 02/46246; 02/50088; 04/022230; 04/026921 и 06/019494.
Катализаторы, включающие элемент 15 группы, могут включать комплексы металлов групп с 3 по 12, в которых металл имеет координационное число от 2 до 8, а лиганд или лиганды включают от двух до четырех атомов элементов 15 группы. Например, компонент катализатора на основе элементов 15 группы может представлять собой комплекс металла 4 группы и от одного до четырех лигандов, например, металл 4 группы имеет координационное число, по меньшей мере, 2, а лиганд или лиганды включают по меньшей мере два атома азота. Представительные соединения элементов 15 группы описаны в патентной публикации WO 99/01460; европейских публикациях EP 0893454 A1; EP 0894005 A1; в патентах US 5318935; 5889128; 6333389 и 6271325.
Иллюстративные каталитически активные соединения Циглера-Натты описаны в европейских патентах EP 0103120; EP 1102503; EP 0231102; EP 0703246; в патентах US RE 33683; 4115639; 4077904; 4302565; 4302566; 4482687; 4564605; 4721763; 4879359; 4960741; 5518973; 5525678; 5288933; 5290745; 5093415 и 6562905; а также в патентной публикации US 2008/0194780. Примеры таких катализаторов включают соединения, включающие оксиды, алкоксиды и галогениды элементов групп 4, 5 или 6, переходных металлов, или оксиды, алкоксиды и галогениды титана, циркония или ванадия; необязательно в комбинации с соединением магния, внутренними и/или внешними донорами электронов (спирты, простые эфиры, силоксаны и т.д.), алкилы и алкилгалогениды алюминия или бора, а также неорганические оксидные носители.
2
2
3
2
2
3
Подходящие хромовые катализаторы могут включать дизамещенные хроматы, например, CrO(OR); в этой формуле R представляет собой трифенилсилан или третичный полиалициклический алкил. Хромовая каталитическая система может дополнительно включать CrO, хромоцен, силилхромат, хромилхлорид (CrOCl), 2-этилгексаноат хрома или ацетилацетонат хрома (Cr(AcAc)). Другие не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры хромовых катализаторов описаны в патенте US 6989344 и в WO 2004/060923.
Смешанный катализатор может представлять собой биметаллическую каталитически активную композицию или композицию из нескольких катализаторов. В настоящем описании под выражениями «биметаллическая каталитическая композиция» и «биметаллический катализатор» понимают любую композицию, смесь или систему, которая включает два или более различных каталитически активных компонентов, каждый из которых содержит различающуюся металлическую группу. Под выражением «композиция, содержащая несколько катализаторов» или «поликатализатор» понимают любую композицию, смесь или систему, которая включает два или более различных каталитически активных компонента, независимо от металла. Следовательно, выражения «биметаллическая каталитическая композиция», «биметаллический катализатор», «композиция, включающая несколько катализаторов» и «поликатализатор» будут совместно обозначены в настоящем описании как «смешанный катализатор», если конкретно не указано иное. В одном из примеров смешанный катализатор включает по меньшей мере один металлоценовый каталитически активный компонент и по меньшей мере один не металлоценовый компонент.
В некоторых предпочтительных вариантах совместно с каталитически активным компонентом можно применять активатор. В настоящем описании выражение «активатор» означает любое соединение или комбинацию соединений, нанесенных или ненанесенных, которые могут активировать каталитически активное соединение или компонент, например, путем создания катионных частиц каталитически активного компонента. Иллюстративные активаторы включают, но не ограничиваются ими, алюмоксан (например, метилалюмоксан, МАО), модифицированный алюмоксан (например, модифицированный метилалюмоксан, ММАО и/или третраизобутилдиалюмоксан, ТИБАО), и соединения алкилалюминия, можно применять также ионизирующие активаторы (нейтральные или ионные), например, три(н-бутил)аммонийтетракис(пентафторфенил)бор, и комбинации перечисленного.
Каталитические композиции могут включать материал носителя или подложки. В настоящем описании выражения «носитель» и «подложка» применяются взаимозаменяемо, и они представляют собой любой материал носителя, включая пористый материал носителя, например, тальк, неорганические оксиды и неорганические хлориды. Компонент (компоненты) катализатора и/или активатор (активаторы) могут быть нанесены на, контактировать с, испарены совместно с, связаны с или внедрены в, адсорбированы или абсорбированы в или на одном или более носителе или подложке. Другие материалы носителя могут включать смолистые материалы, например, полистирол, функционализированные или сшитые органические носители, например, полиолефины на основе полистирола и дивинилбензола, или полимерные соединения, цеолиты, глины или любой другой органический или неорганический материал носителя, или смеси перечисленного.
Подходящие носители для катализаторов описаны в патентах US 4701432; 4808561; 4912075; 4925821; 4937217; 5008228; 5238892; 5240894; 5332706; 5346925; 5422325; 5466649; 5466766; 5468702; 5529965; 5554704; 5629253; 5639835; 5625015; 5643847; 5665665; 5698487; 5714424; 5723400; 5723402; 5731261; 5759940; 5767032; 5770664 и 5972510; публикациях WO 95/32995; WO 95/14044; WO 96/06187; WO 97/02297; WO 99/47598; WO 99/48605 и WO 99/50311.
Рециркуляционную текучую среду в линии 515 можно подвергнуть сжатию или сжатию в насосе 570, а затем ввести в теплообменник 575, в котором можно осуществить теплообмен между рециркуляционной текучей средой и теплонесущей средой. Например, при нормальных рабочих условиях холодную теплонесущую среду по линии 571 можно ввести в теплообменник 575, в котором тепло может переноситься от рециркуляционной текучей среды в линии 515 с получением нагретой теплонесущей среды в линии 577 и охлажденной рециркуляционной текучей среды в линии 515. Выражение «холодная теплонесущая среда» означает теплонесущую среду, температура которой меньше температуры псевдоожиженного слоя 512 в реакторе 103. Иллюстративные теплонесущие среды могут включать, но не ограничиваются перечисленным, воду, воздух, гликоли или подобные вещества. Также можно расположить компрессор 570 ниже по потоку от теплообменника 575, или в промежуточной точке между несколькими теплообменниками 575.
После охлаждения всей или части рециркуляционной текучей среды в линии 515 рециркуляционную текучую среду можно возвратить в реактор 103. Охлажденная рециркуляционная текучая среда в линии 515 может поглощать тепло реакции, выделяющееся в ходе полимеризации. Теплообменник 575 может представлять собой теплообменник любого типа. Иллюстративные теплообменники могут включать, но не ограничиваются перечисленным, кожухотрубные, рамные пластинчатые, U-образные и подобные. Например, теплообменник 575 может представлять собой кожухотрубный теплообменник, причем рециркуляционная текучая среда по линии 515 вводится в трубы, а теплообменная среда может подаваться в кожух теплообменника 575. При желании можно применять два или более теплообменников, расположенных последовательно, параллельно или в виде комбинации последовательных и параллельных устройств, с целью стадийного снижения или повышения температуры рециркулирующей текучей среды.
Предпочтительно рециркулирующий газ по линии 515 возвращают в реактор 103 и в псевдоожиженный слой 512 через распределительную пластину для текучей среды (тарелку) 519. Тарелка 519 может предотвращать осаждение полимерных частиц и их агломерацию в твердую массу. Тарелка 519 может также предотвращать или снижать накопление жидкости на дне реактора 103. Тарелка 519 может также облегчать переходы между процессами, в которых в рециркулирующем потоке 515 содержится жидкость, и такими, в которых этот поток жидкости не содержит, и наоборот. Хотя это не показано, рециркулирующий по линии 515 газ можно вводить в реактор 103 через дефлектор, расположенный между концом реактора 103 и распределительной пластиной 519. Иллюстративные дефлекторы и распределительные пластины, подходящие для этой цели, описаны в патентах US 4877587; 4933149 и 6627713.
Катализатор по линии 102 можно подавать в псевдоожиженный слой 512 в реакторе 103 через одну или более форсунок (не показаны), находящихся в гидравлическом соединении с линией 102. Катализатор предпочтительно вводят в виде предварительно сформованных частиц в одном или более жидких носителей (т.е. суспензию катализатора). Подходящие жидкие носители могут включать минеральное масло и/или жидкие или газообразные углеводороды, включая, но не ограничиваясь перечисленным, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, изомеры перечисленного или смеси перечисленного. Также для переноса суспензии катализатора в реактор 103 можно применять газ, инертный по отношению к суспензии катализатора, например, азот или аргон. В одном из примеров катализатор может представлять собой сухой порошок. В другом примере катализатор может быть растворен в жидком носителе и введен в реактор 103 в виде раствора. Катализатор по линии 102 можно подавать в реактор 103 со скоростью, достаточной для поддержания в нем реакции полимеризации мономера (мономеров). Полимерный продукт по линии 104 можно выгружать из реактора 103 с помощью регуляторов потока 109, 110 и 111. Полимерный продукт по линии 104 можно подавать в несколько продувочных емкостей или устройств разделения, расположенных последовательно, параллельно или в виде комбинации последовательных и параллельных устройств, с целью дальнейшего отделения газов и/или жидкостей от продукта. Конкретная последовательность синхронизации регуляторов потока 109, 110 и 111 может быть осуществлена путем применения обычных программируемых контроллеров, которые хорошо известны в данной области техники. Другие подходящие системы выгрузки продукта описаны в патенте US 6548610; патентной публикации US 2010/014305; а также публикациях РСТ WO 2008/045173 и WO 2008/045172.
Реактор 103 может быть оснащен одной или более вентиляционных линий 518, предназначенных для выпуска слоя в атмосферу во время запуска, работы или прекращения работы. Реактор 103 может не содержать устройств для перемешивания и/или очистки стенок. Линия рециркуляции 515 и ее элементы (компрессор 570, теплообменник 575) могут иметь гладкую поверхность и не содержать ненужных препятствий, так, что они не препятствуют потоку рециркуляционной текучей среды или захваченных частиц.
Условия полимеризации изменяются в зависимости от мономеров, катализаторов, каталитических систем и доступности оборудования. Конкретные условия известны или легко определяются лицами, квалифицированными в данной области техники. Например, температура может находиться в интервале от примерно -10 до примерно 140°C, часто от примерно 15 до примерно 120°C, чаще от примерно 70 до примерно 110°C. Давления могут находиться в интервале от примерно 10 до примерно 10000 кПа (отн.), например, от примерно 500 до примерно 5000 кПа (отн.), или от примерно 1000 до примерно 2200 кПа (отн.). Дополнительные подробности относительно полимеризации можно найти в патенте US 6627713.
В некоторых предпочтительных вариантах можно также вводить в реактор 103 одну или более добавок для повышения сплошности или агентов регулирования статического заряда с целью предотвращения агломерации. В настоящем описании выражение «добавка для повышения сплошности» означает соединение или композицию, которая при введении в реактор 103 может воздействовать или изменять статический заряд (в сторону отрицательного, положительного или нулевого) в псевдоожиженном слое. Введение добавки (добавок) для повышения сплошности может включать добавление химических веществ, генерирующих отрицательный заряд, чтобы уравновесить положительный заряд, или введение химических веществ, генерирующих положительный заряд, с целью нейтрализации отрицательного заряда. Можно также добавлять антистатики, непрерывно или периодически, с целью предотвращения или нейтрализации возникновения электростатического заряда. Добавку для повышения сплошности, если ее применяют, можно вводить в сырье для реактора по линии 101, в катализатор по линии 102, в отдельный вход (не показан), или применять любую комбинацию перечисленного. Конкретная добавка для повышения сплошности или их комбинация может зависеть, по меньшей мере частично, от природы статического заряда, конкретного производимого в реакторе для полимеризации полимера, конкретной полученной распылительной сушкой каталитической системы или комбинации систем, применяемой в реакции, или от комбинации перечисленного. Подходящие добавки для повышения сплошности описаны в европейском патенте 0229368; патентах US 5283278; 4803251; 4555370; 4994534 и 5200477; и в публикациях WO 2009/023111 и WO 01/44322.
Применение системы охлаждения/автоохлаждения 160, описанной в настоящем описании, может решать несколько общих проблем полиолефиновых систем продувочного газа, поскольку она учитывает высокие требования к азоту, применяемому для продувки смолы, снижает или исключает потери этилена при соединении процесса с атмосферой, и снижает или исключает применение реакционно-способных газов, которые вызывают засорение в системе выделения газов, выпускаемых в атмосферу, и засорение всей системы. Система выделения 160, описанная в настоящем описании, также способна проводить обработку широкого круга составов.
Способ, описанный в настоящем описании, позволяет осуществить конденсацию выше по потоку в последовательности компрессоров. Это приводит к снижению концентрации активаторов, например, триэтилалюминия (ТЭАЛ), в газе вследствие поглощения конденсированными жидкостями. Присутствие активаторов/сокатализаторов, как полагают, со временем вызывает засорение в компрессоре газов, выпускаемых в атмосферу, таким образом, выгодно обеспечивать снижение их концентрации в последовательности компрессоров.
Система, описанная в настоящем описании, может работать при нетипичных соотношениях сжатия, при которых отношение сжатия увеличивается от первой к третей стадии сжатия. Высокие отношения сжатия могут приводить к более высокой температуре веществ на выходе из компрессора, а более высокие давления могут приводить к большему парциальному давлению мономера. Более высокое парциальное давление мономера и более высокие температуры могут приводить к более реакционно-способным условиям. Если применять более низкие отношения сжатия на стадиях с более высоким давлением (т.е. первой стадии), описанная в настоящем описании система снижает опасность засорения.
Примеры
Чтобы обеспечить лучшее понимание предшествующего описания, ниже приведены не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры. Хотя примеры направлены на конкретные предпочтительные варианты, их не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение в каком-либо конкретном отношении. Все части, пропорции и процентные соотношения приведены по массе, если не указано иное.
Приведены три примера (примеры с 1 по 3), полученные с применением компьютерной симуляции. Конкретные условия полимеризации, которые применяли для получения результатов симуляции, приведены в табл.1. Полимеризационную систему для получения полимерных продуктов и выделения летучих веществ из нее симулировали с применением полимеризационной системы 100, обсужденной и описанной выше со ссылкой на фиг.1, в соответствии с одним или более предпочтительными вариантами. Симулирующую компьютерную программу ASPEN PLUS фирмы Aspen Technology, Inc. применяли для генерирования данных для всех трех примеров (примеры с 1 по 3). Симуляция предполагала моделирование в стационарном состоянии, а не в переходных условиях, например, в условиях запуска оборудования. Емкость компрессора также рассчитывали так, чтобы она удовлетворяла минимальным требованиям стационарности для каждой симуляции, поэтому в расчет не включали возврат сжатого газообразного продукта продувки на вход в компрессор (компрессоры). Полагали, что каждый из теплообменников 118, 130, 137 и 145 охлаждает поток газообразного продукта продувки до 35°C.
Таблица 1
Краткое изложение реакционных условий, используемых в примерах с 1 по 3
Пример
1
2
3
Индекс расплава (I<sub>2</sub>)
1
1
8,2
Плотность (г/см<sup>3</sup>)
0,918
0,918
0,963
Температура псевдоожиженного слоя (°C)
91
87
102
C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> парциальное давление (фунт./кв.дюйм (абс.))
90
90
190
Н<sub>2</sub>/C<sub>2</sub>
0,99
0,131
0,344
C<sub>4</sub>/C<sub>2</sub>
0,316
0
0
C<sub>6</sub>/C<sub>2</sub>
0
0,127
0
С<sub>х</sub> включение (мас.%)
7,4
9,1
-
ТЭАЛ, част./млн. (1)
100
152
150
Тип катализатора
Циглера-Натты
Циглера-Натты
Циглера-Натты
Давление в реакторе (кПа)
2377
1894
2515
Объемная плотность (фунт/фут<sup>3</sup>)
24,5
22
27
Плотность псевдоожиженного слоя (фунт/фут<sup>3</sup>)
14,5
15,4
19,4
Объемный выход, фунт/ч/фут<sup>3</sup>
8
8
8
2
3
2
2
3
3
В первом симулированном примере (пример 1) оценивали разделение газообразного продукта продувки, выделенного из линейного сополимера этилена и бутена низкой плотности, имеющего индекс расплава (I) 1,0 и плотность 0,918 г/см. Во втором симулированном примере (пример 2) оценивали разделение газообразного продукта продувки, выделенного из линейного сополимера этилена с гексеном низкой плотности, имеющего индекс расплава (I) 1,0 и плотность 0,918 г/см. В третьем симулированном примере (пример 3) оценивали полимеризацию линейного гомополимера полиэтилена высокой плотности, имеющего индекс расплава (I) 8,2 и плотность 0,963 г/см. Как показано в приведенной ниже таблице, скорость потока газообразного продукта продувки по линии 116, выделенного из продувочной емкости 115, составляла от примерно 5558 кг/ч в примере 1 до примерно 2664 кг/ч в примере 3. Результаты симуляции для примеров с 1 по 3 показаны в таблицах 2А-В, 3А-В и 4А-В, соответственно. Номера потоков соответствуют обсужденным и описанным выше со ссылкой на фиг.1.
Таблица 2А
Пример 1
Поток
116
122
129
133
134
136
141
143
188
189
Водород (мас.%)
0,11
0,1
0,1
0
0,1
0,1
0,13
0,13
0
0
Метан (мас.%)
1,3
1,29
1,29
0,02
1,2
1,2
1,64
1,64
0,28
0,28
Азот (мас.%)
31,34
29,19
29,19
0,11
26,71
26,71
37,09
37,09
2,4
2,4
Этилен (мас.%)
9,36
11,23
11,23
0,59
10,64
10,64
14,13
14,13
6,32
6,32
Этан (мас.%)
4,35
5,35
5,35
0,43
5,14
5,14
6,68
6,68
3,95
3,95
Бутен (мас.%)
19,6
20,17
20,17
21,25
22,9
22,9
19,88
19,88
38,85
38,85
С4 инертные компоненты (мас.%)
2,66
2,74
2,74
2,9
3,11
3,11
2,7
2,7
5,2
5,2
Гексен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Изопентан (мас.%)
27,44
25,96
25,96
70,58
25,72
25,72
13,84
13,84
35,43
35,43
Нормализованный поток (кг/ч)
4237
4636
4636
990
5086
5086
3645
3645
55
1037
Нормализованный поток (кг/с)
1,1769
1,2876
1,2876
0,2751
1,4128
1,4128
1,0125
1,0125
0,0152
0,3035
Температура (°C)
91
34,5
110,3
19,4
19,4
87,4
35
124,1
35
35
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
1,1
1,09
3,94
3,92
3,92
12,65
12,55
42,18
42,07
42,07
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
1,39
1,62
4,74
619,11
6,48
17,37
17,69
46,81
563,09
563,09
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,65
1,49
1,73
2,21
1,48
1,73
1,52
1,82
2,45
2,45
Вязкость (сантипуаз)
0,015
0,012
0,015
0,011
0,014
0,013
0,018
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,02
0,02
0,03
0,02
0,03
0,02
0,03
Сжимаемость
1
0,99
0,99
0,97
0,94
0,94
0,93
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,15
1,17
1,15
1,19
1,18
1,25
1,25
Молекулярная масса
38,8
38,6
38,6
65,8
39,6
39,6
34,7
34,7
53,5
53,5
Энтальпия (кДж/кг)
3,04
2,85
0,98
0,78
0,29
0,21
0,08
Точка росы (°C)
-12,11
-13,19
17,77
61,87
19,36
54,8
35
70,29
139,22
139,22
Массовая доля паров
1
1
1
1
1
1
1
Таблица 2Б
Пример 1
Поток
150
149
157
158
159
162
165
177
178
164
Водород (мас.%)
0,19
0,19
0,00
0,00
0,19
0,01
0,01
0,01
0,32
Метан (мас.%)
2,22
2,22
0,02
0,28
2,22
1,16
1,16
1,16
2,97
Азот (мас.%)
51,93
51,93
0,11
2,40
51,93
5,67
5,67
5,67
84,26
Этилен (мас.%)
17,47
17,47
0,59
6,32
17,47
28,87
28,87
28,87
9,5
Этан (мас.%)
7,85
7,85
0,43
3,95
7,85
15,15
15,15
15,15
2,75
Бутен (мас.%)
11,76
11,76
21,25
38,85
11,76
28,39
28,39
28,39
0,13
С4 инертные компоненты (мас.%)
1,63
1,63
2,90
5,20
1,63
3,92
3,92
3,92
0,03
Гексен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Изопентан (мас.%)
4,59
4,59
70,58
35,43
4,59
11,15
11,15
11,15
0,01
Нормализованный проток (кг/ч)
1330
1223
941
1978
55
1223
503
95
95
720
Нормализованный поток (кг/с)
0,3694
0,3396
0,2614
0,5497
0,0152
0,3396
0,1397
0,0264
0,0264
0,1999
Температура (°C)
35
35
24,4
35,0
-69
-69
-69
30
-69
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
42,07
42,07
28,12
42,07
41,37
41,37
41,37
28,12
41,37
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
53,81
53,81
617,58
563,09
114,52
614,87
614,87
82,82
73
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,57
1,57
2,23
2,45
1,68
2,01
2,01
2,31
1,44
Вязкость (сантипуаз)
0,016
0,016
0,013
0,012
0,013
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
Сжимаемость
0,9
0,9
0,87
0,8
0,87
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,41
1,41
1,71
1,45
1,71
Молекулярная масса
30,2
30,2
65,8
53,5
30,2
37,9
37,9
37,9
26,4
Энтальпия (кДж/кг)
0,02
0,02
0,01
0
0,01
Точка росы (°C)
35
35
155,52
139,22
34,65
81,57
81,57
69,43
-69
Массовая доля паров
1
1
0,00
0,00
0,59
0,47
1
Таблица 2В
Пример 1
Поток
167
169
170
173
112
175
184
186
187
Водород (мас.%)
0,32
0,01
0,33
0,33
0,33
0,33
0,01
0,01
0,01
Метан (мас.%)
2,97
2,40
3,00
3,00
3,00
3,00
1,26
1,26
1,26
Азот (мас.%)
84,26
12,79
88,06
88,06
88,06
88,06
6,25
6,25
6,25
Этилен (мас.%)
9,50
56,65
7,00
7,00
7,00
7,00
31,14
31,14
31,14
Этан (мас.%)
2,75
24,20
1,61
1,61
1,61
1,61
15,89
15,89
15,89
Бутен (мас.%)
0,13
2,61
0,00
0,00
0,00
0,00
26,28
26,28
26,28
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,03
0,51
0,00
0,00
0,00
0,00
3,65
3,65
3,65
Гексен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Изопентан (мас.%)
0,01
0,24
0,00
0,00
0,00
0,00
10,26
10,26
10,26
Нормализованный проток (кг/ч)
720
36
683
683
575
108
444
399
45
Нормализованный поток (кг/с)
0,1999
0,0101
0,1898
0,1898
0,1598
0,03
0,1234
0,1108
0,0126
Температура (°C)
-90,4
-90,4
-90,4
-71
30
30
-94,6
30
30
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
41,37
41,37
41,37
3,87
3,52
3,52
1,55
1,2
1,2
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
89,42
563,72
85,6
6,02
3,61
3,61
14,95
1,74
1,74
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,58
2,25
1,55
1,14
1,17
1,17
1,7
1,59
1,59
Вязкость (сантипуаз)
0,013
0,013
0,012
0,017
0,017
0,007
0,01
0,01
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
0,01
0,02
0,02
Сжимаемость
0,82
0,82
0,99
1
1
0,98
0,99
0,99
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,85
1,85
1,42
1,38
1,38
1,4
1,17
1,17
Молекулярная масса
26,4
28,5
26,3
26,3
26,3
26,3
36,9
36,9
36,9
Энтальпия (кДж/кг)
0,01
0,01
0,11
0,16
0,03
0,03
0,23
0,03
Точка росы (°C)
-69
3,57
-90,44
-116,96
-117,98
-117,98
-16,16
-21,64
-21,64
Массовая доля паров
0,95
1
1
1
1
0,19
1
1
4
Данные компьютерной симуляции, представленные в табл. с 2А по 2B, для экспериментов, в которых проводили полимеризацию сополимера этилена и бутена, показывают, что продувочный газ, подаваемый по линии 122 в систему сжатия 125, содержит примерно 30 мас.% азота, 11 мас.% этилена (мономер), примерно 5 мас.% этана, примерно 20 мас.% бутена (сомономер), примерно 3 мас.% инертных Скомпонентов, и примерно 26 мас.% изопентана (ИКА), и имеет нормализованную скорость потока, составляющую примерно 4636 кг/ч, она включает третий продукт, выделенный из многостадийного охладителя 161 и возвращенный по линии 186 в продувочный газ в линии 116.
Максимальная температура газообразного продукта продувки во время отделения продувочного газа достигает 124,1°C, по мере того, как сжатый газообразный продукт продувки по линии 143 покидает третий компрессор 142. Отношение давлений, при котором первый компрессор 128 компримирует газообразный продукт продувки, больше, чем во втором и третьем компрессорах 135, 142. Более конкретно, сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 129 из первого компрессора 128, сжат при отношении давлений 1:3,61, сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 136 из второго компрессора сжат при отношении давлений 1:3,23, а сжатый газообразный продукт продувки, выделенный по линии 143 из третьего компрессора 142, сжат при отношении давлений 1:3,36. Дополнительно, теплообменники 118, 130 и 137 охлаждают газообразный продукт продувки сжатые газообразные продукты продувки, подаваемые в них по линиям 116, 129 и 136 до температур 34,5, 19,4 и 35°C, соответственно, что обеспечивает дополнительное уменьшение повышения температуры, вызванного сжатием.
2
Сжатый продувочный газ, выделенный по линии 149 из системы сжатия 125, имеет давление примерно 42,07 кг/см (абс.) (примерно 4130 кПа) и температуру примерно 35°C. Охлажденный продувочный газ, выделенный по линии 162 из многостадийного теплообменника 161, разделяют в сепараторе газа и жидкости 163 с получением газообразного продукта по линии 164 и конденсированного продукта по линии 165, находящегося при температуре примерно -69°C. Расширение и/или дальнейшее разделение газообразного продукта в линии 164 и конденсированного продукта в линии 165 дает три охлажденных продукта, а именно первый продукт в линии 173, второй продукт в линии 177 и третий продукт в линии 184, они имеют температуры -71, -69 и -94,6°C, соответственно.
Также в таблицах с 2А по 2B показано, что компрессионная и автоохладительная системы 125 и 160 обеспечивают достаточное разделение различных компонентов газообразного продукта продувки, т.е. азота (продувочный газ), этилена (мономер) и изопентена/бутена (ИКА/сомономер), так, что разделенные компоненты можно подвергать рециклу внутри полимеризационной системы 100 и возвращать в подходящие места, вместо того, чтобы выпускать в атмосферу, подавать на факел, сжигать в качестве топлива или иным способом удалять из полимеризационной системы. Например, первый продукт в линии 174 в достаточной мере обогащен легкими компонентами, включая в этом случае 88 мас.% азота, и в достаточной степени обеднен тяжелыми компонентами (например, содержание бутена составляет менее 0,005 мас.%, и содержание изопентана менее 0,005 мас.%), так что первый продукт можно применять в качестве продувочного газа по линии 112 для продувки полимерного продукта. В другом примере второй продукт по линии 178 в достаточной степени обогащен легкими углеводородами (содержание этилена составляет примерно 28,8 мас.%, этана примерно 15,1 мас.%, и бутена 28,4 мас.%), так, что второй продукт по линии 178 можно возвратить обратно в реактор полимеризации 103, и таким образом возвратить в реактор мономер (этилен) и сомономер (бутен). Дополнительно, поскольку второй продукт, подаваемый по линии 178, находится при давлении примерно 2760 кПа, его можно возвратить по линии 178 напрямую в реактор полимеризации 103, который работает при давлении примерно 2377 кПа, без необходимости дополнительного сжатия. В другом примере третий продукт в линии 185 содержит примерно 31,1 мас.% этилена, примерно 15,9 мас.% этана и примерно 26,3 мас.% бутена. Как таковую, по меньшей мере часть третьего продукта в линии 185 можно возвратить по линии 186 в газообразный продукт продувки в линии 116, что может повысить концентрацию более легких компонентов, например, этилена и этана, в сжатом газообразном продукте продувки в линии 149, чтобы поддержать желаемое содержание хладагента в системе автоохлаждения 160.
Таблица 3A
Пример 2
Поток
116
122
129
133
134
136
141
143
188
189
Водород (мас.%)
0,27
0,25
0,25
0,00
0,34
0,34
0,40
0,40
0,01
0,01
Метан (мас.%)
0,11
0,11
0,11
0,00
0,14
0,14
0,17
0,17
0,01
0,01
Азот (мас.%)
40,34
38,41
38,41
0,12
51,23
51,23
61,42
61,42
1,80
1,80
Этилен (мас.%)
8,41
10,56
10,56
0,40
14,11
14,11
16,67
16,67
4,34
4,34
Этан (мас.%)
5,67
7,45
7,45
0,42
9,95
9,95
11,67
11,67
4,32
4,32
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
19,31
18,54
18,54
41,45
11,21
11,21
4,77
4,77
42,21
42,21
С6 инертные компоненты (мас.%)
25,90
24,68
24,68
57,60
13,01
13,01
4,89
4,89
47,32
47,32
Изопентан (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Нормализованный проток (кг/ч)
5558
5929
5929
2226
4445
4445
3703
3703
226
Нормализованный поток (кг/с)
1,5439
1,6469
1,6469
0,6183
1,2349
1,2349
1,0286
1,0286
0,0626
Температура (°C)
87,0
34,6
114,1
34,8
34,8
127,5
35,0
151,6
35,0
35,0
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
1,10
1,09
3,94
3,92
3,92
12,65
12,55
42,18
42,07
42,07
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
1,40
1,60
4,60
654,14
4,87
12,08
14,03
33,83
633,60
633,60
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,58
1,46
1,68
2,20
1,40
1,60
1,38
1,58
2,25
2,25
Вязкость (сантипуаз)
0,016
0,014
0,017
0,015
0,019
0,016
0,021
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,03
0,02
0,03
0,03
0,03
0,03
0,04
Сжимаемость
1,00
0,99
0,99
0,99
0,99
0,98
0,99
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,16
1,18
1,16
1,24
1,22
1,31
1,28
Молекулярная масса
38,5
38,0
38,0
83,8
32,0
32,0
28,6
28,6
70,6
70,6
Энтальпия (кДж/кг)
3,98
3,72
1,29
0,91
0,37
0,26
0,11
Точка росы (°C)
24,61
22,95
55,57
115,01
34,76
65,08
35,00
59,43
212,47
212,47
Массовая доля паров
1,00
1,00
1,00
0,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,00
0,00
Таблица 3Б
Пример 2
Поток
150
149
157
158
159
162
165
177
178
164
Водород (мас.%)
0,43
0,43
0,00
0,00
0,43
0,01
0,01
0,01
0,58
Метан (мас.%)
0,18
0,18
0,00
0,00
0,18
0,11
0,11
0,11
0,21
Азот (мас.%)
65,29
65,29
0,12
0,12
65,29
8,77
8,77
8,77
86,36
Этилен (мас.%)
17,47
17,47
0,40
0,40
17,47
40,67
40,67
40,67
8,82
Этан (мас.%)
12,14
12,14
0,42
0,42
12,14
33,91
33,91
33,91
4,02
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
2,35
2,35
41,45
41,45
2,35
8,64
8,64
8,64
0,00
С6 инертные компоненты (мас.%)
2,14
2,14
57,60
57,60
2,14
7,89
7,89
7,89
0,00
Изопентан (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Нормализованный проток (кг/ч)
1349
1997
2115
2341
111
1997
542
204
204
1454
Нормализованный поток (кг/с)
0,3748
0,5547
0,5874
0,65
0,0309
0,5547
0,1507
0,0566
0,0566
0,4040
Температура (°С)
35,0
35,0
39,4
34,8
-77,2
-77,2
-77,2
30,0
-77,2
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
42,07
42,07
28,12
3,92
41,37
41,37
41,37
28,12
41,37
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
46,80
46,80
653,17
654,14
98,93
584,74
584,74
47,14
75,53
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,45
1,45
2,21
2,20
1,66
2,17
2,17
2,01
1,47
Вязкость (сантипуаз)
0,017
0,017
0,013
0,012
0,013
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
Сжимаемость
0,95
0,95
0,86
0,82
0,86
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,41
1,41
1,73
1,44
1,73
Молекулярная масса
27,5
27,5
83,8
83,8
27,5
32,3
32,3
32,3
26,1
Энтальпия (кДж/кг)
0,03
0,04
0,02
0,00
0,02
Точка росы (°C)
35,00
35,00
221,58
115,01
34,80
78,55
78,55
71,70
-77,20
Массовая доля паров
1,00
1,00
0,00
0,00
0,73
0,00
0,00
0,82
1,00
Таблица 3В
Пример 2
Поток
167 (26)
169 (27)
170 (28)
173 (30)
112 (31)
175 (32)
184 (34)
186 (36)
187 (35)
Водород (мас.%)
0,58
0,02
0,62
0,62
0,62
0,62
0,01
0,01
0,01
Метан (мас.%)
0,21
0,17
0,21
0,21
0,21
0,21
0,12
0,12
0,12
Азот (мас.%)
86,36
12,59
90,51
90,51
90,51
90,51
9,48
9,48
9,48
Этилен (мас.%)
8,82
52,13
6,38
6,38
6,38
6,38
42,80
42,80
42,80
Этан (мас.%)
4,02
35,08
2,28
2,28
2,28
2,28
34,13
34,13
34,13
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
0,00
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
7,03
7,03
7,03
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
6,42
6,42
6,42
Изопентан (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Нормализованный проток (кг/ч)
1454
77
1377
1377
1282
95
416
371
45
Нормализованный поток (кг/с)
0,4040
0,0215
0,3825
0,3825
0,3560
0,0265
0,1156
0,1030
0,0126
Температура (°C)
-90,2
-90,2
-90,2
-80,8
30,0
30,0
-102,0
30,0
30,0
Давление (кг/см<sup>2 </sup>абс.)
41,37
41,37
41,37
3,87
3,52
3,52
1,55
1,20
1,20
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
85,87
567,85
81,96
6,23
3,56
3,56
14,41
1,48
1,48
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,54
2,25
1,51
1,15
1,18
1,18
1,81
1,60
1,60
Вязкость (сантипуаз)
0,013
0,013
0,012
0,017
0,017
0,008
0,011
0,011
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,03
0,03
0,02
0,03
0,03
0,01
0,02
0,02
Сжимаемость
0,84
0,84
0,99
1,00
1,00
0,98
0,99
0,99
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,78
1,78
1,42
1,38
1,38
1,41
1,20
1,20
Молекулярная масса
26,1
28,6
26,0
26,0
26,0
26,0
31,5
31,5
31,5
Энтальпия (кДж/кг)
0,02
0,02
0,22
0,36
0,03
0,03
0,25
0,03
Точка росы (°C)
-77,20
-2,10
-90,16
-119,08
-120,24
-120,24
1,39
-3,44
-3,44
Массовая доля паров
0,95
0,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,21
1,00
1,00
Данные компьютерной симуляции, представленные в таблицах с 3А по 3В, отражают эксперименты, в которых проводили полимеризацию сополимера этилена с гексеном; они показывают, что газообразный продукт продувки, поданный по линии 122 в систему сжатия 125, содержит примерно 38,4 мас.% азота, 10,6 мас.% этилена (мономер), примерно 5,7 мас.% этана, примерно 18,5 мас.% гексена (сомономер), и примерно 24,7 мас.% инертных компонентов С6, нормализованная скорость его потока составляет примерно 5929 кг/ч, он включает третий продукт, выделенный из многостадийного охладителя 161 и возвращенный по линии 186 в продувочный газ в линии 116.
Максимальная температура газообразного продукта продувки достигает в процессе отделения продувочного газа величины 151,6°C, когда сжатый продувочный газ по линии 143 покидает третий компрессор 142. Отношение давлений, при котором первый компрессор 128 компримирует газообразный продукт продувки, больше, чем достигаемое во втором и третьем компрессорах 135, 142. Более конкретно, в полученном компьютерной симуляцией примере условия включают применение таких же отношений давлений для компрессоров 128, 135, 142, что и в примере 1, они составляли 1:3,61, 1:3,23 и 1:3,36, соответственно. Дополнительно теплообменники 118, 130 и 137 охлаждают газообразный продукт продувки и сжатые газообразные продукты продувки, подаваемые в них по линиям 116, 129 и 136, до температур 34,6, 34,8 и 35,0°C, соответственно, что обеспечивает дополнительное уменьшение повышения температуры, вызванного сжатием.
2
Сжатый продувочный газ, выделенный по линии 149 из системы сжатия 125, находится при давлении примерно 42,07 кг/см (абс.) (примерно 4130 кПа) и температуре примерно 35°C. Охлажденный продувочный газ, выделенный по линии 162 из многостадийного теплообменника 161, разделяют в сепараторе газа и жидкости 163 с получением газообразного продукта по линии 164 и конденсированного продукта по линии 165, находящегося при температуре примерно -77,2°C. Расширение и/или дальнейшее разделение газообразного продукта в линии 164 и конденсированного продукта в линии 165 обеспечивает получение трех охлажденных продуктов, а именно первого продукта по линии 173, второго продукта по линии 177, и третьего продукта по линии 184, имеющих температуру -116, -77,2 и -102,0°C, соответственно.
Также в таблицах с 3А по 3В показано, что системы сжатия и автоохлаждения 125 и 160 обеспечивают достаточное разделение различных компонентов газообразного продукта продувки, т.е. азота (продувочный газ), этилена (мономер) и изопентена/бутена (ИКА/сомономер), так, что разделенные компоненты можно возвращать в подходящие места полимеризационной системы 100 вместо того, чтобы выпускать в атмосферу, подавать на факел, сжигать в виде топлива или иным образом удалять из полимеризационной системы. Например, первый продукт по линии 174 в достаточной степени обогащен легкими компонентами, включая в этом случае 90,5 мас.% азота, и в достаточной степени обеднен тяжелыми компонентами (например, концентрация бутена составляет менее 0,005 мас.%, концентрация изопентана составляет 0,005 мас.%), так что первый продукт можно применять в качестве продувочного газа по линии 112 для продувки полимерного продукта. В другом примере второй продукт по линии 178 в достаточной степени обогащен легкими углеводородами (содержание этилена примерно 40,7 мас.%, содержание этана примерно 33,9 мас.%), так что второй продукт по линии 178 можно возвращать назад в реактор полимеризации 103, таким образом происходит возврат в реактор мономера (этилена) и сомономера (бутена). Дополнительно, поскольку второй продукт в линии 178 находится при давлении примерно 2760 кПа, его можно напрямую возвращать в реактор полимеризации 103 без необходимости дополнительного сжатия, поскольку давление в реакторе составляет 1894 кПа. В другом примере третий продукт в линии 185 содержит примерно 42,8 мас.% этилена и примерно 34,1 мас.% этана. Как таковую, по меньшей мере часть третьего продукта в линии 185 можно возвратить по линии 186 в газообразный продукт продувки в линии 116, что позволяет увеличить концентрацию более легких компонентов, например, этилена и этана, в сжатом газообразном продукте продувки в линии 149, чтобы поддержать желаемую концентрацию хладагента в системе автоохлаждения 160.
Таблица 4А
Пример 3
Поток
116
122
129
133
134
136
141
143
188
189
Водород (мас.%)
1,02
0,89
0,89
0,00
0,80
0,80
0,93
0,93
0,02
0,02
Метан (мас.%)
1,70
1,65
1,65
0,02
1,50
1,50
1,74
1,74
0,22
0,22
Азот (мас.%)
34,36
30,47
30,47
0,09
27,49
27,49
31,99
31,99
1,48
1,48
Этилен (мас.%)
22,66
26,77
26,77
1,08
24,48
24,48
28,06
28,06
9,68
9,68
Этан (мас.%)
6,67
8,01
8,01
0,49
7,36
7,36
8,38
8,38
3,85
3,85
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
0,99
0,87
0,87
9,43
1,03
1,03
0,45
0,45
1,69
1,69
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,01
0,01
0,01
0,11
0,01
0,01
0,00
0,00
0,01
0,01
Изопентан (мас.%)
32,59
31,32
31,32
88,78
37,33
37,33
28,45
28,45
83,04
83,04
Нормализованный проток (кг/ч)
2664
3092
3092
147
3432
3432
2945
2945
0
643
Нормализованный поток (кг/с)
0,7399
0,8590
0,8590
0,0409
0,9534
0,9534
0,8181
0,8181
0,0000
0,1786
Температура (°C)
108,0
34,3
125,6
15,6
15,6
93,1
35,0
128,8
35,0
35,0
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
1,10
1,09
3,94
3,92
3,92
12,65
12,55
42,18
42,07
42,07
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
1,03
1,27
3,55
635,38
5,25
13,48
14,80
38,31
576,52
576,52
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,79
1,59
1,86
2,16
1,57
1,83
1,66
1,97
2,40
2,40
Вязкость (сантипуаз)
0,017
0,013
0,017
0,012
0,016
0,014
0,018
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,04
0,03
0,04
0,02
0,03
0,03
0,04
Сжимаемость
1,00
1,00
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,19
1,21
1,18
1,22
1,20
1,26
1,25
Молекулярная масса
30,0
30,3
30,3
71,3
32,1
32,1
29,5
29,5
58,1
58,1
Энтальпия (кДж/кг)
2,60
2,43
0,87
0,65
0,25
0,20
0,08
Точка росы (°C)
-16,92
-17,88
9,86
76,19
15,62
47,59
35,00
67,23
159,36
159,36
Массовая доля паров
1,00
1,00
1,00
0,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,00
0,00
Таблица 4Б
Пример 3
Поток
150
149
157
158
159
162
165
177
178
164
Водород (мас.%)
1,19
1,19
0,00
0,00
1,19
0,04
0,04
0,04
2,50
Метан (мас.%)
2,16
2,16
0,02
0,02
2,16
1,36
1,36
1,36
3,08
Азот (мас.%)
40,51
40,51
0,09
0,09
40,51
6,11
6,11
6,11
79,97
Этилен (мас.%)
33,19
33,19
1,08
1,08
33,19
51,40
51,40
51,40
12,30
Этан (мас.%)
9,65
9,65
0,49
0,49
9,65
16,19
16,19
16,19
2,14
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
0,10
0,10
9,43
9,43
0,10
0,18
0,18
0,18
0,00
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,11
0,11
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Изопентан (мас.%)
13,21
13,21
88,78
88,78
13,21
24,71
24,71
24,71
0,01
Нормализованный проток (кг/ч)
1038
1243
147
783
0
1243
664
192
192
579
Нормализованный поток (кг/с)
0,2883
0,3452
0,0409
0,2174
0,0000
0,3452
0,1844
0,0533
0,0533
0,1608
Температура (°C)
35,0
35,0
20,6
15,6
-79,2
-79,2
-79,2
30,0
-79,2
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
42,07
42,07
3,92
3,92
41,37
41,37
41,37
28,12
41,37
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
45,62
45,62
635,38
635,38
112,10
586,14
586,14
50,10
58,15
Удельная теплоемкость (кДж/кг°С)
1,77
1,77
2,16
2,16
1,92
2,10
2,10
2,06
1,71
Вязкость (сантипуаз)
0,015
0,015
0,012
0,012
0,012
Теплопроводность (Вт/м°С)
0,04
0,04
0,04
0,03
0,04
Сжимаемость
0,92
0,92
0,90
0,81
0,90
Отношение теплоемкости (Cd/Cv)
1,40
1,40
1,63
1,45
1,63
Молекулярная масса
25,9
25,9
71,3
71,3
25,9
32,9
32,9
32,9
20,8
Энтальпия (кДж/кг)
0,02
0,03
0,01
0,00
0,01
Точка росы (°С)
35,00
35,00
76,19
76,19
34,70
64,61
64,61
55,72
-79,20
Массовая доля паров
1,00
1,00
0,00
0,00
0,47
0,00
0,00
0,79
1,00
Таблица 4В
Пример 3
Поток
167
169
170
173
112
175
184
186
187
Водород (мас.%)
2,50
0,06
2,61
2,61
2,61
2,61
0,04
0,04
0,04
Метан (мас.%)
3,08
2,00
3,13
3,13
3,13
3,13
1,39
1,39
1,39
Азот (мас.%)
79,97
9,37
83,13
83,13
83,13
83,13
6,27
6,27
6,27
Этилен (мас.%)
12,30
69,67
9,73
9,73
9,73
9,73
52,32
52,32
52,32
Этан (мас.%)
2,14
18,62
1,41
1,41
1,41
1,41
16,31
16,31
16,31
Бутен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
С4 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Гексен (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,17
0,17
0,17
С6 инертные компоненты (мас.%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Изопентан (мас.%)
0,01
0,29
0,00
0,00
0,00
0,00
23,49
23,49
23,49
Нормализованный проток (кг/ч)
579
25
554
554
451
103
497
429
68
Нормализованный поток (кг/с)
0,1608
0,0069
0,1539
0,1539
0,1252
0,0287
0,1380
0,1191
0,0189
Температура (°C)
-89,8
-89,8
-89,8
-81,1
30,0
30,0
-102,6
30,0
30,0
Давление (кг/см<sup>2</sup> абс.)
41,37
41,37
41,37
3,87
3,52
3,52
1,55
1,20
1,20
Плотность (кг/м<sup>3</sup>)
63,88
553,72
61,44
4,94
2,82
2,82
15,65
1,53
1,53
Удельная теплоемкость (кДж/кг°C)
1,77
2,27
1,75
1,44
1,49
1,49
1,75
1,61
1,61
Вязкость (сантипуаз)
0,012
0,012
0,011
0,016
0,016
0,007
0,010
0,010
Теплопроводность (Вт/м°C)
0,04
0,04
0,03
0,05
0,05
0,01
0,02
0,02
Сжимаемость
0,89
0,89
0,99
1,00
1,00
0,98
0,99
0,99
Отношение теплоемкости (Cp/Cv)
1,66
1,66
1,42
1,38
1,38
1,42
1,20
1,20
Молекулярная масса
20,8
27,8
20,6
20,6
20,6
20,6
32,6
32,6
32,6
Энтальпия (кДж/кг)
0,01
0,01
0,11
0,16
0,04
0,03
0,28
0,04
Точка росы (°C)
-79,20
-4,92
-89,80
-120,40
-121,54
-121,54
-16,65
-21,70
-21,70
Массовая доля паров
0,96
0,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,18
1,00
1,00
Данные компьютерной симуляции, представленные в таблицах с 4А по 4B, в которых представлены эксперименты по полимеризации этиленового гомополимера, показывают, что продувочный газ, подаваемый по линии 122 в систему сжатия 125, содержит примерно 30,5 мас.% азота, 26,8 мас.% этилена (мономер), примерно 8 мас.% этана и примерно 31,3 мас.% изопентана, и его нормализованная скорость потока составляет примерно 3092 кг/ч, он включает третий продукт, выделенный из многостадийного охладителя 161 и возвращенный по линии 186 в продувочный газ в линии 116.
Максимальная температура газообразного продукта продувки достигает во время разделения продувочного газа 128,8°C, когда сжатый газообразный продукт продувки по линии 143 покидает третий компрессор 142. Отношение давлений, при котором компрессор 128 компримирует газообразный продукт продувки, больше по сравнению со вторым и третьим компрессорами 135, 142. Более конкретно, в примерах, полученных компьютерным моделированием, применяли такие же отношения давлений для компрессоров 128, 135, 142, как и в примере 1, они составляли 1:3,61, 1:3,23 и 1:3,36, соответственно. Дополнительно, теплообменники 118, 130, 137 охлаждают газообразный продукт продувки и сжатые газообразные продукты продувки, поданные в них по линиям 116, 129 и 136, до температуры 34,3, 15,6 и 35,0°C, соответственно, что обеспечивает дополнительное уменьшение повышения температуры, вызванного сжатием.
2
Сжатый продувочный газ, выделенный по линии 149 из системы сжатия 125, находится под давлением примерно 42,07 кг/см (абс.) (примерно 4130 кПа) и при температуре примерно 35°C. Охлажденный продувочный газ, выделенный по линии 162 из многостадийного теплообменника 161, разделяют в сепараторе газа и жидкости 163 с получением газообразного продукта по линии 164 и конденсированного продукта по линии 165, имеющего температуру примерно - 79,2°C. Расширение и/или дополнительное разделение газообразного продукта, подаваемого по линии 164, и конденсированного продукта, подаваемого по линии 165, приводит к получению трех охлажденных продуктов, а именно первого продукта по линии 173, второго продукта по линии 177 и третьего продукта по линии 184, они имеют температуры -108,7, -79,2 и -102,6°C, соответственно.
Также в таблицах с 4А по 4B показано, что системы сжатия и автоохлаждения 125 и 160 обеспечивают достаточно полное разделение различных компонентов газообразного продукта продувки, т.е. азота (продувочного газа), этилена (мономер) и изопентена/бутена (ИКА/сомономер), так, что разделенные компоненты можно возвратить в подходящие места полимеризационной системы 100 вместо того, чтобы выпускать в атмосферу, подавать на факел, сжигать в качестве топлива или иным образом удалять из полимеризационной системы. Например, первый продукт в линии 174 в достаточной степени обогащен легкими компонентами, включая в этом случае азот в количестве примерно 83,1 мас.%, и в достаточной степени обеднен тяжелыми компонентами (например, содержание бутена составляет менее 0,005 мас.% и содержание изопентана составляет менее 0,005 мас.%), так, что первый продукт можно подавать в качестве продувочного газа по линии 112 для продувки полимерного продукта. В другом примере второй продукт, подаваемый по линии 178, в достаточной степени обогащен легкими углеводородами (содержание этилена составляет примерно 51,4 мас.%, а этана примерно 16,2 мас.%), так, что второй продукт по линии 178 можно возвращать назад в реактор полимеризации 103, таким образом обеспечивается возврат в реактор мономера (этилена) и сомономера (бутена). Дополнительно, поскольку второй продукт, подаваемый по линии 178, находится под давлением примерно 2760 кПа, его можно возвращать напрямую в реактор полимеризации, который работает при давлении примерно 2515 кПа, без дополнительного сжатия. В другом примере третий продукт в линии 185 содержит примерно 52,3 мас.% этилена и примерно 16,3 мас.% этана. Как таковую, по меньшей мере часть третьего продукта в линии 185 можно возвратить по линии 186 в газообразный продукт продувки в линии 116, что позволяет увеличить концентрацию более легких компонентов, например, этилена и этана, в сжатом газообразном продукте продувки в линии 149, чтобы поддерживать желаемое содержание хладагента в системе автоохлаждения 160.
Все численные значения обозначены как примерные или приблизительные, они учитывают экспериментальную ошибку и отклонения, которые являются ожидаемыми для лиц, имеющих обычную квалификацию в данной области техники. Все величины давления подразумевают абсолютное давление, если не указано иное.
Различные выражения определены выше. В той степени, в которой термины, применяемые в формуле изобретения, не определены выше, им следует придавать значение в самом широком смысле, который подразумевают лица, квалифицированные в данной области техники, что отражено по меньшей мере в одной печатной публикации или выпущенном патенте. Далее, все патенты, методики испытания и другие документы, процитированные в настоящей заявке, полностью включены в нее в качестве ссылки в той степени, в которой такое включение не противоречит заявке и для всех юрисдикции, в которых такое включение разрешено.
Хотя изложенное выше описание направлено на предпочтительные варианты настоящего изобретения, другие и дополнительные предпочтительные варианты изобретения могут быть разработаны без отклонения от основной сферы настоящего изобретения и сферы изобретения, как она определена в приведенных ниже пунктах формулы изобретения.