СПОСОБ И СИСТЕМА ЗАКАЛИВАНИЯ РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
METHOD OF SYSTEM FOR POLYMERISATION REACTION HARDENING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе для закаливания и транспортирования суспензии полимера из реактора полимеризации в расширительную емкость с целью сведения до минимальной величины засорения транспортной линии.
Предпосылки создания изобретения
В промышленности широко распространены процессы суспензионной полимеризации с целью получения бутилового каучука в растворителе, обычно метилхлориде. Обычно при полимеризации изоолефинов, например изобутилена, с любыми сомономерами в качестве растворителя реакционной смеси применяют метилхлорид при низких температурах, обычно ниже -90°С. Существует множество причин применения метилхлорида, включая тот факт, что он растворяет мономеры и катализатор на основе хлорида алюминия, но не растворяет полимерный продукт. Метилхлорид также обладает подходящими температурами замерзания и кипения, позволяющими, соответственно, проводить полимеризацию при низкой температуре и проводить эффективное разделение полимера и непрореагировавших мономеров.
Промышленно производимые реакторы, которые обычно применяют для получения суспензий бутилового каучука, представляют собой сосуды для хорошего смешивания объемом более величины от 10 до 30 литров и с высокой скоростью циркуляции, которую обеспечивают лопасти насоса. Как реакция полимеризации, так и работа насоса производят тепло, которое удаляют в теплообменниках с целью поддержания суспензий в холодном состоянии, Суспензии циркулируют через трубки теплообменника. Суспензию продукта обычно переносят из бутильного реактора в закалочный коллектор или емкость, где ее смешивают с закалочной текучей средой, обычно паром и/или горячей водой, с целью прекращения любой дальнейшей полимеризации и удаления растворителя.
Полимер обычно обладает более низкой плотностью, чем растворитель, и для удаления суспензии полимера из реактора применяют реакторную линию перелива. Транспортная линия перелива обычно имеет форму перевернутой буквы U, что дает возможность приспособиться к разности термической насадки охлажденного реактора полимеризации (-90°С или ниже) и расширительной емкости, которая обычно работает при относительно более высокой температуре, изменяющейся от температуры кипения растворителя до температуры кипения воды, например от 40 до 100°С. Схематическое изображение транспортной линии 2, используемой ранее в данной области техники, соединяющей реактор суспензионной полимеризации 4 и расширительную емкость 6, показано на фиг.1. Транспортная линия 2 обычно заканчивается закалочной насадкой 7, в которой продукт смешивается с паром и/или горячей водой 8, которые можно удалить и откачать насосом из нижней части расширительной емкости 6.
Транспортные линии перелива из реактора имеют склонность к засорению на протяжении цикла производства полимера при использовании в качестве растворителя метилхлорида. Находящиеся в метилхлориде частицы полимера способны содержать растворенный растворитель и могут размягчаться, что приводит к их склонности слипаться друг с другом и налипать на поверхности реактора, то есть частицы являются «клейкими» и, как полагают, вызывают засорение транспортной линии вследствие агломерации частиц и их налипания на поверхности в транспортной линии. Обычно при использовании в качестве растворителя метилхлорида транспортную линию можно очистить от засорения продувкой паром, при которой, как полагают, происходит испарение тонкой пленки метилхлорида с внутренних поверхностей линии и/или удаление метилхлорида из частиц полимера. Усовершенствованные линии барботирования пара и системы сбора конденсата (не показаны), включающие помещение транспортной линии в паровую рубашку, разработаны с целью удаления или предотвращения засорений транспортных линий. Часто засорение можно освободить указанным способом и удалить под давлением из транспортной линии благодаря тому, что частицы полимера, полученные с применением метилхлорида, мягкие.
Недавно была предложена полимеризация изобутилена и других мономеров в гидрофторуглеродных (ГФУ) растворителях, например тетрафторэтане. Применение ГФУ в качестве растворителей или в смесях с другими растворителями дало возможность создать новые системы для полимеризации, в которых агломерация частиц снижается, в этих системах можно также избежать применения или снизить количество используемых в системах для полимеризации хлорированных углеводородов, например метилхлорида. Такие новые системы полимеризации снижают агломерацию частиц и засорение реактора без отрицательного воздействия на показатели процесса, условия или компоненты, и/или без снижения производительности/ пропускной способности и/или возможности получения полимеров высокой молекулярной массы. ГФУ представляют собой химические вещества, которые обычно применяют в качестве экологически приемлемых охладителей, поскольку они обладают очень низким (даже нулевым) воздействием на разложение озона, а также они обычно обладают низкой воспламеняемостью, особенно по сравнению с углеводородами и хлорированными углеводородами.
Некоторые среды для полимеризации, процессы, реакторы и системы, в которых можно применять ГФУ, описаны в следующих общепризнанных патентных ссылках: WO 2004058827; WO 2004058828; WO 2004058829; WO 2004067577; WO 2006011868; US 2005101751; US 2005107536; US 2006079655; US 2006084770; US 2006094847; US 2006100398 и US 2006111522.
При использовании ГФУ транспортная линия также имеет склонность к засорению, и в отличие от процессов с применением метилхлорида ее нельзя легко очистить применением пара и давления. Это наблюдение является неожиданным, поскольку частицы суспензии в ГФУ не являются такими клейкими, как частицы в суспензии в метилхлориде, а клейкость частиц полимера, как обычно считают, является наиболее важным фактором при засорении транспортной линии. С другой стороны, частицы суспензии в ГФУ твердые и имеют склонность к образованию очень твердых пробок, которые невозможно удалить отпариванием.
Полагают, что независимо от используемого растворителя засорение транспортной линии является существенным источником времени простоя бутильных реакторов, применяемых в промышленности в течение более чем половины столетия. До сих пор очень мало исследований и разработок было предпринято в области снижения или предотвращения засорения транспортных линий. Один из подходов, который демонстрирует как сложность проблемы, так и чрезмерно усложненные попытки, которые операторы желают предпринять с целью решения данной проблемы, включает применение двухшнекового экструдера в транспортной линии, как описано в патентной публикации US 2005187366.
Ясно, что существует давняя и неудовлетворенная потребность в данной области техники в создании улучшенных систем транспортных линий и способов для применения в бутильных реакторах и аналогичных процессах, которые просты по конструкции и в использовании и эффективно позволяют избежать частого засорения.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, суспензию из реактора подают в закалочную камеру через адиабатический трубопровод. Суспензию термически изолируют от любой закалочной текучей среды, ее можно также изолировать от теплоотвода от стен закалочной камеры в месте расположения входа в транспортную линию. Например, транспортная линия может быть изолированной. Дальнейшее улучшение может включать исключение нисходящей ветви U-образной транспортной линии, что позволяет удалить ловушку из конструкции транспортной линии, известной в данной области техники. Применение адиабатической и/или не содержащей ловушки транспортной линии позволяет эффективно избежать частого засорения транспортной линии. Этот результат является неожиданным на фоне широко распространенной в данной области техники практики применения внешнего пара с целью избежать образования или удалить пробки в транспортной линии.
В одном из аспектов настоящее изобретение обеспечивает способ перемещения суспензии из реактора полимеризации. Способ может включать разгрузку суспензии из реактора в транспортную линию, заканчивающуюся в закалочной камере, и пропускание суспензии в горизонтальном направлении, наклонно вверх, вертикально или в комбинации перечисленных способов через трубопровод в транспортной линии и через насадку трубопровода через отверстие в стенке закалочной камеры к выходу из транспортной линии. Способ может включать первоначальное введение закалочной текучей среды в закалочную камеру, соединенную с насадкой трубопровода. Стадия способа может включать термическое изолирование насадки трубопровода от стенки и закалочной текучей среды.
В одном из предпочтительных вариантов способ может включать отвод смеси суспензии и закалочной текучей среды из закалочной камеры в емкость, например расширительную емкость. Выход из транспортной линии может находиться на дальнем конце насадки трубопровода, удаленном в продольном направлении от стенки.
В одном из предпочтительных вариантов канал в трубопроводе не содержит ловушек. Скорость суспензии в трубопроводе можно поддерживать такой, чтобы она превышала конечную скорость всплывания частиц полимера в суспензии, а в другом предпочтительном варианте такой, чтобы частицы не осаждались или не прилипали к стенке канала для жидкости. В одном из предпочтительных вариантов скорость суспензии поддерживают на уровне 0,91 м/с (3 фута/с) или выше.
В одном из предпочтительных вариантов первое введение закалочной текучей среды может включать установление тангенциального вихревого потока закалочной текучей среды на цилиндрической поверхности закалочной камеры между стенками и выходным отверстием насадки трубопровода.
В предпочтительных вариантах способ может включать заключение насадки трубопровода в коаксиальную внешнюю трубу и расположение изоляции в кольцеобразном пространстве между насадкой трубопровода и внешней трубой. Далее, трубопровод можно закрепить во внешней трубе, например, с помощью поддерживающего устройства, расположенного в кольцеобразном пространстве. Поддерживающее устройство может представлять собой кольцо и/или быть изготовлено из термически устойчивого материала. Дальний конец внешней трубы можно припаять к внешней поверхности насадки трубопровода.
В одном из предпочтительных вариантов способ может включать наклон насадки трубопровода вниз в закалочную камеру под углом от нуля до пяти градусов отклонения от горизонтального положения, например, чтобы производить слив в закалочную камеру. В других предпочтительных вариантах способ может включать полирование поверхности канала, конкретно электрополирование, и/или получение плавных соединений отверстий между смежными секциями транспортной линии. Далее, способ может включать поддержание ориентации потока суспензии через трубопровод вертикальной, наклоненной вверх, горизонтальной или в виде комбинации перечисленного, по всей длине трубопровода между реактором и насадкой трубопровода. Предпочтительно любые изгибы в трубопроводе можно делать с большими радиусами, то есть так, чтобы радиус поворота составлял 0,91 м (примерно 3 фута) или более.
В одном из предпочтительных вариантов способа стадия может включать изолирование трубопровода с целью технического обслуживания посредством закрытия первого изолирующего вентиля между трубопроводом и реактором и второго изолирующего клапана между трубопроводом и закалочной камерой. В одном из предпочтительных вариантов второй изолирующий клапан может быть расположен между трубопроводом и насадкой трубопровода. Если требуется, способ может включать установку сервисного фланцевого приемника в трубопроводе между первым и вторым изолирующими клапанами.
В другом предпочтительном варианте способ может включать выгрузку суспензии в боковую секцию закалочной камеры, оканчивающуюся на стенке, и пропускание суспензии и закалочной текучей среды из боковой секции через восходящую вертикальную секцию, соединенную с емкостью. В особенно предпочтительном варианте боковая секция наклонена вниз на 5 градусов по отношению к горизонтали с целью оттока жидкости из вертикальной секции. Разгрузка суспензии в боковой секции может быть направлена в вертикальную секцию с целью замедления столкновения суспензии с поверхностями боковой секции. В одном из предпочтительных вариантов имеется ввод второй закалочной текучей среды в закалочную камеру, который может включать установление тангенциального вихревого режима стока закалочной текучей среды у цилиндрической поверхности, примыкающей к верхней части вертикальной секции.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается полезная система транспорта, которая переносит суспензию из реактора полимеризации, например, на закаливание и переносит суспензию в расширительную емкость в соответствии со способом, описанным выше. Транспортная система может включать первый вход для закалочной текучей среды, предназначенный для введения закалочной текучей среды в закалочную камеру на выходе из канала, проходящего из реактора через транспортную линию. Закалочная камера может соединяться с емкостью и обладать относительно большим внутренним поперечным размером по сравнению с внешним поперечным размером транспортной линии. В одном из предпочтительных вариантов система может дополнительно отличаться наличием канала, включающего не содержащий ловушек трубопровод и насадку трубопровода, проходящий через отверстие в стенке закалочной камеры к выходу, и термический барьер между стенкой и насадкой трубопровода, который проходит по всей длине насадки трубопровода от отверстия до выхода. В одном из предпочтительных вариантов начальный ввод для закалочной текучей среды может включать тангенциальную вихревую насадку, расположенную по оси между отверстием в стенке и выходом транспортной линии.
В одном из предпочтительных вариантов внешняя труба может охватывать насадку трубопровода, и изоляция может быть расположена в кольцевом отверстии между насадкой трубопровода и внешней трубой. Трубопровод и внешняя труба могут быть коаксиальными. Поддерживающее устройство в кольцевом зазоре между трубопроводом и внешней трубой может отделять трубопровод от внешней трубы. Например, поддерживающее устройство может представлять собой кольцо, и/или оно может быть изготовлено из термически устойчивого материала. Дальний конец внешней трубы может быть припаян к внешней поверхности насадки трубопровода, в одном из предпочтительных вариантов, например, примыкать к выходному отверстию, которое может быть отнесено от стены. В других предпочтительных вариантах стенка отверстия в закалочную камеру может включать глухой фланец, а внешняя труба может проходить через отверстие в глухом фланце.
В различных предпочтительных вариантах поверхность канала может быть полированной, необязательно включая электрополирование, и система может включать плавные переходы канала между примыкающими секциями. В одном из предпочтительных вариантов трубопровод может быть вертикальным, наклоненным вверх, горизонтальным или представлять собой комбинацию перечисленного на всем протяжении. Насадка трубопровода может быть горизонтальной или наклоненной вниз в закалочную камеру под углом до пяти градусов от горизонтали. Система также может включать первый изолирующий клапан между трубопроводом и реактором и второй изолирующий клапан между трубопроводом и закалочной камерой. Второй изолирующий клапан может быть расположен между трубопроводом и насадкой трубопровода. Сервисный расширительный приемник может также быть расположен в трубопроводе между первым и вторым изолирующими клапанами, например, на конце трубопровода, примыкающем к второму клапану.
В одном из предпочтительных вариантов закалочная камера может также включать боковую секцию, заканчивающуюся на стенке, восходящую вертикальную секцию для соединения каналом подачи текучей среды боковой секции и емкости. Боковая секция может иметь наклон в пределах 5 градусов от горизонтали, а вертикальная секция в пределах 5 от вертикали. В качестве альтернативы, вертикальная секция может быть наклонена в пределах от 5 до 50 градусов от вертикали. Вход второй закалочной жидкости может включать тангенциальную вихревую насадку, расположенную рядом с верхней частью вертикальной секции.
В другом аспекте изобретение обеспечивает полимеризационную систему. Система может включать реактор суспензионной полимеризации с одной или более питающей линией для подачи мономера, катализатора и растворителя в реактор, закалочную камеру, предназначенную для смешивания суспензии из реактора с закалочной жидкостью, емкость, соединенную с закалочной камерой, и транспортную линию суспензии в жидкостном соединении с реактором и закалочной камерой, причем закалочная камера обладает относительно большим внутренним размером в поперечнике по сравнению с внешним размером транспортной линии в поперечнике. Система может также включать вход для первой закалочной жидкости, предназначенный для подачи закалочной текучей среды в закалочную камеру у выхода канала, проходящего через транспортную линию, причем канал включает не содержащий ловушек трубопровод и насадку трубопровода, проходящую через отверстие в стенке закалочной камеры к выходу, и термический барьер между стенкой и насадкой трубопровода, а также удлинение вдоль насадки трубопровода от отверстия до места, примыкающего к выходу. В одном из предпочтительных вариантов емкость включает расширительную емкость.
В одном из предпочтительных вариантов полимеризационная система может дополнительно включать коаксиальную рубашку в виде внешней трубы на насадке трубопровода, изоляцию, расположенную в кольцевом отверстии между насадкой трубопровода и внешней трубой, термически устойчивое поддерживающее средство, которое может представлять собой кольцо, расположенное в кольцевом зазоре между трубопроводом и внешней трубой, с целью пространственного разделения трубопровода и внешней трубы, и сварное соединение между отдаленным концом внешней трубы и внешней поверхностью насадки трубопровода, примыкающей к выходу, которое может быть в осевом направлении удалено от стенки. В одном из предпочтительных вариантов стенка отверстия, ведущего в закалочную камеру, включает глухой фланец, и внешняя труба может проходить через отверстие в глухом фланце. В одном из предпочтительных вариантов насадка трубопровода может быть горизонтальной или наклоненной вниз в закалочную камеру под углом до пяти градусов от горизонтали.
В другом предпочтительном варианте полимеризационной системы поверхность канала может быть полированной, например электрополированной. Полимеризационная система может дополнительно включать плавные соединения между примыкающими секциями канала для текучей среды. Трубопровод может быть вертикальным, наклоненным вверх, горизонтальным или представлять собой комбинацию перечисленного по своей длине. Система может также включать первый изолирующий клапан между трубопроводом и реактором, второй изолирующий клапан между трубопроводом и насадкой трубопровода и сервисный расширительный резервуар между трубопроводом и вторым изолирующим клапаном.
В одном из предпочтительных вариантов полимеризационной системы закалочная камера может включать боковую секцию, наклоненную в пределах пяти градусов к горизонтали, заканчивающуюся на стенке, и восходящую вертикальную секцию для жидкостного соединения между боковой секцией и емкостью, вертикальную или наклоненную к вертикали под углом не более 50 градусов. Система может также включать ввод для второй закалочной жидкости, включающий тангенциальную вихревую насадку, расположенную рядом с верхней частью вертикальной секции.
Чертежи
На фиг.1 схематически показана известная ранее в данной области техники U-образная линия перетока из реактора в расширительную емкость.
На фиг.2 схематически показана транспортная система из реактора суспензионной полимеризации в закалочную камеру расширительной емкости, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов настоящего изобретения.
На фиг.3 представлена подробная схема поперечного сечения области транспортной системы, показанная линией 3 на фиг.2.
На фиг.4 представлено поперечное сечение глухого фланца 30, изображенного на фиг.3, вдоль линий 4-4.
На фиг.5 представлено поперечное сечение входа для первой закалочной жидкости, на фиг.3 он обозначен 44, а поперечное сечение задано линиями 5-5.
На фиг.6 представлено поперечное сечение входа для второй закалочной жидкости, на фиг.3 он обозначен 46, а поперечное сечение задано линиями 6-6.
На фиг.7 представлено подробно поперечное сечение редуктора 50, расположенного в области транспортной системы, обозначенной линией 7 на фиг.2.
На фиг.8 изображено поперечное сечение полнопроходного клапана, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения.
На фиг.9 представлено схематическое изображение транспортной системы из реактора суспензионной полимеризации в закалочную камеру, включающего наклонную вертикальную секцию 52, в соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения.
На фиг.10 представлено схематическое изображение транспортной системы из реактора суспензионной полимеризации в закалочную камеру расширительной емкости, показывающее горизонтальную транспортную линию 54, в соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения.
Подробное описание сущности изобретения
Изобретение относится к системе и способу закаливания и транспортирования суспензии полимера и растворителя в расширительную емкость из реактора, в котором производят изоолефиновые полимеры или сополимеры, например бутиловый каучук, полиизобутилен и т.д.
Для целей настоящего изобретения и приложенной формулы изобретения под выражением «реактор» понимают любой контейнер (контейнеры), в которых протекает химическая реакция. Коммерческие реакторы, которые обычно применяют для получения таких полимеров, могут представлять собой сосуды с хорошим смешиванием, размер которых больше величины от 10 до 30 литров, обеспечивающие высокую скорость циркуляции за счет крыльчатки насоса. Как реакция полимеризации, так и насос могут вырабатывать тепло, поэтому с целью поддержания суспензии в холодном состоянии реакционная система может включать теплообменники. Пример такого проточного реактора перемешивания (ПРП) приведен в патенте US 5417930, включенном в настоящее описание в качестве ссылки. В этих реакторах суспензия может циркулировать через трубки теплообменника. Охлаждение можно обеспечивать, например, кипением этилена на внешней стороне. Температуру суспензии можно регулировать с использованием следующих параметров: температура кипения этилена, требуемый тепловой поток и общая устойчивость к теплопереносу.
Выражение «суспензия» означает объем растворителя, включающего полимер, который осаждается из, например, растворителя, мономеры, компоненты каталитической системы, например кислоты Льюиса, инициатор, модификаторы и т.д.
Выражение «растворитель» означает разбавляющий или растворяющий агент. Растворитель может включать химические вещества, которые могут действовать в качестве растворителей для компонентов каталитической системы, мономеров или других добавок. Чистый растворитель обычно не изменяет общей природы компонентов полимеризационной среды, то есть компонентов каталитической системы, мономеров и т.д.; однако могут протекать некоторые ограниченные взаимодействия между растворителем и реагентами. Дополнительно, выражение «растворитель» может включать смеси двух или более растворителей. Далее, галогенированные углеводороды, например метилхлорид и гидрофторуглероды, являются просто не ограничивающими сферу действия настоящего изобретения примерами растворителей, которые подходят для применения в настоящем изобретении.
Выражение «закаливание» или «закалка» означает способ быстрого нагревания и смешивания суспензии, выходящей из реактора, с закалочной средой, обычно водой и/или паром, при котором дальнейшая полимеризация прекращается. Например, суспензия может покидать реактор с температурой ниже -90°С и входить в расширительную емкость, обладая температурой 60°С.
Под выражением «ловушка» понимают колено или разделенную камеру в линии, в которых может накапливаться материал с относительно низкой плотностью и замедлять, блокировать или герметично закрывать проход по линии для материала с относительно высокой плотностью, например верхнюю часть U-образного колена. В настоящем описании и формуле изобретения под выражением «не содержащая ловушек» понимают такую линию или часть линии, которая не содержит ловушек и предпочтительно в целом не содержит значительного количества нисходящих гидравлических каналов, например, линия или канал состоит по существу из горизонтальных, вертикальных и наклоненных вверх секций или их комбинации по заданной длине всей линии или ее секции, более предпочтительно направленной вверх линии. Нисходящий гидравлический канал в линии имеет существенное значение для целей настоящего изобретения в том случае, когда его общая высота в вертикальном направлении составляет более двух радиусов линии, когда линия обладает однородным поперечным сечением в форме круга, или более двух гидравлических радиусов, если форма поперечного сечения отличается от круга.
Ориентацию наклона, то есть вверх/положительная или вниз/отрицательная, определяют в перпендикулярном направлении к потоку при стационарных условиях функционирования процесса.
Один из не ограничивающих сферу действия настоящего изобретения примеров транспортной системы в соответствии с настоящим изобретением включает транспортную линию из реактора суспензионной полимеризации в закалочную камеру, связанную с расширительной емкостью. На фиг.2 представлено схематическое изображение транспортной системы 10 между реактором суспензионной полимеризации 12 и расширительной емкостью 14, в которой закалочная камера удобным образом имеет форму увеличенной трубы или насадки 15 в соответствии с одним из предпочтительных вариантов настоящего изобретения. Выход реактора 16 может представлять собой сливной выход, как это известно в данной области техники, и верхний изолирующий клапан 18 может соединять выход из реактора 16 с трубопроводом 20. Насадка 15 может включать боковую секцию 60, восходящую или вертикальную секцию 62, а также основную секцию 64, постоянно присоединенную к емкости 14. Основную секцию 64 иногда называют укороченной трубой. Суспензию из реактора 12 можно выгружать через выход 16. В иллюстративном предпочтительном варианте трубопровод 20 может соединяться с закалочной насадкой 15, как обсуждается более подробно ниже.
В одном из предпочтительных вариантов трубопровод 20 может не содержать ловушек между реактором 12 и закалочной насадкой 15, а в другом предпочтительном варианте не иметь отрицательного наклона. Отрицательный наклон в трубопроводе определяет склонность к образованию ловушки, что обычно нежелательно, поскольку это может способствовать засорению. Трубопровод 20 предпочтительно термоизолирован.
На фиг.3 представлено увеличенное изображение поперечного сечения транспортной системы 10, изображенной на фиг.2, показывающее область, в которой трубопровод 20 соединяется с закалочной насадкой 15. Гидравлический канал из трубопровода 20 может служить окончанием выхода 24 в соединении с камерой 26, обозначенной закалочной насадкой 15. Трубопровод 20 может соединяться с насадкой трубопровода 28, которая может быть отделена или соединена с трубопроводом 20. Нижний изолирующий клапан 38 и сервисная расширительная емкость 40 могут быть удобным образом расположены в транспортной линии между насадкой трубопровода 28 и трубопроводом 20. Емкость 40 может вмещать обычный сервисный фланец, который в данной области техники называют также заглушкой в виде восьмерки или очковой заглушкой, он включает прокладку для нормальной работы, соединенную с глухим фланцем, необязательно с сервисными втулками для входа текучей среды, которые могут в качестве альтернативы быть расположены в емкости 40 в промежутке между режимами работы и сервисного обслуживания, при необходимости. Для сервисного обслуживания при желании, альтернативно или дополнительно, можно обеспечить вход для подачи промывной текучей среды в трубопровод 20, включающий промывной клапан 22, обычно, если реактор 12 не действует, через это отверстие можно подавать растворитель или другой флюид, например нафту, их можно применять в качестве растворителя для очистки трубопровода 20, реактора 12 или другого оборудования.
Насадка трубопровода 28 может простираться через конец или боковую стенку закалочной насадки 15, например, насадка трубопровода 28 может удобным образом выдаваться через глухой фланец 30 на конце закалочной насадки 15. На фиг.4 представлено изображение поперечного сечения глухого фланца 30, изображенного на фиг.3, как он виден в сечении по линиям 4-4. Насадка трубопровода 28 может быть покрыта внешней трубой 32, а в кольцевом зазоре между насадкой трубопровода 28 и внешней трубой 32 может быть расположен слой изоляции 34 (см. фиг.3), образующий кольцевой термический барьер. Кольцевой зазор может содержать периферическое сварное соединение 35, которое удобно получать сваркой имеющего отверстие в центре наконечника трубы с дальними концами внешней трубы 32 и насадки трубопровода 28. Поддерживающее кольцо 36 можно расположить в кольцевом зазоре между трубопроводом 28 и внешней трубой 32 с целью отделения трубопровода от внешней трубы. Поддерживающее кольцо может стабилизировать насадку трубопровода 28 с целью сведения до минимума нагрузки на сварные соединения в периферической перемычке 35. Поддерживающее кольцо 36 можно предпочтительно изготовить из долговечного материала с относительно высокой устойчивостью к теплопереносу, например из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Насадка трубопровода 28 и/или боковая секция 60 насадки 15 могут быть горизонтальными или, при желании, наклоненными слегка вниз, например под углом до пяти градусов к горизонтали, с целью ускорения оттока жидкости в вертикальную секцию 62. Канал 29 может заканчиваться в дальнем конце насадки трубопровода 28 в боковой секции 60 и/или примыкать к верхней части вертикальной секции 62. В одном из предпочтительных вариантов окончание, внутренний диаметр и положение насадки трубопровода 62 конструируют так, чтобы траектория выходящей суспензии при конструкционных расходах и скоростях потока попадала в вертикальную секцию 62 с минимальным столкновением или вовсе без столкновения с внутренними поверхностями боковой секции 60. На фиг.5 представлено изображение поперечного сечения вихревой насадки 44, которая может представлять собой первый ввод воды, примыкающий к насадке трубопровода 28. Стенка насадки 15, камера 26, внешняя труба 32, изоляция 34, насадка трубопровода 28 и канал 29 могут образовывать концентрические кольца, как показано на чертеже. Вихревая насадка 44 может вводить закалочную жидкость в тангенциальном направлении по отношению к локальному диаметру насадки 15 и таким образом придавать спиральную форму потоку на внутренней поверхности насадки 15 в боковой секции 60. Однако, если насадка 15 имеет крутой изгиб или поворот от боковой в вертикальную секцию 62, поток жидкости может принимать форму осевого потока, и тогда можно вводить вспомогательную или дополнительную закалочную жидкость.
На фиг.6 представлено поперечное сечение второго ввода для воды, который может быть расположен на верхней части вертикальной секции 62. Вход для вспомогательной закалочной жидкости может включать тангенциальную вихревую насадку 46, предназначенную для того, чтобы создавать спиральную форму потоку закалочной жидкости на поверхности вертикальной секции 62. Вихревая насадка может замедлять всплытие и агломерацию частиц. Дополнительная тангенциальная вихревая насадка 47 (см. фиг.2) может быть расположена в основной секции 64 или в другом месте (местах) насадки 15. Вихревые насадки 44, 46 и 47 можно использовать для быстрого нагревания суспензии, удаления налипших частиц полимера и замедления любого налипания полимерных частиц в закалочной насадке 15. Пар и/или конденсат можно применять в качестве альтернативной закалочной жидкости или в дополнение к воде, рециркулирующей из расширительной емкости 14 через линию 66 (см. фиг.2).
Транспортная система 10 может быть установлена с применением материалов, подходящим образом выбранных для предполагаемых условий действия и обслуживания, она может быть новой конструкции или представлять собой модифицированную существующую установку с бутиловым реактором. С целью усовершенствования существующей транспортной линии трубопровод 20, соединение на глухом фланце 30, боковую секцию 60, вертикальную секцию 62 и любые соединительные линии и монтажные изделия можно изготовить предварительно наряду с любой новой системой поддержки или доступа, которые могут понадобиться при монтаже. Например, может потребоваться приподнятый настил (не показан), обеспечивающий доступ персоналу при подъеме соединения, включающего глухой фланец 30, а также обеспечивающий достаточную высоту, которая позволяет персоналу спускаться ниже приподнятого настила. Если начинать рассоединение и удаление компонентов старой транспортной системы тогда, когда предварительно изготовленные для замены компоненты уже поставлены, время остановки системы для монтажа новых компонентов транспортной системы 10 можно свести к минимуму.
В процессе работы холодную суспензию можно пропускать через трубопровод 20 и насадку трубопровода 28 в закалочную камеру 26 в насадке 15. Горячую воду можно подавать в закалочную камеру 26 через вихревые насадки 44, 46 и 47 с целью быстрого нагрева суспензии, входящей в камеру 26. Закалочная вода может содержать добавку, облегчающую суспендирование, например стеарат цинка или стеарат кальция, которая обволакивает и смазывает полимер в закалочной насадке с целью высвобождения агрегатов полимера, налипших на поверхности, и замедления образования крупных агломератов. Добавку, облегчающую суспендирование, можно прибавлять непосредственно в подаваемую для закаливания воду, или, альтернативно или дополнительно, добавку, облегчающую суспендирование, можно добавлять в расширительную емкость и затем прокачивать через закалочную насадку с водой, удаленной со дна расширительной емкости. Закалочная текучая среда может удалять любой полимер, налипший на стенки закалочной камеры 26, и эффективно снижать адгезию твердых веществ. Суспензия и вода могут вытекать через вертикальную секцию 62 и основную секцию 64 в расширительную емкость 14 для обработки обычным способом.
Холодная адиабатическая работа трубопровода 20 и насадки трубопровода 28 сводит к минимуму агломерацию частиц полимера на внутренних поверхностях транспортной линии. Изолирование насадки трубопровода 28 может ускорять изотермическое или почти изотермическое действие вблизи глухого фланца 30 и помогает избежать образования горячих точек, которые могли бы привести к ограничениям или засорению. Дополнительно, трубопровод 20 и/или насадку трубопровода 28 можно охлаждать в одном из предпочтительных вариантов, например при использовании дублирующей линии подачи охладителя (не показана) под изоляцией. В одном из предпочтительных вариантов не применяют барботирования пара или других способов нагрева трубопровода 20 и/или насадки трубопровода 28.
В другом предпочтительном варианте, если в линии, выходящей из реактора 10, то есть в трубопроводе 20 и насадке трубопровода 28, присутствуют пары воды, вода (содержащая или не содержащая гидрат метилхлорида) может образовывать лед, который может вызывать блокировку линии. В этом случае конец линии можно поддерживать при температуре, достаточной для предотвращения образования льда и/или гидрата.
Как упомянуто выше, в одном из предпочтительных вариантов скорость суспензии поддерживают такой, чтобы можно было замедлить осаждение или прилипание частиц к стенкам канала, например выше конечной скорости всплывания частиц полимера в растворителе для суспензии. Конечную скорость всплывания легко определяют лица, квалифицированные в данной области техники, как функцию разницы в плотности частиц и растворителя, размера частиц и наклона канала для текучей среды. В большинстве случаев для полимеров и сополимеров изобутилена, получаемых в суспензионном реакторе в растворителях, имеющих обычную разность плотности по сравнению с продажными растворителями для полимеров, например, метилхлоридом или ГФУ, конечная скорость обычно ниже 0,91 м/с (3 фута/с), поэтому такая величина может служить критерием для конструирования. В модифицированных приборах, в которых существующая линия перетока в виде U-образной трубки слишком велика для обеспечения нужной скорости суспензии, применяемый вместо нее замещающий трубопровод 20 должен обладать меньшим диаметром. Например, формально 76,2 мм (примерно трехдюймовую) U-образную трубку нужно заменить трубопроводом 20, номинальный диаметр которого составляет 50,8 мм (примерно 2 дюйма), с целью достижения нужной скорости суспензии в транспортной линии.
Другие особенности, которые дополнительно облегчают замедление агломерации твердых или липких частиц полимера в трубопроводе 20 и насадке трубопровода 28, могут включать следующие приемы: отсутствие резких изгибов, обеспечение мягких переходов при изменении направления потока или при изменении поперечных сечений потока, обеспечение плавных переходов между отверстиями канала, снижение до минимума выступов на пути потока суспензии, полирование поверхностей канала 29 и т.д. Изгибы трубопровода 20 предпочтительно имеют радиус, составляющий по меньшей мере 30 см (примерно 1 фут), более предпочтительно по меньшей мере 60 см (примерно 2 фута), и конкретно по меньшей мере 90 см (примерно 3 фута).
На фиг.7 показан постепенно расширяющийся переходник 50, который можно применять на внутреннем конце трубопровода 20, примыкающем к верхнему изолирующему клапану 18 (см. фиг.2). Например, если изоляционный клапан имеет номинальный диаметр 76,2 мм (примерно 3 дюйма), а трубопровод имеет номинальный диаметр 50,8 мм (примерно 2 дюйма), переходник 50 может иметь диаметры на концах 76,2 и 50,8 мм. Номинальный или стандартный редуктор мог бы приводить к конусному переходу, что привело бы к засорению или ограничению потока в транспортной линии. В одном из предпочтительных вариантов изобретения редуктор 50 имеет угол 70 конического перехода, составляющий предпочтительно не более 15 градусов от продольной оси, более предпочтительно не более 12 градусов, более предпочтительно не более 8 градусов, и конкретно не более 5 градусов.
На фиг.8 представлено изображение поперечного сечения нижнего изолирующего клапана 38 (см. фиг.3) в одном из предпочтительных вариантов, который может быть таким же, как и верхний изолирующий клапан 18. Клапан 38 может включать шар, включающий полное отверстие 42, то есть отверстие 42 такое же, как отверстие канала 29 в трубопроводе 20 и/или насадке трубопровода 28. Это обеспечивает плавное соединение отверстий у стенок транспортной линии между различными секциями. Сведение до минимума величины выступов и неоднородностей перехода позволяет минимизировать турбулентность и прикрепление частиц полимера около перехода.
В одном из предпочтительных вариантов применяют полирование и конкретно электрополирование канала 29, оно может служить эффективным средством замедления прикрепления или отложения полимера на электрополированной поверхности. Электрополирование, которое иногда называют обратным гальванопокрытием, представляет собой хорошо известный электрохимический процесс, в котором полирование металлической поверхности достигается удалением микроскопических количеств материала из обрабатываемой детали. При электрополировании обрабатываемую металлическую деталь погружают в баню, содержащую электролит с регулируемой температурой, и соединяют с положительным полюсом (анодом) источника постоянного тока. Отрицательный полюс прикрепляют к катоду, к которому при подаче электрического тока притягиваются частицы материала, удаленные с анода (обрабатываемая деталь). Часто во время процесса регулируют размер, положение и расстояние от катода до обрабатываемой детали с целью достижения необходимого уровня полировки и локализации областей полировки. Процесс приводит также к пассивации поверхности некоторых сталей вследствие обогащения поверхности стали хромом. Такая поверхность реагирует затем с кислородом, например в результате формируется слой из оксида хрома, который представляет собой пассивирующий слой, предотвращающий коррозию нержавеющей стали.
На фиг.9 представлено схематическое изображение транспортной системы между реактором суспензионной полимеризации и закалочной насадкой расширительной емкости, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения, в котором насадка 15 имеет вертикальную секцию 52, наклоненную под углом 40-50 градусов от вертикали. Более плавный изгиб насадки 15 между боковой и вертикальной секцией 52 может обеспечить тангенциальный поток закалочной жидкости из вихревой насадки 44 по длине насадки 15, таким образом исключается необходимость применения дополнительной вихревой насадки.
На фиг.10 представлено схематическое изображение транспортной системы в соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения, в котором в транспортной линии применяют в целом горизонтальный трубопровод 54. В предпочтительном варианте, который иллюстрирует фиг.10, линия перетока из реактора может быть практически горизонтальной, например согнутой необязательно с небольшим отрицательным наклоном для оттока жидкости. Транспортную линию можно модифицировать с целью приспособления к термическому расширению, например транспортная линия может включать сильфон (не показан) в трубопроводе 54 и/или насадочной секции 52. Транспортная линия может дополнительно включать особенности и детали конструкции, облегчающие транспорт суспензии в расширительную емкость. Например, трубопровод 54 может включать двухшнековый экструдерный элемент (не показан). Примеры двухшнекового экструдера и сильфона приведены в патентной публикации US 2005187366, включенной в настоящее описание в качестве ссылки.
Все патенты и патентные заявки, методики испытаний (например, методики ASTM) и другие документы, процитированные в настоящем описании, полностью включены в него в качестве ссылки в степени, в которой изобретение не противоречит настоящему изобретению, и для всех сфер полномочий, в которых такое включение разрешено.
Хотя иллюстративные предпочтительные варианты изобретения были описаны конкретно, следует понимать, что разнообразные другие модификации будут очевидными и могут быть легко осуществлены лицами, квалифицированными в данной области техники, без отклонения от духа и буквы изобретения. Соответственно, авторы не предполагают, что сфера приложенной формулы изобретения будет ограничена примерами и описаниями, приведенными в данном описании, скорее, формулу нужно понимать как охватывающую все характерные особенности патентной новизны, принадлежащей настоящему изобретению, включая все особенности, которые рассматриваются как эквивалентные лицами, квалифицированными в данной области техники, для которых и предназначено данное изобретение.