УСТАНОВКА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ОХЛАЖДАЮЩИМИ КАНАЛАМИ И РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СХЕМОЙ СОЕДИНЕНИЯ
POLYMERIZATION PLANT WITH PARALLEL COOLING CHANNELS AND RECIRCULATION CONNECTION CIRCUIT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к установке для полимеризации этилена, имеющей рециркуляционную схему соединения с двумя или более параллельными охлаждающими каналами. Настоящее изобретение относится к установке для полимеризации, способу полимеризации и технологическим процессам ниже по потоку.
Предпосылки создания изобретения
Полимеризация этилена представляет собой технологический процесс для производства полиэтилена и получения сополимеров из этилена совместно с другими сомономерами. Полиэтилен или упомянутые сополимеры широко используются для производства, как изделий длительного пользования, так и одноразовых изделий, в частности формованных пластмассовых деталей или полимерных пленок. Полимерные пленки и формованные контейнеры повсеместно используются для упаковки в пищевой промышленности и сфере розничной торговли. Другие сферы использования формованных пластмассовых деталей включают, но не ограничиваются, бытовую электронику, автомобили, домашнюю мебель и посуду, строительные и медицинские изделия.
В патенте ЕР 1 589 043 A2 исследуется использование сомономеров и регуляторов молекулярного веса и их влияние на физические свойства полимерного продукта.
В патенте США US 2010/087606 Al исследуется использование нескольких каналов для введения мономеров и катализаторов в реактор и их влияние на физические свойства полимерного продукта.
В патенте США US 2004/247493 Al исследуется влияние регуляторов молекулярного веса на физические свойства продукта полимеризации.
Учитывая огромное экономическое значение, существующий уровень техники требует совершенствования способов и установок полимеризации.
Краткое изложение существа изобретения
Целью настоящего изобретения является преодоление, по меньшей мере, одной из проблем существующего уровня техники, связанного с полимеризацией этилена.
В частности, дополнительной целью настоящего изобретения является усовершенствование установки и/или усовершенствование способа полимеризации этилена.
Одной из целей настоящего изобретения является создание установки и/или способа полимеризации этилена, позволяющих повысить эффективность использования энергии, увеличить объем выпуска и снизить время простоя установки.
Вклад в достижение, по меньшей мере, одной из вышеописанных целей вносит предмет изобретения, описанный формулой изобретения. Дополнительный вклад вносит предмет изобретения, описанный в зависимых пунктах формулы изобретения, которые представляют собой конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Вклад в достижение, по меньшей мере, одной из вышеописанных целей вносится следующими вариантами осуществления изобретения.
Предлагается установка для полимеризации, содержащая следующие сообщающиеся составные части:
реактор, включающий входную сторону и выходную сторону;
рециркуляционную схему соединения, расположенную между выходной стороной реактора и входной стороной реактора, и обеспечивающую между ними жидкостную связь, причем рециркуляционная схема соединения содержит два или более, предпочтительно 10 или более, более предпочтительно 100 или более, особенно предпочтительно 300 или более, параллельных охлаждающих каналов. В соответствии с настоящим изобретением, в рециркуляционной схеме соединения использовалось до 4000 параллельных охлаждающих каналов.
Установка по варианту осуществления |1|, в которой рециркуляционная  схема соединения содержит устройство охлаждения из пучка труб, включающее два или более, предпочтительно 5 или более, более предпочтительно 50 или более, особенно предпочтительно 200 или более охлаждающих каналов. В соответствии с настоящим изобретением, использовались устройства охлаждения из пучка труб, имеющие вплоть до 1000 каналов охлаждения.
Установка по варианту осуществления |1| или |2|, в которой рециркуляционная схема соединения содержит два или более параллельных устройств охлаждения из пучка труб, каждое из которых включает два или более, предпочтительно 5 или более, более предпочтительно 50 или более, особенно предпочтительно 200 или более охлаждающих каналов.
Установка по любому из предшествующих вариантов осуществления, где реактор представляет собой трубчатый реактор. В одном варианте осуществления, трубчатый реактор содержит трубу длиной, составляющей от 1 км до 10 км, предпочтительно от 1,5 до 7 км, особенно предпочтительно от 2 до 5 км. В одном варианте осуществления, внутренний диаметр трубы составляет от 10 до 200 мм, предпочтительно от 15 до 150 мм, более предпочтительно от 20 до 100 мм. Предпочтительным является изготовление трубы из нескольких трубчатых секций, предпочтительно от 10 до 500 трубчатых секций и более, более предпочтительно от 50 до 300 трубчатых секций. Кроме того, предпочтительно использовать трубчатые секции длиной от 5 до 30 м., предпочтительно от 7 до 25 м. Более того, предпочтительно, чтобы трубчатые секции имели герметичное соединение, например, за счет фланцевых соединений. Предпочтительным является соединение трубчатых секций труб сваркой в объеме менее 10%. Предпочтительным является наличие в трубчатых секциях внутренней трубы и рубашки охлаждения, по меньшей мере, частично окружающей внутреннюю трубу. Предпочтительно, чтобы внутренняя труба была способна выдерживать более высокое давление, чем рубашка водяного охлаждения.
Установка по любому из предшествующих вариантов, в которой, по меньшей мере, один из охлаждающих каналов расположен вертикально, предпочтительно, с углом наклона менее 20°, более предпочтительно менее 10°, особенно предпочтительно менее 5°.
Установка по любому из предыдущих вариантов осуществления, в которой, по меньшей мере, один из охлаждающих каналов удовлетворяет одному или нескольким, предпочтительно двум или всем, критериям.
Длина охлаждающего канала составляет менее 200 м., предпочтительно менее 50 м, более предпочтительно менее 20 м.
Диаметр поперечного сечения внутренней части охлаждающего канала оставляет от 5 мм до 200 мм, предпочтительно от 7 до 120 мм, наиболее предпочтительно от 10 до 80 мм.
Охлаждающий канал рассчитан для работы при перепаде давления между входом и выходом менее 20 МПа, предпочтительно менее 15 МПа, более предпочтительно менее 5 МПа. В некоторых случаях перепад давления между входом и выходом составляет только 0,2 МПа.
Способ получения полимера путем полимеризации этилена в установке по любому из вариантов осуществления от |1| до |6|.
Способ по варианту осуществления |7|, в котором способ представляет собой непрерывный процесс.
Способ по варианту осуществления |7| или |8|, в котором перепад давления в рециркуляционной схеме соединения составляет менее 20 МПа, предпочтительно менее 15 МПа, более предпочтительно менее 10 МПа.
Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |9|, в которых скорость потока жидкой среды, подлежащей охлаждению и протекающей в одном или нескольких охлаждающих каналах, в штатном режиме эксплуатации составляет менее 10 м/сек, предпочтительно менее 5 м/сек, более предпочтительно менее 3 м/сек.
|10a|  Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |10|, в котором скорость хладагента, протекающего в одном или нескольких охлаждающих каналах, в штатном режиме эксплуатации составляет от 0,1 до 5 м/сек, предпочтительно от 0,3 до 3 м/сек, более предпочтительно от 0,5 до 1 м/сек.
|10b|  Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |9|, в которых скорость потока жидкой среды, подлежащей охлаждению и протекающей в одном или нескольких охлаждающих каналах, в режиме очистки или депарафинизации установки составляет менее 0,3 м/сек, предпочтительно менее 0,25 м/сек, более предпочтительно менее 0,2 м/сек.
|10c|  Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |10| или |10b|, в которых скорость хладагента, протекающего в одном или нескольких охлаждающих каналах, в режиме очистки или депарафинизации установки составляет менее 0,3 м/сек, предпочтительно менее 0,25 м/сек, более предпочтительно менее 0,2 м/сек.
Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |10|, в которых этилен содержится в жидкой среде, и включает следующую стадию:
протекания первой части жидкой среды через подгруппу A, состоящую из одного или нескольких охлаждающих каналов с массовым расходом α, и протекания второй части жидкой среды через подгруппу B, состоящую из одного или нескольких охлаждающих каналов, не принадлежащих подгруппе А, с массовым расходом β, где α, по меньшей мере, равно двум β, предпочтительно равно пяти β, более предпочтительно, по меньшей мере, пятнадцати β;
-1
в которой, массовые расходы α и β, в пересчете на массу, протекающую через соответствующие каналы в секунду, выражаются в кг⋅сек.
-1
Способ по варианту осуществления |11|, в котором на стадии а) массовый расход хладагента, поданного в подгруппу А, выше, чем массовый расход хладагента, поданного в подгруппу В, по меньшей мере, на 10%, предпочтительно, по меньшей мере, на 20%, более предпочтительно, по меньшей мере на 50% в расчете на массовый расход хладагента, поданного в подгруппу В, в котором массовый расход, в пересчете на массу охлаждающей жидкости, протекающей в секунду, выражается в кг⋅сек.
Способ по варианту осуществления |11| или |12|, в котором на стадии а) температура хладагента, поданного в подгруппу В, выше температуры хладагента, поданного в подгруппу А, по меньшей мере, на 5 К, предпочтительно, по меньшей мере, на 10 К, более предпочтительно, по меньшей мере, на 15 К.
Способ по любому из вариантов осуществления от 11 до 13, в котором на стадии а) выполняется одно или оба условия:
Подгруппа А обеспечивается хладагентом в жидкой фазе;
Подгруппа В обеспечивается хладагентом в газовой фазе.
В различных аспектах данного варианта осуществления выполняются следующие комбинации условий: i, ii, i + ii.
Способ по любому из вариантов осуществления от |11| до |13|, дополнительно включающий следующую стадию:
протекания первой части жидкой среды через подгруппу A охлаждающих каналов с массовым расходом γ, и протекания второй части жидкой среды через подгруппу B охлаждающих каналов с массовым расходом δ, где δ, по меньшей мере, равно двум γ, предпочтительно, по меньшей мере, равно пяти γ, более предпочтительно, по меньшей мере, равно шестнадцати γ;
-1
в которой массовые расходы γ и δ, в пересчете на массу, протекающую через соответствующие каналы в секунду, выражаются в кг⋅сек.
Способ по варианту осуществления |15|, в котором на стадии b) выполняется одно или большая часть условий:
-1
массовый расход хладагента, поданного в подгруппу В, выше, чем массовый расход хладагента, поданного в подгруппу А, по меньшей мере, на 10%, в расчете на массовый расход хладагента, поданного в подгруппу А, в котором массовый расход, в пересчете на массу охлаждающей жидкости, протекающей в секунду, выражается в кг⋅сек.
температура хладагента, поданного в подгруппу А, выше, чем температура хладагента, поданного в подгруппу В, по меньшей мере, на 5 К.
Подгруппа А обеспечивается хладагентом в жидкой фазе;
Подгруппа В обеспечивается хладагентом в газовой фазе.
В различных аспектах этого варианта осуществления выполняются следующие комбинации критериев: i, ii, iii, iv, i + ii, i + iii, i + iv, ii + iii, ii + iv, iii + iv, i + ii + iii, i + ii + iv, i + iii + iv, ii + iii + iv, i + ii + iii + iv.
Способ получения продукта ниже по потоку, включающий следующие стадии получения:
Получение полимера способом по любому из вариантов осуществления от |7| до |16|;
Дальнейшая обработка полимера для получения продукта ниже по потоку.
Способ по любому из вариантов осуществления от |7| до |17|, в котором полимер или продукт, получаемый ниже по потоку, преобразуют в формованное изделие.
В дальнейшем термин «жидкостная связь» означает, что жидкая среда может проходить напрямую от первой составной части до второй или, по меньшей мере, через третью составную часть. Термин «прямая жидкостная связь» означает отсутствие между первой и второй составными частями другой составной части. «Прямая жидкостная связь» также может означать, что между первой составной частью и второй составной частью расположены одна или несколько обычных составных частей, например, одна или несколько соединительных труб и/или один или несколько клапанов.
Термин «вход» означает место, в которое жидкая среда входит в составную часть, а термин «выход» означает место, в котором жидкая среда выходит из составной части. В этом смысле «вход» и «выход» определяются направлением потока текучей среды, которое задается при штатной работе установки, или направлением потока текучей среды, для которого была спроектирована установка. В случае использования составной части, через которую жидкая среда может течь в любом направлении, направление потока для определения входа и выхода определяется основной функцией составной части.
Установка
В соответствии с настоящим изобретением, установка предпочтительно используется для полимеризации этилена, необязательно в присутствии других сомономеров. Функционирование установки в целом иллюстративно представлено на рисунке 1 и не должно рассматриваться ограничивающим объем настоящего изобретения. Кроме того, предпочтительным является повышение эффективного выхода установки путем повторного использования реагентов и/или повышения эффективности использования энергии за счет регенерации тепла и/или использования побочных продуктов в качестве топлива, или за счет обеих вариантов.
Одна из предпочтительных конфигураций установки включает:
1) Источник этилена;
2) Первичный компрессор, способный подавать жидкую среду под давлением от 0 до 50 МПа, более предпочтительно от 10 до 45 МПа, особенно предпочтительно от 20 до 35 МПа;
3) Вторичный компрессор, способный подавать жидкую среду под давлением от 50 до 500 МПа, более предпочтительно от 100 до 450 МПа, особенно предпочтительно от 200 до 400 МПа;
4) Теплообменники;
5) Реактор;
6) Первичный понижающий клапан;
7) Охлаждающее устройство;
8) Сепаратор;
9) Вторичный понижающий клапан;
10) Сепаратор;
11) Гранулятор
12) первичную рециркуляционную схему соединения с входом, имеющим жидкостную связь, по меньшей мере, с одним устройством вывода сепаратора 8), и с выходом, имеющим жидкостную связь с входом вторичного компрессора, причем первичная рециркуляционная схема соединения содержит, по меньшей мере, два охлаждающих канала и, по меньшей мере, один сепаратор;
13) вторичную рециркуляционную схему соединения с входом, имеющим жидкостную связь, по меньшей мере, с одним устройством вывода сепаратора 11), и с выходом, имеющим жидкостную связь входом первичного компрессора, причем вторичная рециркуляционная схема соединения содержит, по меньшей мере, один охлаждающий канал и, по меньшей мере, один сепаратор;
где составные части 1-11 предпочтительно имеют жидкостную связь в заданном порядке 1-11, а составные части 12 и 13 представляют собой контуры рециркуляции, как подробно описано выше.
В смысле настоящего раскрытия установка может быть логически разделена на следующие зоны:
a. Входную сторону реактора (позиции 1–4 выше)
b. Реактор (позиция 5 выше)
c. Выходную сторону реактора (позиции 6–11 выше)
d. Первичную рециркуляционную схему соединения (позиция 12 выше) соединяющую с. с а.
e. Необязательно, дополнительную рециркуляционную схему соединения (позиция 13 выше) соединяющую с. с а.
Специалист, обладающий знаниями относительно данной установки для полимеризации, способен добавить или удалить необходимые составные части для достижения целей настоящего изобретения. Предпочтительная компоновка установки показана на рисунке 2.
В одном варианте осуществления, реактор и первичный понижающий клапан находятся в камере. Эта камера, также называемая камерой реактора, предпочтительно представляет собой железобетонный корпус.
Реактор
Предпочтительные реакторы имеют внутреннюю и внешнюю части реактора, в которых осуществляется полимеризация этилена, необязательно в присутствии других сомономеров.
Реактор предпочтительно имеет вход и выход. В одном предпочтительном варианте осуществления реактор использует реактивный поток, в котором текучая среда поступает на вход в реактор и отбирается на выходе из реактора. В одном варианте осуществления, реактор дополнительно содержит одно или несколько отверстий, отличных от входа и выхода, которые соединяют внутреннюю и внешнюю части реактора, предпочтительно отверстия, через которые текучая среда способна течь между внутренней и внешней частями, предпочтительно управляемым образом, предпочтительно управляемым одним или несколькими клапанами.
В одном варианте осуществления, реактор содержит одно или несколько отверстий, через которые сырье поступает в реактор, причем сырье предпочтительно содержит сомономер или инициатор, или оба вещества вместе. Предпочтительными реакторами являются трубчатые реакторы.
В одном варианте осуществления, минимальное расстояние между входом и выходом реактора составляет, по меньшей мере, 100 м, предпочтительно, по меньшей мере, 500 м, более предпочтительно, по меньшей мере, 1 км, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 2 км. В одном варианте осуществления, реактор имеет один или несколько участков, в которых сырье, предпочтительно инициатор, вводится в реактор.
В одном варианте осуществления, реактор представляет собой автоклавный реактор, оборудованный, по меньшей мере, одной мешалкой внутри реактора. В одном варианте осуществления, минимальное расстояние между входом и выходом реактора составляет от 1 до 50 м, предпочтительно от 3 до 30 м, более предпочтительно от 5 до 20 м.
Компрессоры
IN
OUT
OUT
IN
Компрессоры увеличивают давление жидкой среды в установке. Жидкая среда поступает в компрессор под давлением P и выходит из компрессора при давлении P, причем P больше P, по меньшей мере, на 0,5 МПа, более предпочтительно, по меньшей мере, на 1 МПа, особенно предпочтительно, по меньшей мере, на 5 МПа.
В одном варианте осуществления установка, содержит первый компрессор, который представляет собой вышеупомянутый вторичный компрессор, причем первый компрессор, предпочтительно выходная сторона первого компрессора имеет жидкостную связь с реактором, предпочтительно с входной стороной реактора. В предпочтительном варианте осуществления, установка содержит дополнительный компрессор, который представляет собой вышеупомянутый первичный компрессор, предпочтительно выходная сторона дополнительного компрессора имеет жидкостную связь с реактором, предпочтительно с входной стороной реактора, предпочтительно через первый компрессор, предпочтительно с выходом второго компрессора, имеющим жидкостную связь с входом первого компрессора.
В одном варианте осуществления, в первый компрессор подается текучая среда под давлением, составляющим от 1 до 100 МПа, предпочтительно от 5 до 70 МПа, более предпочтительно от 10 до 50 МПа. В одном варианте осуществления, текучая среда выходит из первичного компрессора под давлением, составляющим от 120 до 500 МПа, предпочтительно, от 200 до 450 МПа, более предпочтительно от 230 до 400 МПа.
В одном варианте осуществления, в дополнительный компрессор подается текучая среда под давлением, составляющим от 0,01 до 7 МПа, предпочтительно, от 0,05 до 5 МПа, более предпочтительно от 0,1 до 3 МПа. В одном варианте осуществления, текучая среда выходит из дополнительного компрессора под давлением, составляющим от 10 до 100 МПа, предпочтительно, от 15 до 70 МПа, более предпочтительно от 20 до 50 МПа.
В одном варианте осуществления, предпочтительным является наличие у одного или нескольких компрессоров давления на выходе, которое в значительной степени не зависит от давления входящей в него жидкой среды. В одном варианте осуществления один или несколько компрессоров, предпочтительно первый компрессор (вторичный компрессор), обеспечивает (ют) давление на выходе, которое не возрастает более чем на 20%, предпочтительно 10%, более предпочтительно 5%, если давление на входе возрастает от 25 МПа до 35 МПа, причем % изменения давления на выходе рассчитывается исходя из давления на входе в 25 МПа.
Устройства охлаждения
Предпочтительными охлаждающими каналами являются составные части установки, которые обеспечивают прохождение потока текучей среды через внутреннюю часть между входом и выходом и способные снижать температуру жидкой среды, предпочтительно контролируемым образом. Предпочтительные охлаждающие каналы заполняются хладагентом в своей внешней части, которая не имеет жидкостной связи с внутренней частью.
В смысле настоящего раскрытия ссылка на один охлаждающий канал означает одну трубу или топологический эквивалент, соединяющий вход и выход. При использовании двух или более параллельных труб, соединяющих вход и выход, или их топологических эквивалентов, делается ссылка на два или более охлаждающих канала.
В соответствии с настоящим изобретением, предпочтительным, является наличие в установке рециркуляционной схемы соединения, предпочтительно рециркуляционной схемы соединения высокого давления, соединяющей выходную сторону реактора с входной стороной реактора, причем рециркуляционная схема соединения содержит два или более охлаждающих канала.
В одном варианте осуществления, рециркуляционная схема соединения содержит одно или более устройств охлаждения из пучка труб, каждое из которых включает два или более охлаждающих канала.
Предпочтительное устройство охлаждения из пучка труб содержит два или более, предпочтительно 10 или более, более предпочтительно 50 или более, особенно предпочтительно 100 или более параллельных охлаждающих каналов. В одном варианте осуществления, два или более охлаждающих канала, предпочтительно все охлаждающие каналы в устройстве охлаждения из пучка труб, соединяются с одной камерой на стороне впуска. В одном варианте осуществления, два или более охлаждающих канала, предпочтительно все охлаждающие каналы в устройстве охлаждения из пучка труб, соединяются с одной камерой на стороне выпуска. В одном варианте осуществления, охлаждающие каналы устройства охлаждения из пучка труб находятся внутри кожуха. В одном варианте осуществления, два или более каналов, предпочтительно все каналы, устройства охлаждения из пучка труб, охлаждаются общим хладагентом, предпочтительно общим хладагентом, образующим общую текучую среду.
В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов имеют небольшое минимальное расстояние между входом и выходом. Вход и выход в охлаждающий канал определяют начало и конец участка потока, охлаждаемого хладагентом. В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов имеют минимальное расстояние между входом и выходом, составляющее от 1 до 100 м., предпочтительно от 2 до 50 м, более предпочтительно от 2,5 до 20 м.
В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов, предпочтительно содержащих одно или несколько устройств охлаждения из пучка труб, располагаются вертикально, предпочтительно под углом менее 20°, более предпочтительно под углом менее 10°, особенно предпочтительно под углом менее 5° относительно вертикальной линии. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один охлаждающий канал располагается таким образом, что жидкая среда течет вниз через охлаждающий канал, предпочтительно под углом менее 20°, более предпочтительно под углом менее 10°, наиболее предпочтительно под углом менее 5° относительно вертикальной линии. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один охлаждающий канал располагается таким образом, что хладагент через охлаждающий канал течет вверх, предпочтительно под углом менее 20°, более предпочтительно под углом менее 10°, наиболее предпочтительно под углом менее 5° относительно вертикальной линии.
В другом варианте осуществления, охлаждающее устройство располагается почти вертикально.
В одном варианте осуществления, одно или несколько охлаждающих устройств, предпочтительно одно или несколько охлаждающих устройств в рециркуляционной схеме соединения, имеют резервуар для сбора продукта, выходящего из охлаждающего устройства. Резервуар для сбора располагается после охлаждающего устройства по направлению потока.
В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов, предпочтительно состоящих из одного или нескольких устройств охлаждения из пучка труб, не имеют большого изгиба, причем минимальное скалярное произведение между любыми двумя нормализованными векторами на минимальном расстоянии между входом и выходом охлаждающего канала составляет, по меньшей мере, 0,8, предпочтительно 0,9, более предпочтительно 0,95.
В дополнительном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов имеют один или несколько изгибов, предпочтительно U-образной формы или перевернутой U-образной формы. В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов имеют один или несколько изгибов с углом более 30°, более предпочтительно с углом более 60°, особенно предпочтительно с углом более 75°.
В одном варианте осуществления, один или несколько охлаждающих каналов, включают или имеют жидкостную связь с сепаратором, предпочтительно находятся в жидкостной связи с сепаратором, более предпочтительно находятся в прямой жидкостной связи с сепаратором. В одном варианте осуществления, сепаратор располагается ниже одного или нескольких охлаждающих каналов, предпочтительно таким образом, чтобы один или несколько побочных продуктов могли поступать из одного или нескольких охлаждающих каналов в сепаратор. В одном варианте осуществления, одно или несколько устройств охлаждения могут оснащаться фильтром.
Сепараторы
Сепараторы предназначены для разделения потока текучей среды на два или более компонентов, предпочтительно на два или более компонентов, состоящих из: реагента, продукта, примеси, побочного продукта и катализатора. В одном варианте осуществления, установка содержит один или несколько сепараторов, которым предшествуют, предпочтительно напрямую, один или несколько охлаждающих каналов. В одном варианте осуществления, установка содержит один или несколько сепараторов, способных разделять текучую среду на два или более компонентов, причем два компонента находятся в разных фазах, предпочтительно в двух разных фазах, состоящих из: газа, жидкости, твердого вещества, сверхкритической жидкой среды и метафазы.
Факелы
В соответствии с настоящим изобретением, факелы используются для сжигания сырья, предпочтительно текучей среды. В одном варианте осуществления, установка содержит один или несколько факелов.
Рециркуляционная схема соединения
Рециркуляционная схема соединения, предпочтительно размещается между выходной стороной реактора и входной стороной реактора и обеспечивает между ними жидкостную связь. Предпочтительной является способность рециркуляционной схемы соединения уменьшать в потоке сырья содержание одного или нескольких продуктов/побочных продуктов, предпочтительно парафинообразного продукта/побочного продукта. Предпочтительным является снижение рециркуляционной схемой соединения содержания в вес.% одного или более продуктов/побочных продуктов, предпочтительно одного или более парафинообразных продуктов/побочных продуктов в текучей среде, по меньшей мере, на 0,01 вес.%, более предпочтительно, на 0,05 вес. %, особенно предпочтительно, на 0,1 вес.%, причем данное снижение содержания в вес.% рассчитывается как содержание в вес.% на входе минус содержание в вес.% на выходе.
В одном варианте осуществления, поток текучей среды в рециркуляционной схеме соединения содержит один или несколько сомономеров, предпочтительно в количестве от 0 до 50 вес.%, более предпочтительно от 0 до 40 вес.%, особенно предпочтительно от 0 до 30 вес.%. Предпочтительным является не только сохранение сомономера в текучей среде рециркуляционной схемы соединения, но и увеличение вес.% сомономера в текучей среде с одновременным удалением компонентов, отличных от сомономера или этилена, причем увеличение вес.% сомономера в жидкой среде составляет, по меньшей мере, 2 вес.%, более предпочтительно 5 вес.%, особенно предпочтительно 10 вес.%, причем рост содержания в вес.% рассчитывается как содержание в вес.% на выходе минус содержание в вес.% на входе.
В одном варианте осуществления, на выходе рециркуляционной схемы соединения этилен содержится в количестве от 50 до 100 вес.%, предпочтительно от 65 до 100 вес.%, более предпочтительно от 70 до 100 вес.%. Жидкостная связь между выходом реактора и входом рециркуляционной схемы соединения может быть прямой или косвенной, предпочтительно косвенной, предпочтительно через одну или несколько составных частей, состоящих из: охладителя, сепаратора и понижающего клапана.
В одном варианте осуществления установка содержит рециркуляционную схему соединения высокого давления, которая подает текучую среду под давлением от 10 до 100 МПа, предпочтительно от 15 до 70 МПа, более предпочтительно от 20 до 50 МПа.
В одном варианте осуществления установка содержит рециркуляционную схему соединения низкого давления, которая подает текучую среду под давлением от 0,01 до 20 МПа, предпочтительно от 0,05 до 10 МПа, более предпочтительно от 0,1 до 5 МПа.
В одном варианте осуществления, установка содержит одну или несколько рециркуляционных схем соединения, характеризующихся небольшим перепадом давления между входом и выходом, и предпочтительно демонстрирующим разницу в давлении менее 50 МПа, более предпочтительно менее 20 МПа, особенно предпочтительно менее 5 МПа. В одном варианте осуществления, установка содержит рециркуляционную схему соединения высокого давления, демонстрирующую небольшой перепад давления между входом и выходом.
Поток сырья охлаждают путем его пропускания через рециркуляционную схему соединения, предпочтительно до получения требуемой температуры потока для повторного ввода в компрессор.
В одном варианте осуществления, падение температуры в потоке сырья при прохождении рециркуляционной схемы соединения составляет от 50 до 300 K, предпочтительно от 180 до 290, более предпочтительно от 200 до 260 K.
В одном варианте осуществления, поток сырья поступает в рециркуляционную схему соединения при температуре, составляющей от 100 до 380°С, предпочтительно от 150 до 350°С, более предпочтительно от 200 до 300°С.
В одном варианте осуществления, поток сырья покидает рециркуляционную схему соединения при температуре, составляющей от 20 до 80°С, предпочтительно от 30 до 60°С, более предпочтительно от 35 до 55°С.
В одном варианте осуществления, поток сырья проходит через два или более устройств охлаждения в рециркуляционной схеме соединения. В одном варианте осуществления, температура потока сырья в первом из двух или более устройств охлаждения уменьшается от 20 до 150 K, предпочтительно от 25 до 130 K, более предпочтительно от 35 и до 110 K. В другом варианте осуществления, температура потока сырья во втором из двух или более устройств охлаждения уменьшается от 20 до 150 K, предпочтительно от 25 до 130 K, более предпочтительно от 35 и до 110 K.
Способ
Вклад в достижение, по меньшей мере, одной из вышеописанных целей, осуществляется способом полимеризации на установке для полимеризации этилена, включая, но не ограничиваясь, сополимеризацию этилена с другими сомономерами.
Полимеризацию предпочтительно осуществляют при температуре от 100 до 380°С, предпочтительно от 130 до 365°С, более предпочтительно от 150 до 350°С.
Полимеризацию предпочтительно осуществляют при давлении от 100 до 400 МПа, предпочтительно от 125 до 350 МПа, более предпочтительно от 150 до 325 МПа.
Вклад в достижение, по меньшей мере, одной из вышеописанных целей, осуществляется способом, в котором один или несколько охлаждающих каналов (С), предпочтительно содержащих одно или несколько устройств охлаждения из пучка труб, предпочтительно входящих в рециркуляционную схему соединения, более предпочтительно в рециркуляционную схему соединения высокого давления, могут очищаться без прекращения работы установки. Охлаждающие каналы (С) предпочтительно очищают путем увеличения температуры стенок охлаждающего канала и расплавления парафинообразных отложений, которые затем накапливаются на дне охлаждающих каналов.
В одном варианте осуществления способа, охлаждающие каналы (С) очищаются во время работы одного или нескольких компрессоров, по меньшей мере, компрессора, имеющего жидкостную связь с входом реактора, более предпочтительно, первым компрессором (вторичным компрессором), имеющим жидкостную связь с входом реактора, и дополнительным компрессором (первичным компрессором) имеющим жидкостную связь с первым компрессором.
В одном варианте осуществления, в подлежащие очистке охлаждающие каналы (C) подается хладагент, имеющий более высокую температуру, чем температура, создаваемая в штатном режиме. Это достигается перенаправлением текучей среды с высокой температурой из другого участка установки, предпочтительно из контура хладагента с более высокой температурой. В одном варианте осуществления, охлаждающие каналы C очищаются способом, включающем стадии:
a. Уменьшения расхода через охлаждающие каналы C;
b. Повышения температуры хладагента, подаваемой в охлаждающие каналы C;
c. Сбора побочного продукта в нижней части охлаждающих каналов C.
В другом варианте осуществления, из рубашек системы охлаждения, подлежащих очистке охлаждающих каналов (С), по меньшей мере, частично сливается хладагент, предпочтительно жидкий хладагент, что позволяет охлаждающим каналам С соприкасаться с атмосферным воздухом. В одном варианте осуществления, охлаждающие каналы C очищаются способом, включающем стадии:
a. Уменьшения расхода через охлаждающие каналы C;
b. По меньшей мере, частичного слива хладагента из рубашек системы охлаждения охлаждающих каналов C, что позволяет охлаждающим каналам С соприкасаться с атмосферным воздухом;
c. Сбора побочного продукта в нижней части охлаждающих каналов C.
В другом варианте осуществления, в подлежащие очистке охлаждающие каналы уменьшается подача хладагента. В одном варианте осуществления, охлаждающие каналы C очищаются способом, включающем стадии:
a. Уменьшения расхода через охлаждающие каналы C;
b. Уменьшения подачи хладагента в охлаждающие каналы C;
c. Сбора побочного продукта в нижней части охлаждающих каналов C.
Во избежание сбоев в работе установки предпочтительно иметь, по меньшей мере, подгруппу охлаждающих каналов, работающих в штатном режиме охлаждения. В одном варианте осуществления, охлаждающие каналы представляют собой две подгруппы, которые переключаются в противофазе между штатным/охлаждающим режимом и режимом очистки/депарафинизации таким образом, что одна подгруппа постоянно находится в режиме штатного/охлаждения, а одна подгруппа в режиме очистки/депарафинизации. «Постоянно» означает, по меньшей мере, 90% времени, более предпочтительно 99% времени, особенно предпочтительно 99,9% времени работы установки.
В одном варианте осуществления, в реакторе присутствуют один или несколько инициаторов.
Полимерный продукт
Полимерный продукт предпочтительно представляет собой полиэтилен или его производное, или сополимер этилена или его производное.
Предпочтительный средневесовой молекулярный вес полимерного продукта, определенный методом ГПХ с детектированием рассеивания лазерного излучения с кратными углами должен составлять от 500 до 5 000 000 г/моль, предпочтительно от 750 до 1 000 000 г/моль, более предпочтительно от 1000 до 500 000 г/моль.
Предпочтительными полимерными продуктами являются: сверхвысокомолекулярный полиэтилен (ULMWPE или PE-WAX), высокомолекулярный полиэтилен (HMWPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE) и хлорированный полиэтилен (CPE), особенно предпочтительным является полиэтилен низкой плотности (LDPE).
3
3
3
В одном варианте осуществления, полимерный продукт имеет плотность, составляющую от 0,89 до 0,96 г/см, предпочтительно от 0,90 до 0,95 г/см, более предпочтительно от 0,91 до 0,94 г/см.
Сомономеры
2
3
Один вариант осуществления относится к гомополимеризации этилена. Другой вариант осуществления относится к сополимеризации этилена с одним или несколькими сомономерами. В этом случае доля CH именуется винилом.
Сомономеры, пригодные для полимеризации с этиленом для получения сополимеров, предпочтительно получают путем свободнорадикальной полимеризации. Предпочтительными сополимерами являются регулярные полимеры, частично регулярные полимеры и нерегулярные полимеры, особенно предпочтительными являются нерегулярные полимеры. В одном варианте осуществления, содержание звеньев сомономера, отличных от звеньев этилена, в сополимере составляет от 0,0001 до 60 вес.%, предпочтительно от 0,001 до 50 вес.%, более предпочтительно от 0,01 до 40 вес.% в расчете на общую массу сополимера.
Предпочтительные сомономеры представляют собой один или несколько сомономеров, выбранных из группы, состоящей из: α, β-ненасыщенной карбоновой кислоты, сложного эфира α, β-ненасыщенной карбоновой кислоты, ангидрида α, β-ненасыщенной карбоновой кислоты или олефина.
Предпочтительными олефинами в этом смысле являются 1-олефины, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из: пропена, 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена, 1-октена, 1-децена.
3
8
Предпочтительными α, β-ненасыщенными карбоновыми кислотами являются C-C α, β-ненасыщенные карбоновые кислоты, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из: малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, итаконовой кислоты, акриловой кислоты, метакриловой кислоты и кротоновой кислоты или их производных.
3
8
Предпочтительные сложные эфиры α, β-ненасыщенных карбоновых кислот или ангидриды α, β-ненасыщенных карбоновых кислот предпочтительно получают из C-Cкарбоновых кислот. Предпочтительные сложные эфиры или ангидриды содержат от 3 до 13 атомов углерода.
Предпочтительные α, β-сложные эфиры выбираются из группы, состоящей из: метилметакрилата, этилметакрилата, n-бутилметакрилата или трет-бутилметакрилата, метилакрилата, этилакрилата, n-бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата и трет-бутилакрилата.
Кроме того, в качестве сомономеров могут использоваться анионы соли карбоновой кислоты, предпочтительно винилацетат.
Предпочтительные ангидриды выбираются из группы, состоящей из: ангидрида метакриловой кислоты, ангидрида малеиновой кислоты и ангидрида итаконовой кислоты.
В одном варианте осуществления, сомономер представляет собой один или несколько сомономеров, выбранных из группы, состоящей из: 1-гексена, акриловой кислоты, n-бутилакрилатf, трет-бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата, винилацетата и винилпропионата.
В одном варианте осуществления, в качестве сомономера используется один или несколько винилсиланов, предпочтительно содержащих кремний и одну или несколько винильных групп. Общий вид предпочтительных винилсиланов представляет собой:
x
y
z
SiH(винил)X
где
x равно 0, 1, 2 или 3, предпочтительно 2 или 3; более предпочтительно 3;
y равно 1, 2, 3 или 4, предпочтительно 1 или 2; более предпочтительно 1;
Х представляет собой галоген, предпочтительно выбранный из группы, состоящей из Cl, Br и I, более предпочтительно, состоящей из Cl и Br; особенно предпочтительно, состоящей из Cl. X внутри одной и той же молекулы может быть одинаков или отличен;
z равно 0, 1, 2 или 3, предпочтительно 0 или 1, более предпочтительно 0;
Сумма x, y и z равна 4.
3
Предпочтительным винилсиланом является Si(винил)H.
Описание рисунков
Рисунки, иллюстрирующие данное изобретение, предназначены только для пояснения и их не следует рассматривать ограничивающими объем изобретения. На рисунках представлено:
На Рисунке 1 представлено схематическое изображение функционирования установки в целом.
На Рисунке 2 представлено схематическое изображение предпочтительной компоновки установки.
На Рисунке 3 представлено схематическое изображение компоновки группы охлаждающих устройств.
На Рисунке 4 представлено схематическое изображение предпочтительного устройства охлаждения из пучка труб.
На Рисунке 1 представлено схематическое изображение функционирования установки 101 в целом. В установку подаются этилен и необязательно другие реагенты, например, сополимеры и/или модификаторы. В установку, необязательно, подаются и другие виды реагентов, например, инициаторы. Продукт, предпочтительно полимер, выводится из установки, предпочтительно, в виде твердых гранул.
На Рисунке 2 представлено схематическое изображение предпочтительной компоновки установки 200. Полимеризация осуществляется в реакторе 4, предпочтительно в трубчатом реакторе. Этилен и, необязательно, другие сомономеры и/или модификаторы вводятся через первичный компрессор 1, затем последовательно подаются во вторичный компрессор 2, нагреватель 3 и на вход 21 реактора 4. После реактора 4 текучая среда из выхода 22 реактора 4 проходит через повышающий клапан 6, устройство охлаждения 7 в сепаратор 8 высокого давления. Продукты с более высокой плотностью из сепаратора 8 высокого давления поступают через понижающий клапан 23 в сепаратор 9 низкого давления. Продукты с более высокой плотности из сепаратора 9 низкого давления поступают на гранулятор 10, который выводит продукт в виде твердых гранул. Рециркуляционная схема соединения 11 высокого давления образует жидкостную связь между выходной стороной 22 реактора и входной стороной 21 реактора 4. Вход рециркуляционной схемы соединения 11 высокого давления имеет жидкостную связь с одним выходом сепаратора 8 высокого давления, а выход рециркуляционной схемы соединения высокого давления имеет жидкостную связь с входной стороной вторичного компрессора 2. Рециркуляционная схема соединения высокого давления содержит один или несколько охлаждающих каналов 12 и 12’ и один или несколько сепараторов 13. На схеме показаны две составные части 12 и 12', указывающие на наличие двух или более охлаждающих каналов. Согласно изобретению, рециркуляционная схема соединения высокого давления содержит два или более параллельных охлаждающих каналов. Данные охлаждающие каналы могут объединяться в одно или несколько устройств охлаждения, предпочтительно в одно или несколько устройств охлаждения из пучка труб, более предпочтительно в два или более устройств охлаждения из пучка труб. Рециркуляционная схема соединения 14 низкого давления также образует жидкостную связь между выходной стороной реактора и входной стороной реактора 4. Рециркуляционная схема соединения низкого давления содержит один или несколько охлаждающих каналов 17, 15 и один или несколько сепараторов 18, 16. Стрелки указывают направления потока жидкой среды в установке.
На Рисунке 3 представлено схематическое изображение группы устройств охлаждения 300, предпочтительно входящих в рециркуляционную схему соединения, более предпочтительно в рециркуляционную схему соединения высокого давления. Группа устройств охлаждения расположена следующим образом и упорядочена в направлении предполагаемого потока текучей среды: Во-первых, одно охлаждающее устройство 301a. Затем два параллельных канала, один из которых содержит охлаждающее устройство 301b и охлаждающее устройство 301c, расположенные последовательно, а другой канал содержит охлаждающее устройство 301d и 301e, также расположенные последовательно. Каждое из охлаждающих устройств 301a – 301e содержит один или несколько охлаждающих каналов, предпочтительно два или более охлаждающих каналов, предпочтительно выполненных в виде устройства охлаждения из пучка труб. Это схематическое представление не отражает ориентацию составляющих частей относительно вертикали. Текучая среды, подлежащая охлаждению, течет через охлаждающие устройства предпочтительно в направлении вниз. Данное изобретение не ограничивается такой компоновкой. Этот рисунок представляет собой лишь одну предпочтительную конфигурацию.
На Рисунке 4 представлено схематическое изображение компоновки предпочтительного устройства охлаждения 400 из пучка труб. Устройство охлаждения из пучка труб содержит входную камеру 403, в которую подлежащая охлаждению жидкая среда поступает прежде, чем в параллельные охлаждающие каналы 404. Охлаждающие каналы 404 соединены с входной камерой 403. В этом варианте осуществления, все охлаждающие каналы 404 охлаждаются общим хладагентом 401. Из-за двумерного изображения общий объем хладагента 401 не виден. Охлаждающие каналы 404 могут альтернативно охлаждаться двумя или несколькими хладагентами. Охлаждающие каналы 404 соединяются с общей выходной камерой 402, из которой выходит охлажденная текучая среда. На дне охлаждающего устройства предусмотрен выход для парафинообразных отложений, и еще один выход предусмотрен для потока охлажденного газа. Двумерное поперечное сечение не позволяет показать предпочтительное расположение охлаждающих каналов 404, которые имеют один или несколько слоев охлаждающих каналов 404, параллельных отображаемому слою каналов 404.
Методы испытаний
Плотность
Плотность следует понимать как плотность, определенную в соответствии со стандартом DIN EN ISO 1183-1: 2004, метод A (Погружение).
MFR
Индекс текучести расплава MFR (190/2,16) определялся в соответствии с DIN EN ISO 1133:2005 г., процедура В, условие D, при температуре 190°С и с массой груза 2,16 кг.
Примеры
Пример 1
Реакцию полимеризации осуществляли на установке, выполненной в соответствии с рисунком 2. Первое и второе устройства охлаждения 12 и 12' представляют собой два устройства охлаждения из пучка труб, имеющие по 168 цилиндрических стальных труб, каждая из которых имеет внутренний диаметр 12 мм, длину 11 м., и охлаждаются водой при температуре 37°С. Реактор 4 представляет собой трубчатый реактор из цилиндрической стальной трубы длиной 1,0 км., собранной на фланцы из 10 м секций с внутренним диаметром 40 мм, и охлаждается водой при температуре 170°С. Данные по среднему выходу полимера (MFR 0,26 г/10 мин, плотность 0,927 г/см³) и потреблению энергии на тонну полимера собирались в течение 8 часов во время штатной работы и приведены в Таблице 1. В течение этого времени условия всасывания и нагнетания компрессоров оставались постоянными.
В течение длительного периода эксплуатации, парафин, накопившийся в устройствах охлаждения из пучка труб, удалялся переключением в противофазе устройств охлаждения из пучка труб 12 и 12’ между штатным/охлаждающим режимом и режимом очистки/депарафинизации. В штатном/охлаждающем режиме, текучая среда текла через охлаждающие каналы устройства охлаждения из пучка труб со скоростью от 1,5 до 2 м/сек, а в охлаждающие каналы подавался хладагент при температуре 37°C. В режиме очистки/депарафинизации текучая среда текла через охлаждающие каналы устройства охлаждения из пучка труб со скоростью 0,1 м/сек, а в рубашку системы охлаждения устройство охлаждения из пучка труб подавался хладагент при температуре 140°С.
Прекращения работы установки для депарафинизации не потребовалось в течение года.
Сравнительный пример
Реакцию полимеризации осуществляли на установке, представленной на рисунке 2, за исключением того, что вместо устройств охлаждения 12 и 12’ использовался один стальной охлаждающий канал диаметром 16 мм, длиной трубы 915 м, который охлаждали водой при температуре 20°С. Жидкая среда проходила через охлаждающий канал со скоростью 4,5 м/с. Данные по среднему выходу полимера (MFR 0,29 г/10 мин, плотность 0,927 г/см³) и потреблению энергии на тонну полимера собирались в течение 8 часов во время штатной работы и приведены в Таблице 1. В течение этого времени условия всасывания и нагнетания компрессоров оставались постоянными.
В течение продолжительного периода эксплуатации, накопившийся парафин периодически удалялся, установка прекращала работу и осуществлялась очистка охлаждающего канала. Для депарафинизации охлаждающего канала требовалось 6 дней в году прекращения работы установки.
Таблица 1
Пример
Выход полимера [кг/час]
Давление всасывания вторичного компрессора [бар]
Температура всасывания вторичного компрессора [°C]
Давление нагнетания вторичного компрессора [бар]
Потребление электроэнергии [кВтч/т ПЭНП]
Необходимость прекращения работы для депарафинизации
Пример 1
7160
280
45
2980
1049
0 дней в году
Сравнительный пример
7130
257
45
2950
1064
6 дней в году
Обозначение позиций
1. Компрессор (первичный)
2. Компрессор (вторичный)
3. Теплообменник
4. Реактор
5. Сопло впрыска инициатора
I. Инициатор
6. Понижающий клапан (первичный)
7. Устройство охлаждения
8. Сепаратор
9. Сепаратор
10. Гранулятор
11. Рециркуляционная схема соединения (высокого давления)
12. Охлаждающий канал
12’. Охлаждающий канал
13. Сепаратор
14. Рециркуляционная схема соединения (низкого давления)
15. Устройство охлаждения
16. Сепаратор
17. Устройство охлаждения
18. Сепаратор
1. Вход реактора
2. Выход реактора
3. Понижающий клапан (вторичный)
1. Способ полимеризации
2. Установка
1. Установка
1. Группа устройств охлаждения
2. Устройство охлаждения
1. Устройство охлаждения из пучка труб
2. Хладагент
3. Входная камера
4. Выходная камера
5. Охлаждающие каналы
6. Выпуск газов.