СИСТЕМА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВЫХОДЯЩЕГО ПОТОКА РЕАКТОРА ПОСЛЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING REACTOR OUTPUT FLOW AFTER POLYMERIZATION

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/486,157, поданной 17 апреля 2017 г., содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Данное изобретение в целом относится к системе обработки выходящего потока после процесса реакции полимеризации. В частности, изобретение относится к удалению одного или большего количества нежелательных компонентов и повторному использованию одного или большего количества компонентов, которые можно использовать повторно, из выходящего потока после реакции полимеризации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Производство полимеров, таких как полиэтилен, требует подачи различных исходных компонентов высокой чистоты, в том числе мономеров и сомономеров. Для того, чтобы устранить некоторые затраты и максимизировать производство, может быть полезно регенерировать и/или повторно использовать некоторые исходные компоненты из выходящего потока, получаемого в результате реакции полимеризации. Чтобы выполнить это, регенерируемые выходящие потоки обычно либо подвергали процессу очистки, либо перенаправляли через другие излишние этапы обработки.
[0004] Обычные попытки промышленного производства исходных компонентов высокой чистоты требовали работы целого ряда технологического оборудования, в том числе испарительной камеры, циклона, фильтрационной установки, нескольких дистилляционных колонн, компрессоров, холодильных установок и различного другого оборудования. Сами по себе затраты на оборудование и энергию, связанные с очисткой исходных материалов, представляют значительную часть общих затрат на производство таких полимеров. Кроме того, инфраструктура, необходимая для получения, хранения и повторного использования исходных материалов высокой чистоты, представляет значительную часть указанных связанных затрат. В частности, наличие мелких частиц полимера в выходящем потоке может создавать проблемы в оборудовании, расположенном ниже по потоку, используемом для разделения и очистки выходящего потока. Таким образом, важно удалить по существу все твердые частицы полимера и мелкие фракции полимера из выходящего потока после того, как он покидает полимеризационный реактор, но до того, как он подвергается любому дальнейшему разделению, регенерации или повторному использованию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В данном документе описан способ обработки выходящего потока реактора после полимеризации, причем указанный способ включает регенерацию выходящего потока из полимеризационного реактора, испарение указанного выходящего потока с образованием испаренного газообразного потока и пропускание указанного испаренного газообразного потока через одно или большее количество разделительных устройств, удаляющих мелкие фракции полимера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0006] Следующие фигуры образуют часть данной спецификации и включены в нее для дополнительной демонстрации некоторых аспектов данного изобретения. Данное изобретение можно лучше понять со ссылкой на одну или большее количество из этих фигур в комбинации с подробным описанием конкретных вариантов реализации изобретения, представленных в данном документе.
[0007] На фиг. 1 проиллюстрирована принципиальная схема системы полимеризации полиэтилена согласно варианту реализации данного изобретения.
[0008] На фиг. 2 проиллюстрированы главные компоненты мешочного фильтровального устройства согласно варианту реализации данного изобретения.
[0009] Хотя изобретения, описываемые в данном документе, допускают различные модификации и альтернативные формы, только несколько конкретных вариантов его реализации показаны в качестве примера на графических материалах и подробно описаны ниже. Указанные фигуры и подробные описания этих конкретных вариантов реализации изобретения никоим образом не предназначены для ограничения охвата или объема принципов данного изобретения или приложенной формулы изобретения. Напротив, фигуры и подробные письменные описания предоставлены для иллюстрации принципов данного изобретения специалисту в данной области техники и для предоставления возможности такому специалисту воспользоваться указанными принципами изобретения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
[0010] Следующие определения предоставлены для того, чтобы помочь специалистам в данной области техники в понимании подробного описания данного изобретения. Если другие определения отсутствуют в данном документе, научные и технические термины, используемые в связи с данным изобретением, имеют обычные значения, понятные для специалистов в области техники, к которой относится данное изобретение. Кроме того, если контекст не требует другого, термины в единственном числе включают множественное число, и термины во множественном числе включают единственное число.
[0011] Если в определяемых обстоятельствах четко не указано другое, все проценты, части, отношения и подобные величины, используемые в данном документе, определены по массе. [0012] Кроме того, в этой связи некоторые особенности данного изобретения, которые для ясности описаны в данном документе в контексте отдельных вариантов реализации изобретения, могут быть представлены также в комбинации в единственном варианте реализации изобретения. В свою очередь, различные особенности данного изобретения, которые для краткости описаны в контексте единственного варианта реализации изобретения, могут быть представлены также отдельно или в любой подкомбинации.
[0013] Различные элементы и компоненты составов, процессов или конструкций, описанных в данном документе, могут быть представлены в формах единственного числа. Это сделано лишь для удобства и указания на общий характер указанных составов, процессов или конструкций. Такое описание включает «один или по меньшей мере один» из указанных элементов или компонентов. Кроме того, в контексте данного документа указанные формы единственного числа также включают описание множества элементов или компонентов, если только из конкретного контекста не очевидно, что множественное число исключено.
[0014] Термин «около» означает, что количества, размеры, составы, параметры и другие величины и характеристики не точны и не должны быть точными, но могут быть приблизительными и/или больше или меньше, по желанию, с учетом допусков, коэффициентов преобразования, округления, ошибки измерения и тому подобное, а также других факторов, известных специалистам в данной области техники. Как правило, количество, размер, состав, параметр или другая величина или характеристика «приблизительна», независимо от того, указано ли это однозначно. Термин «около» также охватывает количества, которые различаются по причине различных равновесных состояний для состава, получаемого из конкретной исходной смеси. Независимо от модификации термином «около» формула изобретения включает эквиваленты указанных количеств. Термин «около» может означать в пределах 10% от указанного числового значения, предпочтительно в пределах 5% от указанного числового значения.
[0015] В контексте данного документа термины «содержит», «содержащий», «включает», «включающий», «имеет», «имеющий», «вмещает» или «вмещающий» или любые их вариации предназначены для охвата неисключительного включения. Например, композиция, смесь, процесс, способ, изделие или устройство, которые содержат список элементов, необязательно ограничиваются только этими элементами, но могут включать другие элементы, не перечисленные явно или присущие такой композиции, смеси, процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если однозначно не указано противоположное, термин «или» относится к включительному или, а не к исключительному или. Например, условие А или В удовлетворяется любым из следующих условий: А истинно (или присутствует) и В ложно (или отсутствует), А ложно (или отсутствует) и В истинно (или присутствует), и как А, так и В истинны (или присутствуют).
[0016] Кроме того, диапазоны, представленные в данном документе, включают их конечные значения, если однозначно не указанно другое. К тому же, когда количество, концентрация или другое значение или параметр заданы в виде диапазона, одного или большего количества предпочтительных диапазонов или списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, это следует понимать как конкретное указание всех диапазонов, получаемых из любой пары любого верхнего предела диапазона или предпочтительного значения и любого нижнего предела диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, указаны ли такие пары отдельно. Объем изобретения не ограничен конкретными значениями, указываемыми при определении диапазона.
[0017] Термин «соприкосновение» в контексте данного документа относится к приведению в соприкосновение по меньшей мере двух различных компонентов так, чтобы они могли реагировать. Однако следует понимать, что получаемый продукт реакции может быть получен непосредственно из реакции между добавляемыми реагентами или из промежуточного продукта реакции одного или большего количества добавляемых реагентов, которые могут образовываться в реакционной смеси.
[0018] Термин «стандартные условия» в контексте данного документа относится к условиям около 14,7 фунтов на квадратный дюйм абсолютного давления и 60°F (0,101 МПа абсолютного давления и 15,56°С). Термин «фактическая скорость потока» в контексте данного документа относится к скорости потока при фактических (указанных) значениях рабочей температуры и давления. В соответствии с номенклатурой, известной специалистам в данной области техники, аббревиатура «scf» относится к «стандартным кубическим футам», например, объему (в кубических футах) газа при стандартных условиях.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Фигуры, описанные выше, и письменное описание конкретных конструкций и функций ниже представлены не для ограничения объема изобретения заявителя или объема приложенной формулы изобретения. Напротив, указанные фигуры и письменное описание предназначены для ознакомления любого специалиста в данной области техники изготовлению и использованию изобретений, для которых испрашивается патентная защита. Специалисты в данной области техники поймут, что по соображениям ясности и понимания описаны или показаны не все особенности коммерческого варианта реализации данного изобретения. Специалисты в данной области техники также поймут, что разработка фактического коммерческого варианта реализации изобретения, включающего аспекты данного изобретения, потребует множества решений для конкретного исполнения для достижения конечной цели разработчика по коммерческому варианту реализации изобретения. Такие решения для конкретного исполнения могут включать, в частности, соблюдение системных, деловых, правительственных и других ограничений, которые могут время от времени меняться в зависимости от конкретного исполнения, расположения и времени. Хотя усилия разработчика могут быть сложными и отнимать много времени в абсолютном смысле, такие усилия, тем не менее, будут обычным делом для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из данного изобретения. Следует понимать, что изобретение, раскрываемое и описываемое в данном документе, допускает множество различных модификаций и альтернативных форм. Наконец, использование термина в единственном числе не ограничивает количество элементов. Также использование относительных терминов, таких как, но без ограничения, «верх», «низ», «левый», «правый», «верхний», «нижний», «вниз», «вверх», «боковой» и тому подобное, в письменном описании служит для ясности в конкретном отношении к фигурам и не ограничивает объем изобретения или приложенной формулы изобретения.
[0020] В данном документе описаны различные варианты реализации систем, устройств, процессов и способов, связанных с реакциями полимеризации, в частности, полимеризации полиэтилена, и производством полиэтилена и других полимерных олефинов, таких как полипропилен. Указанные системы, устройства и способы в целом связаны с процессом разделения и обработки выходящего потока из процесса полимеризации полиэтилена.
[0021] Теперь обратимся к фиг. 1, на которой проиллюстрирована первая система 100 производства полиэтилена (ППЭ). Система 100 ППЭ в целом содержит очиститель 102, реактор 104, испарительный линейный нагреватель 120, испарительную камеру 130, циклон 140 для испаренного газа, систему 150 фильтрации и систему 160 дистилляции. В вариантах реализации ППЭ, описываемых в данном документе, различные такие компоненты системы могут иметь гидравлическое сообщение посредством одного или большего количества каналов (например, труб, трубопроводов или гидравлических линий), подходящих для транспортировки конкретного потока, например, как показано на фиг. 1 для потоков, которые транспортируют посредством таких каналов. В альтернативных вариантах реализации изобретения такие же или аналогичные процессы и/или оборудование могут использоваться для производства других полимерных материалов, например, полипропилена, полибутилена, поливинилхлорида и тому подобное.
[0022] В варианте реализации изобретения по фиг. 1 очистка потока 101 исходного материала в очистителе 102 может давать очищенный поток 103, содержащий по существу чистые мономеры (например, мономеры этилена), как будет описано в данном документе. Полимеризация мономеров очищенного потока 103 в реакторе 104 может давать выходящий поток 110, как правило, содержащий непрореагировавший этилен, этан, разбавитель (например, один или большее количество из пропана, пропилена, изобутана или n-бутана) и продукт полимеризации (например, полиэтилен). Нагрев выходящего потока 110 в испарительном линейном нагревателе 120 может давать нагретый выходящий поток 125. Разделение нагретого выходящего потока 125 в испарительной камере 130 может давать поток 135 полимерного продукта и испаренный газообразный поток 145. Удаление мелких фракций полимера из выходящего потока 145 испаренного газа в циклоне 140 испаренного газа и мешочном фильтре 150 может давать по существу не содержащую твердых частиц газовую фазу выходящего потока реактора, показанную в виде потока 185.
[0023] Были описаны различные варианты реализации подходящих систем ППЭ, теперь будут описаны варианты реализации способа ППЭ. Один или большее количество вариантов реализации способа ППЭ могут быть описаны со ссылкой на систему 100 ППЭ. Хотя данный способ ППЭ может быть описан со ссылкой на один или большее количество вариантов реализации системы ППЭ, такое описание нельзя рассматривать в качестве ограничительного. Хотя различные этапы способов, описываемых в данном документе, могут быть описаны или проиллюстрированы в конкретном порядке, это не следует рассматривать в качестве ограничения выполнения этих способов каким-либо конкретным порядком, если только не указано другое.
[0024] В варианте реализации изобретения поток исходного материала очищают (например, в блоке 102). Очистка потока исходного материала может включать отделение нежелательных соединений и элементов от потока исходного материала, содержащего этилен, для получения потока очищенного исходного этилена. В вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных с помощью фиг. 1, очистка потока исходного материала может включать направление потока 101 исходного материала в очиститель 102. В одном или большем количестве вариантов реализации изобретения, описываемых в данном документе, очиститель 102 может содержать одно или большее количество устройств или приспособлений, подходящих для очистки одного или большего количества газообразных реагентов в потоке исходного материала, который может содержать множество потенциально нежелательных газообразных соединений, элементов, примесей и тому подобное. Не имеющие ограничительного характера примеры подходящего очистителя 102 в соответствии с данным изобретением могут включать фильтр, мембрану, реактор, поглотитель, молекулярное сито, одну или большее количество дистилляционных колонн, фракционирующих колонн или их комбинации. Очиститель 102 может быть выполнен с возможностью отделения этилена из потока, содержащего метан, этан, ацетилен, пропан, пропилен, воду, кислород, другие газообразные углеводороды, различные примеси и/или их комбинации.
[0025] В варианте реализации изобретения очистка потока исходного материала может давать поток 103 очищенного исходного материала, содержащий по существу чистый этилен. В варианте реализации изобретения указанный поток очищенного исходного материала может содержать менее 25% по массе, в альтернативном варианте менее около 10% по массе, и в дополнительном альтернативном варианте менее около 1,0% по массе любого одного или большего количества из азота, кислорода, метана, этана, пропана, других углеводородов или их комбинаций. В контексте данного документа «по существу чистый этилен» относится к гидравлическому потоку, содержащему по меньшей мере около 60% этилена, в альтернативном варианте по меньшей мере около 70% этилена, в альтернативном варианте по меньшей мере около 80% этилена, в альтернативном варианте по меньшей мере около 90% этилена, в альтернативном варианте по меньшей мере около 95% этилена, в альтернативном варианте по меньшей мере около 99% этилена по массе, в альтернативном варианте по меньшей мере около 99,5% этилена по массе. В варианте реализации изобретения поток 103 очищенного исходного материал может дополнительно содержать следовые количества этана, например, менее около 0,5% этана по массе.
[0026] В варианте реализации изобретения поток 103 очищенного исходного материал затем может быть полимеризован (например, в блоке 104). Полимеризация мономеров потока 103 очищенного исходного материала может включать ускорение реакции полимеризации между множеством мономеров путем соприкосновения мономера или двух или большего количества мономеров с каталитической системой в условиях, подходящих для образования полимера. Подходящая каталитическая система может содержать катализатор, а также в качестве варианта сокатализатор и/или один или большее количество промоторов. Не имеющие ограничительного характера примеры подходящих каталитических систем включают, но без ограничения, катализаторы Циглера-Натта, катализаторы Циглера, хромовые катализаторы, хромоксидные катализаторы, хромоценовые катализаторы, металлоценовые катализаторы, никелевые катализаторы или их комбинации. Каталитические системы, пригодные для использования в данном изобретении, описаны, например, в патентах США №№7,619,047, 7,332,543, 7,790,820, 7,163,906 и 7,960,487, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки. В соответствии с вариантом реализации данного изобретения, можно использовать любую пригодную каталитическую систему, подходящую для потребностей или нужд данного процесса или продукта.
[0027] В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, полимеризация мономеров очищенного исходного материала может включать направление потока 103 очищенного исходного материала в реактор 104. В одном или большем количестве вариантов реализации изобретения, описываемых в данном документе, реактор 104 может содержать любой сосуд или комбинацию сосудов, соответственным образом выполненных с возможностью создания среды для химической реакции (например, зоны соприкосновения) между мономерами (например, этиленом) и/или полимерами (например, активной или растущей полимерной цепью) в присутствии катализатора для получения полимера (например, полимера полиэтилена). Хотя вариант реализации изобретения по фиг. 1 иллюстрирует систему ППЭ, имеющую один реактор, специалист в данной области техники, рассматривающий данное изобретение, поймет, что можно использовать два или большее количество реакторов, расположенных в любой подходящей конфигурации (например, последовательно и/или параллельно), таких как, например, два или большее количество петлевых реакторов, расположенных последовательно и/или параллельно, или петлевой реактор и реактор с кипящим слоем катализатора, расположенные последовательно или параллельно.
[0028] В контексте данного документа термины «полимеризационный реактор» или «реактор» включают любой полимеризационный реактор (например, резервуар), пригодный для полимеризации олефиновых мономеров с получением гомополимеров или сополимеров. Такие гомополимеры и сополимеры можно называть пластмассами или полимерами. Различные типы реакторов включают те, которые называют периодическими, суспензионными, газофазными, растворными реакторами, реакторами высокого давления, трубчатыми или автоклавными реакторами. Газофазные реакторы могут включать реакторы с кипящим слоем катализатора или многоступенчатые горизонтальные реакторы. Суспензионные реакторы могут включать вертикальные или горизонтальные петлевые реакторы, расположенные отдельно или последовательно. Реакторы высокого давления могут включать автоклавные или трубчатые реакторы или комбинации автоклавных и трубчатых реакторов. Типы реакторов могут включать реакторы с периодическими и/или непрерывными процессами. Реакторы с непрерывными процессами могут использовать периодический или непрерывный выпуск продуктов. Процессы также могут включать частичную или полную прямую рециркуляцию непрореагировавшего мономера, непрореагировавшего сомономера и/или разбавителя.
[0029] Системы полимеризационных реакторов по данному изобретению могут содержать реакторы одного типа в системе. В альтернативном варианте реализации изобретения, в котором используют несколько реакторов, два или большее количество реакторов могут быть одного типа или различных типов. Производство полимеров в нескольких реакторах может включать несколько этапов по меньшей мере в двух отдельных полимеризационных реакторах, взаимосвязанных транспортным устройством или каналом, дающим возможность транспортировки полимеров, получаемых из первого полимеризационного реактора, во второй реактор. Желаемые условия полимеризации в одном из реакторов могут отличаться от рабочих условий других реакторов. В альтернативном варианте полимеризация в нескольких реакторах может включать транспортировку полимера из первого реактора в следующие реакторы для непрерывной полимеризации. Системы нескольких реакторов могут содержать любую комбинацию, в том числе, но без ограничения, несколько петлевых реакторов, несколько газофазных реакторов, комбинацию петлевых и газофазных реакторов, несколько реакторов высокого давления или комбинацию реакторов высокого давления с петлевыми и/или газофазными реакторами. Несколько реакторов могут работать последовательно или параллельно или в любой комбинации.
[0030] Согласно одному аспекту данного изобретения, полимеризационный реактор может содержать по меньшей мере один газофазный реактор. В альтернативном аспекте изобретения полимеризационный реактор может содержать по меньшей мере один газофазный реактор в комбинации по меньшей мере с одним другим реактором, который может представлять собой суспензионный петлевой реактор или растворный полимеризационный реактор. Такие системы могут использовать непрерывный рециркуляционный поток, содержащий один или несколько мономеров, непрерывно циркулирующих через кипящий слой в присутствии катализатора в условиях полимеризации. Рециркуляционный поток можно отводить из кипящего слоя и возвращать обратно в реактор. Одновременно полимерный продукт можно отводить из реактора, и можно добавлять новый или свежий мономер, заменяющий полимеризованный мономер. Такие газофазные реакторы могут включать процесс многоэтапной газофазной полимеризации олефинов, в котором олефины полимеризуются в газообразной фазе по меньшей мере в двух независимых зонах газофазной полимеризации с подачей полимера, содержащего катализатор, получаемого в первой зоне полимеризации, во вторую зону полимеризации. Один тип газофазного реактора описан в патентах США №№5,352,749, 4,588,790 и 5,436,304, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
[0031] Согласно другому аспекту данного изобретения, система полимеризационных реакторов может дополнительно содержать по меньшей мере один петлевой суспензионный реактор, содержащий вертикальные или горизонтальные петли. Мономер, разбавитель, катализатор и в качестве варианта любой сомономер можно непрерывно подавать в петлевой реактор, в котором может происходить полимеризация. Как правило, непрерывные процессы могут включать непрерывное введение мономера, катализатора и разбавителя в полимеризационный реактор и непрерывное удаление из этого реактора суспензии, содержащей частицы полимера и разбавитель. Подходящие разбавители, используемые в суспензионной полимеризации, включают, но без ограничения, полимеризуемый мономер и углеводороды, которые в условиях реакции представляют собой жидкости. Примеры подходящих разбавителей включают, но без ограничения, углеводороды, такие как пропан, циклогексан, изобутан, n-бутан, n-пентан, изопентан, неопентан и n-гексан. Некоторые петлевые реакции полимеризации могут происходить в условиях, в которых разбавитель не используется. Пример полимеризации мономера пропилена описан в патенте США №5,455,314, который включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Типовой способ суспензионной полимеризации (известный также как способ образования частиц) описан, например, в патентах США №№3,248,179, 4,501,885, 5,565,175, 5,575,979, 6,239,235, 6,262,191 и 6,833,415, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки. В варианте реализации изобретения для данного применения можно использовать полимеризационный реактор или реакторы любых подходящих типов, форм, стилей или комбинаций.
[0032] Согласно еще одному аспекту данного изобретения, полимеризационный реактор может содержать растворный полимеризационный реактор, в котором мономер соприкасается с композицией катализатора с помощью подходящих перемешивающих или других механизмов. Можно использовать носитель, содержащий инертный органический разбавитель или излишек мономера. Если это желательно, мономер можно в парообразной фазе приводить в соприкосновение с продуктом каталитической реакции в присутствии или отсутствии жидкого материала. В зоне полимеризации можно поддерживать температуру и давление, которые приводят к образованию раствора полимера в реакционной среде. Можно использовать перемешивание для получения лучшего контроля температуры и для поддержания однородности полимеризационных смесей по всей зоне полимеризации. Соответствующие механизмы можно использовать для отвода тепла полимеризации.
[0033] Полимеризационные реакторы, подходящие для данного изобретения, могут дополнительно содержать любую комбинацию из по меньшей мере одной системы подачи сырья, по меньшей мере одной системы подачи катализатора или компонентов катализатора, по меньшей мере одной системы рециркуляции и по меньшей мере одной системы регенерации полимера. Подходящие системы реакторов для данного изобретения могут дополнительно содержать системы для очистки исходных материалов, хранения и подготовки катализатора, экструзии, охлаждения реактора, регенерации полимера, фракционирования, рециркуляции, хранения, выгрузки, лабораторного анализа, управления технологическим процессом и/или другие системы.
[0034] Условия, которыми можно управлять для эффективности полимеризации и для получения желательных свойств пластмассы, включают время, температуру давление и концентрацию различных реагентов. Температура полимеризации может влиять на продуктивность катализатора, молекулярную массу и распределение молекулярной массы полимера. Подходящая температура полимеризации может представлять собой любую температуру ниже температуры деполимеризации согласно уравнению свободной энергии Гиббса. Как правило, температура полимеризации включает температуры в диапазоне от около 60°С до около 280°С, например, от около 70°С до около 110°С, в зависимости от типа реакции полимеризации.
[0035] Подходящее время соприкосновения компонентов процесса полимеризации может изменяться в зависимости от потребностей или нужд данного процесса или продукта. Кроме времени соприкосновения для самой реакции полимеризации, любые/все периоды времени предварительного соприкосновения, предварительной активации, активации, выдержки, кондиционирования или других процессов, относящихся к этапу полимеризации, можно изменять так, как может быть необходимо или желательно для достижения соответствующего результата.
[0036] Подходящее давление также будет изменяться в соответствии с типом реактора и полимеризации. Давление для жидкофазной полимеризации в петлевом реакторе, как правило, составляет менее около 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,89 МПа). Давление для газофазной полимеризации обычно составляет от около 200 фунтов на квадратный дюйм до около 500 фунтов на квадратный дюйм (1,38-3,45 МПа). Полимеризацию высокого давления в трубчатых или автоклавных реакторах, как правило, выполняют при давлении от около 20000 фунтов на квадратный дюйм до около 75000 фунтов на квадратный дюйм (137,90-517,11 МПа). Полимеризационные реакторы можно эксплуатировать также в сверхкритической области, возникающей при повышенных в целом температурах и давлениях. Работа выше критической точки диаграммы давления/температуры (в сверхкритической фазе) может давать преимущества. В варианте реализации изобретения полимеризация может происходить в среде, имеющей подходящую комбинацию температуры и давления. Например, полимеризация может происходить при давлении в диапазоне от около 425 фунтов на квадратный дюйм (2,93 МПа) до около 900 фунтов на квадратный дюйм (6,21 МПа), в альтернативном варианте от около 450 фунтов на квадратный дюйм (3,10 МПа) до около 675 фунтов на квадратный дюйм (4,65 МПа), и температуре в диапазоне от около 60°С до около 280°С, в альтернативном варианте от около 70°С до около 110°С.
[0037] Концентрацией различных реагентов можно управлять, получая пластмассы с определенными физическими и механическими свойствами. Предлагаемое конечное изделие, которое будет изготовлено из пластмассы, и способ изготовления этого изделия определяют желательные свойства пластмассы. Механические свойства включают результаты испытаний прочности на растяжение, прочности на изгиб, ударной прочности, предела текучести, релаксации напряжения и твердости. Физические свойства включают результаты измерений плотности, молекулярной массы, распределения молекулярной массы, температуры плавления, температуры стеклования, температуры кристаллизации из расплава, плотности, симметричности молекулярной структуры, роста трещин, разветвления длинных цепей и реологических характеристик.
[0038] Концентрации и/или парциальные давления мономера, сомономера, водорода, сокатализатора, модификаторов и доноров электронов важны для получения этих свойств пластмассы. Сомономер можно использовать для управления плотностью продукта. Водород можно использовать для управления молекулярной массой продукта. Сокатализаторы можно использовать для алкилирования, удаления каталитических ядов и управления молекулярной массой. Модификаторы можно использовать для управления свойствами продукта, а доноры электронов влияют на симметричность молекулярной структуры, распределение молекулярной массы или молекулярную массу. Кроме того, сводят к минимуму концентрацию каталитических ядов, поскольку каталитические яды влияют на реакции и свойства продукта.
[0039] В варианте реализации изобретения полимеризация мономеров очищенного исходного материала может включать введение подходящей каталитической системы в реактор 104 с получением суспензии. В альтернативном варианте подходящая каталитическая система может находиться в реакторе 104.
[0040] Как объяснено выше, полимеризуемые мономеры очищенного исходного материала могут содержать селективно манипулируемые одно или большее количество условий реакции полимеризации для получения определенного полимерного продукта, для получения полимерного продукта, имеющего одно или большее количество желательных свойств, для достижения желаемой эффективности, для достижения желаемого выхода готового продукта и тому подобное или их комбинаций. Не имеющие ограничительного характера примеры таких параметров включают время, температуру, давление, тип и/или количество катализатора или сокатализатора, концентрации и/или парциальные давления различных реагентов или другие параметры технологического процесса. В варианте реализации изобретения полимеризация мономеров очищенного исходного материала 103 может включать регулирование одного или большего количества условий реакции полимеризации.
[0041] В варианте реализации изобретения полимеризация мономеров очищенного исходного материала может включать поддержание подходящей температуры, давления и/или парциального давления во время реакции полимеризации, в альтернативном варианте циклический переход между рядом подходящих температур, давлений и/или парциальных давлений во время реакции полимеризации.
[0042] В варианте реализации изобретения полимеризация мономеров очищенного исходного материала может включать циркуляцию, протекание, циклическую подачу, смешивание, перемешивание или их комбинации мономеров, каталитической системы и/или суспензии внутри реактора 104. В варианте реализации изобретения, в котором мономеры, каталитическая система и/или суспензия циркулируют, циркуляция может происходить со скоростью (например, скоростью потока) от около 1 м/с до около 30 м/с (от 3,2 футов в секунду до 99 футов в секунду), в альтернативном варианте от около 2 м/с до около 17 м/с (от 6,5 футов в секунду до 56 футов в секунду), в альтернативном варианте от около 3 м/с до около 15 м/с (от 9,8 футов в секунду до 49 футов в секунду).
[0043] В варианте реализации изобретения полимеризация мономеров очищенного исходного материала может включать регулирование реактора 104 для получения многомодального (например, бимодального) полимера (например, полиэтилена). Например, получаемый полимер может содержать как полиэтиленовый полимер относительно высокой молекулярной массы низкой плотности (ВММНП), так и полиэтиленовый полимер относительно низкой молекулярной массы высокой плотности (НММВП). В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, полимеризация мономеров очищенного исходного материала в реакторе 104 может давать выходящий поток 110, который, как правило, может содержать различные твердые частицы, полутвердые частицы, летучие и нелетучие жидкости, газы и/или их комбинации. Например, выходящий поток 110 может содержать непрореагировавшие жидкие реагенты мономеров (например, непрореагировавшие мономеры этилена), разбавители, отходы, другие газы и/или примеси. В варианте реализации изобретения выходящий поток 110 может содержать водород, азот, метан, этилен, этан, пропилен, пропан, бутан, изобутан, пентан, гексан, гексен-1 и более тяжелые углеводороды, а также полимерный продукт (например, полиэтилен). В варианте реализации изобретения этилен может присутствовать в диапазоне от около 0,1% до около 15%, в альтернативном варианте от около 1,0% до около 10% по массе. Этан может присутствовать в диапазоне отоколо 0,001% до около 4%, в альтернативном варианте от около 0,2% до около 2% по массе. Изобутан может присутствовать в диапазоне от около 70% до около 99%, в альтернативном варианте от около 80% до около 98%, в альтернативном варианте от около 83% до около 97% по массе. Твердые частицы и/или жидкости могут содержать полимерный продукт (например, полиэтиленовый полимер), часто называемый на этом этапе процесса 100 ППЭ «полимерной пылью» или просто «пылью».
[0044] В варианте реализации изобретения выходящий поток 110 можно нагревать. Например, в выходящий поток 110 можно добавлять энергию (например, тепло), способствующую обработке (разделению компонентов выходящего потока 110, которое будет обсуждаться в данном документе). В варианте реализации изобретения нагрев выходящего потока можно выполнять с помощью любого подходящего устройства, приспособления или способа, который будет давать изменение состояний и/или фаз компонентов, увеличение температуры выходящего потока или их комбинации, которые могут быть желательными для данного применения. В варианте реализации изобретения по фиг. 1 нагрев выходящего потока 110 может включать направление выходящего потока 110 через подходящий нагреватель, например, испарительный линейный нагреватель 120. В контексте данного документа термин «испарительный линейный нагреватель» может относиться к устройству или приспособлению, выполненному с возможностью нагрева потока (например, выходящего потока 110, который может содержать твердые частицы, жидкости и/или газы). Подходящие испарительные линейные нагреватели, которые можно использовать по данному документу, описаны, например, в патентах США №№3,152,872; 5,183,866 и 5,207,929, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме. Пример подходящего испарительного линейного нагревателя представляет собой теплообменник. Такой теплообменник может содержать трубку с двойной стенкой, в которой нагреваемое вещество (например, выходящий поток 110) протекает через внутреннюю трубку, а пар нагнетают во внешнюю или окружающую трубку. В варианте реализации изобретения указанный испарительный линейный нагреватель может работать периодически. Как правило, объем материала, протекающего через теплообменник, и скорость, с которой он протекает, определяют количество передаваемого тепла. В варианте реализации изобретения нагрев выходящего потока 110 может давать нагретый выходящий поток 125.
[0045] В альтернативном варианте реализации изобретения выходящий поток 110 не нагревают. Например, в варианте реализации изобретения реакция полимеризации может происходить при температурах, давлениях и/или других рабочих параметрах, обеспечивающих достаточную энергию, устраняющую необходимость добавления тепла или энергии в выходящий поток.
[0046] В варианте реализации изобретения нагретый выходящий поток 125 (в альтернативном варианте реализации изобретения, в котором выходящий поток не нагревают, поток 110) можно разделить на поток полимерного продукта и испаренный газообразный поток. В варианте реализации изобретения разделение нагретого выходящего потока 125 на поток полимерного продукта и испаренный газообразный поток можно выполнять с помощью любого подходящего устройства, приспособления, процесса или ряда процессов. Например, в варианте реализации изобретения разделение выходящего потока (такого как нагретый выходящий поток 125 или поток 110) на поток полимерного продукта и испаренный газообразный поток может включать испарение выходящего потока в испарительной камере 130. Без ограничения теорией, «испарение» потока в целом относится к изменению фазы, в котором компоненты потока в жидкой фазе (например, нагретого выходящего потока 125) превращают в компоненты в газообразной фазе (например, испаряя/газифицируя жидкие компоненты потока), например, путем уменьшения давления потока. В варианте реализации изобретения испарение можно выполнять путем нагрева потока, уменьшения давления потока, добавления в поток других форм энергии (например, ультразвуковой энергии) или их комбинаций. Например, испарение потока может включать быстрое (например, моментальное или почти моментальное) увеличение объема потока с падением давления потока и переходом жидких компонентов потока в парообразную или газообразную фазу. Сам поток, который был испарен, может содержать компоненты в газообразной фазе (например, испаренный газ) и компоненты в твердой фазе (например, полимерный продукт). Например, в варианте реализации изобретения по существу все (например, по меньшей мере около 98%, в альтернативном варианте по меньшей мере около 99%, в альтернативном варианте по меньшей мере около 99,5%, в альтернативном варианте по меньшей мере около 99,9% от общей массы) из неполимерных компонентов (например, жидкостей и газов), присутствующих в потоке 125, регенерируют в виде газов посредством потока 145. Твердый полимерный продукт регенерируют посредством потока 135.
[0047] В одном варианте реализации изобретения компоненты в твердой фазе (поток 135) можно в достаточной мере отделить от газообразных компонентов (поток 145) после испарения (например, парообразования) потока без необходимости подвергать компоненты в твердой фазе и газообразные компоненты какому-либо дополнительному процессу разделения. Например, твердые материалы, которые были захвачены потоком, могут «выпадать», когда жидкие компоненты потока изменяют фазу на парообразную.
[0048] В варианте реализации изобретения по фиг. 1 разделение нагретого выходящего потока включает направление нагретого выходящего потока 125 в испарительную камеру 130. Испарительная камера 130 может содержать единственный сосуд или несколько сосудов по необходимости и может содержать дополнительные испарительные отсеки или камеры, сглаживающие/уравнительные камеры, различные клапаны, впускные патрубки, выпускные патрубки или другое подходящее оборудование. Без ограничения теорией, когда нагретый выходящий поток 125 вводят в испарительную камеру 130, объем потока, поступающего в испарительную камеру 130, может быстро расширяться, что приводит к уменьшению давления потока и испарению жидких компонентов нагретого выходящего потока 125. В варианте реализации изобретения само введение нагретого выходящего потока 125 в испарительную камеру 130 (например, испаряющую нагретый выходящий поток 125) может давать твердые компоненты (например, полимерный продукт или полимерную пыль) и газообразные или парообразные компоненты (например, испаренные газы). Также в варианте реализации изобретения по фиг. 1 любой оставшийся полимерный продукт в потоке 145 можно дополнительно отделить от испаренных газов на следующих этапах разделения.
[0049] В варианте реализации изобретения по фиг. 1 твердые компоненты нагретого выходящего потока 125 могут выходить из испарительной камеры 130 в виде потока 135 полимерного продукта, а газообразные или парообразные компоненты выходят в виде испаренного газообразного выходящего потока 145. В варианте реализации изобретения поток 135 полимерного продукта может содержать полимерную пыль, содержащую олигомеры, и/или крупные частицы полимеров, получаемые в реакции или реакциях полимеризации, описанных ранее (например, полиэтилена). В варианте реализации изобретения испаренный газообразный выходящий поток 145 может содержать нетвердые компоненты выходящего потока 110 реактора в парообразной фазе (например, водород, азот, метан, этилен, этан, пропилен, пропан, бутан, изобутан, пентан, гексан, гексен-1 и более тяжелые углеводороды), а также мелкие частицы твердого полимера, не отделенные в испарительной камере 130.
[0050] В варианте реализации изобретения испаренный газообразный выходящий поток 145 может выходить из испарительной камеры 130 под подходящим давлением. Например, давление испаренного газообразного выходящего потока 145 при выходе из испарительной камеры 130 может находиться в диапазоне давлений от около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (0,101 МПа) до около 527,9 фунтов на квадратный дюйм (3,64 МПа), в альтернативном варианте от около 15,7 фунтов на квадратный дюйм (0,108 МПа) до около 348 фунтов на квадратный дюйм (2,40 МПа), в альтернативном варианте от около 85 фунтов на квадратный дюйм (0,586 МПа) до около 290 фунтов на квадратный дюйм (2,00 МПа).
[0051] В альтернативном варианте реализации изобретения разделение нагретого выходящего потока 125 (в альтернативном варианте, в варианте реализации изобретения, в котором выходящий поток не нагревают, выходящего потока 110) на поток 135 полимерного продукта и газообразный поток (например, испаренный газообразный выходящий поток 145) может происходить путем фильтрации, мембранного разделения, различных форм центробежного разделения или с помощью другого подходящего устройства, приспособления или способа разделения, что специалист в данной области техники поймет с помощью данного описания.
[0052] В варианте реализации изобретения по фиг. 1 испаренный газообразный выходящий поток 145, выходящий из испарительной камеры 130, может содержать мелкие фракции полимера, содержащие олигомер, и/или крупные частицы полимеров, получаемого в реакции или реакциях полимеризации, описанных ранее (например, полиэтилена). Эти мелкие фракции имеют размеры меньше полимерного продукта или полимерной пыли, присутствующих в потоках 125 и 135, и могут быть менее 10 микрон, в альтернативном варианте менее 5 микрон или в альтернативном варианте менее 2 микрон.
[0053] В варианте реализации изобретения разделение выходящего потока (например, нагретого выходящего потока 125) на поток полимерного продукта и испаренный газообразный поток может в целом включать дополнительное отделение компонентов в газообразной фазе (например, испаренного газообразного выходящего потока) от компонентов в твердой фазе (например, мелких фракций полимера). Дополнительное разделение указанных компонентов в газообразной фазе и указанных компонентов в твердой фазе можно выполнять с помощью любого подходящего устройства, приспособления или способа. Например, в варианте реализации изобретения, в котором поток испаряют, любые компоненты в твердой фазе (например, мелкие фракции полимера), оставшиеся в парообразной фазе, и компоненты в парообразной фазе (например, испаренный газообразный выходящий поток) можно дополнительно разделять с помощью центробежного сепаратора. В целом центробежное или вихревое разделение относится к способу отделения твердых и/или зернистых материалов от газообразных материалов, например, посредством вращающегося с высокой скоростью потока, образующегося внутри цилиндрического или конического контейнера (например, циклонной камеры или циклона). Материал течет по спиральной траектории, начинающейся в верхней части (широком конце) циклона, и заканчивающейся в нижнем (узком) конце перед выходом из циклона. Без ограничения теорией, твердый и/или зернистый материал (например, полимерная пыль), захваченный вращающимся газообразным потоком внутри циклона, имеет слишком большую инерцию, чтобы следовать по кривой малого радиуса вращения газообразного потока, и таким образом ударяется о наружную стенку циклона и падает в направлении дна циклона. В такой конической системе по мере перемещения вращающегося потока в направлении узкого конца циклона радиус вращения потока уменьшается, отделяя все более мелкие частицы. Геометрическая форма циклона вместе со скоростью потока определяет «границу отделения фракции» циклона; то есть, размер частиц, которые будут удалены из потока с 50% эффективностью. Как правило, частицы, имеющие размер больше границы отделения фракции, будут удаляться с большей эффективностью, а меньшие частицы будут удаляться с меньшей эффективностью.
[0054] Как в общих чертах проиллюстрировано на фиг. 1 и в соответствии с аспектом данного изобретения, газ, выходящий из испарительной газовой камеры 130, испаренный газообразный выходящий поток 145, попадает в цилиндрическую или коническую камеру 140 (например, циклон) тангенциально в одной или большем количестве точек и выходит через центральное отверстие. Частицы за счет своей инерции будут склонны перемещаться в направлении наружной стенки сепаратора, откуда они поступают в приемник. Газ, поток 165, выходит в верхней части циклона, а твердые частицы, поток 155, выходят в нижней части циклона. Циклон может работать при давлении и температуре, аналогичных тем, которые используют в испарительных камерах высокого давления.
[0055] В качестве дополнительного примера, циклон может работать при давлениях и температурах, как правило, используемых в испарительной камере промежуточного давления, например испарительной камере промежуточного давления двухступенчатой испарительной системы, описанной Хансоном и др. (Hanson, et al.) в патенте США №4,424,341, который включен в данный документ посредством ссылки. Предпочтительно циклон или циклонная зона работает при давлении в диапазоне от около 100 фунтов на квадратный дюйм до около 1500 фунтов на квадратный дюйм (0,69 МПа - 10,34 МПа), в альтернативном варианте от около 125 фунтов на квадратный дюйм до около 275 фунтов на квадратный дюйм (0,86 МПа - 1,90 МПа), в альтернативном варианте от около 150 фунтов на квадратный дюйм до около 250 фунтов на квадратный дюйм (1,03 МПа - 1,72 МПа), в альтернативном варианте от около 140 фунтов на квадратный дюйм до около 190 фунтов на квадратный дюйм (0,91 МПа - 1,31 МПа), в альтернативном варианте около 170 фунтов на квадратный дюйм (1,17 МПа). Циклон или циклонная зона может работать при температуре в пределах диапазона от около 37,8°С до около 121°С, в альтернативном варианте от около 54,4°С до около 110°С, в альтернативном варианте от около 65,6°С до около 98,9°С, в альтернативном варианте от около 76,6°С до около 93,3°С.
[0056] В аспекте данного изобретения по меньшей мере около 90% твердых частиц полимера можно отделить от газообразной среды в циклоне. В альтернативном варианте по меньшей мере около 95% твердых частиц полимера можно отделить от газообразной среды в циклоне. В альтернативном варианте по меньшей мере около 99% твердых частиц полимера можно отделить от газообразной среды в циклоне. В альтернативном варианте по меньшей мере около 99,9% твердых частиц полимера можно отделить от газообразной среды в циклоне. Эффективность отделения твердых частиц может быть очень высокой (около 99,99% или выше, например, около 99,999%), но эта эффективность отчасти зависит от распределения размеров частиц.
[0057] В дополнительном аспекте данного изобретения разделенный испаренный газообразный выходящий поток 165, выходящий из циклона, может содержать менее около 5% по массе мелких частиц полимера, в альтернативном варианте менее около 1% по массе мелких частиц полимера, в альтернативном варианте менее около 0,1% по массе мелких частиц полимера, в альтернативном варианте менее около 0,01% по массе мелких частиц полимера, в альтернативном варианте менее около 0,001% по массе мелких частиц полимера.
[0058] В альтернативном аспекте данного изобретения разделение нагретого выходящего потока 125 (в альтернативном варианте реализации изобретения, в котором выходящий поток 110 не нагревают) на поток полимерного продукта и газообразный поток можно выполнять с помощью любой комбинации испарительной камеры, циклона, фильтрационной установки и любых других подходящих разделительных устройств. Как поймет специалист в данной области техники, цель использования двух или большего количества последовательных разделительных устройств заключается в эффективном удалении частиц полимера различных размеров (то есть, фильтрационная установка или циклон может более эффективно удалять мелкие фракции полимера, чем испарительная камера).
[0059] Также согласно общей принципиальной схеме по фиг. 1, испаренный газообразный выходящий поток 145 (или в альтернативном варианте разделенный испаренный газообразный выходящий поток 165), который содержит мелкие фракции полимера, можно пропускать через одно или большее количество следующих разделительных устройств 140 и 150, удаляющих мелкие фракции полимера. Подходящие разделительные устройства для удаления мелких фракций полимера включают циклоны, тангенциальные поточные фильтры, мембранные фильтры, мешочные фильтры, электростатические сепараторы и тому подобное.
[0060] В варианте реализации изобретения мелкие фракции и пыль полимера удаляют из испаренного газообразного выходящего потока 145 с помощью циклона, такого как циклон 140 для испаренного газа, и системы 150 мешочных фильтров, расположенных последовательно. В соответствии с данным изобретением, система мешочных фильтров 150 содержит (но без ограничения) сосуд (или корпус) с коническим дном, который будет обсуждаться далее со ссылкой на иллюстрацию сосуда 200 на фиг. 2, в котором подвешены тканевые фильтры 206, также в целом называемые «мешки». Также известно, что в случае фильтров пылеуловительной камеры, как показано на фиг. 2, газ поступает в сосуд посредством газового впускного патрубка 201 и через несколько мешков (или мешочных фильтров) 206, подвешенных параллельно внутри сосуда (или корпуса).
[0061] Существуют несколько способов расположения мешков в сосуде (или корпусе), несколько способов протекания воздуха через мешки и несколько типов ткани, которые можно использовать для изготовления мешков. Система 150 мешочных фильтров может представлять собой систему с очисткой обратной обдувкой, механическим встряхиванием или с импульсной очисткой. Надлежащим образом спроектированная система мешочных фильтров собирает частицы в диапазоне от субмикронных размеров до нескольких сотен микрон в диаметре с эффективностью более 99%. Проектирование мешочных фильтров включает оптимизацию скорости фильтрования для уравновешивания размера камеры мешочных фильтров с падением давления. Скорость фильтрования, как правило, находится в диапазоне от около 2 футов в минуту до около 4 футов в минуту (от около 0,6 м/мин до около 1,2 м/мин); однако, ее следует отрегулировать с учетом конкретных случаев проектирования в зависимости от содержания частиц, размера частиц и других факторов.
[0062] Выбирать ткань необходимо в зависимости от характеристик газового потока (например, температуры и химического состава), а также типа удаляемых частиц. Распространенные ткани, используемые в мешочных фильтрах, среди прочего включают, но без ограничения, сополимеры акриловой кислоты, например, те, которые продаются под торговым наименованием Dynel, хлопок, шерсть, нейлон, полипропилен, поликарбонаты, полисульфоны, дакрон, полиамиды типа полигексаметиленадипамида или полиамиды под общим названием «нейлон», такие как Nomex, политетрафторэтилен (например, Teflon), сополимеры, такие как сополимеры стирола/акриловой кислоты и т.п., а также стеклоткань или войлочные материалы. Корпус мешочного фильтра может быть разделен на несколько отсеков, в зависимости от общей скорости газового потока, доступного или желаемого максимально допустимого падения давления, величины необходимой площади фильтрации и времени фильтрации.
[0063] Со временем частицы накапливаются на поверхности мешочных фильтров, что приводит к увеличению падения давления на противоположных концах системы. Когда падение давления достигает значения, неприемлемого для продолжения работы системы, мешки необходимо очистить. В системе с очисткой обратной обдувкой очищающий воздух (или другой газ) продувают через мешки в направлении, противоположном нормальному потоку газа. В системе с очисткой механическим встряхиванием мешки физически встряхивают, чтобы выбить частицы из фильтров. В системе с импульсной очисткой мешки очищают короткими импульсами воздуха (или другого газа) высокого давления, которые происходят каждые несколько минут.
[0064] В варианте реализации изобретения пары, отводимые сверху, в разделенном выходящем испаренном газообразном потоке 165 попадают в систему 150 мешочных фильтров в точке прямо над началом конической части сосуда 200, например, в точке 201, поднимаются, проходят через фильтровальные мешки (206) и выходят через вершину сосуда (или корпуса) мешочного фильтра. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг. 2, газ входит во впускной патрубок 201 испаренного газа. В варианте реализации изобретения парообразный поток (например, описанный в качестве разделенного испаренного газообразного выходящего потока 165 по фиг. 1) попадает в сосуд (или корпус) 201 посредством форсунки, тангенциальной к стенке сосуда. Когда поток паров протекает вверх через мешки 206 и наружу из сосуда (или корпуса) через паровой выпускной патрубок 202, любые твердые частицы в потоке пара, в том числе мелкие фракции и/или пыль полимера, задерживаются на внутренней поверхности мешков. В зависимости от размера корпуса и объема обрабатываемого газа, корпус 200 мешочного фильтра может содержать сотни фильтровальных мешков 206.
[0065] В варианте реализации изобретения сосуд 200 (или корпус) мешочного фильтра соединен с системой обратной продувки мешочного фильтра, которая использует воздух, азот или другой технологический газ, подающей импульсы газа в мешки, тем самым удаляя любые мелкие частицы, собирающиеся на наружной стороне мешка. Эту систему обратной продувки мешочного фильтра используют для очистки мешочных фильтров, если наблюдается аномальное или неприемлемое падение давления. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг. 2, газообразный этилен поступает в сосуд через впускной патрубок 204 обратной продувки. В варианте реализации изобретения частицы полимера удаляют из мешочного фильтра в потоке 175 по фиг. 1 через выпускной патрубок 203 твердых частиц по фиг. 2. В варианте реализации изобретения по существу свободный от частиц выходящий поток 185 газа из реактора выходит из системы 150 мешочных фильтров по фиг. 1 через паровой выпускной патрубок 202, как показано на фиг. 2. Затем указанный по существу свободный от частиц выходящий поток газа подвергают дополнительным этапам обработки, которые могут включать, но без ограничения, предохранительный фильтр, компрессор и одну или большее количество дистилляционных колонн, разделяющих различные отдельные компоненты потока газа.
[0066] В варианте реализации изобретения по существу свободный от частиц выходящий поток 185 газа из реактора, выходящий из системы 150 мешочных фильтров, по существу не содержит твердых частиц. Конкретно, выходящий поток 185 газа из реактора содержит менее около 1% (10000 ppm) по массе, менее около 0,5% (5000 ppm) по массе, менее около 0,1% (1000 ppm) по массе, менее около 0,01% (100 ppm) по массе, менее около 0,001% (10 ppm) по массе, менее около 0,0001% (1 ppm) по массе твердых частиц.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
[0067] В варианте реализации изобретения разделенный испаренный газообразный выходящий поток 165, который поступает в систему 150 мешочных фильтров, имеет фактическую скорость потока более около 50000 кубических футов в час (1400 м/ч); в альтернативном варианте фактическую скорость потока от около 50000 кубических футов в час до около 100000 кубических футов в час (1400 м/ч - 2800 м/ч); в альтернативном варианте фактическую скорость потока от около 100000 кубических футов в час до около 150000 кубических футов в час (2800 м/ч - 4250 м/ч). В варианте реализации изобретения разделенный испаренный газообразный выходящий поток 165, который поступает в систему 150 мешочных фильтров, имеет скорость потока при стандартных условиях более около 10000 кубических футов в минуту (280 м/мин); в альтернативном варианте скорость потока при стандартных условиях от около 15000 кубических футов в минуту до около 20000 кубических футов в минуту (425 м/мин - 566 м/мин); в альтернативном варианте скорость потока при стандартных условиях от около 20000 кубических футов в минуту до около 30000 кубических футов в минуту (566 м/мин - 850 м/мин). В варианте реализации изобретения скорость потока твердых частиц, поступающего в систему 150 мешочных фильтров, составляет более около 10 фунтов в час (4,5 кг/ч); в альтернативном варианте более около 50 фунтов в час (22,7 кг/ч); в альтернативном варианте более около 100 фунтов в час (45,5 кг/ч); в альтернативном варианте менее около 150 фунтов в час (68,0 кг/ч). В варианте реализации изобретения размер твердых частиц, поступающих в систему 150 мешочных фильтров, может быть боле около одного микрона; в альтернативном варианте более около 5 микрон; в альтернативном варианте более около 10 микрон; в альтернативном варианте более около 25 микрон; в альтернативном варианте более около 50 микрон.
[0068] В варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров работает при температуре более около 37°С; в альтернативном варианте при температуре более около 65°С; в альтернативном варианте при температуре более около 79°С; в альтернативном варианте при температуре более около 93°С; в альтернативном варианте при температуре более около 150°С. В варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров работает при давлении более около 100 фунтов на квадратный дюйм (0,69 МПа); в альтернативном варианте при давлении более около 125 фунтов на квадратный дюйм (0,86 МПа); в альтернативном варианте при давлении более около 150 фунтов на квадратный дюйм (1,03 МПа); в альтернативном варианте при давлении менее около 350 фунтов на квадратный дюйм (2,41 МПа).
3
3
3
3
[0069] В предпочтительном варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров работает с фактической скоростью потока газа от около 126328 кубических футов в час (3577 м/ч) до около 138961 кубических футов в час (3935 м/ч) при температуре около 180°F (82°С) и давлении около 135 фунтов на квадратный дюйм (изб.) (0,93 МПа изб.). В предпочтительном варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров работает со скоростью потока газа при стандартных условиях от около 20376 стандартных кубических футов в минуту (577 м/мин) до около 22414 стандартных кубических футов в минуту (635 м/мин). В предпочтительном варианте реализации изобретения скорость потока твердых частиц в потоке газа, поступающем в систему 150 мешочных фильтров, составляет около 100 фунтов в час (45,4 кг/ч).
[0070] В варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров представляет собой систему с обратной импульсной очисткой. В варианте реализации изобретения газ обратной продувки представляет собой сухой газ. В предпочтительном варианте реализации изобретения газ обратной продувки представляет собой этилен. В предпочтительном варианте реализации изобретения газ обратной продувки представляет собой этилен с температурой выше точки конденсации.
[0071] В варианте реализации изобретения система 150 мешочных фильтров работает с эффективностью более около 95% для частиц размером 2 микрона. В варианте реализации изобретения система мешочных фильтров работает с эффективностью более около 99% для частиц размером 2 микрона. В варианте предпочтительном реализации изобретения система мешочных фильтров работает с эффективностью большей или равной около 99,8% для частиц размером 2 микрона.
[0072] В предпочтительном варианте реализации изобретения материал фильтра представляет собой пористый войлок из политетрафторэтилена (ПТФЭ или Teflon), такой как войлочный материал из волокнистого ПТФЭ. В альтернативном варианте реализации изобретения материал фильтра состоит из полиэфирных или полипропиленовых волокон. В альтернативном предпочтительном варианте реализации изобретения материал фильтра также содержит мембрану из ПТФЭ.
[0073] В варианте реализации изобретения диаметр каждого из фильтровальных мешков может быть от около 115 мм до около 150 мм (от около 4,5 дюймов до около 5,9 дюймов), а длина каждого из мешков может быть от около 1550 мм до около 3000 мм (от около 5,0 футов до около 10,0 футов). В варианте реализации изобретения длина каждого из фильтровальных мешков меньше или равна около 2240 мм (7,35 футов). В альтернативном варианте реализации изобретения длина каждого из фильтровальных мешков меньше или равна около 2000 мм (6,6 футов).
[0074] Термин «скорость восходящего потока» в контексте данного документа определен как вертикальная скорость газа в открытой зоне между мешками, и эта скорость должна быть достаточно низкой, чтобы позволять мелким фракциям полимера падать на дно корпуса фильтра. Скорость восходящего потока вычисляют путем деления скорости потока газа на площадь поперечного сечения корпуса мешочного фильтра минус площадь поперечного сечения фильтровального материала в указанном корпусе. В варианте реализации изобретения скорость восходящего потока составляет от около 0,4 м/с до около 0,6 м/с (1,3 фута в секунду - 2 фута в секунду). В варианте реализации изобретения скорость восходящего потока составляет от около 0,3 м/с до около 0,6 м/с (0,98 фута в секунду - 2 фута в секунду). В варианте реализации изобретения скорость восходящего потока меньше или равна около 0,3 м/с (0,98 фута в секунду). В варианте реализации изобретения скорость восходящего потока составляет менее около 1 фута в секунду (0,3 м/с).
3
3
2
3
3
2
3
2
3
2
[0075] Отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра определено как отношение фактической скорости потока газа к площади поверхности мешков. В варианте реализации изобретения отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра составляет от около 0,8 м/мин до около 1,1 м/мин на м площади поверхности мешков. В варианте реализации изобретения отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра составляет от около 0,6 м/мин до около 1,1 м/мин на м площади поверхности мешков. В варианте реализации изобретения отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньше или равно около 0,8 м/мин на м площади поверхности мешков. В предпочтительном варианте реализации изобретения отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности составляет менее около 0,043 кубических футов в секунду газа на квадратный фут площади поверхности мешков (0,79 м/мин газа на м).
[0076] В варианте реализации изобретения система удаления твердых частиц полимера состоит из испарительной камеры 130, циклона 140 испаренного газа и системы 150 мешочных фильтров. В этом варианте реализации изобретения нагретый выходящий поток 125 (или в качестве варианта ненагретый выходящий поток 110) поступает непосредственно в испарительную камеру 130. В альтернативном варианте реализации изобретения система удаления твердых частиц полимера состоит из испарительной камеры 130 и системы 150 мешочных фильтров. В этом варианте реализации изобретения испаренный газообразный поток 145 поступает непосредственно в систему 150 мешочных фильтров. В другом альтернативном варианте реализации изобретения система удаления твердых частиц полимера состоит из циклона 140 испаренного газа и системы 150 мешочных фильтров, удаляющих твердые частицы полимера. В этом варианте реализации изобретения нагретый выходящий поток 125 (или в качестве варианта ненагретый выходящий поток 110) поступает непосредственно в циклон 140 для испаренного газа.
[0077] В варианте реализации изобретения газ, выходящий из мешочного фильтра, по существу свободный от частиц выходящий поток 185 реактора, направляют в предохранительный фильтр 160, а затем в испарительный компрессор 170. Затем сжатый газ разделяют на легкие и тяжелые компоненты посредством одной или большего количества дистилляционных колонн по типовому процессу 180, а после разделения используют в качестве вторичного (например, добавочного) исходного газа для системы реакторов. На фиг. 1 все оборудование ниже по потоку от компрессора представлено типовым процессом 180.
[0078] В варианте реализации изобретения общая надежность системы может быть повышена благодаря системам и/или способам, описываемым в данном документе, что может сопровождаться сокращением связанных с этим капитальных затрат и накладных расходов. Например, такое увеличение общей надежности системы может быть результатом удаления твердых частиц полимера, остатки которых в системе могут вызывать засорение и закупорку, которые впоследствии могут быть причиной отказа технологического оборудования и его простоя для очистки и ремонта. Хотя данное изобретение проиллюстрировано и описано на примерах конкретных процессов и способов использования, очевидно, что представленные технологии, компоненты и составляющие элементы можно заменить их эквивалентами, а также внести другие изменения в пределах объема данного изобретения, определенного приложенной формулой изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0079] В общее описание изобретения включены следующие примеры, демонстрирующие предпочтительные варианты реализации данного изобретения. Специалист в данной области техники должен понимать, что технологии, описываемые в примерах, представляют технологии, хорошая работа которых подтверждена изобретателями на практике, и таким образом их можно считать предпочтительными вариантами для практического применения. Однако, в свете данного изобретения специалист в данной области техники должен понимать, что в описываемые конкретные варианты реализации изобретения можно внести множество изменений и получить подобные или аналогичные результаты без отступления от объема данного изобретения.
ПРИМЕР ВОЗМОЖНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 1
[0080] Для демонстрации работы систем и/или способов, описываемых в данном документе, были выполнены проектные расчеты, определяющие подходящие размеры системы мешочных фильтров с учетом указанного диапазона скоростей потока газа и рабочих условий. Указанные проектные расчеты уже известны специалистам в области проектирования сепарационного оборудования.
3
[0081] Для фактической скорости испаренного газообразного потока от 126328 кубических футов в час (3577 м/ч) (нормальная) до 138961 кубических футов в час (3935 м3/ч) (максимальная) на входе мешочного фильтра при рабочей температуре 180°F (82°С) и давлении 135 фунтов на квадратный дюйм (изб.) (0,93 МПа (изб.)) испаренный газ имеет следующие свойства:
[0082] Испаренный газообразный поток, поступающий в систему мешочных фильтров, имеет следующий состав:
[0083] Испаренный газообразный поток, поступающий в систему мешочных фильтров, имеет следующее распределение размеров частиц:
[0084] При этих условиях ожидается, что эффективность системы мешочных фильтров составит 99,8% для 2 микрон. Допустимое падение давления в чистом состоянии составляет 1,5 фунта на квадратный дюйм, а допустимое падение давления в грязном состоянии составляет 3,0 фунта на квадратный дюйм. Допустимое отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра составляет 0,043 кубического фута в секунду на квадратный фут площади поверхности фильтра в фактических условиях, а скорость восходящего потока составляет менее 1 фута в секунду.
ПРИМЕР ВОЗМОЖНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 2
3
3
[0085] Для фактической скорости испаренного газообразного потока от 86191 кубических футов в час (2441 м/ч) (нормальная) до 94810 кубических футов в час (2685 м/ч) (максимальная) на входе мешочного фильтра при рабочей температуре 180°F (79,44°С) и давлении 154 фунтов на квадратный дюйм (изб.) (1,06 МПа (изб.)) испаренный газ имеет следующие свойства:
[0086] Испаренный газообразный поток, поступающий в систему мешочных фильтров, имеет следующий состав:
[0087] Испаренный газообразный поток, поступающий в систему мешочных фильтров, имеет следующее распределение размеров частиц:
[0088] При этих условиях ожидается, что эффективность системы мешочных фильтров составит 99,8% для 2 микрон. Допустимое падение давления в чистом состоянии составляет 1,5 фунта на квадратный дюйм, а допустимое падение давления в грязном состоянии составляет 3,0 фунта на квадратный дюйм. Допустимое отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра составляет 0,043 кубического фута в секунду на квадратный фут площади поверхности фильтра при фактических условиях, а скорость восходящего потока составляет менее 1 фута в секунду.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
[0089] Далее представлены не имеющие ограничительного характера конкретные варианты реализации изобретения в соответствии с данным изобретением.
[0090] Вариант реализации изобретения А. Способ удаления твердых частиц полимера из выходящего потока полимеризационного реактора, включающий следующие этапы:
извлечение выходящего потока реактора из полимеризационного реактора;
испарение указанного выходящего потока реактора с получением испаренного газообразного потока;
отделение указанного испаренного газообразного потока от частиц полимера в указанном потоке путем пропускания указанного испаренного газообразного потока через циклон для испаренного газа; и
дополнительное отделение указанного испаренного газообразного потока от частиц полимера путем пропускания указанного испаренного газообразного потока через систему мешочных фильтров;
3
2
при этом указанная система мешочных фильтров работает со скоростью восходящего потока меньшей или равной около 0,30 м/с (1 фут в секунду) и отношением объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньшим или равным около 1,1 м/мин на м (0,060 кубического фута в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
[0091] Вариант реализации изобретения В. Способ по варианту реализации изобретения A, отличающийся тем, что система мешочных фильтров содержит один или большее количество мешочных фильтров.
[0092] Вариант реализации изобретения С. Способ по варианту реализации изобретения B, отличающийся тем, что мешочные фильтры изготовлены из политетрафторэтилена.
[0093] Вариантах реализации изобретения D. Способ по варианту реализации изобретения В, отличающийся тем, что каждый из мешочных фильтров имеет длину, равную или меньшую около 2240 мм (7,35 футов).
3
3
[0094] Вариант реализации изобретения Е. Способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, отличающийся тем, что испаренный газообразный поток, поступающий в систему мешочных фильтров, имеет фактическую скорость потока в диапазоне от около 100000 кубических футов в час до около 150000 кубических футов в час (2832 м/ч - 4247,5 м/ч) при температуре около 180°F (82,2°С) и давлении около 135 фунтов на квадратный дюйм (изб.) (0,93 МПа (изб.)).
[0095] Вариант реализации изобретения F. Способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, отличающийся тем, что скорость потока твердых частиц, поступающих в систему мешочных фильтров, меньше или равна около 150 фунтов в час (68,0 кг/ч).
3
2
[0096] Вариант реализации изобретения G. Способ по варианту реализации изобретения А, отличающийся тем, что отношение объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньше или равно около 0,8 м/мин на м (0,043 кубического фута в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
[0097] Вариант реализации изобретения Н. Способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, отличающийся тем, что система мешочных фильтров работает при температуре менее около 300°F (148,9°С) и давлении менее около 350 фунтов на квадратный дюйм (изб.) (2,4 МПа (изб.)).
[0098] Вариант реализации изобретения I. Способ по любому из предшествующих вариантов реализации изобретения, отличающийся тем, что система мешочных фильтров работает с эффективностью более около 99% для частиц размером 2 микрона.
[0099] Вариант реализации изобретения J. Способ удаления твердых частиц полимера из выходящего потока полимеризационного реактора, включающий следующие этапы:
извлечение выходящего потока реактора из полимеризационного реактора;
испарение указанного выходящего потока реактора с получением испаренного газообразного потока; и
дополнительное отделение указанного испаренного газообразного потока от частиц полимера путем пропускания указанного испаренного газообразного потока через систему мешочных фильтров;
3
2
при этом указанная система мешочных фильтров работает со скоростью восходящего потока меньшей или равной 0,30 м/с (1 фут в секунду) и отношением объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньшим или равным 1,1 м/мин на м (0,060 кубического фута в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
[00100] Вариант реализации изобретения К. Способ удаления твердых частиц полимера из выходящего потока полимеризационного реактора, включающий следующие этапы:
извлечение выходящего потока реактора из полимеризационного реактора;
отделение указанного выходящего потока реактора от частиц полимера путем пропускания указанного выходящего потока реактора через циклон для испаренного газа; и
дополнительное отделение указанного выходящего потока реактора от частиц полимера путем пропускания указанного выходящего потока реактора через систему мешочных фильтров;
3
2
причем указанная система мешочных фильтров работает со скоростью восходящего потока меньшей или равной 0,30 м/с (1 фут в секунду) и отношением объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньшим или равным 1,1 м/мин на м (0,060 кубического фута в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
[00101] Вариант реализации изобретения L. Система удаления твердых частиц полимера из выходящего потока полимеризационного реактора, содержащая:
полимеризационный реактор, испарительную камеру, циклон для испаренного газа и систему мешочных фильтров;
3
2
при этом указанная система мешочных фильтров работает со скоростью восходящего потока меньшей или равной около 0,30 м/с (1 фут в секунду) и отношением объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньшим или равным около 1,1 м/мин на м (0,060 кубических футов в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
[00102] Вариант реализации изобретения М. Система по варианту реализации изобретения L отличающаяся тем, что циклон для испаренного газа расположен выше по потоку от системы мешочных фильтров, а испарительная камера расположена выше по потоку от циклона испаренного газа.
[00103] Вариант реализации изобретения N. Система удаления твердых частиц полимера из выходящего потока полимеризационного реактора, содержащая:
полимеризационный реактор, в качестве варианта испарительную камеру, в качестве дополнительного варианта циклон для испаренного газа и систему мешочных фильтров;
3
2
при этом указанная система мешочных фильтров работает со скоростью восходящего потока меньшей или равной около 0,30 м/с (1 фут в секунду) и отношением объемного расхода газа к рабочей поверхности фильтра меньшим или равным около 1,1 м/мин на м (0,060 кубических футов в секунду на квадратный фут) площади поверхности мешков.
1
u
1
u
1
[00104] Описан по меньшей мере один вариант реализации изобретения, и вариации, комбинации и/или модификации указанного варианта (вариантов) реализации изобретения и/или особенности указанного варианта (вариантов) реализации изобретения, внесенные специалистом в данной области техники, находятся в пределах объема данного изобретения. Альтернативные варианты реализации изобретения, получаемые путем комбинирования, объединения и/или опускания особенностей указанного варианта (вариантов) реализации изобретения, также находятся в пределах объема данного изобретения. Если однозначно указаны числовые диапазоны или ограничения, следует понимать, что такие числовые диапазоны или ограничения включают итерационные диапазоны или ограничения подобной величины, попадающие в пределы однозначно указанных диапазонов или ограничений (например, от около 1 до около 10 включает 2, 3, 4; более 0,10 включает 0,11, 0,12, 0,13). Например, всякий раз, когда указывается числовой диапазон с нижним пределом R и верхним пределом R, любое число, попадающее в пределы указанного диапазона, указывается конкретно. В частности, следующие числа в пределах диапазона указаны конкретно: R=R+k* (R-R), где k представляет собой переменную в диапазоне от 1 процента до 100 процентов с шагом 1 процент, то есть, к составляет 1 процент, 2 процента, 3 процента, 4 процента, 5 процентов, … 50 процентов, 51 процент, 52 процента … 95 процентов, 96 процентов, 97 процентов, 98 процентов, 99 процентов или 100 процентов. Кроме того, любой числовой диапазон, определенный двумя числами R, определенными выше, также указан конкретно. Использование термина «в качестве варианта» по отношению к элементу формулы изобретения означает, что указанный элемент необходим или в альтернативном варианте указанный элемент не необходим, оба альтернативных варианта находятся в пределах объема формулы изобретения. Следует понимать, что использование широких терминов, таких как содержит, включает и имеет, обеспечивает поддержку узких терминов, таких как состоять из, состоять по существу из и содержать по существу. Соответственно, объем защиты не ограничен описанием, представленным выше, а определен формулой изобретения, представленной далее, этот объем включает все эквиваленты объекта формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в виде дополнительного описания в спецификацию, и указанные пункты формулы изобретения представляют собой варианты реализации данного изобретения. Обсуждение ссылок в данном описании не допускает, что они принадлежат к известному уровню техники, в особенности любая ссылка, которая имеет дату публикации после даты приоритета данной заявки. Описания всех патентов, заявок на патент и публикаций, цитируемых в данном описании, включены посредством ссылки в данный документ в той степени, в которой они представляют типовые, методические или другие детали, дополняющие данное описание.