高压聚合工艺制造技术

本发明专利技术涉及具有改进的能量消耗率的高压管式反应器烯烃聚合设备。该设备可以是新构造的或通过给现有设备消除瓶颈而形成。管式反应器的管可具有用于冷却以增大转变的改进布置以及使用喷射泵来循环未反应单体同时允许维持浑浊度的优化的聚合物循环气体分离布置。改进的冷却布置包括形成管尾端的压力降低的冷却区和／或用于前进料并且允许更多单体作为侧面进料供给的缩短的加热区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及给使用自由游离基来聚合的连续管式烯烃聚合设备和工艺的消除瓶颈和/或降低能量消耗的方法。本专利技术尤其涉及对于多个冷却反应区采用多个引发剂喷射点的这种设备和工艺。本专利技术包括通过修改现有的多喷射点管式反应器以增大设备能力和 /或降低能量消耗从而消除瓶颈。
技术介绍
连续高压管式反应器聚合设备将相对低成本的烯烃(通常为乙烯)单体进料转变为有价值的聚烯烃产品。聚合在高温高压下发生并且是高度放热的。高压聚合在管式反应器中发生，聚合混合物以湍流栓塞流的方式穿过该管式反应器。管式反应器由结合在一起以构成整个管长度的若干管段构造。如这里使用的，术语“管”指的是结合在一起的管段的全体。烯烃单体一般是乙烯，但是可烯属地共聚的单体也可用作共聚用单体，比如醋酸乙烯酯。这里使用的术语“聚合物”因而包括均聚物和共聚物，这些均聚物和共聚物结合有源自于一种或更多种共聚用单体的单元。术语“聚乙烯”指的是包含超过50%摩尔比的乙烯衍生单元的乙烯基聚合物。典型的商用设备具有从500米至3000米的总管长且管径为20至100毫米并且在1500至3500巴(150-350MPa)和120至350°C下操作。生产是大规模的，高达200千吨 (kT)/年或更大。电动压缩机每年可消耗25兆瓦(MW)或更多的电能。更多的能量以蒸汽的形式消耗以将进料加热至开始聚合的“反应起始温度”。这个温度有时称为“点燃”温度。设备一般使用两个压缩机，每个具有顺序布置的多级初级压缩机提供单体进料的初始压缩并且次级压缩机将由初级压缩机产生的压力增大至发生聚合的水平。压缩机可使用中间冷却器来去除由于压缩产生的热。管一般具有初始部，这里称为将被压缩的单体进料加热至反应起始温度的“加热区”。这通常称为“前进料”。热流体(比如蒸汽)流过包围管段的管套以使用由管段形成的内部热交换表面积来实现热交换。一旦达到反应起始温度，将引发剂喷射入管并分解为引起聚合的自由游离基。管在喷射引发剂之处下游的部分形成一个或更多个反应区，在所述反应区处发生聚合并且由于聚合引起的温度升高由外部管冷却或加入新的单体进料来抵消。管的下游部分用来冷却聚合物和未反应单体的被压缩混合物，用于后续工艺。这里使用的术语“上游”和“下游”指的是单体和聚合物穿过设备的流动方向，从单体源开始、压缩和聚合并终止于用于聚合物产品的完工阶段，除非从文中清楚地看出另一种意思。冷却剂流体比如水可从外面冷却管。使用由被冷却的管段所形成的内部热交换表面积来实现热交换。冷却剂流体流过包围管段的冷却管套。管的涉及热交换的总内部表面积由(a)经受这种冷却的管的轴向长度和(b)内孔的沿着管的轴向长度可以变化的内径来计算。在一些类型的设备中，冷却流体可以是“冷的”，这意味着冷却剂保持在低于聚合物熔点的温度。在其他类型的设备中，冷却流体可以是“温的”或“热的”，这意味着冷却剂保持在高于聚合物熔点的温度。冷却流体经常是压水以允许冷却水达到超过100°c的温度。 由冷却剂流体如此移除的“废”热能用来产生用于连续聚合工艺的其他功能或用在聚合工艺自身外面的热或蒸汽。连续管式反应器设备的效率能以不同方式表达。一种度量是生产每单位聚合物所消耗的能量，称之为“能量消耗率”。对于大型反应器而言，这通常在每生产一千克聚乙烯 (PE)O. 8千瓦时的区间内。分子主要取决于用来驱动压缩机的能量。产生其压力足够高以用于将进料加热至反应起始温度的蒸汽时所消耗的另外能量没有在这个能量消耗率中反映。分母受到进料沿着管的长度转变为聚合物的程度的影响。这里使用的“转变”是，基于供应至管的单体的重量，供给入管式反应器的单体在其穿过管期间被转变为聚合物的重量百分比。设备效率的另一度量是额定容量，其是每年能生产的聚合物总量，等同于每年单体消耗量。额定容量是压缩能力和转变的函数。转变可通过提供沿着管式反应器的长度间隔开的若干反应区来增大(参见 W02007-018870和W02007-018871)。温度低于管内流体温度的乙烯可在这种下游反应区处喷射，从而冷却沿着管经过的流体。这些一般称为“侧面进料”。转变可通过冷却这些侧面进料以增大冷却作用(参见例如W02007-018871中的W003]段)以及通过降低对如上所述通过管壁进行的外部冷却的依赖来进一步增大。当穿过管的大块反应器混合物块体(有时称为“流浸膏”)将处于单相时，管的外部冷却(尤其是用冷的冷却剂流体进行的外部冷却)会导致管的内部由于聚合物沉积物而结垢。污垢聚集降低热传递并且因此可能会降低管中单体至聚合物的转变。污垢的聚集能例如通过在管中维持湍流状态(参见US36^918和US4175169)以及通过使穿过管的流体脉动(“扰动”)(参见US3299033和US3714123)来抵消。工艺控制系统旨在使用在夹持并密封于相邻管段之间的“环”(也称为“垫圈”) 中的适当间隔的热电偶来为每个反应区提供正确的混合和温度。源自连续聚合反应和与管相关的冷却的温度曲线由定位于环中的热电偶测量。目标温度曲线能通过改变喷射速率、 以及自由游离基引发剂、单体和可选的用来控制聚合物分子量的转移剂的类型和组合来维持。在常规反应器中，出现于管下游端处的管式反应器流出物的加热流是包含聚合物、未反应单体和残留转移剂(如果有的话)的单相混合物。在使用多反应区时，转变一般超过20%。流出物首先经过管下游端处的减压阀(这里称为“减压阀”)。减压阀降低流出物压力以使得流出物不再处于单相并且开始形成两相具有未反应单体的富含单体相和富含聚合物相。两相混合物在后续分离阶段中逐渐分离。将分离的剩余反应剂，比如未反应单体， 循环以返回至压缩机。被循环的材料能共同地称为“循环气体”。后续分离阶段可包括级联的分离容器或“分离器”，它们从两相混合物分离聚合物直到最后在环境温度和压力条件下获得固体聚合物颗粒。W02007-018870和W02007-018871示出了在级联的两个容器(最上位置(即最远上游)的高压分离器和最低位置(即最远下游)的低压分离器)进行的常规分离，并且高压分离器的分离物(overhead)被传输至次级压缩机的入口。7US4342853描述了三个分离阶段的使用，中间分离器定位于高压分离器和低压分离器之间。在说明书和权利要求中，中间分离器称为中压分离器。将高压分离器的分离物作为循环气流传送至次级压缩机。将中压分离器的分离物作为循环气流传送至初级压缩机的入口，其目的是提高能效和移除残留气体。来自低压分离器的分离物的处理方式并未描述。GB1338280在压力下降后将压缩后的新乙烯与已反应混合物相混合以冷却或“急冷”两相流出物，从而避免减损产品质量(尤其是光学性质，比如浑浊度)的分解反应、链转移、氧化、分支和交联。US3509115类似。W02007-134671仅使用高压分离器和低压分离器。反应器流出物的部分动能用来驱动喷射泵，喷射泵将已冷却的高压分离器的部分分离物循环气流置于废热锅炉中，以产生蒸汽并将蒸汽循环至高压分离器。这样，提供冷却流，其至少部分地替换GB1338280和 US3509115中的新乙烯流。通过使用喷射泵来从循环气流的被冷却部分产生急冷流，降低了在初级压缩机中压缩单体以提供急冷流的需要。W02007-134670公开了使用位于高本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种给使用自由游离基引发剂来连续聚合烯烃的现有设备消除瓶颈和／或降低能量消耗的方法，该设备包括：（ｉ）用初级压缩机和次级压缩机将单体压缩至从１５００至３５００巴（１５０－３５０ＭＰａ）的压力的压缩机装置，（ｉｉ）管，其具有：在上游端的用于给从压缩机装置供应的单体提供加热内表面的加热区以及多个纵向间隔开的反应区，这些反应区用于在单相条件下使用自由游离基引发剂聚合已压缩的进料；以及与反应区相关联的冷却装置，冷却装置包围管而用于提供从处于单相条件下的聚合反应混合物移除热的冷却内表面，以及（ｉｉｉ）用于降低压力以产生两相状态的装置，用于将来自管的流出物分离为聚合物和未反应单体的装置，以及用于将未反应单体循环至压缩机装置的装置，其中消除瓶颈的方法涉及对管的下游部分变型以提供用于在管的下游端的上游提供两相状态的压力降低的冷却区以及在压力降低之后冷却管内流出物的冷却内表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：H·A·拉门斯，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：US