大长径比的聚合反应器的制作方法

专利名称：大长径比的聚合反应器的制作方法
大长径比的聚合反应器相关申请本申请要求2002年9月16日提交的美国临时申请60/411208和2002年9月20日提交的美国非临时申请10/251662的优选权。本申请是中国专利申请03824012. 2的分
案申请。联邦政府资助研究或开发没有可用的微缩平片/版权参考没有可用的
背景技术：
本发明涉及烯烃单体在液体稀释剂中的聚合。加成聚合常常在一种为生成聚合物的溶剂的液体中进行。当高密度(线型)乙烯 聚合物在五十年代首次商业生产时，就是使用这一方法。很快发现，生产这样的聚合物的更 有效方法是在淤浆条件下进行聚合。更具体地说，选择的聚合技术变成在环管反应器中的 连续淤浆聚合，聚合产品通过按间歇原理操作的沉降支管取出，以便回收。这一技术取得全 世界的成功，每年生产数十亿磅乙烯聚合物。对于一定的装置生产能力来说，与更大数目的 小型反应器相比，由于这一成功带来建设更少数目的大型反应器的需求。但是，沉降支管存在两个问题。第一，它们将“间歇”技术强加给基本连续的过程。 每一时间沉降支管都达到这样的阶段，在那里它使积累的聚合物浆液“堆积”，干扰淤浆在 环管反应器上游和回收体系下游中的流动。此外，由于难以保持封闭沉降支管的大直径阀 门的密封，所以主要用来定期封闭沉降支管与环管反应器上游和回收体系下游的阀门设备 要经常维护。第二，因为反应器变得更大，所以沉降支管存在许多逻辑问题。如果管直径加倍， 那么反应器的体积增大4倍。但是，由于涉及阀门，所以沉降支管的尺寸不容易进一步增 大。因此，所需的支管数目开始超过可提供的物理空间。尽管有这些限制，但沉降支管仍然在烯烃聚合物在液体稀释剂中作为淤浆形成的 场合中使用。这是因为与本体淤浆聚合(即单体为稀释剂)不同，在那里经常得到大于60% 的固体浓度，而在稀释剂中的烯烃聚合物淤浆通常被限制到不大于37-40% (重量)固体。 因此，据认为沉降支管必需得到在沉降支管出口处有大于37-40%的最终浆液产品。这是因 为，正如名字暗示的，沉降在支管内发生，从而使最终作为产品淤浆回收的淤浆固体浓度提 尚ο影响实际反应器最大固体浓度的另一因素为循环速度，因为在操作中的一个限制 因素为由于聚合物在反应器中积累使反应器结垢，对于一定的反应器直径来说，速度越高 就允许更高的固体浓度。涉及淤浆聚合环管反应器的两个相关专利为US 6239235和6204344，其中每一个 关于环管反应器及其直径、长度、设备和操作的描述的全部内容在这里作为参考并入。发明概述
本发明的一个方面是装料的环管聚合反应器，所述的反应器包含一个环管反应 段、一个连续出料口和一个设在反应段中的流体淤浆。普通圆柱管壁确定环管反应段。环 管反应段的长度和普通圆柱管壁的公称外径确定大于250的长径比。流体淤浆包含至少一 种烯烃单体反应物、固体烯烃聚合物颗粒和液体稀释剂。按聚合物颗粒和液体稀释剂的重 量计，固体烯烃聚合物颗粒在淤浆中的浓度大于40% (重量)。连续出料口用于从环管反 应段连续取出流体淤浆。本发明的另一方面是一种包含环管反应段和连续出料口的环管聚合反应器。普通 圆柱管壁确定环管反应段。环管反应段的长度和普通圆柱管壁的直径确定大于1000的长 径比。连续出料口用于从环管反应段连续取出流体淤浆。本发明的另一方面是一种在如上面定义的反应器的环管反应段中通过使至少一 种烯烃单体在液体稀释剂中聚合以生产含有液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒的流体淤 浆的聚合方法。在所述的方法中，按聚合物颗粒和液体稀释剂的重量计，将固体烯烃聚合物 颗粒在淤浆中的浓度保持在大于40% (重量)。固体烯烃聚合物产物通过从反应段中连续 取出淤浆的方法从反应段中取出。 附图简介在构成本发明一部分的附图中，

图1为环管反应器和聚合物回收体系的透视图；图2为表示连续出料口附件的沿图1的2-2线的剖面图；图3为表示连续出料口组件中的柱塞阀设备的沿图2的3-3线的剖面图；图4为连续出料口组件的切线位置的剖面图；图5为表示沉降支管和连续出料口组件的环管反应器的弯头的侧视图；图6为表示两个连续出料口组件取向的图5的6-6线的剖面图；图7为表示连续出料口组件另一取向的侧视图；图8为叶轮机构的剖面图；图9为表示环管另一结构的示图，其中上部段14a为180度半圆，而竖直段为水平 段的至少两倍长；以及图10为表示水平配置的长轴的示图。发明详述令人吃惊的是，已发现在惰性稀释剂存在下，在环管反应器中进行的烯烃聚合反 应中产品淤浆的连续出料口允许反应器在高得多的固体浓度下操作。在异丁烷稀释剂中， 主要为乙烯聚合物的商业生产通常限制反应器中的最大固体浓度为37-40% (重量)。但 是，已发现连续出料口允许大大提高固体浓度。此外，与由于连续出料口附件的替代，从反 应器中取出产品的反应器中浓度相比，连续出料口本身也使固体含量另有一些提高，连续 出料口附件从固体含量更浓的物料层中选择性取出淤浆。因此，按照本发明，大于40% (重 量)的浓度是可能的。在整个申请中，不太考虑催化剂的重量，因为生产率是极高的，特别是使用氧化铬
/氧化硅催化剂。同样令人吃惊的是，已发现可使用更主动的循环(伴随更高的固体浓度)。的确，通过使用更主动的循环与淤浆的连续出料口相结合，大于50% (重量)的固体浓度可通过 连续出料口从反应器中取出。例如，连续出料口可很容易允许在高出5-6个百分点下操作； 也就是可调节反应器很容易使固体浓度升高10% ；以及更主动的循环可很容易再增加7-9 个百分点，使反应器的固体浓度超过50%。但是，因为连续出料口位于从高于平均固体浓度 的物流中的层流取出淤浆，实际回收的产品比反应器淤浆浓度平均值高约3个百分点。因 此，操作可达到55% (重量)或更高的有效 淤浆浓度，也就是在反应器中平均为52%，而取 出实际上为55%的组分(即高3个百分点)。必需强调，在商业操作中，固体浓度有小到1个百分点的增加也是很重要的。所 以，在反应器中平均37-40%的固体浓度达到甚至41%也是重要的；因此达到50%以上确 实是显著的。本发明适用于在使用稀释剂的环管反应器中的任何烯烃聚合，以生产聚合物和稀 释剂的产品淤浆。适合的烯烃单体为每个分子有直到8个碳原子的和比4位更靠近双键 处没有分支的1-烯烃。本发明特别适用于乙烯的均聚和乙烯与更高级1-烯烃例如丁烯、 1-戊烯、1-己烯、1-辛烯或1-癸烯的共聚。特别优选的是乙烯以及按乙烯和共聚单体的 总重计0. 01-10% (重量)、优选0. 01-5% (重量)、最优选0. 1-4% (重量)更高级烯烃。 另一方面，足够的共聚单体可用来得到上述加入聚合物中的共聚单体数量。适合的稀释剂(与溶剂或单体不同)是大家熟悉的，它们包括在反应条件下为惰 性液体的烃类。适合的烃类包括异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和正己烷，异丁烷是 特别优选的。适合的催化剂是大家熟悉的。特别适合的是氧化铬/载体例如氧化硅催化剂，例 如在Hogan和Banks的US 2285721 (1958年3月)中广泛公开的，在这里作为参考并入。现在参考附图，图1表示反应器管系有竖直段12、上部水平段14和下部水平段16 的环管反应器10，一些段或全部段通常有圆柱管壁，某些长度的段通过接头例如弯头首尾 相连，形成完全的回路或环管，有时也称为环管反应段。这些上部和下部水平段确定了水平 流的上段和下段。在这一实施方案中，每一弯头或弯管20是平滑的，从而提供基本上没有 内部障碍的连续流道。反应器管系可有任何适合的内径和任何适合的外径，以提供足以承受反应器压力 的管壁厚度并支撑反应器，并提供具有足以有效传热的管壁薄度。例如，具有20英寸(0. 51 米)、22英寸(0. 56米)、24英寸(0. 61米)、26英寸(0. 66米)、28英寸(0. 71米)或更大 公称外径或这些数值之间的任何直径的管系都是可预期的。这样的管系可具有表1所列的 内径和外径，在这里外径为公称的，而内径是计算的，以便承受在本发明的一个实施方案中 预期的压力。反应器用管12和套管18形成的双管换热器冷却。在反应器的水平段可使用更多 的换热器，如果需要或适用的话。用马达24驱动的叶轮22(图8所示)来循环反应淤浆。正如图8所示，叶轮22 和外壳或反应器壁包围的叶轮的直径可比形成反应器的管系的一般直径大。这一特点在环 管反应器有高的长度/外径比的场合下是特别希望的，所述环管周围比在较低比的环管中 产生更大流动阻力。因为通过反应器每一横截面的物料体积流量基本上相同的，比用于环管中一般管尺寸更大直径叶轮22和更大叶轮马达24的使用使通过公称直径管系的流速增加。为了不 需增加时间来使淤浆的组分在高长度/外径比的反应器中的环管周围输送，高的速度是希 望的。还将淤浆的流速保持足够高，以便避免固体从淤浆中跳动或沉积。淤浆的跳动速 度规定为避免跳动所需的最小流速，它随工艺条件变化。例如，反应器直径越大，跳动速度 越大。此外，固体在淤浆中的比例越大，跳动速度越大。因为高固含量是希望的，在高固含 量下保持超过跳动速度的流速的一个方法是使用相对小直径的反应器。还应理解，反应器环管可有一个以上叶轮或一个以上串联的叶轮/马达组围绕环 管。串联的叶轮可紧靠在一起，分布在环管上，或以任何适合的方式配置。预计现有的泵技 术可支持约44000或45000加仑(166或170米3)的反应器，取决于反应器的直径和结构。 这假设是维持32英尺/秒(9. 75米/秒)的循环速度。参考附图，将反应单体、共聚单体(如果有的话)和补充的稀释剂分别通过管线26 和28送入，它们可在一个或多个位置直接进入反应器，或可与所示的循环管线30的冷凝稀 释剂合并。将催化剂通过催化剂送入口 32送入，后者为催化剂送入提供一个段(位置)。 连续取出中间产品淤浆的细长的中空附件广义上用参数34表示。连续出料口机构34位于 一个下部水平环管反应器段16的下游端或靠近下游端，或靠近连接弯管20或在连接弯管 20上。虽然总地来说或部分来说，连续出料口通常是优选的，但也可使用有沉降支管或瞬时 出料的反应器，而不违背本发明的某些方面。在环管反应器的下部水平段的下游端示出连续出料口附件，所述段为优选的位 置。位置可在环管中的最后处附近的区域，在那里在催化剂送入点以前流动变成向上，以便 使新鲜催化剂通过出料点以前在反应器中保留尽可能最长的时间。但是，连续出料口附件 也可位于任何段或弯头上。此外，连续出料口附件连接的反应器段可有更大的直径，以便使流速变慢，因此进 一步形成层流，以致使取出的产品可有甚至更大的固体浓度。连续取出的中间产品淤浆通过导管36送入高压闪蒸室38。导管36包含外导管 40，向它提供间接加热闪蒸导管36中淤浆的经加热的流体。汽化的稀释剂通过导管42排 出闪蒸室38，以便进一步加工，后者包含通过使用循环冷凝器50的简单热交换冷凝，然后 通过循环稀释剂管线30返回环管反应器，不需要压缩。循环冷凝器50可在本专业已知的任何条件下利用在本专业已知的任何适合的热 交换流体。但是优选的是，使用在可经济提供的温度下的流体。对于这一流体，希望的温度 范围为40-130° F(4-54°C)。聚合物颗粒通过管线44从高压闪蒸室38中取出，以便用本 专业中已知的技术进一步加工。优选的是，将聚合物颗粒送入低压闪蒸室46，此后通过管线 48作为聚合物产品回收。分离的稀释剂通过压缩机47送到管线42。这一高压闪蒸设计在 Hanson和Sherk的US 4424341 (1984年1月3日)中广泛公开，因此作为参考并入。令人吃惊的是，已发现连续出料口不仅使反应器上游有更高的固体浓度，而且也 使高压闪蒸更好操作，从而使大部分取出的稀释剂被闪蒸出并在没有压缩下循环。实际上， 70-90%的稀释剂通常可用这一方式回收。应认识到这一结果是由于以下几个原因。首先， 因为流动是连续的而不是断续的，闪蒸管线加热器能更好地起作用。此外，调节流出反应器 的连续流流速的按比例自动控制阀以后的压降较小，这意味着当淤浆闪蒸时，它使温度下降较低，从而使闪蒸管线加热器更有效利用。图2更详细地表示有连续出料口机构34的弯头20。连续出料口机构包括一个出料圆柱管52、一个淤浆取出管线54、一个紧急切断阀55、一个调节流量的按比例自动控制 阀58和一个冲洗管线60。反应器在完全“液体”下运转。因为溶解的单体存在，所以所述 的液体是稍可压缩的，从而可用阀门控制完全液体体系的压力。稀释剂的进料量通常保持 不变，按比例自动控制阀58用来控制连续出料口的速度，以保持反应器的总压在设计的设 定点内。沿图2的3-3线选取的图3更详细表示连续出料口机构34。弯头20为带附件的 弯头。正如所示，所述的机构包含在这种情况下以直角连接到弯头外表面的出料圆柱管52。 淤浆出料管线54从出料圆柱管52出来。在出料圆柱管52内安装的是柱塞阀62，它有两 个用途。首先，它为出料圆柱管提供一个简单和可靠的清除机构，如果它曾被聚合物弄脏的 话。其次，它可作为整个连续出料口组件的一个简单和可靠的切断阀。图4表示出料圆柱管52的一个优选连接取向，它在刚好在淤浆流动变成向上以前 的位置沿弯头20的曲面的切线延伸。内表面的这一开孔为椭圆形的。为了提高固体的取 出，可将孔扩大。图5表示4种情况。首先，它表示出料圆柱管52的角度取向。示出取出圆柱管与 (1)垂直于水平段16的中心线和(2)位于水平段16的下游端的平面有一个角度α。与这 一平面的角度按平面的下游方向选取。角度的顶点为图5所示的弯管半径的中心点。所述 的平面可称为水平段的横截面。在这里，所示的角为约24度。其次，它表示多个连续出料 口附件34和34a。第三，它表示在下段16的竖直中心线平面上取向的一个附件34，以及位 于这样平面成某一角度的另一附件34a，正如在图6中更详细说明的。最后，它表示连续出 料口附件34和用于间歇出料(如果需要的话)的传统的沉降支管64的组合。在本发明的另一实施方案中，提供这样一种聚合法。所述的方法包括1)将至少 一种烯烃单体在液体稀释剂中在环管反应段中聚合，生成流体淤浆，其中流体淤浆含有液 体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒；2)通过交替进行的以下步骤取出流体淤浆a)使流体淤 浆沉降到至少一个沉降段中，随后从沉降段中分批取出这样的沉积淤浆，作为所述方法的 中间产品，此后切断沉降段；以及b)此后连续取出含有取出的液体稀释剂和取出的固体聚 合物颗粒的流体淤浆，作为所述方法的中间产品。在步骤b)中，在启动过程中，可调节反应 器条件以提高反应器固体含量至少10%。正如从相对尺寸可看出的，连续出料口圆柱管比传统的沉降支管小得多。三个2 英寸(5厘米)内径的连续出料口附件可取出象14个8英寸(20厘米)内径的沉降支管一 样多的产品淤浆。这一点是很重要的，因为15000-18000加仑(57-68米3)生产能力的现 有大型商业环管反应器需要6个8英寸(20厘米)的沉降支管。由于难以制成大直径的可 靠阀门，所以不希望增加沉降支管的尺寸。正如前面指出的，管直径加倍使体积增加4倍， 没有足够的空间来很容易安装4倍的沉降支管。因此，本发明使更大的更有效的反应器的 操作成为可能。30000加仑(114米3)或更大的反应器有可能用本方法制成。通常，连续出 料口圆柱管的公称内径为1至小于8英寸(2. 5-20厘米)。优选的是，它们为约2至3英寸 (5-7. 5 厘米)。图6为沿图5的6-6线选取的，表示连接在对含有反应器中心线的竖直平面成β角的平面的出料圆柱管34a。这一平面可称为反应器的竖直中心面。这一角度可从平面一 侧或从两侧选取，如果它不是零的话。角的顶点在反应器的中心线上。正如图6所示，角包 含在垂直于反应器中心线的平面中。关于出料圆柱管34a与反应器管系的关系有3个取向概念。首先是连接取向，即 在图4中的切线取向和在图2或7中的垂直取向或在0和90度的这两个极限之间的任何 角。其次是相对于连接弯头的弯道多远取向，正如α角表示的(图5)。α角可为0-60度， 但优选0-40度、更优选0-20度。第三是离纵向段的中心平面的β角(图6)。这一角可为 0-60度、优选0-45度、更优选0-20度。图7表示一种实施方案，其中连续出料口圆柱体52有垂直的、0度的α角取向(特 有的，因为它仍然在直线段的末端)和0度的β角取向，也就是它与下部水平段16的竖直 中心线平面垂直。图8详细表示用于推动淤浆沿其流道移动的叶轮22。如在这一实施方案中可看 出的，叶轮22是在稍大的外壳(相对于反应器壁的其余部分)内，它作为循环反应物的推 动段。优选的是，所述的体系在公称直径2英尺(0.61米)反应器中的推动段上游端和下 游端之间的压差至少ISpsig (12牛/厘米2)、优选至少20psig(14牛/厘米2)、更优选至少 22psig(15牛/厘米2)下操作，总流道长为约950英尺(290米)，用异丁烷来主要制备乙 烯聚合物。高达50psig(34牛/厘米2)或更大是可能的。这一点可通过控制叶轮的转速、 减小叶轮和泵壳内壁之间的空隙或通过使用更主动的叶轮设计来做到，正如本专业中已知 的。这一更高压差也可通过使用至少一个外加泵来产生。通常，这样操作所述的体系，以便对于公称直径24英寸(0.61米)直径反应器， 每英尺反应器长度产生至少0. 07、通常0. 07-0. 15英尺淤浆高度压降(即每米反应器长度 0.07-0. 15米淤浆高度压降)。对于直径为24-英寸(0.61米)的反应器来说，优选的是， 每单位长度的这一压降为0. 09-0. 11单位。对于更大的直径来说，每单位长度的反应器需 要更高的淤浆速度和更高的压降。这假设淤浆的密度通常为约0. 5-0. 6克/毫升。现参考图9，上部段表示为180度半圆，它为优选的结构。竖直段为水平段的至少 两倍长度，通常约7-8倍长度。例如，竖直流道长度可为190-225英尺(60-69米)和水平 段流道长度可为25-30英尺(7. 6-9. 1米)。除了这里所示的4个和图1中所示的8个外， 任何数目的环管都可使用，但通常使用4或6个。提到的公称直径2英尺(0.61米)意味 着内径为约21. 9英寸(0.556米)。反应器的流道长度通常大于500英尺(152米)、通常 大于900英尺(274米)，约940-1350英尺(286-411米)是十分令人满意的。用于例如使反应物在密闭环管反应器中循环的商业泵常规由其制造商测试，而避 免空泡所需的压力是易于日常测定的。实施例1本发明的一个实施例是一种使用有传热限制的低密度金属茂树脂的方法。反应器 的温度为175° F(79°C)，而反应器入口处的冷却剂最低温度为115° F(46°C)。催化剂的 生产足以维持所需的高生产速率和低灰分含量，并控制其他一些条件，以致传热速率为生 产速率的限制因素。不同公称直径的各个反应器的尺寸如上述。在这一方法中，正如表2所列，与非传热限制的树脂的生产速率相比，每单位反应 器体积的表面积和生产速率(为非热限制生产的％)随反应器直径下降而增加。
表3列出在反应器中固体的百分数对一定反应器直径的跳动速度的影响，它为避 免随反应器直径跳动增加提供了最低循环速度。实施例2将使用在 M51879/FAB 外壳的 26 英寸(0. 66 米)Lawrence Pumps Inc. pump impeller D51795/81-281的4个竖直支管聚合反应器用于乙烯和己烯-1聚合。这种泵与 产生较小主动循环(0. 66英尺/英尺或米/米压降对0. 98英尺/英尺或米/米)的24英 寸(0.61米)泵比较。然后与相同的更主动循环和图5的参数34表示类型的连续出料口 组件比较。结果列入表4。实施例3对于US 6239235和6204344中公开的各种环管反应器，表5中计算了代表性环管 反应器长度/反应器外径比。在表5中，“Row”列为便于参照特定数据列而设。“Reference” 列表示所述的专利公开(US6239235和6204344专利)所述的反应器，而在专利的那一列和 行找到公开内容。(例如，第一项表示US 6239235专利第7栏第12-14行中的描述)。“0D” 表示反应器管的公称直径或外径(这不应误作为环管的直径，它应大得多)，而“ ID”表示反 应器管的内径。“Length”为反应器的长度(即环管反应器的一周)。“Vol. ”为反应器的体 积。"L/OD ratio”为反应器长度与管直径的比，以相同的单位表示，因此所述的比为无单位 的。在US6239235专利的各项(列1_6和8_10)中，管的OD和在一些情况下反应器长 度在US6239235专利的第7栏第12-14行中给出。对于另外一些情况，US6239235专利的反 应器长度由反应器体积计算，特别是指体积大于20000加仑(76米3)(见第8栏，权利要求 9)或大于30000加仑(114米3)(见第2栏第9行或第8栏，权利要求10)的反应器。在这 些情况下，将具有21. 9英寸(0. 5562米)ID的24英寸(0. 61米)OD反应器管用于计算具 有所述加仑数的反应器体积所需的管长度。在US 6204344专利的各项(第7栏和11栏)中，所述专利公开的管OD为20英 寸(0.51米)的一个反应器的长度(833英尺，254米)和体积(11500加仑，44米3)可用 于计算反应器ID(18. 4英寸，0.47米)。然后将反应器ID用于计算在US 6204344专利中 所引的20000加仑(76米3)反应器的长度。表5中的计算表明，公开的长度/外径比在250 (实际上公开的是大于250，因为它 根据上述文献中大于500英尺(152米)和OD为2英尺(0.61米)给出的反应器长度来计 算)和869 (基于ID为20英寸(0. 51米)的20000加仑(76米3)反应器)之间变化。本发明打算做长度/外径比等于或大于约或正好250、300、350、383、400、450、 460、470、475、500、511、600、675、700、767、800、869、900、1000、1100、1200、1300、1370、 1400,1500的反应器，其中“约”表示在数字中所述的最后有效数加减一的变化。例如， “约”700表示600-800，而“约767”表示766-768。本发明人进一步预期具有上述数值中最 小的任一个和上述数值中最大的任一个的长径比。这样的有限范围的几个非限制性例子为 250-1500,511-1370 和 1000-1100。更通常地说，本发明人预期环管反应器的长度/外径比应增加到比现有反应器的 相应比更大的数值，以便为更有效的冷却提供更有利的反应器体积与传热面积比。如果所 述的比通过环管使用相对小直径的管系来提高，那么就可得到两个传热好处。首先，相对于管系的体积，管系的面积增加。其次，管系的壁厚可下降，因为较小直径的管系每单位表面 积的强度更高以及淤浆的跳动速度下降，因此压头可下降。这两个因素使通过管壁的传热 增加。提高反应器的长度/外径(L/0D)比在于，它使反应器的通用性提高。例如，在相对 低L/0D比的设备中，低密度树脂的生产率可能受到这一设备中的相对低的传热速率限制， 它的一个例子是低密度聚乙烯。所有其他的情况是同样的，这一问题可能通过增加反应器 的长度来解决。在相同的设备中，高密度树脂的生产率可能受到需要在相对短的停留时间 后除去反应器中的聚合物以便避免灰分生成的限制，它涉及到环管的长度，整个长度和单 体反应物加入点和聚合物产品取出点之间的长度。所有其他情况都是同样的，这一问题可 能通过增加反应器的长度来解决。因为单一传统反应器只可能有一个长度，如果反应器对 一种类型的树脂优化，那么当用于生产其他树脂时，它会不那么有效。使用本发明，传热为限制因素的树脂可通过提高每单位体积的反应器表面积来有 效地加工，从而提高传热，而又不使总的生产能力下降。停留时间为限制因素的树脂可通过 在相同的体积速率下泵送淤浆的方法在相同设备中更有效地加工。因此，两类树脂都可在 相同的设备中有效地生产，或者至少更大范围的树脂可在相同的设备中有效地生产。
表1:反应器管系尺寸(英制单位)
权利要求
一种聚合环管反应器，包含配置以在稀释剂存在下聚合烯烃单体和由普通圆柱管壁确定的环管反应段，其中所述普通圆柱管壁的公称外径为至少55厘米，其中所述普通圆柱管壁的长度/直径(L/D)比例为700至约1500；在所述环管反应段中在所述普通圆柱管壁的外壳部分中设置的叶轮，所述外壳部分具有第一内径，和所述圆柱管壁的其余部分具有至少第二内径，其中所述第一内径大于所述第二内径；和沿所述普通圆柱管壁布置和配置以基本连续取出排料淤浆的连续出料口(CTO)，所述排料淤浆的固体浓度大于通过所述环管反应段循环的淤浆的平均固体浓度。
2.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述排料淤浆的固体浓度大于50wt%。
3.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中将所述CTO的流道配置为对所述普通圆柱 管壁的弯头的曲面基本呈切向。
4.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述叶轮的直径至少和所述普通圆柱管壁 的第二内径一样大。
5.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述普通圆柱管壁的外壳部分具有第一公 称外径，和所述普通圆柱管壁的其余部分具有至少第二公称外径，其中所述第一公称外径 大于所述第二公称外径。
6.根据权利要求5的聚合环管反应器，其中所述第一公称外径比所述第二公称外径大 至少约2英寸。
7.根据权利要求6的聚合环管反应器，其中将所述叶轮定尺寸以循环至少约34，000加 仑每分钟(gpm)的淤浆通过所述环管反应段。
8.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述公称外径为约57cm、约66cm、约70cm、 或约76cm。
9.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中配置所述叶轮的尺寸和几何形状以在大于 淤浆跳动速度的速度下提供通过所述环管反应段的淤浆循环。
10.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述环管反应段的体积为至少84米3。
11.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述环管反应段的体积为至少152米3。
12.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述环管反应段的体积为至少76米3。
13.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中所述环管反应段的体积大于114米3。
14.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中通过所述环管反应段循环的淤浆的平均 固体浓度大于约50wt%。
15.根据权利要求1的聚合环管反应器，其中配置该CTO以促进所述环管反应段的压力 控制。
16.一种聚合环管反应器，包含环管淤浆反应器，其配置以将烯烃聚合为聚烯烃，和包含具有至少约22，000加仑体积和由普通圆柱管壁确定的反应段，其中所述普通圆柱管 壁的公称外径为至少55厘米，其中所述环管反应段的长度与公称外径的比例为700至约 1500 ；在所述反应段中设置的在线叶轮，其中围绕所述在线叶轮的普通圆柱管壁的外壳部分的第一内径大于所述普通圆柱管壁的其余部分的第二内径，其中配置所述在线叶轮和相关 电机以在大于淤浆跳动速度的速度下循环聚烯烃淤浆通过所述环管反应段；和配置以从所述反应段基本连续取出淤浆和促进所述环管反应段的压力控制的连续出 料口(CTO)。
17.根据权利要求16的系统，其中所述外壳部分的第一公称外径比所述其余部分的第 二公称外径大至少约2英寸。
18.—种聚合环管反应器，包含配置以将烯烃聚合为聚烯烃，和由普通圆柱管壁确定的环管反应段，其中所述普通圆 柱管壁的公称外径为至少55厘米，其中所述环管反应段的长度和所述普通圆柱管壁的公 称外径确定700至约1500的长度/直径比例；包含外部电机、外壳、和在所述外壳中设置的在线叶轮的在线轴流泵，所述外壳的外壳 公称外径比所述普通圆柱管壁的公称外径大至少约2英寸；和配置以从所述环管反应段连续取出流体淤浆的多个连续出料口。
19.根据权利要求18的聚合环管反应器，其中所述叶轮的直径至少和所述普通圆柱管 壁的内径一样大。
20.一种聚乙烯生产系统，包含环管淤浆反应器，所述环管淤浆反应器包含配置以将乙烯聚合为聚乙烯和由普通圆柱管壁确定的环管反应段，其中所述普通圆柱 管壁的公称外径为至少55厘米，其中所述环管反应段的长度和所述普通圆柱管壁的公称 外径确定700至约1500的长度/直径比例；配置以在大于淤浆跳动速度的速度下循环淤浆通过所述环管反应段的叶轮，其中所述 淤浆包含在液体稀释剂中的聚乙烯固体颗粒，和该速度为至少32英尺每秒；和配置以从所述环管反应段基本连续取出排料淤浆和促进所述环管反应段的压力控制 的连续出料口(CTO)，其中所述CTO沿所述普通圆柱管壁布置使得所述排料淤浆的固体浓 度高于循环淤浆的平均固体浓度；以及配置以接收所述排料淤浆和蒸发所述排料淤浆中的液体稀释剂的闪蒸室。
21.根据权利要求20的聚乙烯生产系统，其中所述叶轮包含在所述环管反应段中串联 设置的至少两个叶轮。
全文摘要
一种包含一个环管反应段、一个连续出料口和一个在反应段中的流体淤浆的环管聚合反应器。普通的圆柱管壁确定环管反应段。环管反应段的长度和普通圆柱管壁的公称外径确定大于250的长径比。反应器可装有包含烯烃单体反应物、固体聚合物颗粒和液体稀释剂的流体淤浆。按所述的聚合物颗粒和所述的液体稀释剂的重量计，固体聚合物颗粒在淤浆中的浓度可大于40重量％。还公开了一种通过至少一种烯烃单体在上述反应器的环管反应段中在液体稀释剂中聚合生成上述流体淤浆的聚合方法。
文档编号C08F210/00GK101955554SQ201010286748
公开日2011年1月26日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者D·H·波恩斯, D·J·普泽罗茨姆斯基, D·W·维赛, E·P·佩雷斯, H·D·翰斯莱, J·D·霍特维, J·H·泰特, R·K·弗兰克林, S·E·库菲尔德, T·A·瑞德, T·H·西姆伯鲁克 申请人:切夫里昂菲利普化学有限责任公司