用多个聚合反应器生产聚乙烯的制作方法_4

文档序号:9438027阅读:来源:国知局
关的性质。然而,如下面讨论,催化剂活 性可W通过添加活性改性剂(抑制剂或促进剂)至工艺进行调节。某些进料或反应器组分, 例如为了控制分子量加入的氨,可W用作催化剂抑制剂,降低催化剂活性,或者可用作催化 剂促进剂,提高催化剂活性,例如运取决于应用的催化剂系统和生产的聚締控。同样,助催 化剂(例如烷基侣)可W加入例如催化剂进料或反应器W活化催化剂,并且其通常提高催 化剂活性。进一步,根据本技术,抑制或降低催化剂活性的活性改性剂可w加入w促进控制 聚乙締粒径。
[0099] 根据本技术,活性改性剂(抑制剂和/或促进剂)可W加入聚合反应器W调节催 化剂活性。活性改性剂可包括活性阻滞剂或活性抑制剂(例如催化剂毒物)。的确,催化剂 活性的期望降低(即,W减小产物聚乙締颗粒粒径)可通过加入活性抑制剂至第一聚合反 应器和/或至第二聚合反应器实现。进一步,催化剂活性的增加(即,W增加产物聚乙締颗 粒粒径)可通过停止或降低活性抑制剂的添加速率实现。
[0100] 示例性活性抑制剂包括酪类(下基化径基甲苯BHT、抗氧化剂B肥B、Irganox 1076、Irganox1010)、亚憐酸醋(S壬基苯基亚憐酸醋TNPP、Irgafox168、Weston626)、 硫醋(抗氧化剂化TDP和DSTD巧、胺类灯inuvin622、化immassorb944)、反应器抗静电剂 (Stadis450)、二氧化碳、一氧化碳、乙烘等。在一些实施方式中,活性抑制剂可从具有该活 性抑制剂的容器(瓶、桶、盒、器皿等)注入进料流(例如进料58)。 阳101] 再一次,催化剂活性可至少部分通过添加活性抑制剂或催化剂毒物进行控制。在 某些实施例中,如果齐格勒纳塔催化剂用于其中低分子量、高密度聚乙締组分在第一反应 器中产生的双回路工艺,催化剂活性可非常高,运是因为第一反应器条件(例如高的氨气、 溫度、乙締浓度等)。在一些实施例中,第一反应器中该较高活性可能有利地被调和,W平衡 反应器之间的活性,W便更好控制聚乙締粒径等等。 阳102] 也应注意,聚乙締蓬松毛粒径一般可与催化剂生产率相关,催化剂生产率是产生 的聚乙締质量/使用的催化剂质量。催化剂生产率可被表征为催化剂活性乘W催化剂的反 应器停留时间。因此,前述的调节停留时间和催化剂活性的技术可应用来调节催化剂生产 率W控制粒径。而且,如下面讨论,聚乙締颗粒的裂开的量可与催化剂生产率、催化剂活性 和催化剂停留时间、催化剂颗粒密度等等相关。控制或调节粒径可包括调节反应器系统中 聚乙締颗粒的裂开的量。
[0103] 进一步,为了调节催化剂的活性(并因此调节生产率)W控制聚乙締蓬松毛的粒 径,可调节第一和/或第二聚合反应器的溫度。第一反应器50A中催化剂的活性和生产率可 通过改变第一反应器50A中的溫度(即循环渺浆的溫度)进行调节。同样,第二反应器50B 中催化剂的活性和生产率可通过改变第二反应器50B中的溫度(即循环渺浆的溫度)进行 调节。通常,在催化剂活性/生产率与反应器溫度之间存在正比关系。换句话说,一般地,提 高的反应器溫度提供提高的催化剂活性和生产率,降低的反应器溫度提供降低的催化剂活 性和生产率。然而,催化剂活性和生产率与反应器溫度之间的运种关系取决于与聚合(反 应)动力学的最终点或区域相关的操作条件。的确,取决于动力学曲线上的点,例如,调节 溫度提供了活性和生产率的明显改变(正向关系),或者活性和生产率基本没有改变。
[0104] 最后,控制产物聚乙締颗粒粒径可进一步包括选择替代的催化剂W及将该替代催 化剂进料至反应器系统(例如至第一聚合反应器)。该替代催化剂可W与当前应用的是相 同或不同类型的催化剂,但具有不同的催化剂粒径。的确,产生的聚乙締蓬松毛的粒径可W 与进料的催化剂的粒径相关。如所示,粒径可被表征为平均粒径、中值粒径、粒径分布等等。 [01化]如上讨论,反应器的渺浆排放物通常包括聚合物蓬松毛W及非聚合物组分,例如 未反应締控单体(W及共聚单体)、稀释剂等。在聚乙締生产的情况,非聚合物组分通常主 要包括稀释剂,例如异下烧,具有少量的未反应乙締(例如5wt. %)。该排放流通常例如通 过稀释剂/单体回收系统(例如闪蒸容器或分离容器、吹扫柱等)处理,w从聚合物蓬松 毛中分离非聚合物组分。从回收系统中回收的稀释剂、未反应单体和其他非聚合物组分可 例如通过处理床和/或分馈系统处理,并且最终作为纯化的或处理的进料返回反应器。一 些组分可被燃烧或返回至供应装置,例如至締控制造厂或炼油厂。至于回收的聚合物(固 体),聚合物可W被处理W使残留催化剂失活、除去夹带的或溶解的控、干燥聚合物W及使 聚合物在挤出机中成粒等,然后聚合物被送至顾客。
[0106]聚乙締生产中一个具体的问题是不期望的在从聚締控制造工艺的"湿端"出来的 (例如从单体/稀释剂回收系统中的吹扫柱出来的)聚合物蓬松毛中W及与其一起携带有 挥发性有机物质(例如稀释剂、单体、共聚单体和其他控)。该从湿端出来的蓬松毛颗粒的 流通常被传输至"干端"(例如通过气动传输系统),在那里,蓬松毛可W被存放在仓库中、 挤出为球粒、然后W球粒装载到容器或有轨车中,等等。蓬松毛从湿端(例如从吹扫柱)出 来的聚合物蓬松毛的流中的控可W被聚合物蓬松毛夹带、溶解在聚合物蓬松毛中、吸附和/ 或吸收在聚合物蓬松毛上、容纳在聚合物蓬松毛的孔中,等等。控可能在干端工艺中的各个 点(例如在挤出和产品装载系统中)被不期望地释放至大气,导致控损失,超过环境允许等 等。 阳107]进一步,应当注意,聚合物蓬松毛中V0C的量可W受到吹扫气体的量和条件一一如 果在脱气操作中应用、W及上游反应器条件例如共聚单体的类型和量等等的影响。例如加 入上游反应器的较重共聚单体(例如1-己締)可W产生下游蓬松毛中的较高的V0C。
[0108] 在某些实施方式中,聚合反应器中聚乙締蓬松毛的粒径可W被控制或调节,W有 利地增加在下游处理设备(例如闪蒸容器、桶、吹扫柱228等)中从聚乙締蓬松毛中除去控 的分离或分离效率。关于从聚乙締蓬松毛除去残留控和聚乙締蓬松毛的相关的挥发性有 机物质(V0C)的讨论,参见美国专利7, 957, 947,通过引用W其整体将其并入本文。应当强 调,本技术允许通过调节上游聚合反应器中聚乙締蓬松毛颗粒的粒径在各种下游容器或分 离器(除了公开的吹扫柱68外)中提高分离效率。
[0109] 对于讨论的吹扫柱的情况,示例性吹扫柱228可W是圆筒容器,其具有相对高的 竖直部分、在顶部的盖或头、在底部的具有用于排放聚合物蓬松毛的孔的斜侧面或圆锥形 状。待脱去挥发性控的聚合物(例如聚乙締)蓬松毛可W在顶部进入容器,同时吹扫气 体一一通常是氮气一一可W在斜底部侧面被引入容器。在容器中在吹扫气体和聚合物蓬松 毛之间流动可W是逆流的。再一次,在某些实施方式中,富控吹扫气体通过顶部的孔离开容 器,而脱气的蓬松毛在容器底部离开。
[0110] 该吹扫容器和其他吹扫容器中的脱气效率可基于在容器中保持聚合物蓬松毛和 吹扫气体的均匀活塞流,从而促进二者之间的良好接触。在一些实施例中,容器直径的典型 范围从5-6英尺,但是选择其长度化/D比)W获得足W对聚合物蓬松毛脱气的停留时间 (例如30-180分钟)。实例L/D比可从4至8,或者在该范围之外。也应注意,在吹扫柱中 可应用内部物,例如用于引导吹扫气体(氮气)的分配板、用于促进聚合物活塞流的反锥体 (例如减小聚合物蓬松毛形成桥或隧道)等等。 阳111] 图6是方法150,其设及在下游分离装备中提高控(即,V0C去除)从聚乙締蓬松 毛颗粒的分离。具体而言,图6是操作聚乙締生产系统10的方法,其中在聚合反应器中调 节聚乙締蓬松毛粒径W在下游装备中提高控的分离或除去,残留控、V0C等从聚合物蓬松毛 颗粒的除去,下游装备例如低压闪蒸容器、吹扫柱68等等。在某些实施方式中,考虑具有双 回路反应器50A,50B的反应器系统20。 阳11引首先,如方框152表示,乙締(化及任选的共聚单体例如1-己締)在第一回路反应 器中聚合,产生第一聚乙締,W及在第二反应器中聚合,产生第二聚乙締。在单峰或非分化 生产的情况,第一聚乙締可类似于或一定程度上不同于第二聚乙締。在另一方面,在双峰或 分化生产的情况,第一聚乙締在至少一些性质上不同于第二聚乙締。使用串联操作的两个 反应器,转移渺浆21从第一回路反应器50A通过转移管线21L排放至第二回路反应器50B。 进一步,例如,产物渺浆22从第二回路反应器50B排放,例如通过CTO连续排放。
[0113] 产物渺浆22可发送通过闪蒸管线和第一分离器容器(例如闪蒸容器)W从产物 渺浆22中的聚乙締蓬松毛闪蒸(方框154)控(例如稀释剂、未反应的乙締等)。从第一分 离器容器排放的聚乙締蓬松毛可在第二分离器容器(例如吹扫柱)中进行吹扫(方框156) W从聚乙締蓬松除去毛残留控。根据本技术,聚乙締蓬松毛的粒径可W在上游聚合反应器 中进行调节(方框158)W提高(方框160)在第二分离器容器(例如吹扫柱68)中的分离 效率。
[0114] 图7是灵敏性研究的实例结果(图),其用示例性模型评估吹扫参数(例如聚乙 締粒径)对离开吹扫柱的聚締控聚合物(即蓬松毛)流的V0C的影响。示例性模型基于传 质理论,并且在前述美国专利7, 957, 947中有详细讨论。对于较小聚合物粒径,聚合物流的 V0C减小。认为,较小的颗粒一般增强吸附或吸收的控组分从聚合物的扩散。
[0115] 具体而言,图7是从吹扫柱排放的聚締控蓬松毛流中的V0C172ppm(每百万份数) 的示例性模型结果与聚締控聚合物蓬松毛的单位为10 6米(微米或iO的平均粒径174的 作图170。在V0C172和聚合物粒径174之间存在关系,如示例性曲线176所示。在该模型 的一个灵敏性实例中,随着蓬松毛粒径从800微米减小到600微米(减小25 % ),V0C172 减小大约43 %,从47ppm到26ppm。
[0116] 图8A-9B提供用聚乙締生产的相关商业数据的计算结果,其关于聚乙締蓬松毛粒 径和V0C,假定没有裂开。为了清楚,假定聚乙締蓬松毛颗粒没有裂开。图8A和8B给出用 中值值-50)粒径大约12微米(10 6米或ym)的催化剂聚合聚乙締并且随后从聚乙締除去 V0C的数据。图9A和9B给出用中值值-50)粒径大约20微米的催化剂聚合聚乙締并且随 后从聚乙締除去V0C的数据。该数据显示在相似的催化剂停留时间和催化剂活性,较大的 催化剂颗粒给出较大的聚乙締蓬松毛粒径。进一步,该重复关系的假设包括:(1)聚乙締蓬 松毛颗粒没有裂开;和/或(2)具有不同直径的两种催化剂的颗粒密度相似。
[0117] 催化剂的颗粒密度也可影响蓬松毛的所得粒径。一般地,具有较大颗粒密度的催 化剂(更紧凑的催化剂颗粒)可给出较大的平均或中值粒径的蓬松毛,运是因为在反应器 中裂开较少。因此,在某些实施例中,具有较大颗粒密度的较小催化剂颗粒可给出比具有较 低颗粒密度的较大催化剂颗粒来说更大的蓬松毛粒径。根据本技术,蓬松毛粒径可通过选 择具有某一催化剂颗粒密度的催化剂进行调节,即调节裂开的量,如下面讨论。
[0118] 图8A-9B所示的数据也显示对于较大粒径的聚乙締蓬松毛在吹扫柱68 (图3)中 改进的分离。在某种意义上来说,改进的或提高的分离(提高的从蓬松毛中除去残留控或 V0C)可被表征为改进的或提高的分离效率(例如在吹扫柱中),运是因为假定蓬松毛质量 相同,则较少的残留控留在蓬松毛(即具有较小粒径)中。
[0119] 图8A是平均蓬松毛粒径182直径(ym)与上游聚合反应器中催化剂总停留时间 184 (小时)在各种催化剂活性186下的作图180。如所示,平均催化剂粒径大约12微米。 单位为克/虹聚乙締(P巧蓬松毛每克催化剂的S种催化剂活性186分别给出为10, 000、 30, 000和50, 000。蓬松毛粒径182属于从第二或最后反应器排放的蓬松毛并且可能最终 进入吹扫柱68 (图3)。图8A中的关系显示蓬松毛粒径可W通过调节反应器停留时间和通 过调节催化剂活性进行控制。
[0120] 图8B是离开吹扫柱的蓬松毛的蓬松毛V0C192 (ppm)与在上游聚合反应器中的催 化剂总停留时间184在=种催化剂活性186下的作图190。再一次,催化剂的=种活性186 是10, 000、30, 000和50, 000,单位为聚合并产生的PE(克/虹)/使用的催化剂(克)。也 与图8A的数据一样,在图9中提供的结果中平均催化剂粒径大约12微米。总之,图8A和 8B的关系显示分离效率即残留控或V0C从PE蓬松毛提高的除去通过调节PE粒径、催化剂 反应器停留时间和催化剂活性可W在吹扫柱中得到提高。 阳121] 图9A是平均蓬松毛粒径202直径(ym)与上游聚合反应器中的催化剂总停留时 间204 (小时)在分别S种催化剂活性206下的作图200,S种催化剂活性是前面图8A和 8B中提供的数据的相同催化剂活性186。然而,与图8A和8B中提供的数据相比,与图9A 相关的数据用于大约20微米的平均催化剂粒径。图9A中的关系表明蓬松毛PE粒径可W 通过调节催化剂的反应器停留时间和通过调节催化剂活性进行控制。 阳122] 图9B是离开吹扫柱的PE蓬松毛的蓬松毛V0C212 (ppm)与上游聚合反应器中的 催化剂总停留时间204在分别S种催化剂活性206下的作图210。图9A和9B中的关系表 明分离效率即残留控或V0C从PE蓬松毛提高的除去通过调节PE蓬松毛粒径、催化剂反应 器停留时间和催化剂活性可W在吹扫柱中得到提高。
[0123] 如提及的,从直径为12微米的较小催化剂颗粒(图8A和8B)至直径为20微米的 较大催化剂颗粒(图9A和9B)的变化导致较大粒径的聚乙締蓬松毛,例如从第二回路反应 器排放的产物渺浆22中的聚乙締蓬松毛,或例如从闪蒸室64至吹扫柱68的固体排放物70 中的聚乙締蓬松毛。因此,如讨论的,控制从聚合反应器排放的产物聚乙締颗粒的粒径可包 括选择进料至反应器系统20的初始或可选催化剂。可至少部分基于催化剂直径的粒径选 择催化剂,并且因此W便给出期望平均或中值粒径的聚乙締产物蓬松毛。
[0124] 进一步,可W在控制或调节蓬松毛粒径中考虑催化剂颗粒的密度,如上提及的。例 如,催化剂和蓬松毛的较少裂开可W通过选择较大催化剂颗粒密度的催化剂来实现,并且 因此给出较大平均或中值粒径的聚乙締蓬松毛。在另一方面,催化剂和蓬松毛的较多裂开 可W通过选择具有较低颗粒密度的催化剂来实现,并且因此给出较小平均或中值粒径的聚 乙締蓬松毛。
[01巧]裂开是在反应器中聚乙締蓬松毛颗粒的破裂,并且影响聚乙締蓬松毛的粒径和V0C。如所示,裂开的量可W与催化剂的颗粒密度相关。而且,如同蓬松毛颗粒的大小,一般 地,聚乙締蓬松毛的裂开颗粒的大小可W与催化剂活性W及反应器中催化剂的停留时间相 关并因此与催化剂生产率相关。表1和2提供用两个串联布置的回路反应器进行双回路反 应器生产聚乙締的商业数据和计算结果。提供的数据在催化剂活性和催化剂停留时间(通 过两个反应器的总停留时间)W及相关的催化剂生产率的范围内。总聚乙締蓬松毛的所得 蓬松毛D-50中值粒径被列出。如本领域技术人员理解的,D-50粒径是中值粒径,即在分布 中50%颗粒小于D-50直径大小和分布中50%颗粒
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