CS264120B2 - Polymerization of polymerizable monomere in gaseous phase and polymerization reactor with fluid bed for making this process - Google Patents

Description

l57) PolymeraČní reaktor s fluidním ložem obsahující válcovitou nádobu, v níž je kolmo к ose této nádoby umístěno rozdělovači patro pro plyn, které definuje oblast fluidního lože nalézající se nad rozdělovacím patrem pro plyn a oblast mísící komory nalézající se pod rozdělovacím patrem pro plyn;· přívod pro uvádění proudu polymerovátelných tekutin do mísící komory umístěný ve dně nebo blízko dna reaktoru; odvod pro odvádění nezreagovaných polymeraČních plynů z oblasti fluidního lože, zařízení pro vstřikování katalyzátoru sloužící pro uvádění polymeračního katalyzátoru do oblasti fluidního lože a zařízení pro odvádění produktu sloužící pro odvádění částic pevného polymernjho produktu z oblasti fluidního lože, jehož podstata spočívá v tom, že v mísící komoře je umístěn usměrňovač toku připojený к přívodu pro uvádění proudu polymerovátelných tekutin, kterýžto usměrňovač toku zahrnuje prstenec podepřený nad přívodem rozpěrkami za vzniku dvou vyústění - centrálního otvoru v prstenci a vyústění v podobě pláště válce, jehož horní podstavu tvoří, prstence. Při způsobu polymerace v tomto reaktoru se proud polymerovátelné tekutiny zaváděný do mísící' komory rozděluje pomocí prstencového usměrňovače toku do dvou proudů, z nichž první teče po vnější obvodové dráze směřující vzhůru podél stěny mísící komory a druhý teče po dráze směřující vzhůru, která je kolmá к rozdělovacímu patru a v.ede podél centrální osy mísící komory, přičemž rychlost uváděné tekutiny a rozměry usměrňovače toku vyhovují vztahu 0,345 kPa, kde

H_v představuje rychlostní výšku vztaženou na celkovou protékanou plochu usměrňovače toku.

Vynález se týká způsobu polymerace polymerovátelného monomeru v plynné fázi nebo převážně v plynné fázi technologií ve fluidním loži a reaktoru к provádění tohoto způsobu. Vynález se zvláště týká zdokonalení polymeračních reaktorů s fluidním ložem pokud se týče roz dělování tekutiny zaváděné do takových reaktorů.

Odhalení možnosti použití postupů s fluidním ložem pro výrobu polymerů poskytlo prostředek pro výrobu polymerů, například polyolefinů, jako polyethylen, vyznačující se výrazným snížením investičních nákladů a významným snížením požadavků na energii ve srovnání s obvyk lými postupy. Avšak omezujícím faktorem při použití reaktoru s fluidním ložem к provádění exotermních způsobů polymerace je rychlost, kterou se může odstraňovat teplo z lože.

Nejběžnější a patrně nejuniverzálnější prostředek pro odstraňování tepla používaný při obvyklých způsobech prováděných v reaktorech s fluidním ložem je stlačování a ochlazování recirkulovaného plynu v místě ležícím mimo reaktor. V průmyslovém měřítku, u systémů obsahujících reaktory s fluidním ložem pro výrobu polymerů, jako je polyethylen, je množství tekutiny, které se může cirkulovat pro odstraňování polymeračního tepla, větší než množství tekutiny vyžadované pro udržení fluidního lože a pro přiměřené míchání pevných látek ve fluidním loži. Avšak rychlost toku tekutiny v reaktoru je omezena v důsledku potřeby zabránit nadměrnému unášení pevných látek v proudu fluidizovaného plynu, který opouští reaktor. Z toho vyplývá i podobné omezení množství tekutiny, které je možno cirkulovat pro odstraňování tepla.

Jednou z metod zvýšení rychlosti odstraňování tepla je stlačování a ochlazování plynných monomerů recirkulovaných do reaktoru do stavu, kdy jejich část kondenzuje. Výsledný kapalný podíl se vnáší do recirkulovaného proudu plynného monomeru a zavádí zpět do reaktoru. Tato metoda je známa z literatury a označuje se jako kondenzační metoda provádění polymerace. Použití kondenzační metody umožňuje snížit teplotu recirkulovaného proudu, což má v kombinaci se skupenským teplem vypařování kapaliny za následek zřetelné zvýšení výtěžku v prostoru a čase, ve srovnání s výtěžkem dosahovaným při nekondenzační metodě provozu, kdy se teplota recirkulovaného proudu plynu udržuje nad rosnou teplotou recirkulovaného proudu. Teplota rosného bodu je teplota, při které se v plynném proudu začne tvořit kapalný kondenzát.

Zkušební výsledky testu na modelu spodního čela (dna) reaktoru v provozním měřítku a zkušenosti s průmyslovým polymeračním reaktorem ukazují, že otevřený vstup do reaktoru typu trysky je vyhovující pro úspěšný provoz reaktoru s fluidním ložem při kondenzační metodě, zatím co přívod do reaktoru typu stoupačky s kónickým kloboučkem je vyhovující pro nekonden začni metodu provozu reaktoru. Přívod typu stoupačka/kónický klobouček není vyhovující pro kondenzační metodu v důsledku zatopení dna reaktoru kapalinou a jejího pěnění, což je jev projevující se u průmyslových reaktorů již při relativně nízkém obsahu kapaliny v recirkulovaném proudu. Naopak otevřený vstup typu otevřené trysky byl shledán neuspokojivým pro nekondenzační metodu provozu průmyslového reaktoru, protože se na dně reaktoru nadměrně vylučují pryskyřičné pevné látky, zvláště okolo přívodního otvoru.

Při praktickém provozu ve velkých průmyslových produkčních reaktorech je někdy žádoucí přejít z nekondenzační metody provozu na kondenzační a naopak. Ze shora uvedených důvodů bylo při tom nutno v minulosti odstranit reaktor a vyměnit nebo upravit přívod, aby se přizpůsobil požadavkům nového způsobu provozu. Odstavení reaktoru za účelem této změny je nežádoucí nejen proto, že narůstají provozní náklady spojené s přechodem, ale také proto, že odstavení má za následek významnou ztrátu produkce. U některých průmyslových reaktorů může být tato změna vyžadována často, v závislosti na plánu produkce. Bylo by proto vysoce žádoucí mít univerzální uspořádání přívodu do reaktoru, které by uspokojilo požadavky jak při ' provádění kondenzační tak nekondenzační metody provozu reaktoru.

Úkolem tohoto vynálezu je 1. zvětšit rychlost produkce reaktorů s fluidním ložem, 2. snížit náklady pro udržování a/nebo provozování takových reaktorů a 3. dosáhnout přizpůsobovosti umožňující, aby takové reaktory vyráběly různé polymery, například polymery ethylenu a těžších <><-olefinů (kopolymery a blokové nebo nepravidelně uspořádané kopolymery) při vyšší než konvenční rychlosti výroby, aniž by vznikaly ztráty odstávkou výroby. Zařízení pro usměrňování toku podle tohoto vynálezu napomáhá splnit tyto úkoly tím, že uspořádání přívodu do reaktoru může sloužit к několika účelům, čímž se odstraňuje potřeba odstavit reaktor, když se přechází z kondenzační metody na nekondenzační metodu provozu a naopak.

Předmětem vynálezu je způsob polymerace polymerovátelného monomeru v plynné fázi nebo převážně v plynné fázi technologií ve fluidním loži ve válcovém reaktoru vybaveném rozdělovacím patrem pro plyn umístěným kolmo к ose reaktoru, kterým je definována oblast fluidního lože nalézající se nad rozdělovacím patrem a oblast mísící komory nalézající se pod rozdělovačem patrem, přívodem pro uvádění proudu polymerovatelných tekutin do mísící komory, umístěným ve dně reaktoru nebo v jeho blízkosti, odvodem pro odvádění nezreagovaných polymeračních plynů z oblasti fluidního lože, zařízením pro vstřikování katalyzátoru, sloužícím pro uvádění polymeračního katalyzátoru do oblasti fluidního lože a zařízením pro odvádění částic pevného polymerního produktu z oblasti fluidního lože, při němž se polymerovatelná tekutina kontinuálně uvádí přívodem do mísící komory a pak tato tekutina prochází rozdělovacím patrem pro plyn do oblasti fluidního lože rychlostí postačující pro udržení lože částic za fluidizovaných podmínek, do oblasti fluidního lože se vstřikuje polymerační katalyzátor a z oblasti fluidního lože se odvádí jednak částice polymerního produktu a jednak recirkulované proudy. Způsob podle vynálezu se vyznačuje tím, že se proud polymerovatelná tekutiny zaváděný do mísící komory rozděluje pomocí prstencového usměrňovače toku do dvou proudů, z nichž první teče po vnější obvodové dráze směřující vzhůru podél stěny mísící komory a druhý teče po dráze směřující vzhůru, která je kolmá к rozdélovacímu patru a vede podél centrální osy mísící komory, přičemž rychlost uváděné tekutiny a rozměry usměrňovače toku vyhovují vztahu

H_v 7^ 0,345 kPa kde

Hy představuje rychlostní výšku vztaženou na celkovou protékanou plochu usměrňovače toku. S výhodou je větší než 1,374 kPa.

Předmětem vynálezu je dále polymerační reaktor pro provádění tohoto způsobu, obsahující válcovitou nádobu, v níž je kolmo к ose této nádoby umístěno rozdělovači patro pro plyn, které definuje oblast fluidního lože nalézající se nad rozdělovacím patrem pro plyn a oblast mísící komory nalézající se pod rozdělovacím patrem pro plyn; přívod pro uvádění proudu polymerová telných tekutin do mísící komory umístěný ve’ dně nebo blízko dna reaktoru; odvod pro odvádění nezreagovaných polymeračních plynů z oblasti fluidního lože, zařízení pro vstřikování katalyzátoru sloužící pro uvádění polymeračního katalyzátoru do oblasti fluidního lože a zařízení pro odvádění produktu sloužící pro odvádění částic pevného polymerního produktu z oblasti fluidního lože. Reaktor podle vynálezu se vyznačuje tím, že v mísící komoře je umístěn usměrňovač toku připojený к přívodu 22 pro uvádění proudu polymerovatelných tekutin kterýžti usměrňovač toku zahrnuje prstenec 32 podepřený nad přívodem 22 rozpěrkami 32a za vzniku dvou vyústění - centrálního otvoru v prstenci 32 a vyústění v podobě pláště válce, jehož horní podstavu tvoří prstenec 32.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je, že je potlačeno ukládání pevných částic na stěně mísící komory a potlačuje se i akumulace částic v mísící komoře. Stěna mísící komory je totiž omývána jedním z proudů a popřípadě přítomné Částice jsou unášeny směrem vzhůru prostřednictvím proudu vycházejícího z centrálního otvoru prstencového usměrňovače toku.

Obr. 1 představuje schematickou ilustraci výhodného systému provádění kontinuální polymerace monomeru ve fluidním loži podle tohoto vynálezu.

Obr.2 představuje nárys v příčném řezu dolní části reaktoru včetně rozdělovacího patra, mísící komory a usměrňovače toku.

Obr. 2A představuje půdorys usměrňovače toku, při pohledu od roviny 2A-2A obr. 2.

Obr. 3 představuje zvětšený detail přívodu a usměrňovače toku z obr. 2. Jedná se o nárys v řezu.

Obr. 4 představuje půdorys rozdělovači ho patra, při pohledu od roviny 4-4 na obr. 2 a ukazuje orientaci kloboučků umístěných na rozdělovacím patře.

Obr. 5 představuje detail přívodu a usměrňovače toku, který tvoří alternativu к uspořádání znázorněnému nebo obr. 3. Jedná se o nárys v řezu.

Obr. 6 představuje detail· přívodu a usměrňovače toku, který tvoří jinou alternativu к uspořádání znázorněnému na obr. 3 než obr. 5. I zde se jedná o nárys v řezu.

V nepřetržitě pracujícím polymeračním reaktoru s fluidním ložem je pod fluidním ložem umístěno rozdělovači patro, které podpírá lože a rozděluje plyn ve fluidním loži. Rozdělovači patro také slouží к vymezení mísící komory, což je oblast reaktoru pod rozdělovacím patrem. Hlavní funkcí mísící komory je zabezpečit, aby plyny a popřípadě přítomná strhávaná kondenzovaná kapalina byly rozděleny v celém průřezu komory, v době, kdy plynný proud prochází otvory rozdělovacího patra, které tvoří podstavu fluidního lože. Při kondenzační metodě výroby dochází obvykle к určitému oddělování strhávané kapaliny na povrchu potrubí, kterým do reaktoru vstupuje recirkulovaný proud (především díky setrvačným srážkám se stěnami recirkulačního potrubí). Pro zajištění dostatečně rovnoměrného rozdělení stržení kapaliny je důležité, aby byl celý podíl oddělené kapaliny přítomný v mísící komoře opětovně strháván a míšen s proudem plynu. Toho by se ;mělo dosáhnout tím, že by plynný proud procházející otvory rozdělovacího patra do fluidního lože měl požadovanou rovnoměrnost. Rozdělovači patro podle tohoto vynálezu umožňuje dosáhnout požadovaného rozdělení.

Jak je schematicky naznačeno šipkami na obr. 2 a 3, při výhodném provedení zde uvedeném se recirkulovaný plyn rozděluje na centrální, směrem vzhůru orientovaný proud tekoucí centrálním otvorem prstence prstencového usměrňovače toku a vnější proud procházející po obvodu či bočně okolo prstencového usměrňovače toku. Proud mimo prstenec teče okolo prstencového usměrňovače toku a oplachuje stěny mísící komory a tím zabraňuje ukládání pevných látek (pryskyřice) na stěnách. Obvykle se totiž malé množství pevných látek strhává do recirkulovaného proudu. Jak ukazují šipky, centrální, směrem vzhůru orientovaný proud a vnější proud se spolu mísí, aby se dosáhlo požadované rovnoměrnosti distribuce popřípadě přítomných kapalných a/nebo pevných látek v proudu plynu.

Pro dosažení požadovaných charakteristik parametrů toku je zapotřebí dodržet následující vztahy (viz tabulka 1).

Tabulka 1 (1) 0,1 — A₂/A₁ — 0,75, přičemž s výhodou A₂/A₁ = 0,3 kde ^A1 ^A2 znamená otevřenou plochu kterou prochází proud orientovaný do stran a postupující do první ze shora uvedených drah podle stěny mísící komory (plochu pláště válce pod prstencem) a znamená plochu otvoru, kterým prochází směrem vzhůru orientovaný proud tekutiny postupující po druhé ze shora uvedených drah, přičemž pro výhodný prstencový usměrňovač toku podle-obr. 2 a 3 platí, že kde

di	znamená průměr centrálního otvoru a
plocha	pláště válce pod prstencem =CTdQh,

kde

do	znamená vnější průměr prstencového usměrňovače toku a
h	znamená minimální vzdálenost nižšího vnějšího okraje prstencového kotouče od stěny mísící komory.

Poznámka: Při definici plochy pláště válce pod prstencem se předpokládá, že rozpěrky 32a (viz obr. 2 a 3) jsou omezené nebo zanedbatelné velikosti ve vztahu к otevřené ploše pláště válce a mohou být ve shora uvedeném vztahu zanedbány. To znamená, že při výhodném provedení uvedeném na obr. 2 a 3 rozpěrky zabírají relativně malou část plochy pláště válce, (2) 0,5 - ---------------------------------------------------- - 5 minimální vzdálenost mezi usměrňovačem S výhodou má tento poměr toku a vnější stěnou mísící komory hodnotu 2 kde

Z znamená horizontální vzdálenost horního vnitřního okraje vstupního potrubí od vnějšího okraje usměrňovače toku, přičemž pro prstencový usměrňovač toku z obr. 2 a 3 platí·

0,5

^do ^de poněvadž v tomto případě kde ^do ^do

má výše uvedený význam a ^de znamená průměr přívodu (přívodní trubky nebo recirkulačního potrubí 22 na obr. 2) (3) h_v 343,5 Pa, s výhodou H_v > 1374 Pa, kde

H_v znamená rychlostní výšku, vztaženou na celkovou protékanou plochu usměrňovače toku, kterážto plocha je definována jako součet plochy protékané proudem tekoucím po první ze shora uvedených drah podle stěny mísicí komory (plochy pláště válce pod prstencem) a plochy protékané proudem tekoucím po druhé dráze centrálně směrem vzhůru, tj. plochy centrálního otvoru prstence, přičemž ^Hv = fg^VG^2/6225’ kde (j) g znamená hustotu plynu vyjádřenou v kg.m’³,

Vg znamená rychlost plynu v m.s.*^ definovanou vztahem:

V_G = 6333 w_g/a₀ 5>_g, kde

Wg znamená hmotnostní průtok (kg/s) plynu vstupujícího do usměrňovače toku a pro systém z obr. 2 a 3 celková plocha otvorů usměrňovače toku činí ^AD = ^di ^{2/4 + d}o^h >

přičemž je třeba poznamenat, že hodnoty dp d_Q a h jsou vyjádřeny v m.

Plocha centrálního prstencového otvoru (A2) by neměla překročit asi 2/3 průřezu přívodu .

б

Za takových podmínek provozu zajišlují výsledné rychlosti toku centrálního prstencového a periferního proudu a poměr hmotnostních průtoků těchto proudů dokonalé promíchání prot> dů a kontinuální suspendování stržené kapaliny a pevných částic v proudu plynu tekoucím vzhůru a vstupujícím do fluidního lože rozdělovacím patrem. Bylo zjištěno, že za takových pracovních podmínek nedochází к trvalému vypadávání kapiček kapaliny nebo Částic pevné látky z plynných proudů. Rovněž tak nedochází к nežádoucímu zaplavování mísicí komory kapalinou ani к usazování pevných látek (pryskyřice) v této mísicí komoře, které by mohlo být výsledkem vypadávání kapaliny a pevných látek z proudu plynu.

Při zachování určeného poměru hmotnostních průtoků a rychlostí obou proudů, tj. centrálního proudu orientovaného vzhůru a laterálního proudu orientovaného podél stěny se dosahuje podle vynálezu vhodného toku po obou drahách a požadovaného stupně promísení v mísicí komoře.

Mísicí komora by obvykle měla mít poměr délky к'šířce (průměru) až asi do 1,5 a s výhodou od asi 0,7 do asi 1,0. Podobně poměr průměru mísicí komory к průměru zařízení pro vstup tekutiny (přívodního otvoru nebo potrubí) к reaktoru je obvykle menší než nebo rovný asi 10 : 1, s výhodou je v rozmezí od asi 5 : 1 do asi 8 : 1.

Kromě toho, pokud se pracuje kondenzační metodou výroby, poměr povrchové rychlosti plynu (U_m) v mísicí komoře ke konečné rychlosti plynu v dolní části mísicí komory (Uj), definovaný dále, by s výhodou měl být alespoň 0,18 : 1.

Poměr ^ит/^и2 ^al^esP°^ň 0,18 : 1 snižuje pravděpodobnost zaplavování a pěnění v nižších částech mísicí komory. Um představuje povrchovou rychlost plynu v konoře a představuje limitní rychlost plynu, to jest rychlost plynu nad kterou se kapičky strhávané kapaliny dále dělí a strhávaná kapalina je unášena vzhůru s proudem plynu. Tato rychlost se může vyjádřit (přičemž jednotlivé veličiny jsou v rozměrově konsistentních jednotkách) takto:

Uj = 2,0 (gÉTj Qj, /(Oj,²) ⁰⁾²⁵ kde g znamená gravitační zrychlení, znamená povrchové napětí kapaliny, představuje rozdíl hustoty mezi kapalinou a plynem a znamená hustotu plynu.

V případě kondenzační metody výroby bylo zjištěno, že hmotnostní podíl kondenzované kapaliny strhávané v proudu recirkulovaného plynu může činit až asi 20 % hmotnostních, s výhodou od asi 2 do asi 20 % hmotnostních, přičemž konkrétní hodnota je závislá na konkrétně vyráběném polymeru.

Systém reaktoru s fluidním ložem, který je zvláště vhodný pro výrobu polyolefinových pryskyřic podle tohoto vynálezu je ilustrován na obrázcích. S ohledem na obr. 1 reaktor 10 zahrnuje reakční zónu 12 a zónu 14 snižování rychlosti.

Poměr výšky к průměru reakční zóny bude obvykle ležet v rozmezí od asi 2,7 : 1 do asi 4,6 : 1. Rozmezí se bude měnit к větším nebo menším poměrům v závislosti na požadované výrobní kapacitě. Plocha příčného průřezu zóny 14 snižování rychlosti je obvykle v rozmezí asi od 2,6-násobku do 2,8-násobku plochy příčného průřezu reakční zóny 12.

Reakční zóna 12 zahrnuje lože rostoucích částic polymeru, které je tvořeno částicemi polymeru a menším množstvím částic částečně nebo zcela aktivovaného prekurzoru katalyzátoru a/nebo katalyzátoru (dále společně označováno jako katalyzátor), přičemž veškeré části ce jsou fluidizovány nepřetržitým tokem polymerovatelných a modifikujících plynných složek ve formě doplňované násady a tekutiny recirkulované reakční zonou. Pro udržení životaschop ného fluidního lože musí povrchová rychlost plynu (superficial gas velocity, SGV) procházejícího ložem překračovat 0,06 do asi 0,152 m.s’¹. nimální tok potřebný pro Povrchová rychlost plynu minimální požadovaný tok pro fluidizaci, který obvykle činí od asi S výhodou je-povrchová rychlost alespoň o 0,06 m.s¹ vyšší než midosažení fluidizace, to jest obvykle je asi 0,12 až asi 0,21 m.s”^ obvykle nepřekračuje 1,52 m.s’¹ a běžně není větší než 0,76 m.s’¹.

Částice v loži pomáhají zabránit vzniku horkých skvrn, tj. míst, ve kterých dochází к přehřátí a zachycují a rozdělují částice katalyzátoru v reakční zóně. Proto se při uvádění do provozu reaktor naplní základním ložem částic polymeru, dříve než se začne uvádět ·· proud plynu. Tyto částice mohou být stejné jako vyráběný polymer nebo odlišné. Pokud jsou odlišné, odvádějí se s částicemi požadovaného nově tvořeného polymeru jako přední produkt. Nakonec fluidizované lože tvořené částicemi požadovaného polymeru nahradí startovací lože.

Používané katalyzátory jsou často citlivé ke kyslíku, takže katalyzátor používaný pro výrobu polymeru ve fluidním loži se s výhodou skladuje v zásobníku 16 pod vrstvou plynu, který je inertní vůči skladovanému materiálu, jako je dusík nebo argon.

Fluidizace se dosahuje vysokou rychlostí recirkulované tekutiny uváděné do lože a skrze něj. Tato rychlost je řádově asi padesátinásobkem rychlosti doplňované tekutiny. Fluidizované lože má obvykle vzhled hutné hmoty skládající se z jednotlivých pohybujících se částic, uváděných do pohybu plynem pronikajícím ložem. Tlaková ztráta v loži je rovna nebo je o něco vyšší než je hmotnost lože dělená plochou příčného průřezu. Tlaková ztráta je tedy závislá na geometrii reaktoru.

Doplňková tekutina se dávkuje do reaktorového systému v místě 18 pomocí recirkulačního potrubí 22, Složení recirkulovaného proudu se měří plynovým analyzátorem 21 a složení a množství doplňkového proudu se potom upravuje tak, aby se isložení plynné směsi v reakční zóně udržovalo v podstatě ustáleném stavu.

Plynový analyzátor je obvykle analyzátor plynu, který pracuje běžným způsobem tak, že stanovuje složení recirkulovaného proudu a zároveň Je uzpůsoben к regulaci dávkování. Jedná se o zařízení, které je na trhu dostupné z různých zdrojů. Plynový analyzátor 21 může být umístěn tak, že získává plyn z místa mezi zónou 14 snižování rychlosti a výměníkem 24 tepla, s výhodou mezi kompresorem 30 a výměníkem 24 tepla.

Je-li to žádoucí, další přísady se mohou přidávat do recirkulačního potrubí 22 potrubím 40 z vhodného dávkovacího zařízení 22·

Pro zajištění úplné fluidizace se recirkulovaný proud, a pokud je to žádoucí, i část doplňkového proudu vracejí recirkulačním potrubím 22 do přívodu 26 reaktoru. S výhodou je nad tímto přívodem rozdělovači patro 28 pro plyn, která napomáhá rovnoměrně fluidizovat lože a podpírá částice pevné látky před zahájením provozu nebo když byl systém odstaven. Proud protékající směrem vzhůru absorbuje reakční teplo vznikající polymerační reakcí.

Část plynného proudu protékala fluidizovaným ložem, která v tomto loži nezreagovala, . se stává recirkulovaným proudem, který opouští reakční zónu 12 a postupuje do zóny 14 snižování rychlosti umístěné nad ložem, odkud větší část stržených částic padá zpět do lože, čímž se snižuje unášení částic pevné látky.

Z velmi obecného hlediska, se konvenční způsob výroby pryskyřic ve fluidním loži, zvláště zaměřený na výrobu polymerů z monomerů, provádí tak, že se plynný proud;obsahující alespoň jeden monomer nepřetržitým způsobem vede fluidním ložem reaktoru, při rychlosti postačující pro udržení lože pevných částic ve fluidizovaném stavu. Plynný proud obsahující nezreagovaný plynný monomer se z reaktoru odvádí nepřetržitým způsobem, stlačuje, chladí a recirkuluje do reaktoru. Produkt se odvádí z reaktoru a doplňkový monomer se uvádí do recirkulovaného proudu. V průběhu prohánění plynného proudu fluidizovaným ložem reaktoru pro udržení lože ve fluidizovaném stavu se malá část částic pevného materiálu přítomná v loži může unášet z reaktoru spolus plynným proudem, který je recirkulován do reaktoru. Protože tyto částice jsou horké a obsahují katalyzátor, jejich růst může pokračovat další reakcí s plynným monomerem při jejich průchodu recirkulačním systémem, což je potenciálně příčinou problémů spojených s usazováním a aglomerací za vzniku kompaktní hmoty nebo nalepováním na stěny recirkulačního potrubí a výměníku tepla. To může nakonec vést к ucpání recirkulačního potrubí a výměníku tepla vyžadující odstavení z provozu. Proto je důležité snížit na minimum unášení částic v recirkulovaném proudu.

Ve skutečnosti je sice možno úplně vyloučit unášení pevných částic, ale důsledkem s tím spojeným je podstatné zvýšení investičních nákladů na pomocné vybavení, například cyklony, a vzrůst nákladů na udržování a provozování tohoto pomocného vybavení. Protože malý rozsah unášení pevných částic v recirkulovaném proudu se dá zvládnout, je výhodnější akceptovat určitý minimální rozsah strhávání pevných částic, spíše než je eliminovat úplně. Avšak když se pracuje kondenzační metodou způsobu podle tohoto vynálezu, může se vyskytnout další problém se zanášením kalem, jak je to podrobněji diskutováno dále.

Reakce tvorby polymeru je exotermní, takže je nutno udržovat nějakým způsobem teplotu plynného proudu uvnitř reaktoru, přičemž tato teplota musí být nejen pod teplotou rozkladu pryskyřice a katalyzátoru, ale také pod teplotou spékání nebo slepování částic polymeru bě-i hem polynerační reakce. To je nezbytné pro zabránění ucpávání reaktoru v důsledku rychlého růstu hrudek polymeru, které nelze odstraňovat nepřetržitým způsobem tak, jako produkt. Proto je třeba rozumět, že množství polymeru, které se může vyrábět v reaktoru s fluidním ložem dané velikosti za uričtý časový interval je přímo úměrné množství tepla, které se může odvést z fluidního lože.

Při provádění způsobu kondenzační metodou se recirkulovaný plynný proud záměrně ochlazuje na teplotu pod teplotou rosného bodu recirkulovaného plynného proudu za vzniku obsahující kapalnou fázi a plynnou fázi, přičemž směs může také obsahovat malé množství částic pevného materiálu.

* Při způsobu výroby kondenzační metodou může být v některých případech žádoucí zvýšit teplotu rosného bodu recirkulovaného plynného proudu, aby se dosáhlo zvýšeného odstraňování tepla. Teplota rosného bodu recirkulovaného plynu se může zvýšit:

1) zvýšením provozního tlaku reakčního systému,

2) zvýšením koncentrace kondenzovatelných tekutin v recirkulovaném proudu a/nebo

3) snížením koncentrace nekondenzovatelných plynů v recirkulovatelném proudu.

Teplota rosného bodu recirkulovaného proudu se může například zvýšit přidáním kondenzovatelné tekutiny к recirkulovanému proudu, která je inertní ke katalyzátoru, reakčním složkám a produktům polymerační reakce. Tekutina se může zavádět do recirkulovaného proudu s doplňkovou tekutinou nebo libovolnými jinými prostředky nebo v nějakém jiném místě systému. Příkladem vhodných tekutin jsou nasycené uhlovodíky, jako jsou butany, pentany nebo hexany.

Hlavním omezením rozsahu, v němž se recirkulovaný proud plynu může chladit pod teplotu rosného bodu, je požadavek, aby se poměr plyn-kapalina udržel na úrovni postačující pro zachování kapalné fáze směsi ve strženém Či dispergovaném stavu, dokud se kapalina neodpaří. Je také nutné, aby rychlost plynu tekoucího směrem vzhůru byla beznrostředně nad rozdělovacím patrem dostačující pro udržení fluidizovaného lože v dispergovaném stavu.

Obsah kapaliny v recirkulovaném proudu může být dost vysoký, avšak zpravidla by množství kondenzované kapaliny obsažené v plynné fázi v místě průchodu rozdělovacím patrem nemělo převýšit asi 20 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost recirkulovaného proudu. Když je obsah kapaliny pod 2 % hmotnostními, nedosáhne se příliš velkého užitku.

Pro rozsah, v jakém jsou částice pevného materiálu unášeny v plynném proudu opouštějícím reaktor je důležité, aby množství kapaliny v recirkulovaném proudu, pokud se pracuje kondenzační metodou, bylo dostačující к vystříhání se tvorby kalu. Nežádoucí kal může vznikat tím, že částice pevného materiálu navlhnou, aglomerují a vyloučí se z proudu plynu. Tím dochází к jejich hromadění a usazování v oblastech relativně malé rychlosti v systému, například ve výměníku tepla nebo v některém jiném místě recirkulačního okruhu.

Množství pevných látek v plynném proudu opouštějícím reaktor je obvykle malé, například od asi 0,1 do asi 0,5 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost proudu. Avšak mohou se vyskytovat i větší množství, řádově 1 % hmotnostní, nebo více. Protože poměr kapaliny a pevných částic, při kterém se může tvořit kal je poněkud proměnný (v zásadě se předpokládá, že tento poměr je závislý bučí zcela nebo z hlavní části na tvaru a distribuci částic) udržuje se hmotnostní poměr kapaliny к pevným částicím v recirkulovaném proudu na hodnotě alespoň asi 2 : 1, s výhodou alespoň asi 5:1a zvláště výhodně alespoň asi 10 : 1, aby se bylo možno vyhnout potenciálním problémům. Posledně uvedené vyšší poměry poskytují ochranu proti odchylkám při výrobě, které mohou způsobit přechodné unášení většího množství pevné látky v plynném proudu opouštějícím reaktor.

Přebytek kapaliny slouží к zabránění hromadění pevných částic v systému v kterémkoli jeho místě, kde se jinak mohou usazovat, а К proplachování systému, aby se udržel v Čistém stavu. V žádném případě by tento poměr neměl klesnout pod asi 2 : 1, pokud množství kapaliny ve vstupujícím recirkulovaném proudu je v požadovaném pracovním rozmezí asi od 2 do asi 20 % hmotnostních. Při způsobu prováděném nekondenzační metodou, tj. bez kapaliny v recirkulovaném proudu nebo s velmi nízkou úrovní přítomné kapaliny, není poměr kapaliny к částicím pevné látky v recirkulovaném proudu významný, protože pevná látka není v podstatné míře zvhlčována a tvorba kalu není problém.

Recirkulovaný proud se stlačuje v kompresoru 30 a potom vede zonou výměny tepla, kde se odstraňuje reakční teplo z recirkulovaného proudu před tím, než se vrací do lože. Zonou výměny tepla může být běžný výměník 24 tepla, který může být horizontálního nebo vertikálního typu. Recirkulovaný proud opouštějící zónu výměny tepla se zavádí do reaktoru u jeho dna přívodem 26 a do fluidizovaného lože postupuje přes mísicí komoru 26a a rozdělovači patro 28 pro plyn. Při výhodném provedení ilustrovaném na obr. 1 až 3 je prstencový diskoCS 264120 B2 vý usměrňovač umístěn v určité vzdálenosti od přívodu do reaktoru na spodku mísicí komory 26a. ·

Výhodný prstencový usměrňovač toku znázorněný na obr. 2 a 3 sestává z prstence 32 podepřeného ve vzdálenosti (h) nad přívodem 26 do reaktoru rozpěrkami 32a. Usměrňovač toku rozděluje vstupující recirkulovaný proud na centrální proud 33 směřující směrem vzhůru a periferní proud 33u tekutiny, směřující podle bočních stěn nižší části reaktoru. Proudy se míchají a procházejí ochranným sítem 27 a otvory neboli kanálky 29 rozdělovacího patra 28 pod úhelníkovými kloboučky 36a a 36b připevněnými к hornímu povrchu rozdělovacího patra desky a potom do fluidního lože. V případě nekondenzační metody provozování reaktoru je tekutina směsí plynu a obvykle malého množství Částic pevné látky (pryskyřice). Při kondenzační metodě provozu reaktoru je tekutina směsí plynu, kapiček kapaliny a obvykle určitého množství částic pevného materiálu (pryskyřice).·

Při kondenzační metodě provozování reaktoru pomáhá centrální proud 33 tekoucí směrem vzhůru v mísicí komoře 26a strhávat kapičky kapaliny u dna mísicí komory do proudu plynu a převádí je do fluidizovaného lože. Periferní tok proudu 33a omezuje vylučování částic pevného materiálu na stěně mísicí komory během obou metod provozu reaktoru, protože oplachuje vnitřní povrch reaktoru. Periferní tok také přispívá к opětovnému strhávání a rozprašování kapaliny, která se mohla vyloučit na stěně nebo akumulovat na dně mísicí komory během kondenzační metody způsobu, zvláště při vyšším obsahu kapaliny v systému, Tím, že usměrňovač toku usměrňuje tok tekutiny v mísicí komoře do dvou drah, tj. do centrální dráhy, směřující vzhůru a do periferní dráhy, umožňuje provozovat reaktor buď kondenzační nebo nekondenzační metodou, aniž by vznikaly problémy se zaplavováním tekutinou nebo nadměrným vylučováním pryskyřice na dně reaktoru. ,

Teplota lože je v podstatě závislá na třech faktorech:

1) rychlosti vstřikování katalyzátoru, která reguluje rychlost polymerace a s tím spojenou rychlost vývoje tepla,

2) teplotě recirkulovaného proudu plynu a

3) objemu recirkulovaného proudu procházejícího fluidizovaným ložem.

Množství kapaliny zaváděné do lože buď s recirkulovaným proudem a/nebo vstřikované samostatně samozřejmě také ovlivňují teplotu, protože tato kapalina se odpařuje v loži a slouží pro snižování teploty. Obvykle se rychlosti vstřikování katalyzátoru používá pro regulaci rychlosti produkce polymeru. Teplota lože se reguluje na v podstatě konstantní hodnotu v ustáleném stavu nepřetržitým odstraňováním reakČního tepla. Nezdá se, že by existoval zjistitelný teplotní gradient uvnitř horní části lože. Teplotní gradient bude existovat' ve spodní části lože ve vrstvě nebo v oblasti rozprostírající se nad rozdělovacím patrem, například asi 15,2 až 30,5 cm, v důsledku rozdílu mezi teplotou vstupující tekutiny a teplotcu zbytku lože. Avšak v horní části v oblasti nad touto spodní vrstvou je teplota lože v podstatě konstantní a maximálně se přibližuje požadované teplotě.

Dobrá distribuce plynu hraje významnou roli při účinném provozování reaktoru. Fluidizováné lože obsahuje rostoucí a vzniklé částice polymeru, stejně jako částice katalyzátoru. Poněvadž jsou částice polymeru horké a eventuálně aktivní, musí se zabránit jejich usazování. Jestliže se hmota nechá v klidu, popřípadě přítomný aktivní katalyzátor bude pokračovat v reakci a může být příčinou roztavení částic polymeru a v extrémním případě může mít za následek vznik kompaktní hmoty v reaktoru, kterou je možno odstranit jen s velikým úsilím a za cenu prodloužené odstávky. Protože fluidizované lože běžného reaktoru průmyslové veli

CS 264120 Q2 kosti může v kterémkoliv okamžiku obsahovat až tisíce kilogramů pevných látek, odstranění pevné hmoty z reaktoru vyžaduje podstatné úsilí. Difúze recirkulované tekutiny ložem rychlostí dostačující к udržování lože ve fluidizovaném stavu je proto základní podmínkou provozu .

. Rozdělovači patro 28 pro plyn je přednostním zařízením pro dosažení dobré distribuce plvnu. Může jít o síto, štěrbinové patro, perforované patro, kloboučkové patro apod. Konstrukční prvky patra mohou být všechny statické nebo se může jednat o patro mobilního typu, jaké je například popsáno v US patentu č. 3 298 792. Bez ohledu na konstrukci musí patro umožňovat difúzi recirkulované tekutiny částicemi u dna lože, aby se udrželo lože na fluidizovaných podmínek. Rozdělovači patro také slouží к podpírání lože částic pryskyřice v klidovém stavu v době, kdy reaktor není v provozu. S výhodou je pod rozdělovacím patrem 28 umístěno ochranné síto 27, aby se snížila pravděpodobnost ucpání kousky pryskyřice dopadajícími na desku při unášení těchto kousků prostřednictvím recirkulovaného proudu směrem vzhůru.

Výhodným typem rozdělovacího patra 28 pro plyn je obvykle kovové patro, na jehož povrchu jsou uspořádány otvory. Otvory mají obvykle průměr okolo 1,3 cm. Otvory procházejí deskou a nad nimi jsou umístěny ocelové úhelníky označené na obr. 1 vztahovými značkami 36a a 36b, které jsou napevno namontovány na patro 28.· Střídající se rady ocelových úhelníků jsou vzájemně orientované v určitém úhlu s výhodou v úhlu 60°, za vzniku střídajících se paralelních uskupení, která jsou znázorněna na obr. 4. Tyto konstrukční prvky slouží к rozdělování toku tekutiny podle povrchu desky tak, aby nevznikaly stacionární zóny pevného materiálu. Kromě toho tyto prvky zabraňují částicím pryskyřice propadat otvory, když je lože usazené nebo když je v klidovém stavu.

Reaktor s fluidním ložem může při výrobě polyolefinových pryskyřic pracovat při přetlaku až asi 6,87 MPa, s výhodou pracuje za přetlaku asi 1,71 až asi 3 43 MPa.

Částečně nebo zcela aktivovaný katalyzátor se do lože vstřikuje požadovanou rychlostí přerušovaně nebo nepřetržitě v místě 42, které leží nad rozdělovacím patrem 28. S výhodou se katalyzátor vstřikuje do takového místa v loži, kde dochází к dobrému míchání s částicemi polymeru. ·

Katalyzátor se může vstřikovat do reaktoru různými technologiemi. Při polymeraci ethylenu se katalyzátor s výhodou nepřetržitě dávkuje do reaktoru za použití dávkovače katalyzátoru popsaného například v US patentu č. 3 779 712. Katalyzátor se s výhodou dávkuje do reaktoru v místě, které je o 20 až 40 % průměru reaktoru vzdáleno od stěny reaktoru a ve výši nad dnem lože rovné asi 5 až asi 30 % výšky fluidizovaného lože.

Pro zavádění katalyzátoru do lože se s výhodou používá plynu, který je inertní ke katalyzátoru, jako dusíku nebo argonu.

Rychlost výroby polymeru v loži závisí na rychlosti vstřikování katalyzátoru a koncentraci monomeru nebo monomerů v recirkulovaném proudu. Rychlost produkce se účelně reguluje jednoduše úpravou rychlosti vstřikování.

Jak již bylo uvedeno výše, za účelem snížení problémů se zanášením rozdělovacího patra na minimum je s výhodou pod patrem nainstalováno síto 27 z drátěného pletiva, které chrání otvory vyvrtané v desce od zanesení kousky pryskyřice (aglomerovaným pevným materiálem) z recirkulovaného proudu.

CS 264120 02

Při odebírání polymerního produktu ve formě Částic z reaktoru 10 je Žádoucí a výhodné oddělovat od produktu tekutinu a vracet ji do recirkulačního potrubí 22. Existuje řadaznámých způsobů, kterými je možno toto oddělování provádět. Jeden z těchto systémů je znázorněn na obr, 1. Tekutina a produkt opouštějí reaktor 10 potrubím 44 a přicházejí do zásobníku 46 vyrobeného produktu přes ventil 48, který má při svém otevření způsobovat minimální omezení toku, jako je například kulový ventil. Nad a pod zásobníkem 46 vyrobeného produktu jsou instalovány běžné ventily ДО, 52, přičemž ventil 52 je uzpůsoben к tomu, aby umožňoval průchod produktu do vyrovnávacího zásobníku 54 produktu. Tento vyrovnávací zásobník 54 produktu je opatřen vypouštěcím zařízením ilustrovaným vedením 56 a zařízením umožňujícím přívod plynu, ilustrovaným potrubím 58. Ve dnu vyrovnávacího zásobníku 54 produktu je také vypouštěcí ventil 60, kterým,· pokud je otevřen, se vypouští produkt pro dopravu do skladu. Ventil 50 v otevřené poloze propouští tekutinu do vyrovnávacího zásobníku 62. Tekutina ze zásobníku 46 vyrobeného produktu se vede přes filtr 64 a potom do vyrovnávacího zásobníku 62, kompresoru 66 a do recirkulačního potrubí 22 vedením £8.

. Při obvykle metodě provádění způsobu je ventil 48 otevřen a ventily 50, 52 jsou v uzavřené poloze. Produkt a tekutina vstupují do zásobníku 46 vyrobeného produktu. Ventil 48 se uzavře a produkt se nechává usazovat v zásobníku 46 vyrobeného produktu. Ventil £0 se potom otevře, což umožňuje tekutině téci ze zásobníku 46 vyrobeného produktu do vyrovnávacího zásobníku 62, ze kterého se nepřetržitě odvádí po kompresi zpět do recirkulačního potrubí 22. Potom se ventil 50 uzavře a otevře se ventil 52 a produkt ze zásobníku 46 vyrobeného produktu vytéká do vyrovnávacího zásobníku 54 produktu. Ventil 52 se potom uzavře. Produkt se čistí inertním plynem, s výhodou dusíkem, který vstupuje do vyrovnávacího zásobníku 54 produktu potrubím 58 a vypouští se potrubím 56. Produkt se potom odvádí z vyrovnávacího zásobn u 54 produktu ventilem 60 a dopravuje potrubím 20 do skladu.

Jiný výhodnější systém odvádění produktu, kterého se může alternativně použít, je popsán v publikované evropské patentové přihlášce č. 0 071 430 (datum zveřejnění 9. února 1985. Tento systém používá alespoň jednoho páru zásobníků a výhodněji dvou párů zásobníků v paralelním uspořádání, zahrnujících usazovací zásobník a dopravní zásobník uspořádané v seVii, přičemž oddělená plynná část se vrací z hlavy usazovacího zásobníku do místa v reaktoru poblíž vrchní části fluidizovanéno lože. Tato alternativa výhodného systému odvádění produktu se vyhýbá potřebě zařízení pro rekompresi plynu, složeného z filtru 64, kompresoru 66 a vedení £8, jak je uvedeno na obr. 1.

V základním provedení systému pro provádění způsobu podle tohoto vynálezu obsahuje reakční nádoba lože pevného materiálu ve formě částic fluidizovaného proudem plynu vstupu jícím do reaktoru přívodním potrubím u dna a opouštějícím reaktor odváděcím potrubím v jeho horní části. Odvětraný usazovací zásobník umístěný vně fluidizovaného lože as výhodou pod ním je spojen s ložerp. odvodním a odvětrávacím potrubím. Odvětrávací potrubí je přímo napojeno na reakční nádobu blízko horní úrovně fluidizovaného lože a odváděči potrubí pro pevný podíl je připojeno к nižší části nádoby, s výhodou blízko rozdělovacího patra. Doprav ní zásobník je umístěn pod usazovacím zásobníkem a je spojen s jeho dnem potrubím. Dopravní zásobník je též připojen vypouštěcím potrubím к zařízení umožňujícímu další zpracování produktu Zpočátku jsou reakční nádoba a usazovací a dopravní zásobník navzájem odděleny, stejně jako jsou odděleny od zařízení pro další zpracování dále ve směru toku Oddělení je provedeno pomocí ventilů. Pevné látky a plyn se vypouštějí z reakční nádoby do usazovacího zásobníku otevřením ventilů odváděcího a odvětrávacího potrubí, přičemž se vyprazdňova cí ventil z usazovacího zásobníku ponechává uzavřen. Tlak v usazovacím zásobníku zpočátku vzrůstá až přibližně na hodnotu, jako je u dna reakční nádoby a potom se tlakový rozdíl ve fluidizovaném loži pevných částic stane hnací silou pro tok pevného materiálu a plynu v odváděcím potrubí. Část tohoto fluidizačního plynu a pevného'Dateriálu teče vypouštěcím . potrubím do usazovacího zásobníku, protože se na této cestě stře-tává s menším odporem ve srovnání s cestou toku fluldizovaným ložem pevného materiálu. Pevná látka a plyn se oddělují v usazovacím zásobníku a plyn se vrací do reakční nádoby odvětrávacím potrubím, do něhož je vytlačován dalším podílem pevného materiálu a plynu, které vstupují do usazovacího zásobníku. Poté co js usazovací zásobník naplněn usazenou pevnou látkou a určitým množstvím plynu, usazovací zásobník se oddělí od reakční nádoby uzavřením ventilu na odváděcím a odvětrávacím potrubí. Pevná látka se potom z usazovacího zásobníku dopraví působením tlakového rozdílu a gravitace do dopravního zásobníku potrubím, na kterém js otevřen ventil. Poté co se pevná látka dostane do dopravního zásobníku 9 vyrovná se tlak v zásobnících uzavřs se ventil ve spojovacím potrubí. Usazovací zásobník je nyní připraven к zahájení dalšího vyprazdňovacího cyklu nebo může čekat dokud není dokončeno přemisťování pevného materiálu z dopravního zásobníku do zařízení pro další zpracování produktu umístěného dále ve směru toku. Z dopravního zásobníku se pevná látka dopravuje do zařízení pro další zpracování dále ve směru toku, které je udržováno pod nižším tlakem, otevřením vypouštěcího ventilu. Přemisťování pevného materiálu se může provádět za použití obvykléhu zařízení pro manipulaci s pevným materiálem nebo dopravou za vysokého tlaku při níž se používá stlačeného plynu, který je stržen s pevnou látkou (může oýt zapotřebí přidávat další plyn). Po přemístění pevného materiálu z dopravního zásobníku se vypouštěcí ventil uzavře a dopravní zásobník je přichystán к dalšímu cyklu.

Při dalším možném a výhodném provedení se pevné částice z vysokotlaké nádoby obsahující fluidizované lože pevných částic vypouštějí periodicky za použití procesu využívajícího dvou vedle sebe pracujících párů základních a dopravních zásobníků, které postupně zachycují plyn odvětraný z pevného materiálu, před tím než se pevný materiál uvede na nižší tlak.’ První odvětrávaný usazovací zásobník slouží к zachycování pevné látky a plynu, které jsou odváděny z fluidizovaného lože. Poté co se zásobník naplní pevnou látkou, určitá část plynu stržená s pevným materiálem se odvede do druhého usazovacího zásobníku (v paralelním párovém systému), který slouží jako dočasný zachycovač plynu a js později nepřímo odvětráván do reakční nádoby. Pevné látky se potom přepraví z usazovacího zásobníku do nízkotlakého dopravního zásobníku, přičemž dojde к minimální ztrátě plynu. Vyprazdňovací operace pokračuje při střídání obou vedle sebe zapojených usazovacích zásobníků zachycujících proud pevného materiálu a plynu z fluidizovaného lože.

Reaktor s fluidním ložem je vybaven příslušným systémem ventilů (neznázorněno), které umožňují odvětrávání lože během jeho uvádění do provozu a odstavování. Reaktor nevyžaduje použití míchadla nebo zařízení pro stírání sxěn.

Recirkulační potrubí 22 a konstrukční prvky v něm umístěné (kompresor 30, výměník 24 tepla) by měly mít hladký povrch a neměly by obsahovat nepotřebné překážky, aby nekladly odpor toku recirkulované tekutiny nebo stržených částic.

Příklad

Použije se průmyslového reaktoru s fluidním ložem pro polymeraci olefinů vybaveného ve spodní části prstencovým usměrňovačem toku typu znázorněného na obr. 2 a 3. Tento reaktor pracuje bez problémů jak při kondenzační metodě, tak při nekondenzační metodě. Zařízení má tyto rozměry:

průměr mísicí komory d_m = 3,51 m, výška mísicí komory = 2,54 m,

OS 264120 B2 průměr přívodu άθ = 0,58 m, vnější průměr usměrňovače ϋθ = 0,97 m, vnitřní průměr usměrňovače d.^ = 0,35 m, vzdálenost usměrňovače od stěny h = 0,10 m.

К podepření prstence se používá čtyř rozpěrek, které také nastavují vzdálenost (h), tj. odstup mezi vnější hranou prstence a dnem reaktoru. Pro tento prstencový disk platí A^/A^ = = 0,33, Z/h = 1,9 a H_v = 6,87 kPa.

Reaktor se používá pro výrobu kopolymerů ethylenu jak kondenzační metodou, tak nekondenzační metodou a pro výrobu homopolymerů ethylenu nekondenzační metodou. V závislosti na vyráběných produktech mohou být reakční podmínky například tyto:

teplota v reaktoru: ^: θ9 až 95 °C, tlak v reaktoru: ^lože ^: ^061 až 2095 kPa, povrchová rychlost plynu ve fluidizovaném loži U_e : 0,55 až 0,70 in/s, výška f 1 uidizovunóho lože : 11,9 in, maximální provozovaný stupeň kondenzace stanovený na vstupu do reaktoru ^Wmax ^: % hmotnostních rychlost produkce reaktoru: 9 526 až 18 145 kg/h.

Při provozu reaktoru se nepozorovaly žádné problémy a žádné nepříznivé účinky na jakost produktů, které by bylo možné přisoudit usměrňovači toku. I při nejvyšším stupni kondenzace (11 % hmotnostních na vstupu do reaktoru), který byl v reaktoru zjištěn, nedošlo během provozu reaktoru к nestabilitě chodu. To ukazuje, že při této úrovni kondenzace je kapalina dobře strhávána a ve formě kapiček přiváděna do fluidizovaného lože, aniž by docházelo к jejímu hromadění u dna а к zaplavování dna. Reaktor byl často kontrolován a nebylo pozorováno žádné znečištění v důsledku nadměrného vylučování pryskyřičného pevného materiálu. Vnitřní povrchy byly čisté, dokonce čistší než v případě použití obvyklého přívodu do reaktoru typu stoupačky s konickým kloboučkem. Proto použití usměrňovače toku podle tohoto vynálezu poskytuje možnost provádět postup jak kondenzační tak nekondenzační metodou, aniž by to mělo nežádoucí účinek na vlastnosti nebo jakost produktů.

V d ále uvedených tabulkách jsou uvedeny příklady způsobu výroby ethylenových polymerů za použití kondenzační metody nebo nekondenzační metody. Použitým průmyslovým polymeračním reaktorem je reaktor popsaný bezprostředně výše. Prováděné zkoušky vedou к výrobě produktů uvedených v tabulce 2. Tamtéž je uvedena zvolená metoda provozu, spolu se stupněm kondenzace. Veškeré pracovní podmínky pro obě zkoušky jsou uvedeny v souboru dat v tabulce 3.

Tabulka 2 zkouška produkt metoda výroby obsah kapaliny v plynném proudu na vstupu do reaktoru (% hmot)

II

Kopolymer ethanu a hexanu kondenzační

Kopolymer ethylenu a butenu nekondenzační až 10

T a	bulka 3
zkouška	I	II
й P dno + (kPa)	35,7	34,4
й P chladič* (kPa)	41,2	44,7
Lože <°C>	95,0	89,0
Plože (kPa “ Přetlak)	2095,3	2095,3
rychlost na vstupu (m/s)	24,2	24,2
povrchová rychlost plynu ve fluidizovaném loži Ue (m/s) S -	0,671	0,671
výška fluidizovaného lože Lfb	11»?	11,9
difuzní výška v mísicí komoře L (m)	2,5	2,5
difuzní průměr v mísicí komoře (m)	3,5	3,5
rychlost výroby (kg/h)	18’145	9 980
výtěžek vztažený na prostor a čas (kg/m^h)	144 až 160 .	86
index toku taveniny (g/10 min)	0,83	100
poměr indexů toku taveniny	25,0	27,0
ý (kg/m3)	926 .	931
popel (%)	0,042	0,040
sypná hmotnost b (kg/m^)	432	392
průměrná velikost částic (mm)	0,68	0,57

Vysvětlivky:

⁺ Q P dno označuje součet tlakové ztráty v usměrňovači toku a tlakové ttráty v rozdělovacím patře,

I kopolymer ethylenu a hexenu

II kopolymer ethylenu a butenu.

/

Jak je znázorněno na obr. 5 a 6 usměrňovač toku nemusí být rovinný a orientovaný v horizontální rovině, jako je tomu u výhodného usměrňovače toku ilustrovaného na obr. 2 a 3. Tak například přednostní usměrňovač toku znázorněný na obr. 2 je možno nahradit například usměrňovačem toku znázorněným na obr. 5 nebo 6, v kterémžto případě je konvexní nebo konkávní vůči rozdělovacímu patru. Podobně jako usměrňovač toku znázorněný na obr. 2 a 3, zajišfují i usměrňovače toku podle obr. 5 a 6 při umístění nad přívodem 26 jednak první tokovou dráhu podél stěny mísicí komory a jednak druhou centrálnx vzhůru směřující tokotou dráhu procházející centrálním otvorem usměrňovače toku.

Vertikální výška, tedy tloušíka usměrňovače toku není kritická a postačuje tíoušíka odpovídající strukturním požadavkům konstrukce reaktoru. Relativně tenký usměrňovač bude mít funkčně v podstatě stejné výsledky, jako usměrňovač značné tloušťky. Kromě toho, že se horízcGtélníuspořádání usměrňovače toku ukázalo být nedůležitým, takže usměrňovač dobře funguje ať již je plochý, konkávní nebo konvexní, není důležitá ani jeho tloušťka.

Ačkoliv má dno průmyslového reaktoru s fluidním ložem obvykle tvar elipsovité nebo hemisferické mísy připojené к přímé části, může se podle vynálezu používat i reaktorů jiného tvaru. Tak například dno reaktoru může mít rozšiřující se konický tvar a i v tomto případě lze úspěšně použít v reaktoru usměrňovače toku podle vynálezu. U reaktoru s elipsovitým a hemisferickým dnem se dává přednost prstencovým usměrňovačům toku znázorněným na obrázích, které jsou buč ploché nebo konvexní, před konkávními prstencovými usměrňovači toku.

Předmět tohoto vynálezu nachází použití u různých systémů polymeračních reaktorů s fluidním ložem. Je možno ho použít při provozování reaktorů s fluidním ložem, kde je zapotřebí nebo žádoucí přecházet z kondenzační metody provozu na metodu nekondenzační a naopak. Vynález je zvláště použitelný při polymeraci olefinů ve fluidním loži, například při výrobě polyethylenu a polypropylenu a kopolymerú ethylenu a propylenu.

Claims (5)

1. Způsob polymerace polymerovatelného monomeru v plynné fázi nebo převážně v plynné fázi technologií ve fluidním loži ve válcovém reaktoru vybaveném rozdělovacím patrem pro plyn, umístěným kolmo к ose reaktoru, kterým je definována oblast fluidního lože nalézající se nad rozdělovacím patrem a oblast mísící komory nalézající se pod rozdělovacím patrem, přívodem pro uvádění proudu polymerovatelných tekutin do mísící komory, umístěným ve dně reaktoru nebo v jeho blízkosti, odvodem pro odvádění nezreagovaných polymeračních plynů z oblasti fluidního lože, zařízením pro vstřikování katalyzátoru, sloužícím pro uvádění polymeračního katalyzátoru do oblasti fluidního lože a zřízením pro odvádění částic pevného polymerního produktu z oblasti fluidního lože, při němž se polymerovatelná tekutina kontinuálně uvádí přívodem do mísící komory a pak tato tekutina prochází roz dělovacím patrem pro plyn do oblasti fluidního lože rychlostí postačující pro udržení lo že částic za fluidizovaných podmínek, do oblasti fluidního lože se vstřikuje polymerači.í katalyzátor a z oblasti fluidního lože se odvádí jednak částice polymerního produktu a jednak recirkulované proudy, vyznačující se tím, že se proud polymerovátelné tekutiny zaváděný do mísící komory rozděluje pomocí prstencové;.o usměrňovače toku do dvou proudů, z nichž první teče po vnější obvodové dráze směřující vzhůru podél stěny mísící komory a druhý teče po dráze směřující vzhůru, která je kolmá к rozdělovacímu patru a vede podél centrální osy mísící komory, přičemž rychlost uváděné tekutiny a rozměry usměrňovače toku vyhovují vztahu ^H _v 0,345 kPa kde představuje rychlostní výšku vztaženou na celkovou protékanou plochu usmě ňovače toku.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že H_v 1>374 kPa.

3. Polymerační reaktor s fluidním ložem pro provádění způsobu podle bodů 1 a 2, obsahující válcovitou nádobu, v níž je kolmo к ose této nádoby umístěno rozdělovači patro pro plyn, které definuje oblast fluidního lože nalézající se nad rozdělovacím patrem pro plyn a oblast mísící komory nalézající se pod rozdělovacím patrem pro plyn; přívod pro uvádění proudu polymerovatelných tekutin do mísící komory umístěný ve dně nebo blízko dna reaktoru; odvod pro odvádění nezreagovaných polymeračních plynů z oblasti fluidního lože, zařízení pro vstřikování katalyzátoru sloužící pro uvádění polymeračního katalyzátoru do oblasti fluidního lože a zařízení pro odvádění produktu sloužící pro odvádění částic pevného polymerního produktu z oblasti fluidního lože, vyznačující se tím, že v mísící komoře je umístěn usměrňovač toku připojený к přívodu (22) pro uvádění proudu polymerovatelných tekutin, kterýžto usměrňovač toku zahrnuje prstenec (32) podepřený nad přívodem (22) rozpěrkami (32a) za vzniku dvou vyústění - centrálního otvoru v prstenci (32)

a vyústění v podobě pláště válce, jehož horní podstavu tvoří prstenec (32). 4. Reaktor s fluidním ložem podle bodu 3, , vyznačující se tím, že usměrňovač toku je umístěn kolmo к ose reaktoru. 5. Reaktor s fluidním ložem podle bodu 3. ) vyznačující se tím, že usměrňovač toku je konkáv- ní vzhledem к rozdělovacímu patru pro Plyn. 6. Reaktor s fluidním ložem poole bodu 3 vyznačující se tím, že usměrňovač toku je konvex-

ní vzhledem к rozdělovacímu patru pro plyn.

7. Reaktor s fluidním ložem podle bodu 3, vyznačující se tím, že mísící komora má poměr délky к průměru až 1,5, s výhodou v rozmezí od 0,7 do 1,0.

B. Reaktor s fluidním ho otvoru prstence ložem podle bodu 3, vyznačující se tím, že (32) к ploše A^ pláště válce pod prstencem poměr plochy A₂ centrální- (32) vyhovuje vztahu o,i — a₂/a₁ ά 0,75 a je splněn vztah 0,5 íz (d₀ - d_e)/2h £ 5

kde d_Q znamená průměr prstence (32), d_e znamená průměr přívodu (22) a h znamená minimální vzdálenost dolníhu vnějšího okraje prstence (32) od stěny mísící komory.

9. Reaktor s fluidním ložem podle bodu 8, vyznačující se tím, že poměr A₂/A| má hodnotu

0,3 a poměr (d_Q d_g) 2h má hodnotu 2.