DK168632B1 - Polymerisationsreaktor med fluidiseret leje og fremgangsmåde til polymerisering ved brug af reaktoren - Google Patents

Description

DK 168632 B1

Den foreliggende opfindelse angår en polymerisations-reaktor med fluidiseret leje og en fremgangsmåde til polyme-risering ved brug af reaktoren.

Med opfindelsen af fremgangsmåder til fremstil-5 ling af polymere under anvendelse af fluidiseret leje blev der tilvejebragt en foranstaltning til frembringelse af en mangfoldighed af polymere, dvs. polyolefiner såsom polyethylen, under drastisk formindskelse af den hertil nødvendige kapitalinvestering og under drastisk 10 sænkning af energikravene sammenlignet med de indtil da konventionelle fremgangsmåder. Imidlertid har en begrænsende faktor ved anvendelsen af reaktorer med fluidiseret leje til udførelse af eksoterm polymerisation været den hastighed ved fremgangsmåden, hvormed varme kan 15 fjernes fra lejet.

Den mest almindelige og muligvis den mest universale foranstaltning til fjernelse af varme, man hidtil har benyttet ved de konventionelle fremgangsmåder, som opererer med reaktorer forsynet med fluidiseret leje, 20 foregår ved kompression og afkøling af recirkulations-gasstrømmen på et punkt udenfor reaktoren. I systemer med reaktorer med fluidiseret leje, som opererer i kommerciel skala til fremstilling af polymere såsom polyethylen, er den mængde fluidum eller fluidiseret masse, 25 som kan cirkuleres for at fjerne polymerisationsvarmen, større end den mængde fluidum, der kræves til at understøtte eller vedligeholde det fluidiserede leje til opnåelse af passende eller fornøden blanding af faste stoffer i det fluidiserede leje. Imidlertid er fluidets 30 lineære hastighed i reaktoren begrænset på grund af behovet for at hindre alt for voldsom eller overdreven medrivning af faste stoffer i fluidiseringsgasstrømmen, således som denne træder ud fra reaktoren. Den mængde fluidiseret masse, der kan cirkuleres for at fjerne var-35 me, er derfor nødvendigvis begrænset på samme måde.

DK 168632 B1 2

O

En metode til at forøge varmef jernelseshastig-heden går ud på at komprimere og afkøle de monomergasser, som recirkuleres til reaktoren til et punkt, hvor en portion deraf kondenseres. Den herved tilvejebragte væske-5 andel medføres eller medrives i den recirkulerede strøm af monomergas og føres tilbage til reaktoren. En sådan driftsmetode har været betegnet "kondensationsmåden" til polymerisationsdrift og f.eks. beskrevet iEP-0.089.691-A2. Således som deri beskrevet tillader anvendelsen 10 af denne kondensationsmetode, at man ved driften opnår en temperatursænkning i den recirkulerede strøm, hvilket i kombination med væskens fordampningsvarme fører til en bemærkelsesværdig forøgelse af rum-tid-udbyttet i forhold til det, der kan opnås ved den sædvanlige 15 driftsmåde uden kondensation, hvor temperaturen for den recirkulerede gasstrøm holdes over recirkulationsstrømmens dugpunkt, som er den temperatur, ved hvilken der begynder at dannes flydende kondensat i gasstrømmen.

Prøveresultater fra en skalamodels bund til reak-20 toroverløb og erfaring med en kommerciel polymerisationsreaktor har indiceret, at en reaktortilførsel eller indgang af den åbne dysetype er tilfredsstillende til heldig drift af en reaktor med fluidiseret leje ved kondensationsmåden, medens en reaktorindgang af typen med 25 standrør/konisk hætte er tilfredsstillende til ikke-kon-denserende drift af reaktoren. Indgangen af typen standrør/konisk hætte er dog ikke tilfredsstillende til drift ved kondensationsmåden på grund af væskeoverskylning eller skumning i reaktorbundens overløb, hvilket er et 30 fænomen, som man er udsat for med kommercielle reaktorer allerede ved forholdsvis lave væskeniveauer i recirkulationsstrømmen. Omvendt har indgangen af den åbne dysetype vist sig at være utilfredsstillende til den ikke--kondenserende driftsmåde i en kommerciel reaktor på grund 35 af overdreven opbygning af eller belægning med harpiks- DK 168632 B1 3 faststoffer i bunddelens overløb, især omkring indgangsåbningen.

Ved praktisk drift af reaktorer til produktion i stor kommerciel skala er det sommetider ønskeligt at 5 koble om fra ikke-kondenserende driftsmåde til kondenserende driftsmåde og omvendt. For at gennemføre dette har man af de ovenfor angivne grunde hidtil nødvendigvis måttet lukke eller standse reaktoren helt for at udskifte eller ændre dens indgang eller tilledning således, at 10 denne tilpasses efter kravene, der stilles ved den ny driftsmåde. Reaktorlukning til omskiftningen er uønskelig ikke alene på grund af de vedligeholdelsesomkostninger, der knytter sig til omskiftningen, men også fordi det tidsrum, hvori driften er standset, fører til betydelige 15 produktionstab. Hos nogle kommercielle reaktorer kan denne omstilling være påkrævet ofte, hvilket afhænger af produktionsskemaerne. I konsekvens heraf er det stærkt ønskeligt at disponere over et reaktortilløb konstrueret til brug ved alle formål, og som tilfredsstiller de krav, 20 der stilles til både den kondenserende og den ikke-kondenserende driftsmåde for sådanne reaktorer.

Den foreliggende opfindelses formål er derfor (1) at forøge produktionshastigheden eller produktionsgraden for reaktorer med fluidiseret leje, (2) at sænke 25 omkostningerne til vedligeholdelse og/eller drift af sådanne reaktorer og (3) at tilvejebringe fleksibilitet, der tillader fremstilling af en mangfoldighed af forskellige polymere i sådanne reaktorer, f.eks. polymere af ethylen og tungere α-olefiner (copolymere og terpolymere) 30 og polymere af propylen (homopolymere og blok- eller random-, tilfældigt opbyggede copolymere) ved højere produktionshastigheder end de konventionelt opnåede, og vel at mærke uden at dette indebærer produktionstab på grund af driftsstop.

35 Formålene opnås med en polymerisationsreaktor med fluidiseret leje udstyret med fordelingspladeorgan under området for det fluidiserede leje til afgrænsning af et DK 168632 B1 4 blandekammer inden i reaktoren i området under fordelingspladeorganet, ét eller flere indgangsorganer, fortrinsvis ved eller nær reaktorens basis, til passage af fluidum ind i reaktoren og igennem blandekammeret, og mindst ét strøm-5 afbøjningsorgan anbragt under fordelingspladeorganet og knyttet til mindst ét af indgangsorganerne, hvilken reaktor er ejendommelig ved, at strømafbøjningsorganet er indrettet til at tilvejebringe mindst to fluidumstrømveje for fluidet, som træder ind i blandekammeret, nemlig en første fluidum-10 strømvej langs blandekammerets væg og en anden opadrettet fluidumstrømvej, og tilfredsstiller følgende udtryk: A2/Ai >0,1 hvor Ai er arealet mellem strømafbøjningsorganet og væggen af blandekammeret, gennem hvilket fluidumstrømmen kan passere 15 ved at følge den første strømvej, og A2 er arealet af åbningen eller åbningerne i strømafbøjningsorganet, gennem hvilke (n) strømmen strømmer ved at følge den anden strømvej, og med en fremgangsmåde ved drift af en polymerisationsreaktor med fluidiseret leje udstyret med fordelingspladeorgan an-20 bragt under lejet for at tilvejebringe både fordeling af fluidum og fysisk understøtning af lejet, indgangsorgan ved eller tæt ved reaktorens basis til at indføre fluidum i reaktoren og et blandekammer anbragt mellem fordelingspladeorganet og indgangsorganet, og ved hvilken der kontinuerligt 25 i reaktoren indføres en fluidumstrøm omfattende en gas, der ledes opad gennem blandekammeret, gennem fordelingspladeorganet og igennem det fluidiserede leje, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den indtrædende fluidumstrøm opdeles i mindst to strømme, hvoraf en første strøm løber i 30 en opadgående og udadgående periferistrømvej langs med blandekammerets væg, og en anden strøm løber opad i en fluidum-strømvej, der generelt står vinkelret på fordelingspladeorganet, idet strømmene opdeles således, at eventuelle faste partikler, som er i eller kommer ind i den anden strømvej, 35 føres opad.

DK 168632 B1 5

Den foretrukne strømafbøjer er en cirkelringformet strømafbøjer eller deflektor, som har et åbningsorgan, der skal tilvejebringe en central opadrettet fluidumstrømvej, og et organ til at tilvejebringe en 5 periferistrøm rundt omkring strømafbøjningsorganet og langs med blandekammerets væg. Ved en sådan strømafbøj-ers drift opdeles eller inddeles fluidumstrømmen, der træder ind i blandekammeret gennem indgangsorganet, til dannelse af en strømvej gennem åbningsorganet og en 10 anden ydre periferistrømvej mellem afbøjningsorganet og blandekammerets væg.

En reaktor, som omfatter en afbøjningsdel med kegle-stubform og med en central åbning, er også beskrevet i US-A-2.690.962. Den centrale åbning tjener imidlertid kun 15 til at gøre det muligt for de faste partikler, som opsamles på toppen af afbøjningsdelen, at returnere til gasstrømmen, som passerer gennem det cirkelringformede rum mellem afbøjningsdelen og bundvæggene af reaktorbeholderen. En anden gasstrøm, f.eks. en der passerer gennem den centrale åbning 20 i afbøjningsdelen, er ikke nævnt i det nævnte skrift.

Til tydeligere at belyse opfindelsens idé tianer tegningen, på hvilken fig. 1 viser en skematisk illustration af et foretrukket system til praktisk udøvelse af kontinuer-25 lig polymerisation i fluidiseret leje af monomere ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 2 viser et opret tværsnitsbillede af reaktorens underdel, som indbefatter fordelingspladeorganet, blandekammeret og strømafbøjningsorganet, 30 fig. 2A viser strømafbøjningsorganet set fra o- ven taget efter et tværsnitsbillede langs linien 2A-2A i fig. 2, fig. 3 viser et forstørret opret delbillede i tværsnit af indgangsorganet og strømafbøjningsorganet i 35 fig. 2, DK 168632 B1 6 o fig. 4 viser fordelingspladen set fra oven taget langs en linie 4-4 i fig. 2, og som viser orienteringen af de derpå anbragte hætteorganer, fig. 5 viser et opret delbillede i tværsnit af 5 reaktorens indgangsdel til belysning af en alternativ udførelsesform for strømafbøjningsorganet til det i fig. 3 viste, og fig. 6 viser et opret delbillede i tværsnit af reaktorens indgangsdel, og som belyser en anden alterna-10 tiv udførelsesform for strømafbøjningsorganet.

Den bedste måde til udøvelse af den foreliggende opfindelse skal herefter kort gennemgås: I en reaktor til kontinuerlig polymerisation i fluidiseret leje forefindes en fordelingsplade under det 15 fluidiserede leje til understøtning af lejet og tilvejebringelse af gasfordeling over hele det fluidiserede lejes tværsnit. Fordelingspladen tjener også til at afgrænse et blandekammer i reaktorens område under fordelingspladen. Blandekammerets primære funktion er at 20 sikre, at gasserne og den medrevne kondenserede væske (såfremt sådant forekommer) fordeles hele vejen tværs over kammerets fulde tværsnit på det tidspunkt, hvor gasstrømmen passerer gennem fordelingspladens åbninger ved det fluidiserede lejes bund. Når reaktoren typisk benyt-25 tes til drift ved kondensationsmåden, forekommer der en vis adskillelse af den medrevne væske på overfladerne af fluidumledningen, igennem hvilken den recirkulerede strøm træder ind i reaktoren (primært på grund af det ved inertien fremkaldte anslag mod recirkulationslednin-30 gens vægge). For at opnå tilfredsstillende ensartet medrivning og fordeling er det vigtigt, at eventuelt fraskilt væske, som er til stede i blandekammeret, på ny kan medrives og iblandes. Dette bør gennemføres således, at gasstrømmen, der passerer gennem fordelingspladeor- oc ganets åbninger ind i det fluidiserede leje har den Ønskede ensartethed. Strømafbøjningsorganet i reaktoren i- DK 168632 B1 7 følge den foreliggende opfindelse tjener netop til at tilvejebringe den ønskede fordeling.

Således som skematisk vist ved pile i tegningens fig. 2 og 3 opdeles recirkulationsgasstrømmen ved den 5 deri beskrevne foretrukne udførelsesform i en centralt anbragt opadrettet strøm, som løber gennem en central åbning i den cirkelringformede strømafbøjer (annulus) og en ydre strøm, som passerer perifert eller lateralt rundt langs den cirkelringformede strømafbøjer. Den cir-10 kelringformede ydre strøm passerer perifert rundt langs den cirkelringformede strømafbøjer og affejer blande-kammerets vægge, hvorved opbygningen eller ophobningen af faste materialer (harpiks) på disse hindres, og belægningen på væggene derved inhiberes. Det bør forstås, 15 at en lille mængde faste stoffer i almindelighed medrives i recirkulationsfluidet. Således som angivet ved pilene tjener den centralt forløbende opadrettede strøm og den perifere strøm til at blande eller sammenføre strømmens bestanddele på ny, således at der tilvejebrin-20 ges en ønsket mere ensartet fordeling af eventuelt flydende og/eller fast materiale i gasstrømmen.

De i nedenstående tabel anførte parametre tjener til at afgrænse driftsbetingelser, der skal tilvejebringe de ønskede strømningsegenskaber, idet A2/A1 > 0,1 er et 25 obligatorisk træk ved reaktoren ifølge opfindelsen.

TABEL I

Interval Foretrukken værdi 30 (1) 0,1 ύΚ2/Κ± <0,75 0,3 hvori A^ betegner det areal, gennem hvilket fluidumstrømmen passerer, når den følger den første strømvej langs blandekammerets væg (gardinområde), og A2 betegner arealet af åbningen (åbningerne), hvorigen-35 nem den opadrettede strøm løber, når den følger den anden strømvej, og DK 168632 B1 8 for det foretrukne cirkelringformede strømafbøjningsorgan vist i tegningens fig. 2 og 3 åbningsarealet er ,2 TTdi 5 4~ hvor d^ er centralåbningens diameter, og gardinområdets areal er ^d0h hvor dQ er den cirkelringformede strømafbøjers udvendige 10 diameter og h er minimumafstanden fra den nedre udvendige rand af den cirkelringformige skive til blandekammerets væg.

Ved definitionen af gardinområdet antages det, at understøtningsdelene eller afstandsstykkerne 32a 15 (se tegningens fig. 2 og 3) kun har begrænset eller helt negligerbar størrelse sammenlignet med det åbne område i "gardin" arealet og kan ignoreres, for såvidt angår sammenhængen ved de ovenfor anførte udtryk. Dette vil sige, at disse afstandsstykker ved den i fig. 2 og 3 20 beskrevne foretrukne udførelsesform kun optager en forholdsvis lille andel af gardinarealet.

Foretrukken værdi 25 (2) 0,5 <-;---:-<5 minimumlysning mellem strømafbøjeren og blandekammerets indvendige væg 30 hvori Z er den horisontale afstand mellem toppen af indgangsrørets indvendige kant og strømafbøjerens udvendige spids, og hvor det for den cirkelringformede strømaf-bøjer i fig. 2 og 3 gælder: 35 dD - d 0,5 < —-=-*5, 2h DK 168632 B1 9 da det for den cirkelringformede strømafbøjer gælder, at „ d - d Z er o e , 2 5 hvor d er som defineret ovenfor og d er indgangsorganets O 6 diameter (tilledningsrør eller recirkulationsledning 22 i fig. 2).

Foretrukket interval (3) H >0,34 kPa H >1,38 kPa 10 hvor H er hastighedshøjden baseret på det totale strømaf-bøjer-strømningsareal, hvor det totale strømafbøjer-strømningsareal er defineret som summen af: arealet af den første strømvej langs væggen af blandekammeret (gardinområdet) 15 plus arealet af åbningen eller åbningerne for den anden strømvej, gennem hvilken den opadrettede strøm passerer, og hvor

Hv = 1,485 · />gVG2/9266*\ 20 ------- ** Tværsnitsarealet af åbningen éller åbningerne (Aj) bør ikke overstige ca. 2/3 af indgangsorganets tvær-___snitsareal.

3 hvor pg er gassens densitet (kg/m ) , og hvor gassens 25 hastighed i m/sek. er: (j VG = 6333 WG/ADpg,

hvor W- er massestrømningshastigheden (kg/sek.) for G

30 gassen, som den træder ind i afbøjningsorganet, og hvor det for det i fig. 2 og 3 viste system gælder, at det totale åbne afbøjningsorganareal: AD = ητά±2//ί +<Wd0h.

Det skal bemærkes, at d^, dQ og h er målt i meter.

35 DK 168632 B1 10 o

Under sådanne driftsbetingelser sikrer de herved tilvejebragte lineære hastigheder for den centrale og den cirkelringformede eller periferistrømmen og deres indbyrdes massestrømningsgrader en intim blanding af strømmene og fortsat suspendering af medreven væske og 9 medrevne faststoffer i den opadløbende gasstrøm, således som denne træder ind i det fluidiserede leje gennem fordelingspladeorganet. Det har herved vist sig, at der ikke forekommer nogen permanent afbrydelse af medrivnin-gen af væskedråber eller faste stoffer ud fra gasstrømmene under disse driftsbetingelser.

Der findes heller ikke nogen uønskelig oversvømning af blandekammeret med væske eller opbygning med faste stoffer (harpiksbelægning) deri, hvilket ellers 15 kan risikeres som resultat af, at hhv. væske og faste stoffer udskilles ved løsrivning fra medbringningen i gasstrømmen.

Ved at opretholde denne sammenhæng mellem de relative massestrømningshastigheder og de lineære has-2ø tigheder i den opadrettede fluidumstrøm og strømmen i fluidumbanen langs væggen, dvs. drift ifølge den foreliggende opfindelse, sikrer man sig opnåelse af det ønskede positive forløb i begge strømveje og det ønskede niveau af sammenblanding i blandekammeret.

25 Blandekammeret bør i almindelighed have et for hold mellem længde og bredde (diameter) på op til ca.

1,5, men fortrinsvis fra 0,7 til 1,0. Ligeledes er forholdet mellem blandekammerets diameter og fluidumindførselsorganets diameter (ved indgangen eller i led-30 ningen), således som disse træder ind i reaktoren, almin deligvis på under eller lig med ca. 10:1, men ligger fortrinsvis i området fra 5:1 til 8:1.

Dertil kommer, at når apparaturet benyttes ved drift ifølge kondensationsmåden, bør forholdet mellem den 35 lineære tilsyneladende gashastighed (Um) i blandekammeret og den lineære terminale gashastighed (U^) ved kondensationsdriftsmåden i det nedre blandekammer således som nedenfor defineret fortrinsvis være på mindst 0,18:1.

DK 168632 B1 11

Et forhold for Um/U^ på mindst 0,18:1 reducerer sandsynligheden for overskylning og skumning i blande-kammerets nedre områder. U repræsenterer den lineære tilsyneladende gashastighed i kammeret, og repræsen-5 terer den begrænsende lineære gashastighed, dvs. den lineære gashastighed, over hvilken dråber af medrevet væske underinddeles og den medrevne væske bæres opad med gasstrømmen. Den sidstnævnte lineære hastighed kan udtrykkes som følger (i enheder i overensstemmelse med de 10 ovenfor anførte dimensioner): ϋχ = 2,0 (g<*i*/>/>g)0,25 hvor g er tyngdeaccelerationen, <i2 er væskens overfladespænding, Δρ er densitetsforskellen mellem væsken og gassen, og 15 p er gassens densitet.

Som almen regel er det for den kondenserende driftsmåde blevet bestemt, at vægtbrøken af kondenseret væske, som medrives i recirkulationsgasstrømmen, kan ligge i området på op til 0,2 (dvs. 20 vægtprocent), men 20 fortrinsvis ligger i området fra ca. 2 til ca. 20 vægtprocent, idet den særlige vægtprocent er afhængig af den særlige polymer, som fremstilles.

Herefter skal beskrives et reaktorsystem med flui-diseret leje, som er særlig velegnet til fremstilling af 25 polyolefinharpikser ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen således som illustreret i tegningen, hvor der i det følgende henvises specifikt til fig. 1, som viser en reaktor 10, som omfatter en reaktionszone 12 og en hastighedsreduktionszone 14.

30 I almindelighed vil forholdet mellem højde og diameter i reaktionszonen ligge i området fra 2,7:1 til 4,6:1. Området kan dog udmærket variere mellem endnu større og endnu mindre forhold, hvilket hovedsagelig afhænger af den ønskede produktionskapacitet. Hastighedsreduktionszonen 14's tværsnits-35 areal ligger typisk i området fra 2,6 til 2,8 ganget med tværsnitsarealet for reaktionszonen 12.

DK 168632 B1 12

Reaktionszonen 12 indbefatter et leje af voksende polymerpartikler, allerede færdigdannede polymerpartikler og en mindre mængde helt eller delvis aktiveret forstadiemateriale og/eller katalysator (der 5 herefter for nemheds skyld kollektivt skal betegnes som katalysator), hvilke partikler alle er fluidiseret ved hjælp af den kontinuerlige strøm af polymeriserbare og modificerende gasformige komponenter i form af suppleringsf ødemateriale og recirkuleret fluidum gennem reaktionszonen. Til opretholdelse af en livlig fluidiseret masse i lejet skal den lineære tilsyneladende gashastighed (SGV) gennem lejet overstige den minimale strøm, som kræves til fluidisering, og som typisk ligger ved en værdi fra ca. 6 til ca. 15 cm pr. sekund. For-15 trinsvis er SVG mindst 6 cm pr. sekund over den minimale strøm, der kræves til fluidisering, idet den typisk ligger fra ca. 12 til ca. 21 cm pr. sekund. I almindelighed vil SGV ikke overstige 152 cm pr. sekund og er sædvanligvis ikke over 76 cm pr. sekund.

20 Partikler i lejet hjælper til med at forhindre dannelsen af lokale "varme pletter" og til at indespærre og fordele den partikelformede katalysator over hele reaktionszonen. I overensstemmelse hermed påfyldes reaktoren ved start med en basis af partikelformede polymer-25 partikler, før gasstrømmen sættes igang. Sådanne partikler kan være samme polymer som den, der skal fremstilles, eller være forskellig herfra. Når der anvendes en anden type polymer, fjernes disse partikler sammen med de ønskede nydannede polymerpartikler som det første 30 produkt. Til slut træder et leje af fluidiserede partikler af den ønskede polymer i stedet for det ved starten benyttede leje.

Den anvendte katalysator er ofte følsom overfor oxygen, og derfor opbevares eller oplagres den til 35 fremstilling af polymer i det fluidiserede leje benyttede katalysator fortrinsvis i et reservoir 16 under et

O

DK 168632 B1 13 tæppe af en gas, som er indifferent overfor det oplagrede materiale, såsom nitrogen eller argon.

Fluidisering opnås ved hjælp af en høj grad af fluidumrecirkulation til og gennem lejet, hvilket typisk 5 ligger af størrelsesordenen fra ca. 50 gange hastigheden for tilførsel af supplerende fluidum. Det fluidiserede leje har i almindelighed udseende af en tæt masse af individuelt bevægede partikler således som frembragt ved gennemboblingen eller perkolationen af gas gennem 10 lejet. Trykfaldet gennem lejet er lig med eller en lille smule større end lejets vægt divideret med dets tværsnitsareal. Trykket afhænger således af reaktorens geometri .

Supplerende fluidum tilføres som fødemateriale 15 til reaktorsystemet på et punkt 18 via en recirkulations-ledning 22. Den recirkulerede strøms sammensætning måles ved hjælp af en gasanalysator 21, og den supplerende strøms sammensætning og mængde indstilles derpå i overensstemmelse hermed, således at der opretholdes en i 20 det væsentlige konstant tilstand med hensyn til den gas-formige sammensætning i reaktionszonen.

Gasanalysatoren er en konventionel gasanalysator, der opererer på konventionel måde til angivelse af recirkulationsstrømmens sammensætning, og som er indret-25 tet til at styre fødematerialet, og iøvrigt kan fås kommercielt fra mange forskellige kilder. Gasanalysatoren 21 kan være anbragt således, at den modtager gas fra et punkt mellem hastighedsreduktionszonen 14 og en varmeveksler 24, men fortrinsvis mellem en kompressor 30 og 30 varmeveksleren 24.

Om ønsket kan andre additiver tilføjes eller tilsættes til recirkulationsledningen 22 gennem en ledning 40 fra et hensigtsmæssigt afgivelsesorgan 38.

For at sikre fuldstændig fluidisering sendes 35 recirkulationsstrømmen og, hvor dette ønskes, en del af suppleringsstrømmen tilbage gennem recirkulationsled-

O

14 DK 168632 B1 ningen 22 til reaktoren på et punkt 26 under lejet. Fortrinsvis forefindes en gasfordelingsplade 28 over tilbageledningspunktet for at hjælpe til ved ensartet flui-disering af lejet og til at understøtte de faste par-5 tikler, før driften igangsættes, eller når systemet er standset eller lukket. Strømmen, som løber opad gennem lejet, absorberer reaktionsvarmen, som frembringes ved polymerisationsreaktionen.

Den andel af den gasformige strøm, som løber 10 gennem det fluidiserede leje, og som ikke har reageret i lejet, bliver så til recirkulationsstrømme, som forlader reaktionszonen 12 og passerer ind i hastighedsreduktionszonen 14 over lejet, hvor en overvejende andel af de medrevne partikler falder tilbage i lejet og 15 derved formindsker overførslen af faste partikler.

Udtrykt i meget almene vendinger gennemføres en konventionel fremgangsmåde i fluidiseret leje til fremstilling af harpikser, især polymere fremstillet ud fra monomere, ved at lede en gasformig strøm inde-20 holdende én eller flere monomere kontinuerligt gennem en reaktor med fluidiseret leje under reaktionsbetingelser og i nærværelse af en katalysator ved tilstrækkelig hastighed til at holde lejet af faste partikler i suspenderet tilstand. Den gasformige strøm indeholdende uomsat-25 te gasformige monomere fjernes kontinuerligt fra reaktoren, komprimeres, afkøles og recirkuleres til reaktoren. Produkt udtages fra reaktoren, og supplerende monomer tilføres til recirkulationsstrømmen. Under forløbet, hvor den gasformige strøm fejer gennem reaktorens flui-30 diserede leje for derved at holde lejet i suspenderet tilstand, kan en mindre andel af de i lejet tilstedeværende faste partikler bæres med ud fra reaktoren ved hjælp af gasstrømmen, som recirkuleres til reaktoren. Da disse partikler er varme og indeholder katalysator, vil de 35 fortsætte med at vokse ved yderligere reaktion med monomergas, efterhånden som de medbringes gennem recirkula-

O

DK 168632 B1 15 tionssystemet, hvilket potentielt kan fremkalde problemer ved, at de sætter sig ved udfældning og agglomerer til en fast sammenhængende masse eller hænger fast ved recirkulationsledningens og varmevekslerens vægge. Dette 5 kan til sidst føre til tilstopning af recirkulationsledningerne eller varmeveksleren, hvilket gør det nødvendigt at lukke hele anlægget og stoppe driften for at foretage rensning. I overensstemmelse hermed er det vigtigt at minimere medbringningen af partikler i recirkulations-10 strømmen.

Selv om praktisk talt al medbringning af faste partikler kan elimineres helt, er prisen (eller straffen) for at gennemføres noget sådant en væsentlig forøget kapitaludgift til hjælpeudstyr, f.eks. cycloner, 15 og den forøgede udgift til vedligeholdelsen og driften af dette hjælpeudstyr. Eftersom medbringningen af faste partikler i lille eller ringe omfang i recirkulationsstrømmen kan håndteres og derfor tolereres, foretrækkes det således, åt acceptere en vis minimal mængde faste 20 partiklers medrivning frem for fuldstændigt at eliminere dette fænomen. Når man imidlertid opererer ifølge en kondensationsmåde ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, kan der dog forekomme et yderligere problem med "mudder" således som mere detaljeret gennem- 25 gået nedenfor.

Den polymerdannende reaktion er eksoterm, hvilket gør det nødvendigt på en eller anden måde at holde gasstrømmens temperatur inden i reaktoren på et niveau, som ikke alene ligger under temperaturen for harpiksens 30 og katalysatorens nedbrydning eller forringelse, men tillige ved en temperaturværdi på under sammensmeltningseller klæbningstemperaturen for de under polymerisationsreaktionen fremstillede harpikspartikler. Dette er nødvendigt for at hindre tilstopning af reaktoren på grund 35 af hurtig vækst af polymerklumper, der ikke kan fjernes som produkt på kontinuerlig måde. Det vil derfor for-

O

16 DK 168632 B1 stås, at den mængde polymer, der kan produceres i en reaktor med fluidiseret leje af en given størrelse indenfor et vist tidsrum, hænger direkte sammen med den mængde varme, som kan fjernes fra det fluidiserede leje.

5 Når man gennemfører drift ved kondensationsmåden, afkøles recirkulationsgasstrømmen bevidst til en temperatur under dugpunktet for den recirkulerede gasstrøm til dannelse af en blanding omfattende en væskefase og en gasfase, og som også kan indeholde en mindre mængde 10 faste partikler.

Når man opererer ifølge kondensationsmåden, kan det være ønskeligt i nogle tilfælde at hæve dugpunktet for den recirkulerede gasstrøm til yderligere at forøge varmefjernelsen. Den recirkulerede gasstrøms dugpunkt 15 kan hæves ved 1) at forøge reaktionssystemets driftstryk, 2) hæve koncentrationen af kondenserbare fluider i den recirkulerede strøm og/eller 3) sænke koncentrationen af ikke-kondenserbare gasser i den recirkulerede strøm.

F.eks. kan den recirkulerede strøms dugpunkt hæves ved 20 tilsætning af et kondenserbart fluidum til recirkulations-strømmen, som er indifferent overfor katalysatoren, reaktanterne og produkterne ved polymerisationsreaktionen. Fluidet kan indføres i recirkulationsstrømmen sammen med suppleringsfluidet eller ved hjælp af en hvilken som helst 25 anden foranstaltning eller på et hvilket som helst andet punkt i systemet. Eksempler på sådanne fluider er mættede carbonhydrider såsom butaner, pentaner eller hexa-ner.

En primær begrænsning af det omfang, i hvilket 30 den recirkulerede gasstrøm kan afkøles under dugpunktet, er kravet om, at forholdet mellem gas og væske skal holdes på et tilstrækkeligt niveau til at bevare blandingens væskefase i medrevet eller suspenderet tilstand, indtil væsken er fordampet. Det er også nødvendigt, at den line-35 ære hastighed for den opadløbende fluidumstrøm umiddelbart over gasfordelingspladen er tilstrækkelig til at holde det fluidiserede leje i suspenderet tilstand.

O

DK 168632 B1 17 Væskeindholdet i den recirkulerede strøm kan være ganske højt, men som almene regel bør mængden af kondenseret væske indeholdt i gasfasen ikke overstige ca. 20 vægtprocent ved punktet for passage gennem for-5 delingspladen (beregnet på den recirkulerede strøms totale vægt). Når væskeindholdet er under 2 vægtprocent, er de herved opnåede fordele kun begrænsede.

Idet omfang, hvor faste partikler bæres med o-ver i den gasformige strøm, som træder ud fra reakto--(ø ren, er det vigtigt, at mængden af tilstedeværende væske i den recirkulerede strøm, når man opererer ifølge kondensationsmetoden, er tilstrækkelig til at undgå, at der dannes "mudder". Der kan nemlig som resultat af fugt-ningen af faste partikler, agglomerering og afbrydel-15 se af medrivningen fremkomme et uønskeligt "mudder", som resulterer i akkumulering og afsætning i områder med forholdsvis lav lineær hastighed i systemet, f.eks. i varmeveksleren eller andre steder i recirkulationsledningerne. Mængden af faste stoffer i den gasformige strøm, 20 som træder ud fra reaktoren, er typisk ringe, idet den f.eks. udgø:. fra ca. 0,1 til ca. 0,5 vægtprocent (beregnet på hele strømmens vægt). Imidlertid kan der forekomme større mængder af størrelsesordenen 1 vægtprocent eller derover. Da forholdet mellem væske og faste partik-25 ler, hvor mudder kan dannes, er noget variabelt (hvilket antages at baseres i det mindste delvis på partikelform og fordeling), holdes vægtforholdet mellem væske og faste partikler i den recirkulerede strøm for det meste ved ikke under ca. to til én, men fortrinsvis ikke 30 mindre end fem til én og allerhelst ikke mindre end ti til én for at undgå dette potentielle problem. De sidstnævnte høje forhold tilvejebringer beskyttelse overfor afvigelser ved driften, som ellers kunne fremkomme ved overgang til højere medbringninger af faste stoffer i 35 den gasformige strøm, der træder ud fra reaktoren.

Et overskud af væske tjener til at hindre akkumuleringen af faste stoffer i systemet på et hvilket

O

18 DK 168632 B1 som helst punkt heri, hvor de ellers kunne udfælde, og herved til at holde systemet renvasket. I intet tilfælde bør forholdet falde til under en værdi på to til én, når mængden af væske i den indtrædende recirkulerede 5 strøm ligger indenfor det ønskede driftsområde fra 2 til ca. 20 vægtprocent. Når man opererer ved ikke-kon-derisationsmetoden, dvs. uden væske i recirkulationen eller med kun ganske lave niveauer af tilstedeværende væske, er forholdet mellem væske og faste partikler i 10 den recirkulerede strøm ikke signifikant, eftersom de faste stoffer ikke vil fugtes i noget nævneværdigt omfang og dannelsen af mudder derfor ikke udgør noget problem.

Den recirkulerede strøm komprimeres i en kom-15 pressor 30 og sendes derpå gennem en varmevekslerzone, hvor reaktionsvarmen fjernes fra den recirkulerede strøm, før denne sendes tilbage til lejet. Varmevekslerzonen kan være en konventionel varmeveksler 24, som kan være af den horisontale eller af den vertikale type. Den recir-20 kulerede strøm, som træder ud fra varmevekslerzonen, sendes tilbage til reaktoren ved dennes bund 26 og til det fluidiserede leje gennem blandekammeret 26a og gasfordelingspladen 28. Ved den foretrukne udførelsesform som illustreret i tegningens fig. 1-3 er det cirkelringfor-25 mede med flange forsynede afbøjningsorgan anbragt i en vis afstand fra reaktorens indgang ved bunden af blandekammeret 26a.

Det foretrukne cirkelringformede strømningsafbøjningsorgan omfatter således som vist i tegningens 30 fig. 2 og 3 en cirkelring eller flange 32 understøttet i en vis friafstand (h) over reaktorindgangen 26 ved hjælp af afstandsholdere 32a, som opdeler den indtrædende recirkulerede strøm i en central opadrettet strøm 33 og en cirkelringformet periferistrøm 33a langs med 35 den nedre del af reaktorens væg, dvs. langs dens bund og side. Strømmene blandes og passerer gennem en be-

O

DK 168632 B1 19 skyttelsesskærm 27 via huller eller åbninger 29 i fordelingspladen 28 samt de med skråvægge monterede hætter 36a og 36b fastgjort på den øvre overflade af fordelingspladen og derpå ind i det fluidiserede leje. Strøm-5 men er en blanding af gas og almindeligvis en lille mængde faste partikler (harpiks) ved den ikke kondenserende driftsmåde for reaktoren. Til en reaktor med drift ved kondensationsmetoden er strømmen en blanding af gas, væskedråber og almindeligvis nogle faste partikler 10 (harpiks).

Den centrale opadløbende strøm 33 i blandekam-meret 26a hjælper til ved medrivningen af væskedråber i reaktorens bundende eller blandekammer og til at bære den medrevne væske videre til reaktorens afsnit med 15 fluidiseret leje ved reaktorens drift ved kondensations- metoden. Periferistrømmen 33a hjælper til ved at begrænse opbygningen eller belægningen med faste partikler i reaktorens underdel ved begge driftsmetoder, fordi den af-fejer den indvendige overflade af reaktorvæggen. Periferi-20 strømmen bidrager også til genforstøvning og fornyet medrivning af eventuel væske, som kan være brudt ud fra medføringen og have afsat sig på væggen eller være akkumuleret ved reaktorens bund i blandekammeret under drift ved kondensationsmetoden, især når der forefindes 25 højere væskeniveauer i systemet. Ved at tilvejebringe både den centrale opadrettede strøm og den ydre peri-feristrøm i blandekammeret tillader strømningsafbøjningsorganet 32, at man kan gennemføre drift i en reaktor ved enten den kondenserende eller den ikke-kondense-30 rende driftsmåde, uden at der opstår problemer med væs-keoverskylning eller overdreven belægning med harpiks ved reaktorens bund.

Lejets temperatur afhænger i grundlæggende træk af tre faktorer: (1) hastigheden for katalysatorind-35 sprøjtning, der styrer polymerisationsgraden og den hertil knyttede varmedannelseshastighed, (2) gasrecirkula- DK 168632 B1 20 o tionsstrømmens temperatur og (3) rumfanget af den re-cirkulerede gas, der passerer gennem det fluidiserede leje. Naturligvis påvirker den mængde væske, som indføres i lejet enten med den recirkulerede strøm og/eller 5 ved hjælp af særskilt indsprøjtning, også temperaturen, eftersom denne væske fordampes i lejet og tjener til at nedbringe temperaturen. Normalt anvendes indsprøjtning af katalysator til at styre polymerfrembringelseshastigheden. Lejets temperatur styres således, at tempera-10 turen i det væsentlige holdes konstant under konstante driftsbetingelser ved hjælp af konstant fjernelse af reaktionsvarmen. Der synes ikke at bestå nogen bemærkelsesværdig temperaturgradient indenfor lejets overdel. En temperaturgradient vil derimod forekomme ved 15 lejets bund i et lag eller et område, som strækker sig over fordelingspladen, f.eks. til en højde på 15-30 cm, som et resultat af forskellen mellem indgangsfluidets temperatur og resten af lejets temperatur. Imidlertid er lejets temperatur i det væsentlige konstant i 20 lejets overdel ovenover dette bundlag og har den ønskede maksimale temperaturværdi.

En god gasfordeling spiller en vigtig rolle ved effektiv drift af reaktoren. Det fluidiserede leje indeholder voksende og allerede dannede særskilte polymer-25 partikler såvel som katalysatorpartikler. Da polymerpartiklerne er varme og muligvis aktive, må de hindres i at sætte sig, for hvis man tillader en rolig masse at forekomme, vil eventuel tilstedeværende aktiv katalysator fortsætte med at reagere og kan fremkalde sammen-30 smeltning af polymerpartiklerne, hvilket i ekstreme tilfælde resulterer i dannelsen af en fast sammenhængende masse i reaktoren, som kun kan fjernes med stor vanskelighed og på bekostning af langvarig lukketid. Da det fluidiserede leje i en typisk reaktor til drift i kom-35 merciel størrelse kan indeholde mange tusinde kg faste stoffer til et givet tidspunkt, vil det forstås, at

O

21 DK 168632 B1 udtagelsen af en fast masse af denne størrelse kræver en væsentlig indsats eller anstrengelse. Det er derfor væsentligt at diffundere recirkuleret fluidum gennem lejet med tilstrækkelig hastighed til opretholdelse af fluidisering 5 gennem hele lejet.

Gasfordelingspladen 28 er en foretrukken foranstaltning til opnåelse af god gasfordeling. Det kan være en sigte, en med spalter forsynet plade, en perforeret plade, en plade af boblehættetypen og lignende. Pladens 10 elementer kan alle være stationære, eller pladen kan være af den mobile type, f.eks. således som beskrevet i US-patentskrift nr. 3.298.792. Uanset pladens konstruktion, skal den lade det recirkulerede fluidum diffundere gennem partiklerne ved lejets bund, således at 15 lejet holdes i fluidiseret tilstand, og desuden skal den tjene som understøtning for lejet af harpikspartikler, når disse er i ro, dvs. når reaktoren ikke er i drift. Fortrinsvis er der anbragt en beskyttelsesskærm 27 under fordelingspladen 28 for at formindske sandsyn-20 ligheden for, at pladen tilstoppes med harpiksstumper, som slår ind mod pladen, når gasrecirkulationsstrømmen fører stumperne opad.

Den foretrukne gasfordelingsplade 28 er i almindelighed af den type, som er fremstillet af metal og har 25 huller fordelt over hele sin overflade. Hullerne har normalt en diameter på ca. 1,3 cm. Hullerne strækker sig hele vejen gennem pladens gods, og ovenover hullerne er der anbragt vinkeljern identificeret ved henvisningstallene 36a og 36b i tegningens fig. 1, og disse vinkel-30 jern er fast monteret på pladen 28. Vekslende rækker af vinkeljern er orienteret i indbyrdes vinkel, fortrinsvis på 60°, f.eks. således som vist ved den alternerende parallel-orientering i tegningens fig. 4. De tjener til at fordele strømmen af fluidum langs pladens overflade, 35 således at man undgår stagnerende zoner af faste stoffer. Desuden hindrer de harpikspartikler i at falde gennem hullerne, når lejet sætter sig eller er i ro.

O

22 DK 168632 B1

Reaktoren med fluidt leje kan drives ved tryk på op til ca. 70 ato og holdes ved polymerisation af olefinharpiks fortrinsvis på et tryk fra ca. 17,5 til ca. 35 ato.

5 Den helt eller delvis aktiverede katalysator indsprøjtes afbrudt eller kontinuerligt i lejet med ønsket hastighed på et punkt 42, som ligger over fordelingspladen 28. Fortrinsvis indsprøjtes katalysatoren på et punkt i lejet, hvor der forekommer god sammenblan-10 ding med polymerpartiklerne.

Katalysatoren kan indsprøjtes i reaktoren ved forskellige typer teknik. Til polymerisation af ethylen foretrækkes det kontinuerligt at indføre katalysatoren i reaktoren under anvendelse af et katalysatorfødema-15 teriale således som beskrevet i f.eks. US-patentskrift nr. 3.779.712. Katalysatoren indføres fortrinsvis i reaktoren på et punkt, der udtrykt i reaktordiameteren-heder ligger 20-40% fra reaktorvæggen, og i en højde o-ver lejets bund lig med ca. 5 til ca. 30% af det flui-20 diserede lejes højde.

Fortrinsvis anvendes en gas, som er indifferent overfor katalysatoren, såsom nitrogen eller argon, til at bære katalysatoren ind i lejet.

Hastigheden for polymerproduktion i lejet af-25 hænger af katalysatorindsprøjtningshastigheden og af koncentrationen af monomer (e) i recirkulations strømmen. Produktionshastigheden styres bekvemt ved simpelt hen at indstille katalysatorindsprøjtningshastigheden.

Således som ovenfor bemærket, er der for at 3Q minimere problemet med tilstopning af fordelingspladen fortrinsvis installeret en sigte eller et trådnet 27 under pladen for at forhindre, at de borede huller i pladen tilstoppes med harpiksflager (agglomerede faste stoffer) fra den recirkulerede strøm.

35 Efter udtagelse af partikelformigt polymerpro dukt fra reaktoren 10 er det ønskeligt og foretrækkes,

O

23 DK 168632 B1 at fluidet adskilles fra produktet, og at fluidet sættes tilbage til recirkulationsledningen 22. Der kendes talrige måder til at gennemføre dette. Et system er vist i tegningerne. Således forlader fluidum og pro-5 dukt reaktoren 10 gennem en ledning 44 og træder ind i en produktudtagningstank 46 gennem en ventil 48, som er konstrueret således, at den udviser sin minimale begrænsning overfor strømmen, når den åbnes, f.eks. i form af en kugleventil. Anbragt ovenover og under produktudtag-10 ningstanken 46 findes konventionelle ventiler 50 og 52, idet sidstnævnte er indrettet således, at den tilvejebringer en passage for produkt ind i en produktskylle-tank 54. Produktskylletanken 54 har et afluftningsorgan således som illustreret ved en ledning 56 og et gasind-15 gangsorgan således som illustreret med en ledning 58.

Også anbragt ved bunden af produktskylletanken 54 findes en udtagningsventil 60, som i åben stilling tjener til udtagning eller udtømning af produkt til overføring til opbevaring eller oplagring. Ventilen 50 frigiver, når den 20 er i åben stilling, fluidum til en skylletank 62. Fluidum fra produktudtagningstank 46 sendes gennem et filter 64 og derpå gennem skylletanken 62 til en kompressor 66 og ind i recirkulationsledningen 22 gennem en ledning 68.

25 Ved en typisk driftsmåde er ventilen 48 åben og ventilerne 50 og 52 lukkede. Produkt og fluidum træder ind i produktudtagningstanken 46. Ventilen 48 lukkes, og produktet tillades at sætte sig i produktudtagningstanken 46. Derpå åbnes ventilen 50, hvilket tillader fluidet 30 at strømme ud fra produktudtagningstanken 46 og videre til skylletanken 62, hvorfra det kontinuerligt under kompression føres tilbage til recirkulationsledningen 22. Dernæst lukkes ventilen 50, og ventilen 52 åbnes, og produktet i produktudtagningstanken 46 strømmer ind i pro-35 duktskylletanken 54. Derpå lukkes ventilen 52. Produktet gennemskylles med indifferent gas, fortrinsvis nitrogen, DK 168632 B1 24 som træder ind i produktskylletanken 54 gennem en ledning 58 og udluftes gennem en ledning 56. Derpå udtages produktet fra produktskylletanken 54 gennem ventilen 60 og sendes videre gennem en ledning 20 til opbevaring el-5 ler oplagring.

Et endnu mere foretrukket produktudtagningssystem, der kan anvendes som alternativ, er det i fremlagt europa-patentansøgning nr. 0071430 beskrevne. Ved et sådant system anvendes mindst ét par tanke (og fortrinsvis to par tanke 10 parallelt arrangeret) omfattende en fældningstank og en overføringstank arrangeret i serie, og hvor den fraskilte gasfase sendes tilbage fra toppen af fældetanken til et punkt i reaktoren i nærheden af det fluidiserede lejes top. Dette alternativt foretrukne produktudtagelsessystem eli-15 minerer behovet for en ledning til fornyet kompression 64, 66 og 68 således som vist i det i tegningen beskrevne system.

Ved den grundlæggende udførelsesform for systemet til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen indeholder reaktionskammeret et leje af fluidiseret fas-20 te partikler med en gasstrøm, der træder ind gennem en indgangsledning ved bunden og forlader lejet gennem en afluftningsledning ved dets top. En afluftet sættetank, som er anbragt udenfor reaktoren og fortrinsvis under det fluidiserede leje, er forbundet til lejet ved hjælp 25 af en udtagelsesledning og en afluftningsledning. Af-luftningsledningen er direkte forbundet med reaktions-kammeret i nærheden af det fluidiserede lejes topniveau, og udtagelsesledningen for faste stoffer er forbundet med kammerets underdel, fortrinsvis i nærheden af fordeler-30 pladen. En overføringstank er anbragt nedenunder og er forbundet til sættetanken ved hjælp af en ledning og er forbundet til et længere fremme beliggende oparbejdningsudstyr gennem en udtømningsledning. I begyndelsen er reaktionskammeret og sættetanken og overføringstanken iso-35 leret fra hverandre og fra det længere fremme i strømretningen beliggende udstyr ved hjælp af aflukkede ven-

O

25 DK 168632 B1 tiler. Faste stoffer og gasser udtages fra reaktionskammeret til sættetanken ved at åbne ventilerne i udtagelsesledningen og afluftningsledningen, medens sættetankens afgangsledning har lukket ventil. Sættetankens tryk 5 forøges i begyndelsen til omtrent trykket i bunden af reaktionskammeret og derpå driver trykforskellen over det fluidiserede leje af faste stoffer som den drivende kraft de faste stoffer og gas, som herved bringes til at strømme gennem udtagelsesledningen. En del af denne flui-10 diseringsgas og faste stoffer strømmer gennem udtagelsesledningen til sættetanken på grund af den lavere modstand i strømvejen sammenlignet med strømvejen gennem det fluidiserede leje af faste stoffer. De faste stoffer og gas adskilles i sættetanken, og gassen sendes tilbage 15 til reaktionskammeret gennem afluftningsledningen ved hjælp af fortrængning med yderligere faste stoffer og gas, som træder ind i sættetanken. Efter at sættetanken er fyldt med de faste stoffer, som har sat sig, og en vis mængde gas, afspærrer sættetanken fra reaktions-20 kammeret ved at lukke ventilerne i afgangsledningen og afluftningsledningen. De faste stoffer overføres derefter ved trykforskellen og ved tyngdekraftens virkning fra sættetanken til overføringstanken gennem en ledning ved, at dennes ventil åbnes. Når de faste stoffer er i 25 overføringstanken og tankens tryk er udlignet, lukkes ventilen i denne ledning. Sættetanken er nu rede til påbegyndelse af endnu en udtagelsescyklus eller kan vente, indtil overføringstanken er færdig ved overføringen af de faste stoffer til det nedstrømsbeliggende udstyr.

30 Derpå transporteres faste stoffer fra overføringstanken til nedstrømsbeliggende udstyr ved lavere tryk ved, at afgangsventilen åbnes. Overføring af faste stoffer kan foretages med konventionelt udstyr til håndtering af faste stoffer eller ved hjælp af højtrykstransportudstyr 35 under anvendelse af trykgassen, som er indespærret sammen med de faste stoffer (idet dog yderligere gas kan 26 DK 168632 B1

O

behøves). Efter at de faste stoffer er transporteret fra ovérføringstanken, lukkes afgangsventilen, og overføringstanken er rede til endnu en cyklus.

Ved en alternativ og foretrukken udførelsesform 5 udtages faste stoffer med mellemrum fra et højtrykskammer indeholdende et fluidiseret leje af faste stoffer under anvendelse af en fremgangsmåde, hvortil anvendes to par af den grundlæggende sættetank og overføringstanken, der betjenes parallelt og sekvensvis med gas, som 10 afluftes fra de faste stoffer før udtagelse af de faste stoffer til et lavere tryk. En første afluftet sættetank tjener til at modtage faste stoffer og gas, som udtages fra det fluidiserede leje. Efter at tanken er fyldt med faste stoffer, afluftes noget af den med de 15 faste stoffer medbragte gas til en anden sættetank (i det parallelle parsystem), der tjener som midlertidig gasmodtager, og afluftes senere indirekte til reaktionskammeret. De faste stoffer overføres derpå fra sættetanken til en overføringstank ved lavere tryk, idet gas-20 tab minimeres. Udtagelsesoperationen fortsættes skiftevis mellem parallelle sættetanke ved modtagelse af en strøm af faste stoffer og gas fra det fluidiserede leje.

Reaktoren med fluidiseret leje er udstyret med et passende afluftningssystem (ikke vist), der tillader 25 afluftning af lejet under igangsættelse og standsning af driften. Reaktionen kræver ikke brugen af omrøring og/eller afskrabning af væggene. Recirkulationsledningen 22 og elementerne deri (kompressoren 30 og varmeveksleren 24) bør være forsynet med glatte overflader 30 for at undgå unødvendige driftsforstyrrelser og således heller ikke forringe eller gribe ind i strømmen af recirkuleret fluidum eller medrevne partikler.

De følgende eksempler tjener iøvrigt til nærmere belysning af opfindelsen.

35

O

27 DK 168632 B1

EKSEMPLER

En kommerciel olefinpolymerisationsreaktor med fluidiseret leje, og som i bunden er forsynet med et cirkelringformet strømafbøjningsorgan af den i tegnin-5 gens fig. 2 og 3 viste type,anvendes ved driften, idet der benyttes både kondensations- og ikke-kondensations-metoden, uden at der herved opstår problemer. Dimensionerne er som følger: Blandekammerets diameter dm = 3,51 m, blandekammerets højde L = 2,54 m, indgangsledningens 10 diameter de = 0,58 m, afbøjningsorganets udvendige diameter dQ = 0,97 m, afbøjningsorganets indvendige diameter d^ = 0,35 m og afbøjningsorganets friholdnings-afstand h = 0,10 m. Der anvendes fire afstandsstykker til at understøtte cirkelringen og til at holde den i en 15 frigangsafstand h, som måles mellem cirkelringens under kant og reaktorens bund. Om denne cirkelringformede skive eller flange gælder, at A2/A^ er 0,33, Z/h er 1,9, og Hv er 6,9 kPa.

Reaktoren er anvendt til fremstilling af ethy-20 lencopolymere, både ved den kondenserende og den ikke--kondenserende driftsmåde og til fremstilling af ethy-lenhomopolymere ved den ikke-kondenserende driftsmåde. Afhængigt af de fremstillede produkter kan reaktorbetingelserne f.eks. være som følger: 25 Reaktortemperatur T^eje:89-95°C, reaktortryk P-|.eje: 20,7-21,0 hPa, U : 0,55-0,70 m pr. sekund, hvor U er den s c s lineære tilsyneladende gashastighed i det fluidiserede leje.

30 Det fluidiserede lejes højde Hfb 11,9 m, maximumhastighed for kondensation, der mødes ved reaktorens indgang wmax'H vægtprocent, reaktorens produktionshastighed 9.526-18.145 kg/time.

35 Der konstateres ingen problemer ved reaktorens drift og ingen skadelig virkning på produkternes kvali- 28 DK 168632 B1

O

tet, der kan tilskrives strømafbøjningsorganet. Selv ved den højeste kondensationshastighed (11 vægtprocent ved reaktorindgangen), som reaktoren er udsat for, er der ingen ustabilitet ved reaktorens drift under kør-5 sel. Dette indicerer, at på dette kondensationsniveau medrives væsken tilstrækkelig godt og bæres ind i det fluidiserede leje som smådråber uden at akkumuleres i reaktorens bundende og uden at bevirke oversvømmelse. Reaktoren inspiceres ofte, og der iagttages ingen til-10 smudsning eller belægning på grund af overdrevet opbygning af harpikspartikler. De indre overflader viser sig at være rene, endog renere end i tilfældet, hvor man anvender den konventionelle reaktorindgang af typen med standrør/konisk hætte. I overensstemmelse hermed til-15 vejebringer anvendelsen af strømafbøjningsorganer i reaktoren ifølge den foreliggende opfindelse en driftsmåde til brug ved både den kondenserende og den ikke-kondenserende metode, uden at dette på skadelig måde påvirker produkternes egenskaber eller kvalitet.

20 I den følgende tabel er anført eksempler på frem stillingen ved polymerisation af ethylenpolymere under anvendelse af enten den kondenserende eller den ikke-kondenserende driftsmetode. Den anvendte kommercielle polymerisationsreaktor er den umiddelbart ovenfor beskrevne 25 reaktor. Forsøgene gennemføres til fremstilling af de i den følgende tabel II anførte produkter på den deri angivne driftsmåde og med den anførte kondensationsmængde. De fuldstændige driftsbetingelser for de to forsøg er iøvrigt angivet nærmere ved de i nedenstående tabel 30 III indeholdte data.

35 29 DK 168632 B1

O

TABEL II

Væskemængde i gasstrømmen ved reak-

Forsøg Produkt_Driftsmåde_tor indgang (væqt%) 5 I Hexen- Kondenserende 9-10 copolymer af ethylen II Buten- Ikke-kon- copolymer denserende 0 10 af ethylen 15 20 25 30 35 30 DK 168632 B1

O

TABEL III

Forsøg_ I_II_ ΔΡ bund* (kPa) 35,8 34,5 ΔΡ køler (kPa) 41,4 44,8 5 Tleje (°C> P.. . (MPa) 2,20 2,20 leje

Ui (m/sek) (indløbshastighed) 24,1 24,1 U (m/sek) •jo (tilsynelad. gas hastighed i fluidiseret leje) 0,67 0,67

Lfb (m) (fluidiseret lejes højde) 11/9 11,9 15 L (m) (diffusionsblande- kammers højde) 2,54 2,54 D (m) (diffusionsblande- kammers diameter) 3,50 3,50 20

Produktionshastighed (KPPH) 40,0 22,0

Rumtidudbytte (kg/m^h) 144-160 86 25 MI (smelteindex) 0,83 100,0 MFR (smelteflydeforhold) 25,0 27,0 p(g/cm^) 0,926 0,931

Aske (%) 0,042 0,040 p, (kg/m3) 30 (bulkdensitet) 432 392 APS (cm) (gennsn.

partikelstørrelse) 0,0686 0,0574 35

O

31 DK 168632 B1 *ΔΡ bund betegner trykfaldet over strømafbøjningsorganet plus trykfaldet over fordelingspladen.

Note: I = hexancopolymer af ethylen II = butencopolymer af ethylen 5 Således som'vist i tegningens fig. 5 og 6 behøver strømafbøjningsorganet ikke at være plant og orienteret i horisontalt plan (således som det foretrukne strømafbøjningsorgan er illustreret i fig. 2 og 3). Såle- 10 des kan strømafbøjningsorganet f.eks. som illustreret i fig. 5 og 6 anvendes i stedet for det foretrukne strømafbøjningsorgan i fig. 2, idet strømafbøjningsorganet i disse tilfælde er enten udformet konvekst eller konkavt i forhold til fordelingspladen. På lignende måde 15 som det i tegningens fig. 2 og 3 illustrerede strømafbøjningsorgan tilvejebringer det i fig. 5 og 6 illustrerede strømafbøjningsorgan, når det anbringes over bundindgangsorganet 26, respektive en første fluidumstrøm-vej langs blandekammerets væg og en anden central op- 20 adrettet fluidumstrømvej gennem strømafbøjningsorganets centralåbning.

Afbøjningsorganets lodrette højde eller tykkelse er ikke kritisk, og man behøver kun at anvende så tykt gods, som de strukturelle krav ved reaktorkonstruk-25 tion sætter. Et forholdsvis tyndvægget afbøjningsorgan vil fungere med i det væsentlige samme resultat som et organ af væsentlig tykkere gods. Det har således ikke vist sig kritisk ved den almene indretning af strømafbøjningsorganet, at dettes flange skal være absolut 30 horisontal for at virke tilfredsstillende, idet bade såvel en konkav som en konveks form har vist sig at fungere med held, ligesom strømafbøjningsorganets godstykkelse heller ikke har vist sig kritisk.

Selv om en kommerciel reaktor med fluidiseret 35 leje ved basis eller i bunddelen i almindelighed er enten udformet som en ellipsoidal eller halvkugleformet 32 DK 168632 B1

O

skal, der er forbundet med den retvæggede afdeling, kan andre konfigurationer også anvendes i forbindelse med den foreliggende opfindelse. Reaktorens bundende kan således have en udadbøjet konisk form og stadig kunne 5 opfylde det med opfindelsen tilstræbte strømningsbillede i samarbejde med afbøjningsorganet. Det skal bemærkes, at de flade og konvekse cirkelringformede strømafbøjningsskiver således som illustreret i tegningen foretrækkes frem for en konkav cirkelringformet strøm- 10 afbøjningsskive til brug i reaktorer forsynet med ellipsoidal og hemisfærisk bund.

Industriel anvendelighed.

Den foreliggende opfindelse finder anvendelse i en mangfoldighed af polymerisationsreaktorsystemer 15 med fluidiseret leje. Den er således anvendelig ved drift af reaktorer med fluidiseret leje, hvor det er nødvendigt eller ønskeligt at skifte om fra en kondenserende driftsmåde til en ikke-kondenserende driftsmåde eller omvendt. Opfindelsen finder særlig anvendelse ved poly- 20 merisation i fluidiseret leje af polyolefiner, f.eks. polyethylen og polypropylen samt copolymere af ethylen og/eller propylen med passende comonomere.

25 30 35

Claims (9)

1. Polymerisationsreaktor med fluidiseret leje udstyret med fordelingspladeorgan (28) under området for det fluidiserede leje til afgrænsning af et blandekammer (26a) 5 inden i reaktoren i området under fordelingspladeorganet (28), ét eller flere indgangsorganer (26), fortrinsvis ved eller nær reaktorens basis, til passage af fluidum ind i reaktoren og igennem blandekammeret (26a), og mindst ét strømafbøjningsorgan (32) anbragt under fordelingsplade-10 organet (28) og knyttet til mindst ét af indgangsorganerne (26), kendetegnet ved, at strømafbøjningsorganet (32) er indrettet til at tilvejebringe mindst to fluidum-strømveje (33, 33a) for fluidet, som træder ind i blande-kammeret (26a), nemlig en første fluidumstrømvej (33a) langs 15 blandekammerets (26a) væg og en anden opadrettet fluidumstrømvej (33), og tilfredsstiller følgende udtryk: A2/A! >0,1 hvor Aj er arealet mellem strømafbøjningsorganet (32) og væggen af blandekammeret (26a), gennem hvilket fluidumstrøm-20 men kan passere ved at følge den første strømvej (33a), og A2 er arealet af åbningen eller åbningerne i strømafbøjningsorganet (32), gennem hvilke(n) strømmen strømmer ved at følge den anden strømvej (33).

2. Reaktor med fluidiseret leje ifølge krav 1, k e n -25 detegnet ved, at strømafbøjningsorganet (32) er generelt cirkelringformet og anbragt over indgangsorganet (26) i en frigangsafstand, hvorved den første fluidumstrømvej (33a) forløber gennem gardinområdet Ai under strømafbøjningsorganet (32), og den anden strømvej (33) forløber gennem 30 et åbningsorgan i strømafbøjningsorganet (32).

3. Reaktor med fluidiseret leje ifølge krav 2, kendetegnet ved, at strømafbøjningsorganet (32) er anbragt generelt vinkelret på reaktorens akse, fortrinsvis idet strømafbøjningsorganet (32) er anbragt konkavt i forhold 35 til fordelingspladeorganet (28), eller idet strømafbøjningsorganet (32) er anbragt konvekst i forhold til fordelings- DK 168632 B1 34 organet (28).

4. Reaktor med fluidiseret leje ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at blandekammeret (26a) har et forhold mellem længde og diameter på op til ca. 1,5, 5 fortrinsvis idet forholdet mellem længde og diameter er mellem ca. 0,7 og ca. 1,0.

5. Reaktor med fluidiseret leje ifølge ethvert af kravene 2-4, kendetegnet ved, at forholdet mellem åbningsorganets areal (A2) og gardinområdets areal (A3J 10 tilfredsstiller udtrykkene. 0,1 < Α2/Αχ < 0,75, og 0,5 < (d0-de)/2h < 5 hvor d0 er det cirkelringformede strømafbøjningsorgans (32) diameter, de er indgangsorganets (26) diameter, og h er 15 minimumsafstanden fra den cirkelringformede strømafbøjers (32) udvendige underkant til blandekammerets væg, fortrinsvis idet forholdet A2/Ai er ca. 0,3, og (d0-de)/2H er ca. 2.

6. Polymerisationsreaktor med fluidiseret leje ifølge ethvert af kravene 1-5, hvori fordelingspladeorganet (28) 20 er anbragt i et generelt cylindrisk kammer (10) og generelt vinkelret på kammerets (10) akse til afgrænsning af et område med et fluidiseret leje (12) over fordelingspladeorganet (28) og et område med blandekammer (26a) under fordelingspladeorganet (28), kendetegnet ved, at reaktoren 25 yderligere omfatter (i) et afgangsorgan (22) til kontinuerligt at udtage uomsatte polymeriserbare gasser fra det fluidiserede lejes område (12), (ii) et katalysatorindsprøjtningsorgan (42) til indførelse 30 af polymerisationskatalysator i det fluidiserede lejes område (12), (iii) et produktudtagelsesorgan (44, 48) til udtagelse af fast partikelformet polymerprodukt fra området med fluidiseret leje (12).

7. Fremgangsmåde ved drift af en polymerisationsreak tor med fluidiseret leje udstyret med fordelingspladeorgan DK 168632 B1 35 (28) anbragt under lejet for at tilvejebringe både fordeling af fluidum og fysisk understøtning af lejet, indgangsorgan (26) ved eller tæt ved reaktorens basis til at indføre fluidum i reaktoren og et blandekammer (26a) anbragt mellem 5 fordelingspladeorganet (28) og indgangsorganet (26), og ved hvilken der kontinuerligt i reaktoren indføres en fluidumstrøm omfattende en gas, der ledes opad gennem blandekammeret (26a), gennem fordelingspladeorganet (28) og igennem det fluidiserede leje (12), kendetegnet ved, at den 10 indtrædende fluidumstrøm opdeles i mindst to strømme (33, 33a), hvoraf en første strøm (33a) løber i en opadgående og udadgående periferistrømvej langs med blandekammerets (26a) væg, og en anden strøm (33) løber opad i en fluidumstrømvej, der generelt står vinkelret på fordelingspladeorganet (28), 15 idet strømmene opdeles således, at eventuelle faste partikler, som er i eller kommer ind i den anden strømvej (33), føres opad.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7 ved drift af en polymerisationsreaktor, som omfatter et generelt cirkelringformet 20 fluidumstrømafbøjningsorgan (32) knyttet til indgangsorganet (26), hvorved en første strøm (33a) bringes til at strømme mellem det cirkelringformede afbøjningsorgan (32) og væggen af blandekammeret (26a), og en anden strøm (33) bringes til at strømme i en central opadgående strømvej gennem det cir-25 kelringformede afbøjningsorgan (32) , og hvorved følgende udtryk er tilfredsstillet: (1) Aa/Aj. > 0,1 hvor er arealet, gennem hvilket strømmen af fluidum får lov at passere ved at følge den første strømvej (33a), 30 og &2 er arealet, gennem hvilket strømmen får lov at strømme ved at følge den anden strømvej (33), (2) Hv > 345 Pa, fortrinsvis Hv > 1378 Pa hvor Hv er hastighedshøjden baseret på det totale strømafbøj er-strømareal.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 7 eller 8, hvorved de kombinerede strømme (33, 33a) føres på en generelt ensartet DK 168632 B1 36 måde gennem en generelt vandret gasfordelerplade (28) ind i et område med fluidiseret leje (12) placeret over blande-kammeret (26a) og gasfordelerpladen (28) med en samlet hastighed, som er tilstrækkelig til at holde et leje af faste 5 polymerpartikler i en suspenderet og fluidiseret tilstand.