溶液聚合工艺制造技术

本文公开了一种用于溶液聚合的系统，所述系统包括：反应器系统，所述反应器系统用于接收反溶剂、单体和溶剂，并且使所述单体反应以形成聚合物，其中，所述反溶剂不是用于所述聚合物的溶剂并且用于降低低临界溶液温度；多个脱挥发分容器，所述多个脱挥发分容器位于所述反应器系统的下游，其中，每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器低的压力下运行，并且其中，所述多个脱挥发分容器从所述反应器系统接收聚合物溶液；以及液‑液分离器，所述液‑液分离器用于从所述反应器系统接收聚合物溶液，并通过降低所述液‑液分离器中的所述聚合物溶液的压力和温度来促进所述聚合物与挥发物之间的分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】溶液聚合工艺相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月14日提交的美国申请号62/779589的权益，所述美国申请通过引用以其整体并入本文。
技术介绍
本公开涉及溶液聚合工艺。特别地，本公开涉及与使用溶剂和非溶剂的混合物的上游乙烯装置集成的溶液聚合工艺。聚合物溶液可表现出低临界溶液温度(LCST)现象，由此均相的聚合物溶液在高于特定温度时会分离为富聚合物液相和富溶剂相。该温度是溶剂类型、聚合物料流组成和压力的函数。这些变量中的任何一个都可以被操纵以引起液-液分离。这种分离具有与其相关的非常小的热负荷，特别是与等量溶剂的蒸发相比。在商业溶液聚合中，需要提高效率并降低与溶剂去除工艺相关的成本。授予Friedersdorf的美国专利6,881,800涉及用于连续溶液聚合的工艺和工厂。该工厂包括：压力源；在所述压力源下游的聚合反应器；位于聚合反应器下游的减压装置；以及位于减压装置下游的分离器。压力源公开为足以在聚合期间为反应混合物提供压力，以在反应器与分离器之间不存在附加压力源的情况下在反应器中产生单相液体反应混合物以及在分离器中产生两相液-液反应混合物。该工艺公开了在引起液-液相分离之前使用加热器加热反应器出口料流。由于从反应器出来的溶液每磅聚合物所含的溶剂比从分离器出来的溶液所含的溶剂多，因此在分离器之前进行加热会显著增加每磅聚合物的热负荷。Friedersdorf等人的国际公开号WO2008/076589公开了一种用于在稠密流体均相聚合系统中聚合烯烃的工艺。该工艺包括：(a)在一个或多个反应器中，使以30重量百分比或更多存在的具有三个或更多个碳原子的烯烃单体与以下各项接触：1)一种或多种催化剂化合物，2)一种或多种活化剂，3)0至50摩尔百分比的共聚单体，以及4)0至40重量百分比的稀释剂或溶剂；(b)形成包含聚合物-单体混合物的反应器流出物；(c)可选地将(b)的聚合物-单体混合物在其离开反应器之后加热，并且在此之前或之后在步骤(e)中减压；(d)在分离容器中收集(b)的聚合物-单体混合物；(e)在分离容器中收集聚合物-单体混合物之前或之后，将包含(b)的聚合物-单体混合物的反应器流出物的压力降低到浊点压力以下，以形成包含富聚合物相和富单体相的两相混合物。反应器中的压力比分离容器中的压力高7MPa至100MPa，并且如果聚合物不具有结晶温度，则分离容器中的温度高于聚合物的结晶温度或高于80℃。将富单体相与富聚合物相分离并再循环至一个或多个反应器中。该专利公开了用于以小于40重量百分比的溶剂运行该工艺的反应器压力很高(高达200MPa)，以确保超临界聚合介质。这种高压使反应器运行具有挑战性，并且需要使用厚壁反应器，这降低了资金和能源效率。Shigekauzu等人的美国专利6,255,410公开了一种用于在两相系统中在基本上低于常规高压条件的压力下生产聚烯烃的工艺。该工艺包括：(a)连续进料烯烃单体以及茂金属和助催化剂的催化剂系统；(b)连续聚合单体进料以提供单体-聚合物混合物；以及(c)将两相混合物连续地沉降成连续的熔融聚合物相和连续的单体蒸气，后者可以可选地至少部分地再循环到(a)中。在(b)中，混合物处于比浊点压力低的压力下，以在高于聚合物熔点的温度下提供富聚合物相和富单体相，并且聚合反应在一定温度和压力下进行，其中，催化剂系统的生产率超过在该温度下在浊点压力两倍高的压力下所获得的生产率。该专利仅公开了催化剂载体所需的次要量的溶剂，并且不具有使用与溶液聚合过程相关的较低温度和压力的优点。上述参考文献中描述的聚合过程通常是能源密集的，需要聚合反应器与分离器之间的热交换、超临界聚合条件、和/或附加的聚合物-溶剂分离装置。需要开发使用溶剂分离装置的新的聚合工艺，其使用较少的能量并且具有提高的效率和降低的成本。还需要消除辅助和能源密集的设备，从而降低资金和运行成本。
技术实现思路
本文公开了一种用于溶液聚合的系统，所述系统包括：反应器系统，所述反应器系统用于接收反溶剂、单体和溶剂，并且使所述单体反应以形成聚合物，其中，所述反溶剂不是用于所述聚合物的溶剂并且用于降低低临界溶液温度；多个脱挥发分容器，所述多个脱挥发分容器位于所述反应器系统的下游，其中，每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器低的压力下运行，并且其中，所述多个脱挥发分容器从所述反应器系统接收聚合物溶液；以及液-液分离器，所述液-液分离器用于从所述反应器系统接收聚合物溶液，并通过降低所述液-液分离器中的所述聚合物溶液的压力和温度来促进所述聚合物与挥发物之间的分离，其中所述聚合物存在于富聚合物相中，并且所述挥发物存在于富溶剂相中。本文还公开了一种方法，所述方法包括：将包含反溶剂、单体和溶剂的进料料流加入到反应器系统中，其中，所述反溶剂不是用于所述聚合物的溶剂并且用于降低聚合物溶液的低临界溶液温度；使所述单体反应以形成聚合物，其中，所述聚合物溶液中含有所述聚合物；将所述聚合物溶液相输送到液-液分离器中；降低所述液-液分离器中的所述聚合物溶液的压力，并且在液-液分离器中将富聚合物相与富溶剂相分离；将所述富聚合物相输送到位于所述液-液分离器下游的多个脱挥发分容器中，其中，每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器低的压力下运行；以及将所述富聚合物相中存在的所述聚合物与挥发物分离。附图说明附图描绘了用于在含有反溶剂的溶液中溶液聚合单体的系统的示例性实施方式。具体实施方式如本文所使用的，术语“连续搅拌釜式反应器”或“CSTR”是指将反应物连续进料到其中并且将产物连续抽出的釜式反应器。CSTR被机械搅拌，使得存在非常接近的完全返混。如本文所使用的，术语“沸腾反应器”是指在使得液相和气相两者都存在的条件下操作的反应器。至少部分以液体形式引入反应器的溶剂和单体被蒸发，并以蒸气形式离开反应器，由此去除部分聚合热，这导致在离开反应器的液体流中与绝热反应器相比更高的聚合物浓度。将离开反应器的蒸气流冷却并再循环到反应器中。在此冷却工艺中冷凝的任何液体也被再循环到反应器中。这些反应器通常充分混合，并且可以通过引入蒸气再循环料流而进行简单地混合；然而，可以借助于机械搅拌来增强混合。沸腾反应器可以单独使用或与其它沸腾反应器、CSTR、环管反应器或用于制备聚烯烃的任何其它反应器组合使用，并且可以是单级或多级反应器。CSTR的变体是环管反应器，所述环管反应器包括通过其使工艺流体再循环的导管。通常，其还含有一个或多个热交换器、再循环泵以及用于反应物和催化剂的注入装置。环管反应器中的热交换器可以是管壳式、具有混合元件插入件的管壳式、板框式或平板式交换器。术语“管式反应器”意在描述呈简单管形状的反应器。本专利技术的管式反应器的长度/直径(L/D)比为至少10/1。管式反应器可以被搅拌或可以不被搅拌。管式反应器可以绝热地或等温地操作。当绝热地操作时，随着聚合作用的进行，残留的共聚单体越来越多地被消耗，并且溶液的温度升高(两者均提高了将残留的共聚单体从聚合物溶液中分离的效率)。特别优选的是，沿着管式反应器的长度的温度增加大于3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于溶液聚合的系统，所述系统包括：/n反应器系统，所述反应器系统用于接收反溶剂、单体和溶剂，并且使所述单体反应以形成聚合物，其中，所述反溶剂不是用于所述聚合物的溶剂并且用于降低低临界溶液温度；/n多个脱挥发分容器，所述多个脱挥发分容器位于所述反应器系统的下游，其中，每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器低的压力下运行，并且其中，所述多个脱挥发分容器从所述反应器系统接收聚合物溶液；以及/n液-液分离器，所述液-液分离器用于从所述反应器系统接收聚合物溶液，并通过降低所述液-液分离器中的所述聚合物溶液的压力和温度来促进所述聚合物与挥发物之间的分离，其中所述聚合物存在于富聚合物相中，并且所述挥发物存在于富溶剂相中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181214 US 62/7795891.一种用于溶液聚合的系统，所述系统包括：
反应器系统，所述反应器系统用于接收反溶剂、单体和溶剂，并且使所述单体反应以形成聚合物，其中，所述反溶剂不是用于所述聚合物的溶剂并且用于降低低临界溶液温度；
多个脱挥发分容器，所述多个脱挥发分容器位于所述反应器系统的下游，其中，每个脱挥发分容器在比前一脱挥发分容器低的压力下运行，并且其中，所述多个脱挥发分容器从所述反应器系统接收聚合物溶液；以及
液-液分离器，所述液-液分离器用于从所述反应器系统接收聚合物溶液，并通过降低所述液-液分离器中的所述聚合物溶液的压力和温度来促进所述聚合物与挥发物之间的分离，其中所述聚合物存在于富聚合物相中，并且所述挥发物存在于富溶剂相中。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反溶剂是乙烷，所述单体是α-烯烃，并且其中，所述溶剂是甲基环己烷。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反应器系统包括第一反应器，所述第一反应器在120℃至230℃的温度以及大于或等于90kgf/cm2至小于或等于200kgf/cm2的压力下运行。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，按所述第一反应器的出口处的所述聚合物溶液的总重量计，所述聚合物溶液中的固体内容物以8wt％至16wt％的量存在。


5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述反应器系统还包括第二反应器，所述第二反应器在比所述第一反应器更高的温度和更低的压力下运行。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二反应器在大于或等于80kgf/cm2至小于或等于180kgffcm2的压力以及200℃至240℃的温度下运行。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，按所述第二反应器的出口处的所述聚合物溶液的总重量计，所述聚合物溶液中的固体内容物以12wt％至20wt％的量存在。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·Y·王，J·鲁巴卡巴，M·D·特纳，M·J·小佐格，P·杰恩，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US