淤浆聚合方法技术

本发明专利技术公开了淤浆聚合方法。本发明专利技术涉及一种在环管反应器中，将烯烃单体和任选的烯烃共聚单体在聚合催化剂的存在下，在稀释剂中聚合以产生含有固体颗粒烯烃聚合物和稀释剂的淤浆的方法，其中弗劳德数被保持在２０或２０以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在淤浆环管反应器中进行烯烃聚合。
技术介绍
烯烃的淤浆聚合为大家所熟知，其中烯烃单体和任选的共聚单体在催化剂的存在 下在稀释剂中聚合，固态聚合物产物在稀释剂中被悬浮和转移。本专利技术特别涉及在环管反应器中聚合，其中淤浆通常通过泵或搅拌器的方式在 反应器中循环。液态全环管反应器在本领域特别已知并且例如公开在US 3，152，872、 3，242，150 和 4，613，484 中。聚合通常在50_125°C的温度和1-100巴的压力下进行。使用的催化剂可为通常用 于烯烃聚合的任意催化剂，例如氧化铬、齐格勒-纳塔或茂金属型催化剂。含有聚合物和稀 释剂的产物淤浆、大多数情况下的催化剂、烯烃单体和共聚单体可间歇或连续地被排放，优 选使用例如悬液分离器浓缩装置或沉降台(settling legs)排出，以使得与聚合物一起分 离的液体量最小。环管反应器为包括至少两个例如四个竖截面和至少两个例如四个水平截面的连 续管状结构。聚合热通常使用与冷却介质优选水的直接换热除去，冷却介质位于环绕至少 部分管状环管反应器的夹套。环管反应器的溶剂可以不同，并且通常为20-120立方米；本 专利技术的环管反应器为普通类型。这些年来，装置的最大工业规模与日俱增。最后几十年间不断增长的操作经验已 经导致反应循环中越来越高的淤浆和单体浓度。如EP432555和EP 891990中所述，淤浆浓 度的增加通常通过达到的循环速度来实现，例如通过更高的反应器循环泵扬程和多循环泵 实现。为了增加固定反应器容积的反应器停留时间并且降低下游稀释剂处理和回收需要， 需要增加固体负载。然而，增加的速度和循环的扬程需要已经增加了泵的设计尺寸和复杂 性，并且由于淤浆浓度增加能量的消耗也随之增加。这些都关系到资本成本和生产成本。历史上反应循环中的循环速度通常已经被最大化，以确保在反应器截面良好的 热、组成和颗粒分布，特别是避免固体沉降、稳定流动特性或在器壁处过量的固体浓度而不 是降低了，从而使得聚合循环中的压力降/动力降最小化。不充分的截面分布可能导致结垢升高、传热降低并且降低聚合物产率和均勻性。 新的商用装置的构造和使用非常昂贵，由此需要新的设计以避免或最小化工作参数(这些 参数增加新装置有效运行的危险)变化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种方法，所述方法包括使烯烃单体和任选的共聚单体在聚合催化 剂的存在下在稀释剂中在环管反应器中聚合，以产生含有固体颗粒烯烃聚合物和稀释剂的 淤浆，其中弗劳德数被保持在20或20以下。本专利技术的一个优点在于在保持给定的反应器停留时间的同时降低了反应器的单 位能量消耗(亦即制备的单位重量的聚合物所消耗的能量)，并且避免了不能接受的反应 器结垢。当希望装置在高固体装料设计和操作时本专利技术特别有利，这种高固体装料设计早 期被认为必需使用现在已经被发现过高的循环速度。本专利技术涉及用于烯烃，优选是α单烯烃在长管形闭合循环反应区中连续聚合的 方法和装置。烯烃被连续地加入并与烃稀释剂中的催化剂接触。单体聚合而形成悬浮在聚 合介质或稀释剂中的固体颗粒聚合物淤浆。在聚乙烯的中，反应器中的淤浆通常将包括颗粒聚合物、烃稀释剂、 (共)单体、催化剂、链终止剂例如氢以及其它反应添加剂。基于淤浆的总重量，淤浆中特别 包括20-75、优选30-70重量％的颗粒聚合物和80-25、优选70-30重量％的悬浮介质，其中 悬浮介质为反应器中所有液体组分的总和并且将包括稀释剂、烯烃单体和任何添加剂；所 述稀释剂可为惰性稀释剂或者其可为活性稀释剂，特别是液态烯烃单体；其中主要稀释剂 为惰性稀释剂，烯烃单体通常将占淤浆总重量的2-10、优选4-10重量％。所述淤浆以一定速度被泵送到相对光滑的通道_无缝循环反应体系，以足以(i) 保持聚合物悬浮在淤浆中和(ii)保持可接受的截面浓度和固体装料梯度。现已发现，只要将反应器循环中的弗劳德数保持在20以下，优选2-15，更优选 3-10，截面淤浆浓度分布(通过结垢、流动变化和/或传热来证明)就可以保持在可接受的 操作范围内。这与本领域技术人员按照常规处理条件的情况相反，在常规处理条件下弗劳 德数通常高于20，例如高于30，通常在30-40的范围。弗劳德数将通常保持在20或20以下，例如20-1的范围，优选15_2的范围，更优 选10-3的范围。弗劳德数为指示淤浆中颗粒的悬浮和沉降趋势平衡的无量纲参数。其提 供了与液体相比的从颗粒到管壁动量传递过程的相对量度。弗劳德数的下限值指示更强的 颗粒-管壁(相对于液体_管壁)的相互作用。弗劳德数(Fr)被定义为ν2/(g (s-1) D)，其 中ν为淤浆的平均速度，g为重力常数，s为稀释剂中固体的相对密度，并且D为内部管径。 固态聚合物的比重为聚合物密度与悬浮介质密度的比值，基于脱气聚合物基本上脱挥发组 分后并且在挤出之前立即使用IS01183A测量的退火密度。反应器中淤浆的固体含量通常为20体积％以上，优选为约30体积％，例如为 20-40体积％，优选为25-35体积％，其中体积％为X100。根据重量百分比测量的固体含量等于根据体积百分比测量的固体含量，并 且将根据制备的聚合物变化，特别根据使用的稀释剂变化。在制备的聚合物为聚乙烯并且 稀释剂为例如异丁烷的烷烃的情形，基于淤浆的总重量，固体含量优选高于40重量％，例 如在40-60重量％的范围，优选在45-55重量％的范围。本专利技术的一个特定的特征在于在较低弗劳德数下的淤浆聚合操作能够使得反应 器在高固体装料时运行。本专利技术的一个优选实施方案为烯属单体特别是乙烯在环管反应器 中聚合的方法，所述单体任选地与烯属共聚单体在聚合催化剂的存在下在稀释剂(特别是异丁烯)中聚合，以制备含有固体颗粒烯烃聚合物和稀释剂的淤浆，其中弗劳德数被保持 在20或20以下，特别是在3-10的范围，并且反应器中的固体含量为25-35体积％。本专利技术的另一特定的特征为该方法可在比淤浆聚合中通常使用的直径更大的反 应器中实施，而不会有任何问题，特别是反应器壁结垢的问题。例如已经涉及使用内径超过 500毫米的反应器，特别是超过600毫米例如600-750毫米的反应器。因此，本专利技术的其它 优点为可以在相对较低循环速度下和/或相对较高反应器循环直径下达到高淤浆浓度。本 专利技术的另一实施方案为烯属单体和任选的烯属共聚单体一起在聚合催化剂的存在下在稀 释剂中聚合，以制备含有固体颗粒烯烃聚合物的淤浆的方法，其中弗劳德数通常在20或20 以下，特别是在3-10的范围，并且反应器的内径为600-750毫米。现已发现反应器可在单位反应器长度和单位质量聚合物的特定压力降下设计和 操作，并且循环的总压力降小于当前教导，特别是高固体装料和/或大反应器直径。即便是 对于25吨/小时以上，特别是45吨/小时以上的聚合物生产速率，本专利技术容许小于1. 3巴 的总压力降。在循环中优选在一个或多个水平截面上使用一个或一个以上泵，这些泵也可 位于相同水平截面或不同截面。这些泵优选与泵所在的反应器内径相同，或者比反应器的 内径大或小。优选使用一个泵，并且本专利技术的一个特征在于泵的数量和功率小于常规方法。 反应器通常在20立方米以上，特别是50立方米以上，例如75-150立方米，优选在 100-125立方米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括至少两个水平截面和至少两个垂直截面的连续管状结构的环管反应器，其中反应器的体积为７５－１５０立方米，反应器的长与内径的比小于５００。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SK李，D马里萨尔，BR沃尔沃思，
申请(专利权)人：英尼奥斯制造业比利时有限公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]