Поток в суспензионном петлевом реакторе

Изобретение относится к полимеризации олефиновых мономеров. Описан способ, включающий циркуляцию суспензии, содержащей олефиновый мономер, выбранный из С₂-С₁₂ олефиновых мономеров, жидкий разбавитель, выбранный из С₃-С₇ алканов, катализатор и полиолефиновые частицы, в условиях полимеризации в петлевом реакторе. Условия полимеризации включают температуру полимеризации 38-121°С и давление полимеризации 27-50 бар. В одном варианте реализации во время циркуляции число кавитации составляет 6-60. В другом варианте реализации число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 5. Технический результат – улучшение режима для процессов полимеризации при более низких числах кавитации без значительного увеличения давления в реакторе, что позволяет минимизировать повышение затрат. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к полимеризации олефиновых мономеров.

Предшествующий уровень техники

[0002] Полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, могут быть получены полимеризацией в форме частиц, которая называется также суспензионной полимеризацией. В таких установках, в реактор (такой, как петлевой реактор) вводят исходные материалы, такие как мономер и катализатор, а извлекают из него суспензию продукта, содержащую твердые частицы полиолефина в жидкой среде.

[0003] В петлевые реакторы с непрерывным циклом различные исходные материалы могут вводиться различными способами. Например, мономер и катализатор могут быть введены раздельно или вместе, и перед введением в реактор мономер и катализатор могут быть смешаны с различными количествами разбавителя. Внутри петлевого реактора мономер и катализатор диспергируются в жидкой суспензии, и, во время их циркуляции через петлевой реактор, на активном центре катализатора происходит реакция мономера, в результате которой образуются твердые частицы полиолефина в жидкой суспензии.

[0004] На свойства полиолефина влияют различные факторы, включая условия, созданные внутри реактора. Постоянно ведутся работы по улучшению технологичности таких реакций.

[0005] Настоящее изобретение направлено на решение или по меньшей мере смягчение остроты одной или всех проблем, упомянутых выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Различные варианты реализации настоящего изобретения включают способы полимеризации олефинов. Способы обычно включают циркуляцию в петлевом реакторе суспензии, содержащей олефиновый мономер, выбранный из С₂-С₁₂ олефиновых мономеров, жидкий разбавитель, выбранный из С₃-С₇ алканов, катализатор и частицы полиолефина, в условиях полимеризации, причем в ходе циркуляции число кавитации (Са) в системе составляет от 6 до 60, а условия полимеризации включают температуру полимеризации от 38 до 121°С и давление полимеризации от от 27 до 50 бар.

[0007] Один или более вариантов реализации включают способ по предыдущему параграфу, в котором число кавитации (Са) составляет от 12 до 50.

[0008] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором число кавитации (Са) составляет от 18 до 40.

[0009] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором число кавитации (Са) составляет от 24 до 36.

[0010] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов и дополнительно включают среднюю скорость циркуляции (v) по меньшей мере 7,0 м/с.

[0011] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов и дополнительно включают среднюю скорость циркуляции (v) по меньшей мере 10,7 м/с.

[0012] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов и дополнительно включают среднюю скорость циркуляции (v) по меньшей мере 12,2 м/с.

[0013] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором температура полимеризации составляет от 75 до 110°С.

[0014] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором суспензия содержит олефиновый мономер в концентрации от 0,7% мас. до 10,5% мас.

[0015] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором олефиновый мономер включает этилен.

[0016] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 5.

[0017] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) составляет менее 184.

[0018] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) составляет менее 184.

[0019] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором суспензия содержит более 48% мас. частиц полиолефина.

[0020] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором суспензия содержит более 48% мас. частиц полиолефина.

[0021] В одном или более вариантах реализации, способ полимеризации включает циркуляцию суспензии, содержащей олефиновый мономер, жидкий разбавитель, катализатор и частицы полиолефина, в условиях полимеризации в петлевом реакторе, причем в ходе циркуляции число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 5.

[0022] Один или более вариантов реализации включают способ по предыдущему параграфу, в котором число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 6.

[0023] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором число Эйлера (Ей) составляет по меньшей мере 7.

[0024] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов и дополнительно включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) менее 184.

[0025] Один или более вариантов реализации включают способ по любому предыдущему параграфу и дополнительно включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) менее 180.

[0026] Один или более вариантов реализации включают способ по любому предшествующему параграфу и дополнительно включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) менее 175.

[0027] Один или более вариантов реализации включают способ по любому предыдущему параграфу и дополнительно включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) менее 170.

[0028] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором суспензия содержит более 48% мас. частиц полиолефина.

[0029] Один или более вариантов реализации включают способ по любому из предыдущих параграфов, в котором суспензия содержит более 50% мас. частиц полиолефина.

[0030] Один или более вариантов реализации включают способ по любому предшествующему параграфу, в котором суспензия содержит более 52% мас. частиц полиолефина.

[0031] Один или более вариантов реализации включают способ по любому предшествующему параграфу и дополнительно включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) менее 184, и при этом суспензия содержит более 48% мас. частиц полиолефина.

[0032] Вышеприведенные параграфы представляют упрощенное краткое изложение раскрытого предмета настоящего изобретения, предназначенное для базового объяснения некоторых его аспектов. Это краткое изложение не является исчерпывающим обзором, и оно не предназначено для идентификации ключевых или критических элементов для определения объема предмета, заявленного ниже. Единственная цель этого изложения состоит в том, чтобы представить некоторые концепции в упрощенной форме, в качестве вступления к более подробному описанию, изложенному ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0033] Следующие фигуры составляют часть данного описания и включены для дополнительной демонстрации определенных аспектов данного изобретения. Заявленный предмет изобретения может быть понят при обращении к следующему описанию и рассмотрении его в комбинации с прилагаемыми графическими материалами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы и на которых:

[0034] Фиг. 1 иллюстрирует типичный вариант реализации системы петлевого реактора.

[0035] Хотя заявленный предмет допускает различные модификации и альтернативные формы, графические материалы иллюстрируют конкретные варианты реализации, которые в данном документе подробно описаны в качестве примера. Тем не менее, следует понимать, что в данном документе описание конкретных вариантов реализации не предназначено для ограничения заявленного предмета изобретения конкретными раскрытыми формами, а наоборот, его цель состоит в охвате всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, входящих в существо и объем изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0036] Далее будут раскрыты иллюстративные варианты реализации предмета, заявленного ниже. Из соображений ясности, в данной спецификации описаны не все особенности фактической реализации. Должно быть понятно, что при разработке любого такого фактического варианта реализации, необходимо принимать многочисленные решения, специфичные для реализации, для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соответствие системным и бизнес-ограничениям, которые будут варьироваться от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что такие проектно-конструкторские разработки, даже если они сложны и требуют много времени, будут представлять собой рутинную задачу для специалистов в данной области техники, использующих преимущество данного раскрытия.

[0037] В приведенном ниже описании, если не указано иное, все соединения, описанные в данном документе, могут быть замещенными или незамещенными, и список соединений включает их производные. Кроме того, ниже могут быть специально указаны различные диапазоны и/или численные ограничения. Следует понимать, что, если не указано иное, подразумевается, что конечные точки должны быть взаимозаменяемыми. Кроме того, любые диапазоны включают итеративные диапазоны одинаковой величины, попадающие внутрь четко указанных диапазонов или ограничений.

[0038] В описании и приложенной формуле изобретения термины «соединить», «соединение», «соединенный», «в связи с» и «соединен» используются для обозначения «в прямом соединении с» или «в соединении с помощью другого элемента», и термин «набор» используется для обозначения «один элемент» или «более одного элемента». В данном документе принято, что термины «верх» и «низ», «верхний» и «нижний», «вверх» и «вниз», «вверх по течению» и «вниз по течению», «выше» и «ниже» и другие подобные термины, обозначающие относительные положения выше или ниже заданной точки или элемента, используются в данном описании для более четкого описания некоторых вариантов реализации изобретения. Однако, применительно к оборудованию и способам применения в наклонно-направленных или горизонтальных скважинах, такие термины могут относиться к слева направо, справа налево или другим взаимоположениям, в зависимости от ситуации.

[0039] Варианты реализации, описанные в данном документе, включают способы формирования полиолефинов (т.е., способы полимеризации олефинов). Как известно специалистам в данной области техники, способы полимеризации олефинов включают приведение в контакт олефинового мономера с катализатором в реакционной зоне для получения полиолефина.

[0040] Олефиновые мономеры, используемые в описанных здесь способах, могут быть выбраны, например, из С₂-С₃₀ олефиновых мономеров или С₂-С₁₂ олефиновых мономеров (например, этилен, пропилен, 1-бутен, пентен, 4-метил-1-пентен, 1-гексен, 1-октен и 1-децен). Мономеры могут включать, например, олефиновые ненасыщенные мономеры, диолы С₄-С₁₈, диены с сопряженными или несопряженными двойными связями, полиены, виниловые мономеры и циклические олефины. Неограничивающие примеры других мономеров могут включать, например, норборнен, норборнадиен, изобутилен, изопрен, винилбензициклобутан, стирол, алкилзамещенный стирол, этилиден норборнен, дициклопентадиен и циклопентен. Образованный полиолефин может включать, например, гомополимеры, сополимеры или терполимеры. В одном или нескольких вариантах реализации, олефиновые мономеры выбирают из С₂-С₃ олефиновых мономеров. В других вариантах реализации, олефиновый мономер включает этилен.

[0041] В одном или нескольких вариантах реализации, способы, описанные в данном документе, включают гомополимеризацию этилена. В альтернативных вариантах реализации, способы, описанные в данном документе, включают сополимеризацию этилена и высшего 1-олефина, такого как, например, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-октен или 1-децен. Например, способ может включать сополимеризацию этилена и исходного количества сомономера в диапазоне от около 0,01% мас. до около 10% мас. или от около 0,01% мас. до около 5% мас., или от около 0,1% мас. до около 4% мас. (причем полученные сополимеры все еще можно называть полиэтиленом).

[0042] Катализаторы могут включать катализатор(ы) или каталитическую систему(ы), пригодные для полимеризации олефиновых мономеров. Например, катализатор может быть выбран из каталитических систем на основе хрома, каталитических систем с единым центром полимеризации на переходном металле, включая, например, как одно-, так и множественные (два или более) металлоценовые каталитические системы, каталитические системы Циглера-Натта и их комбинации. В данной области техники известно, что катализаторы могут быть активированными для последующей полимеризации и могут быть связанными или не связанными, например, с материалом носителя.

[0043] После того, как катализатор получен, как описано выше и/или как известно специалисту в данной области техники, с использованием этого катализатора можно проводить различные процессы полимеризации олефинов. В данном способе, условия полимеризации (например, оборудование, технологические условия, реагенты, добавки и другие материалы, используемые в процессах полимеризации) будут варьироваться в зависимости от желаемого состава и свойств образующегося полиолефина. Такие процессы могут включать, например, полимеризацию в жидкой фазе, в газовой фазе, в суспензии, в объемной фазе, полимеризацию при высоком давлении или их комбинации.

[0044] Процессы суспензионной полимеризации (также называемые полимеризацией в форме частиц) обычно включают образование суспензии твердого дисперсного полимера в жидкой полимеризационной среде, в которую добавляют мономеры и, необязательно, водород, наряду с катализатором. Суспензия (которая может содержать разбавители) может периодически или непрерывно удаляться из реакционной зоны в зону, где летучие компоненты могут быть отделены от полимера и возвращены, необязательно, после перегонки, в реакционную зону. Жидкий разбавитель может, необязательно, использоваться в полимеризационной среде и может быть разбавителем для твердых частиц полимера, которые отделяются и дополнительно для непрореагировавших мономеров. Подходящие разбавители включают те, которые известны в данной области техники и содержат углеводороды, которые в условиях суспензионной полимеризации являются инертными и жидкими или являются сверхкритическими жидкостями. Например, подходящие разбавители могут включать С₃-С₇ алканы, такие как изобутан, пропан, н-пентан, изопентан, неопентан, н-гексан и н-гептан. В одном или нескольких вариантах реализации, разбавитель включает изопентан (и-пентан). В других вариантах реализации, разбавитель включает изобутан. Полимеризация в объемной фазе аналогична суспензионной полимеризации, за исключением того, что при полимеризации в объемной фазе жидкая среда также является реагентом (например, мономер). Тем не менее, полимеризация может быть, например, объемной, суспензионной или объемной суспензионной.

[0045] В конкретном варианте реализации, процесс полимеризации может проводиться непрерывно в одном или нескольких петлевых реакторах. В реакторах с непрерывным циклом, в реактор вводятся исходные материалы, такие как мономер и катализатор, а удаляется суспензия продукта, содержащая твердые частицы полиолефина в жидкой среде. В реакторах с непрерывным циклом различные исходные материалы могут вводиться в петлевую зону реакции различными способами. Например, мономер и катализатор могут быть введены раздельно или вместе, кроме того, перед введением в зону реакции мономер и катализатор могут быть смешаны с различными количествами разбавителя. В петлевой зоне реакции мономер и катализатор диспергируются в жидкой суспензии. В процессе их циркулирования в жидкой суспензии через петлевую зону реакции, на активном центре катализатора происходит реакция полимеризации мономера, в результате которой образуются твердые частицы полиолефина в жидкой суспензии.

[0046] В одном или нескольких вариантах реализации, суспензия может содержать олефиновый мономер в концентрации, например, более, чем около 4% мас. или более, чем около 5% масс., или от около 0,7% мас. до около 10,5% мас., или от около 5% мас. до около 8% мас. В одном или нескольких вариантах реализации, суспензия может содержать, например, более, чем около 48% мас. или более, чем около 50% мас., или более, чем около 52% мас. частиц полиолефина (т.е., твердых частиц). В данном документе принято, что термин «состав композиции» относится к тому моменту времени в процессе полимеризации, когда были достигнуты условия стационарного состояния.

[0047] В петлевом реакторе может поддерживаться давление от около 2,7 до около 5 МПа (от около 27 до около 50 бар) или от около 3,5 до около 4,5 Мпа (от около 35 до около 45 бар) и температура от около 38 до около 121°С (250°F) или, например, от около 75°С (167°F) до около 110 "С (230°F), или менее чем около 103 "С (217°F). В зависимости от выбора разбавителя, мономера и необязательного сомономера, реактор также может эксплуатироваться в сверхкритических условиях. Теплота реакции может отводиться через стенку контура любым подходящим способом, например, через трубу с двойной рубашкой или теплообменник. Дополнительные подробности, касающиеся устройства петлевого реактора и процессов полимеризации, можно найти, например, в патенте США №4674290, патенте США №5183666, патенте США №5455314, патенте США №5565174, патенте США №6045661, патенте США №0651631, патенте США №614501 и патенте США №6262191, содержание которых полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0048] Важно, чтобы в процессе работы внутри петлевых суспензионных реакторов сохранялась суспензия. Если суспензия твердых частиц внутри жидкости не сохраняется, твердые частицы могут оседать в некоторых местах внутри реактора, вызывая тем самым закупорку. Соответственно, в процессах суспензионной полимеризации обычно используют один или более насосов, чтобы обеспечивать движущую силу для циркуляции жидкой суспензии. Такие насосы обычно циркулируют жидкую суспензию со скоростью циркуляции. Насосы могут включать устройства, известные в данной области техники, способные обеспечить работу в рамках рабочих спецификаций, описанных в данном документе, и включать, например, насосы, описанные в патенте США №8354063, патенте США №7736597 и патенте США №7014821, содержание всех этих патентов во всей полноте включено в данный документ посредством ссылки.

[0049] Поддержание суспензии может быть достигнуто путем работы петлевого суспензионного реактора при минимальной средней скорости циркуляции или при более высокой скорости. В одном или более вариантах реализации, минимальная средняя скорость циркуляции поддерживается на более высоком уровне, чем в типичных процессах полимеризации. Например, минимальная средняя скорость циркуляции в одном или нескольких вариантах реализации может составлять по меньшей мере 7,0 м/с или по меньшей мере 10,7 м/с, или по меньшей мере 12,2 м/с или по меньшей мере 13,7 м/с. Тем не менее, в других вариантах реализации, таких как с использованием петлевого реактора с трубами малого диаметра (например, около 15,24 см (около 6 дюймов)), минимальная средняя скорость циркуляции может составлять, например, около 3 м/с или 4 м/с, или 5 м/с. Скорость циркуляции в реакторе рассчитывается по объемному потоку в реакторе, деленному на площадь поперечного сечения секции трубы реактора. Считается, что локальная скорость суспензии в данной точке петлевого реактора может незначительно изменяться и имеет такой профиль, который обычно ниже у стенки петлевого реактора, чем в его центральной области. Тем не менее, ссылка на минимальную скорость циркуляции означает, что локализованная скорость суспензии равна или превышает указанную минимальную среднюю скорость циркуляции.

[0050] Один из способов поддержания заданной минимальной скорости циркуляции заключается в эксплуатации петлевого реактора при давлении, превышающем давление всасывания, необходимое для создания эффективного положительного напора на всасывании (NPSH) одного или более насосов, как определено производителем. Однако обнаружилось, что работа при таких давлениях или ниже может приводить к эрозионному разрушению насосов петлевого реактора (например, в результате кавитации). Кроме того, повышение скоростей суспензии может требовать больше энергии, подаваемой двигателем насоса, более высокого напора и большей прочности вала, подшипника, уплотнения и рабочего колеса.

[0051] Кавитация относится к формированию паровых полостей, таких как пузырьки или пустоты, которые образуются внутри жидкости, что может приводить к значительному износу внутренней части реакторной системы, включая усталость поверхности ее металлических компонентов. По определению, она представляет собой процесс образования паровой фазы (пузырьки пара) в жидкости, когда она находится в условиях пониженного давления при постоянной температуре. Кроме того, кавитация может обуславливать шум, повреждение компонентов, вибрацию и потерю производительности насосов, а также, например, механическое повреждение уплотнения в петлевых суспензионных реакторах. Соответственно, процессы полимеризации стараются проводить в условиях, позволяющих избегать кавитации.

[0052] Степень кавитации можно оценить с помощью безразмерного параметра, обычно называемого числом кавитации (Са), который традиционно обозначается σ. Число кавитации (Са) полезно для анализа или характеризации динамики потока жидкости, в которой может возникнуть кавитация. Число кавитации (Са) выражает взаимосвязь между кинетической энергией на единицу объема и разностью локального абсолютного давления и давления пара, это число используется для характеризации потенциала кавитации потока (т.е., чем меньше число, тем выше вероятность того, что поток будет кавитировать). Безразмерные числа часто определяются как произведения или отношения величин, которые не являются безразмерными, но размерности которых взаимно уничтожаются при умножении их степеней. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, особенно, в свете настоящего раскрытия, что измеренные параметры, используемые для расчета безразмерных величин, упомянутых в данном документе, перед выполнением расчета должны быть преобразованы в одинаковые или согласованные единицы таким образом, чтобы единицы взаимно уничтожались, что будет приводить к получению безразмерного числа.

[0053] Число кавитации определяется следующим уравнением (1):

где р обозначает плотность жидкой суспензии, измеренную в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, кг/м³, P_r обозначает локальное давление (или давление окружающей среды, абсолютное давление), измеренное в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, Па (Паскали), P_v обозначает давление пара жидкой суспензии, измеренное в единицах, известных специалисту в данной области техники, таких как, например, Па, и V обозначает характеристическую скорость потока (т.е., скорость циркуляции), измеренную в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, м/с.

[0054] В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения, контрольное число кавитации в процессе полимеризации составляет меньше, чем 35,7. Альтернативные варианты включают контрольные числа кавитации, например, менее 30 или менее 20, или менее 10, или от 6 до 60, или от 12 до 50, или от 18 до 40, или от 24 до 36. В данном документе принято, что термин «контрольное число кавитации» относится к верхнему пределу числа кавитации в любой точке на протяжении всего процесса. В другом варианте реализации, среднее число кавитации в процессе полимеризации составляет менее 35,7. Альтернативные варианты реализации включают средние числа кавитации, например, менее 30 или менее 20, или менее 10, или в диапазоне от 6 до 60, или от 12 до 50, или от 18 до 40, или от 24 до 36.

[0055] Число Эйлера также является безразмерной величиной, используемой в расчетах потока жидкости. Оно отражает взаимосвязь между локальным перепадом давления (т.е., разностью давлений) и кинетической энергией на единицу объема, и используется для характеризации потерь в потоке, при этом идеальный поток без трения соответствует числу Эйлера 1. Число Эйлера определяется следующим уравнением (2):

где р обозначает плотность жидкой суспензии, измеренную в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, кг/м³, ΔР обозначает разность между давлением на входе и давлением на выходе, измеренными в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, Па, и V обозначает характеристическую скорость потока (т.е., скорость циркуляции), измеренную в единицах, известных специалистам в данной области техники, таких как, например, м/с. В то время как специалисты в данной области техники могут использовать число Эйлера для характеризации параметров потока жидкости, другие специалисты могут использовать число Руарка (обозначаемое символом Ru), которое является обратной величиной числа Эйлера.

[0056] Один или более вариантов реализации включают способы полимеризации, в которых поток имеет число Эйлера, например, по меньшей мере 5 или по меньшей мере 6, или по меньшей мере 7.

[0057] Кроме того, один или более вариантов реализации включают отношение длина/диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше, например, чем 184, или меньше, чем 180, или меньше, чем 175, или меньше, чем 170. В данном документе принято, что термин «длина» определяется как длина потока (описана ниже в данном документе), а «диаметр» определяется как внутренний диаметр (описан ниже в данном документе).

[0058] Соответствие указанным выше условиям может достигаться с помощью различных конфигураций технологического процесса. Например, условия могут быть выполнены с помощью конфигурации реактора, такой как направление и радиус колен и направление и длина горизонтальных секций, условий эксплуатации, таких как давление и температура, описанные в данном документе, и выбора разбавителя.

[0059] После удаления из реактора полиолефин может быть передан в систему извлечения полимера для дальнейшей обработки, такой как введение добавок и/или экструзия. Такие системы извлечения известны специалистам в данной области техники и поэтому не описаны подробно в данном документе.

[0060] Полиолефины (и их смеси), образованные с помощью способов, описанных в данном документе, могут включать, но не ограничиваются ими, линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LDLPE), эластомеры, пластомеры, полиэтилены высокой плотности (HDPE), полиэтилены низкой плотности (LDPE), полиэтилены средней плотности (MDPE), полипропилен и полипропиленовые сополимеры.

[0061] В одном или более вариантах реализации, полученный полиолефин может включать полиэтилен, имеющий плотность (измеренную по стандарту ASTM D-792) от около 0,86 г/куб. см до около 0,98 г/куб. см или от около 0,88 г/куб. см до около 0,965 г/куб. см, или от около 0,90 г/куб. см до около 0,965 г/куб. см, или от около 0,925 г/куб. см до около 0,97 г/куб. см.

[0062] В одном или более вариантах реализации, полученный полиолефин может включать полиэтилен высокой плотности. В данном документе принято, что термин «полиэтилен высокой плотности» относится к полимерам на основе этилена, имеющим плотность от около 0,94 г/куб. см до 0,97 г/куб. см.

[0063] В одном или нескольких вариантах реализации, полученный полиолефин может включать полиэтилен низкой плотности. В данном документе термин «полиэтилен низкой плотности» относится к полимерам на основе этилена, имеющим плотность менее чем около 0,92 г/куб. см.

[0064] Полиолефины и их смеси полезны в применениях, известных специалистам в данной области техники, таких как операции формования (например, экструзия и соэкструзия пленки, листа, труб и волокон, а также раздувное формование, литье под давлением и роторное формование). Пленки включают пленки с раздувом, ориентированные или отлитые, полученные путем экструзии или совместной экструзии, или ламинирования, используемые в качестве термоусадочной пленки, клейкой пленки, стретч-пленки, герметизирующих пленок, ориентированных пленок, упаковки для закусок, мешков для тяжелых грузов, продуктовых мешков, упаковки для выпечки и замороженных продуктов, медицинской упаковки, промышленных вкладышей и мембран, например, для упаковки, предназначенной для контакта с пищевыми продуктами и для контакта с непищевыми продуктами. Волокна включают пленки, разрезанные на ленточки, моноволокна, волокна, формованные из расплава, формованные из раствора и полученные путем мелтблауна, предназначенные для использования в тканой или нетканой форме для изготовления, например, мешков, пакетов, веревок, шпагата, основы коврового покрытия, ковровой пряжи, фильтров, узорчатой сетки, медицинской одежды и геотекстиля. Экструдированные изделия включают, например, медицинские трубки, покрытия для проводов и кабелей, листы, такие как термоформованные листы (включая профили и пластиковый гофрированный картон), геомембраны и противофильтрационную облицовку водоема. Формованные изделия включают, например, однослойные и многослойные конструкции в форме бутылок, резервуаров, больших полых изделий, жестких пищевых контейнеров и игрушек.

[0065] Фигура 1 иллюстрирует петлевой реактор (или реакционную зону петли) 10, имеющий вертикальные сегменты 12, верхние горизонтальные сегменты 14 и нижние горизонтальные сегменты 16. Эти верхние и нижние горизонтальные сегменты 14 и 16 определяют верхнюю и нижнюю зоны горизонтального потока. Рабочее колесо (не показано), приводимое в действие двигателем 24, расположено в петлевом реакторе 10 для осуществления циркуляции суспензии. Каждый вертикальный сегмент 12 соединен с другим вертикальным сегментом через соответствующий горизонтальный сегмент (14 или 16). Вертикальные сегменты 12 могут иметь теплообменные рубашки (или охлаждающие рубашки) 18. Вертикальные сегменты 12 и горизонтальные сегменты 14 и 16 определяют реакционную зону петли. Реакционная зона петли 10 может содержать большее или меньшее количество вертикальных сегментов 12 и соответствующих горизонтальных сегментов 14 и 16, чем показано на Фигуре 1. Кроме того, реакционная зона 10 петли может быть ориентирована вертикально или горизонтально. Кроме того, некоторые или все горизонтальные сегменты 14 и 16 могут быть изогнутыми элементами, которые соединяют вертикальные сегменты 12. Соединительные сегменты 14 и 16 могут иметь любую форму или форму, которая соединяет вертикальные сегменты 12 и дает возможность жидкости протекать между ними. В некоторых конфигурациях, вертикальные сегменты 12 могут быть соединены с U-образным сегментом (не показан), а не с горизонтальными сегментами 14 и 16, как показано.

[0066] На Фигуре 1, олефиновый мономер и восполняющий разбавитель вводятся по линиям 26 и 28 соответственно, которые могут производить подачу непосредственно в петлевой реактор 10 в одном или множестве мест или могут объединяться с линией рециркуляции конденсированного разбавителя 30, как показано на Фигуре 1. Сомономер также может вводиться в петлевой реактор 10 по этим линиям. Мономер и сомономер могут подаваться в петлевой реактор 10 любым подходящим способом, таким как, например, с помощью простого отверстия в реакторе, сопла, разбрызгивателя или другого распределительного устройства.

[0067] Катализатор может быть введен в петлевой реактор 10 по линии 32 введения катализатора, которая создает зону (местоположение) для введения катализатора. Можно использовать любые подходящие способы введения катализатора в петлевой реактор. Например, могут быть использованы способ и устройство для приготовления катализатора и его подачи в реакционную зону петли, раскрытые в патенте США №6262191, который включен в данный документ посредством ссылки.

[0068] Удлиненный полый элемент для непрерывного удаления из петлевого реактора 10 суспензии промежуточного продукта, в целом, обозначен ссылочной позицией 34. Механизм 34 непрерывного отвода может быть расположен в или рядом с выходным концом одного из нижних горизонтальных сегментов 16 и рядом или на соединительном колене 20. Петлевой реактор 10 может иметь один или более элементов для непрерывного отвода. Следует сознавать, что, хотя в конкретных вариантах реализации на Фигуре 1 эти элементы изображены как механизмы 34 непрерывного отвода, предполагается, что, как известно специалистам в данной области техники, в качестве альтернативы или в сочетании с механизмами непрерывного отвода, могут использоваться отстойные стойки.

[0069] Хотя на Фигуре 1 изображено восемь петель, можно использовать любое количество вертикальных сегментов 12 или «петель». Например, может быть использован шестипетлевой реактор или реактор с двенадцатью петлями. Длина потока реакционной зоны петли может составлять более 274 м или более 305 м, или более 335 м, или более 366 м, или более 396 м, или более 427 м, или более 457 м, или более 488 м, или более 518 м, или более 549 м, или более 579 м, или более 609 м (более 900 футов или более 1000 футов, или более 1100 футов, или более 1200 футов, или более 1300 футов, или более 1400 футов, или более 1500 футов, или более 1600 футов, или более 1700 футов, или более 1800 футов, или более 1900 футов, или более 2000 футов). Вышеуказанные длины могут быть приблизительными в некоторых ситуациях. В данном документе принято, что термин «длина потока» относится к общей длине пути, который суспензия проходит при однократном прохождении через петлевой реактор.

[0070] В одном или более вариантах реализации, каждый вертикальный сегмент 12 и каждый горизонтальный сегмент 14 и 16 имеют по существу равные диаметры. В данном документе принято, что термин «диаметр» относится к внутреннему диаметру трубы петлевого реактора. В одном или нескольких вариантах реализации, диаметр составляет, например, от 0,25 до 1,0 м или от 0,30 до 0,8 м, или от 0,35 до 0,76 м.

[0071] Петлевой реактор 10 можно эксплуатировать в таком режиме, чтобы генерируемый перепад давления составлял, например, по меньшей мере 18 фт./кв. дюйм или по меньшей мере 20 фт./кв. дюйм или по меньшей мере 22 фт./кв. дюйм, или по меньшей мере 24 фт./кв. дюйм, или по меньшей мере 26 фт./кв. дюйм, или по меньшей мере 28 фт./кв. дюйм, или по меньшей мере 30 фт./кв. дюйм. В данном документе термин «перепад давления» относится к разнице между входным и выходным концами одного или нескольких насосов, используемых для циркуляции суспензии.

[0072] Для дополнительной иллюстрации корреляции условий в реакторе, кавитации и числа Эйлера, ниже приведены примеры расчетов для теоретического процесса полимеризации этилена, проводимого в изобутане в петлевом реакторе с восемью вертикальными петлями.

[0073] Как показано в таблице 1, с увеличением скорости циркуляции (V) число кавитации (Са) уменьшается. Такие более низкие числа кавитации дополнительно позволяют использовать внутри реактора во время работы пониженные температуры реактора (T_R) и повышенные концентрации этилена (С₂).

[0074] Как показано в таблице 2, при увеличении числа Эйлера может быть достигнуто более высокое содержание твердых частиц в реакторе.

[0075] Как проиллюстрировано в данном документе, варианты реализации изобретения обеспечивают адекватный (и, в некоторых случаях, улучшенный) режим для процессов полимеризации при более низких числах кавитации, чем считалось приемлемым ранее. Фактически, варианты реализации изобретения обеспечивают пригодность процесса полимеризации к использованию при числах кавитации, которые могут быть приближенными к кавитации. Кроме того, такие способы, включающие более низкие числа кавитации, пригодны к осуществлению без значительного увеличения давления в реакторе, что дает возможность избегать или минимизировать повышение затрат, обычно связанное с уменьшением чисел кавитации.

[0076] Следовательно, настоящее изобретение хорошо приспособлено к достижению упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые ему присущи. Конкретные варианты реализации, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано, и его практическое применение можно осуществить различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, которые могут использовать преимущества идей, приведенных в данном документе. Кроме того, никакие ограничения не предусмотрены для конструкции или деталей конструкции, приведенных в данном документе, кроме тех, которые описаны в приведенной ниже формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации, раскрытые выше, могут быть изменены, объединены или модифицированы, и считается, что все такие варианты входят в объем настоящего изобретения.

[0077] Изобретение, иллюстративно раскрытое в данном документе, должным образом может быть осуществлено на практике в отсутствие любого элемента, который конкретно не раскрыт в данном документе, и/или любого необязательного элемента, раскрытого в данном документе. Хотя составы и способы описаны в данном документе в терминах «содержащий» или «включающий» различные компоненты или этапы, составы и способы могут также «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов или этапов. Все числа и диапазоны, раскрытые выше, могут изменяться на некоторую величину. В каждом случае, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно раскрываются любое число и любой включенный диапазон, попадающий в этот диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в форме «от около а до около b» или, что эквивалентно, «от примерно а до b», или, что эквивалентно, «от примерно а-b»), раскрытый в данном документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, включенный в более широкий диапазон значений.

[0078] Конкретные варианты реализации, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку изобретение можно модифицировать и применять на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами приведенных здесь идей. Кроме того, никакие ограничения не предусмотрены для конструкции или деталей конструкции, приведенных в данном документе, кроме тех, которые описаны в приведенной ниже формуле изобретения. Следовательно, очевидно, что конкретные варианты реализации, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты рассматриваются как входящие в объем изобретения. Соответственно, объем испрашиваемой защиты соответствует изложенному в приведенной ниже формуле изобретения.

1. Способ полимеризации олефинов, включающий:

циркуляцию суспензии, содержащей олефиновый мономер, выбранный из C₂-C₁₂ олефиновых мономеров, жидкий разбавитель, выбранный из C₃-C₇ алканов, катализатор и полиолефиновые частицы в условиях полимеризации внутри петлевого реактора, причем в ходе циркуляции число кавитации составляет от 6 до 60, а условия полимеризации включают температуру полимеризации от 38 до 121°С и давление полимеризации от 27 до 50 бар.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число кавитации (Са) составляет от 12 до 50.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число кавитации (Са) составляет от 18 до 40.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что число кавитации (Са) составляет от 24 до 36.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что средняя скорость циркуляции (v) по меньшей мере 7,0 м/с.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что средняя скорость циркуляции (v) по меньшей мере 10,7 м/с.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что средняя скорость циркуляции (v) по меньшей мере 12,2 м/с.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура полимеризации составляет от 75°C до 110 °C.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензия содержит олефиновый мономер в концентрации от 0,7 мас.% до 10,5мас. %.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что олефиновый мономер включает этилен.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 5.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) составляет менее чем 184.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) составляет менее чем 184.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензия содержит более 48 мас.% полиолефиновых частиц.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что суспензия содержит более 48 мас.% полиолефиновых частиц.

16. Способ полимеризации олефинов, включающий:

циркуляцию суспензии, содержащей олефиновый мономер, выбранный из C₂-C₁₂ олефиновых мономеров, жидкий разбавитель, выбранный из C₃-C₇ алканов, катализатор и полиолефиновые частицы, в условиях полимеризации в петлевом реакторе, причем во время циркуляции число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 5, а условия полимеризации включают температуру полимеризации от 38 до 121°С и давление полимеризации от 27 до 50 бар.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 6.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что число Эйлера (Eu) составляет по меньшей мере 7.

19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше чем 184.

20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше чем 180.

21. Способ по п. 16, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше чем 175.

22. Способ по п. 16, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше чем 170.

23. Способ по п. 16, отличающийся тем, что суспензия содержит более 48 мас.% полиолефиновых частиц.

24. Способ по п. 16, отличающийся тем, что суспензия содержит более 50 мас.% полиолефиновых частиц.

25. Способ по п. 16, отличающийся тем, что суспензия содержит более 52 мас.% полиолефиновых частиц.

26. Способ по п. 16, отличающийся тем, что отношение длина потока/внутренний диаметр/число Эйлера (L/D/Eu) меньше чем 184, и при этом суспензия содержит более 48 мас.% полиолефиновых частиц.