Способ получения полиэтилена

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстнческнх республик

<и 931721 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 30 06.80 (21) 299 1ф45/2З-05 с присоединением заявки па— (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.82. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 04.06.82 (51)М. 3(л.

С 08 F 110/02

ИВудератээенме кемнтет. СССР аа делам нзееретелнй

rr еткрыткй (53) УЛК678, . 742.2.02 (088.8) С. Г. Любецкий и Н. А. Лебедев (12) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА

Изобретение относится к химической промышлэнности, в частности к способу получения полиэтилена по метоцу высоко-. го давления.

Известен способ (1) получения полиэтижна цутем полимернзации этилена в

3 трубчатом реакторе с распредежнием о тока мономера и инициатора по длине ре- ° актора при давлении 1055-3500 атм и

180-300о C в присутствии свободнорадиr0

«ального инициатора (кислород, перекиси).

После прохождения полимеризации реакционный поток, предваритеш но охлажденный в холодильнике, цросселируют через вентиль в отделитель высокого давления, при этом давление понижают от реакционного до 300 атм.

В отделителе высокого давления происходит разделение реакционной смеси на две фазы: жидкую - насыщенный раствор этилена в полиэтилене (концентрация этилена не выше 15% ат массы полиэтилена) и газообразную — практически чнс тый этнлен, содержатций менее 0,1% низ комолекулярных цзодуктав, в том чисж низкомолекулярных фракций полиэтнжна.

Из отцэлителя высокото давлуния газовая фаза направляется Ва очистку н охлажднние и далее возвратцается на всас комп рессора высокого давления, откуда пос ле смешения с исходила газом и риайя до рабочего давления поступает в .ректор. Расплав цолнэтнюна, насьанзнный этиленом, поступает после допоаюитетнного дроссетнтрования да давления не выше

7 «гс/см в отделитеа низкого давленить из которого этнлен (Щ от массы потнтэтижна или 1% от исходного этилена) посж очистки н охлаждения возвратцают

HB BcBc EoMrIpeccoprr первого каскадау а полиэтилен постувает на датннейшую об работку в аетструдер.

Основным недтстатком этого способа является непрсетзводнтельный расход энергии, требукмцийся для циркуляции этилена в цикле высокого дттвжния в интервале от 300 кгс/см цо рабочего

21 4

3 QS17 причем тем больший, чем выше рабочее давление. Этот расход энергии составляет в пределе до 75% or общего расхода энергии на компримирование.

Известен также способ (2) получения полиэтилена по методу высокого давления с радикальными инициаторами на установке Полимер 50, процесс полимеризации этилена протекает в реакторе при давлении 1700-2500 кг/см -и 310оС.

При таких параметрах получающийся в реакторе полиэтилен растворен в этилене и реакционная масса находится в гомогенном состоянии. Конверсия этилена в полиэтилен за один проход реакционной массы через реактор составляет 0,2. После полимернзации и предварительного охлаждения реакционный поток дросселируют через вентиль в отделитель высокого давления, при этом давление смеси снижается от реакционного, например от Р =

=2000 кгс/см 1, до Р„=300 кгс/см, а температура среды равна 258 С. При этих условиях реакционная смесь становится гетерофаэной (тяжелая фаза - ра- 25 створ зтижна в полиэтилене и легкая фаза — этилен). Из отделителя полиэтилен с растворенным в нем этиленам направляется на дальнейшую обработку, а этилен посж очистки or частиц полиэтилена и 5а охлаждения поступает на всас компрессора П каскада. В компрессоре этилен сжимается с 300 до 2000 кгс/см, да- ° лее газ поступает в реактор. Для полу-чения 1000 кг/ч полиэтилена через реактор должно пройти смеси этилена с инициатором в количестве 5000 кг/ч, при этом возвратный полиэтилен в количестве

4000 кг/ч дожимается компрессором на

1700 кгс/см .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому рену льтату является способ (3) получения полиэтилена полимеризацией этилена в ом трубчатом реакторе НрН дав 45 жнии 1600-2500 ат в присутствии радикального инициатора с распределением потока мономера и инициатора но зонам с последующим трехступенчатым отделением олиэгилена от непрореагировавшего мономера.

Процесс полимеризации осуществляют при 110-300оС с применением кислорода в качестве, инициатора. После проведения полимеризации полученный продукт разделяют под реакционным давлением в

55 цикланнЬм сепараторе на две фазы, ger кую -. практически чистый этижн и тяжелую - раствор этилена в полиэтилене.

Легкую фазу возвращают обратно в трубчатый реактор, и тяжелую раэпеляют затем обычным пвухступенчатым методом (сначала в сепараторе, промежуточного давления при 70-350 атм, а потом в сепараторе низкого давления при 1-10 атм), на полиэтижн и исходный мономер.

Этот способ относительно эффективен только при наличии в реакторе гетерогенной системы этилен-полиэтижн, т.е. при давлении значительно ниже 1600 атм.

При давжнии 1600 атм, когда система этилен-полиэтилен гомоганна, разделение на первой ступени под реакционным давлением неэффективно, т.е. рециркулирующий поток этижна (легкая фракция), возвращаемый на вход реактора, содержит значительное количество образовавшегося полиэтилена, что приводит к резкому снижению интенсивного процесса при повторном прохождении его через реактор и непроизводительным затратам энергии.

Uem изобретения — снижение энергоемкости процесса.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения полиэтилена полимеризацией этилена в многоэонном трубчатом реакторе при давлении 1600-2500ат в присутствии радикального инициатора с распределением потока мономера и инициатора по зонам с посждующим трехступенчатым отделением полиэтилена or непрореагировавшего мономера полимернзацию осуществляют в присутствии 7,518,0 мас.% от общего количества этилена инертного газа, а отделение полиэтилена на первой ступени проводят под давжнием на 30-40% ниже давжния на выходе из реактора.

Добавка инертного газа (азот, аргон и т.rr.) к этилену существенно понижает растворимость полцзтилена в "реакционной смеси при одной и той же температуре и парциальном давжнни этилена (так как наблюдается повышение критической температуры фазового разделения реакционной смеси).

На чертеже представжна принципиальная схема получения полиэтилена предла» гаемым способом.

И первую зону трубчатого реактора 1 из компрессора 2 подают компримированный до реакционного давления этижн. Во вторую и третью зоны трубчатого реактора компрессором 3 подают компримированну о до реакционного давления смесь этилена с азотом и инициатор. После прохождения полимеризации реакционный поток epee дросселируюший вентиль

5 9317 р а 1 через дросселирующий вентиль 4 поступает на первую ступень разделения в отделитель 5 при 260 С и давжнии

1250 атм. После раздежния непрореаж» ровавший гаэ проходит систему фильтров

6 и теплообменников 7 и поступает на всас компрессора 3. Раствор этилена в полиэтилене поступает через дросселиру кнций вентиль 9 в отделитель 10 второй ступени, где под давжнием 300 атм ! происходит дальнейшее разделение на газообразную фазу (непрореагировавший этижн) и расплав олиэтижна, насыщен ный этиленом, который через дросселиру ющий вентиль 11 поступает в отделитель

12 третьей ступени, где происходит разделение при 7 атм. Из отделителя 12 через дросселирукнций вентиль 13 выделенный полиэтижн поступает на экструдер.

Непрореагировавший газ из отделителя 10 проходит систему фильтров 14 и теплообменникрв 15, а затем поступает на всас компрессора 2. Непрореагировавший газ из отделителя 12 третьей сту пени проходит систему фильтров 16 и тенлообменников- 17, смешивается со свежим этиленом и поступает на всас компрессора 18, гдэ сжимается до промежуточного давления, а затем поступа-ет на всас компрессора 2.

Выход полиэтилена 12,2 т/ч (конверсия 24,4%); показатель текучести рас плава 1,95 г/10 мин; плотность

0,9223 г/см . Расход эжктроэнергни суммарно по всем реакционным компрес- сорам составляет 380 кВт/т.

Пример 2. Опыт проводят в уело виях примера 1, но при давлении в реак торе, равном .2500 атм, и подаче

24,4 т/ч этилена в 3 зону реактора ком прессором 2, во П и Щ эоны компрессором 3 по 10 0 т/ч этижна и но 4,6 т/ч (что соответствует 18 мол.%) азота, максимальная температура по зонам реакт Ва составляет: 302оС, 298oC и

301 C. Давление на выходе из реактора

4 поступает на первую ступень разделения в отделитель 5. После разделения непрореагировавший газ проходит систему, фильтров 6 и теплообменников 7, смешивается в случае необходимости с 5 азотом, подаваемым компрессором 8, и поступает на всас компрессора 3.

Раствор этилена в полиэтилене через дросселирующий вентиль 9 поступает в отделитель 10 второй ступени разделения.>0

Из отделителя 10 расплав полиэтилена, насыщенный этиленом, поступает через дросселирукиций вентиль 11 в отделитель

12 третьей ступени. Из отделителя 12 полиэтилен через . дросселирукиций вен- . I5 тиль 13 поступает на экструдер. Непрореагировавший газ иэ отделителя проходит систему фильтров 14 и теплообменников 15, а затем поступает на всас компрессора 2. Непрореажровавший газ щ

npoxozn систему фильтров 16 и теплообменников 17, смешивается со свежим этиленом и поступает на всас компрессора 18, где сжимается до промежуточного

I давления, а затем вместе с непрореагировавшим газом поступает на всас компрессора. Количество реакционной смеси, поступающей на вход в первую и последующие зоны реактора, регулируют вентилем

1&. Расчет массового расхода этилена по компрессорам 2 и 3 производят соо ветственно по формулам: „= С, х (4+/}, где Q - суммарный массовый расход потока в реактор; 35

X - величина конверсии этилена (м.д.),0< х<4; - массовая доля газа, выделяющегося посж дросселирования

40 раствора полиэтижна до давжния не выше 300 кгс/см (or количества полиэтижна), О(8(1

4„=5 )1-Õ(+ Ö.

В качестве инициатора используют кис 3 лород, перекиси, азосоединения или их смеси.

Пример 1. В трехзонный трубчатый реактор 1, имеющий длины зон и внутренние диаметры труб (в метрах) по зонам соответственно: 1. зона — 570у

0,04„ II зона - 250g 0,063 III зона300; 0,06, подают компрессором 2 в

1 зону 26,0 т/ч этилена, содержаще о

13pprn кислорода. Во П и И! зоны комп рессором 3 подают по 12,0 т/ч этилена и. по 1,9 т/ч азота (что ссставляет

7,5 мол.% от общего количества этилена) в каждую зону. На входы во П и Ill

21 б зоны подают 10%-ный раствор третичнобутилпербензоата в парафиновом масле в количестве по 37 л/ч. Реакционное давление на входе в реактор 2000 атм, температура потоков газа на входах в зоны 4 C,температура теплоносителя в рубашках по зонам: 200оС, 200оС, 200 С. Максимальная температура по зонам реактора: 298 С; 30 C 300 С, После проведения полимериэации давжние на выходе из реактора составляет

1800 атм. Реакционный поток из реакто"

Г 93172

2300 атм. Разделение реакционной смеси на первой ступени разделения в отде1к1теле 5 проводят при 258 С и давжнии

1400 атм.

Выход полиэтижна 12,3 т/ч (кон- 5 версия 24,5%); показатель текучести расплава 2,0 г/10 мин; плотность

0,923 г/смз.

Расход электроэнергии по реакционным компрессорам составляет 530 кВт/т.10

Пример 3. Опыт проводят в условиях примера l но компрессором 3 подают по 11,4 r/÷ этижиа и tzo

2j7 т/ч (что составляет 7,5 мол%)) аргона. 15

Выход полиэтилена 11,6 т/ч (конверсия 24%) показатель текучести рас плаза 2,0 г/10 мин; плотность

0,9225 т/см .

Расход электроэнергии по реакционным m компрессорам составляет 380 кВт/т.

Пример 4. (контрольный). Опыт проводят в условиях. примера l, но в огсутствие азота и первой ступени разделения. Расход электроэнер1ъщ tto реак- у5 ционным компрессорам составляет

500 кВт/т.

Пример 5 (контроиный). Опыт проводят в условиях примера 2, но в отсу гствие азота и первой ступени разде- зе жния. Расход электроэнергии по реакционным компрессорам составлжт 680 кВт/r<

Пример 6. Опыт проводят в условиях примера 1, ио при давлении в ре акторе 1600 атм и подаче 25,0 т/ч этижна в Х зону реактора Компрессором

2, во П и Ш зоны компрессором 3 по

12,4 т/ч жижна и по 2,0 т/ч (что соответствует 7,5 мол.%) азота, максимал ная температура tto зонам реактора 4й тавл1нт. 300оС 297оС 295оС Дав

aeaae aa выходе из реактора 1450 атм.

Pastteiieaae реакционной смеси на первой

1 Я ступени резделения в отделителе 5 проводят при 253оС и давжнии. 1000 атм.

Выход полиэтилена 9,7 т/ч (конверсия

18,0%); плотность 0,917 t /cì .

Расход эжктроэнергии по реакционным компрессорам составляет 310 кВт/т.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно снизить энер1 озатраты.

Формула изобретения

Способ получения полиэтижна поли«« меризацией этилена в многозонном трубчатом реакторе при давлении 16002500 ат в присутствии радикального инициатора с распределением потока мономера и инициатора по зонам с последутацим трехстуненчатым oräeëeaaeì полиэтилена

or непрореагировавшего мономера, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса, процесс полимеризации осуществляют s присутствии 7,5-18 0 мас.% от общего количества этилена инертного газа, а отдежние полиэтилена на первой ступени проводят под давлещ ем на 30-40% ниже давления на выходе as реактора.

Иот облики информации, принятые so внимание при экспертизе

l. Голссов А. Д., Динцес А. И. Гехнология щэоизводства полиэтилена и полипропилена, М„«Химия», 1976, с, 72-75.

2. Ooaattов 3. Н. и рр. «Поумер-50»процесс получения полиэтилена высокого давления, разработанный совместно специалистами СССР и ГДР - PPasta oM

К с1о19сИ Ц М 1979, специальиый выпуск с. 9-17 (базовый обьект).

3. Патент Великобритании

N 1039911, кл. С 3 Р, опублик. 1966 (прототип) .