CN116490264A - 鼓泡塔反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种鼓泡塔反应器，包括形成在下部的下室、形成在下室上部的液体反应区、形成在下室和反应区之间的分散板以及连接到下室以供应气态反应物的气体供应管，其中气体供应管包括延伸到下室中的喷射部，其中喷射部包括将气态反应物喷射到下室下侧的多个喷嘴。

Description

鼓泡塔反应器
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月23日提交的韩国专利申请第10-2021-0162827号的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种鼓泡塔反应器，更具体地，涉及一种鼓泡塔反应器，当在该鼓泡塔反应器中制备低聚物时，所述鼓泡塔反应器用于通过向反应区均匀供应气态反应物而改善反应介质的混合效率。
背景技术
α-烯烃在商业上广泛用作共聚单体、洗涤剂、润滑剂和增塑剂中使用的重要材料。特别地，1-己烯和1-辛烯已被广泛用作线性低密度聚乙烯(LLDPE)生产中控制聚乙烯密度的共聚单体。
α-烯烃通常通过乙烯的低聚反应来制备。作为其中进行乙烯低聚反应的反应器类型，已应用使用气态乙烯作为反应物通过与包括含有催化剂的液态反应介质的反应区接触而进行乙烯的低聚反应(三聚反应或四聚反应)的鼓泡塔反应器。
在鼓泡塔反应器中，气态反应物被供应到设置在反应器下部的下室，被引入到包括液态反应介质的反应区中，并同时通过分散板被分散和混合。
在相关技术中，在通过气体供应管将气态反应物供应到下室中时，采用的方法是朝着下室中的分散板向上喷射，但是在这种情况下，气态反应物很难通过喷射压力在下室中以充分混合的状态穿过分散板。此外，由于在反应区中进行的低聚反应产生的各种副产物堵塞分散板的孔等问题，仅通过分散板均匀供应气态反应物存在局限性。这导致反应区中反应介质和气态反应物之间的混合效率降低。
因此，为了解决上述问题，需要研究供应到反应区的气态反应物的均匀分散和供应。
发明内容
【技术问题】
为了解决本发明背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种鼓泡塔反应器，其中，在被供应到反应区之前，下室中的气态反应物被充分均匀地分散，然后被供应到反应区。
【技术方案】
在一个总体方面，鼓泡塔反应器包括：下室，其形成在下部；液体反应区，其形成在下室的上部；分散板，其形成在下室和反应区之间；和气体供应管，其连接到下室以供应气态反应物，其中，所述气体供应管包括延伸到下室中的喷射部，并且所述喷射部包括将气态反应物喷射到下室下侧的多个喷嘴。
【有益效果】
根据本发明的鼓泡塔反应器，通过从气体供应管延伸到下室中的喷射部将气态反应物喷射到下室下侧，可以提供气态反应物在下室中充分混合的路径和时间，并且气态反应物可以均匀地供应到反应区中并与反应介质混合。
此外，通过根据喷射部喷嘴的位置将喷射方向和喷射角度设置为不同，可以实现喷射的气态反应物的均匀混合，从而在反应区中均匀地供应气态反应物，并使反应区的混合效率最大化。
附图说明
图1是根据本发明一个实施方式的鼓泡塔反应器和相关工艺的流程图。
图2是根据本发明一个实施方式的鼓泡塔反应器的一部分的放大图。
图3是根据本发明另一实施方式的鼓泡塔反应器的一部分的放大图
图4是根据相关技术的鼓泡塔反应器和相关工艺的流程图。
具体实施方式
在本发明的说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为一般或字典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念，以便以最佳方式描述他们自己的发明的原则，被解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。
本发明中的术语“流”可以指流体在过程中的流动，也可以指流过输送管线(管道)的流体本身。具体地，“流”既可以指流过连接各个设备的管道的流体本身，同时也可以指流体的流动。此外，流体可以指气体、液体和固体中的一种或多种。
本发明中的其中“#”为正整数的术语“C#”是指所有具有#个碳原子的烃。因此，术语“C10”是指具有10个碳原子的烃化合物。此外，术语“C#+”是指具有#个或更多个碳原子的所有烃分子。因此，术语“C10+”是指具有10个或更多个碳原子的烃的混合物。
在下文中，将参照图1更详细地描述本发明，以帮助理解本发明。
根据本发明，提供了鼓泡塔反应器100。鼓泡塔反应器100包括形成在下部的下室200、形成在下室200上部的液体反应区300、形成在下室和反应区之间的分散板350以及连接到下室以供应气态反应物的气体供应管210，其中气体供应管210包括延伸到下室200中的喷射部220，并且喷射部220包括将气态反应物喷射到下室200下侧的多个喷嘴230。
根据本发明的一个实施方式，鼓泡塔反应器100可以用于通过在催化剂和溶剂的存在下对单体进行低聚反应来制备低聚物产物。
更具体地，鼓泡塔反应器100可以包括反应区300，并且通过连接到反应区300一侧的一个或多个反应介质供应管线310，可以将反应介质供应到反应区300。
同时，反应介质可以包括催化剂、助催化剂和溶剂。催化剂、助催化剂和溶剂可以分别通过单独的反应介质供应管线310供应，以及两种或更多种反应介质组分可以混合并通过反应介质供应管线310供应到反应区300。
根据本发明的一个实施方式，单体可以包括乙烯单体。作为一个具体实例，包括乙烯单体的气态反应物可以被供应到稍后将描述的鼓泡塔反应器100的下室200中，以通过低聚反应生产所需的α-烯烃产物。
溶剂可包括选自正戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、甲基环己烷、辛烷、环辛烷、癸烷、十二烷、苯、二甲苯、1,3,5-三甲基苯、甲苯、乙苯、氯苯、二氯苯和三氯苯中的一种或多种。
催化剂可以包括过渡金属源。过渡金属源可以是包括选自例如乙酰丙酮铬(III)、四氢呋喃氯化铬(III)、2-乙基己酸铬(III)、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸铬(III)、苯甲酰丙酮铬(III)、六氟-2,4-戊二酮酸铬(III)、乙酸铬(III)氢氧化物、乙酸铬(III)、丁酸铬(III)、戊酸铬(III)、月桂酸铬(III)和硬脂酸铬(III)中的一种或多种的化合物。
助催化剂可以包括选自例如三甲基铝、三乙基铝、三异丙基铝、三异丁基铝、乙基倍半氯化铝、二乙基氯化铝、乙基二氯化铝、甲基铝氧烷、改性甲基铝氧烷和硼酸盐中的一种或多种。
同时，在鼓泡塔反应器100的反应区300中，单体的低聚反应可以在包括催化剂、助催化剂和溶剂的液态反应介质中进行。如上所述，由其中进行单体的低聚反应的反应介质组成的区域可以被定义为反应区300。低聚反应可以指单体被低聚的反应。根据要聚合的单体数目不同，低聚反应又可称为三聚和四聚，它们统称为多聚。
α-烯烃在商业上广泛用作共聚单体、清洁剂、润滑剂、增塑剂等中使用的重要材料。特别是，1-己烯和1-辛烯通常用作线性低密度聚乙烯(LLDPE)生产中控制聚乙烯密度的共聚单体。可以通过例如乙烯的三聚或四聚来制备α-烯烃，例如1-己烯和1-辛烯。
鼓泡塔反应器100可以包括连接到反应区300并设置在反应介质供应管线的另一侧的产物排放管线320，并且可以通过产物排放管线排放包括低聚反应产物α-烯烃的产物。向反应区300供应反应介质和从反应区300排放产物可以连续进行。
同时，包含用于低聚反应的单体的气态反应物可以供应到位于鼓泡塔反应器100下部的下室200中，然后通过分散板350被供应到包括液态反应介质的反应区300。
也就是说，分散板350可以设置在下室200和反应区300之间，气态反应物，例如单体，可以从下室200穿过沿分散板350的中心和圆周等间隔形成的孔均匀分布并供应到包括反应介质的反应区300。
气态反应物通过分散板350流入含有液态反应介质的反应区300并同时被分散，并且通过分散气体的力产生湍流，使液态反应介质和气态反应物自然混合。此时，通过分散板350流入反应区300的气态反应物的分散力可以保持大于从液态反应介质向下作用的头压，使得液态反应介质可以保留在反应区300中。
根据本发明的一个实施方式，气态反应物可以通过连接到下室200并供应气态反应物的气体供应管210供应到下室200中。气体供应管210可以包括多个喷嘴230，喷嘴230具有延伸到下室200中的喷射部220，并将气态反应物喷射到下室200的下侧。喷嘴230可以控制要喷射的气态反应物的喷射方向和喷射角度，并且作为施加恒定喷射压力的装置，对喷嘴230的形式和结构没有特别的限制。
也就是说，在将例如气态乙烯的气态反应物供应到下室200的过程中，气态反应物被向下喷射并供应到下室200的下表面，使得喷射的气态反应物流与下室200的侧壁或下表面碰撞而被改变，并且可以引起气态反应物朝向下室200的侧壁的运动。与如图4所示的相关技术中向上朝着分散板喷射气态反应物的情况相比，这可以减少气态反应物在向上运动期间的中心浓度。也就是说，在本发明中，处于在下室200中被均匀混合的状态的气态反应物可以穿过分散板350，从而提高反应区300的混合效率，并且此外，在整个反应区上引起均匀反应以提高转化率。
参照图2和图3，气体供应管210和喷射部220可以被配置为一个集成管。同时，喷射部220可以在下室200的水平截面(横截面)的水平方向上从气体供应管210延伸到下室200内部中。也就是说，喷射部220可以水平延伸穿过下室200的水平截面(横截面)的中心。此外，设置在喷射部220中的多个喷嘴230、240、250、250’、260和260’可以在下室的径向方向(即，喷射部220的延伸方向)上设置成一行。
同时，根据位置，所述多个喷嘴可以具有不同的喷射方向和不同的喷射角度。
也就是说，根据本发明的一个实施方式，所述多个喷嘴可以包括位于下室200的中心区域的第一喷嘴、位于下室200的邻近内壁的区域的第二喷嘴、以及位于下室200的中心区域和邻近内壁的区域之间的区域的第三喷嘴。
具体地，第一喷嘴可以是最靠近下室的水平截面的中心或位于水平截面的中心的喷嘴，第二喷嘴可以是最靠近下室内壁的喷嘴。第三喷嘴可以是位于第一和第二喷嘴之间的喷嘴。
更具体地，参照图2，当设置在喷射部220中的多个喷嘴的数量是奇数时，第一喷嘴260可以设置在下室200的中心轴线C与喷射部220的相交点处。同时，可以设置邻近下室200内壁的第二喷嘴240和240’，并且可以在第一和第二喷嘴之间设置第三喷嘴250和250’。
此时，第一和第三喷嘴250、250’和260的喷射方向是向下的垂直方向，并且第二喷嘴240和240’的喷射方向与向下垂直方向之间的角度可以是15°到50°。这里，喷射方向是指喷嘴出口的方向，喷嘴的中心轴线指向该方向。也就是说，第一和第三喷嘴250、250’和260的喷射方向是朝向下室200的下表面的方向，而第二喷嘴240和240’分别具有朝向相邻内壁倾斜的喷射方向。这通过对下室200的内壁和下表面相遇的点的强烈喷射，防止了气态反应物在相应点的滞留，并引起气态反应物更平稳的流动，以使混合效率最大化。
根据本发明的一个实施方式，所述多个喷嘴根据位置可以具有不同的喷射角度。这里，喷射角是指由围绕喷嘴出口排放的气态反应物的区域形成的角度。在这种情况下，第一喷嘴260的喷射角可以是95°至120°，第二喷嘴240和240’的喷射角可以是15°至45°，第三喷嘴250和250’的喷射角可以是50°至90°。在喷射气态反应物时，位于下室200中心区域的第一喷嘴260以相对较宽的喷射角喷射，邻近下室200侧壁的第二喷嘴240和240’可以以较窄的喷射角喷射。同时，位于第一和第二喷嘴之间的第三喷嘴250和250’可以以比第一喷嘴260的喷射角窄且比第二喷嘴240和240’的喷射角宽的喷射角喷射。当通过所述多个喷嘴排放的气态反应物的流速相同或相似时，与具有宽喷射角的第一喷嘴260相比，具有窄喷射角的第二喷嘴240和240’的喷射压力可能是最大的。
由此，通过由通过所述多个喷嘴喷射的气态反应物的流动促进相互混合，并基于气态反应物与下室200的下表面和内表面的碰撞诱导形成涡流，可以进一步激活气态反应物的混合。最重要的是，通过邻近内壁的第二喷嘴240和240’以窄喷射角喷射气态反应物，可以减少气态反应物在向上运动中的中心浓度。
同时，参照图3，当设置在喷射部220中的多个喷嘴的数量是偶数时，第一喷嘴260和260’可以基于作为中心的下室200的中心轴线C彼此隔开以彼此对应。同时，可以设置邻近下室200内壁的第二喷嘴240，并且可以在第一和第二喷嘴之间设置第三喷嘴250。即使当所述多个喷嘴的数量是偶数时，第一至第三喷嘴的喷射方向和喷射角度也可以与当所述多个喷嘴的数量是奇数时的喷射方向和喷射角度相同。
参照图2，在根据本发明一个实施方式的鼓泡塔反应器100中，下室200的高度H可以是反应器直径R的两倍或更多，并且特别地，高度H可以是反应器直径R的2至3倍。这里，下室200的高度H是从下室200的下表面到分散板350的长度。与图4所示的相关技术的鼓泡塔反应器100’相比，下室200的高度H增加到大于反应器直径R的两倍，从而充分确保气态反应物在喷入下室200后上升的上升空间，并提高气态反应物的分散效率。同时，通过将下室200的高度H设定为反应器直径R的3倍或更小，可以防止鼓泡塔反应器的尺寸为了分散效率而过度增大。
另外，喷射部220的高度h与下室200的高度H的比h/H可以是0.1至0.5，特别地，0.2至0.3。如果高度比h/H小于0.1，则喷射部220可能太靠近下室200的下表面，从而不能通过改变喷嘴的喷射方向和喷射角度来适当地发挥混合效率的效果，并且喷射气体的流动可能受到负面影响。同时，如果高度比h/H大于0.5，则喷射部220可能与下室200的下表面过度间隔开，并且喷射的气体可能切换到向上流动，而不接触下室200的下表面，从而导致混合效率降低。
同时，当供应到鼓泡塔反应器100的反应区300的气态反应物穿过其中存在溶剂和催化剂的液态反应介质时，通过催化反应进行低聚反应。在这种情况下，反应区300中的气态反应物和反应介质彼此混合，以两相存在。通过反应物的低聚反应产生的低聚物产物可以作为液体产物流出物流通过产物排放管线320排放。包括未在反应介质中经历低聚的未反应单体和溶剂的气态第一流出物流可以被移动到反应区300上方的分离区400。
具体而言，在反应器100中，由于单体的催化反应，除了期望的低聚物产物之外，还生成固态聚合物作为副产物，并漂浮在液体反应介质中。此时，当包括单体的大量气态反应物通过分散板350供应到反应区300时，固体聚合物和液体溶剂可能与未反应的气态单体一起被夹带，并作为第一流出物流排放。
当该第一流出物流通过分离区400时，向上的运动速度会被降低，并且夹带的聚合物和溶剂可以容易地从第一流出物流中除去。
同时，穿过分离区400的第一流出物流可被引入位于分离区400上方的冷凝区500，在冷凝区500中冷凝的溶剂可通过分离区400回流到反应器的反应区，以在低聚反应中重新使用。同时，未冷凝的气态组分可以通过气体排放管线520排放到鼓泡塔反应器100的外部。
此外，产物流出物流可以包括通过低聚反应产生的低聚物产物和溶剂，并且低聚物产物和溶剂可以通过额外的分离装置分离。分离的溶剂可以在低聚物制造过程中重新使用。此外，例如，当使用乙烯单体作为单体进行低聚反应时，低聚物产物可以包括1-己烯和1-辛烯。
以上，已经描述并在附图中图示了根据本发明的鼓泡塔反应器。然而，所述描述和附图的图示仅用于理解本发明的必要部件，除了在说明书和附图中描述和图示的工艺和设备外，未单独描述和图示的工艺和设备可以适当地应用和用于实施根据本发明的鼓泡塔反应器。

Claims (10)

1.一种鼓泡塔反应器，包括：
下室，其形成在下部；
液体反应区，其形成在所述下室的上部；
分散板，其形成在所述下室和所述反应区之间；和
气体供应管，其连接到所述下室以供应气态反应物，
其中，所述气体供应管包括延伸到所述下室中的喷射部，
所述喷射部包括将气态反应物喷射到所述下室下侧的多个喷嘴。
2.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其中，所述喷射部的多个喷嘴被设置成在所述下室的径向方向上成一行。
3.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其中，所述喷射部在水平方向上延伸经过所述下室的水平截面中心。
4.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其中，所述下室的高度是所述反应器直径的两倍或更多。
5.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其中，所述多个喷嘴包括：
第一喷嘴，其位于所述下室的中心区域；
第二喷嘴，其位于所述下室的邻近内壁的区域；以及
第三喷嘴，其位于所述下室的中心区域和邻近内壁的区域之间的区域，
其中，第一和第三喷嘴的喷射方向是向下的垂直方向，并且
第二喷嘴的喷射方向与向下的垂直方向之间的角度是15°到50°。
6.根据权利要求5所述的鼓泡塔反应器，其中，所述多个喷嘴根据位置具有不同的喷射角度。
7.根据权利要求6所述的鼓泡塔反应器，其中，
第一喷嘴的喷射角是95°至120°，
第二喷嘴的喷射角是15°至45°，以及
第三喷嘴的喷射角是50°至90°。
8.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其进一步包括连接到所述反应区的一个或多个反应介质供应管线，其中，所述反应介质包括催化剂、助催化剂和溶剂。
9.根据权利要求8所述的鼓泡塔反应器，其进一步包括连接到所述反应区并设置在所述反应介质供应管线的另一侧的产物排放管线。
10.根据权利要求1所述的鼓泡塔反应器，其中，所述气态反应物包括乙烯。
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