CN116635139A - 泡罩塔反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泡罩塔反应器，其包括：反应区，在所述反应区中在液体反应介质中进行气态反应物的反应；第一分离段，所述第一分离段设置在所述反应区上方并且从所述反应区上升的第一流出物物流被引入到所述第一分离段中；和冷凝区，所述冷凝区设置在所述第一分离段上方，其中，所述冷凝区的直径小于所述第一分离段的直径。

Description

泡罩塔反应器

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年12月10日提交的韩国专利申请第10-2021-0177022号的优先权，其全部内容通过该引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明涉及一种泡罩塔反应器，更具体地，涉及一种低聚物生产装置，其用于减少低聚物生产过程中反应器内夹带的固体和液体的量，从而改善整个过程的稳定性。

背景技术

α-烯烃在商业上被广泛用作在共聚单体、洗涤剂、润滑剂和增塑剂中使用的重要材料。特别是，1-己烯和1-辛烯已被广泛用作控制线性低密度聚乙烯(LLDPE)生产中聚乙烯密度的共聚单体。

α烯烃通常通过乙烯的低聚制备。作为进行乙烯低聚反应的反应器类型，已使用了泡罩塔反应器，所述泡罩塔反应器使用气态乙烯作为反应物，通过与反应区接触而进行乙烯的低聚反应(三聚反应或四聚反应)，所述反应区包括液体反应介质，所述液体反应介质包括催化剂。

在泡罩塔反应器的情况下，作为反应物的气体在反应区与液体反应介质混合，以两相存在。作为催化反应的结果，产生少量聚合物作为副产物，其漂浮在液体反应介质中。此时，由于大量气态反应物以大量气泡的形式被引入反应区的速率，不可避免地发生固体聚合物和液体反应介质的夹带。

由于这种夹带，副产物聚合物不仅积聚在反应器的内壁上，而且积聚在诸如冷凝器、管道和阀门的下游工艺装置上，从而导致结垢。因此，在反应器的下游工艺装置中发生的结垢导致所述装置劣化和机械损坏，在最坏的情况下，可能需要关闭整个工艺的运行，这导致增加了在洗涤过程产生的成本，并因操作时间减少而减少了生产。

因此，为了解决上述问题，需要研究减少泡罩塔反应器中含有聚合物的固体和液体的夹带量。

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，本发明的一个目的是提供一种泡罩塔反应器，其用于防止在反应器中夹带除所需产物之外的包括聚合物材料在内的副产物，从而提高整个过程的稳定性。

【技术方案】

在一个一般方面，泡罩塔反应器包括：反应区，在所述反应区中在液体反应介质中进行气态反应物的反应；第一分离段，所述第一分离段设置在所述反应区上方并且从所述反应区上升的第一流出物物流被引入到所述第一分离段中；和冷凝区，所述冷凝区设置在所述第一分离段上方，其中，所述冷凝区的直径小于所述第一分离段的直径。

【有益效果】

根据本发明的泡罩塔反应器，在泡罩塔反应器的反应区上方设置冷凝区，从而与现有技术在泡罩塔反应器外部设置单独冷凝器的情况相比，防止冷凝器本身因夹带而结垢。

同时，通过使设置在泡罩塔反应器的反应区上方的冷凝区的直径形成为小于分离段的直径，引入冷凝区的气体物流与设置在冷凝区中的冷却盘管之间的接触面积可以最大化，从而提高冷凝效率。由此，气体物流中的溶剂和聚合物可以有效地冷凝并回流到反应区。

此外，通过使冷凝区的直径形成为小于分离段的直径，对于已经通过冷凝区的气体物流，可以在分离段中引起流动变化，从而分离段中气体物流的分布可以是均匀的，因此可以改善分离段中的沉淀效果。

因此，通过减少夹带的固体和液体的非蒸气的量可以提高整个过程的稳定性，通过从根本上防止反应器的下游工艺装置中发生结垢，可以有效地增加反应器的运行停止周期，并且通过防止由于下游工艺装置的结垢而导致的效率下降，可以降低能源成本。

附图说明

图1是说明根据本发明实施方式的泡罩塔反应器和相关工艺流程的视图。

图2和图3是显示现有技术的泡罩塔反应器的示意图。

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含义，而是应被解释为基于发明人能够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，满足本发明的技术思想的含义和概念。

本发明中的术语“物流(stream)”可以指过程中流体(fluid)的流，也可以指流经输送管线(管道)的流体本身。具体地，“物流”既可以指流经将各个装置彼此连接的管道的流体本身，同时也可以指流体的流。此外，流体可以指气体或液体中的一种或多种。

本发明中“#”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#+”是指所有具有#个以上碳原子的烃分子。因此，术语“C10+”是指具有10个以上碳原子的烃的混合物。

在下文中，为了帮助理解本发明，将参照图1更详细地描述本发明。

根据本发明的一个实施方式的泡罩塔反应器100可以包括：反应区300，在反应区300中在液体反应介质中进行气态反应物的反应；第一分离段DS1，其设置在反应区300上方，并且从反应区上升的第一流出物物流被引入到第一分离段中；和设置在第一分离段上方的冷凝区CZ1和CZ2，其中，冷凝区CZ1和CZ2的直径可以小于第一分离段DS1的直径。

根据本发明的一个实施方式，泡罩塔反应器100可以用于通过在溶剂和催化剂的液体反应介质中进行包括单体的气态反应物的低聚反应来制备低聚物产物。

更具体地，泡罩塔反应器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。这里，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，并且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。作为具体实例，可以将包含乙烯单体的气态反应物供给到后述的泡罩塔反应器100的下室200中，以通过低聚反应生成所需的α-烯烃产物。

所述溶剂可以包括选自正戊烷、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)、苯甲酰丙酮酸铬(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酯中的一种或多种。

同时，在泡罩塔反应器100的反应区300中，可以在包括催化剂、助催化剂和溶剂的液体反应介质中进行单体的低聚反应。如上所述，由进行单体的低聚反应的反应介质构成的区域可以被定义为反应区300。低聚反应可以指使单体低聚的反应。根据要聚合的单体的数量，低聚反应可称为三聚和四聚，统称为多聚。

α-烯烃在商业上被广泛用作在共聚单体、洗涤剂、润滑剂、增塑剂等中使用的重要材料。特别是，1-己烯和1-辛烯通常用作控制线性低密度聚乙烯(LLDPE)生产中聚乙烯的密度的共聚单体。可以通过例如乙烯的三聚或四聚来制备诸如1-己烯和1-辛烯的α烯烃。

泡罩塔反应器100可以包括连接到反应区300并且设置在反应介质供应管线的另一侧的产物排出管线320，并且可以通过产品排出管线排出作为低聚反应产物的包括α烯烃的产物。也就是说，产物排出物流320可以包括通过低聚反应产生的低聚物产物和溶剂，并且可以通过附加的分离装置分离低聚物产物和溶剂。分离的溶剂可以在低聚物生产过程中重复使用。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。可以连续进行向反应区300供应反应介质和从反应区300排出产物。

同时，用于低聚反应的包括单体的气态反应物可以通过气态反应物供应管线210供应到位于泡罩塔反应器100下部的下室200中，然后通过分散板350被供应到包括液体反应介质的反应区300。

即，分散板350可以设置在下室200和反应区300之间，并且可以通过沿分散板350的中心和圆周以等间隔形成的通孔从下室200将气态反应物(例如单体)均匀分布并供应到包括反应介质的反应区300。

流入包括液态反应介质的反应区300的气态反应物通过分散板350被引入反应区300并同时被分散，通过分散气体的力产生湍流，使液体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体反应介质向下作用的头压(head pressure)，使得液体反应介质可以保留在反应区300中。

同时，如上所述，供应到泡罩塔反应器100的反应区300的气态反应物可以在存在溶剂和催化剂的液体反应介质中被催化，具体地，催化反应可以是低聚反应。在这种情况下，反应区300中的气态反应物和反应介质相互混合，以两相存在。同时，在反应区300中，作为气态反应物的催化反应的结果，可以产生少量聚合物作为副产物，其漂浮在液体反应介质中的。此时，由于大量气态反应物以大量气泡形式被引入反应区300的速率，可能会发生固体聚合物和液体反应介质的夹带。也就是说，当未反应的气态反应物向上移动通过反应区300时，不仅未反应的气态反应物而且作为副产物的聚合物和溶剂也一起向上移动。在这种情况下，夹带的聚合物由于聚合物的粘附性而沉积在泡罩塔反应器100的下游工艺装置中，从而导致阻碍流体流动性的结垢现象。

因此，根据本发明的一个实施方式的泡罩塔反应器100可以包括设置在反应区300上方的分离段DS和冷凝区CZ，从而防止含有聚合物的副产物被夹带，由此防止在下游工艺装置中结垢，并改善整个工艺的稳定性。

更具体地，参照图1，可以将来自反应区300的气态第一流出物物流引入第一分离段DS1。除了未反应的气态反应物之外，第一流出物物流还可以包括非蒸气，如夹带的聚合物和溶剂。第一流出物物流可以通过第一分离段DS1，从而可以降低其向上移动的速率并且部分非蒸气，如夹带的聚合物和溶剂，特别是部分聚合物非蒸气(其是具有相对较重比重的固体材料)可以优先沉淀到反应区300。例如，在第一流出物物流中包含的约10％的气化的溶剂和非蒸气可以被第一分离段DS1沉淀。

随后，可以将通过第一分离段DS1的第一流出物物流引入冷凝区CZ。冷凝区CZ1和CZ2可以包括冷却盘管，并且可以将制冷剂供应到冷却盘管。可以使通过第一分离段DS1的第一流出物物流通过形成为具有低温的冷凝区CZ1和CZ2，从而可以使大量气化的溶剂和夹带的聚合物沉淀。特别地，气化的溶剂可以通过冷凝被液化，并且液化的溶剂可以被沉淀以回流到反应区中。

同时，参照显示现有技术的泡罩塔反应器的图2，泡罩塔反应器依次包括下室、反应区和其中的分离段，但在泡罩塔反应器内部不包括如本发明中的冷凝区。即，排出到泡罩塔反应器上部的未反应蒸气通过外部热交换器冷凝，然后通过分离装置(例如闪蒸罐)分离冷凝组分，诸如溶剂和未反应的气体反应物。在这种情况下，夹带的聚合物组分可能会被原样排出到泡罩塔反应器的上部，并且聚合物组分可能会沉积在热交换器、闪蒸罐和连接它们的管道中，从而导致频繁结垢。

也就是说，根据本发明的一个实施方式，由于冷凝区CZ1和CZ2设置在泡罩塔反应器100的内部，因此与在泡罩塔反应器外部提供单独冷凝器的情况相比，即使没有单独的设备(如管)，也可以实现快速冷凝和沉淀混合气体的效果。此外，可以从根本上解决由于夹带聚合物引起的泡罩塔反应器与外部冷凝器之间的管道中的结垢问题或者冷凝器本身的结垢问题。

根据本发明的一个实施方式，冷凝区CZ1和CZ2可以包括第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2，并且可以在第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2之间设置第二分离段DS2。也就是说，泡罩塔反应器100可以在反应区300上方依次包括第一分离段DS1、第一冷凝区CZ1、第二分离段DS2和第二冷凝区CZ2。

具体地，已经通过第一分离段DS1的第一流出物物流通过第一冷凝区CZ1并被引入第二分离段DS2，排出到第二分离段DS2上部的物流可以通过第二冷凝区CZ2作为第二流出物物流。在该过程中，从反应区300上升的第一流出物物流中的气化的溶剂和夹带的聚合物可以几乎被去除，并且含有未反应单体组分的气态流出物流550可以被排出到泡罩塔反应器100的上部。

同时，根据本发明的一个实施方式，泡罩塔反应器100可以为具有圆形横截面的圆柱形状，并且反应区300、冷凝区CZ1和CZ2以及分离段DS1和DS2也可以具有圆形横截面。第一和第二冷凝区CZ1和CZ2可以具有相同的直径，第一和第二分离段DS1和DS2可以具有相同的直径，并且第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的直径可以小于第一和第二分离段DS1和DS2的直径。这里，第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的直径具体是指第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的横截面的直径，第一和第二分离段DS1和DS2的直径具体是指第一和第二分离段DS1和DS2的横截面的直径。

即，冷凝区CZ1和CZ2中气化的溶剂和夹带的非蒸气的冷凝是通过冷凝区CZ1和CZ2内部的低温进行的，如果冷凝区CZ1和CZ2的直径过大，则冷凝区CZ1和CZ2内的温度可能不均匀，在这种情况下，冷凝可能发生在冷却盘管附近，但在远离冷却盘管的点处冷凝可能相对较少发生，导致非接触区(死区)增加。因此，通过使冷凝区CZ1和CZ2的直径小于第一和第二分离段DS1和DS2的直径，例如可以减少冷却盘管和混合气体的非接触区，例如缠绕冷却盘管的中空部分，从而改善冷凝区中的冷凝效率和沉淀效率。

为此，冷凝区的直径可以是分离段直径的35％至70％，具体地，第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的直径可以是第一和第二分离段DS1和DS2的直径的35％至70％。当第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的直径与第一和第二分离段DS1和DS2的直径之比为35％以上时，上升通过第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的气体流可以顺利地形成，而当直径比为70％以下时，可以减小冷却盘管与混合气体的非接触面积，使冷凝区温度分布均匀。

当已经通过第一分离段DS1的第一流出物物流通过第一冷凝区CZ1时，第一流出物物流中的气化的溶剂和夹带的聚合物被冷凝和沉淀。特别地，气化的溶剂可以通过冷凝被液化，并且液化的溶剂可以被沉淀以回流到反应区中。在该过程中，例如，经由通过第一冷凝区CZ1，可以使第一流出物物流中包含的约40％的气化的溶剂和非蒸气沉淀。

同时，根据本发明的一个实施方式，可以将直径大于第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2的直径的第二分离段DS2设置在第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2之间。即，通过第一冷凝区CZ1的第一流出气体物流被引入第二分离段DS2，由于第二分离段DS2的直径较大，在引入的气体流中存在涡流，导致流速和流向发生变化。由此，混合气体可以在第二分离段DS2中均匀混合，因此可以改善混合气体的沉淀效率。此外，可以改善第二冷凝区CZ2中的冷凝效率，因为气体流在被引入第二冷凝区CZ2之前在第二分离段DS2中被再次均匀混合。例如，当气体流通过第二分离段DS2时，在第一流出物物流中包含的约10％的气化的溶剂和非蒸气可被进一步沉淀。

此外，来自第二分离段DS2的上部的包括部分未反应单体和混合气体的气体流可以作为第二流出物物流被排出并被引入第二冷凝区CZ2。在第二冷凝区CZ2中，第二流出物物流中的非蒸气(例如气化的溶剂和聚合物)可以再次被冷凝和沉淀，并且在第二冷凝区CZ2的上部，可以将未反应的单体，例如包括气态乙烯的气态流出物物流550排出到泡罩塔反应器100的上部。可以进一步沉淀第一流出物物流中包含的约40％的气化的溶剂和非蒸气。

根据本发明的一个实施方式，冷凝区CZ1和CZ2可以包括冷却盘管，并且可以将制冷剂供应到冷却盘管。具体地，冷却盘管以管道的形式提供，制冷剂可以通过该管道在其中流动，冷却盘管从冷凝区CZ1和CZ2的顶部到底部缠绕，并且可以将制冷剂引入到设置在冷凝区CZ1和CZ2的顶部的冷却盘管的入口510和530，并且可以将制冷剂通过设置在冷凝区CZ1和CZ2底部的冷却盘管的出口520和540排出。

具体地，当冷凝区CZ1和CZ2包括第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2时，可以将制冷剂引入设置在第二冷凝区CZ2顶部的冷却盘管的入口510，并且可以将制冷剂排出到设置在第二冷凝区CZ2底部的冷却盘管的出口520。这里，供应到在第二冷凝区CZ2中形成的冷却盘管的入口的制冷剂的温度可以在-10℃至-5℃的范围内，并且排出到第二冷凝区CZ2中形成的冷却盘管的出口的制冷剂的温度可以在-5℃到0℃的范围内。

第二冷凝区CZ2的制冷剂温度的意义在于，可以根据热力学关系将从泡罩塔反应器100排出的气体流出物物流550的温度控制在期望的水平。

类似地，制冷剂可以被引入设置在第一冷凝区CZ1顶部的冷却盘管的入口530，并且制冷剂可以通过设置在第二冷凝区CZ2底部的冷却盘管的出口540排出。供应到在第一冷凝区CZ1中形成的冷却盘管的入口的制冷剂的温度可以在-5℃到-0℃的范围内，并且排出到在第一冷凝区CZ1中形成的冷却盘管的出口的制冷剂的温度可以在0℃至5℃的范围内。

当冷凝区CZ1和CZ2包括第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2时，冷凝区CZ1和CZ2各自所需的制冷剂可以分别供应到冷凝区CZ1和CZ2的每个入口，但是供应到在第二冷凝区CZ2中形成的冷却盘管的入口510并排出到出口520的制冷剂可以使用泡罩塔反应器100外部的制冷剂循环管排出，再供应到在第一冷凝区CZ1中形成的冷却盘管的入口530，用于冷却第一冷凝区CZ1，然后排出到第一冷凝区CZ1的冷却盘管的出口540。在这种情况下，第一和第二冷凝区CZ1和CZ2的冷却盘管和位于泡罩塔反应器100外部的制冷剂循环管可以安装为一根管子，因此，用于流量控制的流量计、控制阀等可以简化，因此在安装成本和维护成本方面是有利的。

同时，根据本发明的一个实施方式，第二冷凝区CZ2的高度可以是第一冷凝区CZ1的高度的0.5至1倍。如上所述，供给到第二冷凝区CZ2的冷却盘管的制冷剂的温度低于供给到第一冷凝区CZ1的制冷剂的温度，因此，第二冷凝区CZ2内的温度低于第一冷凝区CZ1的温度。因此，即使在第二冷凝区CZ2的高度小于第一冷凝区CZ1的高度时，在每单位体积的非蒸气去除和冷凝效率方面，也可以实现所需的冷凝效率，并且通过这一点，可以减少泡罩塔反应器100的总高度。

根据本发明的一个实施方式，第一冷凝区CZ1和第二冷凝区CZ2的高度之和可以是第二分离段DS2的高度的一倍至两倍。即，可以通过将第二分离段DS2的高度设置为通过涡流产生实现气体的均匀混合的水平来降低泡罩塔反应器100的总高度。

在上文中，已经描述并在附图中图示了根据本发明的泡罩塔反应器。然而，所述描述和附图图示仅用于必要部件以理解本发明，并且除了附图中描述和图示的过程和设备以外，没有单独描述和图示的工艺和装置也可以适当地适用并用于实施反应器清洁装置和反应器清洁方法。

Claims (10)

1.一种泡罩塔反应器，其包括：

反应区，在所述反应区中在液体反应介质中进行气态反应物的反应；

第一分离段，所述第一分离段设置在所述反应区上方并且从所述反应区上升的第一流出物物流被引入到所述第一分离段中；和

冷凝区，所述冷凝区设置在所述第一分离段上方，

其中，所述冷凝区的直径小于所述第一分离段的直径。

2.根据权利要求1所述的泡罩塔反应器，其中，所述冷凝区的直径在所述第一分离段的直径的35％和70％之间。

3.根据权利要求1所述的泡罩塔反应器，其中，所述冷凝区包括冷却盘管，并且将制冷剂供应到所述冷却盘管中。

4.根据权利要求1所述的泡罩塔反应器，其中，所述冷凝区包括第一和第二冷凝区，并且在所述第一和第二冷凝区之间设置有第二分离段。

5.根据权利要求4所述的泡罩塔反应器，其中，所述第一和第二冷凝区的直径在所述第二分离段的直径的35％和70％之间。

6.根据权利要求4所述的泡罩塔反应器，其中，

所述第一冷凝区和所述第二冷凝区各自包括冷却盘管，以及

供应到在第二冷凝区中形成的冷却盘管的入口并排出到该冷却盘管的出口的制冷剂被供应到在第一冷凝区中形成的冷却盘管的入口并排出到该冷却盘管的出口。

7.根据权利要求6所述的泡罩塔反应器，其中，

供应到在第二冷凝区中形成的冷却盘管入口的制冷剂的温度为-10℃至-5℃，以及

供应到在第一冷凝区中形成的冷却盘管入口的制冷剂温度为-5℃至0℃。

8.根据权利要求4所述的泡罩塔反应器，其中，所述第二冷凝区的高度为所述第一冷凝区高度的0.5至1倍。

9.根据权利要求4所述的泡罩塔反应器，其中，所述第一和第二冷凝区的高度之和为所述第二分离段高度的1至2倍。

10.根据权利要求1所述的泡罩塔反应器，其中，所述气态反应物包括乙烯单体。