DD158031A1

DD158031A1 - METHOD FOR OBTAINING WORKABLE ENERGY IN AETHYLENE POLYMERIZATION

Info

Publication number: DD158031A1
Application number: DD76196370A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Nitzsche; Manfred Raetzsch; Klaus Kiessig; Hans Engelhardt; Rainer Hilke; Arkadij W Poljakow; Igor I Nowikow; Rainer Woempner
Original assignee: Onpo Plastpolymer Le; Lenniichimmasch Le; Grimma Masch App Veb; Leuna Werke Veb
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1982-12-22

Abstract

Verfahren zur Gewinnung arbeitsfaehiger Energie beim Prozess der Aethylenhomo- und kopolymerisation unter hohem Druck. Die mechanisch nutzbare Energie bei der Entspannung der Reaktionsmischung wird zurueckgewonnen und eine stabile Prozessfuehrung gewaehrleistet. Bei der Hochdruckpolymerisation des Aethylens erfolgt die Entspannung der Reaktionsmischung aus dem Reaktor unter Arbeitsleistung, wobei die Reaktionsmischung ueber eine Arbeitsmaschine entspannt wird und der Druck im Reaktor durch eine Aenderung der Leistungsabgabe der Arbeitsmaschine in Abhaengigkeit vom einzustellenden Druck geregelt wird. Die Arbeitsmaschine kann mit einem Dampfkompressor gekoppelt werden und die Leistungsabgabe der Arbeitsmaschine durch Aenderung des Saugdruckes des Dampfkompressors geregelt werden. Die Erfindung wird bei der Aethylenhomo- und -kopolymerisation unter hohem Druck angewendet.Process for obtaining workable energy in the ethylene homo- and copolymerization process under high pressure. The mechanically usable energy in the relaxation of the reaction mixture is recovered and ensures a stable Prozeßfuehrung. In the high-pressure polymerization of ethylene, the expansion of the reaction mixture from the reactor under work, the reaction mixture is released via a working machine and the pressure in the reactor is controlled by changing the power output of the machine depending on the pressure to be set. The work machine can be coupled with a vapor compressor and the power output of the machine can be controlled by changing the suction pressure of the vapor compressor. The invention is applied to ethylene homo and co-polymerization under high pressure.

Description

VEB Leuna-Werke Leuna, 6.12.1976VEB Leuna-Werke Leuna, 6.12.1976

»Walter Ulbricht" DO.Do/DO.Ha"Walter Ulbricht" DO.Do/DO.Ha

LP 7555 Titel der ErfindungLP 7555 Title of the invention

Verfahren zur Gewinnung arbeitsfähiger Energie bei der ÄthylenpolymerisationProcess for obtaining workable energy in ethylene polymerization

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung arbeitsfähiger Energie beim Prozeß der Äthylenhoino- und -!copolymerisation unter hohem Druck.The invention relates to a process for obtaining workable energy in the process of Äthylenhoino- and -! Copolymerization under high pressure.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, ein Fluid zur Herstellung eines Produktes mittels Kompressionsvorrichtungen zu komprimieren, in einem System reagieren zu lassen und einen Teil d.er Kompressionsvorrichtungen mit der im Fluid nach der Reaktion enthaltenden Energie anzutreiben (PR-PS 2 062 562 * GB-PS 1 313 316), Hierbei wird die Gewinnung mechanischer Energie aus hochgespannten Medien in bekannter Weise über Turbinen durchgeführt, die starr mit ent-It is known to compress a fluid for producing a product by means of compression devices, to react in a system and to drive a part of the compression devices with the energy contained in the fluid after the reaction (PR-PS 2 062 562 * GB-PS 1 313 316), whereby the extraction of mechanical energy from highly stressed media is carried out in a known manner via turbines which are rigidly connected with

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sprechenden Turbokompressoren zur Verdichtung des Einsatzmediums verbunden Bind. Es ist nicht möglich, den Druck im Reaktionssystem au regeln und die mögliche Gewinnung arbeitsfähiger Energie bei verschiedenen Bedingungen im Reaktor durchzuführen. Es kommt bei Anwendung dieses Verfahrens auf den Prozeß der Äthylenhomo- und -kopolymerisation unter hohem Druck bei unterschiedlichen Temperaturen oder Umsatzgraden am Eingang in die Antriebe der Kompressionseinrichtungen, d,h. am Ausgang aus dem Reaktionssystem, zu einer Änderung der Förderleistung der Kompressionseinrichtungen« Das macht die Druckregelung und die Prozeßführung zur Herstellung verschiedener Polymerensorten unmöglich und führt bereits bei kleinen Temperaturschwankungen zur Rückkopplung auf den Prozeßablauf im Reaktor und damit zur. Unmöglichkeit einer stabilen Prozeßführung. Als weiterer Nachteil kommt infolge der Kopplung von Turbine und Kompressor eine erhebliche Komplizierung des Inbetriebnahmeprozesses hinzu* Bis zum Erreichen des Reaktionsdruckes sind neben den Turbinen zusätzliche Antriebsorgane für diese Kompressoren erforderlich.speaking turbocompressors for compressing the feed medium Bind. It is not possible to regulate the pressure in the reaction system and to carry out the possible recovery of workable energy at various conditions in the reactor. It comes with the application of this method to the process of Äthylenhomo- and -kopolymerisation under high pressure at different temperatures or degrees of conversion at the entrance to the drives of the compression devices, d, h. at the exit from the reaction system, to a change in the delivery rate of the compression devices "This makes the pressure control and process control for the production of different types of polymers impossible and leads already at small temperature fluctuations for feedback to the process flow in the reactor and thus. Impossibility of stable process management. As a further disadvantage comes as a result of the coupling of the turbine and compressor a significant complication of the commissioning process added * Until reaching the reaction pressure additional drive elements for these compressors are required in addition to the turbines.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die mechanisch nutsbare Energie bei der Entspannung der Reaktionsmischung aus dem Reaktor beim Prozeß der Äthylenhomo- und Äthylenkopolymerisation zurückzugewinnen·The object of the invention is to recover the mechanically susceptible energy during the expansion of the reaction mixture from the reactor in the process of ethylene homo and ethylene copolymerization.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren au entwickeln, das die Rückgewinnung der Energie bei Gewährleistung einer stabilen Prozeßführung gestattet.The invention has for its object to develop a process au, which allows the recovery of energy while ensuring a stable process control.

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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung arbeitsfähiger Energie beim Prozeß der Äthylenhomo- und -kopolymarisation bei Drücken oberhalb 500 at, vorzugsweise im Bereich von 1300 bis 3500 at, und Temperaturen von-40 bis 350 ⁰C bei der Entspannung der Reaktionsmischung aus dem Reaktor auf einen Druck zwischen 50 und 400 at, vorzugsweise 150 bis 300 at, durch Entspannung der Reaktionsmischung aus dem Reaktor unter Arbeitsleistung gelöst, wobei man erfindungsgemäß die Reaktionsmischung über eine Arbeitsmaschine entspannt und der Druck im Reaktor durch, eine Änderung der Leistungsabgabe der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit vom einzustellenden Druck geregelt wird;This object is achieved by a process for obtaining workable energy in the process of ethylene homo and co-polymerization at pressures above 500 at, preferably in the range of 1300 to 3500 at, and temperatures of -40 to 350 ⁰ C in the expansion of the reaction mixture from the reactor to a pressure between 50 and 400 at, preferably 150 to 300 at, dissolved by dissolution of the reaction mixture from the reactor under operating performance, wherein according to the invention, the reaction mixture on a machine relaxed and the pressure in the reactor by, a change in the power output of the machine in dependence is regulated by the pressure to be adjusted;

Das Verfahren ist unabhängig vom jeweils verwendeten Reaktortyp, also ebenso anwendbar auf Rohrreaktor- wie Rührreaktorverfahren oder Kombinationen davon.The process is independent of the type of reactor used in each case, that is to say also applicable to tube reactor or stirred reactor processes or combinations thereof.

In einer vorzugsweisen Form der Erfindung wird die Arbeitsmaschine mit einem Dampfkompressor gekoppelt, wobei die Leistungsabgabe der Arbeitsmaschine über eine Regelung des Druckes, vorzugsweise des Saugdruckes des Dampfkompressors reguliert wird. Eine zusätzliche Erweiterung des Regelbereiches kann durch Parallelschaltung eines oder mehrerer Bypassventile zur Arbeitsmaschine erfolgen«In a preferred form of the invention, the working machine is coupled to a vapor compressor, wherein the power output of the working machine is regulated by regulating the pressure, preferably the suction pressure of the vapor compressor. An additional extension of the control range can be achieved by connecting one or more bypass valves in parallel to the working machine «

Eine vorteilhafte Arbeitsweise ist die Kopplung einer mehrstufigen Arbeitsmaschine mit einem Generator zur Elektroenergieerzeugung, wobei die Leistungsabgabe der Arbeitsmaschine durch Parallelschaltung eines oder mehrerer Bypassventile geregelt wird« Eine zusätzliche Möglichkeit .der Beeinflussung der Leistungsabgabe· der Arbeitsmaschine kann über eine Regelung der Erregung des Generators erfolgen *.An advantageous mode of operation is the coupling of a multi-stage work machine with a generator for generating electrical energy, the power output of the machine is controlled by parallel connection of one or more bypass valves «An additional possibility .der influencing the power output · the machine can be done by regulating the excitement of the generator * ,

~ 4~ 4

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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung (Pig. 1) in ihrer Wirkungsweise erläutert. Das aus Äthylen und gegebenfalls Komonomeren und bzw· oder v/eiteren Koreaktanten und bzw» oder Initiatoren bestehende Einsatzgas wird im Kompressor 1 auf Reaktionsdruck verdichtet und gelangt über eine Druckmeßstelle 2, die das Signal zur Reaktordruckregelung liefert, in den Reaktor 3. Vor Eintritt in den Reaktor 3 können dem Einsatzgas gegebenenfalls weitere Koreaktanten und bzw, oder Initiatoren augesetzt werden. Nach Ablauf der exothermen Polymerisationsreaktion im Reaktor 3, der sowohl als Rühr- als auch als Rohrreaktor ausgeführt Bein kann oder aus einer Kombination beider Reaktortypen bestehen kann, tritt das bis zu ca. 20 Masse-^ Polymeresenthaltende, auf 250 bis 350 ⁰C aufgeheizte Reaktionsgemisch aus dem Reaktor 3 aus und durchströmt die nachgeschaltete Arbeitsmaschine 4» wobei es unter Arbeitsleistung auf den im Produktabscheider 5 herrschenden Druck zur Abtrennung des Polymeren entspannt wird. Die Arbeitsmaschine 4» die in ihrer praktischen Ausführungs· form eine ein- oder mehrstufige Turbine sein kann, ist mit einer Kraftmaschine б gekoppelt, die die von der Arbeitsmaschine 4 gelieferte mechanische Energie in eine andere, auf den Prozeß rückwirkungsfrei nutzbare Energieform überführt. Als Kraftmaschine б kann beispielsweise ein Generator zur Stromerzeugung oder ein Dampfkompressor zur Verdichtung vorhandenen Abdampfes eingesetzt werden. Die Leistungsaufnahme der Arbeitsmaschine 4, die erfindungsgertiäß als Steuergröße für die Reaktordruckregelung dient, kann durch ein Regelorgan 7 aur Veränderung der angeschlossenen Last oder über das der Arbeitsmaschine 4 parallelgeschaltete Regelventil 8 beeinflußt werden. Die Regelung über eine Laständerung ist abhängig von der Art der eingesetzten Kraftmaschine und wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert. Das Regelorgan 7 versinnbildlicht diese Regelmöglichkeit,The invention will be explained with reference to a drawing (Pig. 1) in its operation. The feed gas consisting of ethylene and optionally comonomers and / or v / eiteren Koreaktanten and or »or initiators is compressed in the compressor 1 to reaction pressure and passes through a pressure measuring point 2, which supplies the signal for reactor pressure control, in the reactor 3. Before entering the reactor 3, the feed gas optionally further koreanctants and or or, or initiators are set eyes. After the expiration of the exothermic polymerization reaction in the reactor 3, which can be carried out both as a stirred and as a tubular reactor leg or may consist of a combination of both types of reactors, this occurs up to about 20 mass- containing polymer, heated to 250 to 350 ⁰ C reaction mixture from the reactor 3 and flows through the downstream machine 4 »and it is relaxed under work to the pressure prevailing in the product separator 5 pressure to separate the polymer. The working machine 4, which in its practical embodiment can be a single-stage or multistage turbine, is coupled to an engine b, which converts the mechanical energy delivered by the working machine 4 into another form of energy that can be used without reaction. As the engine б, for example, a generator for generating electricity or a vapor compressor for compressing existing exhaust steam can be used. The power consumption of the working machine 4, which erfindungsgertiäß serves as a control variable for the reactor pressure control can be influenced by a control element 7 aur change in the connected load or on the working machine 4 in parallel control valve 8. The control over a load change is dependent on the type of engine used and will be explained in more detail in the following examples. The control element 7 symbolizes this possibility of regulation,

LP 75-55 AusführungsbeispieleLP 75-55 embodiments

Example 1

In einer aus mehreren Verdichtern bestehenden Kompressionsanlage 1 wird eine Einsatzgasmenge von 50 Hasseeinheiten (ME) kontinuierlich auf einen Reaktionsdruck von 2300 bar verdichtet. Das Einsatzgas setzt sich zusammen aus den in zwei Kreisläufen bei unterschiedlichen Drücken (1,5 bar und 250 bar) zurückgeführten, gereinigten und mit Kettenregler versehen, nichtumgesetzten Monomeren in einer Menge von 39,5 ME sowie aus 10,5 ME Frisehäthylen, die der Anlage unter 12,5 bar ständig neu zugeführt v/erden. Das auf Reaktionsdruck verdichtete Einsatzgas wird über eine Druckmessung 2 geführt, mit Initiator versehen und in den Rohrreaktor 3 eingespeist. Nach erfolgter Reaktion liegt am Ausgang des Reaktors 3 ein einphasiges Reaktionßgemisch mit einer Temperatur von 305 ⁰C vor, das aus 10,5 ME Polyäthylen und 39,5 MS nichtumgeeetzten Monomeren besteht» Zur Abtrennung des erhaltenen Polyäthylens von den nichtumge~ setzten Monomeren wird das Reaktionsgemisch, in den unter 280 bar arbeitenden Produktabscheider 5 entspannt. Zur gleichzeitigen Energierückgewinnung erfolgt die Entspannung des Reaktionsgemisches unter Arbeitsleistung über eine Turbine 4. Die Turbine 4 ist mit einem Dampfkompressor б verbunden, der Niederdruck-Dampf auf einen Druck von 30 bar verdichtet und in ein Hochdruck-Dampfnetz einspeist. Die Regelung des an der Druckmeßstelle 2 gemessenen Reaktionsdruckes erfolgt im Anfahrbetrieb durch das der Turbine 4 parallelgeschaltete Bypassventil 8 und im stationären Betrieb bei kleineren Regelabweichungen durch eine Veränderung des Saugdruckes des Dampfkompressor 6. Die Veränderung des .Saugdruckes erfolgt, durch ein in der Saugseite des Dampfkompressors 6 angeordnetes Regelorgan 7» das den mit 5 bar.und 170 ⁰C vorliegenden und zu komprimierenden Hie-In a compression plant 1 consisting of several compressors, a feed gas quantity of 50 Hasse units (ME) is continuously compressed to a reaction pressure of 2300 bar. The feed gas is composed of the recycled in two cycles at different pressures (1.5 bar and 250 bar), purified and provided with chain regulators, unreacted monomers in an amount of 39.5 ME and from 10.5 ME Frisehäthylen that the System continuously fed under 12.5 bar. The compressed to reaction pressure feed gas is passed through a pressure measurement 2, provided with initiator and fed into the tubular reactor 3. After the reaction is located at the outlet of the reactor 3 a single-phase Reaktionßgemisch at a temperature of 305 ⁰ C before consisting nichtumgeeetzten of 10.5 ME polyethylene and 39.5 MS monomers "For the separation of the obtained polyethylene of the unreacted monomers is the set ~ Reaction mixture, in the below 280 bar working product separator 5 relaxed. For simultaneous energy recovery, the expansion of the reaction mixture under working power via a turbine 4. The turbine 4 is connected to a vapor compressor б, the low-pressure steam to a pressure of 30 bar compressed and fed into a high-pressure steam network. The control of the measured at the pressure measuring 2 reaction pressure takes place during startup by the turbine 4 parallel bypass valve 8 and steady state operation with smaller deviations by changing the suction pressure of the vapor compressor 6. The change in .Saugdruckes takes place by a in the suction side of the vapor compressor 6 arranged control element 7 "that with 5 bar and 170 ⁰ C present and to be compressed Hie-

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derdruck-Dampf sntsprechend .dem eingestellten Reaktionadruck an der Druckmeßstelle 2 drosselt. Die Veränderung des Reaktionsdruckes in Abhängigkeit vom Ansaugdruck des Dampfkompressors б ist in Fig· 2 dargestellt« Damit wird wirkungsvoll der Reaktionsdruck über die L'aständerung der Arbeitsmaschine 4 geregelt. Dabei werden im stationären Betrieb bei einem Reaktionsdruck von 2300 bar 43,5 % der aufgewendeten Kompressionsenergie für das Einsatzgas in Form von hochgespanntem Dampf zurückgewonnen.The pressure steam sntsprechend. the set reaction pressure at the pressure measuring point 2 throttles. The change in the reaction pressure as a function of the intake pressure of the vapor compressor б is shown in FIG. 2. Thus, the reaction pressure is effectively controlled via the change in the length of the working machine 4. In stationary operation at a reaction pressure of 2300 bar 43.5 % of the applied compression energy for the feed gas in the form of highly stressed steam recovered.

Example 2

In der.im Beispiel 1 beschriebenen Polyäthylenanlage wird in der Kompressionsanlage 1 eine Einsatsgasmenge von 50 Masseeinheiten (LIC) kontinuierlich auf einen Reaktionsdruck von 2500 bar verdichtet. Das Einsatagas besteht wiederum aus den in swei Kreisläufen zurückgeführten, nichtumgesetaten Monomeren sowie aus Frischäthylen. Desweiteren vmrde das Einsatzgas vor der Kompression auf Reaktionsdruck mit Kettenregler und Initiator verseilen. Das auf Reaktionsdruck verdichtete Einsat zgas gelangt über die Druckmessung 2 in den Rohrreaktor 3, in dem die Reaktion bei einer Maximaltemperatür von 300 ⁰C erfolgt. Ata Ausgang des Reaktors 3 liegt ein einphasiges Reaktionsgemisch mit einer Temperatur von 295 ⁰G vor, das aus 9,5 ME Polyäthylen und 40,5 MS nichtumgesetzten Honomeren besteht. Zur Abtrennung des Produktes wird das Gemisch in den unter 280 bar arbeitenden Produktabscheider- 5 entspannt. Die Rückgewinnung arbeitsfälliger Energie erfolgt über die zwischengeschaltete Turbine 4» die mit einem Gleichstromgenerator б zur Stromerzeugung verbunden ist. Die Regelung des an der Druckmeßstelle 2 gemessenen Reakticnsdruckes erfolgt im Anfahrbetrieb durch das der Turbine 4 parallelgeschalteteIn the polyethylene plant described in Example 1, in the compression system 1, a Einsatsgasmenge of 50 mass units (LIC) is continuously compressed to a reaction pressure of 2500 bar. The Einsatagas consists in turn of the recycled in two circuits, unreacted monomers and fresh ethylene. Furthermore, the feed gas should be pressurized to the reaction pressure with chain regulator and initiator before compression. The compressed on reaction pressure Einsat gas passes through the pressure measurement 2 in the tube reactor 3, in which the reaction takes place at a maximum temperature of 300 ⁰ C. Ata outlet of the reactor 3 is a single-phase reaction mixture having a temperature of 295 ⁰ G, which consists of 9.5 ME polyethylene and 40.5 MS unreacted monomers. To separate the product, the mixture is expanded into the product separator 5 operating at 280 bar. The recovery of labor-due energy via the intermediate turbine 4 »which is connected to a DC generator б for power generation. The regulation of the measured at the Druckmeßstelle 2 Reacticnsdruckes takes place during startup by the turbine 4 in parallel

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Bypassventil 8 und im stationären Betrieb bei kleinen Regelabweichungen durch eine Veränderung der Erregung des Generators (Sinnbild 7). Auf diese Weise werden im stationären Betrieb bei einem Reaktionadruck von 2500 bar 48,5 % der zur Kompression des Einsatzgases aufgewendeten Energie zurückgewonnen, ohne daß damit eine Verschlechterung der Reaktordruck-Regelung verbunden ist.Bypass valve 8 and stationary operation with small deviations by a change in the excitation of the generator (Symbol 7). In this way, 48.5 % of the energy used to compress the feed gas are recovered in stationary operation at a reaction pressure of 2500 bar, without causing a deterioration of the reactor pressure control is connected.

Claims

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invention claim

1. A process for obtaining workable energy in the Äthylenpolymerisation at pushers) above 500 at, preferably in the range of 1300 to 3500 at, and temperatures of 40 to 350 ⁰ C in the expansion of the reaction mixture from the reactor to a pressure between 50 and 400 at , preferably 150 to 300 at, by depressurization of the reaction mixture from the reactor under operating performance, characterized in that the reaction mixture is expanded by a working machine and the pressure in the reactor is controlled by changing the power output of the working machine depending on the pressure to be set.

A process for obtaining workable energy in the ÄthylenpolymerisationiPunkt 1, characterized in that the working machine is coupled to a Dampfkonpressor and the power output of the working machine is controlled by changing the suction pressure of the vapor compressor о

3. Process for obtaining working energy in the ethylene polymerisation point 1 and 2, characterized in that the power output of the working machine in addition to the suction pressure control of the vapor compressor is regulated by parallel connection of one or more bypass valves to the working machine,

4. Method for obtaining · workable energy in the Äthylenpolymerisation point 1, characterized in that a multi-stage machine with a generator

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is coupled to the electric power generation and the power output of the working machine is controlled by parallel connection of one or more bypass valves ·

Method for obtaining workable energy in the Äthylenpolymerisation point 1 and 4, characterized in that the power output of the working machine in addition to the bypass control on the excitation of the generator coupled to it is regulated.

This includes 2 sheets of drawings