NL8401387A - Compressor met heen en weergaande beweging. - Google Patents

Description

* -1- \ ψ \ . ·— -S.

VO 6299

Compressor met heen en weergaande beweging.

De uitvinding heeft betrekking op een compressor met heen en weergaande beweging,bestemd voor zeer hoge drukken, en op het gebruik daarvan bij een werkwijze voor het polymeriseren van etheen en a-alkenen.

5 De uitvinding beoogt de technische problemen op te lossen, die zich stellen door de compressie, onder een persdruk van 15.000 kPa of hoger, van een fluïdum, dat voldoet aan tenminste een van de drie volgende voorwaarden: -het fluïdum bevat sporen van deeltjes met een slijpende werking; 10 -het fluïdum is niet zelf-smerend en wordt toegepast in een werkwijze zonder uitwendig smeermiddel; -het fluïdum is niet zelf-smerend en wordt toegepast in een werkwijze zonder uitwendig smeermiddel, maar is een oplosmiddel voor mogelijke smeermiddelen.

15 Het fluïdum, waarbij zich het probleem stelt waar het bij deze uitvinding om gaat, kan zich in een vloeibare of gasvormige toestand bevinden, kan een temperatuur hebben, die is gelegen in het gebied gaande van -30°C tot +200°C in iedere trap van de compressor, en kan tenslotte van zeer verschillende chemische aard zijn, bijv.

20 helium, ammoniak, etheen, een mengsel van etheen en tenminste een verbinding, gekozen uit α-alkenen, waterstof, verzadigde koolwaterstoffen, zoals propaan of butaan.

De compressie van een fluïdum onder een persdruk van 15.000 kPa of hoger wordt in het algemeen uitgevoerd in een compressor 25 met een of meer trappen, met teen en weergaande beweging, waarvan iedere cylinder enerzijds een plunjer of een cylindermantel omvat en anderzijds een afdichtingselement, dat kan bestaan hetzij (in het geval van een plunjer) uit tenminste een uit een aantal onderdelen bestaand statisch stelsel, of (in het geval van een cylindermantel) uit ten- 30 minste een beweegbaar segment, dat aan de zuiger vastzit. Xn het geval van statische stelsels vindt de dynamische afdichting plaats tussen het of de stelsels en de plunjer; in het geval van segmenten vindt de dynamische afdichting plaats tussen de cylindermantel en het of de segmenten.

35 Wanneer het fluïdum, dat moet worden samengeperst aan 8401387 κ -2- geen enkele van de drie eerder genoemde voorwaarden voldoet, namelijk wanneer dat fluïdum zelf-smerend is en/of wanneer het geen sporen van deeltjes met een slijpende werking bevat en/of wanneer de zich met elkaar in-contact bevindende oppervlakken, die een dynamische 5 afdichting vormen, worden gesmeerd, funktioneert de compressor op bevredigende wijze gedurende een duur van enkele duizenden uren zonder storingen, zelfs tot 7000 uren, zonder dat het nodig is om bijzondere eisen te stellen bij het kiezen van de materialen voor het vormen van de verschillende onderdelen van de machine. Wanneer men bijv. etheen 10 of een mengsel van etheen en polaire comonomeren samenperst tot een persdruk, die dikwijls is gelegen tussen 15.000 en 300.000 kPa, in het kader van een werkwijze voor het polymeriseren bij hoge temperatuur in aanwezigheid van initiatoren voor vrije radicalen, zoals met name beschreven in de Franse octrooischriften 1.584.529, 2.025.887, 15 2.099.267 en 2.313.399, is het gewoon om gebruik te maken van een compressor met heen en weergaande beweging, waarvan de plunjer of de cylindermantel bestaan uit behandeld staal of gietstaal of uit een materiaal uit de klasse van de carbiden van metalen, zoals wolfraam, en waarvan de afdichtingselementen zijn vervaardigd uit brons, zoals 20 brons OE 9 P, dat 9% tin en 0,3-1% fosfor bevat en voor het overige uit koper bestaat. Dit houdt verband met het feit, dat de etheen-stroom, die moet worden samengeperst geen sporen bevat van deeltjes met een slijpende werking.

Er is daarentegen waargenomen, dat, ingeval het samen 25 te persen fluïdum aan tenminste een van de eerder genoemde voorwaarden voldoet, een compressor met heen en weergaande beweging, waarvan de onderdelen bestaan uit de gewoonlijk gebruikte materialen, er slechts gedurende een tot enkele honderden en zelfs tot enkele tientallen beperkt aantal uren op een bevredigende wijze, namelijk zonder 30 onderbreking, kan funktioneren, waarbij dat beperkte aantal uren te wijten is aan het gebrek aan smering en/of aan de aanwezigheid van deeltjes met een slijpende werking in het fluïdum. De analyse van de oorzaken van dit onbevredigend funktioneren, met name door de oppervlakken van de afdichtingselementen te onderzoeken met een optische 35 microscoop en met een elektronenmicroscoop, heeft aan het licht gebracht, dat een overmatig snelle slijtage van deze oppervlakken plaats- 8401387 -3- vindt, hetgeen onvermijdelijk leidt tot het vastlopen van de afdich-tingselementen van de compressor. De onderhavige uitvinding beoogt om oplossingen te verschaffen voor het aldus gestelde technische probleem.

5 De uitvinding heeft derhalve betrekking op een compres sor met heen en weergaande beweging, bestemd voor zeer hoge drukken en omvattende enerzijds tenminste een. plunjer of een cylindermantel, bestaande uit een materiaal, gekozen uit gegoten materialen, staalsoorten en carbiden van wolfraam, en anderzijds tenminste een afdich-10 tingselement, welke compressor wordt gekenmerkt,doordat het afdich-tingselement bestaat uit een samengesteld materiaal, dat in verbinding met elkaar bevat enerzijds tenminste een metaallegering, gekozen uit bronssoorten en legeringen op basis van titaan, en anderzijds - . tenminste een polymeer, gekozen uit polytetrafluoretheen, poly-15 imiden en polyimiden-amiden, of een samengesmolten of gefritte verbinding grafiet-zilver.

Onder de bronssoorten, die voor het afdichtingselement van de compressor volgens de uitvinding kunnen worden gebruikt, kan in het bijzonder het eerder beschreven brons ÜE 9 P worden genoemd.

20 Onder de legeringen op basis van titaan, die voor het afdichtingselement van de compressor volgens de uitvinding kunnen worden gebruikt, kunnen vooral de legeringen van titaan en zilver, zoals een legering met 94 gew.% titaan en 6 gew.% zilver worden genoemd. De polymeren, die voor het afdichtingselement van de compressor volgens de uitvin-25 ding kunnen worden gebruikt, kunnen eventueel grafiet en/of glasvezel bevatten; zij kunnen ook zijn versterkt met een brons weefsel.

De verbinding van de beide delen van het samengestelde materiaal, dat voor het afdichtingselement van de compressor volgens de uitvinding wordt gebruikt, kan tot stand worden gebracht volgens de 30 twee hierna beschreven methoden. Volgens een eerste methode wordt de verbinding verkregen door het aan elkaar vastplakken door middel van een kleefmiddel. Het kleefmiddel dient bij voorkeur in staat te zijn, om een afpelsterkte te bereiken, die tenminste drie kN/m bij 100°G bedraagt voor een monster met een breedte van 10 mm. Volgens een tweede 35 methode wordt de verbinding verkregen door een soldeersysteem onder vacuum door middel van bijv. een legering goud-germanium of van zilver.

8401387 V v -4-

De verbinding kan, vokpns de toegepaste methode, worden bevochtigd door een bijzondere geometrie van het samengestelde materiaal, waarbij het polymeer of de samengesmolten verbinding grafiet-zilver wordt ingezet in een ring van een metaal .legering.

5 De compressor volgens de uitvinding funktioneert op bevredigende wijze, namelijk zonder storing, gedurende een tijd van tenminste 1000 uren: -wanneer de samen te persen fluïdum, vloeibaar of gasvormig, zich in iedere trap van die compressor op een temperatuur tussen -30°C 10 en +200°C bevindt, -wanneer de samenpersdruk van dat fluïdum groter is dan of gelijk aan 15.000 kPa, -wanneer het heen en weer bewegen van de compressor zodanig is, dat de gemiddelde relatieve glijsnelheid van een deel ten opzichte van 15 het andere tot 5 m/sec. bedraagt, volgens de samenpersdruk, -wanneer het samen te persen fluïdum sporen van slijpende deeltjes bevat in een zodanige hoeveelheid, dat de wrijvingscoefficient 0,5 kan bereiken, -wanneer het samen te persen fluïdum niet zelf-smerénd is en men geen 20 beroep kan doen op een uitwendig smeermiddel.

De compressor met heen en weergaande beweging volgens de uitvinding vindt talrijke toepassingen in de chemische industrie, en met name voor het polymeriseren van etheen of het copolymeriseren van etheen en α-alkenen onder hoge druk. üit het Franse octrooischrift 25 2.021.952 is het immers bekend om etheen tot polymeriseren onder een druk, die groter is dan 50.000 kPa en bij een temperatuur tussen 140 en 3Q0°C in aanwezigheid van een katalytisch systeem van het Ziegler-type. Talrijke katalytische systemen van dit type blijken geschikt te zijn voor. het polymeriseren van etheen alsmede voor het 30 copolymeriseren van etheen met α-alkenen- onder verhoogde druk en temperatuur. Deze systemen hebben gemeenschappelijk de aanwezigheid van enerzijds een halogeenverbinding van een overgangsmetaal en anderzijds tenminste een activator, die is gekozen uit de hydriden en de organo-metaalverbindingen van metalen van de groepen I-III van het Periodiek 35 Systeem der Elementen. Onder de bruikbare halogeenverbindingen van overgangsmetalen, alhoewel die zeer talrijk zijn, kunnen worden ge- 8401387 -5- noemd de -allyl- of benzylcomplexen van chroom, zircoon en titaan, de trichloriden van vanadium en titaan, waarbij dit laatste eventueel tezamen is gekristalliseerd, met aluminiumchloride in de vorm van TLCl^fl/3 AlCLj), eventueel gefixeerd op een drager van bijv. een 5 halogenide, een monohalogenide of een hydrohalogenide van magnesium.

Al deze verbindingen kunnen worden gebruikt in aanwezigheid van complexvormende middelen, zoals zware alkoholen, metaalalkoholaten, alkylsilieaten, aryl- of alkylsiloxanen, ethers of aminen. Onder de bruikbare activatoren kunnen met name de tri alkylaluminiumverbindingen, 10 de halogeendialkylaluminiumverbindingen en de alkylsiloxalanen worden genoemd.

Bij een dergelijke polymerisatie- of copolymerisatie-werkwijze wordt het mengsel, dat uit de reaktor komt, geleid naar een scheidingsinrichting, die werkt onder een druk van 5000-50.000 kPa, 15 waarin het polymeer van de niet omgezette monomeren wordt gescheiden, waarna de uit de scheidingsinrichting afkomstige monomeren worden samengeperst tot de reaktiedruk en naar de reaktor worden gerecircu-leerd. Men heeft waargenomen, dat niet te verwaarlozen hoeveelheden van polymeren met een klein molecuulgewicht, die katalytische resten 20 bevatten, in het bijzonder aluminiumverbindingen of andere reducerende verbindingen, worden meegesleept in de stroom van niet-omgezette monomeren, die moet worden samengeperst. .Bij het binnentreden van de compressor kan een fraktie van polymeren met een klein molecuulgewicht voorkomen in de vorm van deeltjes, waarvan de korrelgrootte is gelegen 25 tussen 1 en 250^um en dat is een van de oorzaken van het afsluiten van de afdichtingselementen van de compressor, zodra het gehalte aan katalytische resten in het te recirculeren en samen te persen fluïdum 0,5 dpm overschrijdt.

De onderhavige uitvinding heeft dus betrekking op een 30 werkwijze voor het polymeriseren van etheen in een reaktor onder een druk, die groter is dan 20.000 kPa en bij een temperatuur hoger dan 170°C, in aanwezigheid van een katalytisch systeem van het Ziegler-tvpe, waarbij het mengsel, dat uit de reaktor komt, wordt geleid naar een scheidingsinrichting onder een druk, gelegen tussen 5000-50.000 35 kPa, waarin het polymeer wordt afgescheiden van het niet omgezette etheen, en het etheen, dat uit de scheidingsinrichting komt, wordt 8 4 0 1 3 S 7 -6- s.'· samengeperst tot de druk van de reaktor en naar deze laatste wordt gerecirculeerd, welke werkwijze wordt gekenmerkt, doordat het genoemde samenpersen van het etheen, dat uit de scheidingsinrichting komt, wordt uitgevoerd door middel van een compressor met heen en weergaande 5 beweging volgens de uitvinding als eerder beschreven.Een dergelijke werkwijze bezit een betere uitvoerbaarheid,vanwege het bevredigende funktioneren van de compressor.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast door het polymeriseren van etheen in aanwezigheid van 1-50% van een 10 inerte koolwaterstof, zoals propaan of butaan, en/of in aanwezigheid van tot 2 mol% waterstof. De werkwijze volcpns de uitvinding wordt op continue wijze toegepast en kan worden uitgevoerd door gebruik te maken van reaktoren van het autoclaaf-type of van buisvormige reak-toren of door gebruik te maken van een reaktor van elk type. Die 15 reaktoren kunnen elk een of meerdere reaktiezones omvatten. De uitvinding kan eveneens worden toegepast voor het copolymeriseren van etheen met a-alkenen, zoals propeen en buteen-1, alsmede voor het terpolymeriseren van etheen met een α-alkeen, zoals propeen, en met een niet geconjugeerd dialkeen.

20 8401387

Claims (11)

1. Compressor met heen en weer gaande beweging, bestemd voor zeer hoge drukken, omvattende enerzijds tenminste een plunjer of cylindermantel, bestaande uit een materiaal, gekozen uit gietijzer, staal en carbiden van wolfraam, en anderzijds tenminste een afdichtings- 5 element, met het kenmerk, dat het afdichtingselefflent bestaat uit een samengesteld materiaal, dat in verbinding met elkaar bevat enerzijds tenminste een methaanlegering, gekozen uit bronssoorten en legeringen op basis van titaan, en anderzijds hetzij tenminste een polymeer, gekozen uit polytetrafluoretheen, polyimiden en polyimiden-amiden, of 10 een samengesmolten of gefritte grafiet-zilververbinding.

2. Compressor met heen en weer gaande beweging volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polymeer is voorzien van grafiet en/of van glasvezel.

3. Compressor met heen en weer gaande beweging volgens 15 conclusie 1 of 2, methet kenmerk, dat het polymeer is versterkt met een brons vezel.

4. Compressor met heen en weergaande beweging volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de metaal legering en het polymeer of de samengesmolten of gefritte grafiet-zilververbinding van 20 het samengestelde materiaal met elkaar zijn verbonden doordat zij met een kleefmiddel aan elkaar zijn geplakt of onder vacuum zijn gesoldeerd.

5. Compressor met heen en weergaande beweging volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de verbinding van de metaal legering 25 en het polymeer of de samengesmolten of gefritte grafiet-zilver verbinding van het samengestelde materiaal is versterkt, doordat het polymeer is opgenomen in een ring van een metaal legering.

6. Werkwijze voor het samenpersen van een fluïdum onder een persdruk van tenminste 15.000 kPa, met het kenmerk, dat het samen- 30 persen wordt uitgevoerd met behulp van een compressor met heen en weer gaande beweging volgens een van de conclusies 1-5.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de temperatuur van het fluïdum in iedere trap van de compressor is gelegen tussen -30°C en +200°C.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het fluïdum sporen van deeltjes met een slijpende werking bevat. 8401387 «r 4 31 -8- S. Werkwijze volgens conclusie 6-8, met het kenmerk, dat het fluïdum niet zelf-smerend is en wordt toegepast in een werkwijze zonder uitwendig smeermiddel.

10. Werkwijze volgens conclusies 6-9, met het kenmerk, 5 dat het fluïdum niet zelf-smerend is en wordt toegepast in een werkwijze met uitwendige smeermiddelen, waarbij het fluïdum een oplosmiddel is voor de mogelijke smeermiddelen.

11. Werkwijze volgens conclusies 6-10, met het kenmerk, dat het fluïdum etheen is, eventueel gemengd met tenminste een ver- 10 binding, gekozen uit α-alkenen, waterstof en verzadigde koolwaterstoffen.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, toegepast voor het polymeriseren van etheen in een reaktor onder een druk boven 20.000 kPa en bij een temperatuur boven 170°C, in aanwezigheid van een kata- 15 lytisch systeem van het Ziegler-type, waarbij het mengsel, dat uit de reaktor komt,wordt geleid naar een scheidingsinrichting onder een druk, gelegen tussen 5000 en 50.000 kPa, waarin het polymeer wordt afgescheiden van het niet-omgezette etheen, en het etheen, dat uit de scheidingsinrichting komt, wordt samengeperst tot de reaktordruk 20 en naar de reaktor wordt gerecirculeerd, met het kenmerk, dat het etheen, dat uit de scheidingsinrichting komt, tenminste 0,5 dpm resten van het genoemde katalytische systeem bevat. 1 8401387