NO179486B - Fludisert-sjikt-reaktor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fludisert-sjikt-reaktor for polymerisering eller kopolymerisering av olefiner. Mer spesielt omfatter oppfinnelsen "utformingen av bunndelen av en slik fluid-sjikt-reaktor.

Fluid-sjikt-reaktorer er generelt brukt ved kontinuerlig gassfasepolymerisering for fremstilling av olefinpolymerer. I en fluid-sjikt-reaktor skjer polymeriseringen i et fluidisert sjikt som er dannet av polymerpartiklene som polymeriseres, hvilket sjikt holdes i fluidisert tilstand ved hjelp av en sirkulerende gasstrøm som rettes oppover fra bunndelen. Den sirkulerende gasstrømmen innbefatter gassformige hydrokarbon-fortynningsmidler og/eller inerte gasser og/eller monomerer som skal polymeriseres, som tilføres i sirkuleringsgass-ledriingen. Den sirkulerende gasstrømmen fjernes fra gassvolu-met i den øvre delen av reaktoren og føres inn i varme-vekslere for å fjerne varme som er dannet under polymeriseringen og føres tilbake til den nedre delen av reaktoren ved hjelp av en kompressor.

En jevn fordeling av den sirkulasjonsgassen i det fluidiserte sjiktet som tilføres den nedre delen av reaktoren er uunnværlig for å opprettholde en jevn fluidisert tilstand. For fordeling av sirkulasjonsgassen brukes generelt en strømsningsdeleranordning i form av et perforert mellom-liggende gulv, som er anordnet i nærheten av reaktorens nedre del. Det dannes derved et innløps- eller blandekammer for sirkulasjonsgassen i bunndelen av reaktoren, som er adskilt fra det fluidiserte sjiktet ved hjelp av strømningsopp-delingsplaten, dvs. fra den egentlige polymeriseringsdelen.

Desto større reaksjonsstørrelse, jo mer vanskelig er det å fordele sirkulasjonsgassen jevnt i det fluidiserte sjiktet over hele reaktorens tverrsnittsareal. Som et resultat av ujevn fordeling vil det begynne å dannes tettere og mindre fluidiserte områder, spesielt i nærheten av reaktorveggene. Problemet øker også når vaeskefraksjoner føres inn sammen med sirkulasjonsgassen fordi det er spesielt vanskelig å få væskefasen jevnt fordelt i det fluidiserte sjiktet. Derfor skjer det en lokal oppvarming og agglomerering av polymerpartiklene til større klumper i det fluidiserte sjiktet, samtidig som agglomerater samles på reaktoroverflaten.

For å forbedre gasstrømfordelingen har det vært foreslått å anvende gassfordelingsplater hvor størrelsen, formen og plasseringen til åpningene har vært modifisert. Fremstilling av gassfordelingsplater med spesielle strukturer er imidlertid kostbare og gasspermeabiliteten kan være utilfreds-stillende og derved medføre et unødvendig trykkfall i gasstrømmen som sirkulerer gjennom reaktoren.

Et annet vanlig problem forbundet med en økt størrelse av f luid-sjikt-reaktorer er agglomerering av polymerpartikler og oppsamling av disse på veggflatene i reaktorens bunndel. Enkelte små polymerpartikler inneholdende en aktiv katalysa-tor vil ha en tendens til å bli ført ut av reaktoren sammen med sirkulasjonsgassen og disse partiklene føres tilbake til reaktorens bunndel med sirkulasjonsgass. Dersom sirkulasjonsgassen føres inn i reaktoren på en konvensjonell måte gjennom en rett rørformet kobling plassert i bunnen, og dersom strømningsbetingelsene eller formen til bunndelen av reaktoren ikke er optimal, vil det begynne å dannes lokale strømmer i sirkulasjonsgassinnløpskammeret i nærheten av hvilket polymerpartiklene blir samlet. For å unngå denne ulempen har det vært forslått å bruke forskjellige strøm-ningsspredningsmidler i forbindelse med sirkulasjonsgass-føderør. For eksempel i US-patent nr. 4.887.587 er det på en ende av sirkulas jonsgassføderøret i reaktorbunnen festet fordelingsmidler for å adskille strømmen fra røret i to deler, slik at en del av strømmen går til siden og resten av strømmen går oppover. Ved utforminger som dette, har det ikke vært fullstendig mulig å unngå at strømmene sirkulerer på et sted i reaktorens bunndel, og dette resulterer i agglomerering og oppsamling av polymerpartikler på veggene. Samtidig er rensing av fordelingsmidlene arbeidskrevende og dersom man av en eller annen årsak ønsker å anvende en annen utførelsesform, vil demontering og -utbytting av midlene være vanskelig og kreve en avstengning og åpning av reaktoren.

En typisk bunnform til en fluid-sjikt-reaktor danner en mer eller mindre sfærisk overflate, som f.eks. beskrevet i US-patent nr. 4.877.587. En fordel med denne bunnformen sammenlignet med en plan bunn, er at det ikke vil dannes områder med skarpe vinkler i nærheten av den nedre delen av veggen hvor gasstrømmen, som en konsekvens av dette, er dårlig og derfor medfører agglomerering av polymerpartiklene. Dersom sirkulasjonsgassen føres inn gjennom en innløpsåpning eller rør anordnet i bunnens midtpunkt, vil en utforming som dette ikke virke i reaktorer av produksjonsskala hvor tverrsnittet til bunndelen kan være opptil flere meter.

En hensikt med oppfinnelsen er at fluid-sjikt-reaktoren har en bunndel som er utformet slik at de ovennevnte problemer unngås. Foreliggende oppfinnelse vedrører derfor en fluidisert-sjikt-reaktor, hvor olefiner polymeriseres eller kopolymeriseres ved hjelp av sirkulasjonsgass som dannes av polymeriserte partikler i et fluidisert sjikt og i hvilken reaktor det er anbragt organ for å mate sirkulasjonsgassen fra gassrommet over det fluidiserte sjiktet til den nedre delen av reaktoren, som er adskilt fra den øvre delen av reaktoren ved hjelp av en strømfordelingsplate. Reaktoren i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at bunndelen til reaktoren innbefatter et ringformet rom hvis innervegg består av en oppover avsmalnende konisk rotasjonsflate og den ytre veggen dannes av en nedover avsmalnende konisk rotasjonsflate og bunnflaten til reaktorens bunndel består av en ringformet flate med sirkulært tverrsnitt som forbinder de koniske rotasj onsflåtene.

Bruk av en bunndel som ligner en "kakeform" i fluidisert-sjikt-polymeriseringsreaktorer er et nytt trekk. Tidligere har det vært foreslått en lignende ekstern bunnutfonning for bruk i f.eks. løsningspolymeriseringsreaktorer. US-patent nr. 3.737.288 beskriver en reaktor forsynt med et indre strøm-ningsrør, hvor en polymeriseringsløsning ved hjelp av drivorgan sirkulert langs et indre rør oppover inn i den øvre delen av reaktoren og løsningen strømmer tilbake inn i den nedre delen av reaktoren langs innerveggen av reaktoren. Den eneste hensikten med bunnformen beskrevet i dette US-patentet er å tilveiebringe de vanlige avrundingene for å føre væskefasestrømmen fra en glatt nedstrøm til en oppstrøm. I stedet for dette systemet er hensikten med foreliggende oppfinnelse å ha en gasstrøm som er jevnt fordelt over hele reaktorens tverrsnitt over fra reaktorens bunndel.

"Kakeformen" er et generelt kjent prinsipp for kakeformer som brukes på kjøkkenet. En form som dette medfører at den midtre delen av bunnen blir løftet oppover. Bunnformen som generelt brukes i reaktoren i henhold til oppfinnelsen kan defineres som et ringformet rom, hvis innervegg er definert av en oppover avsmalnende konisk stasjonsflate og den ytre veggen av en nedoveravsmalnende konisk rotasjonsflate.

Det laveste punktet av bunndelen til reaktoren utformet i henhold til oppfinnelsen vil derfor bestå av et skarpt hjørne som er frembrakt i overgangen mellom de to koniske rotasjons-platene. Denne utformingen med skarpe vinkler er imidlertid ikke meget ønskelig. Det laveste punktet av bunndelen er av denne årsak er utformet avrundet, slik at det ikke dannes noen skarpe vinkler eller hjørner.

De koniske formene til kantseksjonen til bunndelen og til den indre delen derav, kan være lik eller forskjellig og konusvinklene kan være valgt f.eks. i området 1 til 30°. På samme måte kan høyden til bunndelen, dvs. avstanden fra det laveste punktet på bunnen til strømningsfordelingsplaten i sterk grad variere avhengig av reaktorens dimensjoner. Avstanden kan derfor være i området 0,3 x D til 0,5 x D, hvor D er diameteren til reaktoren.

Sirkulasjonsgassen føres inn i reaktorens bunndel gjennom åpninger utformet i den nedre delen av reaktorens bunnstruk-tur. Det kan være en eller flere slike åpninger, men det er generelt ønskelig å bruke tre eller flere symmetrisk plasserte strømningsåpninger.

Bunnstrukturens kakeform i henhold til oppfinnelsen gir ytterligere fordeler i reaktorer som er forsynt med en blander. Blanderakselen tas gjennom bunnen og krever vanligvis et føringslager inne i reaktoren som kan medføre forstyrrelser av det fluidiserte sjiktet. I bunndelen av reaktoren i henhold til oppfinnelsen kan den opphøyde ytre delen av reaktoren virke som et støttepunkt for opplagring av blanderakselen, slik at det ikke er nødvendig med noen støttelagre inne i reaktoren.

Andre fordeler med bunnstrukturen i henhold til oppfinnelsen vedrører spesielt reaktorer med stor diameter hvor det er vanskelig å avstive strømfordelingsplaten plassert i området til reaktorens bunndel i reaktorer i henhold til konvensjonell teknikk. I henhold til oppfinnelsen kan fordelings-platen fortrinnsvis understøttes på den øvre enden av den opphøyde midtdelen av bunndelen hvorved strømfordelingsplaten kan være så tynn som mulig. Dette er fordelaktig for drift av reaktoren.

Oppfinnelsen vil da bli beskrevet ytterligere med henvisning til de medfølgende figurer.

Figur 1 viser et snitt av bunndelen til en reaktor i henhold

til oppfinnelsen.

Figur 2 viser bunndelen til reaktoren sett ovenfra.

I fig. 1 og 2 er den fluidiserte-sjikt-reaktoren generelt angitt ved referansenummer 10. Reaktoren 10 er tilveiebrakt med en sylindrisk yttervegg 11. En perforert strømningsford-elingsplate 12 deler reaktoren i en fluidiseringsgassinnløps-del 13 og en fluidisert sjiktdel 14. I fig. 2 er strømnings-fordelingsplaten 12 vist delvis gjennomskåret. I foreliggende utførelsesform er reaktoren 10 også tilveiebrakt ved et blandeelement 16 som roteres av en aksel 15.

Bunndelen til reaktoren 10 innbefatter to sammensatte koniske overflater, en indre konisk overflate 17 derav som avsmalner oppover og en ytre konisk overflate 18 som avsmalner nedover. De koniske overflatene 17 og 18 er sammenføyd av en ringformet seksjon 19 som er i form av en tilnærmet halvsirkel, hvilken seksjon utgjør den nederste delen av bunnen. Konusformen til den indre koniske overflaten 17, dvs. konusvinkelen som avviker fra vertikalaksen er indikert ved bokstaven a. Konusformen til den ytre koniske overflaten 18 er tilsvarende angitt ved bokstaven e. Høyden til bunndelen, dvs. avstanden fra det nederste punktet på bunndelen til strømningsfordelingsplaten 12 er angitt ved bokstaven h. Strømningsfordelingsplaten 12 er fortrinnsvis festet til punktet angitt ved referansenummer 23 for understøttelse av platen 12.

Mateåpninger 20 for sirkulasjonsgass er tilveiebrakt i det nederste punktet av bunndelen 13. Sirkulasjonsgassen føres gjennom åpningene 20 fra et sirkulasjonsgassrør 21 inn i reaktorens bunndel 13 og deretter gjennom strømningsfor-delingsplaten 12 inn i den fluidiserte sjiktdelen 14. For å tilveiebringe en glatt strøm, kan det være et mangfold åpninger 20 og de er fortrinnsvis plassert symmetrisk.

En elektromotor 21 med lagre, roterer blandeakselen 15 og er fortrinnsvis anordnet inne i veggdelen definert av den indre koniske overflaten 17 ved punkter indikert ved referansenummer 22 og 23. Det oppnås derved en sikker festing og blandeakselen 15 behøver ikke noe øvre støttelagre i den fluidiserte sjiktdelen 14.

Claims (4)

1. Fluidisert-sjikt-reaktor (10), hvor olefiner polymeriseres eller kopolymeriseres ved hjelp av sirkulasjonsgass som dannes av polymeriserte partikler i et fluidisert sjikt og i hvilken reaktor (10) det er anbragt organ for å mate sirkulasjonsgassen fra gassrommet over det fluidiserte sjiktet (4) til den nedre delen av reaktoren (10) som er adskilt fra den øvre delen av reaktoren (10) ved hjelp av en strømfordelingsplate (12), karakterisert ved at bunndelen (13) til reaktoren (10) innbefatter et ringformet rom hvis innervegg (17) består av en oppover avsmalnende konisk rotasjonsflate og den ytre veggen (18) dannes av en nedover avsmalnende konisk rotasjonsflate og bunnflaten (13) til reaktorens (10) bunndel består av en ringformet flate (19) med sirkulært tverrsnitt som forbinder de koniske rotasjonsflåtene (17, 18).

2. Fluidisert-sjikt-reaktor i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ringformede flaten (19) har form av en halvsirkel.

3. Fluidisert-sjikt-reaktor i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved anordning for å føre sirkulasjonsgassen fra en eller flere mateåpninger (20) som er åpne mot bunnflaten (19).

4. Fluidisert-sjikt-reaktor i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den opphøyde ytre delen (13) av reaktoren (10) virker som et støttepunkt for opplagring av blanderakselen (15).