SU778199A1 - Способ получени полимеров изобутилена и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ получени  полимеров изобутилена полимеризацией содержащих его углеводородных фракций С в аппаратах трубчатого типа под действием хлорсодержа цих алюминиевых катализаторов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности, регулируемости и упрощени  процесса, последний провод т при лиkeйнoй скорости реакционной массы 35-70 см/с и турбулентном характере ее движени . 2. Устройство дл  получени  полимеров изобутилена, выполненное в виде трубы с охлаждающей рубашкой, патрубками дл  одностороннего ввода катализатора и сырь  и вывода полкмеризата , отличающеес  тем, что, с целью повышени  производительности , регулируемости и упрощени  -процесса, патрубок: дл  ввода катализатора расположен на входе трубы по ее оси и внутри ее с отверсти ми , направле.нными под углом 90° к оси патрубка, а патрубок дл  i ввода сырь  расположен на входе трубы под углом 90° к ее оси, при этом (Л соотношение длины трубы к ее диаметру составл ет 20:1-60-1, соотношение длины патрубка дл  ввода катализатора к длине трубы - 1:20-1:200 и отношение длины этого патрубка к его 1 диаметру - 20. Ч 3. Устройство по п.2, отли00 чающее с   тем, что отверсти  на поверхности патрубка дл  ввода со со катализатора расположены по винтовой , линии.

Description

Изобретение относитс  к технологии получени  полимеров на основе изобутилена и к устройству дл  его Jосуществлени  и может быть использовано в нефтехимической промышленности , а полимеры - в качестве присадок к маслам, основы клеющих составов и т.д.

; Изйестен способ получени  полимеров изобутилена полимеризацией содержащих его углеводородных фракций С в аппаратах трубчатого типа под действием хлорсодержащих алюминиевых катализаторов и устройство дл  осуществлени  этого способа, выполненное в виде трубы с охлаждающей рубашкой, патрубками дл  одностороннего ввода катализатора и сырь  и вывода полимеризата .

По этому способу полимеризаци  изобутилена в составе фракции С проводитс  в стальной трубе емкостью 0,5 л (диаметром 20-30 мм, дпина 70 см). Полимеризаци  предварител но захоложенного (до минус 80 - минус 100 С) и смешанногб в специальном смесителе (емкость - 5 см , скорость вращени  мешалки 1500 об/мин) с катализатором - C HyAlClz сырь  проводитс  в ламинарном потоке (без перемешивани ) при линейной скорости реакционной массы 1-2 мм/с в адиабатических услови х (при температурах от О до -130°С), т.е. тепло, выдел ющеес  при полимеризации, снимаетс  за счет разогрева сильно охлажденной реакционной массы. К числу достоинств этого метода относитс : простота реактора полимеризации (труба, включенна  в систему) и его очевидна  дешевизна, высокие конверсии изобутилена (близкие к 100%) и возможность получени  полимеров изобутилена разной молекул рной массы (Мол.м) (от 2000 до нескольких миллионов).

Однако подобный набор полимеров н говорит о том, что достигнуто управление процессом в целом. Определенна  (минусова ) температура сырь  и катализатора задают определенную .скорость разогрева реакционной массы в реактХоре-трубе Иj следовательно,значение средней Мол.м полимера. Однако адиабатический режим процесса, естественно , не обеспечивает изотермичности процесса (перепад температур .между входом и выходом из реактора достигает от 40 до 100 , причем температура различна в разных точках реактора ) . Как следствие, нет однородности полимерного продукта по Мол.м, и что не менее важно - по молекул рно-масСовому распределению (МНР) дл  подобного температурного режима процесса.

Отсутствие изотермичности процесса и св занна  с ним неоднородность полимера по Мол.м и по ММР - первый юсновной недостаток прототипа.

Условием осуществлени  адиабатиче-г

5 Ского режима полимеризации  вл етс  эффективное предварительное смешение сырь  и катализатора, причем проводимое очень быстро, чтобы в смесителе не шла полимеризаци . Вполне очевидно, что его можно успешно провести в малом объеме (5 мл) и невозможно ; или с большим трудом - в большом объеме .Отсюда ограничение производительности реактора (не выше 130 кг/ч) 5 второй основной недостаток прототипа. . Третий недостаток прототипа состоит в необходимости использовани  мощного источника холода (жидкий этилен) дл  предварительного захолаживани 

0 компонентов реакции..Это .предъ вл ет жесткие требовани  каппаратурному оформлению процесса, что делает процесс в целом достаточно сложным,громоздким и взрыво-пожаро-опасным.

5 Четвертый недостаток прототипа ограничение по составу сырь . Уже при 25% концентрации изобутилена в сырье перепад температур достигает 100 С (между входом и выходом). При . .

0 более высоком содержании изобутилена (а его содержание во фракции может достигать 50-55%),тепло реакции не будет уравновешено за счет предварительного захолаживани  реакционной

5 массы и в трубе будут возникать еще большие перепады температуры и давлени , нарушающие необходимый ламинарный режим процесса.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности, регулируемости и упрощение процесса.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе получени  полимеров изобутилена полимеризацией

5 содержащих его углеводородных фракций С в аппаратах трубчатого типа под действием хлорсодержащих алюминиевых катализаторов процесс провод т при линейной скорости реакцйонной массы 35-70 см/с и турбулентном характере ее движени . Цель достигаетс  также тем, что известное устройство дл  осуществлени  способа получени  полимеров изобутилена , выполненное в виде трубы с охла.ждающей рубашкой, патрубками дл  одностороннего ввода катализатора и сырь  и вывода полимеризата, имеет патрубок дп  ввода катализатора,расположенный на входе трубы по ее оси и внутри ее с отверсти ми, направлен ными под углом 90 к оси патрубка, а патрубок дл  ввода сырь  расположен на входе трубы под углом 90° к ее оси, при этом соотношение длины трубы к ее диаметру составл ет от 20:1 до 60:1, соотношение длины патрубка дл  ввода катализатора к длин трубы от 1:20 до 1:200 и отношение длины этого патрубка к его диаметру Предпочтительноотверсти  на поверхности патрубкадл  ввода катализатора расположеныпо винтовой линии Сущность насто щего изобретени  заключаетс  в проведении полимеризации изобутилена из углеводородных фракций С4 под действием хлорсодержа щих алюминиевых катализаторов при линейной скорости 35-70 см/с и турбулентном характере движени  реак-ционной массы в устройстве, выполнен ном в виде трубы диаметром 50-150 мм и длиной-1000-10000 мм,.обеспечивающей одностороннее введение сырь  и. катализатора и снабженной установленным на входе патрубком ввода катализаторов с отверсти ми диаметром . 0,5-2 мм, направленными под углом $0°. к оси патрубка, при этом отверсти  в патрубке предпочтительно расположены на поверхности по винтовой линии с шагом 100-500 мм. Создание.высоких линейных скоростей движени  сырь  не представл ет затруднений, так как при скорост х введени  сырь  2,5-5 диаметр ; трубы должен составл ть 0,05 м. Вы .численное по стандартным формулам значение критери .Рейнольдса дл  вьпиеуказанных значений линейной скорости потока и диаметра трубы, плотности потока (0,5-1 г/см) и динамического коэффициента в зкости (5-1040 ) составл ет 10 , т.е. указывает на турбулентный хара тер движени  потока реакционной массы , . На фиг.1 показано устройство дп  осуществлени  способа. Оно выполнено в виде трубы 1 с охлазвдающей рубашкой 2, патрубком 3 дл  ввода катализатора , патрубком 4 дл  ввода сырь  и патрубком 5 дл  вывода полимеризата . На фиг.2 показано предпочтительное расположение отверстий 6 на патрубке 3 ввода катализатора. Положительные стороны предлагаемого способа следуют из кинетики полимеризации изобутилена. Полимеризаци  изобутилена - очень быстрый процесс типа горени . Расчет реакции полимеризации дл  значений кинетических параметров (вз ты .из справочных данных и практически проведени  процесса):. константы скорости роста - Кр 10 - 10 л/моль-с, концентрации изобутилена 0,5-2 моль/л, концентрации катализатора - 10 10 моль/л показывают, что дл  завершени  реакций требуетс  врем  ( Q - выход полимера, V - скорость 1 . процесса), равное t . т.е. реакци  завершаетс  в среднем за несколько секунд. При скорости движени  реакционной массы 1-100 см/с размер реакционной зоны (длина реактора ) от дес тков сантиметров до нескольких метров. ,. Так как скорость полиме.ризации уменьшаетс  вследствие неизбежного расходовани  мономера (в пределах пор дка), это вызывает увеличение суммарного времени реакции также на пор док и, соответственно, увеличение длины реакционной зоны дл  полного завершени  реакции. Ограничение длины .реакционной зоны (времени реакции ) определенной величиной в зависимости от скорости движени  сырь  позвол ет проводить процесс при посто нной максимальной скорости, однородном температурном поле - максимальном тепловыделении и получать полимер вследствие изотермичности процесса с узким ММР. Неоднородное температурное поле в прототипе и  рко выраженна  неизотермичность процесса .. ..,,. 778 неизбежно привод т к сильно неоднородному полимеру, т.е. продукту низкого качества и нерегулируемому пррцес су в целом. Несмотр  на более низкие (96%) конверсии, чем в прототипе. Суммарна  производительность аппарата согласно изобретению гораздо вьппе (1500 кг полимера/ч по сравнению с 130 кг/ч в прототипе). ЭтУследуёт из того, что суммарна  производительность реактора зависит не только от степени конверсии монойера, но и от линейной скорости потока-(а она значительно вьше, чем в прототипе). Узкое место в прототипе - узел смешени  сырь  и катализатора.не позвол ет увеличить эту скорость и, следователь Но, произвЬдитёльнбсть айпарата, П р и м е р. Полимеризаци  промышленной фракции углеводородов С проводитс  на действующей по непрерывной схеме установке синтеза полимеров изобутилена, завода СК с тем отличием , что вместо реактора-полимеризатора - колонны высотой 6,7 м и диаметром О, 9 м - используетс  реактортруба диамет;ром 52мм и длиной 2000мм. В реактор с одного конца вмонтирован патрубок дл  ввода катализатора длиной 500 мм и диаметром 25 мм, снабженный отверсти ми диаметром 1 мм (см. фиг.1). Характер расположени  отверстий по .винтовой линии с шагом 300 предусматривает максимально возможный контакт сырь  с катализатором име  в виду, что каждый локальный

ввод катализатора образует свою реакцйойную зону. Примен етс  сырье сумгаитска  фракци  углеводородов С следующего состава, мас.%: 1-2%; CjHg -0,6-1,2%; изо-С Н о 47-54%; ,о - 1,3-3%; oi 0 ,4-1%;изо-С4Н8 - 40-55%;/З-С Н 0 ,2-1,2%; C.|Hg - 0,2-0,3%.

Перед полимеризацией сырье подвергаетс  ректификации (дл  удалени  смол), сушке (осушитель с СаС) и захолаживанию (холодильник с жидким аммиаком) . . ,

Раствор катализатора (AlClj в хЛорэтиле с добавкой 0,1% стеарата натри , C.j HjAlCl2 или комплекс C HjAlCl ) подаетс  через патрубок поддавлением бухарского газа.

Контроль за процессом осуществл ют по темпер атурё вреакционной зоне и хроматографически по величине ко1 версии мономера. Подбираетс  тапор док выше, чем в прототипе. Дозировка катализатора и температура определ ют значени  Ъл.м. полимеров. Как следует из таблицы,- в услови х

работы реактора могут быть получены рлигомерные октолы (Мол.м. 600-1000) и низкомолекул рные полиизобутилены 45 (мол.м. 10000-20000, т.е. соответст .вует полимеру марок КП-10 и КП-20).

Преимуществами насто щего изобретени   вл ютс :

изотермичность процесса: масималь50 на  температура процесса при задан-ных скорост тс введени  сырь  и катализатора отличаетс  от минимальной на 1-5 С (в прототипе перелады достигают до 100 С). Как следствие, получаемые полимеры характеризуютс  узким ШР, т.е.- высоким качеством;

полимеризйци  изобутилена- осуществл етс  с использованием различных каталитических систем, что дает оп9 кое соотношение скоростей подачи сырь  и катализатора, чтобы обеспечить достаточно высокие конверсии мономера и получить продукт требуемой Мол,Mi Реакционную массу после реактора подают на блок дегазации (вакуумна  колонна), где полимеры (олигомеры) изобутилена отдел ютс  от непрореагит ровавших компонентов сырь . .Дл  оценки качества получающихс  продуктов определ ютс  степень нена- сыщенности (по йодному числу), Мол.м. (криоскопически или вискозиметрически ) и ММР. Результаты опытов по полимеризации фракции вместе с тexнoлoгичecки и параметрами процесса приведены в таблице . Каждый опыт представл ет ре- л зультат устойчивого режима работы реактора в течение указанного в таблице времени. Как видно из таблицы, не.смотр  на высокие линейные скорости движени  реакционной массы в трубе (от 35 см/с до 70 см/с) и суммарное врем  пребывани  сырь  в зоне реакции, исчисл емое секундами, достигаютс  высокие превращени  мономера в полимер (до 98%). При этом, как видно из таблицы, конверси  даже имеет т.енденцию к росту с увеличением скоро - сти подачи сырь . Средн   производительность реактора-трубы при скорости подачи сырь  4 составл ет около 1500 кг полимера/ч, т.е. на 7.77 ределенную свободу в выборе рецептуры и облегчает работу; предлагаемый способ, основанный на проведении полимеризации при максимальной скорости, позвол ет использовать сьфье с высоким содержанием . изобутилена (до 60), что,в частности , обеспечивает и заметное повьшение производительности процесса; отпадает необходимость в использо вании мощного источника холода (примен етс  в прототипе), что резко удевшевл ет и упрощает процесс; простота аппаратурного оформлени  процесса (труба и патрубок ввода катализатора ) , обеспечивающего при высокой скорости потока максимально возможный за счет объемного распределени  контакт сырь  с катализатором и какследствие, минимальное врем  реакции. Патрубок ввода катализатора оригинален в том отношении, что позвол ет разбить поток катализатора на множество (по числу отверстий) микропотоков, которые охватывают всю область потока сырь .

в скобках указана линеййа  скорость потока сырь .

1

4

А-А

I

А

-й Кгз - йК5г-Л: Г1.- -;Фиг . 2

Claims (3)

1. Способ получения полимеров изобутилена полимеризацией содержащих его углеводородных фракций С_ц

в аппаратах трубчатого типа под действием хлорсодёржащих алюминиевых катализаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, регулируемости и упрощения процесса, последний проводят при лийейной скорости реакционной массы 35-70 см/с и турбулентном характере ее движения.

2. Устройство Для получения полимеров изобутилена, выполненное в виде трубы с охлаждающей рубашкой, патрубками для одностороннего ввода катализатора и сырья и вывода полимеризата, о тли ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, регулируемости и упрощения .процесса, патрубок для ввода катализатора расположен на входе трубы по ее оси и внутри ее с отверстиями, направленными под углом

90° к оси патрубка, а патрубок для ввода сырья расположен на входе трубы под углом 90° к ее оси, при этом соотношение длины трубы к ее диаметру составляет 20:1-60-1, соотношение длины патрубка для ввода катализатора к длине трубы - 1:20-1:200 и отношение длины этого патрубка к его диаметру - 20.

3. Устройство йо п.2, о т лича ю щ ее с я тем, что отверстия на поверхности йатрубка для ввода катализатора расположены по винтовой линии.

ЗЦ .„ 778199

1 778199

2