TW202409100A - 製造低密度聚乙烯及其共聚物的高壓聚合方法 - Google Patents
製造低密度聚乙烯及其共聚物的高壓聚合方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202409100A TW202409100A TW112124065A TW112124065A TW202409100A TW 202409100 A TW202409100 A TW 202409100A TW 112124065 A TW112124065 A TW 112124065A TW 112124065 A TW112124065 A TW 112124065A TW 202409100 A TW202409100 A TW 202409100A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- pressure
- exhaust gas
- reaction
- bar
- ethylene
- Prior art date
Links
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 21
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 88
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 20
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 53
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 28
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 28
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acrylate Chemical compound CCOC(=O)C=C JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CQEYYJKEWSMYFG-UHFFFAOYSA-N butyl acrylate Chemical compound CCCCOC(=O)C=C CQEYYJKEWSMYFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N pent‐4‐en‐2‐one Natural products CC(=O)CC=C PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 89
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract description 35
- 229920001038 ethylene copolymer Polymers 0.000 abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 60
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 45
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 31
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 30
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 27
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 12
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 7
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000034804 Product quality issues Diseases 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N Propionic aldehyde Chemical compound CCC=O NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- MWRWFPQBGSZWNV-UHFFFAOYSA-N Dinitrosopentamethylenetetramine Chemical compound C1N2CN(N=O)CN1CN(N=O)C2 MWRWFPQBGSZWNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 101000827703 Homo sapiens Polyphosphoinositide phosphatase Proteins 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- 102100023591 Polyphosphoinositide phosphatase Human genes 0.000 description 1
- 101100233916 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) KAR5 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N butyric aldehyde Natural products CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940112112 capex Drugs 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000007765 extrusion coating Methods 0.000 description 1
- FEBLZLNTKCEFIT-VSXGLTOVSA-N fluocinolone acetonide Chemical compound C1([C@@H](F)C2)=CC(=O)C=C[C@]1(C)[C@]1(F)[C@@H]2[C@@H]2C[C@H]3OC(C)(C)O[C@@]3(C(=O)CO)[C@@]2(C)C[C@@H]1O FEBLZLNTKCEFIT-VSXGLTOVSA-N 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001451 organic peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F10/00—Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
- C08F10/02—Ethene
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2400/00—Characteristics for processes of polymerization
- C08F2400/04—High pressure, i.e. P > 50 MPa, 500 bars or 7250 psi
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Abstract
本專利申請案係關於乙烯、選擇性與其至少一種共聚單體的高壓聚合方法,以製造低密度聚乙烯、或乙烯與至少一種共聚單體的共聚物,較佳為乙烯乙酸乙烯酯(EVA)與乙酸乙烯酯(VA)含量在2至50質量%之間,其包括:
● 在一個或多個反應器中,進行乙烯、選擇性與其至少一種共聚單體的高壓聚合;
● 降低該反應流出物的壓力;
● 在降低該反應流出物的壓力之後,在一個或多個噴射裝置中,降低該反應流出物的溫度,相對於單獨藉由節流(等焓膨脹)所獲得的溫度,較佳為降低1°C至50°C之間的範圍內變動的量;
● 藉由至少三個後續分離階段來分離該反應流出物,在不同壓力下操作,產生至少三種不同的排氣流(高壓排氣、中壓排氣、低壓排氣)其每一種來自單一分離階段,並且在每個分離階段中自未反應的化合物中回收低密度聚乙烯、或選擇性其共聚物;
● 將第一階段中分離的排氣的一部分(高壓排氣)和第二階段中分離的所有排氣(中壓排氣)再循環至一個或多個該噴射裝置,在第一分離階段的壓力下再壓縮該排氣,並因此冷卻該反應流出物;及
● 將在第三階段中分離的排氣(低壓排氣)和補充的乙烯以及選擇性補充的該至少一種共聚單體進行機械壓縮至高至反應壓力。
Description
本專利申請案係關於一種使用高壓技術製造低密度聚乙烯(LDPE)及/或其共聚物(例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA))的方法。
該方法藉由適當的再循環,利用該方法本身產生的部分排氣來冷卻反應流出物,同時使用後者的焓,改善製造循環的整體能量效率。
更特別的是,所描述及請求的方法利用冷卻和能量回收系統,該系統使用噴射裝置(等同地稱為噴射泵或噴射器)。
採用高壓技術的LDPE聚合物和共聚物的製造工廠,就投資成本及營運成本而言很昂貴。製造LDPE聚合物和共聚物的高壓技術是指在不低於600巴絕對壓力(absolute bar)(也稱為
bar a)的壓力下進行聚合的方法。
反應流出物處於超臨界相,因為反應器的工作壓力範圍為1000巴絕對壓力至3000巴絕對壓力,溫度範圍為150°C至300°C。這種含有聚合物質量體(如聚乙烯)、共聚物和未反應單體(如乙烯)的混合物必須進行分離,但為了做到這一點,必須首先降低壓力。
為此目的,流出物質量體在100巴絕對壓力和500巴絕對壓力之間的壓力下被節流,隨之而來的是溫度的急劇升高,這產生了兩個問題:
● 產品品質問題:產品在高溫下的持久性,例如超過 200 °C,某些EVA(乙烯乙酸乙烯酯)產品的情況,可能導致形成凝膠,從而劣化光學性質和成品轉化過程中的可加工性,特別是打算用於薄膜和塗層的產品。
● 運作連續性問題:高壓分離器內的持久高溫可能導致形成熱點,其可能引發混合物的分解反應,從而造成製造工廠停工和製造損失。
因此,反應流出物的溫度和壓力控制是乙烯聚合工廠中的關鍵點。
現有技術中已經提出了用於冷卻聚合物的各種解決方案,這些解決方案提供了使用冷卻器或用於去除熱量的其它解決方案。
GB 1540894揭示了乙烯均聚合或共聚合的方法(參見圖4),其中乙烯或含有乙烯的單體混合物在反應器(3)中在大於1000 bar a的壓力下反應,所得混合物(C)通過減壓的閥(4),然後進入壓力在200至500 bar a之間的分離器(6)。聚合物和單體(C)的混合物藉由置於節流閥(4)和分離器(6)之間的噴射泵(5)噴射再循環單體(D)來冷卻。噴射泵(5)的工作壓力低於分離器(6)。
US 7,837,950描述了乙烯和選擇性的其共聚單體的高壓聚合方法(參見圖5)。單體在高壓反應器中聚合。反應流出物(C)流過位於反應器(3)下游的反應器底部閥(4),然後被送到分離器系統(6、11),從中分離出排氣。
第二分離器(11)的排氣(E)藉由例如噴射泵(5)被泵送到分離器上游但在節流閥(4)下游。反應流出物流過噴射泵(5)並充當驅動流體,為吸入位於下游的第二分離器(11)產生的排氣創造條件。
還可以將反應流出物(C)進料至冷卻裝置(17),在其中形成兩相混合物,其中一相富含聚合物而一相貧聚合物。此兩相混合物作為驅動流體而被進料到噴射泵(5),為吸入第二分離器(11)產生的排氣創造條件。
US 8,048,971揭示了一種在經受脈動的管式反應器中高壓聚合聚乙烯及其共聚物的方法(壓力脈動是由反應器出口閥部分打開小於1秒所引起)。噴射泵用於將一部分冷卻的排氣從第一分離器泵入反應產物中,從而將其冷卻。由冷卻的反應產物和一部分冷卻的排氣所組成的混合物被送到由兩個排氣分離器所組成的分離裝置。美國專利8,048,971描述的方法沒有提供中間分離器的使用以及藉由用噴射泵壓縮來相對回收排氣。
US 8,445,606揭示了一種增加現有烯烴自由基聚合工廠的容量及/或降低其比功耗的系統。該工廠包括在1500-3500巴壓力下運作的單體壓縮部分、在3000巴下運作的管式反應器帶有夾套以冷卻聚合反應的反應部分,以及與噴射泵相連的用於冷卻與分離出的氣體之反應的下游分離區。反應產物和未反應的化合物經過節流閥而流至三個分離階段。來自第一分離器和第二分離器的部分排氣被冷卻,並在節流後經過噴射泵而被泵入來自反應器的流(stream)中。提供了週期性壓力脈動(「衝擊」)的施加來保持反應器清潔,結果是由於高操作壓力而在已經承受高應力的裝置上產生高機械應力。
US 2013/171029描述了一種製造聚乙烯(LDPE)的系統,其配備有使用噴射泵的冷卻系統。事實上,該系統包括彼此連接的第一和第二壓縮機,其向管式聚合反應器供料。部分補充的單體從第一壓縮機被送至噴射泵。該噴射泵冷卻反應產物,然後該反應產物在由兩個排氣分離器所形成的分離段中進行分離。美國專利2013/171029描述的方法沒有提供中間分離器的使用以及藉由用噴射泵壓縮來相對回收排氣。此外,在初級壓縮和二級壓縮之間提供了調節閥,這使得製程方案進一步複雜化。
在本專利申請案中,儘管沒有明文述及,但本文中報告的所有操作條件必須理解為較佳的條件。
為了本說明書的目的,術語「包括」或「包含」亦包括術語「由…所組成」或「本質上由…所組成」。
出於本討論的目的,除非另有說明,否則區間的定義始終包括極值。
為了本說明書的目的,以「%」顯示的值始終應理解為質量%。
為了克服先前技術的問題,本案申請人提出了一種用於聚合乙烯及/或其共聚單體的高壓方法,以製造低密度聚乙烯(LDPE)及/或其共聚物,該方法使用一個或多個噴射裝置來冷卻反應流出物,同時回收能量效率。事實上,在該製程期間,由反應流出物的分離而產生了排氣,該排氣被送到噴射裝置以藉由熱壓縮來冷卻反應流出物。
該方法包括降低反應流出物的壓力的步驟,隨後藉由使用一個或多個噴射裝置進行能量回收的冷卻步驟。
該方法不僅特別適合製造用於薄膜和塗層(例如溫室用薄膜、大尺寸吹塑薄膜、膨脹/發泡產品、紙張或其它基材上的塗層)的低密度聚乙烯,而且還適合製造乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物,藉助反應流出物和聚合物的溫度和壓力的控制,該共聚物的乙酸乙烯酯的含量可以高達50%,以上藉由本文指出的技術特徵的組合來進行。
因此,本專利申請案的標的是乙烯、選擇性地與其至少一種共聚單體的高壓聚合方法,以製造低密度聚乙烯、或與至少一種共聚單體例如EVA(乙烯乙酸乙烯酯)的乙烯共聚物,該乙烯共聚物的乙酸乙烯酯含量為2%至50%,該方法包括:
● 在一個或多個反應器中進行乙烯、選擇性與其至少一種共聚單體的高壓聚合;
● 降低反應流出物的壓力;
● 在降低該反應流出物的壓力之後,在一個或多個噴射裝置中,降低該反應流出物的溫度,相對於單獨藉由節流(等焓膨脹)所獲得的溫度,例如降低了1°C至50°C之間的範圍內變動的量;
● 藉由至少三個後續分離階段來分離該反應流出物,在不同壓力下操作,產生至少三種不同的排氣流(高壓排氣、中壓排氣、低壓排氣),其每一種來自單一分離階段,並且在每個分離階段中自未反應的化合物中回收低密度聚乙烯、及/或選擇性其共聚物;
● 將第一階段中分離的排氣的一部分(高壓排氣)和第二階段中分離的所有排氣(中壓排氣),再循環至一個或多個該噴射裝置,在第一分離階段的壓力下再壓縮該排氣,並因此冷卻該反應流出物;及
● 將在第三階段中分離的排氣(低壓排氣)和補充的乙烯以及選擇性補充的該至少一種共聚單體,進行機械壓縮至高至反應壓力。
在第一分離階段中分離的排氣部分(高壓排氣),其未被輸送至噴射裝置且在第一階段中未被再循環,而被輸送至機械壓縮:該排氣部分不僅包括在第一階段中從反應流出物中分離的排氣,還包括其先前已在該噴射裝置中在第一分離階段的壓力下被加熱再壓縮的排氣。
在每個分離階段中,將來自前一階段的反應流出物分離成兩相:富含未反應單體及/或共聚單體的輕相(排氣)和富含聚合物的重相,該重相然後被送入在較低壓力下運作的後續分離器,以便自該富含聚合物重相中獲得額外的排氣分離。
在本專利申請案中,術語「低密度聚乙烯」旨在表示以縮寫字LDPE傳統上已知的聚乙烯,且其一般具有在0.910至0.940 g/cm
3之間變化的範圍內的密度,但此密度範圍並非用以限制本發明的目的。
在本專利申請案中,術語「節流」是指遵循等焓(isoenthalpic或isenthalpic)行為的轉變。
以上給定的LDPE的密度值是在23℃下測定,密度一般採用「ISO 1183-2:2004方法(在23℃下測定)」進行測量。
在本專利申請案中,術語「其共聚物」是指與至少一種共聚單體,例如乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸的乙烯共聚物。
乙烯共聚物的實例為EVA(乙烯乙酸乙烯酯)共聚物,較佳為具有乙酸乙烯酯(VA)含量在2質量%至50質量%之間的範圍內的EVA共聚物。
用如上所指出的以乙烯及/或其共聚單體的高壓聚合方法所製備的聚乙烯及/或其共聚物,通常具有0.1至500 g/10'之間的範圍內的熔體質量流動速率(MFR),較佳為在0.15至110 g/10'之間,更佳為在0.2至65 g/10'之間,其係在190℃/2.16 kg條件下並根據ISO 1133:2005標準測量,但前述MFR範圍並非用以限制本發明的目的。
反應流出物處於氣相,並且含有乙烯聚合物或乙烯共聚物、以及未反應的單體和可能的未反應的共聚單體。
為了回收聚合物,氣態反應流出物經歷各種分離階段,產生高壓、中壓和低壓排氣。
本案申請人將部分選擇性冷卻的高壓排氣和所有中壓排氣,輸送到一個或多個噴射裝置,例如噴射泵中。輸送到噴射泵的中壓排氣和部分高壓排氣作用為熱載體,來冷卻反應流出物,而該反應流出物作用為壓力載體,來壓縮該中壓氣體,將其帶至第一分離器的壓力。
此解決方案簡化了聚合工廠,因為其避免了使用設計為在高壓下運作的冷卻系統,即在與反應器的壓力相等的壓力下運作,並且專用於冷卻反應流出物,並且避免在中壓排氣再循環管線上安裝熱交換裝置。
此外,藉助噴射裝置,中壓排氣管線上的壓縮機需要較少的功率,並且一般來說,整個壓縮管線被簡化並減小了尺寸。所有這些都對降低投資成本(CAPEX)及水電消耗(OPEX)具有正面影響。
以此解決方案還可以增加現有工廠的產能,因為其允許增加反應器中的轉化並使用現有壓縮機,該壓縮機傳統上壓縮先前技術方法中來自第二分離器的排氣,以壓縮補充的乙烯及/或其共聚單體。來自第二分離器的排氣可以藉由本案申請人提出的解決方案進行再壓縮。
此解決方案還可以回收離開該第二分離階段的蒸氣,典型上該第二分離階段被提供在將乙烯聚合成聚乙烯的工廠中,因而改善該方法的整體能量效率。
噴射裝置,例如噴射泵或噴射器,允許藉由利用由噴射泵操作的熱壓縮來回收分離的氣體的能量。反應流出物的壓力將中壓和高壓排氣壓縮至分離裝置的壓力。同時,中壓和高壓排氣的溫度低於反應流出物,當反應流出物通過噴射泵時將其冷卻。本發明的第一個目標是由於回收在聚乙烯製造期間產生的能量而減少比能量消耗。例如,一座 100 kt/y 的工廠每年總共可節省約900百萬瓦小時(MWh)的能量。
本發明的另一個目標是降低流體(例如流出物)至高壓分離器的溫度。這種降低具有雙重優點:其可以減少或消除聚合物中的缺陷;並可以降低失控反應的可能性,從而增加操作的連續性。
此外,本專利申請案中描述及請求的發明可以簡化工廠,其精確地藉助於下列事實:沒有使用熱交換裝置(例如在反應器及/或第二分離器出口處的冷卻器),並且允許使用較小尺寸和功率的設備(例如壓縮機)。
這些和其它目標及優點係藉由本專利申請案中所描述及請求的本發明而獲得,並且將從以下描述及所附圖式中變得更加清楚,所附圖式純粹以非限制性實施例的方式提供,其代表了本發明的較佳的具體實施例。
現在本案申請人還參照圖1詳細描述本專利申請案的方法標的。
乙烯及/或其共聚單體(反應物)經由一個或多個初級壓縮系統,較佳為增壓器/初級系統(1)和二級壓縮系統(2)而被機械壓縮,每個系統較佳為包括一個或多個壓縮階段,或一台或多台泵。該反應物可被壓縮至1000巴絕對壓力至3000巴絕對壓力之間,較佳為1000巴絕對壓力至2200巴絕對壓力之間,更佳為1200巴絕對壓力至1800巴絕對壓力之間。
較佳的共聚單體可以選自乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸。
可以添加鏈改質劑至反應物中;該改質劑可較佳為選自1-丁烯、丁烷、丙烯、丙醛和丙烷。
壓縮機系統,特別是那些從低壓開始的壓縮機系統,涉及就電力而言顯著的能量消耗。一旦壓縮,反應物在反應裝置(3)中根據鏈形、自由基和引發劑促進的聚合反應而進行反應。該反應裝置較佳為高壓釜型反應器,有時也稱為容器反應器。此反應器由配備攪拌系統的高壓容器所組成,該攪拌系統可實現反應混合物的均質化。反應器可包括一次或多次未反應的氣體之進料及一次或多次聚合促進劑之噴入。高壓釜型反應器還可以提供內部隔膜,其允許將反應體積分成更小的區域,在這些區域內可以形成所需的溫度剖面圖,從而賦予產物(乙烯均聚物和共聚物)特別的光學和機械性質。
高壓釜反應器相對於管式反應器特別有利,因為它在固定壓力下而不是在固定超壓脈衝(暴沸)下作業,該超壓脈衝例如每 40 秒超過反應壓力700巴。
此外,使用高壓釜反應器是有利的,因為其顯示較少的結垢,除了高壓釜反應器允許獲得易於形成一些類型的膜及擠出塗層等級之聚合物的事實之外,可以使用比管式反應器中使用的壓力更低的壓力來進行聚合。
事實上,高壓釜內部的連續攪拌使聚合體保持在均勻的溫度,並保持反應區內的成分濃度固定,例如單體、聚合物、聚合引發劑和鏈轉移。
此外,高壓釜反應器中可用的較低溫度和壓力可以對聚合物性質產生正面影響,例如對於透明薄膜、溫室薄膜等應用特別關鍵的光學性質。
較佳的鏈引發劑係在反應溫度下不穩定而能夠提供能夠促進聚合反應的自由基的化合物。更佳的引發劑選自有機過氧化物和過氧酸酯以及氧氣。
聚合反應可以在150℃至300℃之間,較佳為170℃至300℃之間,更佳為170℃至280℃之間的溫度下進行。
聚合中的反應壓力一般為1000 bar a至3000 bar a之間,較佳為1000 bar a至2200 bar a之間,更佳為1200 bar a至1800 bar a之間。
即使在其較佳範圍內,反應壓力也與前述反應物的壓縮壓力一致。
在這些溫度和壓力條件下,反應物混合物處於稱為超臨界相的均相。
反應流出物(C)含有聚乙烯及/或乙烯共聚物、未反應的單體,例如乙烯及/或其共聚單體。
反應流出物在進入噴射裝置之前必須降低壓力。
降低反應流出物壓力的較佳為方式是使用位於反應裝置底部的節流閥(4),有時稱為減壓閥。經過噴射裝置(5)後,反應流出物(C)與離開高壓再循環器(7)的部分氣體(D)以及中壓分離器(11)的排氣(E)組合而進入高壓分離器(6)。在高壓分離器中可以達到的壓力可以在500巴絕對壓力和100巴絕對壓力之間變化,更佳為在300巴絕對壓力和150巴絕對壓力之間,甚至更佳為在290巴絕對壓力和200巴絕對壓力之間。
壓力測量方法不拘限於本發明的目的,並且可以例如利用流量計進行測量,但是可以使用本領域已知的其它方法而不脫離本發明的範圍。
高壓分離器內部的溫度一般保持在290÷180 °C範圍內。一般而言,在乙烯均聚物的製造期間中達到接近290℃的溫度,而在乙烯共聚物的製造期間中一般維持接近180℃的溫度。
藉由減壓,反應物混合物變成兩相,形成富含聚合物的相及較不富含聚合物的相。藉由從反應裝置(3)內部發生的高壓條件開始對反應流出物進行節流而實現的壓力降低係伴隨著溫度升高。這種增加可能會導致兩個問題:
■ 產品品質問題:產品在高溫下的持久性可能導致聚合物交聯並形成凝膠(或魚眼),從而劣化產品的光學性能,特別是薄膜和塗層等級 。
■ 運作連續性問題:高壓分離器內的持續高溫可能導致形成熱點,其會導致反應物混合物分解,從而造成工廠停工和製造損失。
一旦其壓力降低,反應流出物流入至少一個噴射裝置(噴射泵5):離開反應裝置(3)的流出物(C)使用作為驅動流體,以壓縮來自中壓分離器(11)的氣相(排氣E)至高壓分離器(6)的壓力。
離開中壓分離器(11)的氣流(E)因此重新進入高壓分離器(6)的蒸汽循環。
同時,離開高壓再循環(7)的部分排氣(D)用於冷卻含有所產生的聚合物的反應流出物(C)。這藉由在進入第一分離器(6)之前將反應流出物(C)與離開高壓再循環(7)的流(D)混合,而在噴射裝置(5)內部發生。離開第一分離器(6)的排氣或循環氣體的一部分,即被輸送到噴射裝置(噴射泵5)中以冷卻離開反應裝置(3)的反應混合物的高壓排氣,可以相對於總排氣在1%和30%之間變化,更佳為在總排氣的1%和20%之間,甚至更佳為在總排氣的5%和15%之間。
可以引入兩個調節閥(8)和(10),以便藉由調節該離開高壓再循環(7)的冷卻氣體(D)的流量,來控制高壓分離器(6)的溫度,並具有調節在中壓分離器(11)中的壓力之目的。
離開反應裝置(3)的反應流出物(C)可含有相對於流出物總質量在8%至22%之間的範圍內變化的聚合物部分(即可能存在的所有乙烯聚合物和共聚物),更佳為相對於流出物的總質量在8%至20%之間的範圍內,甚至更佳為相對於流出物的總質量在10%至18%之間的範圍內。重相與輕相的分離在高壓分離器(6)中發生,其中重相富含聚合物但仍含有等份單體及/或可能未反應的共聚單體(其在閥(9)中節流後將形成流G),而輕相(排氣I)貧乏聚合物但富含未反應的單體及/或選擇性的共聚單體。重相中所含的等分量的未反應單體(其在閥(9)中節流後將形成流G)較佳為可相對於聚合物分的總質量在20質量%至60質量%之間變化。此流G主要含有聚合物及/或選擇性的共聚物、低分子量聚合物及/或共聚物、未反應的單體及/或共聚單體、過氧化物分解產物、油及溶劑。單體及/或任何未反應的共聚單體(輕相I)在高壓再循環器(7)中冷卻,並部分被送至二級壓縮系統(2)。
控制閥(9)允許對重相(節流後形成流(G))進行節流,從高壓分離器(6)的條件至可在中壓分離器(11)作業的條件,該中壓分離器(11)在2巴絕對壓力和100巴絕對壓力之間的範圍內,更佳為在5巴絕對壓力和50巴絕對壓力之間的範圍內,仍更佳為在10巴絕對壓力和35巴絕對壓力之間的範圍內的壓力下作業。
離開中壓分離器(11)頂部的氣態流出物(E)被噴射裝置(噴射泵5)吸入。中壓分離器(11)的壓力由調節閥(10)調節。
重聚合物相(其在閥(12)中節流之後形成流H)主要含有聚合物及/或可能的共聚物、及等分量的未反應的單體及/或可能的共聚單體、油和溶劑。等分量的未反應的單體及/或可能的共聚單體可在聚合物部分之質量的1%至10%之間變化。
控制閥(12)允許對重聚合物相(節流後形成流 H)進行節流,從中壓分離器(11)的條件至低壓分離器(13)的條件,該低壓分離器(13)的壓力可在0.01巴絕對壓力和5巴絕對壓力之間的範圍內,較佳為在1.0巴絕對壓力和2.5巴絕對壓力之間的範圍內,甚至更佳為在1.25巴絕對壓力和2.0巴絕對壓力之間的範圍內。
低壓分離器中放出的氣體(從聚合物中釋放出來)可以在被壓縮後在反應中回收。
在低壓下分離後,聚合物和任何產生的共聚物可以在擠出機和切割系統(也稱為造粒系統14)中造粒。該造粒系統可包括一台或多台單螺桿擠出機及/或一台或多台多螺桿擠出機及/或一台或多台齒輪泵(熔體泵),其將熔融聚合物壓向模板以用於隨後的切割和冷卻,而形成聚合物顆粒。
可以在擠出和切割系統(14)內提供一次或多次添加劑注射,以便賦予產品特別的性質,例如,在暴露於空氣中的情況時之耐冷及耐熱氧化。
在聚合物顆粒的可能的均化階段之後,其可以包括例如混合在不同時間產生的顆粒以獲得具有均勻特性的產品以及進一步脫氣,其包括引入空氣或氮以除去任何仍然存在於聚合物基質中的微量的單體及/或共聚單體,因此形成的聚合物顆粒可以以各種形式包裝並儲存或運輸到轉變階段。
根據本發明的高壓乙烯聚合方法較佳為連續地進行,並且不對節流閥的開口施加週期性脈動(例如,替代地用在US 8,048,971及US 8,455,606中描述的暴衝(bumping)方法進行)。事實上,已經觀察到,週期性脈動的施加不會帶來技術上優點,而是會對由於高操作壓力而已經承受高應力的設備施加機械應力。
應當注意的是,在US 8,048,971和US 8,455,606中描述的應用中使用噴射泵比本案申請人在本申請中提供的應用較容易施作,因為經受脈動的管式反應器的工作壓力通常高於本專利申請案中報導的高壓釜反應器的工作壓力,相對於來自高壓釜反應器的反應流出物,給予驅動流體更大的驅動力來壓縮排氣。
就本發明的由一個或多個噴射裝置所形成的噴射單元而言,一個或多個噴射裝置的特徵在於對離開反應器(C)的流體(驅動流體)賦予足夠高的動量,使得其能夠吸入進入一台或多台裝置的排氣(D)和(E)。
在一具體實施例中,提供使用至少兩個串聯的噴射泵(5),每個噴射泵配備有兩個流體入口,其中每個噴射器僅有一挾送流體(entrained fluid):實際上,反應器的流出物(C)(驅動流體)和一部分(D)高壓排氣(挾送流體)進入第一噴射泵,離開該第一噴射泵的流體進入第二噴射泵作為驅動流體,以吸入中壓排氣(E)。
在另一具體實施例中,僅一個噴射器提供有用於兩種挾送流體的兩個不同入口:一個或兩個挾送流體可選擇性地在進入噴射器之前平衡壓力,例如藉由使用一個或多個各別的節流閥,使得在閥下游的該等挾送流體的壓力變得實質上相同,因而確保較低壓力的挾送流體被吸向噴射泵的出口,而不是經由各別的入口被推出。
在另一具體實施例中,提供了具有用於挾送流體的入口的噴射泵的使用,其中該挾送流體是先前已經組合成單一流體的兩個或更多個挾送流體(排氣)的混合物:在這種情況下,可以在噴射泵的上游提供至少一個節流閥(圖式中未示),該噴射泵施加比所結合的兩個流體更高的壓力至該挾送的流體。
下面給出一些實施例以便更好地理解本發明和應用範圍,但不以任何方式構成對本發明範圍的限制。
這些實施例應理解為根據本發明的方法的較佳具體實施例。
實施例
下面提供三個比較例1、2和3,以與根據本發明在實施例4、5和6中所獲得者進行比較。
該等實施例在反應系統(3)出口處具有相同的流速和溫度,並且主要考慮以下參數進行比較:
○ 電能的比消耗量(specific consumption);
○ 高壓分離器(6)中(流F)的溫度,與保持產品品質和操作連續性方面相關;及
○ 熱力學不可逆性作為所述方法的指標,即如本專利申請案中所描述在噴射裝置(5)中發生的壓縮和冷卻方法(具有三個流體入口和高壓氣體入口的上游節流閥的噴射泵)從熱力學的視野來看,更受青睞。
比較例是在將來自二級壓縮(2)而被進料到反應系統(3)的乙烯之流速固定且等於72000 kg/h的情況下詳細闡述。在所有實施例中,進入和離開反應系統的溫度被認為是固定,並且分別等於40℃和280℃,考慮到絕熱聚合反應,其導致聚合物的產能為13,000 kg/h。
對於所有實施例,進入系統的乙烯補充物(流A)在71 bar a的壓力下進行。
必須從低壓分離器(13)的壓力(等於 1.3 bar a)壓縮到高至中壓分離器(11)的壓力的排氣流速,對於所有實施例都是固定,且等於 500 kg/h。
比耗電量(specific electricity consumption)的計算考慮了以下因素:
○ 初級壓縮/增壓器(僅壓縮乙烯)的比耗電量為:
● 0.0037 kW h/乙烯kg數/壓力增量巴數-用於在1.3 bar a至31 bar a壓力範圍內進行壓縮
● 0.0006 kWh/乙烯kg數/壓力增量巴數-用於在31 bar a至71 bar a壓力範圍內進行壓縮
● 0.00015 kW h/乙烯kg數/壓力增量巴數-用於在71巴至二級壓縮吸氣壓力(假設等於流(D)和(J)的壓力,即等於高壓分離器(6)的壓力降低了30巴,其考慮到高壓再循環(7)中的壓降)的壓力範圍內進行壓縮
○ 二級壓縮(僅壓縮乙烯)的電能消耗為0.0000775 kWh/乙烯kg數/壓力上升巴數-用於從二級壓縮吸入壓力(假設等於流壓(D)和(J),或等於高壓分離器(6)的壓力降低了30巴,其考慮到高壓再循環(7)中的壓降)直至二級壓縮的出口壓力等於1601巴絕對壓力(等於反應壓力)之壓縮,其在所有實施例中保持固定。
○ LDPE聚合物的擠出,假設比耗電量為100 kWh/1000 kg的所製造的聚合物。
為了考慮到任何其它電能消耗(例如冷卻水循環),在所有實施例中,假設額外的電能消耗等於150 kW h/1000 kg的所製造的聚合物。
為了進行包括高壓分離器(6)的溫度在內的計算,該由下列所組成的系統被認為是絕熱:反應系統(3)、節流閥(4)、噴射泵(5)、高壓分離器(6)、節流閥(9)、中壓分離器(11)、控制閥(8)和(10)、及相關的互連管路。
熱力學不可逆性計算為系統的流出流和進入流之間的熵流之差,該系統由節流閥(4)所組成,該節流閥(4)可選擇性地與噴射裝置(噴射泵5)組合,可選擇性地忽略冷卻器(17)的存在。
熵流計算為相關流的質量流速和質量熵的乘積(在表(表2至表7)中所示的操作條件下計算)。
類似地,焓流也計算為相關流的質量流速與質量焓之間的乘積(在表(表2至表7)中所示的操作條件下計算)。
熵和質量焓的計算僅考慮由乙烯所構成的流。
熱力學性質已使用以下書籍中指出的方法計算:VV Sychev, AA Vasserman, EA Golovsky, AD Kozlov, GA Spiridonov, VA Tsymarny, “THERMODYNAMIC PROPERTIES OF ETHYLENE(National Standard Reference Data Service of the USSR)”(1987),ISBN 9783540176336–特別是使用第2章(第43頁至第49頁)中報告的狀態方程式以及第3章(第51~53頁、第56~57頁)中報告的狀態方程式及比熱之參數)。
第一比較例顯示了不包括噴射泵安裝的配置(如圖3所示)。
第二比較例遵循專利GB 1540894的教示,其中僅取出離開高壓分離器(6)頂部並且可能在高壓再循環(7)中冷卻的排氣(D)的等分試樣,以冷卻反應器輸出產物(C),參見圖4中所示的配置。
第三比較例遵循專利US 7,837,950的教示,其中冷卻裝置(冷卻器17)可以插入在反應器(3)和噴射泵(5)之間(圖5所示的配置)。
在下列例的描述中,將參考以下編號之所涉及的材料流。
表 1
比較例 1(C1)
流 | 參見圖1之敘述 |
C | 離開反應裝置(3)而在節流閥(4)之前的流,對應圖1至圖5所示的流(C)。 |
D | 離開高壓分離器(6)的部分排氣,於再循環(7)中冷卻,並經由調節閥(8)被進料至噴射泵(5)。 |
E | 離開中壓分離器(11)的排氣,其並經由調節閥(10)被進料至噴射泵(5)。 |
F | 離開噴射泵(5)進入高壓分離器(6)的材料流。 |
G | 由在高壓分離器(6)中分離的重相所組成的材料流,其主要由在閥(9)中節流之後而在進入中壓分離器(11)之前的聚合物所組成。 |
H | 由在中壓分離器(11)中分離的重相所組成的材料流,其主要由在閥(12)中節流之後而在進入低壓分離器(13)之前的聚合物所組成。 |
I | 進入再循環器(7)進行冷卻之從高壓分離器(6)離開的排氣。 |
J | 高壓再循環(7)的氣體部分,其在吸入中被再循環至二級壓縮機(2)。 |
參照此比較例的方法之方案顯示在圖3中。
工廠配置與本發明所提供和圖1所示者的不同之處在於:沒有安裝噴射泵(5),並且表1中所示的流(D)和(E)以及個別的控制閥(8)和(10)不存在。
另外,該工廠配置與本發明所提供和圖1所示者的不同之處在於:離開中壓分離器(圖3中未示)的排氣必須用適當的熱交換裝置冷卻,並被再循環到增壓器/初級壓縮機,其以低於二級壓縮機吸入壓力(圖3中未顯示部分)的壓力吸入。
流(F)顯示出藉由經由閥之節流而產生的升高的溫度,該閥之節流顯著降低了流(F)的壓力。
表2顯示了此例的質量和能量平衡。
表 2
性質 | M.U. | 流 | |||
C | - | - | F | ||
T | °C | 280 | - | - | 299 |
P | bar a | 1601 | - | - | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | - | - | 72000 |
焓 流 | kW | 29795 | - | - | 29795 |
熵 流 | W/°C | 130327 | - | - | 144633 |
系統的熱力學不可逆性:144633–130327 = 14306 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):878 kWh/t。
比較例 2(C2)
參照此比較例的方法之方案顯示在圖4中。
工廠配置與本發明所提出和圖1所示者的不同之處在於:不存在表1中所示的流(E)和相關的調節閥(10)。
另外,該工廠配置與本發明所提出和圖1所示者的不同之處在於:離開中壓分離器的排氣必須用適當的熱交換裝置(16)冷卻,並在吸入中被再循環到增壓器/初級壓縮機(1),其壓力低於二級壓縮機(2)的吸入壓力。
表3顯示了此例的質量和能量平衡。
表 3 :參考先前技術(GB 1540894)設想的系統的情況
性質 | M.U. | 流 | |||
C | D | - | F | ||
T | °C | 280 | 40 | - | 268 |
P | bar a | 1601 | 261 | - | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | 10000 | - | 82000 |
焓 流 | kW | 29795 | 2142 | - | 31937 |
熵 流 | W/°C | 130327 | 15513 | - | 161134 |
系統的熱力學不可逆性:161134-(130327+15513)=15294 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):873 kWh/t。
比較例 3(C3)
參考比較例3的方法之方案顯示在圖5中。
在比較例3中,存在位於反應器(3)之後和節流閥(4)之後的昂貴的高壓冷卻器(17)。冷卻器(17)之後是噴射泵(5):根據此方案,噴射泵(5)壓縮了離開第二分離器(11)的排氣,因而改善能量平衡(參見US 7,837,950)。
表4顯示了此例的質量和能量平衡。
表 4:參考具有與專利(US 7,837,950)提供的方案類似但沒有產品冷卻器的系統的情況
性質 | M.U. | 流 | |||
C | - | E | F | ||
T | °C | 280 | - | 260 | 299 |
P | bar a | 1601 | - | 31 | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | - | 4584 | 76584 |
焓 流 | kW | 29795 | - | 1897 | 31692 |
熵 流 | W/°C | 130327 | - | 10031 | 153842 |
系統的熱力學不可逆性:153842-(130327+10031)=13484 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):860 kWh/t。
實施例 4(Ex 4)
實施例4所指的方法之方案顯示在圖1和圖2中。
乙烯(A)和任何選擇性的共聚單體(B)經由增壓器/初級壓縮步驟(1)被壓縮至二級壓縮機(2)的吸入壓力,等於約261 bar a和40°C。二級壓縮機(2)將單體(和任何共聚單體)壓縮至反應壓力,等於約1601 bar a。將在二級壓縮機中壓縮的單體(和可能的共聚單體)送入反應裝置(3)。反應裝置(3)是攪拌的高壓釜型的反應器,由至少兩個在幾乎絕熱狀態下操作的反應區所組成。將聚合引發劑進料到反應器中。聚合引發劑可以與離開二級壓縮機的氣體一起進料,也可以經由特殊的注射器直接進料到反應器內。在反應裝置(3)的底部或在可能具有恆溫器/冷卻套的或多或少的長的管道區段之後,存在也稱為減壓閥的節流閥(4)。離開反應器(3)的反應物混合物(C)經由節流閥(4)發生膨脹,該反應物混合物具有18%聚合物和82%未反應單體的組成。此膨脹與反應器(3)內的高溫和高壓條件所引起的溫度升高相關。離開反應器的混合物(表1的流(C))被離開高壓分離器(6)的排氣(D)所冷卻,並藉由噴射泵(5)在高壓再循環(7)中冷卻。離開高壓分離器(6)的排氣(流I)實際上於再循環(7)中被冷卻。流(I)的一部分(J)被向前送至二級壓縮(2),而另一部分(D)則被送至噴射泵(5)(流(J)由未反應的單體所組成,等於約流(C)的75%)。
離開反應器(3)的流(表1的流(C))也作用為驅動流體,經由噴射泵(5)以壓縮離開中壓分離器(11)的排氣(表1的流(E);流(E)由未反應的單體所組成,且為大約流(C)的7%)。
在高壓分離器(6)中,在約291 bar a和270 °C下運作,接收來自噴射泵(5)的出口流,在輕相與富含聚合物的重相之間發生分離,其中該輕相由未反應單體所組成(表1的流(I);該流(I)等於約進入流(F)的79%,並且幾乎完全由未反應的單體所組成),而富含聚合物的重相在閥(9)中節流之後,將形成表1的流(G);該流(G)等於約進入流(F)的21%,並且由71%的聚合物和剩餘的29%未反應的單體所組成。
該輕相離開高壓分離器(6)的頂部,並於再循環(7)中冷卻。再循環(7)出口處的條件指示為261 bar a 和40°C。此流的一部分(約14.5%)經由控制閥(8)和噴射泵(5)來冷卻離開反應器(3)的流,剩餘部分(J),約85.5%,在吸入中被再循環至二級壓縮機(2)。富含聚合物的相(在節流後形成流G)通過節流閥(9)並在中壓分離器(11)中膨脹,在約31 bar a和220°C的條件下操作,其中從分離器頂部除去另一部分未反應的單體(輕相),其等於入口流的約27.5%並且主要由未反應的單體所組成。中壓分離器(11)的排氣(E)經由調節閥(10)全部被送至噴射泵(5),然後被送至高壓分離器(6)的入口。(重)聚合物相(在節流之後形成流H)從設備(11)的底部出來,並被節流閥(12)節流以在低壓分離器(13)中膨脹,該低壓分離器(13)在1.5 bar a和215°C的條件下運作。
在低壓分離器(13)中,進一步除去未反應的單體(輕相),其約佔進料的1.5%並且主要由未反應的單體所組成,其在低壓再循環(15)中被冷卻至1.2 bar a和40 °C的條件下,吸入返回至增壓器/初級壓縮機(1),該增壓器/初級壓縮機(1)將此流與補充的乙烯(A)一起壓縮至二級壓縮機(2)的吸入壓力。
(重)聚合物相從低壓分離器(13)的底部排出,並進料到擠出機和切割系統(也稱為造粒14)。
然後,聚合物顆粒預定進行進一步脫氣,其藉由引入空氣或氮氣而獲得,並進行可能的均質化階段,該階段由混合在不同時間製造的顆粒所組成,以獲得具有均勻性質的產品。隨後,由此製造的聚合物可被儲存或包裝以運送給客戶。
表5顯示了此實施例的質量和能量平衡。
表 5
性質 | M.U. | 流 | |||
C | D | E | F | ||
T | °C | 280 | 40 | 223 | 268 |
P | bar a | 1601 | 261 | 31 | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | 10000 | 5330 | 87330 |
焓 流 | kW | 29795 | 2142 | 2076 | 34013 |
熵 流 | W/°C | 130327 | 15513 | 11410 | 171607 |
系統的熱力學不可逆性:171607–(130327+15513+11410)=14357 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):854 kWh/t。
下面報告了根據本發明的兩個其它實施例,其強調了系統的不同操作條件。這些實施例係基於實施例4中描述的配置,其不同之處在於:高壓分離器(6)的工作溫度、及中壓分離器(11)的工作溫度和壓力。
實施例 5(Ex 5)
表6顯示了此實施例的質量和能量平衡。
表 6
性質 | M.U. | 流 | |||
C | D | E | F | ||
T | °C | 280 | 40 | 217 | 268 |
P | bar a | 1601 | 261 | 11 | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | 10000 | 5440 | 87440 |
焓 流 | kW | 29795 | 2142 | 2119 | 34056 |
熵 流 | W/°C | 130327 | 15513 | 12102 | 171824 |
系統的熱力學不可逆性:171824-(130327+15513+12102)=13883 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):848 kWh/t。
實施例 6(Ex 6)
表7顯示了此實施例的質量和能量平衡。
表 7
性質 | M.U. | 流 | |||
C | D | E | F | ||
T | °C | 280 | 40 | 224 | 268 |
P | bar a | 1601 | 261 | 36 | 291 |
流速 | kg/h | 72000 | 10000 | 5304 | 87304 |
焓 流 | kW | 29795 | 2142 | 2066 | 34003 |
熵 流 | W/°C | 130327 | 15513 | 11291 | 171555 |
系統的熱力學不可逆性:171555–(130327+11291+15513)=14425 W/°C(自發過程)。
比耗電量(每噸製造的聚合物):854 kWh/t。
結果報告於表8中。
表 8 :發明例(Ex4~Ex.6)與比較例(C1~C3)的比較
C1 | C2 | C3 | Ex4 | Ex5 | Ex6 | |
高壓分離器 的 溫度 , °C | 299 | 268 | 299 | 268 | 268 | 268 |
比耗電量 , kWh/t | 878 | 873 | 860 | 854 | 848 | 854 |
不可逆性 W/°C | 14306 | 15294 | 13484 | 14357 | 13883 | 14425 |
本發明能夠簡化製程,消除了參考文獻US 7,837,950中存在的昂貴的冷卻器(圖5中的(17))和較小容量的初級壓縮機/增壓器(1),並因此降低了投資和運作成本,因為必須由此機器再壓縮的氣體的流速減少了。
此外,如表8所示,發現高壓分離器(6)在比比較例1和3中更低的溫度下運作,並且在幾乎與比較例2中所示的溫度類似的溫度下運作,保證了優異的產品品質,特別是在光學性質方面,就交聯聚合物和點狀缺陷而言,特別是在意欲用於薄膜產品的產品中,例如透明薄膜、溫室薄膜(用於農業)。
與比較例2相比,高壓分離器(6)的溫度相同,但達成了電能之比消耗率的降低。
另一方面,就考量到不可逆性而言,實施例4與比較例2之間測定到稍微下降,但與比較例1和2相比,熱壓縮製程更有利。
再次,從表8中可以看出,本發明如何達成與比較例3的比消耗率相等。此優點是藉由使用反應器(3)出口流作為驅動流體,來壓縮離開中壓分離器(11)的排氣之可能性而獲得。
1:增壓器/初級壓縮機
2:二級壓縮機、二級壓縮系統
3:反應器、反應裝置、反應系統
4:節流閥
5:噴射泵
6:高壓分離器
7:再循環器
8:控制閥、調節閥
9:節流閥、控制閥
10:控制閥
11:中壓分離器、第二分離器
12:節流閥、控制閥
13:低壓分離器
14:造粒裝置、擠出和切割系統
15:低壓再循環
16:熱交換裝置
17:冷卻器
A:乙烯
B:共聚單體
C:離開反應裝置(3)而在節流閥(4)之前的流
D:於再循環(7)中冷卻,並經由調節閥(8)被進料至噴射泵(5)的離開高壓再循環器(7)的部分氣體
E:中壓分離器(11)的排氣
F:離開噴射泵(5)進入高壓分離器(6)的材料流
G:經節流閥(9)節流後形成的材料流
H:經節流閥(12)節流後形成的材料流
I:進入再循環器(7)進行冷卻之從高壓分離器(6)離開的排氣
J:高壓再循環(7)的部分氣體,其被再循環至二級壓縮機(2)
圖1說明了根據本發明的方法的較佳具體實施例;
圖2以放大形式詳細地說明了圖1中存在的具有噴射泵的冷卻區段;
圖3說明了未提供噴射泵的安裝之先前技術的流程圖。
圖4說明了先前技術的第二流程圖,其藉由熱交換裝置對離開該中壓分離器的排氣進行冷卻。
圖5是先前技術的第三流程圖,其提供了用於冷卻流出物的熱交換裝置(冷卻器)。
圖1所說明的本發明具體實施例的系統具有初級機械壓縮系統(增壓器)(1)和二級機械壓縮系統(2);1個聚合反應裝置(3),3個節流閥(4, 9, 12),1個高壓分離器的溫度控制閥(8),1個中壓分離器的壓力控制閥(10),噴射裝置(噴射泵(5)),在100至500巴絕對壓力之間的範圍內運作的分離系統(高壓分離器6),在2至100巴絕對壓力之間的範圍內運作的分離系統(中壓分離器11),在0.01至5巴絕對壓力之間的範圍內運作的分離系統(低壓分離器13),造粒裝置(14);氣相的兩個再循環:離開高壓分離器(6)的高壓再循環(7)和離開低壓分離器(13)的低壓再循環(15)。如圖所說明,乙烯(A)及其一種共聚單體(B)在壓縮系統(1, 2)中被壓縮,然後發生反應而生成反應混合物(C),該反應混合物(C)被節流(4)並被送至分離器(6, 11, 13)。離開反應器(3)的反應混合物(C)被節流(4)並構成噴射裝置(噴射泵5)的驅動流體。離開噴射泵(5)的混合物進入高壓分離器(6),其中富含聚合物的重相和富含未反應單體及/或共聚單體的輕相發生分離。第一分離後,重相被節流,而氣相被冷卻(7)並部分再循環至二級壓縮系統,且部分再循環至噴射泵(5)。離開高壓分離器(6)的重相在進入中壓分離器(11)之前被節流(9),在中壓分離器(11)中分離出的輕相經由控制閥(10)被再循環至噴射泵(5),而富含聚合物的重相在進入低壓分離器(13)之前被節流(12)。離開低壓分離器(13)的氣相在低壓再循環(15)中被冷卻,可能分離出由溶劑、共聚單體、壓縮機潤滑油和極低分子量聚合物所組成的冷凝相,並且被再循環至初級壓縮機系統(增壓器)。
3:反應器
4:節流閥
5:噴射泵
6:高壓分離器
7:再循環器
8:控制閥、調節閥
9:節流閥
10:控制閥
11:中壓分離器、第二分離器
C:反應混合物
D:離開高壓再循環器(7)的部分氣體
E:中壓分離器(11)的排氣
F:離開噴射泵(5)的材料流,其進入高壓分離器(6)
G:經節流閥(9)節流後形成的流
I:離開高壓分離器(6)的排氣
J:高壓再循環(7)的部分氣體,其被再循環至二級壓縮機(2)
Claims (14)
- 一種乙烯、選擇性地與其至少一種共聚單體的高壓聚合方法,以製造低密度聚乙烯、或乙烯與至少一種共聚單體的共聚物,較佳為乙烯乙酸乙烯酯(EVA)與乙酸乙烯酯(VA)含量範圍為2至50質量%,該方法包括: ● 在一個或多個反應器中,進行乙烯、選擇性地與其至少一種共聚單體的高壓聚合; ● 降低反應流出物的壓力; ● 在降低該反應流出物的壓力之後,在一或多個噴射裝置中,降低該反應流出物的溫度,較佳為相對於單獨藉由節流(等焓膨脹)所獲得的溫度,降低了1°C至50°C之間的範圍內的量; ● 藉由至少三個後續分離階段,分離該反應流出物,在不同壓力下操作,產生至少三種不同的排氣流(高壓排氣、中壓排氣、低壓排氣),其每一種來自單一分離階段,並且在每個分離階段中自未反應的化合物中,分離出低密度聚乙烯、或選擇性地其共聚物; ● 將第一階段中分離的排氣的一部分(高壓排氣)和第二階段中分離的所有排氣(中壓排氣),再循環至一個或多個該噴射裝置,在第一分離階段的壓力下再壓縮該排氣,並因此冷卻該反應流出物;及 ● 將在第三階段中分離的排氣(低壓排氣)、補充的乙烯和選擇性補充的該至少一種其共聚單體進行機械壓縮至反應壓力。
- 如請求項1之方法,其中該反應裝置由至少一個高壓釜型反應器所構成。
- 如請求項2之方法,其中該反應裝置由高壓釜型反應器所構成。
- 如請求項1至3中任一項之方法,其中該反應壓力在1000 bar a至3000 bar a之間。
- 如請求項4之方法,其中該反應壓力在1000 bar a至2200 bar a之間,較佳為在1200 bar a至1800 bar a之間。
- 如請求項1至5中任一項之方法,其中該反應溫度在150℃至300℃之間。
- 如請求項6之方法,其中該反應溫度在170℃至280℃之間。
- 如請求項1至7中任一項之方法,其中該第一分離階段在100巴絕對壓力和500巴絕對壓力之間進行,該第二分離階段在2巴絕對壓力和100巴絕對壓力之間進行,該第三分離階段在0.01巴絕對壓力和5巴絕對壓力之間進行。
- 如請求項8之方法,其中該第一分離階段在150巴絕對壓力與300巴絕對壓力之間進行,該第二分離階段在5巴絕對壓力與50巴絕對壓力之間進行,該第三分離階段在該階段在1.0巴絕對壓力和2.5巴絕對壓力之間進行。
- 如請求項1至9中任一項之方法,其中藉由節流(等焓膨脹),降低該反應流出物的壓力。
- 如請求項1至10中任一項之方法,其中該共聚單體選自乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸。
- 如請求項1至11中任一項之方法,其中流至該噴射裝置的高壓排氣部分在總排氣的1%至30%之間變化。
- 如請求項1至12中任一項之方法,其中流至該噴射裝置的高壓排氣部分在總排氣的1%至20%之間變化。
- 如前述請求項中任一項之方法,其中該一個或多個噴射裝置是一個或多個噴射泵(5)。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT102022000014113A IT202200014113A1 (it) | 2022-07-04 | 2022-07-04 | Procedimento di polimerizzazione ad alta pressione per produrre polietilene e suoi copolimeri a bassa densita’. |
IT102022000014113 | 2022-07-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW202409100A true TW202409100A (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=83271537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW112124065A TW202409100A (zh) | 2022-07-04 | 2023-06-28 | 製造低密度聚乙烯及其共聚物的高壓聚合方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
IT (1) | IT202200014113A1 (zh) |
TW (1) | TW202409100A (zh) |
WO (1) | WO2024009202A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2313399A1 (fr) | 1975-06-03 | 1976-12-31 | Charbonnages Ste Chimique | Procede de polymerisation et de copolymerisation de l'ethylene utilisant un dispositif d'injection de gaz |
GB0609973D0 (en) | 2006-05-19 | 2006-06-28 | Exxonmobil Chem Patents Inc | An apparatus for the production of polyethylene and ethylene copolymers |
GB0609974D0 (en) | 2006-05-19 | 2006-06-28 | Exxonmobil Chem Patents Inc | A process for the production of polyethylene and ethylene copolymers |
WO2010071653A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | High pressure polymerization process |
EP2544813B1 (en) | 2010-03-12 | 2016-04-27 | ExxonMobil Chemical Patents Inc. | Polyethylene manufacturing system and method |
-
2022
- 2022-07-04 IT IT102022000014113A patent/IT202200014113A1/it unknown
-
2023
- 2023-06-28 TW TW112124065A patent/TW202409100A/zh unknown
- 2023-07-03 WO PCT/IB2023/056881 patent/WO2024009202A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024009202A1 (en) | 2024-01-11 |
IT202200014113A1 (it) | 2024-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6844408B2 (en) | Preparation of polyethylene | |
CN103403040B (zh) | 在具有至少两个具有不同链转移剂浓度的反应区的管式反应器中制备乙烯均聚物或共聚物的方法 | |
CN107849161B (zh) | 烯属不饱和单体在管式反应器中的高压再聚合工艺 | |
US20100004407A1 (en) | Process for the Production of Polyethylene and Ethylene Copolymers | |
EP2935365B1 (en) | Process for copolymerizing ethylene and esters of vinyl alcohol | |
RU2008108093A (ru) | Способ и установка для получения полимеров и сополимеров на основе этилена | |
CN215517232U (zh) | 一种5万吨级产能规模以上的透明聚苯乙烯的生产设备 | |
US11370859B2 (en) | High pressure polyethylene product cooling | |
CN102256697A (zh) | 高压聚合工艺 | |
EP3077423A1 (en) | Process for separating components of a reaction mixture obtained by high-pressure polymerization of ethylenically unsaturated monomers | |
US9272979B2 (en) | Process for separating vinyl esters from a gas stream comprising ethylene and vinyl esters | |
CN102666608B (zh) | 由基于模型的预测控制器控制的高压反应器中乙烯均聚物或共聚物制备工艺 | |
TW202409100A (zh) | 製造低密度聚乙烯及其共聚物的高壓聚合方法 | |
CN106574003A (zh) | 制造乙烯聚合物和使用改性剂的方法 | |
CN1233670C (zh) | 自由基高压聚合制备乙烯均聚物和共聚物 | |
CN112724296A (zh) | 一种5万吨级产能规模以上的透明聚苯乙烯及其生产设备、工艺 | |
EP3280741B1 (en) | Reactor systems and processes related thereto | |
CN114832736A (zh) | 一种聚乙烯弹性体聚合撤热方法 | |
CN114729162B (zh) | 烯属不饱和单体的高压聚合工艺获得的反应混合物的冷却 | |
EP4365208A1 (en) | High-pressure polymerization process with controlled gas velocity | |
RU2793547C1 (ru) | Охлаждение реакционной смеси, полученной способом полимеризации под высоким давлением этиленненасыщенных мономеров | |
CN117820530A (zh) | 一种用于乙烯均聚或共聚合的高压自由基聚合装置和方法 | |
RU2447088C2 (ru) | Способ полимеризации этилена | |
SU1560257A1 (ru) | Способ очистки рециркулирующего потока этилена от полиэтилена, масел и других органических примесей | |
CN117205830A (zh) | 一种高压自由基釜式反应器聚合制备聚乙烯的方法和装置 |