Способ получения полиэтилена

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналнстнческнхреспублик и 931721(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 30.06.80 (21) 299 1 ф 45/23-05с присоединением заявки йе -(51)М. Кл. С 08 Р 110/02 1 ееуАерстееннмй кемнтет СССР да делам нзебретеннй н еткрытнй(54 ОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕН этого спосо ый расход цнркуляшти Фвжния в ино рабочего хоцит разцве фазы: жнэтилена вэтилена нелена) и га Изобретение относится к химической промыщлэнности, в частности к способу получения полиэтилена по метоцу высокого давления.Известен способ 13 получения полиэтилена путем полимеризации этилена в3 трубчатом реакторе с распределением цо тока мономера и инициатора по длине реактора при давлении 1055-3500 атм и 180-300 о С в присутствии свободнораци 0 ального инициатора (кислород, перекиси), После прохожцения полимеризации реакционный поток, прецваритеа но охлажденный в холодильнике, цросселируют через вентиль в отдеаттель высокого давления, при этом давление понижают от реакционного до 300 атм.В отцелителе высокого давления проделение реакционной смеси нвцкую - насьпценный растворполиэтилене (концентрациявыше 15% ат массы полиэтизообразную - практически чис тыйэтнлен, соцержатций менее О, 1% ниэкомолекулярных цоцуктав, в том числе низкомолекулярных фракций потптэщюна. Из отцэлителя высокото лавиния газовая фаза направляется нв очистку и охлажрнние и далее возвращается на всас комп рессора высокого давления, откуда пес ле смешения с исхоцным газом и ,жажя до рабочего цавлщия ехаупает в.реактор. Расплав полиэтилена, насвацйнный этиленом, поступает после нопоатитежного цросселироввния аа аавлвния не выца 7 гс/см в отпэлитеа низкого пввлеащ из которого этнлен (Щ от массы поатэтилена итят 1% от исходного этилена) после очистки и охлаждения возвращают на всас комщюссбрв первого каскапау а полиэтилен постувнег на юаанейшую обработку в экструцзрОсновным непастатком бв является непрсетзвойительнэнергии, требующийся дляэтилена в цикле высокоготервалэ от 300 кгс/смо- ц21 4 3 9317причем тем больший, чем выше рабочеедавление, Этот расход энергии составляет в пределе до 75% от общего расходаэнергии на компримирование.Известен также способ 2 полученияполиэтилена по методу высокого давленияс радикальными инициаторами на установке Полимер 50, процесс полимеризации этилена протекает в реакторе придавлении 1700-2500 кг/см -и 310 оС.При таких параметрах получающийся в реакторе полиэтилен растворен в этилене иреакционная масса находится в гомогенномсостоянии. Конверсия этилена в полиэтилен за один проход реакционной массычерез реактор составляет 0,2, После полимернзации и предварительного охлаждения реакционный поток дросселируют через вентиль в отделитель высокого давления, при этом давление смеси снижается от реакционного, например от Р ==2000 кгс/см",до Р=300 кгс/см, атемпература среды равна 258 оС. Приэтих условиях реакционная смесь становится гетерофаэной (тяжелая фаза - раствор зтижна в полиэтилене и легкаяфаза - этилен). Из отделителя полиэтиленс растворенным в нем этиленам направжется на дальнейшую обработку, а этиленпосж очистки от частиц полиэтилена и ЗОохлаждения поступает на всас компрессора П каскада. В компрессоре этиленсжимается с 300 до 2000 кгс/см далее газ поступает в реактор. Для полу"-чения 1000 кг/ч полиэтилена через реактор должно пройти смеси этилена синициатором в количестве 5000 кг/ч, приэтом возвратный полиэтилен в количестве4000 кг/ч дожимается компрессором на1700 кгс/см,Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности и достигаемому рецультату является способ Щ полученияполиэтилена полимеризацией этилена вмногозонном трубчатом реакторе при дав-жнии 1600-2500 ат в присутствии радикального инициатора с распределениемпотока мономера и инициатора но зонам спесладующим трехступенчатым отделениемполиэтилена от непрореагировавшего мономера.Процесс полимеризации осуществляютпри 110-ЗООоС с применением кислорода в качестве, инициатора. После проведения полимеризации полученный продукгразделяют под реакционным давлением в55циклонномсепараторе на две фазы, жгкую -. практически чистый этижн и тяжелую - раствор этилена в полиэтилене,Легкую фазу возвращают обратно в трубчатый реактор, и тяжелую раэпеляют затем обычным пвухступенчатым методом(сначала в сепараторе, промежуточногодавления при 70-350 атм, а потом в сепараторе низкого давления при 1-10 атм),на полиэтижн и исхопный мономер. Этот способ относительно эффективен только при наличии в реакторе гетерогенной системы этилен-полиэтижн, т.е. придавлении значительно ниже 1600 атм.При давжнии 1600 атм, когда системаэтилен-полиэтилен гомоганна, разделениена первой ступени под реакционным даьлением неэффективно, т.е. рециркулирующий поток этижна (легкая фракция), возвращаемый на вход реактора, содержит значительное количество образовавшегося полиэтилена, что приводит к резкому снижению интенсивного процесса при повторном прохождении его через реактор и непроизводительным затратам энергии.Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса.Указанная цель достигается тем, что в способе получения полиэтилена полимеризацией этилена в многоэонном трубчатом реакторе при давлении 1600-2500 ат в присутствии радикального инициатора с распределением потока мономера и инициатора по зовам с последующим трехступенчатым отделением полиэтилена от непрореагировавшего мономера полимеризацию осуществляют в присутствии 7,5- 18,0 мас.% от общего количества этилена инертного газа, а отделение полиэтижна на первой ступени проводят под давжнием на 30-40% ниже давжния на выходе из реактора.Добавка инертного газа (азот, аргон и т.п.) к этилену существенно понижает растворимость полиэтилена в "реакционной смеси при одной и той же температуре и парциальном давжнии этилена (так как наблюдается повышение критической температуры фазового разделения реакциснной смеси).На чертеже представжна принципиальная схема получении полиэтилена предла гаемым способом.ц первую зову трубчатого реактора 1 из компрессора 2 подают компримированный до реакционного давления этижн. Во вторую и третью зоны трубчатого реактора компрессором 3 подают компримированную до реакционного давления смесь этилена с азотом и. инициатор. После прохождения полимеризации реакционный поток через дросселируюший вентиль5 9317 р а 1 через дросселирующий вентиль 4поступает на пзрвую ступень разделения в отделитель 5 при 260 С и давжнии1250 атм. После раздежния непрореажровавший гаэ проходит систему фильтров 6 и теплообменников 7 и поступает на всас компрессора 3. Раствор этилена в полиэтилене поступает через дросселирукнций вентиль 9 в отделитель 10 второй ступени, где под давжнием 300 атмпроисходит дальнейшее разделение на газообразную фазу (непрореагирсеавший этижн) и расплав цолиэтижна, насыщенный этиленом, который через дроссеюару ющий вентиль 11 поступает в отделитель 12 третьей ступени, где происходит разделение при 7 атм. Из отделителя 12 через дросселируквций вентиль 13 выделенный полиэтижн поступает на экструдер.Непрореагировавший газ из отделителя 10 проходит систему фильтров 14 и теплообменникрв 15, а затем поступает на всас компрессора 2. Непрореагирсеавший газ из отделнтеля 12 третьей сту пени проходит систему фильтров 16 и телообменников 17, смешивается со свежим этиленом и поступает на всас компрессора 18, где сжимается до промежуточного давления, а затем поступа- . ет на всас компрессора 2.Выход полиэтилена 12,2 т/ч (конверсия 24,4%); показатель текучести расплава 1,95 г/10 мин; плотность 0,9223 г/см. Расход эжктроэнерсии суммарно по всем реакционным компрес- сорам составляет 380 кВт/т.П р и м е р 2, Опыт проводят в усло виях примера 1, но при давлении в реак- торе, равном .2500 атм, и подаче 24,4 т/ч этилена в 3 зону реактора ком. прессором 2, во П и ц эоны компрессором 3 по 10,0 т/ч этижна и цо 4,6 т/ч (что соответствует 18 мол.%) азота, максимальная температура по зонам реактВа составляет: 302 оС, 298 оС и 301 С, Давление на выходе из реактора 4 поступает на первую ступень разделения в отделитель 5, После разделениянепрореагировавший газ проходит систему фильтров 6 и теплообменников 7,смешивается в случае необходимости с 5азотом, подаваемым компрессором 8, ипоступает на всас компрессора 3.Раствор этилена в полиэтилене черездросселирующий вентиль 9 поступает вотделитель 10 второй ступени разделения.0Из отделителя 10 расплав полиэтилена,насыщенный этиленом, поступает черездросселирукаций вентиль 11 в отаелитель12 третьей ступени. Из отделителя 12полиэтилен через . дросселирукиций вен- . 5тиль 13 поступает на экструдер. Непрореагировавший газ иэ отделнтеля проходит систему фильтров 14 и теплообменников 15, а затем поступает на всаскомпрессора 2. Непрореащровавший газ 20прохосчт систему фильтров 16 и теплообменников 17, смешивается со свежимэтиленом и поступает на всас компрессора 18, где сжимается до промежуточногоФдавления, а затем вместе с непрореагировавшим газом поступает на всас компрессора. Количество реакционной смеси,поступающей на вход в первую и последующие зоны реактора, регулируют вентилем19. Расчет массового расхода этиленапо компрессорам 2 и 3 производят соответственно о формулам:5: 6)с ( +я),где- суммарный массовый расход потока в реактор;35у - величина конверсии этижна( мэ д) рОс х с- массовая доля газа, выделяющегося посж дросселирования40раствора полиэтижна до давжния не выше 300 кгс/смс(отколичества полиэтижна), 0(1( 1С=5 1-х +зЦ.В качестве инициатора используют кислород, перекиси, азосоединения или их смеси,П р и м е р 1. В трехзонный трубчатый реактор 1, имеюццсй длины зон и внутренние диаметры труб (в метрах) по зонам соответственно: 1. зона - 570;0,04зона - 250 0,06 е И зона; 0,06, подают компрессором 2 в 1 зону 26,0 т/ч этилена, содержащего 13 ррт кислорода. Во П и И зоны комп рессором 3 подают по 12,0 т/ч этилена и. по 1,9 т/ч азота (что ссставляет 7,5 мол.% от общего количества этилена) в каждую зону. На входы во П и 1 21 бзоны подают 1070-ный раствор третичнобутилпербензоата в парафиновом масле в количестве по 37 л/ч. Реакционное давление на входе в реактор 2000 атм,температура потоков газа на входах взоны 4 С,температура теплоносителя врубашках по зонам; 200 С, 200 С,200 оС, Максимальная температура позонам реактора; 298 С; 301 Сф 300 С,После проведения полимериэации давжние на выходе из реактора составляет 1800 атм, Реакционный поток из реактоГ 93172 2300 атм. Разделение реакционной смеси на первой ступени разделения в отделителе 5 проводят при 288 С и дввжнии 1400 атм.Выход полиэтижнв 12,3 т/ч (кон версия 24,8%); показатель текучести расплава 2,0 г/10 мин; плотность О,923 г/см.Расход электроэнергии по реакционным компрессорам составляет 530 кВт/т.16П р и м е р 3. Опыт проводят в условиях примера 1, но компрессором 3 подают по 11,4 т/ч зтижиа и по 27 т/ч (что составляет 7,8 мол.%) вргона, 15Выход полиэтилена 11,6 т/ч (конверсия 24%) показатель текучести расплава 2,0 г/10 мин; плотность 0,9225 т/смЛРасход электроэнергии по реакционным 26 компрессорам составляет 380 кВт/т.П р и м е р 4. (контрольный). Опыт проводят и условиях. примера 1, но в отсутствие азота и первой ступени разделения. Расход электроэнергъи по реак циопным компрессорам составляет 500 кВИт.П р и м е р 8 (контроиный). Опыт проводят в условиях примера 2, но в отсугствие азота и первой ступени раздежния, Расход электроэнергии по реакционным компрессорам состациет 680 кВт/т,П р и м е р 6, Опыт проводят в условиях щимера 1, ио при давлении в реакторе 1600 атм и подаче 25,0 т/ч этижна в Х зону реактора компрессором 2, во П и Ш зоны компрессором 3 по 12,4 т/ч жижнв и по 2,0 т/ч (что соответствует 7,5 мол.%) азота, максимальная температура по зонам реактора 49тавляет, ЭООоС 297 оС 295 оС Двв ление нв выходе из реактора 1450 атм. Разделение реакционной смеси на первой 1 8ступени резделения в отделителе 5 проводят при 253 оС и давжнии. 1000 атм.Выход полиэтилена 9,7 т/ч (конверсия 18,0%); плотность 0,917 г/см.Расход электроэнергии по реакционным компрессорам составляет 310 кВт/т.Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно снизить энерго- затраты. формула изобретения Способ получения полиэтижнв по 1 америзвцией этилена в многозонном трубчатом реакторе при давлении 16002500 вт в присутствии радикального инициатора с распределением потока мономераи инициатора по зонам с последутацимтрехстуенчвгым отделением полиэтиленаот непрореагировавшего мономера, о тл и ч в ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения энергоемкости процесса, процесс полимеризации осуществляют в присутствии 7,5-18,0 мвс.% от общего количества этилена инертного газа, а отдежние полиэтилена на первой ступени проводят под давлением нв 30-40% нижедавления на выход. из реактора,Иот осанки информации,принятые во внимание при экспертизе1. Голссов А, Д.Динцес А. И. Технология 1 роизводства полиэтилена и пожпропиленв, МфХимияф, 1976, с, 72-78.2. Поясов 3. Н. и рр. фПоаюмерфпроцесс получения полиэтилена высокогодавления, разработанный совместно специалистами СССР и ГДР - РЬЗМе обадао 1 эсИч 1, 1979, специальныйвыпуск, с. 9-17 (базовый обьект).3, Патент ВеликобригвнииМ 1039911, кл. С 3 Р, опублик. 1966