203683. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés polimerizációs reakciók vezetésére fluidágyban
1 HU 203 683 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés polimerizációs reakciók yezetésére fluidágyban. A találmány szerinti eljárásban elosztólemezen fluid közeget áramoltatunk át, ezzel az elosztólemez felett és azzal megtámasztva fluidágyat hozunk létre reakcióközegként, ahol az elosztólemez alatt, reaktor alapszintjénél kialakított beömléstől kezdődően keverőteret létesítünk és a beömlésen keresztül folyamatosan gázt tartalmazó fluid közeget juttatunk a fluidágyat és a keverőteret befogadó reaktorba, miközben a közeget alulról felfelé a keverőtéren, az elosztólemezen és a fluidágyon keresztüláramoltatjuk. A javasolt berendezésnél, amely különösen az eljárás megvalósítására szolgál, reaktorban felül kialakított reakciózónát és alul kialakított keverőteret elválasztó elosztólemez van elrendezve, míg a reaktor alsó részében a keverőtérrel közlekedő, célszerűen kör keresztmetszetű beömlés van kialakítva. A polimerek előállítására alkalmas fluidágyas reakciók technológiájának kidolgozása révén számos polimer gazdaságos előállítása vált lehetővé. Ezek közé tartoznak a poliolefinek, mint a polietüén. A hagyományos eljárásokhoz képest a fluidágyas reakciókat a jóval kisebb beruházási költségek és a lecsökkent energiaigény jellemzi. A fluidágyas reaktorok felhasználását azonban korlátozza az a tény, hogy a fluidágyas reakciózónából a reakció során keletkezett hő sok esetben csak nem kielégítő hatékonysággal távolítható el. A fluidágyas reaktorokat alkalmazó ismert felépítésű berendezésekben a reakciózónából a hő eltávolításának legáltalánosabb és leginkább elterjedt módszere az, mint az az US-3 256 263, az US-3 254 070, az US-3 300 457 és az US-3 652 527 lsz. szabadalmi leírásokból megismerhető, hogy a gázáramot a reakciózónából kivezetik és a reaktoron kívül kialakított technológiai pontban a gázt összenyomják, majd expandálva hűtik. Ismert az a megoldás is (1- például az US- 3 965 083, az US-3 970 611 és az US-3 971768 lsz. szabadalmi leírásokat), amikor a fluidágyas közeget folyadéknak a fluidágy felületére történő szórásával hűtik. Az US-4012573 lsz. szabadalmi leírás folyadéknak a fluidágyba való beinjektálásával javasolja a kívánt hűtőhatást biztosítani. A különböző polimerek, például a polietüén gyártására kidolgozott és általánosan használt fluidágyas reaktorok esetében a polimerizációs folyamatban keletkezett hő eltávolítása nagyobb mennyiségű fluid közeg áramoltatását igényelné, mint annak a fluid közegnek a mennyisége, amelyre szükség van a fluidágy fenntartásához és a reakcióhoz előírt anyagoknak a fluidágyba történő bevezetésére. A reaktor belső terében áramló fluid közeg sebességét azonban erőteljesen korlátozza az a tény, hogy meg kell akadályozni a szüárd részecskék nagy menynyiségének bejutását a fluid gázáramba, mielőtt az a reaktort elhagyná. Ennek megfelelően még az a fluid közeg is csak korlátos mennyiségben áramolhat, amelyre egyébként szükség van a hő feleslegének eltávolításához. A hűtés a hőfelesleg eltávolításának hatékony módszere. A polimerizációs reakciók vezetésénél azonban az a vélemény alakult ki, hogy a hűtést csak addig szabad folytatni, hogy a polimerizációs folyamatba viszszatáplált gázáramban folyadék ne jelenjen meg, azaz a hőmérsékletnek végig a gáz halmazállapotú közeg harmatpontja fölött kell maradnia. Ezt a véleményt az a meggyőződés tartotta fenn, hogy a gázfázisú fluidágyas reaktorba nem szabad folyadékot bejuttatni, mivel ennek elkerülhetetlenül az lenne a következménye, hogy a vissza tápláló vezetékek, a hőcserélő elemek a fluidágy alatt, vagy (ha alkalmazzák) az elosztólemez alatt eltömődnének. További kedvezőtlen következményként tartották számon a monomer koncentrációjának várható inhomogenitását a fluidágyon belül, továbbá a folyadék felhalmozódását a reaktor alsó részében, ami zavarná a reaktor folyamatos működését, vagy esetleg a reaktor eltömődését okozná. Ugyancsak széles körben elterjedt az a vélemény, hogy különleges esetekben a gázfázisú polimerizációs folyamathoz létrehozott fluidágyban jelen levő folyadék a fluidágyas közeg összeomlásához vezethet, aminek következménye a fluidágyban lebegő szüárd részecskék összeolvadása lenne. Mindezen alapelvek figyelembevételével a gázáram visszatáplálását olyan feltételek mellett végezték, hogy elkerüljék a hőmérsékletnek a harmatpont alá való süllyedését, aminek eredménye azonban a reaktor teljesítőképességének korlátozása volt. Másik lehetőségként az adódott, hogy a poliolefinek előállításához a szükségesnél sokkal nagyobb méretű és így a kívánt hőhatási feltételeket biztosító reaktorokat használtak, amivel az előírt termelékenységet a harmatpont feletti hőmérsékletek tartása mellett ugyancsak el lehetett érni. Különösen sok probléma jelentkezett akkor, ha a reaktort homopolimer feldolgozására tervezték vagy olyan termékek gyártására készítették elő, amelyeknél a visszatáplált fluid közeg harmatpontja viszonylag magas. Ez utóbbira példa a hexént mint komonomert tartalmazó gáz. Az ismertetett alapelvek miatt ezeknél az anyagoknál a termelékenységet igen alacsony szinten tartották. A fluid közegben jelen levő folyadék feltételezett veszélyességéről szól egyebek között az US-3 922 322, az US-4 035 560 lsz. és az EP-B 0050477 lsz. szabadalmi leírás kitanítása. Az US-4 359 561 lsz. szabadalmi leírás szerint a visszatáplált gázáram hőmérsékleti viszonyait oly módon keü beállítani, hogy a kiömlésnél elhelyezett hőcserélőben a hőmérséklet legalább 3 #C- kal, célszerűen legfeljebb 10 °C-kal haladja meg a harmatpontot. A találmány feladata olyan eljárás és berendezés kidolgozása, amelynél a hatékony hőelvonás úgy biztosítható, hogy közben a reaktorban a termelékenység magas szinten tartható, a reaktor alkalmassá válik különböző hőmérsékleti feltételeket igénylő polimerizációs folyamatok és reakciók vezetésére. A találmány alapja az a felismerés, hogy az elterjedt véleményekkel eüentétben a fluidágyas közeg fenntartható és a reaktor hatékony üzemeltetési feltételei biztosíthatók akkor is, ha a reaktorba a folyamatban részt vevő gáz, folyadék és szüárd halmazállapotú 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
