203683. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés polimerizációs reakciók vezetésére fluidágyban
1 HU 203 683 B 2 levő anyag súlyának és a keresztmetszeti tartománynak a hányadosával, vagy annál valamivel nagyobb. A pontos érték azonban mindenkor a reaktor geometriai elrendezésétől is függ. Az előzőeket összefoglalva megállapítható, hogy a műanyagok különösen monomerekből előállítható polimerek gyártására szolgáló hagyományos polimerizációs reakciók vezetésére alkalmas javasolt fluidágyas berendezésben a gáz halmazállapotú közeg, amely egy vagy több monomert tartalmaz, folyamatosan áramlik a 10 reaktor belsejében kialakított fluidágyas zónába, amelyben a reakcióhoz szükséges feltételek uralkodnak és amelyben katalizátor van jelen. Az áramlási sebességet elegendően nagy értékre állítjuk be ahhoz, hogy a szilárd részecskék szuszpendált állapotban legyenek és a fluidágyuk dinamikusan fennmaradjon. A 12 reakciózónából távozó gáz alakú monomert a gáz halmazállapotú anyagáram magával szállítja. Ez a közeg a 10 reaktort folyamatosan hagyja el, azon kívül eső területen összenyomható, fűthető, hűthető, majd újból visszatáplálható a 10 reaktorba. A 10 reaktor belsejéből a készterméket a leírt vagy hasonló módon eltávolítjuk és egyidejűleg monomert adagolunk a recirkuláló 22 szállító vezetékbe. Amikor a gáz halmazállapotú közeg a fluidágyas reaktoron keresztül áramlik és a fluidágyas zóna anyagának szuszpendált állapotát fenntartja, a fluidágyban jelen levő szilárd részecskék egy kis része a gázárammal együtt a 10 reaktorból távozhat és így a 22 szállító vezetékbe juthat. Mivel ezek a részecskék forrók és katalizátort is tartalmaznak, a monomer gázzal együtt áramolva azzal reakcióba lépnek, így egy meghatározott küszöbértéket túllépő koncentrációjuk esetén áramlásuk során a technológiai folyamatra jelentős veszélyt jelenthetnek, hiszen nagyobb mennyiségük válhat ki a gázáramból, szemcséik szilárd anyagként összegyűlhetnek, ráragadhatnak a 22 szállító vezeték falára, a 24 hőcserélő belső felületeire, azokat eltömíthetik. Mindennek következménye a visszacsatolás rendszerének és a 24 hőcserélőnek a működésképtelenné válása, és ezt a hibát a berendezés kikapcsolása után lehet csak elhárítani. Ezért igen kívánatos, hogy a visszacsatolás rendszerébe a lehető legkisebb mennyiségben jussanak csak szüárd műanyagszemcsék, ellenkező esetben a berendezés folyamatos működését többé-kevésbé gyakori üzemszünetek szakítják meg. A10 reaktor belsejéből távozó gázáramban levő szilárd részecskéknek gyakorlatilag teljes mennyiségét ugyan ki lehet szűrni, de ez igen Költséges művelet, mivel bonyolult és nagyszámú kisegítő berendezést, például porelválasztó ciklonokat igényel, ami a létesítésen túlmenően további fenntartási és működtetési költségeket jelent. Mivel a szilárd részecskék egy kisebb mennyiségének jelenléte a recirkulált anyagáramban elfogadható, ezért célszerű, ha nem törekszünk a szilárd részecskék teljes mértékű eltávolítására, az üzemeltetés során a recirkulált mennyiséget figyelembe vesszük. Ha a polimerizációs reakciót a gáz harmatpontja alatti hőmérsékleten vezetjük, a jelen találmány szerinti berendezésben „sár” keletkezhet, ami bizonyos problémákat okoz, mint erre még a továbbiakban visszatérünk. A polimert eredményező kémiai reakció exoterm jellegű, ezért célunk az, hogy a reaktor belsejében olyan feltételeket teremtsünk, amikor a gázáram hőmérséklete nemcsak a műanyag degradációját és a katalizátor tönkremenetelét okozó hőmérséklet alatt van, hanem még azt a hőmérsékletet sem éri el, amelyre szükség van a polimerizációs folyamat során a műanyag szemcséinek összetapadásához, esetleg összeolvadásához. Ha a hőmérsékletet az így kijelölt határérték alatt tartjuk, akkor jelentős mértékben csökkenthető annak veszélye, hogy a reaktor a polimerszemcsék gyors növekedése miatt eltömődik és az eltömődést okozó anyagot a normál gyártási folyamat során nem lehet eltávolítani. Ezért nyüvánvaló, hogy a fluidágyas reaktorberendezésben előállítható polimermennyiséget egy adott reaktornagyság és megadott időtartam alatt mindenekelőtt az a hőmennyiség korlátozza, amelyet a fluidágyas tartományból el lehet távolítani. Amikor a találmány szerinti berendezést a fluid közeg harmatpontja alatti hőmérsékleten használjuk, a recirkulált gáz áramát tudatosan olyan hőmérsékletre hűtjük le, amely a gáz harmatpontja alatt van, és így olyan keverék alakul ki, amelyben a gázon kívül kisebb mennyiségű folyadék ugyancsak jelen van és amelyben az előzőeknek megfelelően akár szilárd részecskék szintén lehetnek. A technológiai folyamatban gáz halmazállapotú összetevőjének harmatpontja alá hűtött fluid közeget alkalmazva, illetve az eljárást ilyen feltételek mellett megvalósítva számos esetben kívánatos lehet a recirkulált gázáramra jellemző harmatpont további hőeltávolítást lehetővé tevő megváltoztatása. Ehhez a harmatpontot emelni kell, aminek lehetőségei egyebek között a következők: (1) a reaktorberendezésben uralkodó üzemi nyomás növelése, (2) az alkalmazott hőmérsékleten kondenzálható összetevők koncentrációjának növelése a recirkulált anyagáramban, és/vagy (3) a nem-kondenzálódó gázok koncentrációjának csökkentése a recirkulált anyagáramban. A recirkulált anyagáramra jellemző harmatpont növelése igen célszerűen érhető el azáltal, hogy kondenzálható fluid közeget adagolunk a recirkulálandó anyagáramba. Ez a fluid közeg a reakcióval szemben semleges anyag, vagy a katalizátoros folyamatban nyert valamüyen összetevő, esetleg a katalizátor maga. A fluid közeget a recirkulálandó anyagáramban az indításhoz használt folyadékkal vagy más módon szintén be lehet juttatni, de ugyancsak erre a célra alkalmazhatók a reaktorberendezés más belépő pontjai. Az áramoltatott (recirkulált) közeg harmatpontjának növelésére alkalmas anyagok között vannak a telített szénhidrogének, mint bután, pentán, hexán. Azt, hogy a recirkulálandó anyagáramot milyen mértékben szabad harmatpontja alá hűteni, elsősorban az a követelmény korlátozza, hogy a recirkulált anyagáramban a gáz és a folyadék arányát olyan szinten kell tartani, amelynél a fluid közegben a folyékony 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 8
