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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen beim Einspritzen von
Reaktanden in einen Reaktor zur Olefinaufschlämmungspolymerisation. Spezieller
betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt einen
zur Olefinaufschlämmungspolymerisation
geeigneten Reaktor, der mit einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Reaktanden
versehen ist. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung die
Verwendung einer Einspritzdüse
zum Einspritzen von Reaktanden in einen zur Olefinpolymerisation
geeigneten Schlaufenreaktor.
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Hintergrund
der Erfindung
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Olefinpolymerisationen,
wie etwa Ethylenpolymerisation, werden oft unter Verwendung von
Monomer, Verdünner
und Katalysator und gegebenenfalls Co-Monomeren und Reaktionsadditiven
wie etwa Antifoulingmitteln in einem Schlaufenreaktor durchgeführt. Die
Polymerisation wird üblicherweise unter
Aufschlämmungsbedingungen
durchgeführt, wobei
das Produkt üblicherweise
aus Feststoffpartikeln besteht und in einem flüssigen Medium, das Verdünner, Monomer
und das optionelle Co-Monomer und
die Reaktionsadditive (kurz gesagt, dem Verdünner) enthält, in Suspension ist. Der
Aufschlämmungsinhalt
des Reaktors wird kontinuierlich mit einer Pumpe umgewälzt, um
eine effiziente Suspension der Polymerfeststoffpartikel in dem flüssigen Verdünner aufrechtzuerhalten,
wobei das Produkt oft mittels Absetzständern, die oft auf einem Chargenprinzip
arbeiten, entnommen wird, um das Produkt rückzugewinnen. Wenn der Reaktor
der einzige Reaktor des Polymerisationsvorgangs ist oder wenn er
der letzte Reaktor einer Serie von Reaktoren in dem Polymerisationsvorgang
ist, wird das Produkt durch Abflussleitungen weiter zu einem Abflussbehälter abgeführt, wo der
Großteil
des Verdünners
und der unreagierten Monomere abgeführt und recycelt werden. Die
Polymerpartikel werden getrocknet, Additive können zugesetzt werden und schließlich wird
das Polymer extrudiert und pelletisiert. Wenn der Reaktor in Reihe mit
wenigstens einem anderen darauffolgenden Reaktor in dem Polymerisationsvorgang
ist, so wird das Produkt weiter zu einer Förderleitung in Verbindung mit
besagtem anderen Reaktor abgeführt.
Diese Technik hat sich internationalen Erfolgs erfreut, wobei jährlich Millionen
Tonnen Ethylenpolymere so produziert werden.
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Unter
Umkehr der Definition von Verweildauer kann die Produktion eines
Polymers von einem gegebenen Reaktor aus das Verhältnis zwischen
der in dem Reaktor enthaltenen Polymermenge zu der durchschnittlichen
Verweildauer des Polymers in dem Reaktor beschrieben werden. Geläufige Verfahren
zur Steigerung der Produktion implizieren oft die Verringerung der
Verweildauer, was leider die Eigenschaften des Polymers verändert. Andere
Wege zur Produktionssteigerung hängen
mit der Steigerung der Polymermenge in dem Reaktor zusammen, das bedeutet
für eine
gegebene feststehende Reaktorgröße die Feststoffkonzentration
in dem Reaktor.
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Die
kommerzielle Produktion von Olefinpolymeren, wie etwa Ethylenpolymeren
in Isobutanverdünner,
ist historisch auf eine maximale Feststoffkonzentration in dem Reaktor
von 37–40
Gew.-% für Ethylenpolymere
hoher Dichte beschränkt
gewesen, wobei Werte mit einer Höhe
von 42–46
Gew.-% mit mehreren Verfahrensverbesserungen möglich waren. Über den
erwähnten
Konzentrationsniveaus treten Instabilitäten innerhalb des Reaktors
auf und zwingen zur Verringerung der Feststoffkonzentration. Was
auch das Maximum für
einen gegebenen Satz von Verfahrensbedingungen sein mag, eine Verbesserung
der Feststoffkonzentration ist noch stets erforderlich.
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Inhomogenitäten innerhalb
des Reaktors sind schädlich
für die
erzielbare Produktion, da Instabilitäten dazu neigen, örtlich an
den Stellen mit hoher Konzentration in Gang gesetzt zu werden und
sich dann innerhalb des gesamten Reaktors fortzupflanzen.
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US-A-3694423
beschreibt eine Einspritzdüse,
die zum Einbringen eines Stroms von Recktanten in einen Reaktor
für Olefinaufschlämmungspolymerisation
geeignet ist. Der Abfuhröffnungsteil
der Einspritzvorrichtung hat einen kreisförmigen Querschnitt.
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Es
ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Homogenität der innerhalb
des Reaktors umlaufenden Aufschlämmung
zu verbessern. Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
den Feststoffgehalt von Polymer in dem Reaktor zu erhöhen. Es
ist noch ein weiterer Gegenstand, die Verteilung und das Mischen
der Reaktanden einer Polymerisationsreaktion in einem Reaktor zu
optimieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Einer
oder mehrere dieser Gegenstände werden
durch die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
erzielt.
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In
einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen zur
Olefinaufschlämmungspolymerisation
geeigneten Schlaufenreaktor, der mit einer Einspritzdüse, die
einen Durchgang für
einen Fluss von in besagten Reaktor einzuspritzenden Reaktanden
definiert, versehen ist, welche Einspritzdüse im Wesentlichen aus einer
Fluidleitung besteht, die sich in einen Austrittsöffnungsteil
erstreckt, um an eine Öffnung
in dem Reaktor angeschlossen zu werden, wobei der Durchlass des
Austrittsöffnungsteils einen
nicht kreisförmigen
Querschnitt hat und der Durchlass der Fluidleitung einen kreisförmigen Querschnitt
hat.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Einspritzdüse zum Einspritzen von
Reaktanden in einen zur Olefinaufschlämmungspolymerisation geeigneten
Schlaufenreaktor, wobei die Einspritzdüse an einem inneren Dreiviertelkreis an
oder über
einem Kniestückabschnitt
des Reaktors angeschlossen ist.
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Die
Einspritzdüse
verschafft den Vorteil des optimalen Einspritzens von Reaktanden
in einen Schlaufenreaktor. Die vorliegende Einspritzdüse verschafft
die Möglichkeit
des Maximierens der Dispersion und gestattet optimiertes Einspritzen
und Mischen der Reaktanden in das die Einspritzdüse umgebende Gebiet.
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In
einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine geeignete
Position für
eine Einspritzdüse
zum Einspritzen von Reaktanden in einen Olefinaufschlämmungsschlaufenreaktor.
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Ein
Einfluss der Position der Einspritzdüse könnte einige der zuvor in der
Produktion von Polymerprodukten beobachteten Obergrenzen erklären. Ohne
sich durch eine Theorie festzulegen, könnte inadäquate Positionierung einer
Einspritzdüse
an einem Abschnitt eines Reaktors eine Zone hoher Reaktionsrate
und eine örtliche überhitzte
Stelle erzeugen. Beispielsweise können manche der Produktionsprobleme
sich aus dem Einspritzen der Reaktanden in eine inadäquate Zone
ergeben, was die Reaktivität
in einem begrenzten Volumen der fließenden Aufschlämmung auf
drastische Weise örtlich
erhöhen kann.
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Die
Ermittlung einer geeigneten Position für eine Einspritzdüse an besagtem
Reaktor ist wichtig in Bezug auf die Verteilung und das Mischmuster
der eingespritzten Reaktanden. Gleichermaßen gestattet das Optimieren
der geometrischen Konfiguration besagter Einspritzdüse eine
Verbesserung der Einspritzbedingungen der Reaktanden in die fließende Aufschlämmung. Das
Optimieren besagter Parameter gestattet daher das Erhöhen der
Produktivität
der Polymerisationsreaktion.
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Die
vorliegende Erfindung wird hier nachstehend weiter im Einzelnen
offenbart. Die Beschreibung wird nur als Beispiel gegeben und schränkt die Erfindung
nicht ein. Die Referenzziffern beziehen sich auf die hierzu als
Anlage beigefügten
Figuren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Schlaufenreaktors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die
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2, 3, 4 und 5 stellen
Perspektivansichten der Durchlässe
von Einspritzdüsen gemäß Ausführungsformen
der Erfindung dar.
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6 stellt
eine Querschnittsansicht einer Einspritzdüse, die den Durchlass von 2 aufweist, dar.
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7 stellt
eine schematische Perspektivansicht eines Teils eines Schlaufenreaktors
dar, der daran mit einer Einspritzdüse gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung versehen ist.
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8 stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X'' des
Teils des Schlaufenreaktors von 7 dar.
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9 stellt
eine Querschnittsansicht dar, welche die Einspritzdüse von 6 an
dem Schlaufenreaktor befestigt zeigt.
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10 stellt
eine teilweise Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Schlaufenreaktors,
woran die Düse
von 6 angebracht ist, dar.
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11 ist
eine schematische Darstellung eines Doppelschlaufenpolymerisationsreaktors.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schlaufenreaktor, der mit einer
Einspritzdüse
versehen ist, welche im Wesentlichen aus einer Fluidleitung besteht,
die sich in einen Austrittsöffnungsteil
erstreckt, um an eine Öffnung
in dem Reaktor angeschlossen zu werden, wobei der Durchlass des
Austrittsöffnungsteils
einen nicht kreisförmigen
Querschnitt hat und der Durchlass der Fluidleitung einen kreisförmigen Querschnitt
hat.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen sind nicht einschränkende Beispiele
geeigneter geometrischer Konfigurationen für die Durchlässe der Einspritzdüsen gemäß der Erfindung
in den 2, 3, 4, 5 veranschaulicht.
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Die
Durchlässe
des Austrittsöffnungsteils, wie
in den 2 bis 5 illustriert, haben einen nicht
kreisförmigen
Querschnitt mit einer kurzen Abmessung 2Ry und langen Abmessung
2Rx, wobei Rx länger
als Ry ist. In einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist Rx wenigstens 10% länger als
Ry.
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2 illustriert
den Durchlass 11.1 einer Einspritzdüse gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Durchlass der Fluidleitung 9.1 kreisförmig ist,
mit einem Radius r, und sich durch einen glatten gebogenen Übergang
in den Durchlass des Austrittsöffnungsteils 8.1 mit
einem elliptischen Querschnitt mit einem langen Radius Rx und einem
kurzen Radius Ry erstreckt.
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3 illustriert
den Durchlass 11.2 einer Einspritzdüse gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Durchlass der Fluidleitung 9.2 kreisförmig ist,
mit einem Radius r, und sich durch einen glatten gebogenen Übergang
in den Durchlass des Austrittsöffnungsteils 8.2 mit
einem rautenförmigen
Querschnitt mit einer langen Diagonalen 2Rx und einer kurzen Diagonalen
2Ry erstreckt.
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4 illustriert
den Durchlass 11.3 einer Einspritzdüse gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Durchlass der Fluidleitung 9.3 kreisförmig ist,
mit einem Radius r, und sich durch einen glatten gebogenen Übergang
in den Durchlass des Austrittsöffnungsteils 8.3 mit
einem rechteckigen Querschnitt mit einer Breite 2Rx und einer Länge 2Ry
erstreckt.
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5 illustriert
den Durchlass 11.4 einer Einspritzdüse gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der Durchlass der Fluidleitung 9.4 kreisförmig ist,
mit einem Radius r, und sich durch einen glatten geraden Übergang
in den Durchlass des Austrittsöffnungsteils 8.4 mit
einem elliptischen Querschnitt mit einem langen Radius Rx und einem
kurzen Radius Ry erstreckt.
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6 illustriert
eine Querschnittsansicht einer Einspritzdüse 19 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, welche einen Durchlass 11.1, wie
in 2 beschrieben, definiert. Besagte Einspritzdüse ist weiter
mit einer Wand 12 versehen. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Einspritzdüse 19 zylindrisch
und hat einen Durchmesser, der wenigstens 5% länger ist als 2Rx. In einer
anderen Ausführungsform
als in 6 illustriert kann die Wand 12 besagter
Einspritzdüse 19 mit einem
Flansch 13 versehen sein.
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Wie
unter den 2 bis 6 illustriert,
ist der Übergang
von dem Durchlass der Fluidleitung in den Durchlass des Austrittsöffnungsteils
glatt, vorzugsweise konisch oder pyramidenförmig. Wie hierin verwendet,
bezieht der Begriff "glatt" sich auf eine Oberfläche mit
gebogenen oder flachen Ebenen, die beim Einspritzen von Reaktanden
keine spitzen Winkel in der Flussrichtung aufweist.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis Rx/1 ≥ 1 sein. In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis Ry/1 ≤ 1 sein. In noch einer anderen
Ausführungsform
ist die Abmessung Rx des Durchlasses des Austrittsöffnungsteils
gleich 0,8 bis 5 Mal der Radius r des Durchlasses der Fluidleitung, bevorzugt
1 bis 4 Mal und bevorzugter 1,5 bis 3,5. In einer weiteren Ausführungsform
ist die Abmessung Ry des Durchlasses des Austrittsöffnungsteils
gleich 1,25 bis 0,25 Mal der Radius 4 des Durchlasses der Fluidleitung,
bevorzugt 1 bis 0,5 Mal. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist Rx wenigstens 1,1 Mal länger
als Ry und bevorzugt wenigstens 1,5 Mal. In der vorliegenden Erfindung
versteht es sich, dass für
alle der oben erwähnten
Abmessungsverhältnisse
der Radius r des Durchlasses der Fluidleitung als der Innenradius
des zu der Düse
führenden Rohrs über einen
Abstand, der wenigstens gleich 5 Mal der besagte Radius beträgt, ohne
Berücksichtigung
irgendeines dazwischen befindlichen größeren oder kleineren Rohrabschnitts
von kürzerer
axialer Länge.
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Überraschenderweise
wurde festgestellt, dass die geometrische Konfiguration, zusammen
mit dem Verhältnis
der Abmessungen Rx/r, Ry/r und Rx/Ry wichtig für die Optimierung des Einbringens, Verteilens
und Mischens besagter Reaktanden in eine bzw. einer in einem Schlaufenreaktor
umlaufenden Aufschlämmung
war.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann, obwohl dies hierin nicht abgebildet ist,
besagte Einspritzdüse
gemäß der vorliegenden Erfindung
weiter eine Vorrichtung umfassen, die zum Dispergieren von Gas in
den eingespritzten Reaktanden geeignet ist, insbesondere Bläschen, die
darin vorhanden sein könnten.
In einer bevorzugten Ausführung
ist die Vorrichtung ein Gitter oder Sieb mit an den Fluss angepassten Öffnungen.
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Die
Einspritzdüsen
können
zum Einspritzen von Reaktanden in einen Reaktor verwendet werden, der
für jeden
Prozess, welcher einen Austrag produziert, der eine Aufschlämmung partikelförmiger Polymerfeststoffe,
welche in einem flüssigen
Medium suspendiert sind, das einen Verdünner und unreagiertes Monomer
umfasst, geeignet ist. Solche Reaktionsprozesse umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt
auf, diejenigen, die in der Technik als Partikelformpolymerisationen
bekannt geworden sind.
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Diese
Erfindung ist besonders geeignet für in einem Schlaufenreaktor
stattfindende Olefinpolymerisationsprozesse zur Herstellung von
Polymer, spezieller Polyethylen, wobei ein Polymerisationsaustrag gebildet
wird, der eine in einem flüssigen
Medium, normalerweise der Reaktionsverdünner und unreagierte Monomere,
suspendierte Aufschlämmung
partikelförmiger
Polymerfeststoffe ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zur Verschaffung eines
Schlaufenreaktors mit einer Einspritzdüse mit einer geeigneten geometrischen
Konfiguration und einer geeigneten Position an dem Reaktor zum Einspritzen
von Reaktanden in besagten Reaktor und für Verfahren zum adäquaten Positionieren
besagter Einspritzdüse
an besagtem Reaktor.
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Polymerisationsprozesse
in solchen Reaktoren bestehen aus der katalytischen Polymerisation von
Olefinen, wie etwa C2- bis C8-Olefinen
in einem Verdünner,
der das zu polymerisierende Monomer enthält, wobei die Polymerisationsaufschlämmung in einem
Schlaufenreaktor zirkuliert wird, dem das Ausgangsmaterial zugeführt wird
und woraus das gebildete Polymer entfernt wird. Beispiele von geeigneten Monomeren
umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, diejenigen mit 2 bis
8 Kohlenstoffatomen pro Molekül,
wie etwa Ethylen, Propylen, Butylen, Penten, Butadien, Isopren,
1-Hexen und dergleichen.
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Die
Polymerisationsreaktion kann bei einer Temperatur von 50 bis 120°C durchgeführt werden, bevorzugt
auf einer Temperatur von 70 bis 115°C, bevorzugter auf einer Temperatur
von 80 bis 110°C,
und auf einem Druck von 20 bis 100 bar, bevorzugt auf einem Druck
von 30 bis 50 bar, bevorzugter auf einem Druck von 37 bis 45 bar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet bei Ethylenpolymerisationsprozessen
in Isobutanverdünner. Geeignete
Ethylenpolymerisation umfasst, ist jedoch nicht beschränkt auf,
Homopolymerisation von Ethylen, Copolymerisation von Ethylen und
eines höheren
1-Olefin-Comonomers,
wie etwa 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Octen oder 1-Decen. In einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist besagtes Comonomer 1-Hexen.
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Ethylen
polymerisiert in einem flüssigen
Verdünner
in Gegenwart eines Katalysators, gegebenenfalls eines Cokatalysators,
gegebenenfalls eines Comonomers, gegebenenfalls Wasserstoff und
gegebenenfalls anderer Additive, wodurch eine Polymerisationsaufschlämmung produziert
wird.
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Wie
hierin verwendet, bedeutet der Begriff "Polymerisationsaufschlämmung" oder "Polymeraufschlämmung" im Wesentlichen
eine Mehrphasenzusammensetzung, die wenigstens Polymerfeststoffpartikel
und eine Flüssigphase
enthält
und zulässt, dass
eine dritte Phase (Gas) wenigstens örtlich in dem Prozess vorhanden
ist, wobei die Flüssigphase die
kontinuierliche Phase ist. Die Feststoffe umfassen Katalysator und
polymerisiertes Olefin, wie etwa Polyethylen. Die Flüssigkeiten
umfassen einen inerten Verdünner,
wie etwa Isobutan, mit gelöstem
Monomer, wie etwa Ethylen, und gegebenenfalls ein oder mehrere Comonomere,
Molmassensteuerungsmittel, wie etwa Wasserstoff, Antistatikmittel,
Antifoulingmittel, Scavenger und andere Verfahrensadditive.
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Wie
hierin verwendet, umfasst der Begriff "Reaktanden" die Monomere, den inerten Verdünner, und
kann auch die Comonomere umfassen, falls vorhanden, und die Molmassensteuerungsmittel,
falls vorhanden.
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Geeignete
Verdünner
(im Gegensatz zu Lösungsmitteln
oder Monomeren) sind in der Technik geläufig und umfassen Kohlenwasserstoffe,
die inert oder zumindest im Wesentlichen inert und unter Reaktionsbedingungen
flüssig
sind. Geeignete Kohlenwasserstoffe umfassen Isobutan, n-Butan, Propan, n-Pentan,
Isopentan, Neopentan, Isohexan und n-Hexan, wobei Isobutan bevorzugt
wird.
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Geeignete
Katalysatoren sind in der Technik geläufig. Beispiele für geeignete
Katalysatoren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Chromoxid, wie etwa
die auf Silika geträgerten,
Organometallkatalysatoren, einschließlich der in der Technik als "Ziegler"- oder "Ziegler-Natta"-Katalysatoren bekannten,
Metallocenkatalysatoren und dergleichen. Der Begriff "Cokatalysator", wie hierin verwendet,
bezieht sich auf Materialien, die in Zusammenwirken mit einem Katalysator
verwendet werden können,
um die Aktivität
des Katalysators während
der Polymerisationsreaktion zu verbessern.
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Die
Polymerisation wird üblicherweise
unter Aufschlämmungsbedingungen
durchgeführt,
wobei das Polymerprodukt üblicherweise
aus Feststoffpartikeln besteht und in einem Verdünner in Suspension ist. Die
Aufschlämmung
wird in einem Schlaufenreaktor, der durch Kniestücke verbundene ummantelte Rohrabschnitte
umfasst, in Umlauf gehalten. Die Polymerisationswärme kann
mittels Kühlwasser,
das im Mantel des Reaktors zirkuliert, abgezogen werden. Besagte
Polymerisation kann in einem einzigen oder in zwei oder mehr Schlaufenreaktoren,
die in Parallel- oder Reihenaufstellung verwendet werden können, durchgeführt werden.
Besagte Reaktoren arbeiten in einer Flüssigkeitsvollbetriebsart. Wenn
sie in Reihenschaltung verwendet werden, können sie durch Mittel, wie
beispielsweise durch einen oder mehrere Absetzständer des ersten Reaktors, verbunden
sein.
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Das
produzierte Polymer kann zusammen mit etwas Verdünner durch wenigstens einen
Absetzständer,
worin der Feststoffgehalt in Bezug auf seine Konzentration im Körper des
Reaktors erhöht
ist, aus dem Schlaufenreaktor abzogen werden.
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Absetzständer können in
kontinuierlicher Fluidverbindung mit der "Produktrückgewinnungszone" stehen oder können von
solcher Produktrückgewinnungszone
durch jedwede Vorrichtung wie etwa ein Ventil, das intermittierende
Fluidkommunikation gestattet, getrennt sein. Wie hierin verwendet,
umfasst "Produktrückgewinnungszone", ist jedoch nicht beschränkt auf,
beheizte oder nicht beheizte Abflussleitungen, Abflussbehälter, Zyklone,
Filter und die zugehörigen
Dampfrückgewinnungs-
und Feststoffrückgewinnungssysteme
oder Förderleitungen
zu einem anderen Reaktor oder besagtem anderen Reaktor, wenn mehrere
Reaktoren in Serie angeschlossen sind.
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Wenn
stromabwärts
von den Absetzständern
kein Reaktor vorhanden ist, kann die extrahierte Aufschlämmung drucklos
gemacht und durch beispielsweise beheizte oder nicht beheizte Abflussleitungen
zu einem Abflusstank befördert
werden, wo das Polymer und das unreagierte Monomer und/oder Comonomere
und Verdünner
getrennt werden. Das Entgasen des Polymers kann in einer Spülkolonne weiter
vervollständigt
werden.
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Wenn
wenigstens ein Reaktor stromabwärts von
den Absetzständern
vorhanden ist, wird die extrahierte Aufschlämmung durch Förderleitungen
zu dem nächsten
Reaktor befördert.
Die Beförderung wird
ermöglicht,
indem die Aufschlämmung
an einer Stelle in den stromabwärts
befindlichen Reaktor eingespritzt wird, wo der Druck niedriger ist
als der Druck am Auslass der Absetzständer.
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Das
Ermitteln einer geeigneten Position an dem Abschnitt des Schlaufenreaktors
gestattet das korrekte Positionieren der Einspritzdüse an besagtem
Reaktor. Geeignete Positionen befinden sich am Ausgang des kniestückförmigen Segments
stromabwärts
von der Pumpe und entlang dem vertikalen Rohrsegment, das daran
befestigt ist, in dem Teil besagten Kniestücksegments und des entsprechenden Rohrs,
oder innerhalb des Zentralachsenbereichs des Kniestücks und
des daran angeschlossenen Rohrs. Weniger geeignete Zonen befinden
sich an der Außenseite
der Krümmung
besagten Kniestückabschnitts
und gleichermaßen
an dem damit verbundenen vertikalen Rohr.
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Die
physikalischen Merkmale der eingespritzten Reaktanden umfassen die
physikalischen Zustände
des Reaktanden, wie etwa, ob er ein Gas oder eine Flüssigkeit
oder eine Mischung von beidem ist. Andere physikalische Merkmale
umfassen die Viskosität,
Konzentration und den Fluss der Reaktanden. Weitere hierin beinhaltete
Merkmale umfassen die Durchflussmenge, die Temperatur und den Druck,
auf dem besagte Reaktanden eingespritzt werden.
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Das
Verändern
der geometrischen Konfiguration der Einspritzdüse umfasst, ist jedoch nicht
beschränkt
auf, Verändern
der Gestalt, der Abmessung und der Form und gesamten Gestaltung
besagter Einspritzdüse.
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Geeignete
Teile des Reaktors, wo besagtes Einspritzen möglich ist, umfassen Teile,
wo die Rohre des Reaktors nicht ummantelt sind. Ein bevorzugter Teil
für die
Position besagter Einspritzdüse
umfasst den Abschnitt stromabwärts
von der in diesem Reaktor vorgesehenen Pumpe. Der Kniestückabschnitt
eines Reaktors ist generell durch Verbindungsmittel, wie etwa einen
Flansch, mit dem anderen Teil besagten Reaktors verbunden. Ein geeigneter
Teil des Reaktors, wo besagte Einspritzung möglich ist, ist am Ausgang des
Kniestückabschnitts,
insbesondere an dem Abschnitt zwischen dem Flansch und dem ummantelten
Teil des Reaktors.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Einspritzdüse vorzugsweise an besagtem
Schlaufenreaktor an einem Azimut in Bezug auf den Reaktor angebracht,
der sich an einem Dreiviertelkreis auf oder an dem Ausgang des Kniestückabschnitts
besagten Reaktors befindet, das heißt, nicht an dem 90°-Winkel,
der sich beispielsweise über
dem Motor der Umlaufpumpe befindet.
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Daher
betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Einspritzdüse zum Einspritzen von
Reaktanden in einen Schlaufenreaktor, wobei besagte Einspritzdüse an einem
inneren Dreiviertelkreis an oder über einem Kniestückabschnitt
des Reaktors angeschlossen ist. Die Einspritzdüse ist insbesondere an einem
inneren Dreiviertelkreis an einem Kniestückabschnitt des Reaktors oder
an dessen Ausgang entlang dem mit besagtem Kniestückabschnitt
verbundenen Rohrsegment angeschlossen.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Einspritzdüse vorzugsweise am Ausgang
eines Kniestückabschnitts
in einem Abstand gleich maximal zwei Mal der Radius der Kniestückkrümmung, bevorzugt
in einem Abstand gleich ein Mal der Radius der Kniestückkrümmung und
bevorzugter am Ausgang der Radiuskrümmung des Kniestücks angeschlossen.
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Nicht
nur ist die geometrische Konfiguration besagter Einspritzdüse von Bedeutung,
sondern ist auch die Positionierung einer Einspritzdüse an dem Reaktor
von Bedeutung in Bezug darauf, wo und wie besagte Reaktanden in
die umlaufende Aufschlämmung
eingebracht werden. Eine seitliche Positionierung des Austrittsöffnungsteils
besagter Einspritzöffnung
an einem vertikalen Rohr besagten Reaktors gestattet beispielsweise
die Verbesserung der Verteilung und des Mischmusters besagter Recktanten
und erhöht
dadurch die Produktion des Polymerprodukts.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch einen für Olefinpolymerisationsverfahren
geeigneten Schlaufenreaktor, umfassend: eine Vielzahl miteinander
verbundener Rohre, welche einen Strömungspfad definieren, der für eine Polymeraufschlämmung geeignet
ist, die flüssigen
Verdünner
und feste Olefinpolymerpartikel umfasst, Mittel zum Einbringen von Polymerkatalysator
und Verdünner
in besagten Reaktor, wenigstens eine Pumpe, die geeignet ist, um die
Polymeraufschlämmung
in besagtem Reaktor in Umlauf zu halten, und ein oder mehrere Absetzständer, die
mit den Rohren besagten Reaktors verbunden sind, geeignet, ein Absetzen
der Polymeraufschlämmung
darin zu gestatten, und eine Einspritzdüse, die an einem inneren Dreiviertelkreis
an oder über
einem Kniestückabschnitt
des Reaktors angeschlossen ist.
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1 illustriert
schematisch ein Beispiel eines Schlaufenreaktors 1 in der
Verwendung der Erfindung, bestehend aus einer Vielzahl miteinander verbundener
Rohre 7. Es versteht sich, dass, während der Schlaufenreaktor 1 mit
sechs vertikalen Rohren illustriert ist, besagter Schlaufenreaktor 1 mit weniger
oder mehr Rohren, wie etwa 4 oder mehr Rohren, beispielsweise zwischen
4 und 20 vertikalen Rohren, ausgestattet sein kann.
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Die
vertikalen Abschnitte der Rohrsegmente 7 sind vorzugsweise
mit Heizmänteln 17 versehen. Polymerisationswärme kann
mittels in diesen Mänteln
des Reaktors umlaufenden Kühlwassers
abgezogen werden. Recktanten werden durch Leitung 3, welche
eine hierin nicht gezeigte Einspritzdüse umfasst, in den Reaktor 1 eingebracht.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Einspritzdüse
der Leitung 3 an einem inneren Dreiviertelkreis an oder über einem
Kniestückabschnitt
des Reaktors angeschlossen, wie durch Position A illustriert. Herkömmlich wurden
die Recktanten an der Außenseite
des Rohrs 7 eingespritzt, wie durch Punkt B illustriert.
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Katalysator,
gegebenenfalls in Zusammenwirken mit einem Cokatalysator oder Aktivator,
wird mittels der Leitung 25 in den Reaktor 1 eingespritzt. In
einer Ausführungsform
können
besagte Katalysatoren gerade stromaufwärts von der Umlaufpumpe eingebracht
werden.
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Die
Polymerisationsaufschlämmung
wird durch eine oder mehrere Pumpen, wie etwa die axiale Kreiselpumpe 2,
richtungsgebunden durch den Schlaufenreaktor 1 zirkuliert,
wie durch die Pfeile 6 illustriert. Die Pumpe kann von
einem Elektromotor 5 mit Energie versorgt werden. Wie hierin
verwendet, umfasst der Begriff "Pumpe" jede Vorrichtung
von verdichtendem Antrieb, Erhöhen
des Drucks eines Fluids, mittels beispielsweise eines Kolbens oder
eines Satzes rotierender Kreiselräder 4.
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Der
Reaktor 1 ist weiter mit einem oder mehreren Absetzständern 10 versehen,
die mit den Rohren 7 des Reaktors 1 verbunden
sind. Obwohl 4 Absetzständer
in 1 illustriert sind, umfasst die vorliegende Erfindung
auch Schlaufenreaktoren mit einem oder mehr Absetzständern. In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst besagter Schlaufenreaktor 1 bis
20 Absetzständer,
bevorzugt 4 bis 12 Absetzständer,
bevorzugter 6 bis 10 Absetzständer.
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Die
Absetzständer 10 sind
bevorzugt mit einem Absperrventil 26 versehen. Diese Ventile 26 sind unter
normalen Bedingungen offen und können
geschlossen werden, um beispielsweise einen Absetzständer vom
Betrieb abzuschließen.
Weiter können die
Absetzständer
mit Produktentnahme- oder Ablassventilen 27 versehen werden.
Das Ablassventil 27 kann jeder Typ von Ventil sein, das
kontinuierliche oder zeitweilige Abfuhr von Polymeraufschlämmung gestatten
kann, wenn es wenigstens teilweise offen ist. In den Absetzständern 10 abgesetzte
Polymeraufschlämmung
kann mittels einer oder mehrerer Produktrückgewinnungsleitungen 18 abgeführt werden,
z.B. zu einer Produktrückgewinnungszone.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat die Einspritzdüse, wenn sie an besagtem Schlaufenreaktor
positioniert ist, vorzugsweise eine Einspritzrichtung, die einen
Winkel bildet, der sich von 0° in
Bezug zu einer Ebene senkrecht zur Hauptflussrichtung in dem Reaktor
in Nähe
der Einspritzstelle unterscheiden kann.
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7 illustriert
schematisch einen Teil des Rohrs 7 eines Schlaufenreaktors,
der ein Kniestückteil
und ein gerades Teil umfasst, wobei die Einspritzdüse 23 der
Zufuhrleitung 3 an einem inneren Dreiviertelkreis über besagtem
Kniestückteil
angeschlossen ist.
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8 stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X'' des
Teils des Schlaufenreaktors von 7 dar, wobei
eine geeignete Anschlussposition für besagte Einspritzdüse 23 durch
die Kurve 25 illustriert wird. Wie hierin verwendet, beinhaltet "innerer Dreiviertelkreis" zwischen 45° und 315° in Bezug
zur Achse X-X'' betragende Winkel,
wobei 0° in
der Mittelebene des am dichtesten an dem Einspritzpunkt gelegenen
Kniestücks
des Reaktors auswärts
gerichtet ist.
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Wie
in besagter 7 illustriert, kann eine Einspritzdüse 23 über dem
Kniestückabschnitt
eines Schlaufenreaktors in einem zwischen 45° und 315° betragenden Winkel (8)
positioniert werden. Bevorzugter kann besagte Einspritzdüse 23 in
einem zwischen 90° und
270° betragenden
Winkel positioniert sein. Noch bevorzugter ist besagte Einspritzdüse 23 in
einem zwischen 120° und
240° betragenden Winkel
positioniert, wobei 0° in
der Mittelebene des am dichtesten an dem Einspritzpunkt gelegenen Kniestücks des
Reaktors auswärts
gerichtet ist.
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Außerdem kann,
obwohl dies hierin nicht illustriert ist, der Befestigungswinkel
einer Einspritzdüse
an dem Rohr des Schlaufenreaktors sich von 90° in Bezug zur Längsachse
A-A'' des Rohrs unterscheiden.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst einen für Olefinpolymerisationsverfahren
geeigneten Schlaufenreaktor, der eine Einspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst. Insbesondere umfasst der Schlaufenreaktor: eine Vielzahl
miteinander verbundener Rohre, Mittel zum Einbringen von Polymerisationskatalysator
und Verdünner
in besagten Reaktor, wenigstens eine zum in Umlauf Halten der Polymeraufschlämmung in
besagtem Schlaufenreaktor geeignete Pumpe und ein oder mehrere mit
den Rohren besagten Reaktors verbundene Absetzständer, und eine Einspritzdüse, welche
im Wesentlichen aus einer Fluidleitung besteht, die einen Durchlass
mit kreisförmigem
Querschnitt aufweist, der sich in einen Austrittsöffnungsteil
erstreckt, der einen Durchlass mit nicht kreisförmigem Querschnitt hat, wobei
besagter Austrittsöffnungsteil
so an besagten Reaktor angeschlossen ist, dass die kürzeste Abmessung des
Durchlasses besagten Austrittsöffnungsteils
parallel zur Richtung des Hauptfluidflusses in dem Reaktor in der
Einspritzhöhe
ist.
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9 stellt
eine Ausführungsform
besagter Erfindung dar und zeigt eine Querschnittsansicht, welche
die Einspritzdüse 19 von 6 an
dem Rohr 7 eines Schlaufenreaktors befestigt zeigt. Die
Einspritzdüse
hat eine zylindrische Wand 12, die mit einem Flansch 13 versehen
ist, der auf geeignete Weise an einem sich radial von dem Rohr 7 erstreckenden
Gehäuse 14 angepasst
werden kann, wobei besagtes Gehäuse 14 mit
der Öffnung 24 an
dem Rohr 7 kommuniziert. Besagtes Gehäuse 14 kann weiter mit
einem Flansch 22 versehen sein. Der Flansch 13 der
Einspritzdüse
kann durch die Verwendung geeigneter Befestigungsmittel nützlich für die Befestigung besagter
Einspritzdüse 19 an
dem Gehäuse 14 sein, so
kann besagte Einspritzdüse
beispielsweise durch die Verwendung einer mit Bolzen 16 und
Schrauben 20 festgehaltenen zylindrischen Platte 21 an
dem Rohr verriegelt werden. Geeignete Befestigungsmittel umfassen,
sind jedoch nicht beschränkt
auf, Bolzen, Klemmen, Einschnappklinken, Nägel, Stifte, Nieten, Schrauben
und dergleichen. Die Wand der Einspritzdüse sollte vorzugsweise so gefertigt
sein, dass sie nicht in den Reaktor hineinragt oder irgendeinen
unbedeckten Teil des Gehäuses 14 übriglässt.
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In
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist die Einspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung
so mit besagtem Reaktor verbunden, dass die kürzeste Abmessung Ry des Durchlasses
des Austrittsöffnungsteils
besagter Düse
parallel zur Richtung des Hauptfluidflusses in dem Reaktor auf der
Höhe der
Einspritzung ist.
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Besagte
Ausführungsform
ist schematisch in 10 illustriert, die eine Teilquerschnittsansicht
eines Rohrs 7 eines Schlaufenreaktors darstellt, das eine Öffnung 24 aufweist,
worin eine erfindungsgemäße Einspritzdüse angebracht
ist. Die Einspritzdüse
hat eine massive Außenwand 12 und
umfasst einen Austrittsöffnungsteil 8.1 mit
einem Durchlass mit nicht kreisförmigem
Querschnitt. Der Austrittsöffnungsteil
ist so an besagten Reaktor angeschlossen, dass die kürzeste Abmessung
2Ry besagten Durchlasses parallel zur Richtung des durch die Linien 6 illustrierten
Hauptfluidflusses in dem Reaktor auf der Einspritzhöhe ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Einspritzdüse
in einem Mehrfachschlaufenreaktor verwendet werden.
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Beispielsweise
kann sie in einem Doppelschlaufenreaktor verwendet werden, wie in 11 abgebildet.
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11 stellt
zwei Einzelschlaufenreaktoren 110, 116 dar, die
in Reihe miteinander verbunden sind. Beide Reaktoren 100, 116 bestehen
aus einer Vielzahl miteinander verbundener Rohre 104. Die vertikalen
Abschnitte der Rohrsegmente 104 sind vorzugsweise mit Heizmänteln 105 versehen.
Reaktanden werden durch Leitung 107 in die Reaktoren 100 eingebracht.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Einspritzdüse
besagter Leitung 107 an einem inneren Dreiviertelkreis
an oder über
einem Kniestückabschnitt
besagter Reaktoren 100 und/oder 116 angeschlossen.
Katalysator, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit einem Cokatalysator
oder Aktivator, kann mittels einer Leitung 106 in einen
der oder beide Reaktoren 100 und 116 eingespritzt
werden. Die Polymerisationsaufschlämmung wird richtungsgebunden
durch eine oder mehrere Pumpen, wie etwa die axiale Kreiselpumpe 101,
durch die Schlaufenreaktoren 100 und 116 gepumpt,
wie durch die Pfeile 108 veranschaulicht. Die Pumpen können durch
einen Elektromotor 102 mit Energie versorgt werden. Die
Pumpen können
mit einem Satz rotierender Kreiselräder 103 versehen sein.
Die Reaktoren 100, 116 sind weiter mit einem oder
mehreren Absetzständern 109 versehen,
die mit den Rohren 104 der Reaktoren 100, 116 verbunden
sind. Die Absetzständer 109 sind
bevorzugt mit einem Absperrventil 110 versehen. Weiter
können
die Absetzständer
mit Produktentnahme- oder
Ablassventilen 111 versehen werden oder können in
direkter Verbindung mit dem stromabwärts befindlichen Abschnitt
sein. Stromabwärts
von dem Ausgang des Absetzständers 109 des
Reaktors 100 ist eine Förderleitung 112 angebracht,
die das Befördern
von in den Absetzständern 109 abgesetzter
Polymeraufschlämmung
zu dem anderen Reaktor 116, bevorzugt durch ein Kolbenventil 115,
gestattet. Entlang der Förderleitung 112 kann
ein Dreiwegeventil 114 den Fluss zu einer Produktrückgewinnungszone
umleiten, wenn der Mehrfachschlaufenreaktor in einer parallelen
Konfiguration verwendet werden soll. In den Absetzständern 109 des
Reaktors 116 abgesetzte Polymeraufschlämmung kann mittels einer oder
mehrerer Produktrückgewinnungsleitungen 113 abgeführt werden, z.B.
zu einer Produktrückgewinnungszone.
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Die
geeignete Positionierung einer Einspritzdüse erhöht überraschenderweise die Produktion
an Polymerprodukt. Dieser überraschende
Effekt kann durch die längere
durchschnittliche Zeit zur Vollendung der Solubilisation und Dispersion
der Reaktanden in dem Reaktor, bevor eine extensive Reaktion stattfindet,
erklärt
werden. Ohne sich durch eine Theorie festzulegen, könnte herkömmliche
Positionierung der Einspritzdüse,
wie in Punkt B von 1, für die frühere Auslösung der Instabilitäten verantwortlich
sein und dadurch eine Beschränkung
in der Produktion des Polymerprodukts veranlassen.
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Das
vorliegende Verfahren gestattet die Verbesserung des Produktionsdurchsatzes
durch die korrekte Positionierung einer Einspritzdüse an einem Schlaufenreaktor.
Das vorliegende Verfahren gestattet weiterhin das Verbessern der
Einbringung und des Mischens der Recktanten in besagten Reaktor und
weitere Ermitteln einer geeigneten geometrischen Konfiguration einer
Einspritzdüse,
die das Verbessern der Verteilung der Recktanten auf homogene Weise
gestattet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
gestattet das für
eine Einspritzdüse
Kombinieren einer geeigneten geometrischen Konfiguration mit einer
geeigneten Positionierung an dem Reaktorrohr. Dies gestattet die
Optimierung der Einbringung und homogenen Verteilung der Recktanten
in der umlaufenden Aufschlämmung,
wodurch die Steigerung der Polymerisationsreaktionsproduktion gestattet
wird.
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Die
vorliegende Verbesserung in Bezug auf die Schlaufenreaktoren mit
Einspritzpumpen gemäß der Erfindung
und die Verwendung einer Einspritzdüse in einem Schlaufenreaktor
zur Olefinpolymerisation, wie vorangehend beschrieben, gestattete
die Steigerung der maximal aufrechterhaltbaren Feststoffkonzentration
ohne Auftreten von Pumpenkraftinstabilität. Weiterhin erhöht ein erhöhter Feststoff-Gewichtsprozentsatz
in dem Schlaufenreaktor die Katalysatorverweildauer und erhöht die Katalysatorproduktivität. Diese
verbesserte Katalysatorverweildauer verbessert auch das spezifische
Volumen der Partikel, wodurch der Gewichtsprozentsatz aus dem Reaktor
entfernter Feststoffe erhöht
wurde, was die Verdünnerverarbeitungskosten
der Recyclingausrüstung
senkt.