用于制备低聚物的设备的制作方法

1.对相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年9月22日提交的韩国专利申请no.10-2020-0121969的优先权的权益，其全部内容作为本说明书的一部分并入本文中。技术领域
[0003][0004]
本发明涉及一种用于制备低聚物的设备，更具体地，涉及一种用于制备低聚物的设备，当反应器内发生滴漏现象时，该设备通过在短时间内使工艺不稳定性最小化而在不停止工艺运行的情况下确保稳定的运行时间。


背景技术：

[0005]
α-烯烃是一种在共聚单体、洗涤剂、润滑剂、增塑剂等中使用的重要材料，并且在商业上广泛使用。其中，1-己烯和1-辛烯在制备线性低密度聚乙烯(lldpe)中已广泛用作调节聚乙烯的密度的共聚单体。
[0006]
α-烯烃代表性地通过乙烯的低聚反应来制备。作为进行乙烯低聚反应的反应器的类型，已使用鼓泡塔反应器，该鼓泡塔反应器通过使用作反应物的气体乙烯与包括包含催化剂的液体反应介质的反应区域接触而进行乙烯的低聚反应(三聚反应或四聚反应)。
[0007]
在鼓泡塔反应器中，通过安装在鼓泡塔反应器下部的多孔分散板将气体反应物引入并同时分散在包括液体反应介质的反应区域中，并且通过分散气体的力产生湍流，使得液体反应介质和气体反应物自然地相互混合。
[0008]
在这种情况下，用于有效混合的气体反应物入口的最理想位置是反应器下部的中心处。然而，在进行混合的初始稳定阶段，会发生如下问题：除了根据反应的预期低聚物外，由于在催化反应中产生的副产物即聚合物而阻碍了气体反应物的分散流动，或者由于在操作流量控制装置时操作人员的错误使气体反应物的供应流量瞬时降低。
[0009]
因此，会发生滴漏，这是一种在反应区域中的一部分液体反应介质落入反应器下部的气体区域中的现象，在这种情况下，落入气体区域的液体反应介质会堵塞气体反应物入口，从而持续地阻碍气体的注入和流动。因此，反应区域中的混合效率显著降低，导致关闭整个工艺运行的问题。
[0010]
因此，为了解决上述问题，需要当反应器内发生滴漏现象时，通过在短时间内使工艺不稳定性最小化而在不停止工艺运行的情况下来确保稳定的运行时间的措施。


技术实现要素：

[0011]
技术问题
[0012]
本发明的一个目的是提供一种用于制备低聚物的设备，该设备当反应器内发生滴漏现象时，通过在短时间内使工艺不稳定性最小化而在不停止工艺运行的情况下确保稳定的运行时间。
[0013]
技术方案
[0014]
在一个总的方面，一种用于制备低聚物的设备包括：反应器，该反应器包括在下部设置有第一气体反应物入口的气体区域，和在所述气体区域上方包括与气体反应物接触的反应介质的反应区域；第二气体反应物入口和第三气体反应物入口，所述第二气体反应物入口设置在所述气体区域中的反应器内壁上，所述第三气体反应物入口设置在面对所述第二气体反应物入口的反应器内壁上；以及第一注射喷嘴和第二注射喷嘴，所述第一注射喷嘴与所述第二气体反应物入口连接，所述第二注射喷嘴与所述第三气体反应物入口连接。
[0015]
在另一个总的方面，一种使用上述用于制备低聚物的设备制备低聚物的方法包括：当第一气体反应物入口被堵塞时，通过关闭第一流量控制装置并打开第二流量控制装置和第三流量控制装置，通过第二气体反应物供应线和第三气体反应物供应线向气体区域供应气体反应物。
[0016]
有益效果
[0017]
根据本发明的用于制备低聚物的设备可以当反应器内发生滴漏现象时，通过在短时间内使工艺不稳定性最小化而在不停止工艺运行的情况下确保稳定的运行时间。
附图说明
[0018]
图1是示出根据本发明的一个示例性实施方案的用于制备低聚物的设备的示意图。
[0019]
图2是示出用于制备低聚物的常规鼓泡塔反应器的构造的示意图。
具体实施方式
[0020]
在本发明的说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应限制性地解释为具有一般或字典的含义，而是基于发明人能够恰当地定义术语的概念以便以最佳方式描述他们自己的发明的原则，应解释为具有符合本发明的技术构思的含义和概念。
[0021]
在本发明中，术语“流”可以是指工艺中流体流动，或者可以是指在移动管线(管道)中流动的流体本身。具体地，“流”可以是指在连接各个装置的管道中流动的流体本身和流体流动两者。此外，流体可以是指包括气体、液体和固体中的任意一种或多种。
[0022]
在本发明中，术语“c#”是指所有具有#个碳原子的烃，其中“#”是正整数。因此，术语“c10”是指具有10个碳原子的烃化合物。此外，术语“c# ”是指所有具有#个以上碳原子的烃分子。因此，术语“c10 ”是指具有10个以上碳原子的烃的混合物。
[0023]
下文中，为了帮助理解本发明，将参考下面的图1和图2更详细地描述本发明。
[0024]
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种用于制备低聚物的设备。所述用于制备低聚物的设备可以包括：反应器100，该反应器100包括气体区域110和反应区域120，气体区域110在其下部设置有第一气体反应物入口10，反应区域120在所述气体区域上方包括与气体反应物接触的反应介质rm；第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30，所述第二气体反应物入口20设置在所述气体区域110中的反应器100的内壁上，所述第三气体反应物入口30设置在面对所述第二气体反应物入口20的反应器100的内壁上；以及第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32，所述第一注射喷嘴22与所述第二气体反应物入口20连接，所述第二注射喷嘴32与所述第三气体反应物入口30连接。
[0025]
根据本发明的一个示例性实施方案，反应器100可以通过在催化剂和溶剂的存在下进行单体的低聚反应来制备低聚物产物。
[0026]
作为一个具体的实例，供应至气体区域110的气体反应物可以包含单体，并且在反应区域120中包括的反应介质rm可以包含催化剂和溶剂。即，供应至气体区域110中的包含气体单体的气体反应物可以与包括包含催化剂和溶剂的液体反应介质rm的反应区域120接触以进行低聚反应，从而生成低聚物产物。
[0027]
根据本发明的一个示例性实施方案，反应器100可以是适于连续工艺的反应器100。例如，反应器100可以是鼓泡塔反应器，鼓泡塔反应器能够连续制备低聚物产物。
[0028]
根据本发明的一个示例性实施方案，所述单体可以包括乙烯单体。作为一个具体的实例，包括乙烯单体的气体反应物可以供应至反应器100中并进行低聚反应以制备预期的α-烯烃产物。
[0029]
在这种情况下，低聚反应可以在反应器100中的气体区域110的上部区域中进行，并且单体的低聚反应可以在催化剂和助催化剂的存在下，在溶解于溶剂中的液体反应介质rm中进行。因此，可以将进行单体的低聚反应的包括反应介质rm的区域定义为反应区域120。低聚反应可以是指单体进行低聚的反应。根据被聚合的单体的数目，低聚反应可以称为三聚反应或四聚反应，并且这些统称为多聚反应。
[0030]
α-烯烃是在共聚单体、清洗剂、润滑剂、增塑剂等中使用的重要材料，并且在商业上广泛使用。其中，1-己烯和1-辛烯在制备线性低密度聚乙烯(lldpe)中广泛地用作调节聚乙烯的密度的共聚单体。诸如1-己烯和1-辛烯的α-烯烃可以通过，例如，乙烯的三聚反应或四聚反应来制备。
[0031]
反应介质rm可以通过反应介质供应线l4供应至反应区域120中。作为一个具体的实例，反应介质供应线l4可以通过反应器100的一侧与反应区域120连接。
[0032]
所述溶剂可以包括，例如，选自正戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、甲基环己烷、辛烷、环辛烷、癸烷、十二烷、苯、二甲苯、1,3,5-三甲苯、甲苯、乙苯、氯苯、二氯苯和三氯苯中的一种或多种。
[0033]
所述催化剂可以包括过渡金属源。过渡金属源可以是，例如，包括选自乙酰丙酮铬(iii)、四氢呋喃氯化铬(iii)、2-乙基己酸铬(iii)、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)铬(iii)、苯甲酰丙酮铬(iii)、六氟-2,4-乙酰丙酮铬(iii)(chromium(iii)hexafluoro-2,4-pentanedionate)、乙酸铬(iii)氢氧化物、乙酸铬(iii)、丁酸铬(iii)、戊酸铬(iii)、月桂酸铬(iii)和硬脂酸铬(iii)中的一种或多种的化合物。
[0034]
所述助催化剂可以包括，例如，选自三甲基铝、三乙基铝、三异丙基铝、三异丁基铝、倍半乙基氯化铝、二乙基氯化铝、乙基二氯化铝、甲基铝氧烷、改性甲基铝氧烷和硼酸盐(borate)中的一种或多种。
[0035]
如上所述，作为进行乙烯低聚反应的反应器的类型，可以使用鼓泡塔反应器，该鼓泡塔反应器通过用作反应物的气体乙烯单体与包括包含催化剂的液体反应介质rm的反应区域120接触来进行乙烯的低聚反应(三聚反应或四聚反应)。
[0036]
在鼓泡塔反应器中，通过设置在反应器100中的气体区域110和反应区域120之间的多孔分散板130，将气体反应物引入并同时分散在包括液体反应介质rm的反应区域120中，并且通过分散气体的力产生湍流，使得液体反应介质和气体反应物自然地相互混合。在
这种情况下，将通过多孔分散板130引入反应区域120中的气体反应物的分散力保持为大于来自液体反应介质rm的向下作用的头压(head pressure)，使得液体反应介质rm可以停留在反应区域120中。
[0037]
此外，为了有效混合气体反应物和液体反应介质rm，气体反应物入口的最理想位置可以是反应器下部的中心处。然而，如上所述在进行混合的初始稳定阶段，会产生如下问题：除了根据反应的预期的低聚物外，由于在催化反应中产生的副产物即聚合物(具体地，c10 聚合物)而阻碍气体反应物的分散流动，或者由于在操作流量控制装置时操作人员的错误而使气体反应物的供应流量瞬时降低。
[0038]
因此，会发生滴漏现象，这是一种在反应区域120中的一部分液体反应介质rm落入反应器下部的气体区域110中的现象，在这种情况下，落入气体区域110的液体反应介质rm会堵塞气体反应物入口，从而持续地阻碍气体的注入和流动。因此，在反应区域120中的混合效率显著降低，导致关闭整个工艺运行的问题。
[0039]
因此，根据本发明，本发明的一个目的是提供一种用于制备低聚物的设备，作为当反应器内发生滴漏现象时，通过在短时间内使工艺不稳定性最小化而在不停止工艺运行的情况下来确保稳定的运行时间的措施。
[0040]
根据本发明的一个示例性实施方案，气体反应物可以通过设置在反应器100下部的第一气体反应物入口10供应至反应器100中的气体区域110中。作为一个具体的实例，气体反应物可以通过与第一气体反应物入口10连接的第一气体反应物供应线l1从反应器100的外部供入。
[0041]
如上所述，通过设置在反应器100中的气体区域110和反应区域120之间的多孔分散板130，将供应至气体区域110的气体反应物引入并同时分散在位于气体区域110上方并包括液体反应介质rm的反应区域120中，并且通过分散气体的力产生湍流，使得液体反应介质rm和气体反应物自然地相互混合。
[0042]
多孔分散板130包括多个孔，该孔具有足够大的尺寸以使气体反应物通过，并且在气体反应物通过孔时多孔分散板130可以用于向气体反应物提供可以将该气体反应物分散到反应区域120中的动力。作为一个具体的实例，当气体反应物通过多孔分散板130并引入反应区域120中时，组合产生用于气体反应物上升的力和由液体反应介质rm按压的力。因此，湍流由向上流动和向下流动产生，使得气体反应物可以分散并且气体反应物可以与液体反应介质rm混合。
[0043]
在反应区域120中，在反应介质rm和气体反应物相互混合的过程中，通过气体反应物的催化反应进行低聚反应。由低聚反应制备的低聚物产物为液态，并且可以通过设置在反应器100的另一侧，即，与上述的反应器100中具有反应介质供应线l4的一侧相对的另一侧上的产物排出线l5排出。
[0044]
由于通过产物排出线l5排出的产物排出流可以包含低聚物产物和溶剂，因此可以通过附加的分离装置(未示出)将低聚物产物和溶剂分离，并且分离出的溶剂可以在反应区域120中重复使用。当包含乙烯单体作为气体反应物时，低聚物产物可以包括例如1-己烯和1-辛烯。
[0045]
同时，在反应区域120中未被低聚合的未反应物质是气态的未反应蒸汽，并且可以通过设置在反应器100顶部的未反应蒸汽排出线l6由反应器100的上部排出。
[0046]
为了在反应区域120中有效混合反应介质rm和分散的气体反应物，气体反应物入口的最理想位置是在反应器下部的中心处。因此，传统的鼓泡塔反应器在反应器100底部的中心位置具有第一气体反应物入口10。
[0047]
然而，在这种情况下，如上所述，当由于滴漏现象落入到气体区域110的液体反应介质rm堵塞第一气体反应物入口10时，反应区域120中的混合效率显著降低，导致关闭整个工艺运行的问题。
[0048]
为了解决该问题，根据本发明的用于制备低聚物的设备包括设置在气体区域110中的反应器100的内壁上的第二气体反应物入口20和设置在面对第二气体反应物入口20的反应器100的内壁上的第三气体反应物入口30，使得当液体反应介质rm由于反应期间的滴漏现象堵塞第一气体反应物入口10时，气体反应物可以通过第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30供应至气体区域110中。
[0049]
作为一个具体的实例，气体反应物可以通过与第二气体反应物入口20连接的第二气体反应物供应线l2和与第三气体反应物入口30连接的第三气体反应物供应线l3从反应器100的外部供入。
[0050]
作为一个具体的实例，气体反应物可以通过从第一气体反应物供应线l1分支出来并与第二气体反应物入口20连接的第二气体反应物供应线l2和从第一气体反应物供应线l1分支出来并与第三气体反应物入口30连接的第三气体反应物供应线l3从反应器100的外部供入。
[0051]
根据本发明的一个示例性实施方案，根据本发明的用于制备低聚物的设备还可以包括分别设置在第一气体反应物供应线l1、第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3中的第一流量控制装置v1、第二流量控制装置v2和第三流量控制装置v3。
[0052]
因此，分别设置在第一气体反应物供应线l1、第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3中的第一流量控制装置v1、第二流量控制装置v2和第三流量控制装置v3可以用于控制供应至各个气体反应物供应线的气体反应物的流量。作为一个具体的实例，第一流量控制装置v1、第二流量控制装置v2和第三流量控制装置v3可以是阀门或泵，但不限于此，更具体地，可以是阀门。
[0053]
例如，如果上述的滴漏现象使气体反应物难以通过第一气体反应物入口10供入，则关闭设置在第一气体反应物供应线l1中的第一流量控制装置v1，以阻断引入第一气体反应物入口10的气体反应物流，然后，打开关闭的第二流量控制装置和第三流量控制装置，以通过第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3将气体反应物供应至气体区域110中。因此，通过在短时间内使由于滴漏现象的发生导致的工艺不稳定性最小化，可以在不停止工艺的情况下确保稳定的运行时间。
[0054]
根据本发明的一个示例性实施方案，根据本发明的用于制备低聚物的设备可以包括与第二气体反应物入口20连接的第一注射喷嘴22和与第三气体反应物入口30连接的第二注射喷嘴32。即，用于制备低聚物的设备可以包括注射喷嘴22和注射喷嘴32用于将通过第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30供应的气体反应物注射到气体区域110中。
[0055]
作为一个具体的实例，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32在反应器100中的气体区域110中，并且可以分别与第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30连接。在这种
情况下，第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30可以位于同一水平线上，因此，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32也可以位于同一水平线上。即，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32可以设置在反应器100内的相同高度处。
[0056]
所述用于制备低聚物的设备还可以包括从第二气体反应物入口20连接第一注射喷嘴的第一喷嘴导管24，或从第三气体反应物入口30连接第二注射喷嘴32的第二喷嘴导管34。作为一个具体的实例，第一喷嘴导管24和第二喷嘴导管34的形状可以是直的，但不限于此。
[0057]
第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32各自可以包括至少一个注射口。此外，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴33各自可以以包括多个注射口的喷雾器的形式实现。例如，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴33可以具有1至5个、1至4个或2至4个注射口。作为一个具体的实例，如图1所示，第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32可以分别以包括3个注射口的形式实现。
[0058]
通过第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注射的气体反应物的注射压力可以比来自液体反应介质rm向下作用的压力高0.1至0.3mpa。在上述范围内的压力下，气体反应物可以通过第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注射以均匀地分散在气体区域110中。因此，当均匀分散的气体反应物通过多孔分散板130引入反应区域120中时，可以均匀地进行与液体反应介质rm的混合，从而提高反应区域120中的混合效率。
[0059]
根据本发明的一个示例性实施方案，根据本发明的用于制备低聚物的设备还可以包括第一导流板26和第二导流板36，第一导流板26和第二导流板36分别设置在第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30上方的反应器100的内壁上。第一导流板26和第二导流板36可以用于改变经第二气体反应物入口20和第三气体反应物入口30由第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注入的并沿相对方向向上流动的气体反应物的流动。
[0060]
作为一个具体的实例，第一导流板26和第二导流板36设置在第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32与多孔分散板130之间的区域中的反应器100的内壁上。从设置在气体区域110的反应器100的内壁上的第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注入的气体反应物，可能具有偏向多孔分散板130的孔中靠近反应器100的内壁的孔的流动。如上所述，当包括第一导流板26和第二导流板36时，防止了这种偏向流动，并且可以将气体反应物的均匀流动引入多孔分散板130的所有孔中。
[0061]
根据本发明的一个示例性实施方案，从第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注射的气体反应物的注射角沿反应器100的向下方向可以为40
°
至50
°
。在这种情况下，该注射角可以是从第二气体反应物入口20连接第一注射喷嘴的第一喷嘴导管的角度，或从第三气体反应物入口30连接第二注射喷嘴32的第二喷嘴导管的角度。
[0062]
作为一个具体的实例，从第一注射喷嘴22和第二注射喷嘴32注射的气体反应物的注射角沿反应器100的向下方向可以为40
°
至50
°
、42
°
至48
°
或44
°
至46
°
。在这种情况下，气体反应物的引入偏向于多孔分散板130的位于反应器100内壁方向的孔中的现象可以最小化，使得可以提高反应区域120中反应介质rm和气体反应物的混合效率，从而提高了低聚反应的效率。
[0063]
根据本发明的一个示例性实施方案，气体区域110的高度可以是相对于反应器100的直径的70％至90％、70％至85％或75％至80％。在这种情况下，反应器100中的气体区域
110可以用作充分的缓冲器，使得即使发生液体反应介质rm的不稳定的向下漂移时，也可以使位于下部的气体区域110中的滴漏现象的发生最小化。因此，即使气体反应物没有通过位于气体区域110的精确的中心处的第一气体反应物入口10注入，也可以进行稳定的运行。
[0064]
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种使用根据本发明的用于制备低聚物的设备制备低聚物的方法。
[0065]
使用根据本发明的用于制备低聚物的设备制备低聚物的方法可以包括：在第一气体反应物入口被堵塞时，通过关闭第一流量控制装置并且打开第二流量控制装置和第三流量控制装置，通过第二气体反应物供应线和第三气体反应物供应线将气体反应物供应至气体区域中。
[0066]
如上所述，例如，如果上述的滴漏现象堵塞了第一气体反应物入口10，使得难以通过第一气体反应物入口10供应气体反应物，则关闭第一气体反应物供应线l1中设置的第一流量控制装置v1，以阻断气体反应物流引入第一气体反应物入口10，然后打开关闭的第二流量控制装置和第三流量控制装置，以通过第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3将气体反应物供应至气体区域110中。因此，通过在短时间内使由于滴漏现象的发生而导致的工艺不稳定性最小化，而可以在不停止工艺的情况下确保稳定的运行时间。
[0067]
作为一个具体的实例，当气体区域110的温度快速升高时，可以确定液体反应介质rm引入气体区域110中并且第一气体反应物入口10被堵塞，因此，可以关闭第一流量控制装置v1并打开第二流量控制装置v2和第三流量控制装置v3。
[0068]
根据本发明的一个示例性实施方案，当关闭第一流量控制装置v1以阻断气体反应物流引入第一气体反应物入口10时，通过第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3供应至气体区域110的气体反应物的流量相对于供应至第一气体反应物供应线l1的气体反应物的总流量的比率各自可以为40％至60％、45％至55％或48％至52％。
[0069]
作为一个具体的实例，通过第二气体反应物供应线l2供应至气体区域110的气体反应物的流量相对于供应至第一气体反应物供应线l1的气体反应物的总流量可以为40％至60％、45％至55％或48％至52％，并且通过第三气体反应物供应线l3供应至气体区域110的气体反应物的流量相对于供应至第一气体反应物供应线l1的气体反应物的总流量可以为40％至60％、45％至55％或48％至52％。在上述范围内，气体反应物通过多孔分散板130的均匀分散效果可以提高反应区域120中的反应介质rm和气体反应物的混合效率。
[0070]
例如，如上所述，通过控制第二流量控制装置v2和第三流量控制装置v3，可以进行通过第二气体反应物供应线l2和第三气体反应物供应线l3各自供应至气体区域110的气体反应物的流量的比率调节。
[0071]
根据本发明的一个示例性实施方案，根据需要，所述用于制备低聚物的设备还可以安装制备低聚物所需的装置，例如流动控制装置(未示出)、冷凝器(未示出)、再沸器(未示出)、泵(未示出)、冷却设施(未示出)、过滤器(未示出)、搅拌器(未示出)、分离装置(未示出)、压缩机(未示出)和混合器(未示出)。
[0072]
对根据本发明的用于制备低聚物的设备在本文中进行了描述并展示在附图中，但是仅描述和在附图中示出了用于理解本发明的基本配置，除了上述和附图中示出的工艺和装置之外，未单独描述和图示的工艺和装置可以适当地应用和使用，以实现根据本发明的用于制备低聚物的设备。