專利名稱：生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備和方法。該環(huán)管反應(yīng)器由封閉環(huán)管形式的管道所構(gòu)成。
烯烴聚合物(如聚乙烯)的典型生產(chǎn)是通過(guò)把單體、催化劑以及稀釋劑混合并在環(huán)管反應(yīng)器中循環(huán)而實(shí)現(xiàn)的。聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，它放出相當(dāng)大的熱量。因此，為了維持所需要的反應(yīng)溫度，將冷卻流體(如水)與環(huán)管反應(yīng)器的某些管段的外表面相接觸并在其周圍循環(huán)。
人們特別希望對(duì)從反應(yīng)器移熱進(jìn)行優(yōu)化，從而可以在一定的反應(yīng)溫度下獲得最大的聚合物產(chǎn)率，或者在一定的聚合物產(chǎn)率下使反應(yīng)溫度最低，進(jìn)而獲得較低密度的聚合物。
因此，本發(fā)明的目的是提供在環(huán)管反應(yīng)器中生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備和方法，它在從反應(yīng)物中除熱方面對(duì)先有技術(shù)作了改進(jìn)。
上述目的是采用生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括用于限定流通路徑并穿過(guò)它形成封閉環(huán)管的管道裝置，其中至少管道裝置的一部分包括至少一根由卷曲板材制成的管子，板材有兩條沿接縫聯(lián)接的邊;使冷卻劑流體在管子外表面流過(guò)進(jìn)行熱交換的冷卻裝置;向通路中引入至少一種單體(包括乙烯)的裝置;向通路中引入聚合催化劑和稀釋劑的裝置;使單體、催化劑和稀釋劑以混合形式流過(guò)通路并繞著封閉環(huán)管流動(dòng)的裝置，在流動(dòng)過(guò)程中乙烯聚合物就在通路中生成;和從通路中取出聚合物的裝置。
另一方面，本發(fā)明提供了采用上述設(shè)備生產(chǎn)乙烯聚合物的方法。在此設(shè)備內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)物在管道裝置內(nèi)的上述通路中流過(guò)時(shí)，冷卻劑在管道外表面流動(dòng)進(jìn)行熱交換。
正如下面將更詳細(xì)地討論到的，采用軋制板材結(jié)構(gòu)制作上述管子可使管壁比先有技術(shù)中的無(wú)縫結(jié)構(gòu)的管子更薄，正如后面的實(shí)施例所說(shuō)明的。在這點(diǎn)上減小壁厚可使傳熱系數(shù)增加，從而使反應(yīng)器除熱增加。如前所述，這種對(duì)反應(yīng)器移熱能力的強(qiáng)化可在一定反應(yīng)溫度下獲得最大的聚合物產(chǎn)率或在一定的聚合物產(chǎn)率下使反應(yīng)溫度最低，從而得到較低密度的聚合物。
圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是生產(chǎn)乙烯聚合物設(shè)備的圖解等比例示意圖(Schematic and isometric representation)。
圖2是圖1所示設(shè)備之一部分的側(cè)視圖。
圖3是圖2沿3-3截面的剖面圖，它表明了本發(fā)明中管子的卷曲板材結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明普遍適用于乙烯聚合物的生產(chǎn)，該生產(chǎn)是使至少一種含乙烯的單體、催化劑和稀釋劑混合流過(guò)環(huán)管反應(yīng)器而完成的。
單體進(jìn)料可以僅是乙烯，也可以是乙烯和少量(總單體進(jìn)料的25%(重量)以下)其它烯烴的混合物。這些烯烴可以是每分子3至8個(gè)碳原子的1-烯烴，如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、4-乙基-1-己烯等等，或共軛二烯烴，如丁二烯或異戊二烯。
催化劑可以是任何能使上述單體聚合的催化劑，然而最適宜的是含6價(jià)鉻的鉻氧化物催化劑。
稀釋劑可以是，例如，碳?xì)浠衔铮缯焱?、正丁烷、異丁烷、正己烷、正癸烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)戊烷、甲基環(huán)己烷等等。
生成的乙烯聚合物是顆粒狀的，根據(jù)本發(fā)明的某些方面，乙烯聚合物可以是乙烯的均聚物或乙烯和上述其它烯烴的共聚物。在此處及以后的權(quán)利要求書中所用的術(shù)語(yǔ)“乙烯的聚合物”和“乙烯聚合物”包括僅由乙烯單體生成的乙烯均聚物，和由乙烯和其它烯烴生成的乙烯和其它烯烴的共聚物。
現(xiàn)在來(lái)看圖1，圖中標(biāo)號(hào)10圖解地表示環(huán)管反應(yīng)器。所示的封閉環(huán)管圖解地表示管道裝置限定的通路，它包括許多基本上垂直方向的部分12、14、16和18，還包括許多基本上水平方向的部分20、22、24和26。如圖所示，第12和14部分的上端與第20部分相聯(lián)接，而第16和18兩部分的上端也類似地與第22部分相聯(lián)。第14和第16部分的下端與第26部分聯(lián)接，第12和第18部分的下端則類似地與第24部分聯(lián)接。每個(gè)不同的部分都是管子所組成的，在下面圖2中將進(jìn)一步討論這些管子。
應(yīng)當(dāng)理解圖1中所示的環(huán)管反應(yīng)器10的配置只是一種可能的方案，還可以采用其它配置和提供各種相互聯(lián)接部分的形式而限定封閉環(huán)管。
如圖所示，液態(tài)的單體進(jìn)料從標(biāo)號(hào)28處進(jìn)入所示方案的第14部分。固體顆粒狀催化劑的漿料和液體稀釋劑從標(biāo)號(hào)30處進(jìn)入第26部分。雖然在圖中只示意出使催化劑和稀釋劑僅從一個(gè)注入點(diǎn)進(jìn)入第26部分，但在工業(yè)反應(yīng)器中最好有數(shù)個(gè)這種注入點(diǎn)(3到10個(gè))。
反應(yīng)物沿預(yù)先確定的方向流動(dòng)，例如沿圖中所示的箭頭方向流動(dòng)。該流動(dòng)是借助于一個(gè)內(nèi)置的螺旋槳或類似的裝置(圖中未表示出)而進(jìn)行的。該螺旋槳是通過(guò)驅(qū)動(dòng)聯(lián)接裝置32與適當(dāng)?shù)膭?dòng)力源34相聯(lián)接而驅(qū)動(dòng)的。反應(yīng)混合物的流動(dòng)應(yīng)維持足夠高的速度以保持固體的懸浮。液體流率按雷諾數(shù)表示在約1，000，000至約35，000，000范圍內(nèi)較好。
至于其它反應(yīng)條件，環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的溫度通常維持在約150°F到約250°F。壓力通常維持在約450到約800磅/平方英寸(表壓)范圍內(nèi)(流體表壓，相對(duì)于大氣壓測(cè)量)。
乙烯聚合物就在環(huán)管反應(yīng)器10中生成，并由沉降料腿裝置36和閥門38排出。當(dāng)反應(yīng)物流經(jīng)第24部分時(shí)，聚合物就傾向于從閥門38(關(guān)閉狀態(tài))上行進(jìn)入沉降料腿36。閥門38由相應(yīng)的控制裝置(此處未標(biāo)出)周期性地開啟以放出很稠的聚合物和稀釋劑的槳料。假定構(gòu)成反應(yīng)器通路的各種管子的外徑大約為10英寸到約30英寸，并且公稱壁厚為約1/2英寸到約3/4英寸之間，則聚合物的產(chǎn)率一般在30，000磅/小時(shí)到50，000磅/小時(shí)。聚合物的密度大約為0.89到0.97，它取決于反應(yīng)溫度、所用的單體以及單體加入速率。一般來(lái)說(shuō)在恒定的單體加入速率下，反應(yīng)溫度降低，會(huì)使生成的聚合物有較低的密度。
現(xiàn)在來(lái)看圖2，這是環(huán)管反應(yīng)器中的第12部分。為了說(shuō)明方便，將其中間部分截?cái)?。?2部分包括內(nèi)管40，它接受單體、稀釋劑、催化劑和聚合物通過(guò)，管子40穿過(guò)管子42延伸以使它們基本上同軸。外管42的下部與擴(kuò)大部分44相聯(lián)，這里有冷卻劑流體入口46，如圖所示，冷卻劑液流從標(biāo)號(hào)48處通過(guò)入口46進(jìn)入。類似地，外管42的上部與帶有出口52的擴(kuò)大部分50相聯(lián)，如圖所示，冷卻劑流體在標(biāo)號(hào)54處通過(guò)出口流出。相應(yīng)地，冷卻劑在管子40和42之間的基本上環(huán)形的空間內(nèi)流動(dòng)從而圍繞管子40的外表面流動(dòng)并與之相接觸。冷卻劑液體和管子40內(nèi)的反應(yīng)物通過(guò)管子40的管壁進(jìn)行熱交換，從而移出管子40內(nèi)的反應(yīng)熱。
擴(kuò)大段44和50分別與端環(huán)56和58相接，管子40經(jīng)過(guò)端環(huán)延伸出去。為進(jìn)一步固定管子40，用支撐件60和62分別與端環(huán)56和58以及內(nèi)管40相聯(lián)。最后，管子40的上、下兩端分別與彎頭64和66通過(guò)法蘭相接。彎頭64伸向第24部分(見圖1)，而彎頭66伸向第20部分(見圖1)。圖2中可見法蘭68，它位于沿著基本上水平方向的第20部分居中放置(圖2中看不到第20部分)。
現(xiàn)在來(lái)看圖3，它是管子40和42的剖面圖，及由管子40外表面與管子42內(nèi)表面之間所形成的基本上環(huán)形的空間70的剖面圖。
管子40由軋制板材制成，它的兩條邊沿縱向?qū)有纬煽p72。管子40用已知的常用的方法制成，其中板材被軋制成所需要的管狀。軋制板材的兩邊適宜用任何合適的焊接技術(shù)(比如電弧焊)連接以產(chǎn)生焊縫。用于焊接的填充金屬最好是與軋制鋼板相似的金屬以及具有相當(dāng)?shù)目箯垙?qiáng)度，而且填充金屬宜從管子40的外表面延伸至管子40的內(nèi)表面以形成“完整的”對(duì)焊接口。經(jīng)全面射線照相探傷檢查，這種“完整的”對(duì)焊接口可以是，例如，雙面焊接的對(duì)焊接口的形式。這樣可使聯(lián)接效率(焊接的允許應(yīng)力和軋制板材的允許應(yīng)力之比)達(dá)到100%，參見美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME壓力容器條例第Ⅷ部分第1節(jié)。
管子40的軋制板材宜包括導(dǎo)熱系數(shù)至少為約20英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺、最小抗張強(qiáng)度至少為約50，000磅/平方英寸的鋼。作為例子，表Ⅰ中列出了一些具有以上性質(zhì)、適于本發(fā)明的比碳鋼(specific carbon steel)和低合金鋼，表Ⅰ中還對(duì)應(yīng)列出了它們的導(dǎo)熱系數(shù)和最小抗張強(qiáng)度。
表Ⅰ中每種鋼的導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算方法在隨后的例子中要詳細(xì)討論，其相應(yīng)溫度范圍是約134至約233°F。本文及所附的權(quán)利要求書中所有的導(dǎo)熱系數(shù)都是對(duì)應(yīng)此溫度范圍的。最小抗張強(qiáng)度引自《Lukens 1988-1989鋼板特性指南》(Lukens鋼鐵公司，Coatesville，Pennsylvania，1988)。請(qǐng)注意，為了使環(huán)管反應(yīng)器符合ASME條例的規(guī)定，采用的鋼應(yīng)是在ASME壓力容器條例中UCS-23表上所列的一種。
關(guān)于管子40軋制板材所用鋼的成份，最好鋼中含碳量小于約0.5%(重量)，含錳量小于約1.5%(重量)，含硅量小于約1.0%(重量)，含鉻量小于約2.5%(重量)，含鎳量小于約1.0%(重量)較好。表Ⅰ中列出的鋼全都符合這些成份特點(diǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述各元素一般都使鋼的導(dǎo)熱系數(shù)下降。反之，鈷、鉬、銅、硫和磷能提高鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。
權(quán)衡鋼的導(dǎo)熱系數(shù)、最小抗張強(qiáng)度、可焊接性和成本可發(fā)現(xiàn)較好的選擇是導(dǎo)熱系數(shù)為約25至約30英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺和最小抗張強(qiáng)度為約60，000至約90，000磅/平方英寸，再加上上述碳、錳和硅的組分限制，及含鉻量少于約0.25%(重量)和含鎳量少于約0.25%(重量)的鋼。表Ⅰ所列鋼材中，A516 Gr 70是符合這些標(biāo)準(zhǔn)的特別合適的鋼。
關(guān)于管子40的尺寸。假定在典型的乙烯聚合過(guò)程條件下，如果管子40的外徑為約10英寸至約30英寸之間，則該管子軋制板材的公稱壁厚為約1/2英寸至約3/4英寸，及根據(jù)ASME壓力容器條例第Ⅷ部分第1節(jié)而定的相應(yīng)的加工公差(mill toleran-ce)小于0.01英寸(尺寸差)或6%(相對(duì)差)較好。這種軋制板材的加工公差足夠小使得計(jì)算設(shè)計(jì)厚度(最小允許厚度)時(shí)，根據(jù)ASME條例可假定加工公差為零。這里及所附的權(quán)利要求書中所用的“公稱厚度”是指在生產(chǎn)過(guò)程中指定生產(chǎn)的軋制板材的壁厚。此外，在這里和后面權(quán)利要求書中所用的“加工公差”指實(shí)際壁厚和公稱厚度的最大差值。在后面例子中要討論的術(shù)語(yǔ)“設(shè)計(jì)厚度”是指應(yīng)某一預(yù)定的設(shè)計(jì)壓力的需要計(jì)算出的厚度值。
管子42也可為軋制板材結(jié)構(gòu)，如圖3所示，它也有一條縱向的焊縫74。為了生產(chǎn)上的方便，管子42可以用與管子40同樣的材料來(lái)制造。
組成水平方向部分20、22、24和26(圖1)的管子可以是無(wú)縫結(jié)構(gòu)而不用軋制板材結(jié)構(gòu)。由于加工公差大，這樣的無(wú)縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)厚度要比軋制板材結(jié)構(gòu)大，這一點(diǎn)在下面討論的例子中會(huì)更明顯。然而，由于在水平方向部分中沒(méi)有冷卻夾套相聯(lián)，所以較大的設(shè)計(jì)厚度和相應(yīng)較低的傳熱系數(shù)顯得不太重要。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，顯示本發(fā)明優(yōu)于先有技術(shù)中采用無(wú)縫管子的環(huán)管反應(yīng)器之處，現(xiàn)在來(lái)敘述一個(gè)計(jì)算實(shí)例。這個(gè)實(shí)例應(yīng)不被認(rèn)為在任何意義上限制本發(fā)明。
下面的等式給出了圓柱形反應(yīng)器管壁的設(shè)計(jì)壁厚t＝ (p(R+Ci)/(SE-·6P))/(1-M) +C (1)式中t是設(shè)計(jì)壁厚，單位為英寸;P是設(shè)計(jì)壓強(qiáng)(內(nèi)壓強(qiáng))，單位為磅/平方英寸(絕對(duì)壓強(qiáng))(絕對(duì)流體壓強(qiáng)，相對(duì)于零壓強(qiáng)測(cè)得);R是管子的內(nèi)半徑(miside radius)，單位為英寸;S是允許應(yīng)力，單位為磅/平方英寸;E是聯(lián)接效率因子，無(wú)單位(unitless);Ci是表示管子內(nèi)表面的內(nèi)腐蝕允許量，單位為英寸;C是總腐蝕量(內(nèi)腐蝕允許量Ci與管子外表面的外腐蝕允許量Co的總和)，單位為英寸;和M是加工公差，它在等式中是分?jǐn)?shù)且無(wú)單位。
表Ⅱ列出了對(duì)先有技術(shù)中具有無(wú)縫結(jié)構(gòu)采用A106 Gr B鋼的反應(yīng)器管子(寫為“先有技術(shù)”)和根據(jù)本發(fā)明的具有軋制和焊接結(jié)構(gòu)采用A516 Gr 70鋼的反應(yīng)器管子(寫為“本發(fā)明”)推定的等式(1)各變量的值和t的計(jì)算值。表Ⅱ還指出了可得到的最接近設(shè)計(jì)厚度t但大于t的板材或無(wú)縫管子的公稱厚度tn。
在每一種情況下，假設(shè)設(shè)計(jì)壓強(qiáng)P顯著高于乙烯聚合反應(yīng)器的最大操作壓強(qiáng)，并且考慮了流體靜壓和泵的壓差。對(duì)每一種鋼，假定允許壓力S為最小抗張強(qiáng)度的1/4。對(duì)無(wú)縫管子來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有接縫，當(dāng)然設(shè)聯(lián)接效率E為1(或100%)，對(duì)軋制板材管子來(lái)說(shuō)，以經(jīng)完全射線照相探傷檢查的完全對(duì)接焊為基，設(shè)E為1(100%)。根據(jù)ASME壓力容器條例第Ⅷ部分第1節(jié)，無(wú)縫管子的加工公差M為0.125(12.5%)。這個(gè)無(wú)縫管子的大的加工公差是由于制造這種無(wú)縫管子的制造方法如擠壓造成的。軋制板材管子是用長(zhǎng)方形板制造的。制成的該平板厚度差可以非常小，因此，根據(jù)前述的ASME壓力容器條例，軋制板材管子的加工公差可假定為零。每一種情況下的總腐蝕允許量C的確定是由于允許外表面因腐蝕厚度損失1/32英寸(CO＝1/32英寸)，內(nèi)表面因腐蝕厚度損失1/32英寸以及另因定期清洗內(nèi)表面厚度又損失1/32英寸(Ci＝1/16英寸)，由此得出總的腐蝕允許量為3/32英寸(0.0938英寸)。
從表Ⅱ可見無(wú)縫管子的設(shè)計(jì)厚度t明顯地大于軋制板材管子的對(duì)應(yīng)值，這使得其公稱壁厚tn也比軋制板材管子的公稱壁厚大。雖然設(shè)計(jì)厚度差的一部分是由于允許應(yīng)力值的差造成的，但大部分差是由于無(wú)縫管子的加工公差值大造成的。
下式是在假設(shè)管子直徑比壁厚大的條件下，反應(yīng)器管壁傳熱系數(shù)的接近的近似表達(dá)式，正如在這個(gè)特例中的情況那樣hr = (K)/(tn) (2)
式中hr是反應(yīng)器管壁的傳熱系數(shù)，單位為英制熱量單位/小時(shí)·平方英尺·°F，K是反應(yīng)器管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位是英制熱量單位/小時(shí)·英尺·°F，tn是反應(yīng)器管壁的公稱厚度，單位為英尺。
為了對(duì)上面討論的每一種反應(yīng)器管子的hr進(jìn)行計(jì)算，需要精確確定導(dǎo)熱系數(shù)K。可將等式變換成求K的形式，這是一個(gè)所用的特殊鋼的組分的函數(shù)K＝f(C，Mn，Cr，Ni，Si，CoMo，PS)(3)式中C是碳的重量百分比，Mn是錳的重量百分比，Cr是鉻的重量百分比，Ni是鎳的重量百分比，Si是硅的重量百分比，CoMo是鈷和鉬的重量百分比之和，而PS是磷和硫的重量百分比之和。
可從Boyer，H.E和Gall，T.L.所著的《ASM金屬手冊(cè)》(美國(guó)金屬協(xié)會(huì)，Metals Park，Ohio，1984)以及Touloukian，Y.S.等所著的“導(dǎo)熱系數(shù)-金屬元素和合金”(第1卷，《物質(zhì)的熱物理性質(zhì)》IFI/Plenum，1970)中得到共71個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。其中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)包括一個(gè)導(dǎo)熱值，單位為瓦/厘米·°K和碳、錳、鉻、鎳、硅、鈷鉬和磷硫中每個(gè)的重量百分比。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)主要是取自碳鋼和低合金鋼，不包括任何淬火的或低溫退火的鋼。此外，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的導(dǎo)熱系數(shù)值都對(duì)應(yīng)于134°F(330°K)到233°F(385°K)之間。為使等式適用于這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。將其乘以一個(gè)變換因子57.7789就可將瓦/厘米·°K變換成英制熱量單位/小時(shí)·英尺·°F。得到的等式如下
K＝57.7789(-.184145C+.103058C2-.090918Mn+.004656Mn2-.019635C/Mn-.080988Cr-.040108Ni+.029689CoMo+.083686CuC/Mn-.118106Si+.136711PS+.640509)， (4)式中的單位為英制熱量單位/小時(shí)·英尺·°F。
對(duì)于上面討論的每種類型的反應(yīng)器管材(A106 Gr B和A516 Gr 70)都是利用《Lukens 1988-1989鋼材特性指南》(Supra)中的所用的鋼材組成重量百分比值，由式(4)算出導(dǎo)熱系數(shù)K。如該指南給出的數(shù)據(jù)是一個(gè)范圍，則取平均重量百分比值;如該指南查出的是最大值，則取最大值的75%。然后，將所算出的K值和公稱厚度tn再代入方程(2)去求傳熱系數(shù)值hr。表Ⅲ中列了各種反應(yīng)器管子的K、tn和hr值。
表Ⅲ管子類型 K(英制熱量單 tnhr(英制熱量單位/小時(shí)·英尺 (英尺) 位/小時(shí)·平方英·°F) 尺·°F)先有技術(shù) 28.7 0.9690/12 355(無(wú)縫管子)本發(fā)明 27.8 0.6875/12 485(軋制板材)
由表Ⅲ可見，雖然無(wú)縫反應(yīng)器管子的導(dǎo)熱系數(shù)稍高于軋制板材反應(yīng)器管子的導(dǎo)熱系數(shù)，但是軋制板材反應(yīng)器管子的傳熱系數(shù)明顯大于前者(幾乎為37%)。當(dāng)連同反應(yīng)物漿料膜傳熱系數(shù)為約500英制熱量單位/小時(shí)·平方英尺·°F和冷卻劑(水)膜傳熱系數(shù)為約950英制熱量單位/小時(shí)·平方英尺·°F一起用于傳熱計(jì)算時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)較大的傳熱系數(shù)hr可得出在218°F反應(yīng)溫度下估計(jì)聚合物產(chǎn)率增加12.8%;或在產(chǎn)率為38，270磅/小時(shí)時(shí)，估計(jì)反應(yīng)溫度下降6.6°F，假定生產(chǎn)密度為0.955克/毫升乙烯-己烯共聚物(己烯量少于1%(重量))在下述條件下進(jìn)行反應(yīng)壓力約為636磅/平方英寸，表壓;反應(yīng)物速度為27.3英尺/秒;水冷卻劑速度為8.8英尺/秒;水冷卻劑入口溫度為158°F;和在異丁烷稀釋劑中反應(yīng)物含62%(體積)固體成分。
顯然參考上述內(nèi)容，可對(duì)本發(fā)明作出許多改進(jìn)和變化。因此應(yīng)該指出的是，除了象具體描述的以外，只要所作的改進(jìn)和變化落在所附的權(quán)利要求書范圍內(nèi)就屬于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備，它包括用于限定流通路徑并通過(guò)它形成封閉環(huán)管的管道裝置，其中至少所述的管道裝置的一部分包含至少一根有其外表面、采用沿接縫聯(lián)接兩條邊的卷曲板材制成的管子；使冷卻劑流體流過(guò)所述的至少一根管子的外表面進(jìn)行熱交換的冷卻裝置；向所述的通路中引入至少一種單體(包括乙烯)的裝置；向所述的通路中引入聚合催化劑和稀釋劑的裝置；使所述的至少一種單體、催化劑和稀釋劑以混合態(tài)流過(guò)通路并繞著所述的封閉環(huán)管流動(dòng)的裝置、在流動(dòng)過(guò)程中，乙烯聚合物就在所述的通路中生成；和從所述的通路中取出聚合物的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述的卷曲板材包括鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中鋼的導(dǎo)熱系數(shù)至少為約20英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺和最小抗張強(qiáng)度至少為約50，000磅/平方英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述的鋼的特征在于含碳量小于約0.5%(重量)，含錳量小于約1.5%(重量)，含硅量小于約1.0%(重量)，含鉻量小于約2.5%(重量)，含鎳量小于約1.0%(重量)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述的鋼從下面一組中選出A516 Gr 70，A537 Cl 2，A202 Gr B，A285 Gr C，A514 Gr B，A515 Gr 70，A517 Gr A，A517 Gr B，A533 Ty A Cl 3，A542 Ty A Cl 2 and A678 Gr C.
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述的鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為約25至約30英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺和最小抗張強(qiáng)度為約60，000至約90，000磅/平方英寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備。其中所述的鋼的特征在于含鉻量小于約0.25%(重量)和含鎳量小于約0.25%(重量)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述的鋼是A516 Gr 70。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述的卷曲板材的兩條邊是用焊接方法沿所述的接縫聯(lián)接的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述的接縫基本上縱向地沿著所述的至少一根管子延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述的至少一根管子的外徑為約10英寸至30英寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述的至少一根管子的卷曲板材的公稱壁厚為約1/2英寸至約3/4英寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述的冷卻裝置包括相對(duì)于所述的管道裝置的至少一根管子來(lái)說(shuō)基本上同軸放置并包圍著它的至少一根管子以在其間形成基本上環(huán)形的空間;和使所述的冷卻劑流體通過(guò)所述的環(huán)形空間繞著所述的管道裝置的至少一根管子的外表面流動(dòng)并與其接觸的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述的冷卻裝置的至少一根管子也是由卷曲板材制成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述的管道裝置的至少一根管子是基本上垂直方向的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述的管道裝置的至少一根管子包括許多基本上垂直方向的管子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述的管道裝置還包括許多基本上水平方向的管子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述的水平方向的管子是無(wú)縫結(jié)構(gòu)。
19.生產(chǎn)乙烯聚合物的方法，它包括a、提供管道裝置，該裝置限定流通路徑并通過(guò)它形成封閉環(huán)管。其中所述的管道裝置的至少一部分包括至少一根由沿接縫聯(lián)接兩條邊的卷曲板材制成的管子;b、向所述的通路中引入至少一種單體(包括乙烯);c、向所述的通路中引入聚合催化劑和稀釋劑;d、使所述的一種單體、所述的催化劑和所述的稀釋劑以混合態(tài)流過(guò)所述的通路并繞著所述的封閉環(huán)管流動(dòng)，就此在所述的通路中生產(chǎn)乙烯聚合物;e、在步驟d中，使冷卻劑流體流過(guò)所述的管道裝置的至少一根管子的外表面進(jìn)行熱交換;和f、從所述的通路中取出聚合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的至少一種單體主要由乙烯組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的至少一種單體包括乙烯和另一種其量少于約25%(重量)的烯烴。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在步驟d中所述的至少一根管子的反應(yīng)物的溫度為約150°F至約250°F。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中在步驟d中，所述的至少一根管子的反應(yīng)物的壓力為約450磅/平方英寸，表壓，至約800磅/平方英寸，表壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在步驟d中乙烯聚合物的產(chǎn)率為約30，000磅/小時(shí)至約50，000磅/小時(shí)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的卷曲板材包括鋼。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述的鋼的導(dǎo)熱系數(shù)至少為約20英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺和最小抗張強(qiáng)度至少為約50，000磅/平方英寸。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述的鋼的特征在于含碳量小于約0.5%(重量)，含錳量小于約1.5%(重量)，含硅量小于約1.0%(重量)，含鉻量小于約2.5%(重量)，和含鎳量小于約1.0%(重量)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述的鋼從下面一組中選出A516 Gr 70，A537 Cl 2，A202 Gr B，A285 Gr C，A514 Gr B，A515 Gr 70，A517 Gr A，A517 Gr B，A533 Ty A Cl 3，A542 Ty A Cl 2和A678 Gr C。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述的鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為約25至約30英制熱量單位/小時(shí)·°F·英尺和最小抗張強(qiáng)度為約60，000至約90，000磅/平方英寸。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的鋼的特征在于含鉻量小于約0.25%(重量)，和含鎳量小于約0.25%(重量)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述的鋼是A516 Gr 70。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述的至少一根管子的外徑為約10英寸至約30英寸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述的至少一根管子的卷曲板材的公稱壁厚為約1/2英寸至約3/4英寸。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中還提供至少一根相對(duì)于所述的管道裝置的至少一根管子基本上同軸放置并包圍著它的管子以在其間形成基本上是環(huán)形的空間，其中在步驟e中，所述的冷卻劑流體穿過(guò)所述的環(huán)形空間繞著所述的管道裝置的至少一根管子的外表面流動(dòng)并與其接觸。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述的管道裝置的至少一根管子基本上是垂直方向的以使其中的反應(yīng)物基本上以垂直方向流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供生產(chǎn)乙烯聚合物的設(shè)備和方法，其中使用封閉環(huán)管(即環(huán)管反應(yīng)器)形式的管道裝置，用以接受包括乙烯的單體、聚合催化劑和稀釋劑流過(guò)管道；使單體聚合成乙烯聚合物。管道裝置包括至少一根卷曲板材制成的管子；冷卻劑流體繞著這根管子流過(guò)進(jìn)行熱交換。
文檔編號(hào)C08F2/00GK1060658SQ91105719
公開日1992年4月29日 申請(qǐng)日期1991年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月1日
發(fā)明者J·D·霍托維, F·C·勞倫斯, B·W·洛, J·S·范邁耶 申請(qǐng)人:菲利浦石油公司