本發(fā)明涉及一種可以用于進行多相聚合的管式反應器并且涉及一種用于多相聚合的方法。本發(fā)明特別地涉及一種用于通過在液體溶劑中使用催化劑聚合單體來生產(chǎn)丁基橡膠的管式反應器和方法。

ep1591459a1披露了使用管式環(huán)形反應器來進行聚合以生產(chǎn)聚烯烴。為此目的，將溶劑中包含固體聚合物顆粒的懸浮液連續(xù)地從該環(huán)形反應器中取出。取出的流被送到水力旋流器以使聚合物顆粒集中并且隨后在分離裝置中分離并且純化它們。將在該分離裝置中分離的溶劑以及不被送到該分離裝置的來自該水力旋流器的富含溶劑的部分送回到該環(huán)形反應器。

在此種方法中的此種反應器的缺點是，單獨的管道并且特別地反應器可容易地變成阻塞的。特別地，在丁基橡膠的生產(chǎn)中，典型地必要的是在-70℃至-100℃的溫度下進行聚合。此溫度足夠靠近約-75℃至-67℃的丁基橡膠的玻璃化轉變溫度。在丁基橡膠的生產(chǎn)中，特別地因此總是存在以下危險：由于在聚合期間形成的反應熱，丁基橡膠顆粒不再是玻璃質的并且在這種狀態(tài)下非常容易粘附到表面上。這導致管道并且特別地管式反應器的阻塞，并且因此經(jīng)常必要的是中斷丁基橡膠的生產(chǎn)并且使管道和管式反應器經(jīng)受昂貴且不便的清洗。

由本發(fā)明解決的問題是提供用于多相聚合、特別地用于生產(chǎn)丁基橡膠的管式反應器和方法，其中降低阻塞的危險。

根據(jù)本發(fā)明通過管式反應器解決了該問題，該管式反應器包括：至少一個用于徑向地界定在入口與出口之間的反應器體積的管件，用于在該管件的軸向方向上產(chǎn)生流的攪拌器，其中該攪拌器優(yōu)選地被定尺寸并且是可操作的，使得可給予該流離心力，該離心力在該管件內部的徑向方向上產(chǎn)生濃度分布，以及用于排出該流的徑向內部部分的出口導管。

本發(fā)明進一步包括一種用于多相聚合、特別地用于生產(chǎn)丁基橡膠的方法，該方法至少包括以下步驟：

使用攪拌器將第一反應物與第二反應物和/或催化劑混合用于進行聚合以提供在溶劑中的產(chǎn)物，使用同一攪拌器將離心力至少給予該產(chǎn)物和該溶劑，并且取出該流的濃縮的徑向內部部分。

可以特別地用于生產(chǎn)丁基橡膠的用于多相聚合的本發(fā)明的管式反應器包括用于徑向地界定在入口與出口之間的反應器體積的管件。該管式反應器包括用于在該管件的軸向方向上產(chǎn)生流的攪拌器，其中根據(jù)本發(fā)明，該攪拌器被定尺寸并且是可操作的，使得可給予該流離心力，該離心力在該管件內部的徑向方向上產(chǎn)生濃度分布。還提供了用于排出該流的濃縮的徑向內部部分的出口導管。

因此，該管式反應器的攪拌器不僅僅實現(xiàn)了軸向流以及第一反應物與第二反應物和/或另外反應物和/或催化劑的混合，而且給予離心力。特別地，離心力的比例勝過在軸向方向上的慣性力和重力的比例以及摩擦力的比例。由于所給予的離心力，濃度分布發(fā)生在該管式反應器內部，使得該產(chǎn)物與未反應的反應物和/或該催化劑的至少部分分離已經(jīng)發(fā)生在該管式反應器內部。該產(chǎn)物可進一步被濃縮，使得基于產(chǎn)物/溶劑混合物的產(chǎn)物的比例增加。當該產(chǎn)物具有比該溶劑更低的密度時是特別優(yōu)選的，使得該產(chǎn)物在該管式反應器的內部中濃縮。這避免了產(chǎn)物(例如丁基橡膠)與該管式反應器的管件接觸，使得該管式反應器的內部不會通過產(chǎn)物顆粒變成涂膠的。

因此，降低了該管式反應器的阻塞的風險。此外，沒有必要附加地將該管式反應器的內容物送到水力旋流器，因為水力旋流器的作用已經(jīng)可以在該管式反應器內部實現(xiàn)。這可以用同一攪拌器實現(xiàn)，該攪拌器在任何情況下被提供以實現(xiàn)軸向輸送和混合。這利用以下發(fā)現(xiàn)：甚至在實現(xiàn)產(chǎn)物的足夠大濃度所要求的攪拌器速度下，足夠的湍流在緊靠該攪拌器附近實現(xiàn)，因此導致所采用的反應物/催化劑的良好混合。特別地，在丁基橡膠的生產(chǎn)中，反應速率是足夠高的，使得在湍流區(qū)域和混合區(qū)域中的停留時間足以實現(xiàn)高的轉化率以及良好的時空產(chǎn)率。特別地，在丁基橡膠的生產(chǎn)中，僅當該混合物已經(jīng)接近化學平衡時，發(fā)生該產(chǎn)物的分層和濃縮?？梢赃x擇該管件和該攪拌器的幾何形狀，使得可以實現(xiàn)基于化學平衡計算的理論上可能的產(chǎn)物重量分數(shù)的至少60重量百分比、特別地至少80重量百分比。

當借助于該攪拌器，在該管件內部被分配給出口的分離區(qū)域中可給予具有至少兩個不同濃度的層的雙相分層旋流時是優(yōu)選的。該攪拌器可以被定尺寸并且是可操作的，使得在該管件內部可以實現(xiàn)該分層旋流。rankine渦流可例如在該管件內部產(chǎn)生。該旋流的層特別地通過相界彼此分離并且各自可以具有不同的角速度。這導致光學地彼此可界定的不同濃度的分體積。該出口導管的幾何形狀特別地被適配成該旋流的內層的預期的幾何形狀。該出口導管例如可以具有等于該內層的外徑的內徑或可以具有更小的直徑。這確保了具有特別高的產(chǎn)物濃度的質量流可以經(jīng)由該出口導管取出。

該攪拌器優(yōu)選地被定位成與該入口相鄰。此外，可以提供用于引入第一反應物的第一送料器以及用于引入第二反應物和/或催化劑的第二送料器，其中該第一送料器和該第二送料器通向該管件(特別地與該攪拌器相鄰)。還可以提供用于同一反應物的另外的送料器和/或用于附加反應物的另外的送料器。結果是，這些反應物/催化劑已經(jīng)可以在該管件的入口處通過該攪拌器彼此混合，使得可以有效地利用該管式反應器的整個長度。避免了進料管線中的過早聚合并且因此可以避免產(chǎn)物的過度大的粒度。相反，該管件和該攪拌器的尺寸可以用于調節(jié)這些混合的反應物/催化劑的停留時間以便能夠實現(xiàn)最窄可能的分子量分布。特別地，這促進了隨后的分離操作。

當該出口導管被浸入在該管件內部的該流的濃縮的徑向內部部分中時是特別優(yōu)選的。該出口導管例如被配置為浸入管，其進入開口是在該流的濃縮的徑向內部部分的內部。這使得可能避免由于例如截面的變化在該管式反應器的管件的出口的下游發(fā)生該濃縮的產(chǎn)物與該流的剩余成分的交混。

該攪拌器優(yōu)選地是軸向地輸送攪拌器，該攪拌器可以將離心力給予該流。為此目的，該攪拌器例如被配置為使得它可以將該輸送流設置成旋轉。該攪拌器包括例如螺旋槳，特別地精確地一個螺旋槳,該螺旋槳類似于船的螺旋槳可以產(chǎn)生軸向流以及同時地旋流。經(jīng)由該流的旋轉部分，該攪拌器將足夠大的切向力施加給該流以將離心力給予該流，在該管式反應器的下游區(qū)域中，該離心力可導致該流的成分的分層。

特別地，該攪拌器被連接到軸、特別地穿孔中空軸上，其中優(yōu)選地該軸經(jīng)由軸饋通可引入到該管式反應器內，并且特別地該軸饋通是用溶劑可洗滌的。反應物和/或催化劑可以經(jīng)由該中空軸供應給該管式反應器。此外，可以經(jīng)由該中空軸再循環(huán)該流的再循環(huán)部分(例如濃縮的溶劑)。經(jīng)由該中空軸中的穿孔，經(jīng)由該中空軸供應的流已經(jīng)可以在到達該攪拌器之前與該中空軸外的流連通并且混合。因此，可以將該反應物和/或催化劑和/或溶劑供應給該管式反應器，徑向地從內部和徑向地從外部二者。因為優(yōu)選地在該軸饋通處將溶劑供應給該軸，所以避免沉積物和/或沖走沉積物。

當該管件的內徑d被適配成該攪拌器的外徑d時是特別優(yōu)選的。因此，可以將在該管件與該攪拌器之間的間隙保持盡可能小，而沒有在該管件中的攪拌器堵塞的風險。為此目的，該管件的內徑d與該攪拌器的外徑d的比率符合1.0001≤d/d≤1.300、特別地1.0005≤d/d≤1.100并且優(yōu)選地1.001≤d/d≤1.010。通過舉例，比率d/d＝1.005±0.001。

當該出口導管相對于該管件在軸向方向上是可移動的時是特別優(yōu)選的。這使得可能使該出口導管適應該管件內部的不同流動條件，例如當該攪拌器有待在不同速度下操作和/或具有不同功率輸入并且改變該管件的軸向方向上的產(chǎn)物的濃度時。這同時促進該管式反應器的組裝以及該管式反應器在另一個器械中的組裝，因為在組裝期間該出口導管不能與該管件碰撞。這還使得可能運行不同的產(chǎn)物類型。

本發(fā)明進一步涉及一種熱交換器，該熱交換器包括可以如以上描述的被配置并且開展的管式反應器。將該管式反應器基本上同中心地安排在該熱交換器內部，其中該熱交換器包括在該管式反應器徑向外部的至少一個用于熱去除的熱交換器元件。借助于該管式反應器的攪拌器在該熱交換器內部可給予環(huán)流。因此可能的是用僅僅一個攪拌器來混合反應物/催化劑、濃縮產(chǎn)物并且在該熱交換器內部提供環(huán)流。該環(huán)流例如可以將不經(jīng)由該出口導管排出的溶劑輸送到這些熱交換器元件以冷卻該溶劑。因為該濃縮的產(chǎn)物的大部分已經(jīng)經(jīng)由該出口導管移除，所以被輸送到這些熱交換器元件的流幾乎不包括能夠引起這些熱交換器元件的涂膠的任何聚合物顆粒。這避免了這些熱交換器元件中的熱傳遞的惡化。這些熱交換器元件的改變和/或這些熱交換器元件的清洗因此可以被避免或至少在顯著地更長間隔下進行。這進一步增加了生產(chǎn)率。還避免了在不同熱交換器元件之間的通路的阻塞。相對大顆粒的優(yōu)選的分離避免了這些熱交換器元件的阻塞。

在優(yōu)選的實施例中，該出口導管包括用于冷卻該出口導管的冷卻裝置。

該冷卻裝置特別地包括用于引導冷卻介質的優(yōu)選地雙壁夾套管。通過舉例，冷卻介質可以沿著該出口導管逆流流動、在該出口導管的進入開口處向外偏離，并且以并流回流。該冷卻的出口導管使得可能防止產(chǎn)物升溫。在丁基橡膠的生產(chǎn)中，特別地，這避免了其中經(jīng)由該出口導管的濃縮的丁基橡膠不再保持為玻璃質的并且引起該出口導管的涂膠的情況。這避免了該出口導管的阻塞。

本發(fā)明進一步涉及一種用于多相聚合的設備，該設備特別地可以用于生產(chǎn)丁基橡膠。該設備包括用于冷卻流體的熱交換器。該設備進一步包括用于分離產(chǎn)物的分離裝置。再循環(huán)導管被連接到該分離裝置的出口和該熱交換器上。該熱交換器和/或該再循環(huán)導管包括可以如以上描述的被配置并且開展的管式反應器。該管式反應器的出口導管被連接到該分離裝置的入口上。該熱交換器特別地可以如以上描述的被配置并且開展。該管式反應器避免了以下情況：聚合物顆粒粘附到該再循環(huán)導管和/或該熱交換器的元件上并且將其阻塞。因此降低了阻塞的風險并且該設備因此可以更多產(chǎn)地操作。特別可能的是在較長的時期內連續(xù)地操作該設備，而不必進行清洗操作。還可能的是提供多于一個串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的熱交換器以便例如在多個較小的熱交換器內劃分有待冷卻的質量流和/或進行多級冷卻以在冷卻期間實現(xiàn)特別大的溫差。還可能的是提供多個并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的分離裝置以便在多個較小的分離裝置內劃分該產(chǎn)物質量流和/或進行多級分離，具有特別高的純度。該分離裝置可特別地包括閃蒸單元、汽提器和/或蒸餾柱。特別地還可以提供被連接到該熱交換器上的凈化導管(purgeconduit)以避免該溶劑中的所不希望的雜質的濃縮。

本發(fā)明進一步涉及一種用于多相聚合、特別地用于生產(chǎn)丁基橡膠的方法，該方法包括以下步驟：使用攪拌器將第一反應物與第二反應物和/或催化劑混合用于進行聚合以提供在溶劑中的產(chǎn)物，使用同一攪拌器將離心力至少給予該產(chǎn)物和該溶劑，并且取出該流的濃縮的徑向內部部分。因為該攪拌器不僅僅用于混合而且用于給予離心力，所以產(chǎn)生了該流的濃縮的徑向內部部分，從該內部部分可以取出該濃縮的產(chǎn)物。因為該產(chǎn)物特別地具有比該溶劑更低的密度，所以在聚合期間形成的聚合物顆粒在該流的內部可變成濃縮的，使得它們不能粘附到徑向地界定該流的部件上。特別地，這降低了管式部件的阻塞的風險。該方法因此可以在較長的時期內連續(xù)地操作，而不需要清洗和維護操作。這導致該方法的較高的生產(chǎn)率。

當在給予離心力期間產(chǎn)生旋流時是優(yōu)選的，其中該旋流特別地是具有至少兩個不同濃度的層的雙相分層旋流。該旋流使得可能促進該產(chǎn)物的濃縮，這特別地使得可能在該流內部產(chǎn)生兩個通過相界彼此分離的層。這促進了該濃縮的產(chǎn)物的取出。

特別地，冷卻至少該溶劑。在給予該離心力之后并且特別優(yōu)選地在取出該流的濃縮的徑向內部部分之后，優(yōu)選地冷卻該溶劑。這使得可能冷卻盡可能少的在該聚合期間形成的聚合物顆粒。因為到該溶劑的熱傳遞比到這些聚合物顆粒的熱傳遞更好，所以這允許實現(xiàn)更有效的冷卻。此外，該再循環(huán)的冷卻的溶劑可以完全吞沒在該聚合期間形成的聚合物顆粒，并且因此特別簡單地并且有效地從這些形成的聚合物顆粒去除在該聚合期間形成的反應熱。特別優(yōu)選地將該溶劑經(jīng)由環(huán)流輸送到至少一個用于熱去除的熱交換器元件，其中該環(huán)流優(yōu)選地使用同一攪拌器給予。結果是，需要僅僅一個攪拌器來提供對于冷卻該溶劑所需要的環(huán)流。不需要附加的輸送裝置。

特別優(yōu)選地操作該攪拌器，使得對于比率

c＝w切向2/((d/2)·g)，其中w切向表示該攪拌器的外邊緣處的切向速度，d表示該攪拌器的外徑并且g表示由于重力的加速度，c≥10、特別地c≥100并且優(yōu)選地c≥1000。當c≤10000時是優(yōu)選的。該攪拌器的這種操作模式使得可能確保該攪拌器不僅實現(xiàn)混合而且實現(xiàn)在通過該攪拌器給予的流的徑向內部部分中的濃縮。

該方法特別優(yōu)選地采用可以如以上描述的被配置并且開展的管式反應器?？商娲鼗虼送?，該方法可以采用可以如以上描述的被配置并且開展的熱交換器?？商娲鼗虼送?，該方法可以采用可以如以上描述的被配置并且開展的設備。特別地被安排在該熱交換器內部的在此使用的管式反應器使得可能使用適當操作的攪拌器來促成在該管式反應器的管件內部的合適的流，在聚合之后該流自動地引起所形成的產(chǎn)物的濃縮。

現(xiàn)在通過舉例、使用優(yōu)選的示例性實施例、參考附圖闡明本發(fā)明。

圖1：示出了包括根據(jù)本發(fā)明的管式反應器的熱交換器的示意性側視圖，

圖2：示出了在另一個實施例中根據(jù)本發(fā)明的管式反應器的示意性側視圖，并且

圖3：示出了包括來自圖1的熱交換器的用于多相聚合的設備的示意性側視圖。

圖1中描繪的熱交換器10包括與中心軸線12同中心地安排的管式反應器14。管式反應器14包括管件16，該管件從入口18通向出口20。管式反應器14包括攪拌器22，在示出的示例性實施例中該攪拌器是螺旋槳。攪拌器22由軸24驅動，該軸從熱交換器10的底部26向下突出。將軸24經(jīng)由軸饋通25引入到熱交換器10內，其中特別地將溶劑經(jīng)由軸饋通25供應以避免和沖走沉積物。軸24使攪拌器22經(jīng)受足以產(chǎn)生不僅軸向流27而且旋流28的速度。旋流28給予軸向流27離心力，該離心力在管件16內部的徑向方向上導致濃度分布。這種濃度分布導致在管式反應器14的上部區(qū)域(即，與出口20相鄰)中具有內部部分30的分層旋流28，在該內部部分中產(chǎn)物特別地丁基橡膠已經(jīng)變得濃縮。該濃縮的產(chǎn)物可以經(jīng)由浸入內部部分30中的出口導管32取出。

不經(jīng)由出口導管32取出的軸向流27的部分在出口導管32旁邊流過，并且沿著環(huán)流34轉移。特別地富含溶劑和催化劑的轉移的環(huán)流34在冷卻環(huán)流34的熱交換器元件36旁邊流過。

在底部26中，經(jīng)由第一送料器38供應第一產(chǎn)品，例如20單體。經(jīng)由第二送料器40供應第二反應物和/或催化劑。將這些反應物和/或該催化劑特別地溶解于液體溶劑中。攪拌器22在混合區(qū)域42中將經(jīng)由第一送料器38和第二送料器40供應的反應物/催化劑混合，使得它們在混合區(qū)域42中彼此反應。然后產(chǎn)物、反應物和/或催化劑的混合物流動到中間區(qū)域44內，在該中間區(qū)域中該混合物可以進一步反應，但是在徑向方向上具有濃度分布的分層已經(jīng)建立。在漩渦區(qū)域46中，旋流已建立，該旋流特別地包括內層，該內層包括內部濃縮的部分30以及富含溶劑的部分48。

流27可以經(jīng)由另一個送料器(未示出)用在經(jīng)由出口導管32移除的濃縮的產(chǎn)物的清洗期間移除的再循環(huán)流供應。該再循環(huán)流可以進一步經(jīng)由第一送料器38和/或第二送料器40供應。還可能的是將軸24配置為中空軸并且經(jīng)由被配制為中空軸的軸24供應該再循環(huán)流和/或反應物和/或催化劑。優(yōu)選的是在軸24的軸饋通25處供應溶劑以避免和/或沖走沉積物。

熱交換器10進一步包括被連接到凈化導管52上的頂部50。富含溶劑的流可以經(jīng)由凈化導管52排出以避免熱交換器10和管式反應器14的內容物與不希望的雜質或副產(chǎn)物的濃縮。

與圖1中描繪的實施例相比，在圖2中描繪的實施例中，管式反應器14被安排在熱交換器10之外。在此，被引導在出口導管32旁邊經(jīng)過的該流經(jīng)由送料器54被供應到熱交換器10，其中經(jīng)由熱交換器元件36冷卻該流。在這種情況下，可以成直線地穿過熱交換器10并且經(jīng)由返回管線56被送回到管式反應器14以吸收所形成的反應熱。同樣可能的是將在分離裝置58(圖3)中從經(jīng)由出口導管32取出的產(chǎn)物流中移除的溶劑經(jīng)由再循環(huán)導管60送回到管式反應器14。在圖2中描繪的實施例中，管式反應器14被安排在再循環(huán)導管60中，其中再循環(huán)導管60的一部分形成管式反應器14的管件16。

在圖3中描繪的設備62中，圖1中描繪的并且包括管式反應器14的熱交換器10被連接到分離裝置58上。熱交換器10可以可替代地用圖2中描繪的安排替代。管式反應器14的出口導管32經(jīng)由分離導管64與分離裝置58相連接。在分離裝置58中，經(jīng)由分離導管64供應的產(chǎn)物例如使用蒸餾被純化并且被分成至少兩個子流。純化的產(chǎn)物經(jīng)由產(chǎn)物導管66離開分離裝置58用于儲存和/或進一步精煉和/或包裝該產(chǎn)物。特別地富含溶劑并且可包括催化劑和/或未反應的反應物的被分離的成分經(jīng)由再循環(huán)導管60經(jīng)由熱交換器10被供應到管式反應器14。