[发明专利]在安装于保护外壳内的聚合反应器中进行的烯键式不饱和单体的高压聚合方法

说明书

一种在生产线中在110MPa至500MPa范围内的压力下聚合或共聚烯键式不饱和单体的方法，生产线包括连续操作的聚合反应器，聚合反应器安装在保护外壳中，其中关于单体或反应混合物的泄漏监测生产线，并且当检测单体或反应混合物的泄漏时，基于水的雨淋系统自动启动，基于水的雨淋系统向封闭区域提供直径在25μm至20mm范围内的液滴，最小流速为每m²封闭区域10L/min。

技术领域

本公开提供了用于在生产线中在100℃至350℃的温度和110MPa至500MPa范围内的压力下聚合或共聚烯键式不饱和单体的方法，生产线包括连续操作的聚合反应器，聚合反应器安装在保护外壳内。

背景技术

聚乙烯是最广泛使用的商业聚合物，可以通过几种不同的方法制备。在高压下在自由基引发剂存在下的聚合是用于获得聚乙烯的第一种方法，并且仍然是与低密度聚乙烯(LDPE)的制备具有高商业相关性的有价值的方法。

用于制备低密度聚乙烯的生产线的常见装置包括聚合反应器，其可以是高压釜或管式反应器或这些反应器的组合，以及附加设备。为了对反应组分加压，通常使用一组两个压缩机，即主压缩机和二级压缩机。在聚合顺序结束时，用于高压聚合的生产线通常还包括用于将所得聚合物造粒的设备如挤出机和造粒机。此外，这种生产线通常还包括用于在聚合反应的一个或多个位置进料单体和共聚单体、自由基引发剂、改性剂或其他物质的装置。

在高压下烯键式不饱和单体的自由基引发聚合的特征是迄今单体的转化尚未完全。对于反应器或反应器组合的每次经过，在管式反应器中仅有约10％至50％的给料单体在聚合作用中转化，并且在高压釜反应器中8％至30％的给料单体在聚合作用中转化。所得反应混合物通常通过压力控制阀离开反应器，然后通常分离成聚合物组分和气体组分以及再循环的未反应单体。为了避免不必要的减压和压缩步骤，分离成聚合物组分和气体组分通常在至少两个阶段进行。离开反应器的单体-聚合物混合物通常被转移到第一分离容器，通常称为高压产物分离器，其中聚合物组分和气体组分的分离在允许从单体-聚合物混合物分离的乙烯和共聚单体再循环到主压缩机和二级压缩机之间的位置的压力下进行。在操作第一分离容器的条件下，分离容器内的聚合物组分处于液态。在第一分离容器中获得的液相被转移到第二分离容器，通常称为低压产物分离器，其中在较低压力下进一步分离成聚合物组分和气体组分。将在第二分离容器中从混合物中分离出的乙烯和共聚单体进料到主压缩机，在主压缩机将它们压缩至新鲜乙烯进料的压力，与新鲜乙烯进料组合，及将汇合的流进一步加压至高压气体循环流的压力。

LDPE反应器中的聚合过程在可达350MPa的高压下进行。这种高压需要来以安全可靠的方式处理该过程的特殊技术。在高压下处理乙烯的技术问题例如描述于Chem.Ing.Tech.67(1995)，第862至864页。据称，乙烯在某些温度和压力条件下以爆炸性方式快速分解，产生烟尘、甲烷和氢气。这种不希望的反应在乙烯的高压聚合中反复发生。与之相关的压力和温度的急剧增加代表了生产设备的操作安全性的相当大的潜在风险。

防止这种类型的压力和温度急剧增加的可能解决方案涉及安装爆破片或紧急减压阀。例如，WO 02/01308A2公开了特定的液压控制的减压阀，其允许在压力或温度突然变化的情况下特别快速地打开减压阀。虽然技术上可能在聚合反应器内处理这种热失控或乙烯的爆炸性分解，然而这些情况是非常不希望的，因为聚合反应器内的乙烯的热失控或爆炸性分解导致聚合设备的关闭，频繁排出乙烯到环境中和生产损失。

对高压聚合设备的操作安全性的另一个威胁是泄漏的发生。由于聚合反应器内部与周围环境之间的高压差，即使高压设备的壁中的小裂缝也可能导致相当大量的反应器内容物的排出，在短时间内产生局部高浓度的可燃烃。另一方面，在较大量泄漏的情况下，反应的可用时间非常短。取决于泄漏的尺寸和位置，可燃或爆炸性气体的泄漏率可能非常高。

此外，在高压下制备乙烯聚合物的方法中，反应混合物是包含单体和聚合物的超临界组合物。在这种反应混合物泄漏到大气中之后，形成小聚合物颗粒，所述小聚合物颗粒经受静电充电。因此，在反应混合物逸出后形成爆炸性气体云后，点火的可能性增加。