[发明专利]喷射式环管反应器及制备丁基橡胶类聚合物的方法

说明书

本发明公开了一种喷射式环管反应器，其包括：环状反应管道、射流混合装置、轴流泵、换热装置、进料口和出料口。该反应器能为反应提供极佳的宏观混合和微观混合环境；还易于实现多点进料，多段控温，利于调控产品分布。

技术领域

本发明涉及一种喷射式环管反应器，尤其涉及一种用于丁基橡胶类聚合物生产的喷射式环管反应器。

背景技术

自二十世纪三十年代以来，丁基橡胶(Butyl Rubber)已为大家所熟知，它们的合成与性能由Kresge和Wang描述在8KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY，第934-955页(第4版，1993)中。丁基橡胶聚合过程具有低温、快速、放热大的特点，因此要求反应器具有良好的传热、传质和微观混合性能，否则会因为局部反应过热，造成反应器挂胶和堵塞。

目前，工业应用的丁基橡胶聚合反应器主要有轴流列管型反应器和多层搅拌型反应器。

多层搅拌型反应器是由俄罗斯专利RU1615935和RU2097122提出，结构比较简单，在反应器内部装有多叶片搅拌器和多组换热管束，混合物料从反应器底部进入反应器主体，在多层搅拌下呈螺旋式上升。由换热管束内部乙烯液体气化带走反应热。这种反应器的主要缺点是横向分散能力相对较弱，因此挂胶倾向比轴流列管型反应器更大，产品质量较差。

轴流列管型反应器分为旧式(导流筒)和新式(中心管束式)两种。其中旧式反应器是在原美国专利US448575中提出，并在专利US2474592和US2999084中完善的。该反应器是由封闭侧壁形成的立式容器组成，内部有一个直径相对较大的中心导流筒，该导流筒被很多向下延伸的小直径管束围绕。液态烃冷却剂在壳侧流动，通过接触小直径管的外壁和中心导流筒壁进行热交换带走反应热。在反应器顶部，一部分聚合物淤浆排出，另一部分通过导流筒外围管束循环流回反应器底部，被安置在底部的轴流泵向上泵至导流筒。通过循环淤浆和新鲜物料的返混实现反应初期的换热和反应物浓度的均匀分布。其中，专利US2999084提及，在商业实践中，聚集结垢是丁基橡胶产率提高的主要制约因素。结垢降低了反应器的换热能力，严重时需要停车对其进行清洗，是让正在运行的反应器进行约10至90小时间隔操作的主要原因，在恢复聚合反应之前清洗反应器通常需要10至20小时。

因此，Exxon公司对反应器进行了改进，研制了一种新式的双管程式轴流列管型反应器。在专利US5417930中对该反应器进行了描述。新式反应器在结构上将原来中间直径较大的导流筒(直径60.0cm)改成小直径的中心管束(最适宜的直径76.2mm左右)，加强换热；同时反应器底部通过使用扩散器和混合泵系统使淤浆能够以更高的速度循环，循环速率比旧式反应器提高40％～50％，由于高循环速率使淤浆粘度下降，挂胶倾向进一步降低并提高了换热系数。但是，新式的双管程轴流列管型反应器结构更加复杂，加工要求高，且压降也要比旧式高得多。另外轴流列管型反应器的引发剂溶液和单体溶液接触时是以传统的机械搅拌方式进行混合，微观混合能力较差，与丁基橡胶快的聚合速率难以匹配，生产过程中仍易聚集结块。

这些考虑意味着需要具有更好的微观混合性能、结构更简单的反应器，以降低反应器的挂胶倾向，提高运转周期和丁基橡胶产率。

另一方面，我们还希望新型反应器能生产更高质量的产品。众所周知，聚合物的物理性能和加工性能主要取决于分子量和分子量分布。已发现具有较宽分子量分布的丁基橡胶有优异的密炼机混炼特性，并且冷流性很好，生胶强度也更高，易成型；但在收缩性能方面却有严重缺陷，应力松弛速率降低，易于变形而开裂。因此需要折中方案适当控制丁基橡胶的分子量分布。