專利名稱：一種烯烴聚合反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于烯烴淤漿聚合的烯烴聚合反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
聚烯烴是合成樹脂的一個重要分支，是現(xiàn)代石化工業(yè)最重要的產(chǎn)品。烯烴聚合的工藝主要有淤漿法、氣相法、溶液法等。淤漿法由于其工業(yè)化時間早、工藝技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量較好，因而得到了較廣泛的應(yīng)用。最具代表性的淤漿法乙烯聚合工藝是日本三井油化的攪拌釜式低壓淤漿法生產(chǎn)高密度和中密度聚乙烯的工藝(簡稱CX工藝)。該工藝通過改變兩個聚合釜的排列方式(并聯(lián)或串聯(lián))、改變操作條件和添加共聚單體的方法，控制產(chǎn)品分子量、分子量分布和密度，生產(chǎn)熔融指數(shù)為0. 01 35g/10min、密度范圍在0. 943 0. 970g/cm3的高密度聚乙烯(HDPE)。漿液的夾帶是淤漿法聚乙烯生產(chǎn)中的一個棘手的問題，至今尚未得到很好的解決。淤漿法聚合釜中的漿液夾帶指的是一些較小的漿液液滴(或聚合物顆粒)隨著氣體進入到了聚合釜上方管道。大量的漿液夾帶會使得越來越多的固體進入釜頂換熱器，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)增多，換熱能力下降，換熱器的清洗周期變短，嚴重時將造成生產(chǎn)停車。近些年，隨著聚烯烴需求量的不斷增加，國內(nèi)外聚合裝置紛紛開始擴產(chǎn)改造。生產(chǎn)能力的增大要求更多的氣體進料和氣體循環(huán)，這將引起漿液夾帶量的進一步增大。因此，如何消除漿液夾帶現(xiàn)象是聚合裝置擴產(chǎn)的一大關(guān)鍵。夾帶問題的研究大多集中于精餾、流態(tài)化、流體力學(xué)等領(lǐng)域，研究的體系一般是氣液兩相或是氣固兩相體系，對氣液固三相攪拌體系夾帶的研究幾乎沒有。氣液兩相體系的夾帶與氣固兩相體系的夾帶機理類似。以氣液兩相夾帶為例，一些研究者總結(jié)出兩種引起夾帶的原因一是由于氣體鼓泡到達液層表面時發(fā)生氣泡破裂， 氣泡頂部液體灑向上方空間，導(dǎo)致液沫夾帶；二是認為在劇烈鼓泡時，氣液流呈明顯的湍動，由于流動的氣體和湍動的液體間的相互作用，有可能使液體中一部分足夠小的渦流被氣體帶走。固體的夾帶機理與之類似，也存在氣泡破裂顆粒的噴出和氣泡尾渦顆粒的噴出兩種。這兩種情況可能同時存在，特別是在攪拌體系中。對于氣液固三相體系的夾帶情況， 一般可以進行兩種近似處理一是將液體夾帶和固體夾帶分開考慮；二是將液固相(漿液) 看成擬液相，對其擬液相的粘度、表面張力進行修正，三相體系的夾帶情況可用氣液兩相時的規(guī)律很好地解釋。影響夾帶量的主要因素有氣體的表觀氣速、漿液的物性(粘度、表面張力等)、漿液中固含率等。當漿液被夾帶離開液面后，液滴在氣流中運動受到氣流曳力、自身重力及浮力作用，其中大液滴上升到某個高度時以一定沉降速度落回液面，而部分小液滴則由于氣流向上的速度大于液滴沉降速度，被上升氣流夾帶至上方管道中。當大于一定高度時，大液滴全部折返，只剩下沉降速度小于氣流速度的小液滴，這時的夾帶量為飽和夾帶量，這個高度稱為分離高度(TDH)。TDH和飽和夾帶量受氣流速度的影響很大，兩者均隨著氣體表觀氣速的增大而顯著增大。另外，液體的密度和固體含量也對TDH和飽和夾帶量有著一定的影響。因此，如何在不改變產(chǎn)量、時空收率的前提下，降低聚合攪拌釜內(nèi)的漿液夾帶量， 是該領(lǐng)域值得研究的課題。常見的手段是在釜內(nèi)添加除沫部件，以減少夾帶量。國內(nèi)外有不少公司進行了對除沫裝置的研究，發(fā)明了多種類型的除沫裝置，如英國多姆尼克亨特公司發(fā)明的去除氣流中夾帶物的組件(專利號W02006013333)、孟莫克化工成套設(shè)備(上海) 有限公司發(fā)明的同軸圓筒型除霧器(專利號CN2015M499U)、張家港市化工機械有限公司發(fā)明的筒殼式兩級除霧裝置(專利號CN101322884A)等。但是這些除霧沫裝置適合一些特定的使用場合，均不適合于聚合反應(yīng)釜中安裝使用。在工業(yè)聚合裝置中，普遍采用的是CX工藝使用的分液除沫盤。分液除沫盤的直徑大約是釜徑的2/3，可以阻擋上升氣流中被夾帶的一些漿液；另外，它將通入的己烷均勻灑向釜壁，上升氣流經(jīng)沖洗后，夾帶的液滴中固體含量有所降低。分液除沫盤有一定的減少夾帶量的效果，但隨著工業(yè)裝置不斷擴產(chǎn)，通氣量大大增加，分液除沫盤的除沫效率有了不少的下降。近年來，不少淤漿法HDPE生產(chǎn)車間均反應(yīng)循環(huán)管道中夾帶量較大，換熱器清洗周期縮短。簡單的分液除沫盤尺寸的改變，如改變分液除沫盤大小或是改變分液除沫盤安裝高度，均不能很好地提高除沫效率。因此，開發(fā)新的高效的消除淤漿聚合釜內(nèi)夾帶量的方法已迫在眉睫。在氣相法聚乙烯生產(chǎn)工藝中，通常會在流化床反應(yīng)器的上部設(shè)置一段擴大段，以供顆粒沉降，減少氣流中的顆粒夾帶。由于擴大段具有較大的橫截面積，大大降低了氣流的表觀氣速，從而減少了聚合物顆粒的夾帶。所有聚乙烯流化床反應(yīng)器的擴大段高度都大于TDH，擴大段形式有直筒形、球形等。美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)的Unipol工藝中，使用球形擴大段，中心橫截面積是床橫截面積的3倍，連接段錐角為11. 1° (LLDPE流化床)或 12.5° (HDPE 流化床)。對于游菜法工藝，Basell公司在國際專利W02005028098和W02005028097中提出了一種變管徑的淤漿環(huán)管反應(yīng)器，該專利中的出料口設(shè)在水平管段。當管徑在主管徑的基礎(chǔ)上變化率超過10%時，可以實現(xiàn)高濃操作。中國發(fā)明專利ZL200610049598. 9設(shè)計的淤漿環(huán)管反應(yīng)器出料位置設(shè)在擴大段，增加擴大段主要有兩方面作用一是實現(xiàn)顆粒的分級沉降和分級出料，得到粒徑分布更加單一的產(chǎn)品；二是可以減少細顆粒的帶出，進一步減少產(chǎn)品中灰份含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。以上專利都是針對液固兩相環(huán)管反應(yīng)器，而對于廣泛使用的氣液固三相淤漿攪拌釜反應(yīng)器的漿液夾帶問題，目前還未見對變徑釜、擴大段的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種帶有擴大段的攪拌釜式烯烴聚合反應(yīng)器。一種烯烴聚合反應(yīng)器，包括聚合釜釜體，由反應(yīng)段、擴大段以及位于反應(yīng)段和擴大段之間的連接段組成的；安裝于聚合釜釜體內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)氣液固三相混合的攪拌裝置，所述的攪拌裝置由依次連接的傳動裝置、攪拌軸和攪拌渦輪組成；和位于聚合釜反應(yīng)段側(cè)壁上的用于加入溶劑和催化劑等的進料口和用于漿液出料并且控制釜內(nèi)液位的溢流口。所述的擴大段和連接段均可以有一個或多個，可根據(jù)實際需要設(shè)置。
擴大段的內(nèi)徑愈大，水平截面的氣流速度就愈小，對應(yīng)的夾帶量也就相應(yīng)越少，因此擴大段的內(nèi)徑愈大愈好，為了節(jié)約成本所述的擴大段的最大內(nèi)徑優(yōu)選是反應(yīng)段內(nèi)徑的 1. 1倍 5倍，進一步優(yōu)選為1. 5倍 2倍。從制造方便、節(jié)約成本角度考慮，所述的擴大段的形狀優(yōu)選為幾何圖形較為對稱的豎直圓筒、傾斜錐筒或彎曲筒。所述的連接段作為擴大段與反應(yīng)段之間的連接過渡段，為了盡量避免高活性細顆粒在連接段粘附而導(dǎo)致熔融結(jié)塊，連接段優(yōu)選為錐角較小的倒錐型面，錐角優(yōu)選為10° 60°，進一步優(yōu)選為35° 45°。如所述的擴大段使用彎曲筒，連接段應(yīng)注意與擴大段彎曲面相切。所述的攪拌渦輪是一層或多層，渦輪形式是直葉圓盤渦輪、斜葉圓盤渦輪、半管葉圓盤渦輪或者它們中兩者以上的組合。所述的烯烴聚合反應(yīng)器還包括位于聚合釜釜體內(nèi)用于分散通入釜內(nèi)原料氣體的氣體分布裝置。所述的氣體分布裝置是安裝在釜頂通至釜底的4根或8根進氣管或者是安裝在攪拌渦輪下方的多孔環(huán)形氣體分布器。所述的烯烴聚合反應(yīng)器還包括位于聚合釜反應(yīng)段內(nèi)壁面附近用于增強釜內(nèi)混合效果的擋板。所述的擋板是平直擋板或指形擋板，數(shù)量優(yōu)選為2 8個，進一步優(yōu)選為4個或8 個，安裝方式為離壁安裝，如通過支架連接擋板與反應(yīng)段內(nèi)壁以避免擋板貼在反應(yīng)段內(nèi)壁。所述的聚合釜反應(yīng)段外壁上設(shè)有淤漿外循環(huán)撤熱的淤漿外循環(huán)系統(tǒng)，所述的淤漿外循環(huán)系統(tǒng)由通過淤漿外循環(huán)管道串聯(lián)的淤漿輸送泵和外循環(huán)換熱器組成。所述的淤漿外循環(huán)管道的入口與聚合釜反應(yīng)段底部連通，出口與反應(yīng)段中部或上部連通，用于使外循環(huán)漿液從聚合釜反應(yīng)段底部流出，再從反應(yīng)段中部或上部流入。所述的淤漿外循環(huán)管道的數(shù)量為一條或多條，可根據(jù)實際需要設(shè)置。所述的溢流口設(shè)置在反應(yīng)段上端靠近連接段處，保證較高的液面以沖刷連接段上沉降的漿液與顆粒，進一步防止顆粒在連接段上沉積。本發(fā)明與現(xiàn)有的裝置(CX工藝的聚合釜等攪拌釜反應(yīng)器)相比具有如下優(yōu)點1)采用了擴大段減少漿液的夾帶，大幅度提高聚合釜控制漿液夾帶的能力；2)減少了漿液進入換熱器引起的換熱器結(jié)垢，換熱器有較長的使用周期；3)裝置生產(chǎn)能力大，可以在較高的通氣量下安全生產(chǎn)；4)引入了一條或多條漿液外循環(huán)管路，顯著提高了裝置的撤熱能力；5)省去了除霧沫盤、噴淋裝置等構(gòu)件，裝置的制造成本大大降低；6)較小的攪拌功率，降低了一定的操作費用。


圖1是本發(fā)明烯烴聚合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例2中1#攪拌釜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實施例2中姊 4#攪拌釜以及實施例3中3#攪拌釜(帶有豎直圓筒形擴大段的攪拌釜)的結(jié)構(gòu)示意圖4是實施例3中5#攪拌釜(帶有球形擴大段的攪拌釜)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實施例4中烯烴聚合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實施例4中傳統(tǒng)的CX工藝聚合釜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在實驗室設(shè)計了多種形式的帶有擴大段的攪拌釜，進行冷模實驗，與傳統(tǒng)的攪拌釜比較漿液夾帶量。冷模實驗時以空氣、水、離子交換樹脂(密度為1. 29kg/m3)模擬氣、液、 固三相。另外，建立了帶有擴大段的乙烯聚合釜工業(yè)裝置，進行HDPE的生產(chǎn)，對比傳統(tǒng)的 CX工藝，比較兩者消除漿液夾帶的能力。實施例1如附圖1所示，一種烯烴聚合反應(yīng)器，包括聚合釜釜體1，由反應(yīng)段la、擴大段Ic以及位于反應(yīng)段Ia和擴大段Ic之間的連接段Ib組成的；安裝于聚合釜釜體1內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)氣液固三相混合的攪拌裝置2，攪拌裝置2由依次連接的傳動裝置2a、攪拌軸2b和攪拌渦輪2c組成；位于聚合釜釜體1內(nèi)用于分散通入釜內(nèi)原料氣體的氣體分布裝置3 ；位于聚合釜反應(yīng)段Ia內(nèi)壁面附近用于增強釜內(nèi)混合效果的擋板4 ；位于聚合釜反應(yīng)段Ia外用于淤漿外循環(huán)撤熱的淤漿外循環(huán)系統(tǒng)5，淤漿外循環(huán)系統(tǒng)5由通過淤漿外循環(huán)管道fe串聯(lián)的淤漿輸送泵恥和外循環(huán)換熱器5c組成；和位于聚合釜反應(yīng)段Ia側(cè)壁上的進料口 6和用于漿液出料并且控制釜內(nèi)液位的溢流口 7。擴大段Ic和連接段Ib均可以有一個或多個，可根據(jù)實際需要設(shè)置。擴大段Ic的內(nèi)徑愈大，水平截面的氣流速度就愈小，對應(yīng)的夾帶量也就相應(yīng)越少，因此擴大段Ic的內(nèi)徑愈大愈好，為了節(jié)約成本擴大段Ic的最大內(nèi)徑優(yōu)選是反應(yīng)段Ia 內(nèi)徑的1. 1倍 5倍，進一步優(yōu)選為1. 5倍 2倍。反應(yīng)段Ia和擴大段Ic的形狀均為豎直圓筒，擴大段Ic的內(nèi)徑大于反應(yīng)段Ia的內(nèi)徑。連接段Ib作為擴大段Ic與反應(yīng)段Ia之間的連接過渡段，為了盡量避免高活性細顆粒在連接段Ib粘附而導(dǎo)致熔融結(jié)塊，連接段Ib優(yōu)選為錐角較小的倒錐型面，錐角優(yōu)選為 10° 60°，進一步優(yōu)選為35° 45°。如擴大段Ic使用彎曲筒，連接段Ib應(yīng)注意與擴大段Ic彎曲面相切。攪拌渦輪2c是一層或多層，渦輪形式是直葉圓盤渦輪、斜葉圓盤渦輪、半管葉圓盤渦輪或者它們中兩者以上的組合。氣體分布裝置3是安裝在釜頂通至釜底的4根或8根進氣管或者是安裝在攪拌渦輪2c下方的多孔環(huán)形氣體分布器(如圖3和圖4)。擋板4是平直擋板或指形擋板，數(shù)量為2 8個，安裝方式為離壁安裝，如通過支架連接擋板4與反應(yīng)段Ia內(nèi)壁以避免擋板4貼在反應(yīng)段Ia內(nèi)壁。 淤漿外循環(huán)管道fe的入口與聚合釜反應(yīng)段Ia底部連通，出口與反應(yīng)段Ia中部或上部連通，用于使外循環(huán)漿液從聚合釜反應(yīng)段底部流出，再從反應(yīng)段中部或上部流入。淤漿外循環(huán)管道fe的數(shù)量為一條或多條，可根據(jù)實際需要設(shè)置。溢流口 7設(shè)置在反應(yīng)段Ia上端靠近連接段Ib處，保證較高的液面以沖刷連接段 Ib上沉降的漿液與顆粒，進一步防止顆粒在連接段Ib上沉積。實施例2在實驗室建立冷模裝置，在不同擴大段直徑的四個攪拌釜中進行氣液固三相的漿液夾帶冷模實驗。1#攪拌釜為無擴大段和連接段的普通攪拌釜，其結(jié)構(gòu)如附圖2所示，包括豎直圓筒形聚合釜釜體1，安裝于聚合釜釜體1內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)氣液固三相混合的攪拌裝置 2，攪拌裝置2由依次連接的傳動裝置加、攪拌軸2b和攪拌渦輪2c組成；位于聚合釜釜體1 內(nèi)用于分散通入釜內(nèi)原料氣體的氣體分布裝置3 ；和位于聚合釜釜體1中下部內(nèi)壁面附近用于增強釜內(nèi)混合效果的擋板4 ；擋板4為平直擋板。豎直圓筒形聚合釜釜體1的內(nèi)徑為 500mm，高為780mm，溢流口(圖中省略)高度為490mm。2#、3#、4#攪拌釜均為有豎直圓筒形擴大段Ic和倒錐面連接段Ib的新型攪拌釜， 其主要結(jié)構(gòu)如附圖3所示，包括聚合釜釜體1，由反應(yīng)段la、擴大段Ic以及位于反應(yīng)段Ia和擴大段Ic之間的連接段Ib組成的；安裝于聚合釜釜體1內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)氣液固三相混合的攪拌裝置2，攪拌裝置2由依次連接的傳動裝置2a、攪拌軸2b和攪拌渦輪2c組成；位于聚合釜釜體1內(nèi)用于分散通入釜內(nèi)原料氣體的氣體分布裝置3 ；和位于聚合釜反應(yīng)段Ia內(nèi)壁面附近用于增強釜內(nèi)混合效果的擋板4。由于是實驗室實驗，可不設(shè)置進料口 6，直接加入適量的原料即可。擴大段Ic和連接段Ib均有一個。反應(yīng)段Ia和擴大段Ic的形狀均為豎直圓筒，連接段Ib為倒錐面，擴大段Ic的內(nèi)徑大于反應(yīng)段Ia的內(nèi)徑。攪拌渦輪2c是一層相同的6個直葉圓盤渦輪。氣體分布裝置3是安裝在攪拌渦輪2c下方的多孔環(huán)形氣體分布器。擋板4是相同的4塊離壁安裝的標準平直擋板。溢流口(圖中省略)設(shè)置在反應(yīng)段Ia上端靠近連接段Ib處，即溢流口高度為 490mm，保證較高的液面以沖刷連接段Ib上沉降的漿液與顆粒，進一步防止顆粒在連接段 Ib上沉積。反應(yīng)段Ia內(nèi)徑均為500mm，擴大段Ic內(nèi)徑分別為710mm、870mm、1000mm,釜體高度均為1000mm。各個攪拌釜詳細尺寸見表1。表1實施例2中四個攪拌釜結(jié)構(gòu)尺寸
權(quán)利要求
1.一種烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，包括聚合釜釜體(1)，由反應(yīng)段(la)、擴大段(Ic)以及位于反應(yīng)段(Ia)和擴大段(Ic)之間的連接段(Ib)組成的；安裝于聚合釜釜體(1)內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)原料混合的攪拌裝置O)，所述的攪拌裝置O)由依次連接的傳動裝置(加)、攪拌軸Ob)和攪拌渦輪Qc)組成；和位于聚合釜反應(yīng)段(Ia)側(cè)壁上的進料口(6)和用于漿液出料并且控制釜內(nèi)液位的溢流口(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的烯烴聚合反應(yīng)器包括位于聚合釜釜體(1)內(nèi)用于分散通入釜內(nèi)原料氣體的氣體分布裝置(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的氣體分布裝置(3)是安裝在釜頂通至釜底的4根或8根進氣管或者是安裝在攪拌渦輪Qc)下方的多孔環(huán)形氣體分布器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的烯烴聚合反應(yīng)器包括位于聚合釜反應(yīng)段(Ia)內(nèi)壁面附近用于增強釜內(nèi)混合效果的擋板G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的擋板(4)是平直擋板或指形擋板，數(shù)量為2 8個，安裝方式為離壁安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的擴大段(Ic)和連接段 (Ib)均有一個或多個；或者，所述的擴大段(Ic)的最大內(nèi)徑是反應(yīng)段(Ia)內(nèi)徑的1.1倍 5倍；或者，所述的擴大段(Ic)的形狀為豎直圓筒、傾斜錐筒或彎曲筒；或者，所述的連接段(Ib)為倒錐型，錐角為10° 60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的攪拌渦輪Oc)是一層或多層，渦輪形式是直葉圓盤渦輪、斜葉圓盤渦輪、半管葉圓盤渦輪或者它們中兩者以上的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的聚合釜反應(yīng)段(Ia)上設(shè)有用于淤漿外循環(huán)撤熱的淤漿外循環(huán)系統(tǒng)(5)，所述的淤漿外循環(huán)系統(tǒng)(5)由通過淤漿外循環(huán)管道(5a)串聯(lián)的淤漿輸送泵(5b)和外循環(huán)換熱器(5c)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的淤漿外循環(huán)管道(5a) 的入口與聚合釜反應(yīng)段(Ia)底部連通，出口與反應(yīng)段(Ia)中部或上部連通；所述的淤漿外循環(huán)管道(5a)的數(shù)量為一條或多條。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯烴聚合反應(yīng)器，其特征在于，所述的溢流口(7)設(shè)置在反應(yīng)段(Ia)上端靠近連接段(Ib)處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種烯烴聚合反應(yīng)器，包括聚合釜釜體，由反應(yīng)段、擴大段以及位于反應(yīng)段和擴大段之間的連接段組成的；安裝于聚合釜釜體內(nèi)中央用于實現(xiàn)釜內(nèi)原料混合的攪拌裝置，所述的攪拌裝置由依次連接的傳動裝置、攪拌軸和攪拌渦輪組成；和位于聚合釜反應(yīng)段側(cè)壁上的用于加入溶劑和催化劑等的進料口和用于漿液出料并且控制釜內(nèi)液位的溢流口。該反應(yīng)器能有效降低霧沫夾帶。
文檔編號C08F10/00GK102336849SQ201110187469
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者何樂路, 吳德榮, 張擎, 張斌, 朱宇飛, 李勇, 殷大斌, 王江義, 王靖岱, 胡雨晨, 蔣云濤, 蔣斌波, 賈中明, 陽永榮, 黃正梁 申請人:中國石油化工股份有限公司, 浙江大學(xué)