CN116407967B - 一种烯烃混合配气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烯烃混合配气装置与方法，该烯烃混合配气装置包括：配气罐、导流环、分布板、静态混合器、烯烃进料口以及循环动力单元。配气罐的顶部设有原料入口、混合气体出口、循环出口，底部设有循环入口；导流环设于配气罐内部，并与配气罐底部的循环入口连接；分布板设于配气罐内部，并位于导流环的上方；静态混合器与配气罐顶部的循环出口和配气罐底部的循环入口连接；烯烃进料口设于静态混合器与循环出口之间；循环动力单元设于静态混合器与循环入口之间。本发明的烯烃混合配气装置能够用于不同烯烃共聚单体的充分混合，使得到混合气的组成更加均匀，有利于提高共聚合物的组分均一性。

Description

一种烯烃混合配气装置及方法

技术领域

本发明涉及一种烯烃混合配气装置及方法，特别涉及一种烯烃混合配气装置及使用该装置混合烯烃的方法，属于化工领域合成树脂催化剂及新产品技术中的聚乙烯催化剂、工艺及新产品技术。

背景技术

随着高品质聚乙烯产品需求的快速增长，聚乙烯市场竞争愈来愈激烈，催化剂的专用化和高端化已成为趋势。淤浆聚合工艺反应压力较低、操作条件易于控制、产品性能好，是我国HDPE重要的生产技术之一。近年来，国内聚烯烃生产装置不断扩大，新产品开发成为生产企业的发展关键，研究烯烃聚合反应，尤其是烯烃共聚合反应成为技术攻关的核心。烯烃聚合过程是烯烃单体在固体催化剂颗粒上进行聚合反应，生成的聚合物复制了催化剂的颗粒形态，除颗粒尺寸不同程度地放大外，其粒型、粒度分布和堆积密度均与催化剂的颗粒形态直接相关。

中国专利CN201811144109.7公开了一种用于配气的气体混合装置，其包括罐体、底板、四组支腿和搅拌电机；包括四组左支撑杆、四组右支撑杆、冷却箱、加热箱、左上隔板、左下隔板、右上隔板、右下隔板、多组左换热管、多组右换热管、加热盘管和冷却盘管；还包括固定圈、左第一支杆、左第二支杆、右第一支杆、右第二支杆、半圆柱、半螺杆、调节螺纹套管、上限位夹板、下限位夹板和卡板，固定圈固定套装在罐体外壁的上侧，调节螺纹套管的外部交错设置有防滑齿纹；该发明涉及的气体混合装置主要用于气体的混合，未涉及α-烯烃的混合配气，尤其是不同液态α-烯烃的混合。

中国专利CN201911425957.X公开了一种粘稠流体混合和气体分散专用搅拌装置，其包括上部的驱动机构(1)、盛装介质的搅拌釜、由驱动机构伸入釜内的轴(2)以及安装定位于轴(2)下端的搅拌器(3)，在搅拌器(3)下方配置气体分布器(4)，通过搅拌器(3)的专门设计配合其下方的气体分布器(4)，既可以提高气液传质能力，又可以加强流体的混合效率，解决了高粘度介质混合和气体分散的问题，适用于粘稠性物料的通风搅拌发酵过程，同样也适用于加氢反应、氧化反应等其它气液反应过程，使其具有高效的混合性能及气体分散传质性能；该发明针对高粘度介质混合和气体分散的问题设计气体分布器，未涉及α-烯烃的混合配气。

中国专利CN202022158024.3公开了一种标准混合气体制备装置，其包括制备腔，所述制备腔顶部中间位置处固定设置有正反转电机，所述正反转电机输出轴端部传动连接有转轴，所述转轴顶部固定设置有主动齿轮，且所述转轴底部固定设置有三组搅拌叶，所述制备腔内腔两侧均设置有转杆。本实用新型通过正反转电机正转带动搅拌叶以及两个转杆转动，进而带动对应位置的活动板缓慢向上移动，将制备腔内腔两侧的气体压入至混合腔内，搅拌叶实现对进入的气体搅拌混合，正反转电机反转时将制备腔内腔中部的气体再次吸入中混合腔内搅拌混合，调节正反转电机正反转，从而通过混合腔以及搅拌叶实现对制备腔内腔的气体不断混合，混合速率较快，混合效果较好；该发明主要用于标准混合气体的制备技术领域，未涉及α-烯烃的混合配气，尤其是不同液态α-烯烃的混合。

在聚合反应过程中，不同烯烃在聚合反应体系中均匀分布成为了技术难点。现有的淤浆法烯烃聚合评价装置评价乙烯与α-烯烃共聚合时，乙烯单体在聚合反应釜的顶部加入，乙烯气体在一定温度和压力条件下溶解到分散剂中，共聚单体单独加入至分散剂中，尤其是室温下呈液态的共聚单体加入时通常采用一次性加入或者分批次加入，因此乙烯与α-烯烃的混合效果较差，共聚单体在现有的评价体系中分布不均匀，这种评价试验的聚合工艺与淤浆法工业生产装置的工艺不同，淤浆法工业生产装置聚合反应过程中乙烯和共聚单体经过预混合后自反应釜的底部加入，因此现有的淤浆聚合评价试验装置评价催化剂的活性不准确，聚合物的组成与工业生产装置产品存在一定差距，无法真实反映催化剂的性能，不能为催化剂的淤浆中试聚合工艺研究提供有效数据支撑。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种烯烃混合配气装置及方法，不同α-烯烃共聚单体经本发明的烯烃混合配气装置充分混合，使得混合气的组成更加均匀，有利于提高共聚合物的组分均一性。

为达上述目的，本发明提供一种烯烃混合配气装置，该烯烃混合配气装置包括：配气罐、导流环、分布板、静态混合器、烯烃进料口以及循环动力单元。配气罐的顶部设有原料入口、混合气体出口、循环出口，底部设有循环入口；导流环设于配气罐内部，并与配气罐底部的循环入口连接；分布板设于配气罐内部，并位于导流环的上方；静态混合器与配气罐顶部的循环出口和配气罐底部的循环入口连接；烯烃进料口设于静态混合器与循环出口之间；循环动力单元设于静态混合器与循环入口之间。

于一实施例中，还包括色谱，设于配气罐顶部。

于一实施例中，还包括加热装置，设于配气罐的内部；加热装置包括水浴加热设备、蒸汽加热设备、油浴加热设备、电加热设备和光波加热设备中的至少一种。

于一实施例中，还包括加热装置，设于配气罐的外壁；加热装置包括电加热带和电加热套中的至少一种。

于一实施例中，还包括温度检测口、压力检测口和放料口，温度检测口和压力检测口设于配气罐顶部，放料口设于配气罐底部。

于一实施例中，循环动力单元为泵或压缩机。

于一实施例中，原料入口为第一原料或氮气入口，用于加入第一原料或进行氮气吹扫。

于一实施例中，烯烃进料口为第二原料入口。

于一实施例中，第一原料和第二原料为α-烯烃，包括乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少一种。

本发明还提供一种烯烃混合配气方法，该方法采用上述烯烃混合配气装置，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将第一原料通过配气罐顶部的原料入口输入烯烃混合配气装置；

步骤S2：将第二原料通过烯烃进料口输入静态混合器；烯烃混合配气装置内的第一原料从循环出口输出并进入静态混合器，第一原料与第二原料在静态混合器中进行第一次混合，得到第一混合料；

步骤S3：第一混合料通过循环动力单元经循环入口输入烯烃混合配气装置，第一混合料经导流环分散并经分布板进行第二次混合，得到第二混合料；

步骤S4：第二混合料经色谱分析测试混合结果；若混合结果合格，则第二混合料从混合气体出口输出，进入下游工艺；若混合结果不合格，则返回步骤S2，第二混合料从循环出口输出并输入静态混合器重新进行混合。

本发明的烯烃混合配气装置，能够用于不同烯烃共聚单体的充分混合，使得到的混合气的组成更加均匀，有利于提高共聚合物的组分均一性；并且，本发明得到的混合气能够自反应釜底部的搅拌桨上的气体出口分散到淤浆体系中，从而提高了聚合单体在淤浆体系中的浓度，加大了聚合单体与催化剂接触量，更接近淤浆法工业生产装置的聚合环境，提高了淤浆法乙烯聚合评价试验装置评价催化剂活性的准确性，可为淤浆法中试聚合装置提供基础数据，大幅提高中试聚合装置的效率、降低成本，对淤浆法中试装置运行、聚合工艺开发和生产装置技术服务具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明的烯烃混合配气装置一实施例的结构示意图。

其中，附图标记：

配气罐1

循环动力单元2

色谱3

分布板4

导流环5

原料入口6

混合气体出口7

循环出口8

温度检测口9

压力检测口10

底部设有循环入口11

放料口12

加热装置13

静态混合器14

烯烃进料口15

具体实施方式

以下结合附图对本发明的烯烃混合配气装置及方法作进一步阐述。

请参照图1，图1为本发明的烯烃混合配气装置一实施例的结构示意图，本发明的烯烃混合配气装置包括配气罐1、导流环5、分布板4、静态混合器14、烯烃进料口15以及循环动力单元2。

配气罐1用于对原料进行混合配气，该原料包括至少两种α-烯烃，α-烯烃例如但不限于乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少二种组成的混合物。配气罐1的顶部设有色谱3、原料入口6、混合气体出口7、循环出口8、温度检测口9、压力检测口10。配气罐1的底部设有循环入口11和放料口12。

原料入口6为第一原料或氮气入口，用于加入第一原料或进行氮气吹扫。第一原料可以为单一物质，也可以为混合物，例如第一原料为乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少一种，也可以为乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少二种组成的混合物。

混合气体出口7为配制完成的混合气体出口，用于将混合气体输送至下游的烯烃共聚合装置或进行取样。

循环出口8用于输出循环的烯烃至循环管线，优选地，循环管线的外部设有保温材料。

温度检测口9用于检测配气罐1的温度，便于控制液态烯烃全部转化为气体状态。

压力检测口10用于检测配气罐1的压力，便于控制液态烯烃全部转化为气体状态，同时满足下游的烯烃共聚合装置的压力使用范围。

色谱3用于在线测量配气罐1中气体组份及其含量，确保得到的混合气体满足试验要求。

作为优选地，配气罐1还设有加热装置13，热装置13可以设置于配气罐1的内部或外壁。当热装置13设置于配气罐1的内部时，加热装置13包括水浴加热设备、蒸汽加热设备、油浴加热设备、电加热设备和光波加热设备中的至少一种。当加热装置13设于配气罐1的外壁时；加热装置13包括电加热带和电加热套中的至少一种。

烯烃进料口15设于静态混合器14与循环出口8之间，烯烃进料口15为第二原料入口，其用于加入需要混合的第二原料，第二原料优选为烯烃，包括乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少一种，最优选为液态烯烃。

静态混合器14设于烯烃进料口15和循环动力单元2之间，用于将来自配气罐1的第一原料和由烯烃进料口15加入的第二原料进行第一次混合，得到第一混合料。

循环动力单元2设于静态混合器14与循环入口11之间，用于为循环混合烯烃提供循环动力，循环动力单元2例如但不限于为泵或压缩机。

循环入口11用于输入第一混合料至配气罐1。

放料口12用于清除剩余物料或吹扫配气罐1。

导流环5设于配气罐1内部，并与配气罐1底部的循环入口11连接；导流环5用于分散循环动力单元2输送来的第一混合料，能够提高混合效果。

分布板4设于配气罐1内部，并位于导流环5的上方；分布板4用于混合流环5分散的第一混合料，分布板4的结构优选使低于混合料更加无序的分布形式，以此提高混合效果。第一混合料经导流环5分散并经分布板4进行第二次混合，得到第二混合料。

本发明的烯烃混合配气装置在使用时，首先根据原料的物理性质，设定温度和压力，将第一原料通过配气罐1顶部的原料入口6输入烯烃混合配气装置，加热装置13加热至设定的温度，将第二原料通过烯烃进料口15输入静态混合器14，烯烃混合配气装置内的第一原料从循环出口8输出并进入静态混合器14，第一原料与第二原料在静态混合器14中进行第一次混合，得到第一混合料；第一混合料通过循环动力单元2经循环入口11输入烯烃混合配气装置，第一混合料经导流环5分散并经分布板4进行第二次混合，得到第二混合料；第二混合料经色谱3分析测试混合结果。若混合结果合格，则第二混合料从混合气体出口7输出，进入下游烯烃聚合装置进行共聚合反应；若混合结果不合格，则第二混合料从循环出口8输出并输入静态混合器14重新进行混合，循环动力单元2为物料的循环提供动力。

本发明提供的烯烃混合配气方法采用上述烯烃混合配气装置，该方法包括以下步骤：

步骤S1：将第一原料通过配气罐顶部的原料入口输入烯烃混合配气装置；

步骤S2：将第二原料通过烯烃进料口输入静态混合器；烯烃混合配气装置内的第一原料从循环出口输出并进入静态混合器，第一原料与第二原料在静态混合器中进行第一次混合，得到第一混合料；

步骤S3：第一混合料通过循环动力单元经循环入口输入烯烃混合配气装置，第一混合料经导流环分散并经分布板进行第二次混合，得到第二混合料；

步骤S4：第二混合料经色谱分析测试混合结果；若混合结果合格，则第二混合料从混合气体出口输出，进入下游工艺；若混合结果不合格，则返回步骤S2，第二混合料从循环出口输出并输入静态混合器重新进行混合。

以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。

原料或设备来源：

评价分析方法：

聚合活性通过如下方法进行计算：

聚合活性的单位为g PE/(g Cat·h)。

实施例1：

将乙烯和丙烯通过原料入口加入到配气罐中，按照乙烯与丙烯摩尔比为49/1的比例在30℃条件下配制混合气，配好混合气待用。

使用配好的混合气评价Z-N催化剂，其具体步骤如下：

将氮气从气体进料口加入2L聚合反应釜至表压为0.3MPa，通过放空及抽真空口将聚合反应釜抽真空，反复置换8次，然后通入氮气至表压为0MPa；打开放空口，将0.8L分散剂正己烷从催化剂进料口加入聚合反应釜；关闭放空口，将搅拌转速调至200r/min，利用温度控制系统将聚合反应釜温度升至85℃；降低搅拌转速调至50r/min，通过催化剂加料口用0.2L分散剂正己烷将助催化剂三乙基铝和10mg Z-N催化剂冲入聚合反应釜，三乙基铝加入量为Al/Ti(摩尔)＝100；将搅拌装置的转速调至200r/min；在聚合反应釜内压力的基础上通过气体入口加入0.2MPa的氢气，再加入1.0MPa乙烯和丙烯组成的混合气至反应压力，开始聚合反应；在反应压力条件下反应3h后，停止加入乙烯；利用温度控制系统将聚合反应釜降温至20℃，打开放空口将反应釜内气体放空，加入氮气置换5次，打开出料口放出反应产物，分离分散剂正己烷后得到聚合物产品。试验结果见表1。

实施例2：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与丙烯摩尔比为48/2的比例在30℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

实施例3：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-丁烯摩尔比为49/1的比例在60℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

实施例4：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-丁烯摩尔比为48/2的比例在60℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

实施例5：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-己烯摩尔比为49/1的比例在85℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

实施例6：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-己烯摩尔比为48/2的比例在85℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例1：

采用与实施例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于采用现有混合配气装置结构不同，本对比例的混合配气装置为设有加热单元的配气罐，其内部不存在导流环、分布板，也没有静态混合器和循环动力单元，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例2：

采用与对比例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与丙烯摩尔比为48/2的比例在30℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例3：

采用与对比例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-丁烯摩尔比为49/1的比例在60℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例3：

采用与对比例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-丁烯摩尔比为48/2的比例在60℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例5：

采用与对比例1相同的方法评价Z-N催化剂，区别在于按照乙烯与1-己烯摩尔比为49/1的比例在85℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

对比例6：

采用与对比例1相同的方法评价Z-N催化剂，区区别在于按照乙烯与1-己烯摩尔比为48/2的比例在85℃条件下配制混合气，具体实验条件及实验结果示于表1中。

表1实施例和对比例的实验条件及实验结果

由表1中数据可知，与现有混合配气装置相比，在相同的配气温度和配气比例条件下，本发明的烯烃混合配气装置得到的混合气的组成更加均匀，本发明的烯烃混合配气装置实现了烯烃共聚单体的预混合，其用于后续的聚烯烃催化剂评价时，能够更准确地评价聚烯烃催化剂的活性，大幅提高中试聚合装置的使用效率和装置运行安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当说明：对本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种烯烃混合配气装置，其特征在于，包括：

配气罐，顶部设有原料入口、混合气体出口、循环出口、色谱，底部设有循环入口，第一原料通过所述配气罐顶部的所述原料入口输入所述烯烃混合配气装置；

导流环，设于所述配气罐内部，并与所述配气罐底部的所述循环入口连接；

分布板，设于所述配气罐内部，并位于所述导流环的上方；

静态混合器，与所述配气罐顶部的循环出口和所述配气罐底部的所述循环入口连接；

烯烃进料口，设于所述静态混合器与所述循环出口之间，将第二原料通过所述烯烃进料口输入所述静态混合器；所述第一原料从循环出口输出并进入所述静态混合器，所述第一原料与所述第二原料在所述静态混合器中进行第一次混合，得到第一混合料；

循环动力单元，设于所述静态混合器与所述循环入口之间；以及

加热装置，设于所述配气罐的内部或者外壁；

所述第一混合料通过所述循环动力单元经所述循环入口输入所述烯烃混合配气装置，所述第一混合料经所述导流环分散并经所述分布板进行第二次混合，得到第二混合料；所述第二混合料经所述色谱分析测试混合结果；若混合结果合格，则所述第二混合料从所述混合气体出口输出，进入下游工艺；若混合结果不合格，则所述第二混合料从所述循环出口输出并输入所述静态混合器重新进行混合。

2.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，当所述加热装置设于所述配气罐的内部时，所述加热装置包括水浴加热设备、蒸汽加热设备、油浴加热设备、电加热设备和光波加热设备中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，当所述加热装置设于所述配气罐的外壁时，所述加热装置包括电加热带和电加热套中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，还包括温度检测口、压力检测口和放料口，所述温度检测口和所述压力检测口设于所述配气罐顶部，所述放料口设于所述配气罐底部。

5.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，所述循环动力单元为泵或压缩机。

6.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，所述原料入口为第一原料或氮气入口，用于加入第一原料或进行氮气吹扫。

7.根据权利要求1所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，所述烯烃进料口为第二原料入口。

8.根据权利要求6或7所述的烯烃混合配气装置，其特征在于，所述第一原料和所述第二原料为α-烯烃，包括乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯中的至少一种。

9.一种烯烃混合配气方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的烯烃混合配气装置，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将第一原料通过配气罐顶部的原料入口输入烯烃混合配气装置；

步骤S2：将第二原料通过烯烃进料口输入静态混合器；烯烃混合配气装置内的第一原料从循环出口输出并进入静态混合器，第一原料与第二原料在静态混合器中进行第一次混合，得到第一混合料；

步骤S3：第一混合料通过循环动力单元经循环入口输入烯烃混合配气装置，第一混合料经导流环分散并经分布板进行第二次混合，得到第二混合料；

步骤S4：第二混合料经色谱分析测试混合结果；若混合结果合格，则第二混合料从混合气体出口输出，进入下游工艺；若混合结果不合格，则返回步骤S2，第二混合料从循环出口输出并输入静态混合器重新进行混合。