CN1176109C

CN1176109C - 流化床聚合反应器

Info

Publication number: CN1176109C
Application number: CNB021544816A
Authority: CN
Inventors: 陈纪忠; 阳永荣; 侯琳熙; 胡晓萍; 王靖岱
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Zhejiang University ZJU
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: CN1445246A

Abstract

本发明公开了一种流化床聚合反应器。它包括反应器上端的扩大段、反应器直筒反应部分、气体分布板、气体混合室，在所说的气体混合室上设有一个或多个气体导流器，该导流器包括一个环形板，在环形板内圈设有一个中空的倒置环形锥台，环形板中心设有中心撞针，并由中空的倒置环形锥台的肋板固定。本发明的优点：1)环物流进入混合室后，液相物料及粉末均匀分布在气相中，减少中心孔的气流直接对分布板的冲击作用力，使夹带的块状聚合物不易进入分布孔中；2)环物流料中的液相含量在3%～35%(wt)范围内均可以安全稳定运行，反应器的时空收率可进一步提高到原设计值的250%，反应器的连续运行周期可以提高到原有周期的2倍以上，反应器调整时间缩短为原来的1/3。

Description

流化床聚合反应器

技术领域

本发明涉及流化床，尤其一种涉及流化床聚合反应器。

背景技术

在用流化床反应器进行放热的聚合反应时，对反应速率要有所限制，以便使放出的热量来得及从流化床中转移出去，防止流化床中故障的产生。一种提高反应热转移速率的方法是将所需循环返回反应器的呈单体状态的气体加以压缩和冷却，使之发生部分的冷凝。所产生的液体被循环的单体气流所夹带并随之返回到反应器中。这被称为“冷凝模式”的聚合反应操作法，Jenkins等人的美国专利4,543,399和4,588,790公开了这一操作法，该专利文献指出这种“冷凝模式”操作法可以降低循环气流的温度，并且由于液体的蒸发要吸收热量，在这两种作用的结合下使得此方法的时空产率明显高于“非冷凝模式”。DeChellis等人宣称进入流化床的冷凝液量可以大大超过“冷凝模式”专利所规定的限度，这被称为“超冷凝模式”的聚合反应操作法，其时空产率明显高于“冷凝模式”。

上述的三种操作模式要求使用不同的反应器入口装置，当需要操作模式变换时要将反应器停车来更换入口装置。为了解决这一问题和进一步提高流化床反应器的生产效率，中国专利申请85106978中公开一种新型反应器入口装置一导流器。该导流器安装在流化床反应器分布板的下方，可提供两个使气体进入混合室的气流通道，即沿着混合室壁的第一气流通道和直接向上的第二气流通道。较佳的导流器是一种环形导流器，中间有一通孔，提供一条在中央的向上气流通道，另外它还提供一个环绕导流器周围并沿着混合室壁的周边气流通道。据称，在这种结构的导流器的操作工程中，通过导流器和混合室壁之间的外周环形第二气流通道进入的气流使混合室壁被冲刷，从而防止液体和固体在混合室中的聚集。中央向上气流和周边的气流发生混合，从而保证了气流中任何液体和/或固体物质达到更均匀的分布。

然而通过我们对这种从联碳公司引进的Unipol流化床聚合反应器普遍采用的这种环形导流器的多年操作实践发现这种导流器在冷凝状态操作时，有以下不足：

1)气体分布不均。环形导流器中央气流量过大，速度过快，循环物流及其夹带的粉末、液体直接冲击到分布板的底表面上，如循环物流夹带块状聚合物时，小于φ16mm底块状聚合物在高速物流的作用下，进入分布孔内，造成堵塞。而分布板外周边沿径向内约500mm底环形区域内，物流速度降低，经常沉积粉末，造成分布板区域堵塞。

2)沉积粉末，容易结片。环形导流器底上表面(即背向循环物流流动底方向上)，因面积相对较大，物流又从两侧流动，使得此表面上方是一个“死区”，经常沉积粉末。这些粉末在入口物流温度达到足以使其软化粘结时，便形成和环形导流器上表面积相同大的片状聚合物。当在冷凝操作时，这些片状物因冲击、液体浸泡脱落且被物流冲击破碎后，冲向分布板，造成堵塞。

3)冷凝剂用量范围小。这种环形导流器只限于冷凝剂用量在3～10％(wt)的范围，不适合更高冷凝剂用量的使用。

中国专利99118186.7(申请号)对此导流器进行了改进，该导流器至少可提供三条使气流通入混合室的通道，即气流进入反应器底部入口形成沿着混合室器壁向上流动的第一气流通道、流经环形板中心孔向上沿锥形板下部向侧面流动的第二气体通道和继续向上流经锥形板中心孔直接向上流动的第三气流通道。此发明防止通过混合室壁的循环气液流因重力和器壁作用而从混合室器壁回落，避免了液体在反应器底部和混合室壁的集聚；另一部分循环物流通过环形板的中心孔中锥形板的侧壁，与第一气流形成剪切、冲击，从而使脱离夹带或回落的液体再夹带和再雾化，而悬浮再气相物流中；通过环形板中心孔的另一部分物流继续向上形成第三气流继续和第一、第二气流在混合室内产生剪切、冲击和混合，进一步将分离出的液体重新雾化和被夹带。

经过实践，这样的方法仍有以下缺点：如果来自输送管道的液膜和液块含量高，即持液率较高，则在第三气流的中心孔可能形成“液卷”，液块和液卷在下落的过程中被侧壁通道内的气流进一步分散并夹带，这种再分散左右产生的液滴通常比较大，并且大多以液滴团的形式向上运动，容易导致混合室内的滴雨现象，也容易导致分布板局部区域的锐孔形成间歇喷泉。

为此，本发明对导流器的结构进行了改造，实际使用情况证明本发明的导流器完全克服了现有技术导流器的上述缺点，循环物流的液相含量在3～35％(wt)范围内均可安全稳定运行，由于冷凝量的增加，是移热量增大，反应器的时空收率可提高到原有技术能力的250％。

发明内容

本发明的目的是提供一种流化床聚合反应器。

它包括反应器上端的扩大段、反应器直筒反应部分、气体分布板、气体混合室，在所说的气体混合室内设有一个或多个气体导流器，该导流器包括一个环形板，在环形板内圈设有一个中空的倒置环形锥台，环形板中心设有中心撞针，并由中空的倒置环形锥台的肋板固定。

本发明的导流器与现有技术的导流器相比有如下一些优点：

1)环物流进入混合室后，液相物料及粉末均匀分布在气相中，减少中心孔的气流直接对分布板的冲击作用力，使夹带的块状聚合物不易进入分布孔中。

2)雾化更均匀，中心撞针和肋板的设计，增加对向上气流的剪切破碎作用，使上升的液丝/液块撞到中心撞针时，一部分液丝/液块直接变成小液滴被气流带走，另一部分液丝/液块在撞针壁上形成了极薄的液膜，这样在导流器轴心区域由于撞针的雾化作用就避免了液体的喷射现象，分布板轴心附近区域的锐孔也不会出现液体的喷射现象。

3)倒置环形锥台的锥角、导向角和中心撞针的中心导向角使上升的液丝/液块受到了剪切、冲击的作用，形成了良好的再分散作用及雾化效果，并且可以尽量避免侧壁通道内气流旋涡的形成。导向角同时使得液滴能更均匀分布，并可以缩小混合室内气体向下流动区域的尺寸。

4)现有技术中改变导向角远比在这种锥体式导流器上难，我们这种技术的导向角可以根据具体的操作条件进行设计。

5)环物流料中的液相含量在3％～35％(wt)范围内均可以安全稳定运行，反应器的时空收率可进一步提高到原设计值的250％，反应器的连续运行周期可以提高到原有周期的2倍以上，反应器调整时间缩短为原来的1/3。

附图说明

图1是现有技术使用的流化床截面立视图；

图2是本发明使用的流化床反应器底部入口装置和导流器的放大图。

具体实施方式

流化床聚合反应器，它包括反应器上端的扩大段1、反应器直筒反应部分2、气体分布板3、气体混合室4，气体混合室内设有一个或多个气体导流器5，该导流器包括一个环形板6，在环形板内圈设有一个中空的倒置环形锥台7，环形板中心设有中心撞针9，并由中空的倒置环形锥台7的肋板8固定。

中空的倒置环形锥台7、肋板8的剖面为一个顶角为2(90-α)°的等腰三角形，其中α＝30°～60°，α＝45°为佳。

中心撞针9的直径D_x＝5～20mm，其中D_x＝15mm为佳，中空的倒置环形锥台7的内径与入口管径比D_i/D_e＝0.5～0.8，其中D_i/D_e＝0.6为佳，环形板6的内径与入口管径比D_c/D_e＝0.8～1.2，其中D_c/D_e＝1.0为佳，环形板6的外径与入口管径比D₀/D_e＝1.4～2.2，其中D₀/D_e＝1.8为佳。

中空的倒置环形锥台7的导向角为γ＝10°～40°，其中γ＝15°为佳。

中心撞针9的中心导向角β＝0°～30°，其中β＝5°为佳。

如图1和图2所示，环形板借助于定位架固定在反应器底部入口的上方，中空的倒置环形锥台借助于定位架固定在环形板上，中心撞针借助于肋板固定在环形板和中空的倒置环形锥台同心的中心孔上。从入口装置进入的循环物流，在环形板周边的导引下形成沿混合室壁通过最小截面向上流动的第一气流，它将因重力和器壁作用而从混合室器壁回落的液体向上冲击，防止了液体在反应器底部和混合室壁的集聚；另一部分循环物流通过中空的倒置环形锥台的中心孔形成第二气流，受到中心撞针和肋板以及肋板与锥形板连接处对液块撕裂作用后即继续向上，并和第一气流在混合室内产生剪切、冲击和混合，进一步使分离出的液体重新雾化和被夹带，使分布板下的整个反应器空间内的任何液体和/或固体物质实现更完美的混合，而不留任何的死角，从而使气流通过分布板进入流化床时能充分地均匀分布。

本发明所用的催化剂包括：配位阴离子催化剂、阳离子催化剂、自由基催化剂。并包括过滤组分或金属茂以及双峰产品催化剂。

实施例

采用从联碳引进的Unipol流化床烯烃聚合反应器，其底部安装如图1和2所示的本发明的导流器。在冷凝模式下操作，生产低密度聚乙烯。

1.低密度聚乙烯产品运行数据

反应原料：乙烯、1-丁烯、氢气

循环物流量：1.5*10⁶Kg/hr

循环物流中液体含量：9％～26％wt

时空收率：134.8kgPE/m³*hr

2.连续运行12个月的情况：

循环物流流量稳定，无波动现象，证明导流器雾化均匀。

分布板压差无增长现象，始终保持在2700～2970kg/m³之间，表明分布板无堵塞现象。

分布板上的四个温度检测点的温度非常均匀，任意两点之间的温差小于0.05度，表明分布板无堵塞情况，树脂床层流化状态的情况良好。

循环物流中液体总量瞬时达到37％(wt)，反应器运行稳定。

3.连续运行18个月后的检查情况。

环形板上无热合粉末及结片，非常清洁，达到金属光泽水平。

分布板下表面外周边沿径向500mm环形区域内至整个分布板下表面无粉末沉积、挂吊、粘附等情况，非常干净。

分布板上2077个φ16mm的孔无堵塞。

反应器尺寸：直径5.2m；直筒段高度14.3m

导流器尺寸：入口管径D_e＝900mm，输气管径D_t＝900mm，流化床分布板直径D_b＝5200mm，混合室直径D_m＝5200mm，锥形板中心孔径D_i＝600mm，环形板中心孔径D_c＝900mm，导流器厚h₁＝9.5mm，轴心构件(撞针)直径D_x＝20mm，肋板厚h_a＝7mm，导流器大圆盘的外缘直径D₀＝1650mm，混合室高Hm＝0.8*5200＝4160mm。

结果表明使用本发明的导流器未观测到生产运行的操作问题和对产品的不利影响。气流中含液量在3％～35％(wt)范围内均可以安全稳定运行。这表明在如此高的含液量下液体仍能很好的被夹带和雾化而不会在反应器底部急剧和产生液泛，反应器停车检查时未发现由于树脂堆积而造成分布板堵塞，在混合室器壁及导流器表面均是清洁的。

Claims

1.一种流化床聚合反应器，它包括反应器上端的扩大段(1)、反应器直筒反应部分(2)、气体分布板(3)、气体混合室(4)，其特征在于在所说的气体混合室(4)内设有一个或多个气体导流器(5)，该导流器包括一个环形板(6)，在环形板内圈设有一个中空的倒置环形锥台(7)，环形板中心设有中心撞针(9)，并由中空的倒置环形锥台(7)的肋板(8)固定。

2.根据权利要求1所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于所说的中空的倒置环形锥台(7)、肋板(8)的剖面为一个顶角为2(90-α)°的等腰三角形，其中α＝30°～60°。

3.根据权利要求2所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于所说的中空的倒置环形锥台(7)、肋板(8)的剖面为一个顶角为90°的等腰三角形。

4.根据权利要求1所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于所说的中心撞针(9)的直径D_x＝5～20mm，中空的倒置环形锥台(7)的内径与入口管径比D_i/D_e＝0.5～0.8，环形板(6)的内径与入口管径比D_c/D_e＝0.8～1.2，环形板(6)的外径与入口管径比D₀/D_e＝1.4～2.2。

5.根据权利要求4所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于所说的中心撞针(9)的直径D_x＝15mm，中空的倒置环形锥台(7)的内径与入口管径比D_i/D_e＝0.6，环形板(6)的内径与入口管径比D_c/D_e＝1.0，环形板(6)的外径与入口管径比D₀/D_e＝1.8。

6.根据权利要求1所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于中空的倒置环形锥台(7)与肋板(8)的连线与中轴线所成的导向角为γ，其中γ＝10°～40°。

7.根据权利要求6所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于中空的倒置环形锥台(7)与肋板(8)的连线与中轴线所成的导向角为γ，其中γ＝15°。

8.根据权利要求1所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于中心撞针(9)与肋板(8)的连线与中轴线所成的中心导向角为β，其中β＝0°～30°。

9.根据权利要求8所述的一种流化床聚合反应器，其特征在于中心撞针(9)与肋板(8)的连线与中轴线所成的中心导向角为β，其中β＝5°。