專利名稱：包括新型容器出口的使固體顆粒流態(tài)化的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及流化床系統(tǒng)，具體涉及循環(huán)流中的固體夾帶減少 的氣相流化床系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
固體的流態(tài)化涉及固體顆粒床層在上行穿過流化床的氣體流中"懸 浮"。流化床容器可用于各種工藝，例如烯烴裂解和聚合工藝。制造聚合 物的一種最經(jīng)濟(jì)且常用的方法使用流化床反應(yīng)器的氣相聚合。
通常，在由單體制備聚合物的氣相流化床工藝中，包含一種或更多種 單體的氣態(tài)流在催化劑的存在下在反應(yīng)性條件下連續(xù)通過流化床。該氣態(tài) 流被從流化床中取出并循環(huán)回到反應(yīng)器中。同時(shí)，從反應(yīng)器中取出聚合物 產(chǎn)品，并添加新的單體取代已經(jīng)聚合的單體。通過聚合的熱量在反應(yīng)器中 加熱循環(huán)氣體流。通過反應(yīng)器外部的冷卻系統(tǒng)在循環(huán)的另一部分移除該熱
已經(jīng)了解，流化床聚合工藝制備的聚合物的量與可從流化床反應(yīng)區(qū)取 出的熱量多少直接相關(guān)，因?yàn)榉磻?yīng)所釋放的熱量正比于聚合物的生成速 率。在反應(yīng)工藝的穩(wěn)態(tài)操作中，從流化床移除熱量的速率必然等于生成熱 量的速率，從而使床層溫度保持恒定。通常來說，通過在反應(yīng)器外部的換 熱器中冷卻氣體循環(huán)流，已將熱量從流化床中移除。
對流化床工藝的一個(gè)要求是氣態(tài)循環(huán)流足以將反應(yīng)區(qū)保持在流化狀 態(tài)。在常規(guī)的流化床聚合工藝中，用來移除聚合熱的循環(huán)流體的量大于用于支撐流化床和用于使流化床中的固體充分混合所需的流體的量。速度過 大可使額外的氣體流向或流過流化床，從而獲得額外的冷卻能力并使反應(yīng) 器床層的混合強(qiáng)化。然而，為了防止從流化床取出的氣體中過量夾帶固 體，必須調(diào)節(jié)氣態(tài)流的速度。
聚合烯烴和/或二烯烴時(shí)使用的常規(guī)氣相流化床反應(yīng)器包括流態(tài)化的密
相床層和密相表面(床層卨度)上方的稀相(freeboard)。稀相主要包括 氣體和少量顆粒(特別是精細(xì)顆粒)。密相床層通常但不總是保持在反應(yīng) 器的柱狀直段。稀相段位于密相床層上方。稀相段(或脫離段)通常直徑 較大，也被稱為擴(kuò)張段，用于降低氣速從而減少帶出反應(yīng)器進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng) 其它部分的精細(xì)顆粒的量。擴(kuò)張段一般由錐形段和反應(yīng)器的半球形頂蓋構(gòu) 成。反應(yīng)器出口位于半球形頂蓋的頂部。
在反應(yīng)器操作期間，氣體混合物通過位于流化床容器頂蓋的出口從流 化床容器頂部排出。通過循環(huán)回路或循環(huán)管線將該氣體混合物流回流化床 容器的進(jìn)口。循環(huán)回路包括操作流化床工藝所必需的其它設(shè)備，例如循環(huán) 壓縮機(jī)或泵以及循環(huán)冷卻器。當(dāng)氣體混合物離開流化床容器頂部時(shí)，脫離 段中存在的精細(xì)顆粒(尤其是反應(yīng)器出口附近的精細(xì)顆粒)可以被氣體混 合物夾帶并通過循環(huán)流經(jīng)循環(huán)回路循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)流離開反應(yīng)器出口、通 過循環(huán)回路中的設(shè)備并在流化床容器底部附近重新進(jìn)入反應(yīng)器。在重新進(jìn) 入流化床容器之后，循環(huán)氣體或氣/液流通常流過氣體分配器回到流化床。
循環(huán)回路中夾帶的精細(xì)顆粒會(huì)在循環(huán)回路中的設(shè)備(例如循環(huán)壓縮機(jī) 或循環(huán)冷卻器)中堆積(lodge)，造成各種質(zhì)量和操作問題。這些精細(xì)顆 粒促進(jìn)了不期望的聚合物生長并且在循環(huán)管線、循環(huán)冷卻器、壓縮機(jī)、反 應(yīng)器頂蓋下部和分配板的表面上結(jié)垢，導(dǎo)致不期望的反應(yīng)器停車以對系統(tǒng) 進(jìn)行清潔。循環(huán)系統(tǒng)中粘附的顆粒可能會(huì)在與流化床不同的工藝條件下隨 時(shí)間繼續(xù)聚合，如此形成的聚合物與流化床形成的聚合物相比，具有明顯 不同的性質(zhì)(例如，分子量、密度和分子量分布)。 一部分顆粒最終從循 環(huán)系統(tǒng)表面上釋放，通過循環(huán)流體(循環(huán)流)輸送回到流化床中。這些顆 粒對聚合物產(chǎn)品造成污染并對其性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，例如提高諸如塑料容 器和薄膜之類的最終產(chǎn)品中的凝膠水平。此外，精細(xì)顆?？赡軙?huì)慢慢堵塞循環(huán)冷卻器或分配板，導(dǎo)致各種操作問題。循環(huán)設(shè)備或分配板的堵塞可能 會(huì)造成反應(yīng)器周期性停車以去除積累的精細(xì)顆粒。如果反應(yīng)器因清潔而停 車，則不僅減少了工作時(shí)間而且增加了清潔成本。
己經(jīng)嘗試使用各種系統(tǒng)來防止精細(xì)顆粒從流化床容器頂部離開。US
5,382,638討論了使用旋風(fēng)分離器來使精細(xì)顆粒與循環(huán)流分離。US 4,588,790描述了一種工藝，其中擴(kuò)張段是僅有的用于在氣體混合物到達(dá)流 化床容器出口之前將精細(xì)顆粒從氣體混合物中分離出來的裝置。其它的用 于解決循環(huán)回路中的精細(xì)顆粒所引起的問題的方法包括配制US 4,383,095 中公開的催化劑以使工藝中產(chǎn)生的精細(xì)顆粒最少以及如US 6,180,729中所 述使循環(huán)回路中的催化劑精細(xì)顆粒中毒。其它背景文獻(xiàn)包括US 3,089,824、 JP 59 052524、 DE 197 44 710和FR 2 764 207。
然而，存在進(jìn)一步減少離開流化床容器的固體顆粒的量的需要。具體 而言，存在減少離開氣相流化床聚合反應(yīng)器頂部的聚合物和催化劑精細(xì)顆 粒的量的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種使得離開流化床容器頂部的固 體顆粒的量減少的用于將固體顆粒流態(tài)化的系統(tǒng)。在另一種實(shí)施方式中， 所述流化床系統(tǒng)包括流化床容器；所述流化床容器中的流化床段；所述 流化床段上方的脫離段，其中所述脫離段包括頂蓋；與所述脫離段流體連 通的循環(huán)管線；和包括連接至所述頂蓋的第一出口端和連接至所述循環(huán)管 線的第二出口端的漸縮形出口 。
在另一種實(shí)施方式中，第一出口端的第一出口橫截面是第二出口端的 第二出口橫截面的至少約1.2倍，而在另一種實(shí)施方式中，第一出口橫截 面是第二出口橫截面的至少約2.0倍，在另一種實(shí)施方式中，第一出口橫 截面是第二出口橫截面的至少約3.0倍。
在另一種實(shí)施方式中，第一出口橫截面是脫離段最大橫截面的至少約 0.15倍，而在另一種實(shí)施方式中，第一出口橫截面是脫離段最大橫截面的 至少約0，25倍，在另一種實(shí)施方式中，第一出口橫截面是脫離段最大橫截面的至少約0.35倍。
在這里描述的任何實(shí)施方式中，漸縮形出口的過渡段為截頭圓錐形， 而在另一種實(shí)施方式中，漸縮形出口為拋物錐形。
在一類實(shí)施方式中，本發(fā)明還提供了一種將固體流態(tài)化的方法，包括
步驟提供流化床系統(tǒng)，其中所述流化床系統(tǒng)包括流化床容器、所述流化 床容器中的流化床段、所述流化床段上方的包括頂蓋的脫離段、與所述脫 離段流體連通的循環(huán)管線以及包括連接至所述頂蓋的第一出口端和連接至 所述循環(huán)管線的第二出口端的漸縮形出口 ；在所述流化床段中將包括多種
固體顆粒的床層流態(tài)化；和通過所述漸縮形出口從所述流化床容器中取出 循環(huán)流。在此實(shí)施方式中，第一出口端的循環(huán)流的速度約為第二出口端的 循環(huán)流的速度的71%或更小。
在本方法的另一種實(shí)施方式中，第一出口端的循環(huán)流的速度約為第二 出口端的循環(huán)流的速度的25%或更小。在另一種實(shí)施方式中，第一出口端 的循環(huán)流的速度約為第二出口端的循環(huán)流的速度的11%或更小。
在另一種實(shí)施方式中，第一出口端的循環(huán)流的速度約為流化床段中的 表觀速度的20倍或更小。在另一種實(shí)施方式中，第一出口端的循環(huán)流的 速度約為流化床段中的表觀速度的8倍或更小。在另一種實(shí)施方式中，第 一出口端的循環(huán)流的速度約為流化床段中的表觀速度的3.5倍或更小。
在這里描述的任何實(shí)施方式中，所述多種固體顆粒包括聚合物固體， 例如聚乙烯或聚丙烯聚合物。
在本方法的另一種實(shí)施方式中，聚合物固體包括聚乙烯聚合物，流化 床容器中的壓力為約250 psig (1724 kPa)至約350 psig (2414 kPa)，第 一出口端的循環(huán)流的速度為約2.4-20 m/s。在聚合物固體包括聚乙烯聚合 物的一個(gè)實(shí)施方式中，第一出口端的循環(huán)流的速度為約2.4-15 m/s。在固 體包括聚乙烯聚合物的另一個(gè)實(shí)施方式中，循環(huán)流包括約2wt。/?；蚋俚?所述多種固體顆粒。
在這里描述的任何實(shí)施方式中，術(shù)語"橫截面"可以指直徑。
通過以下的詳細(xì)描述可以清楚地看出本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。然 而，應(yīng)當(dāng)理解，說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式時(shí)的詳細(xì)描述和特定實(shí)施例僅為示例性，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)本文的詳細(xì)描述，可以在本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。


圖1為包括現(xiàn)有技術(shù)的出口的氣相流化床聚合系統(tǒng)的示意圖； 圖2為具有本發(fā)明的漸縮形出口的氣相流化聚合系統(tǒng)的示意圖3和圖4示出了兩個(gè)表觀氣速(SGV)值下的CFD模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
一種離開流化床容器頂部的固體顆粒的量減小的用于固體顆粒流態(tài)化 的系統(tǒng)被提供。該系統(tǒng)可用于任何氣相流化床系統(tǒng)。該系統(tǒng)特別適用于可 以通過離開氣相聚合反應(yīng)器頂部的循環(huán)流帶出(或夾帶)聚合物和/或催化 劑精細(xì)顆粒的氣相聚合系統(tǒng)。在另一類實(shí)施方式中，除了減少夾帶的精細(xì) 顆粒以外，該系統(tǒng)還可以減少"米花狀物質(zhì)"(popcorn)或片狀物質(zhì) (sheet)的夾帶。在一類實(shí)施方式中，本發(fā)明針對一種氣相流化床聚合系 統(tǒng)來描述，但這僅僅是一個(gè)示例而不限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到其它適用的應(yīng)用。
參考圖1，典型的氣相流態(tài)化系統(tǒng)包括流化床容器10，其具有流化床 段12的以及包括頂蓋13的脫離段14 (也稱稀相段)。在一種實(shí)施方式 中，頂蓋13是半球形頂蓋，脫離段14還包括錐形段11。
流化床段12包含固體顆粒床層，在某些實(shí)施方式中，固體顆粒床層 的大小可在聚合工藝期間增加。固體顆粒是通過連續(xù)的流體組分(這里稱 為流態(tài)化流體)流向上流動(dòng)通過流化床段12而被流態(tài)化的。流化床具有 固體聚合物顆粒的鼓泡床的一般外觀，其中氣泡的向上流動(dòng)使固體顆粒充 分混合。
為了確保完全流態(tài)化，循環(huán)流體(這里也稱為流態(tài)化流體，可以是氣 體或氣/液組合)流在流化床段12的下方進(jìn)入反應(yīng)器。借助氣體分配板18 以使循環(huán)流體均勻分配到流化床段12。循環(huán)流體在經(jīng)過床層時(shí)吸收聚合或 其它反應(yīng)生成的反應(yīng)熱。循環(huán)流體的在床層中未反應(yīng)的部分離開流化床段12頂部進(jìn)入脫離段 14。隨著循環(huán)流體穿過流化床段12上方的脫離段，大部分的固體顆?；?br> 落到床層中。將作為循環(huán)流通過循環(huán)管線16離開流化床容器IO頂部的循 環(huán)流體在壓縮機(jī)20中壓縮并通過換熱器22，在換熱器22中將反應(yīng)熱(如 果存在)移除，然后將循環(huán)流返回流化床容器10?？梢岳脙?nèi)部溫度傳感 器19來監(jiān)測流化床的溫度。
現(xiàn)在參見圖2，在此實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于將固體顆粒
流態(tài)化的流化床系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流化床容器10;流化床容器中的流化 床段12;流化床段12上方的包括頂蓋13的脫離段14;與脫離段14流體
連通的循環(huán)管線16;和包括連接至頂蓋13的第一出口端26和連接至循環(huán) 管線16的第二出口端28的漸縮形出口。在一類實(shí)施方式中，脫離區(qū)14包 括錐形段11和半球形頂蓋13。本文所稱"漸縮形出口"通常是指具有流 體連通的第一出口和第二出口并且其中第一和第二出口的橫截面(例如， 直徑)不同的任何出口。在一類實(shí)施方式中.，不管是何種形狀，第一出U 的截面均大于第二出口的截面。其形狀可以是錐形、拋物柱面形，等。
可以根據(jù)期望的流化床系統(tǒng)來設(shè)計(jì)流化床容器10。參見圖2，在此實(shí) 施方式中，流化床容器IO具有位于流化床段12上方的脫離段14，以使可 能被離開流化床頂部的氣體夾帶的固體回落到床層中。流化床容器10的 脫離段14可以是擴(kuò)張段、直邊段或其組合。脫離段14可以具有與流化床 段12相同或更大的截面(例如直徑)。
漸縮形出口 24可以是任何形狀并由適合期望的流態(tài)化工藝的材料構(gòu) 成。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，漸縮形出口 24還包括截頭圓錐形的過 渡段30。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，漸縮形出口 24還包括拋物錐形 的過渡段30。
繼續(xù)參見圖2，在此實(shí)施方式中，第一出口端26的第一出口橫截面 (例如直徑)大于第二出口端28的第二出口橫截面(例如直徑)。在一 種實(shí)施方式中，第二出口橫截面基本上等于循環(huán)管線16的橫截面。除非 另有說明，本文中所稱的橫截面是指對象構(gòu)件的內(nèi)部橫截面(例如內(nèi) 徑)。利用較大的第一出口橫截面(例如直徑)，流化床容器出口附近的氣速降低。并不是受理論限制，可以認(rèn)為容器出口附近氣速的下降導(dǎo)致更 少的固體顆粒被帶出流化床容器IO并通過循環(huán)管線16循環(huán)流動(dòng)。在一種 實(shí)施方式中，第一出口橫截面為第二出口橫截面的至少約1.2倍，優(yōu)選
地，第一出口橫截面為第二出口橫截面的至少約2.0倍，甚至更優(yōu)選地， 第一出口橫截面為第二出口橫截面的至少約3.0倍。
在一類實(shí)施方式中，第一出口橫截面與脫離段最大直徑32之比也影 響夾帶的固體顆粒量。如圖2所示，脫離段最大直徑32是流化床段12上 方的流化床容器10的最大內(nèi)橫截面。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，第一 出口橫截面為脫離段最大直徑32的至少約0.15倍，優(yōu)選至少約0.25倍， 更優(yōu)選至少約0.35倍。
在另一類實(shí)施方式中，本發(fā)明還提供了一種將固體流態(tài)化的方法，包 括如下步驟提供流化床系統(tǒng)，其中所述流化床系統(tǒng)包括流化床容器10、 流化床容器10中的流化床段12、流化床段12上方的包括頂蓋13的脫離 段14、與脫離段14流體連通的循環(huán)管線16以及包括連接至頂蓋13的第 一出口端26和連接至循環(huán)管線16的第二出口端28的漸縮形出口；在流化 床段12中將包括多種固體顆粒的床層流態(tài)化；和通過漸縮形出口 24從流 化床容器10中取出循環(huán)流。在這些實(shí)施方式中，第一出口端26的循環(huán)流 的速度為第二出口端28的循環(huán)流的速度的約71%或更小，優(yōu)選約25%或 更小，甚至更優(yōu)選約11%或更小。
在本文描述的任何實(shí)施方式中，第一出口端26的循環(huán)流的速度為流 化床段12中的表觀速度的約20倍或更小，優(yōu)選約8倍或更小，更優(yōu)選約 3.5倍或更小。本文所用的表觀速度是流態(tài)化流的體積流量除以流化床段 12的橫截面積。本領(lǐng)域中公知的是，這種計(jì)算速度的方法忽略了流態(tài)化固 體所占的體積。
從流化床容器10中帶出進(jìn)入循環(huán)管線16的固體的量還依賴于被流態(tài) 化固體的類型、壓力或流態(tài)化流的密度以及流化床容器10中各個(gè)位置上 的速度。對于催化劑精細(xì)顆?；虬钚源呋瘎┑木酆衔锞?xì)顆?？赡茉?系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)并在不期望的位置堆積的聚合系統(tǒng)來說，固體的夾帶值得 特別關(guān)注。在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明有助于盡量減少精細(xì)顆粒的夾帶量，因此特別適用于仏烯烴的流化床聚合。因此，在一種實(shí)施方式中，所 述多種固體顆粒包括聚合物固體。聚合物固體可以是聚乙烯、聚丙烯或流 化床系統(tǒng)中制備的任何其它聚合物。
在一類實(shí)施方式中，本發(fā)明還特別適用于各種聚合工藝，例如聚乙烯 和聚丙烯工藝。在一種實(shí)施方式中，聚合物固體包括聚乙烯聚合物，流化
床容器10中的壓力為約250psig (1724 kPa)至約350 psig (2414kPa)， 第一出口端26的循環(huán)流的速度優(yōu)選為約2.4-約20 m/s，更優(yōu)選約2.4-約15 m/s。
如上所述，循環(huán)流中存在固體會(huì)導(dǎo)致流化床系統(tǒng)的各種操作問題。因 此，希望盡量減少在循環(huán)流中循環(huán)流動(dòng)的固體。在一類實(shí)施方式中，循環(huán) 流包括約2 wtM或更少的所述多種固體顆粒。
聚合工藝
本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方式適用于任何氣相流化床工藝。氣相聚合 工藝是優(yōu)選的(例如，見美國專利No. 4，543，399、 4，588，790、 5,028,670、 5,317,036 、 5,352,749 、 5,405,922 、 5，436，304 、 5,453,471 、 5,462,999 、 5,616，661和5,668,228)。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的工藝涉及一種或更多種烯烴單體的氣相 聚合工藝，所述烯烴單體具有2-30個(gè)碳原子，優(yōu)選2-12個(gè)碳原子，更優(yōu) 選2-8個(gè)碳原子。本發(fā)明特別適用于兩種或更多種以下烯烴單體的聚合 乙烯、丙烯、l-丁烯、l-戊烯、4-甲基-l-戊烯、l-己烯、l-辛烯、l-癸烯。
可用于本發(fā)明的方法的其它單體包括烯鍵式不飽和單體、具有4-18個(gè) 碳原子的二烯烴、共軛或非共軛的二烯、多烯、乙烯基單體和環(huán)烯烴。還 可以使用的單體包括降冰片烯、降冰片二烯、異丁烯、異戊二烯、乙烯基 苯并環(huán)丁烷、苯乙烯、烷基取代的苯乙烯、亞乙基降冰片烯、二環(huán)戊二烯 和環(huán)戊烯。
在一種實(shí)施方式中，制備了乙烯的共聚物，其中乙烯與一種或更多種 仏烯烴單體(具有3-15個(gè)碳原子，優(yōu)選4-12個(gè)碳原子，更優(yōu)選4-8個(gè)碳原 子)在氣相工藝中聚合。氣相聚合工藝中的反應(yīng)器壓力可從約100 psig (690 kPa)至約600 psig (4138 kPa)變化，優(yōu)選為約200 psig ( 1379 kPa)至約400 psig (2759 kPa)，更優(yōu)選為約250 psig (1724 kPa)至約350 psig (2414 kPa)。
氣相聚合工藝中的流化床的溫度可為約30-14(TC，優(yōu)選約60-115°C， 更優(yōu)選約70-110 °C ，最優(yōu)選約70-95 °C 。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，表觀速度可為0.4-1.5 m/s，優(yōu)選0.5-0.9
m/s0
本發(fā)明的方法適用的其它氣相工藝包括串聯(lián)或多級聚合工藝。另外， 本發(fā)明使用的其它氣相工藝包括美國專利No. 5,627,242、 5,665,818和 5,677，375以及歐洲專利公開EP-A- 0 794 200、 EP函Bl-O 649 992、 EP-A- 0 802 202和EP-B- 634 421中描述的那些。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及用于單獨(dú)聚合乙烯或單獨(dú)聚合丙烯或 將乙烯或丙烯與一種或更多種其它單體聚合的聚合工藝，其中其它單體包 括具有2-12個(gè)碳原子的烯烴。使用美國專利No. 5,296,434和5,278,264中 描述的茂金屬催化劑可以制備聚合物。然而，本發(fā)明并不限于應(yīng)用任何一 種催化劑體系類型。因此，本發(fā)明可以采用茂金屬催化劑、限定幾何構(gòu)型 催化劑、齊格勒-納塔催化劑、鉻基催化劑、鐵基催化劑、鎳基催化劑以及 雙催化劑體系，包括使用至少一種茂金屬與至少一種15族原子(例如 N)的金屬化合物。
模擬
圖3和圖4示出了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬的結(jié)果。CFD模擬是 一種公知的求解流體力學(xué)方程(例如，納維-斯托克斯方程)來計(jì)算出氣體 流場的方法。在本文中，使用CFD來模擬UNIPOL 反應(yīng)器頂部(擴(kuò)張 段)的流場。結(jié)果示出了本發(fā)明的采用漸縮形出口設(shè)計(jì)的實(shí)施方式的優(yōu) 點(diǎn)。
圖3和圖4是利用二維軸對稱幾何結(jié)構(gòu)分別在2.4 ft/s和2.8 ft/s的表觀 氣速(SGV)下獲得的。每個(gè)圖模擬了四種不同幾何結(jié)構(gòu)的出口，包括(1)標(biāo)準(zhǔn)出口設(shè)計(jì)；(2)直徑比為2:1且半錐角為30。的漸縮形出口
GO。的半錐角使截頭圓錐的高度等于出口管直徑的0.866倍)；(3)直 徑比為3:1且高度與(2)相同(出口直徑的0.866倍)的漸縮形出口；
(4)直徑比為4:1且高度與(2)相同的漸縮形出口。
圖3和圖4示出了如上所述的兩種表觀氣速(SGV)下的CFD模擬結(jié) 果。具體地，圖3和圖4示出了計(jì)算的中線速度與擴(kuò)張段的高度的關(guān)系。 應(yīng)當(dāng)注意，高度為0.0的位置對應(yīng)于反應(yīng)器柱形段的頂部(該位置處于柱 形段與錐形段的接合處，也被稱為反應(yīng)器的"頸部")。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)(無 漸縮形出口)的情況下，反應(yīng)器的頂部位于頸部上方37.1英尺的位置。為 了方便比較不同出口設(shè)計(jì)的速度分布圖，將該位置標(biāo)記為參考點(diǎn)。
從圖3和圖4可以看出，擴(kuò)張段的氣速在0到30英尺的高度范圍內(nèi)基 本恒定。在此高度以上，可看出氣速隨著流場接近出口而迅速升高。圖3 和圖4表明，漸縮形出口的作用是延緩速度增大，有效地使速度增加的點(diǎn)
(或過渡點(diǎn))向著更高的位置移動(dòng)。與標(biāo)準(zhǔn)出口設(shè)計(jì)相比，直徑比為2:1 的錐形出口可將過渡點(diǎn)向著更高的位置移動(dòng)約1.2英尺。直徑比為3:1和 4:1的漸縮形出口將過渡點(diǎn)向著更高的位置移動(dòng)約2.5英尺。
與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器設(shè)計(jì)相比，漸縮形反應(yīng)器出口能夠有效地改變氣體流 動(dòng)。漸縮形出口使得向高速度過渡的位置更高，這預(yù)計(jì)會(huì)減少給定SGV 下的顆粒夾帶。
應(yīng)當(dāng)注意，對于3:1和4:1漸縮形出口設(shè)計(jì)，速度曲線之間的差異相 對較小(兩種SGV下均如此)。因此，可以采用出口直徑比為3:1的實(shí)施 方式。
如CFD模擬所示，漸縮形出口的作用是升高擴(kuò)張段附近出現(xiàn)速度驟增 的位置。對于直徑比為3:1的出口，該位置升高了約2.5英尺。
因此，該位置的升高以相對較低的成本增加了擴(kuò)張段的有效高度。不 受理論限制，可以認(rèn)為，該位置的升高可以至少以兩種方式有利地在工藝 中應(yīng)用。在所有其它變量相等的條件下，本發(fā)明的實(shí)施方式將提高脫離段 的效率(即，增加有效的"脫離高度")，從而減少例如從流化床夾帶的 精細(xì)顆粒(例如，催化劑和樹脂精細(xì)顆粒)的量。這反過來會(huì)減少工藝中顆粒夾帶所引起的問題，這些問題包括但不限于循環(huán)系統(tǒng)中的設(shè)備(例如 循環(huán)氣體壓縮機(jī)、冷卻器、分配板等)結(jié)垢。
另外，還可以使用本發(fā)明的實(shí)施方式以較低的成本設(shè)計(jì)擴(kuò)張段尺寸減 小(例如，降低高度和/或減小直徑)的反應(yīng)器。換言之，在相等的顆粒夾 帶速率下，可以減少所需的擴(kuò)張段尺寸，從而降低反應(yīng)器的投資成本。
除非另有說明，短語"基本由...組成"不排除其它步驟、元件或材料 的存在(無論是否在說明書中提及)，前提是這些步驟、元件和材料不影 響本發(fā)明的基礎(chǔ)和新穎的特性，而且該短語不排除與所用元件和材料相關(guān) 的常見的雜質(zhì)。
為了簡便起見，本文中僅僅明確公開了某些數(shù)值范圍。然而，某一下 限可以與其它下限組合用于記載未明確記載的范圍，同樣，某一下限也可 以與任何上限組合用于記載未明確記載的范圍。另外，范圍包括兩端點(diǎn)之 間的每個(gè)點(diǎn)或單獨(dú)值(即使沒有明確記載)。因此，每個(gè)點(diǎn)或單獨(dú)值本身 可作為上限或下限與其它點(diǎn)或單獨(dú)值或其它上下限組合用于記載未明確記 載的范圍。
通過引用將所有的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)結(jié)合在本文中，前提是其公開內(nèi)容不 與本發(fā)明的描述相矛盾。此外，本文引用的所有參考文獻(xiàn)(包括測試程 序、出版物、專利、期刊論文等)均通過引用結(jié)合在本文中，前提是其公 開內(nèi)容不與本發(fā)明的描述相矛盾。
盡管上文針對實(shí)施方式和實(shí)施例來描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以根據(jù)本文的公開內(nèi)容 而設(shè)計(jì)出其它的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1. 一種用于將固體顆粒流態(tài)化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)流化床容器；(b)所述流化床容器中的流化床段；(c)所述流化床段上方的脫離段，其中所述脫離段包括頂蓋；(d)與所述脫離段流體連通的循環(huán)管線；和(e)包括連接至所述頂蓋的第一出口端和連接至所述循環(huán)管線的第二出口端的漸縮形出口。
2. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述第一出口端的第一出口橫截面(優(yōu)選直徑)為所述第二出口端的第二出口橫截面(優(yōu)選直徑)的至少約1.2、 2.0或3.0{咅。
3. 如權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，所述第一出口橫截面(優(yōu)選直徑)為脫 離段最大橫截面(優(yōu)選直徑)的至少約0.15、 0.25或0.35倍。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述漸縮形出口的過渡段為 截頭圓錐形或拋物錐形。
5. —種將固體流態(tài)化的方法，包括如下步驟(a) 提供流化床系統(tǒng)，其中所述流化床系統(tǒng)包括(1) 流化床容器；(2) 所述流化床容器中的流化床段；(3) 所述流化床段上方的脫離段，其中所述脫離段包括頂蓋；(4) 與所述脫離段流體連通的循環(huán)管線；和(5 )包括連接至所述頂蓋的第一出口端和連接至所述循環(huán)管線 的第二出口端的漸縮形出口；(b) 在所述流化床段中將包括多種固體顆粒的床層流態(tài)化；和 (c )通過所述漸縮形出口從所述流化床容器中取出循環(huán)流，其中，所述第一出口端的循環(huán)流的速度小于所述第二出口端的循環(huán)流的速度的71%、 25%或11%。
6. 如權(quán)利要求5的方法，其中所述第一出口端的循環(huán)流的速度小于所述流化床段中的表觀速度的20倍、8倍或3.5倍。
7. 如權(quán)利要求5或6的方法，其中所述多種固體包括聚合物固體。
8. 如權(quán)利要求7的方法，其中所述聚合物固體包括聚乙烯或聚丙烯聚 合物。
9. 如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的方法，其中所述流化床容器中的壓力為 約250 psig (1724 kPa)至約350 psig (2414 kPa)，所述第一出口端的循 環(huán)流的速度為約2.4-20 m/s或約2.4-15 m/s。
10. 如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)的方法，其中所述循環(huán)流包括小于2 wt% 的所述多種固體顆粒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將固體顆粒流態(tài)化的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流化床容器、流化床段、脫離段、循環(huán)管線和漸縮形出口。本發(fā)明還提供了一種將固體流態(tài)化的方法，該方法通過提供上述系統(tǒng)、將包括固體顆粒的床層流態(tài)化并通過漸縮形出口取出循環(huán)流來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號F27B15/00GK101535756SQ200780042931
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者大衛(wèi)·F·哈賽恩, 羅伯特·O·哈格蒂, 馬克·B·戴維斯, 馬可·L·戴徹里斯 申請人:尤尼威蒂恩技術(shù)有限公司