專利名稱：淤漿聚合揮發(fā)分的連續(xù)去除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在淤漿聚合法中用于連續(xù)地從包含惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)中分離聚合物固體的裝置。具體地，本發(fā)明涉及用于連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體、干燥所述聚合物、和回收所述稀釋劑和未反應(yīng)單體的裝置，減少了使稀釋劑蒸氣冷凝成液體稀釋劑以再用于所述聚合過程所需壓縮。另一方面，本發(fā)明涉及連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體的方法。具體地，本發(fā)明涉及連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體、干燥所述聚合物、和回收所述惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體以再用于所述聚合過程的方法。
背景技術(shù)：
在用于生產(chǎn)聚合物的許多聚合工藝中，生成聚合流出液，為懸浮于液體介質(zhì)(通常為反應(yīng)稀釋劑和未反應(yīng)單體)中的顆粒狀聚合物固體的漿液。此類方法的典型實(shí)例公開在Hogan和Bank的US2 285 721中，該文獻(xiàn)引入本文供參考。雖然Hogan文獻(xiàn)中所述聚合工藝采用包含氧化鉻和載體的催化劑，但本發(fā)明適用于產(chǎn)生包含懸浮于包含稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)中的顆粒狀聚合物固體漿液的流出液的任何工藝。這種反應(yīng)過程包括本領(lǐng)域稱為粒形聚合的那些。
多數(shù)工業(yè)操作中，希望以不使液體介質(zhì)受到污染的方式分離所述聚合物和包含惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)，從而可將所述液體介質(zhì)再循環(huán)至聚合區(qū)，即使有任何提純的話也是最少。迄今已使用的特別有利的技術(shù)是Scoggin等的US3 152 872中所公開的那些技術(shù)，更具體地是結(jié)合該專利的圖2所說明的實(shí)施方案。該方法中，反應(yīng)稀釋劑、溶解的單體和催化劑在環(huán)管反應(yīng)器中循環(huán)，其中聚合反應(yīng)的壓力為約100至700psia。所產(chǎn)生的固體聚合物也在反應(yīng)器中循環(huán)。聚合物和液體介質(zhì)的漿液收集在所述淤漿環(huán)管反應(yīng)器的一或多個沉降支管中，使?jié){液周期性地從中排放至閃蒸室中，在其中使所述混合物閃蒸至低壓如約20psia。雖然所述閃蒸導(dǎo)致所述液體介質(zhì)基本上完全從聚合物中除去，但必須將氣化的聚合稀釋劑(如異丁烷)再壓縮以使所回收的稀釋劑冷凝成適用于作為液體稀釋劑循環(huán)回所述聚合區(qū)的液體形式。壓縮設(shè)備的成本及其操作所需功用通常占生產(chǎn)聚合物所需費(fèi)用的很大一部分。
一些聚合工藝在稀釋劑循環(huán)回反應(yīng)器之前蒸餾所述液化稀釋劑。蒸餾的目的是除去單體和輕餾分污染物。然后使蒸餾后的液體稀釋劑通過處理器床除去催化劑毒物，然后進(jìn)入所述反應(yīng)器。蒸餾和處理所用設(shè)備及功用成本可能是所述聚合物生產(chǎn)成本的很大一部分。
在工業(yè)操作中，希望以最小的成本使所述稀釋劑蒸氣液化。迄今所用的這種技術(shù)之一公開在Hanson和Sherk的US4 424 341中，其中中壓閃蒸步驟在這樣的溫度和這樣的壓力下除去大部分稀釋劑以致不用通過成本更高的壓縮步驟可通過熱交換使此閃蒸的稀釋劑部分液化。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于連續(xù)地從包含惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)中分離聚合物固體的裝置。另一方面，本發(fā)明涉及用于連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體、干燥所述聚合物、和回收所述稀釋劑和未反應(yīng)單體的裝置，減少了使稀釋劑蒸氣冷凝成液體稀釋劑以再用于所述聚合過程所需壓縮。另一方面，本發(fā)明涉及連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體的方法。另一方面，本發(fā)明涉及連續(xù)地從液體介質(zhì)中分離聚合物固體、干燥所述聚合物、和回收所述惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體以再用于所述聚合過程的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于連續(xù)地從包含聚合物固體在包含惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)中的漿液的聚合流出液中回收所述聚合物固體的裝置。所述裝置包括位于淤漿反應(yīng)器(其例子包括淤漿環(huán)管反應(yīng)器和攪拌釜式淤漿反應(yīng)器)上的卸料閥，用于將所述淤漿反應(yīng)器的一部分內(nèi)容物連續(xù)排放至第一傳料導(dǎo)管；具有由以等于或大于所述漿液/聚合物固體的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定的底部的第一閃蒸罐，其中所述第一閃蒸罐的壓力和所述聚合流出液的溫度是這樣的以致約50至約100％的所述液體介質(zhì)將氣化而且所述蒸氣的惰性稀釋劑組分可在不壓縮的情況下通過與溫度在約65至約135°F的流體熱交換而冷凝；與所述第一閃蒸罐相通的第一閃蒸罐出口密封室，其長度(1)和直徑(d)使這樣水平的濃縮聚合物固體/漿液在所述第一閃蒸罐出口密封室中積累而形成壓力密封；密封室出口減壓器，用于使?jié)饪s聚合物固體/漿液的活塞流連續(xù)排放至第二傳料導(dǎo)管，將所述濃縮聚合物固體/漿液傳送至第二閃蒸罐，其中所述第二閃蒸罐的壓力和所述濃縮聚合物固體/漿液的溫度是這樣的以致任何殘留的惰性稀釋劑和/或未反應(yīng)單體基本上全部氣化而從塔頂除去用于通過壓縮和熱交換而冷凝，所述聚合物固體從所述第二閃蒸罐底部排出用于其它加工或儲存。
本發(fā)明還提供一種方法，包括通過卸料閥連續(xù)地從淤漿反應(yīng)器中排出聚合流出液流；在所述聚合流出液通過所述第一傳料導(dǎo)管期間增加其熱含量至低于所述聚合物熔點(diǎn)的溫度，同時將所述聚合流出液連續(xù)地傳送至第一閃蒸罐，所述第一閃蒸罐具有由以等于或大于所述濃縮的聚合物固體/漿液的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定的底部；在所述第一熱閃蒸罐中連續(xù)地使約50至約100％的所述液體介質(zhì)氣化產(chǎn)生濃縮聚合物固體/漿液和處于這樣的溫度和壓力下的蒸氣流以致所述蒸氣的惰性稀釋劑組分可在不壓縮的情況下通過與溫度在約65至約135°F的流體熱交換而冷凝；將所述濃縮聚合物固體/漿液連續(xù)地從所述第一閃蒸罐排放至第一閃蒸罐出口密封室，其長度(l)和直徑(d)使大量濃縮聚合物固體/漿液持續(xù)保持在所述第一閃蒸罐出口密封室中而形成壓力密封；使所述濃縮聚合物固體/漿液從所述第一閃蒸罐出口密封室連續(xù)排放通過密封室出口減壓器，所述減壓器由以等于或大于從中除去約50-100％惰性稀釋劑后保留的所述聚合物固體的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定；將濃縮聚合物固體/漿液的連續(xù)活塞流從所述第一閃蒸罐出口密封室經(jīng)所述密封室出口減壓器傳送至第二傳料導(dǎo)管，將所述濃縮聚合物固體/漿液的連續(xù)活塞流傳送至第二閃蒸罐；在比所述第一閃蒸罐更低的壓力下操作的第二閃蒸罐中使任何殘留的惰性稀釋劑和/或未反應(yīng)單體基本上全部連續(xù)地氣化；通過壓縮和熱交換使來自所述第二閃蒸罐的氣化的惰性稀釋劑和/或未反應(yīng)單體冷凝；使基本上干燥的聚合物漿液連續(xù)地從所述第二閃蒸罐排出用于其它加工或儲存。
本發(fā)明還涉及用于從環(huán)管反應(yīng)器中的循環(huán)漿液中捕獲比循環(huán)漿液中固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體的裝置。所述裝置包括有第一端的導(dǎo)管，其中所述第一端向所述環(huán)管反應(yīng)器中延伸一段距離。所述導(dǎo)管還有限定開口的部分，其中所述開口相應(yīng)于所述循環(huán)漿液的方向設(shè)置。理想地，所述開口可面向所述循環(huán)漿液的流動方向。此外，一部分導(dǎo)管可從環(huán)管反應(yīng)器向外延伸用于從環(huán)管反應(yīng)器中連續(xù)或不連續(xù)地排放聚合物固體。
本發(fā)明還提供用于從環(huán)管反應(yīng)器中的循環(huán)漿液中捕獲比循環(huán)漿液中聚合物固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體的方法。該方法包括使具有限定開口的部分的導(dǎo)管向環(huán)管反應(yīng)器中延伸一段距離的步驟，其中所述開口延伸至所述循環(huán)漿液中。此外，該方法可包括通過從環(huán)管反應(yīng)器中向外延伸的導(dǎo)管部分連續(xù)或不連續(xù)地從環(huán)管反應(yīng)器中排放聚合物固體的步驟。
本發(fā)明還提供一種用于從與環(huán)管反應(yīng)器相連并與所述環(huán)管反應(yīng)器流體相通的導(dǎo)管中清除聚合物固體的裝置。該裝置包括一個傳感器、與所述導(dǎo)管流體相通的第一閥門、位于第一惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間的第二閥門，其中所述第一惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通。根據(jù)所述傳感器所產(chǎn)生的信號，關(guān)閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，使所述第一惰性稀釋劑在足以從導(dǎo)管中清除聚合物固體的壓力下以足夠的量進(jìn)入所述導(dǎo)管。該裝置可還包括位于第二惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間的第三閥門，其中所述第二惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通。這樣當(dāng)打開所述第一閥門并關(guān)閉所述第二閥門時，打開所述第三閥門使第二惰性稀釋劑進(jìn)入所述導(dǎo)管。
本發(fā)明還提供一種用于從與環(huán)管反應(yīng)器相連并與所述環(huán)管反應(yīng)器流體相通的導(dǎo)管中清除聚合物固體的方法。該方法包括以下步驟(1)根據(jù)來自第一傳感器的第一信號關(guān)閉第一閥門，其中所述第一閥門與所述導(dǎo)管相連并與之流體相通；(2)根據(jù)來自第二傳感器的第二信號打開第二閥門，其中所述第二閥門與第一惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間流體相通，所述第一惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通；和(3)在足以從所述導(dǎo)管中清除聚合物固體的壓力下使足量的第一惰性稀釋劑流入所述導(dǎo)管。該方法中，所述第一和第二傳感器可以是一個共用傳感器，所述第一和第二信號可以是一個共用信號。
本發(fā)明還提供一種用于使細(xì)料返回環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中的裝置。該裝置包括用于將一部分聚合漿液從環(huán)管反應(yīng)器排入第一傳料導(dǎo)管的卸料閥。所述第一傳料導(dǎo)管將所述聚合漿液傳送至第一閃蒸罐中。所述第一閃蒸罐使一部分聚合漿液轉(zhuǎn)化成第一流體如蒸氣。所述第一流體包含來自所述聚合漿液的一部分稀釋劑和細(xì)料。第二傳料導(dǎo)管將所述第一流體傳送至第一旋風(fēng)分離器中。所述第一旋風(fēng)分離器使一部分第一流體轉(zhuǎn)化成第二流體如蒸氣。所述第二流體包含一部分稀釋劑和細(xì)料。第三傳料導(dǎo)管將所述第二流體傳送至換熱器中。所述換熱器使所述第二流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和細(xì)料的液體。第四傳料導(dǎo)管使所述液體返回所述環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中。該裝置可還包括第一傳料導(dǎo)管加熱器用于在所述第一傳料導(dǎo)管加熱器和所述聚合漿液之間換熱。
本發(fā)明還提供一種用于使細(xì)料返回環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中的方法。該方法包括(ⅰ)從所述環(huán)管反應(yīng)器中排出一部分聚合漿液；(ⅱ)將所排出的聚合漿液傳送至第一閃蒸罐中；(ⅲ)在所述閃蒸罐中使一部分聚合漿液轉(zhuǎn)化成第一流體，所述第一流體包含稀釋劑和所述細(xì)料；(ⅳ)將所述第一流體從所述第一閃蒸罐傳送至第一旋風(fēng)分離器中；(v)在所述旋風(fēng)分離器中使一部分第一流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和所述細(xì)料的第二流體；(ⅵ)將所述第二流體傳送至換熱器中；(ⅶ)在所述換熱器中使所述第二流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和所述細(xì)料的液體；和(ⅷ)使所述液體返回所述環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中。
本發(fā)明還提供一種用于從以大于2.8lbs/hr-gal的時空產(chǎn)率操作的環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中產(chǎn)生聚合物的裝置和方法。在此情況下，在包含液體介質(zhì)和固體的聚合漿液中形成聚合物。使所述聚合漿液排入第一傳料導(dǎo)管。離開所述環(huán)管反應(yīng)器時將所述聚合漿液稱為聚合流出液。在第一傳料導(dǎo)管中將所述聚合流出液加熱至低于所述聚合物固體熔點(diǎn)的溫度。使加熱后的聚合流出液經(jīng)所述第一傳料導(dǎo)管傳送至第一閃蒸罐中。在所述第一閃蒸罐中，使約50％至約100％的所述液體介質(zhì)氣化。通過熱交換使所述蒸氣冷凝。使聚合物固體從第一閃蒸罐經(jīng)密封室排入第二閃蒸罐，所述密封室的尺寸足以使足以保持壓力密封的大量聚合物固體保持在所述密封室中。然后將所述聚合物固體傳送至第二閃蒸罐中。在第二閃蒸罐中，使所述聚合物固體受到從第一閃蒸罐中的較高壓力至第二閃蒸罐中的較低壓力的減壓。然后將所述聚合物固體從第二閃蒸罐中排出。此外，所述聚合漿液中固體的重量百分率可大于47％。所述環(huán)管反應(yīng)器可在總循環(huán)泵送壓頭/反應(yīng)器距離大于0.15ft/ft下操作。所述環(huán)管反應(yīng)器也可在循環(huán)泵送壓頭大于或等于200ft下操作，有多于8個立式支管、理想地有在10和16個之間的立式支管、更理想地有在10和12個之間的立式支管、最理想地有12個立式支管。所述環(huán)管反應(yīng)器中聚合漿液的體積可大于20000gal。
本發(fā)明的目的之一是提供用于使聚合物固體連續(xù)地兩級閃蒸干燥的裝置和方法，包括通過末端卸料閥從淤漿反應(yīng)器中連續(xù)排出包含聚合物固體和含惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)的聚合流出液，連續(xù)控制第一閃蒸罐出口密封室中的固含量提供壓力密封，使所述第一閃蒸罐在比所述第二閃蒸罐明顯更高的壓力下操作，同時通過所述密封室出口減壓器將聚合物固體連續(xù)排放至第二傳料導(dǎo)管并進(jìn)一步地傳送至第二閃蒸罐中避免第一閃蒸罐堵塞，并通過熱交換而非壓縮使約50％至約100％的惰性稀釋劑蒸氣連續(xù)液體。
本發(fā)明的另一目的是消除淤漿反應(yīng)器上對沉降支管的需要和周期性地排放所述沉降支管的內(nèi)容物所致淤漿反應(yīng)器中間歇的高壓脈沖。本發(fā)明的另一目的是通過消除沉降支管中堵塞的可能性改善安全性。
本發(fā)明的另一目的是避免所述卸料閥下游設(shè)備堵塞。在聚合反應(yīng)器的沉降支管中繼續(xù)聚合，反應(yīng)熱進(jìn)一步加熱所述液體介質(zhì)并有可能使一些聚合物固體溶解或熔融在一起。沉降支管的內(nèi)容物離開所述卸料閥時，所述壓降使一些液體介質(zhì)閃蒸而導(dǎo)致剩余的液體介質(zhì)冷卻使所述溶解的聚合物沉淀而趨于堵塞下游設(shè)備。不需要沉降支管的本發(fā)明還通過避免聚合物固體開始溶解或熔融而消除下游設(shè)備堵塞的可能性。
本發(fā)明的另一目的是通過連續(xù)卸料和增加反應(yīng)器出口處液體介質(zhì)的乙烯濃度(例如大于或等于4％(重)、理想地為4至8％(重)、更理想地為5至7％(重))提高反應(yīng)器的生產(chǎn)量。沉降支管因沉降支管內(nèi)反應(yīng)加速導(dǎo)致下游設(shè)備堵塞的趨勢增加限制了乙烯濃度。連續(xù)聚合流出漿液流動使乙烯濃度僅受乙烯在反應(yīng)器中液體稀釋劑中的溶解度限制，從而增加聚合的比反應(yīng)速率并提高反應(yīng)器的生產(chǎn)量。
本發(fā)明的另一目的是提高在環(huán)管反應(yīng)器的聚合區(qū)內(nèi)循環(huán)的聚合漿液中聚合物固體的重量百分率(wt％)。理想地，所述聚合漿液中聚合物固體的wt％大于45％、更理想地為45至65％、還更理想地為50至65％、最理想地為55至65％。
本發(fā)明的另一目的是提高時空產(chǎn)率(STY)，以磅/小時-加侖(1bs/hr-gal)表示。理想地，所述STY大于2.6、更理想地為2.6至4.0、最理想地為3.3至4.0。
本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將從以下公開和

圖1和2中體現(xiàn)。
權(quán)利要求的裝置和方法提供幾個優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括(1)可從聚合漿液流出液的卸料點(diǎn)經(jīng)卸料閥；第一閃蒸罐；密封室；密封室出口減壓器；至第二閃蒸罐連續(xù)地處理淤漿反應(yīng)器的內(nèi)容物，(2)環(huán)管反應(yīng)器液體介質(zhì)中乙烯濃度顯著增加從而提高反應(yīng)器生產(chǎn)量，(3)聚合漿液中聚合物固體的wt％顯著增加，(4)反應(yīng)器的時空產(chǎn)率顯著增加，和(5)通過減少壓縮和/或蒸餾反應(yīng)器氣-液流出液的需要降低能耗?？蓽p小循環(huán)壓縮機(jī)和其它下游設(shè)備的尺寸或省去。
附圖簡述圖1和2為本發(fā)明用于連續(xù)地從稀釋劑和未反應(yīng)單體中分離聚合物固體的裝置的示意圖。
圖3為有延伸至環(huán)管反應(yīng)器和循環(huán)的聚合漿液中的開口的卸料導(dǎo)管的放大剖面圖。
圖4為壓力控制系統(tǒng)的示意圖。
發(fā)明詳述本文所用術(shù)語“聚合漿液”主要意指在環(huán)管反應(yīng)器中循環(huán)的包括聚合物固體和液體的兩相組合物。所述固體包括催化劑和聚合的烯烴如聚乙烯。所述液體包括惰性稀釋劑如異丁烷及溶解的單體、共聚單體、分子量控制劑如氫氣、抗靜電劑、防污劑、清除劑、和其它加工助劑。
本文所用術(shù)語“時空產(chǎn)率”(STY)意指單位環(huán)管反應(yīng)器體積或聚合漿液體積的聚合物產(chǎn)率。
本文所用術(shù)語“催化劑生產(chǎn)能力”意指產(chǎn)生的聚合物重量/引入環(huán)管反應(yīng)器中的催化劑重量。
本文所用術(shù)語“聚合物停留時間”意指聚合物顆粒保留在環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的平均持續(xù)時間。
本發(fā)明適用于包含聚合物固體和含惰性稀釋劑和未反應(yīng)的可聚單體的液體介質(zhì)的漿液，包括烯烴聚合所得漿液。一般用于此反應(yīng)的烯烴單體理想地包括每分子有2至8個碳原子的1-烯烴。典型實(shí)例包括乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯和辛烯。其它例子包括乙烯基芳族單體(如苯乙烯和烷基取代的苯乙烯)、成對分布的單體(如異丁烯)和環(huán)烯烴(如降冰片烯和乙烯基降冰片烯)。用于此烯烴聚合的典型稀釋劑包括每分子有3至8、優(yōu)選3至4個碳原子的飽和脂族烴，如丙烷、異丁烷、丙烯、正丁烷、正戊烷、異戊烷、正己烷、異辛烷等。這些稀釋劑中，優(yōu)選每分子有3至4個碳原子的那些，最優(yōu)選異丁烷。
聚合流出液的卸料速度應(yīng)使來自淤漿環(huán)管反應(yīng)器的連續(xù)工藝物流從液化聚合流出液的卸料點(diǎn)通過單點(diǎn)卸料閥并通過第一閃蒸罐和相聯(lián)的蒸氣回收和固體回收系統(tǒng)。聚合流出液的卸料速度應(yīng)使所述淤漿反應(yīng)器內(nèi)保持恒壓并消除淤漿反應(yīng)器上的沉降支管內(nèi)發(fā)生的與一部分反應(yīng)器內(nèi)容物的排放相伴的間歇高壓脈沖。
從反應(yīng)器中排出的聚合流出液在傳送至第一閃蒸罐用于氣化期間被加熱至低于聚合物熔融溫度的溫度。這可通過適當(dāng)加熱此第一傳送導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)。在聚合流出液通過此第一導(dǎo)管傳送至第一閃蒸罐期間向所述聚合流出液供應(yīng)的熱量優(yōu)選至少等于要在第一閃蒸罐中閃蒸的惰性稀釋劑量的蒸發(fā)熱。這將使在第一閃蒸罐中形成的要通入第二閃蒸罐的濃縮聚合物固體以更高的固體溫度通入第二閃蒸罐，從而利于通過第二閃蒸罐的操作除去該聚合物固體芯中殘留的稀釋劑。聚合流出液通過第一傳料導(dǎo)管傳送至第一閃蒸罐期間傳遞給聚合流出液的熱量甚至可能更高，只要如此傳遞的熱量不使其中的聚合物固體被加熱至它們趨于熔融或相互附聚的溫度。
所述濃縮聚合物固體/漿液從第一閃蒸罐排放至這樣長度(1)和直徑(d)的第一閃蒸罐出口密封室中使足以在所述出口密封室中保持壓力密封的足量的濃縮聚合物固體/漿液保持在所述出口密封室中。所述濃縮聚合物固體/漿液從所述出口密封室經(jīng)出口密封室減壓器排放至第二傳料導(dǎo)管中，將所述濃縮聚合物固體/漿液以活塞流傳送至第二閃蒸罐中。所述出口密封室減壓器由以等于或大于所述濃縮聚合物固體/漿液的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定。
用于第一閃蒸步驟的壓力將隨稀釋劑和未反應(yīng)單體的性質(zhì)和聚合流出液的溫度而改變。典型地，可采用在約140至約315psia范圍內(nèi)的壓力；更優(yōu)選約200至約270psia；最優(yōu)選約225至約250psia。
用于冷凝來自第一閃蒸步驟的蒸氣的換熱流體溫度在約65至約150°F的范圍內(nèi)。優(yōu)選實(shí)施方案使用溫度約75至約140°F的換熱流體。最優(yōu)選的實(shí)施方案使用溫度約85至約130°F的換熱流體。
下面結(jié)合圖1進(jìn)一步說明本發(fā)明， 圖1示出包含本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)。
在圖1所示實(shí)施方案中，聚合在環(huán)管反應(yīng)器1中進(jìn)行。應(yīng)理解雖然所示環(huán)管反應(yīng)器1有四根立式支管，但環(huán)管反應(yīng)器1可配有更多的支管，理想地為8或更多支管、優(yōu)選在8和20之間、更優(yōu)選在8和16之間、最優(yōu)選有12根支管。聚合漿液通過一或多個泵如軸流泵2A和2B如箭頭A-D所示在整個環(huán)管反應(yīng)器1中循環(huán)。理想地，所述環(huán)管反應(yīng)器1配有多個泵，其中每個泵專用于偶數(shù)個支管如4根支管、6根支管、8根支管等。稀釋劑、共聚單體和單體分別從稀釋劑儲存容器40、共聚單體儲存容器41、和單體源42通過它們各自的處理器床37、38、和39通過與導(dǎo)管6相連的導(dǎo)管5、4、和3引入環(huán)管反應(yīng)器1。催化劑通過一或多個催化劑加料系統(tǒng)7A和7B加入環(huán)管反應(yīng)器1。通常在烴類稀釋劑中引入催化劑。
通過卸料導(dǎo)管8A連續(xù)卸料從環(huán)管反應(yīng)器中排出聚合漿液。應(yīng)理解所述環(huán)管反應(yīng)器1可配有一或多個卸料導(dǎo)管8A。還應(yīng)理解卸料導(dǎo)管8A可以連續(xù)或不連續(xù)的方式操作，但理想地以連續(xù)方式操作。卸料導(dǎo)管8A穿過環(huán)管反應(yīng)器1的一部分壁延伸至循環(huán)的聚合漿液中。通過向聚合漿液中延伸一段距離，所述卸料導(dǎo)管8A可在從鄰近環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)壁至伸入循環(huán)的聚合漿液中的距離限定的區(qū)域內(nèi)從循環(huán)的聚合漿液中取出聚合流出液。這樣可在導(dǎo)管8A內(nèi)形成比其它循環(huán)聚合漿液中聚合物固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體并最終從環(huán)管反應(yīng)器1中取出。壓力控制系統(tǒng)(圖1中未示出)與卸料導(dǎo)管8A協(xié)同操作。卸料導(dǎo)管8A和壓力控制系統(tǒng)410更清楚地示于圖3和4中，后面將更詳細(xì)地論述。
聚合流出液從卸料導(dǎo)管8A經(jīng)卸料閥8B、再經(jīng)過設(shè)有管道加熱器10的導(dǎo)管9、通入第一閃蒸罐11中，使氣化的液體介質(zhì)與聚合物漿液/固體分離。導(dǎo)管9有間接換熱裝置如閃蒸管道加熱器10。
包含稀釋劑和未反應(yīng)單體的氣化的液體介質(zhì)經(jīng)傳料導(dǎo)管12離開第一閃蒸罐11通入標(biāo)記13所示分離器如旋風(fēng)分離器中，使夾帶的聚合物固體與蒸氣分離。通過旋風(fēng)分離器13分離的聚合物固體經(jīng)導(dǎo)管14通過設(shè)計(jì)用于在旋風(fēng)分離器13下面保持壓力密封的雙閥組件14A進(jìn)入壓力較低的第二閃蒸罐15。
所述雙閥組件14A包括閥14B和14C。操作與導(dǎo)管14相連的閥門組件14A周期性地排放從旋風(fēng)分離器13收集在導(dǎo)管14中的聚合物固體。閥門組件14A還保持旋風(fēng)分離器13中較高的壓力環(huán)境和第二閃蒸罐15中較低的壓力環(huán)境之間的壓差。操作閥門組件14A中，順序地打開和關(guān)閉閥14B和14C。此程序開始時，打開閥14B，關(guān)閉閥14C，使聚合物固體從旋風(fēng)分離器13收集在導(dǎo)管14中。經(jīng)過一定時間和/或?qū)Ч?4中收集了足量的聚合物固體時，關(guān)閉閥14B將來自旋風(fēng)分離器13的一部分高壓環(huán)境截獲在導(dǎo)管14中。閥14B關(guān)閉后，打開閥14C，通過導(dǎo)管14中較高的壓力環(huán)境和閃蒸罐15中較低的壓力環(huán)境之間的壓差迫使收集在導(dǎo)管14中的聚合物固體排放至閃蒸罐15中。聚合物固體從導(dǎo)管14排放至閃蒸罐15中之后，關(guān)閉閥14C。一旦閥14C關(guān)閉，既打開閥14B，此時聚合物固體將再從旋風(fēng)分離器13收集在導(dǎo)管14中。然后重復(fù)上述程序。
再回到第一閃蒸罐11，第一閃蒸罐11底部的濃縮聚合物固體/漿液通過沿其直線底表面16滑動連續(xù)地沉降至密封室17中，示于放大圖2中。在密封室17中保持聚合物固體/漿液液位43以消除第一閃蒸罐11中堵塞的趨勢并形成壓力密封，使第一閃蒸罐11可在比第二閃蒸罐15明顯更高的壓力下操作。聚合物漿液/固體連續(xù)地從密封室17排放至壓力較低的第二閃蒸罐15中。選擇密封室17的長度(1)、直徑(d)和體積及密封室出口減壓器18的幾何形狀提供可變的停留時間并提供濃縮聚合物固體/漿液的連續(xù)活塞流使“死”空間最小并降低堵塞趨勢。密封室17的長度必須足以測量和控制顆粒(聚合物固體)的液位。
顆粒液位的測量和控制可由核液位指示系統(tǒng)18D完成。核液位指示系統(tǒng)18D包括核輻射源(未示出)和接收器或與液位指示控制器18B通信號的液位元件18A。操作中，液位元件18A產(chǎn)生與密封室17中顆粒液位成比例的信號。將此信號傳送給液位指示控制器18B。根據(jù)此信號和預(yù)定值，液位指示控制器18B通過導(dǎo)管(用虛線18C表示)給控制閥18E發(fā)送信號，選擇性地控制聚合物固體向?qū)Ч?9的排放。
濃縮聚合物固體/漿液在密封室17中的停留時間典型地為5秒至10分鐘，優(yōu)選的停留時間為10秒至2分鐘，最優(yōu)選的停留時間為15-45秒。濃縮聚合物固體/漿液的連續(xù)活塞流形成壓力密封，其中所述濃縮聚合物固體/漿液有密封室17內(nèi)的1/d比，典型地為1.5至8，優(yōu)選l/d為2至6，最優(yōu)選為2.2至3。典型地密封室出口減壓器18內(nèi)側(cè)相對于水平線傾斜60-85°、優(yōu)選65-80°、最優(yōu)選68-75°。密封室出口減壓器18的幾何形狀由以等于或大于濃縮聚合物漿液/固體滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定，將濃縮聚合物固體/漿液傳送至與閃蒸罐15的進(jìn)料口相通的第二傳料導(dǎo)管19中。在閃蒸罐15中，殘留在濃縮聚合流出液中的任何惰性稀釋劑和未反應(yīng)單體基本上全部氣化，經(jīng)導(dǎo)管20由塔頂排入第二旋風(fēng)分離器21中。
現(xiàn)在參見旋風(fēng)分離器13，聚合流出液中的大部分液體介質(zhì)可能以蒸氣形式進(jìn)入旋風(fēng)分離器13。已除去一部分夾帶的催化劑和聚合物固體后的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管22通過換熱器系統(tǒng)23A，其中壓力為約140至約315psia的蒸氣通過與換熱流體間接換熱而冷凝因而不需要壓縮。通過旋風(fēng)分離器13未除去的夾帶催化劑和聚合物固體部分一般尺寸較小，可稱為 “細(xì)料”、“聚合物細(xì)粒”和/或“催化劑細(xì)?！薄＿@些細(xì)料一般包括未反應(yīng)的和/或反應(yīng)不足的催化劑。
換熱器系統(tǒng)23A包括換熱器23E和通過導(dǎo)管23C與換熱器23E相連的調(diào)合水循環(huán)泵23B。調(diào)合水溫控制閥23D分別通過導(dǎo)管23F和23G與換熱器23E和水循環(huán)泵23B相連。來自冷卻水源(未示出)的冷卻水通過冷卻水導(dǎo)管23H輸送至控制閥23D和循環(huán)泵23B之間的導(dǎo)管23G中。溫度指示控制器(TIC)23J連接在控制閥23D和導(dǎo)管23C之間。在控制器23J和導(dǎo)管23C之間存在溫度元件23K。
操作換熱器系統(tǒng)23A控制在換熱器23E中冷凝的蒸氣量。這通過控制由導(dǎo)管23H進(jìn)入導(dǎo)管23G的冷卻水的流動和排出換熱器23E中形成的熱水實(shí)現(xiàn)。來自換熱器23E的熱水經(jīng)導(dǎo)管23F輸送至控制閥23D。該熱水經(jīng)導(dǎo)管23I離開控制閥23D。
更具體地，由導(dǎo)管23H進(jìn)入導(dǎo)管23G的冷卻水在導(dǎo)管23G中與循環(huán)的調(diào)合水混合，其混合物進(jìn)入泵23B。離開泵23B的水進(jìn)入導(dǎo)管23C，一部分接觸至換熱器23E線路中的溫度元件23K。溫度元件23K產(chǎn)生與導(dǎo)管23C中溫度成比例的信號。此信號傳送給溫度指示控制器23J。根據(jù)此信號和預(yù)定溫度值，溫度指示控制器23J通過信號導(dǎo)管(由虛線23L表示)給控制閥23D發(fā)送信號，選擇性地控制經(jīng)導(dǎo)管23I離開換熱器系統(tǒng)24A的熱水體積。
在換熱器23E中形成的冷凝液體介質(zhì)包括稀釋劑、未反應(yīng)/反應(yīng)不足的催化劑、聚合物固體和未反應(yīng)單體。此冷凝液體介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)管22A通入蓄積器24B。
希望控制在換熱器23E中冷凝的蒸氣量和在蓄積器24B中保持足夠的蒸氣壓。為此壓力控制閥24A可在蓄積器24B上保持足夠的背壓。通過在蓄積器24B上保持足夠的背壓，在第一閃蒸罐11中保持適合的操作壓力。壓力控制閥24A由與壓力元件24D協(xié)作的壓力指示控制器24C操作。壓力元件24D與蓄積器24B保持傳感聯(lián)系。壓力元件24D產(chǎn)生與蓄積器24B中壓力成比例的信號。根據(jù)此信號和預(yù)定壓力值，壓力指示控制器24C通過信號導(dǎo)管(由虛線24E表示)給控制閥24A發(fā)送信號，選擇性地控制蓄積器24B上的背壓。
設(shè)置泵25用于將冷凝的液體介質(zhì)從蓄積器24B經(jīng)導(dǎo)管26送回聚合區(qū)。這樣，通過旋風(fēng)分離器13未除去的未反應(yīng)/反應(yīng)不足的催化劑和聚合物固體返回環(huán)管反應(yīng)器1用于進(jìn)一步聚合。
較低壓力的第二閃蒸罐15中的聚合物固體經(jīng)導(dǎo)管27通入常規(guī)干燥器28。離開第二旋風(fēng)分離器21的蒸氣在過濾裝置29中過濾后經(jīng)導(dǎo)管30通入壓縮器31以及壓縮蒸氣通過導(dǎo)管32通入冷凝器33，使蒸氣冷凝，冷凝液經(jīng)導(dǎo)管34通入儲存容器35。儲存容器35中的冷凝液體介質(zhì)典型地在塔頂放空以除去輕質(zhì)污染物。惰性稀釋劑可通過處理器床37除去催化劑毒物后返回或在裝置36中蒸餾以更完全地除去輕餾分然后通過處理器床返回。
現(xiàn)參見圖3，示出卸料導(dǎo)管8A穿過的一部分環(huán)管反應(yīng)器1的壁310。卸料導(dǎo)管8A可以不同角度延伸至反應(yīng)器中。理想地，卸料導(dǎo)管8A基本上與壁310成直角延伸至環(huán)管反應(yīng)器中。
壁310包括內(nèi)表面312和外表面314。內(nèi)表面312支撐用方向箭頭318表示的循環(huán)聚合漿液。卸料導(dǎo)管8A有頂部316A和連續(xù)的側(cè)面316B。部分側(cè)面316B限定開口320。開口320有由側(cè)面316B的壁320A和320B限定的垂直開口尺寸v1和v2。理想地，v1的尺寸大于v2的尺寸。開口320有水平開口尺寸h1和h2(未示出)。開口320可形成任何適合的形狀，如矩形、橢圓形或其組合。一實(shí)施方案中，開口320可以是圓錐形或杓形。
開口320與由頂部316A和側(cè)面316B的內(nèi)表面限定的通道322相通。通道322將捕獲的聚合物漿液如方向箭頭324所示輸送至卸料閥8B(未示出)。
相對于循環(huán)聚合漿液318的移動方向確定開口320的尺寸和位置。理想地，開口320在基本上面對循環(huán)聚合漿液318方向的適當(dāng)位置。更理想地，開口320面向循環(huán)漿液318的方向。這樣，在從鄰近環(huán)管反應(yīng)器1的內(nèi)壁312至伸入循環(huán)聚合漿液318中的距離限定的區(qū)域內(nèi)從循環(huán)聚合漿液318中取出一部分含有聚合物固體的聚合流出液324。這樣可在導(dǎo)管8A內(nèi)形成比其它循環(huán)聚合漿液中聚合物固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體。
聚合物固體的此重量百分率增加可能取決于卸料導(dǎo)管8A沿環(huán)管反應(yīng)器1的位置、卸料導(dǎo)管8A在環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的插入深度、開口320的大小和構(gòu)型、開口320相對于循環(huán)聚合漿液方向的取向、和循環(huán)聚合漿液318中聚合物固體的重量百分率。例如，使用v1尺寸為約5in.和h1尺寸為約lin.的卸料導(dǎo)管8A時觀察到計(jì)算的重量百分率增加1至5％。卸料導(dǎo)管8A位于與地面相鄰的環(huán)管反應(yīng)器壁314部分中環(huán)管反應(yīng)器1中90°彎曲的下游10ft.處。卸料導(dǎo)管8A向循環(huán)聚合漿液流中延伸約5.5in.。循環(huán)聚合漿液的速率在28至34ft/sec的范圍內(nèi)，聚合物固體的重量百分率在48至53的范圍內(nèi)。
參見圖4，示出壓力控制系統(tǒng)410。操作壓力控制系統(tǒng)410通過控制來自環(huán)管反應(yīng)器1的聚合流出液通過卸料導(dǎo)管8A的排放保持環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)壓力基本上均勻。控制系統(tǒng)410還在環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)壓力波動期間和/或聚合流出液從卸料導(dǎo)管8A至導(dǎo)管9的流動中斷和/或停止時起到防止卸料導(dǎo)管8A被聚合物固體堵塞的作用。
壓力控制系統(tǒng)410包括第一惰性稀釋劑源412(如異丁烷)和與環(huán)管反應(yīng)器導(dǎo)管416相通的惰性稀釋劑導(dǎo)管414。通過與流量元件420和流量指示控制器422協(xié)作的控制閥418控制惰性稀釋劑通過惰性稀釋劑導(dǎo)管414至環(huán)管反應(yīng)器導(dǎo)管416的流動。計(jì)量惰性稀釋劑從第一惰性稀釋劑源412至環(huán)管反應(yīng)器1的流量的目的是防止導(dǎo)管416被聚合物固體堵塞。這樣，與環(huán)管反應(yīng)器導(dǎo)管416相通的環(huán)管反應(yīng)器壓力元件441(后面論述)可更精確地監(jiān)測環(huán)管反應(yīng)器1中的壓力。
壓力控制系統(tǒng)410還包括第二惰性稀釋劑源424和第三惰性稀釋劑源426。惰性稀釋劑如異丁烷從第二惰性稀釋劑源424流入導(dǎo)管428，流向與導(dǎo)管432流體相通的控制閥430。控制閥430與流量元件431和流動指示控制器433協(xié)作計(jì)量惰性稀釋劑從第二惰性稀釋劑源424至導(dǎo)管432的流動。導(dǎo)管432與導(dǎo)管434和卸料導(dǎo)管8A流體相通，終止于卸料導(dǎo)管8A中在環(huán)管反應(yīng)器1和卸料閥8B之間的點(diǎn)。計(jì)量惰性稀釋劑從第二惰性稀釋劑源422至導(dǎo)管432的流動的目的是防止導(dǎo)管432被聚合物固體堵塞，否則可能從卸料導(dǎo)管8A反向流入導(dǎo)管432中。此外，來自第二惰性稀釋劑源422的惰性稀釋劑的流動還防止導(dǎo)管434和控制閥440被可能從卸料導(dǎo)管8A反向流入導(dǎo)管432中的聚合物固體堵塞。
來自第三惰性稀釋劑源426的惰性稀釋劑流入導(dǎo)管438，流向與導(dǎo)管434流體相通的控制閥440。如后面將更詳細(xì)地解釋的，如果環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)發(fā)生足夠的壓力波動，則控制閥440操作使足量流量的惰性稀釋劑在足夠的壓力下從第三惰性稀釋劑源426流出以從卸料導(dǎo)管8A中清除聚合物固體和/或排入環(huán)管反應(yīng)器1中。在此情況下，從第三惰性稀釋劑源426流入導(dǎo)管432的惰性稀釋劑流量一般大于從第二惰性稀釋劑源424流入導(dǎo)管432的惰性稀釋劑流量。例如，從第二惰性稀釋劑源424流入卸料導(dǎo)管8A的惰性稀釋劑流量可在0.5至低于2.0gal/min的范圍內(nèi)。從第三惰性稀釋劑源426流入卸料導(dǎo)管8A的惰性稀釋劑流量可在2.0至20gal/min的范圍內(nèi)。
環(huán)管反應(yīng)器壓力元件441和壓力指示控制器442完成幾個功能。如前面所述，壓力元件441通過導(dǎo)管416監(jiān)測環(huán)管反應(yīng)器1的壓力。根據(jù)此壓力，環(huán)管反應(yīng)器壓力元件441產(chǎn)生與導(dǎo)管416中壓力成比例的信號。此信號傳送給壓力指示控制器442。根據(jù)此信號和預(yù)定壓力值，壓力指示控制器442通過信號導(dǎo)管(由虛線444表示)給卸料閥8B和控制閥440發(fā)送信號。
在環(huán)管反應(yīng)器正常操作期間，卸料閥8B設(shè)置在允許聚合流出液從卸料導(dǎo)管8A流入導(dǎo)管9的位置。與此同時，關(guān)閉控制閥440防止惰性稀釋劑從第三惰性稀釋劑源426流入卸料導(dǎo)管。發(fā)生足夠的壓力波動和/或通過環(huán)管反應(yīng)器壓力元件441檢測到環(huán)管反應(yīng)器1中部分壓降時，壓力指示控制器442產(chǎn)生信號使卸料閥8B關(guān)閉，控制閥440打開。通過關(guān)閉卸料閥8B，從而中斷從環(huán)管反應(yīng)器1卸料，可恢復(fù)環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)的壓力。通過打開控制閥440，使足夠體積的惰性稀釋劑在足夠的壓力下從第三惰性稀釋劑源426流入卸料導(dǎo)管8A，可從卸料導(dǎo)管8A中沖出和/或清除留在卸料閥8B和環(huán)管反應(yīng)器1之間的卸料導(dǎo)管8A中的聚合物固體而返回環(huán)管反應(yīng)器1中。此外，通過在關(guān)閉卸料閥8B的同時保持足量的惰性稀釋劑(連續(xù)或不連續(xù))流入和/或通過卸料導(dǎo)管8A，防止環(huán)管反應(yīng)器1內(nèi)的聚合物固體進(jìn)入和/或明顯地收集在卸料導(dǎo)管8A中和/或堵塞卸料導(dǎo)管8A?；謴?fù)正常操作時，控制閥440關(guān)閉，終止來自第三惰性稀釋劑源426的惰性稀釋劑的流動，卸料閥8B打開，聚合流出液重新開始通過卸料導(dǎo)管8A流入導(dǎo)管9。
相信結(jié)合以下實(shí)施例將更好地理解本發(fā)明。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明而不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)施例1典型的乙烯聚合工藝可在約215°F的溫度和565psia的壓力下進(jìn)行。此工藝的一例產(chǎn)生約83000lb/hr的聚合流出液，包含約45000lb/hr聚乙烯聚合物固體和約38000lb/hr異丁烷和未反應(yīng)單體。連續(xù)排放的聚合流出液在壓力約240psia和溫度約180°F的第一閃蒸罐中閃蒸從塔頂排出約35000lb/hr稀釋劑和未反應(yīng)單體蒸氣和夾帶的顆粒。在卸料閥和第一閃蒸罐之間傳送期間通過適合的加熱裝置給所述聚合流出液提供附加量的熱量。除去細(xì)料之后，在不壓縮的情況下通過在約240psia的壓力和約135°F的溫度下?lián)Q熱使所述異丁烷蒸氣冷凝。聚合物漿液/固體從第一閃蒸罐底部排入密封室形成濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流，l/d之比為2.5的聚合物漿液/固體塞在l/d之比為5.5的8’4”長的密封室中形成壓力密封，所述密封室出口減壓器的錐角為約68°。濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流的停留時間為約16秒。所述濃縮聚合物漿液/固體從溫度約180°F和壓力約240psia的第一閃蒸罐底部連續(xù)排出，通過密封室、密封室出口減壓器和第二傳料導(dǎo)管至第二閃蒸罐上的原料入口。傳送至第二閃蒸罐的濃縮聚合物漿液/固體中剩余的液體介質(zhì)在約175°F的溫度和約25psia的壓力下閃蒸除去約4300lb/hr異丁烷和未反應(yīng)單體，通過加壓和換熱使之冷凝。
實(shí)施例2典型的乙烯聚合工藝可還在約215°F的溫度和565psia的壓力下進(jìn)行。此工藝的一例產(chǎn)生約83000lb/hr的聚合流出液，包含約45000lb/hr聚乙烯聚合物固體和約38000lb/hr異丁烷和未反應(yīng)單體。連續(xù)排放的聚合流出液在壓力約240psia和溫度約175°F的第一閃蒸罐中閃蒸從塔頂排出約23000lb/hr稀釋劑和未反應(yīng)單體蒸氣和夾帶的顆粒。除去細(xì)料之后，在不壓縮的情況下通過在約240psia的壓力和約112°F的溫度下?lián)Q熱使所述異丁烷蒸氣冷凝。聚合物漿液/固體從第一閃蒸罐底部排入密封室形成濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流，l/d之比為2.5的聚合物漿液/固體塞在l/d之比為5.5的8’4”長的密封室中形成壓力密封，所述密封室出口減壓器的錐角為約68°。濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流在密封室中的停留時間為約16秒。約60000lb/hr的濃縮聚合物漿液/固體從溫度約175°F和壓力約240psia的第一閃蒸罐底部連續(xù)排出，通過密封室、密封室出口減壓器和第二傳料導(dǎo)管至第二閃蒸罐上的原料入口。傳送至第二閃蒸罐的濃縮聚合物漿液/固體中剩余的液體介質(zhì)在約125°F的溫度和約25psia的壓力下閃蒸除去約16000lb/hr異丁烷和未反應(yīng)單體，通過加壓和換熱使之冷凝。
實(shí)施例3典型乙烯聚合工藝的一例在8支管的20in有沉降支管的反應(yīng)器中進(jìn)行，總長度為833ft，體積為11500gal。該反應(yīng)器配有單閃蒸罐(需要100％壓縮從反應(yīng)器中排出的所有稀釋劑)和一個460-480 kw的循環(huán)泵，泵壓頭在85至110ft的范圍內(nèi)，產(chǎn)生在21000至28000gal/min(gpm)范圍內(nèi)的循環(huán)速度，以間歇卸料方式操作。反應(yīng)器中聚合溫度在約215°F至218°F之間，壓力為565psia。
在實(shí)施例3的工藝中，反應(yīng)器漿液密度在0.555至0.565gm/cc的范圍內(nèi)，聚合物生產(chǎn)率在28000至31000lb/hr的范圍內(nèi)，同時反應(yīng)器固體濃度的重量百分率保持在46至48的范圍內(nèi)，聚合物停留時間在0.83至0.92小時的范圍內(nèi)。時空產(chǎn)率(STY)在2.4至2.7的范圍內(nèi)。實(shí)施例3的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)一步示于表1中。
實(shí)施例4說明高聚合物固體載荷的典型乙烯聚合工藝的另一例在8支管的20in反應(yīng)器中進(jìn)行，總長度為833ft，體積為11500gal。實(shí)施例4的反應(yīng)器配有雙閃蒸罐、單卸料導(dǎo)管和兩個串聯(lián)的循環(huán)泵，共890至920kw，總的泵壓頭在190至240ft的范圍內(nèi)，產(chǎn)生在23000至30000gpm范圍內(nèi)的循環(huán)速度，以連續(xù)卸料方式操作。反應(yīng)器中聚合溫度在約217°F至218°F之間，壓力為565psia。
在實(shí)施例4的工藝中，反應(yīng)器漿液密度在0.588至0.592gm/cc的范圍內(nèi)，聚合物生產(chǎn)率在38000至42000lb/hr的范圍內(nèi)，同時反應(yīng)器固體濃度的重量百分率保持在54至57的范圍內(nèi)，聚合物停留時間在0.68至0.79小時的范圍內(nèi)。時空產(chǎn)率(STY)在3.3至3.7的范圍內(nèi)。實(shí)施例4的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)一步示于表1中。
連續(xù)排放的聚合流出液在壓力約240psia和溫度約175°F的第一閃蒸罐中閃蒸從塔頂排出約16000lb/hr稀釋劑和未反應(yīng)單體蒸氣和夾帶的顆粒。除去細(xì)料之后，在不壓縮的情況下通過在約240psia的壓力和約112°F的溫度下?lián)Q熱使所述異丁烷蒸氣冷凝。聚合物漿液/固體從第一閃蒸罐底部排入密封室形成濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流，l/d之比為2.5的聚合物漿液/固體塞在l/d之比為5.5的8’4”長的密封室中形成壓力密封，所述密封室出口減壓器的錐角為約68°。濃縮聚合物漿液/固體的連續(xù)活塞流在密封室中的停留時間為約16秒。濃縮聚合物漿液/固體從溫度約175°F和壓力約240psia的第一閃蒸罐底部連續(xù)排出，通過密封室、密封室出口減壓器和第二傳料導(dǎo)管至第二閃蒸罐上的原料入口。傳送至第二閃蒸罐的濃縮聚合物漿液/固體中剩余的液體介質(zhì)在約125°F的溫度和約25psia的壓力下閃蒸除去約16000lb/hr異丁烷和未反應(yīng)單體，通過加壓和換熱使之冷凝。
表1乙烯聚合數(shù)據(jù)
討論基于以上描述和實(shí)施例，對所述裝置和方法可能有幾個觀察結(jié)果。
已觀察到通過提高環(huán)管反應(yīng)器循環(huán)泵的壓頭和流量，可使更高重量百分率的固體在反應(yīng)器中循環(huán)。還觀察到在45wt％以上增加固體的重量百分率和/或增加反應(yīng)器長度時由一個泵獲得必需的壓頭和流量的難度增加。因此，使用兩個串聯(lián)的泵可使泵送壓頭和所得固體百分率成倍增加。環(huán)管反應(yīng)器中固體的重量百分率增加使催化劑的停留時間延長，對于氧化鉻和齊格勒-納塔催化劑，使催化劑生產(chǎn)率增加。在催化劑進(jìn)料速度降低的情況下通過保持生產(chǎn)率不變選擇利用較高百分率的固體和較長的停留時間，改變催化劑產(chǎn)率?；蛘弑３执呋瘎┻M(jìn)料速度不變，增加反應(yīng)器生產(chǎn)量，從而在催化劑生產(chǎn)率幾乎不變的情況下增加STY。較高的固體還增加從反應(yīng)器中排出的固體的重量百分率，降低循環(huán)設(shè)備中異丁烷的加工成本。理想地，連續(xù)地排出所述較高的固體。可通過單點(diǎn)卸料管線進(jìn)行連續(xù)卸料。
在環(huán)管反應(yīng)器中，不可能始終使所述連續(xù)卸料管線位于最佳位置以利用離心力增加固體的重量百分率從而降低聚合物固體中夾帶異丁烷的量。已觀察到圖3所示專門設(shè)計(jì)的管插入環(huán)管反應(yīng)器中可增加從反應(yīng)器中排出固體的重量百分率。此插管將在環(huán)管反應(yīng)器的任何部分中起作用，在直管部分中將使固體的重量百分率增至等于利用離心力濃縮固體的位置。
在環(huán)管反應(yīng)器和兩級閃蒸中高重量百分率固體循環(huán)能力的進(jìn)展，與有低固體循環(huán)、單級閃蒸、連續(xù)卸料管線和連續(xù)卸料等傳統(tǒng)環(huán)管反應(yīng)器操作相比，反應(yīng)器卸料中濃縮固體的需要降低。因此，設(shè)計(jì)使卸料之前聚合物固體濃度最大的傳統(tǒng)環(huán)管反應(yīng)器沉降支管可用連續(xù)卸料管線代替，機(jī)械上使該系統(tǒng)簡化，降低投資成本，改善安全性，減少保養(yǎng)并改變反應(yīng)器的控制。沉降支管因其堵塞傾向需要常規(guī)保養(yǎng)，可能形成堵塞下游聚合物處理設(shè)備的物質(zhì)。在卸料之間乙烯濃度升高的情況下聚合物在支管中生長而堵塞支管的傾向?qū)е颅h(huán)管反應(yīng)器的最大乙烯濃度受沉降支管限制。連續(xù)卸料消除了此傾向。連續(xù)卸料的另一優(yōu)點(diǎn)是更好地根據(jù)反應(yīng)器壓力的突降(如果乙烯流量迅速下降則可能發(fā)生壓力突降)。在此情況下，沉降支管將停止卸料而可能在幾分鐘內(nèi)被聚合物堵塞。
增加所述兩級閃蒸系統(tǒng)效率的進(jìn)展是連續(xù)閃蒸管加熱器。該加熱器將使高達(dá)100％的從反應(yīng)器中與聚合物一起排出的稀釋劑氣化，這將使通過中等壓力冷凝器回收稀釋劑的回收率更高。通過所述第一閃蒸罐回收稀釋劑將降低應(yīng)用和投資成本。傳統(tǒng)的低壓單級稀釋劑回收系統(tǒng)包括壓縮、蒸餾和處理，有很高的投資和操作成本。閃蒸管加熱器將增加下游干燥器系統(tǒng)中聚合物的溫度，使最終產(chǎn)品中揮發(fā)分含量較低，降低可變成本、改變安全性并有利于達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
所述第一閃蒸罐提供中壓閃蒸步驟，可使稀釋劑簡單冷凝而返回反應(yīng)器。所述閃蒸管加熱器能提供足夠的熱量使高達(dá)100％的稀釋劑在第一閃蒸罐中氣化。
稀釋劑蒸氣和未反應(yīng)/反應(yīng)不足的催化劑/聚合物細(xì)料由閃蒸罐頂部進(jìn)入旋風(fēng)分離器。聚合物主體從第一閃蒸罐底部經(jīng)密封室至第二閃蒸罐。
與第一閃蒸罐底部相連的是密封室，提供低停留時間的活塞流區(qū)域以控制聚合物含量，保持第一閃蒸罐中的壓力。密封室設(shè)計(jì)用于容納由濃縮漿液形成的一些聚合物以干燥聚合物。
旋風(fēng)分離器接收來自第一閃蒸罐的塔頂餾出物流，除去大部分聚合物細(xì)料，通過雙閥系統(tǒng)使之返回第二閃蒸罐中的聚合物主流，雙閥系統(tǒng)使所述細(xì)料在兩閥之間積累，然后通過下面的閥排放，同時保持第一閃蒸系統(tǒng)中的壓力。來自旋風(fēng)分離器的塔頂餾出物流含有一些未反應(yīng)/反應(yīng)不足的催化劑和聚合物細(xì)料。這些顆粒被稀釋劑蒸氣帶入冷凝器中，被冷凝后的液體稀釋劑夾帶，收集在累積器中，而在稀釋劑中返回所述反應(yīng)器。設(shè)計(jì)和操作所述冷凝和累積器系統(tǒng)以適應(yīng)細(xì)料。
所述冷凝器提供了通過第一閃蒸罐與聚合物一起從反應(yīng)器中排出的稀釋劑的低可變和投資成本的液化。傳統(tǒng)的單閃蒸罐系統(tǒng)使聚合流出液閃蒸至剛高于環(huán)境壓力，在循環(huán)至環(huán)管反應(yīng)器之前需要壓縮使稀釋劑液化。中壓閃蒸可用商購冷卻介質(zhì)如Plant冷卻水冷凝。所述冷凝器系統(tǒng)用稀釋劑沖洗，設(shè)計(jì)適應(yīng)細(xì)料水平而不積聚或堵塞。所述冷凝器用調(diào)合水系統(tǒng)冷卻，控制冷凝溫度以在累積器中獲得適當(dāng)?shù)恼魵鈮簭亩赏ㄟ^累積器排氣口上的壓力控制閥有效地控制壓力。所述冷凝器的調(diào)合水系統(tǒng)是圍繞環(huán)管泵送的冷卻水，其溫度通過按需要計(jì)量新鮮的冷卻水控制。
累積器接收冷凝的稀釋劑和催化劑/聚合物細(xì)料，基于累積器中的液位控制將混合物泵送回環(huán)管反應(yīng)器。所述累積器有設(shè)計(jì)適應(yīng)細(xì)料的底部形狀。累積器上的排氣口清除所累積稀釋劑的輕餾分/未冷凝物，并控制第一閃蒸系統(tǒng)的壓力。
第二閃蒸罐(在剛高于環(huán)境壓力下操作)接收來自第一閃蒸罐密封室的聚合物。如果在第一閃蒸罐中未實(shí)現(xiàn)完全氣化，則在第二閃蒸罐中發(fā)生完全氣化。聚合物離開第二閃蒸罐的底部至干燥器系統(tǒng)。所述閃蒸管加熱器將提高聚合物的溫度，使所述干燥器系統(tǒng)能更有效地除去殘余的揮發(fā)分。第二閃蒸罐的塔頂餾出物將是第一閃蒸系統(tǒng)中未回收的稀釋劑蒸氣，將被過濾和壓縮而返回環(huán)管反應(yīng)器。
雖然已結(jié)合具體實(shí)施方案描述和說明本發(fā)明，但本發(fā)明適于本文未說明的許多不同改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。為此，只應(yīng)根據(jù)所附權(quán)利要求書確定本發(fā)明的真實(shí)范圍。
雖然所述權(quán)利要求書根據(jù)US專利法是單從屬的，但任何從屬權(quán)利要求中的每一特征都可與其它從屬或獨(dú)立權(quán)利要求的每一特征組合。
權(quán)利要求
1．用于從環(huán)管反應(yīng)器中的循環(huán)漿液中捕獲比所述循環(huán)漿液中固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體的裝置，所述循環(huán)漿液在所述環(huán)管反應(yīng)器中以一方向循環(huán)，所述裝置包括有第一端的導(dǎo)管，其中所述第一端向所述環(huán)管反應(yīng)器中延伸一段距離，所述導(dǎo)管還有限定開口的部分，其中所述開口相應(yīng)于所述循環(huán)漿液的方向設(shè)置。
2．權(quán)利要求1的裝置，其中所述開口面對所述循環(huán)漿液的方向。
3．權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管的一部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外伸出。
4．權(quán)利要求3的裝置，其中所述聚合物固體通過從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外伸出的導(dǎo)管部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中排出。
5．權(quán)利要求4的裝置，其中所述聚合物固體通過從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外伸出的導(dǎo)管部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中連續(xù)排出。
6．用于從環(huán)管反應(yīng)器中的循環(huán)漿液中捕獲比循環(huán)漿液中聚合物固體的重量百分率更高重量百分率的聚合物固體的方法，所述循環(huán)漿液在所述環(huán)管反應(yīng)器中以一方向循環(huán)，所述方法包括以下步驟使具有限定開口的部分的導(dǎo)管向環(huán)管反應(yīng)器中延伸一段距離，其中所述開口延伸至所述循環(huán)漿液中。
7．權(quán)利要求6的方法，包括基本上面對所述循環(huán)漿液的流動方向設(shè)定所述開口位置的步驟。
8．權(quán)利要求6的方法，包括使所述導(dǎo)管的一部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外伸出的步驟。
9．權(quán)利要求8的方法，包括通過從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外延伸的導(dǎo)管部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中排放所述聚合物固體的步驟。
10．權(quán)利要求9的方法，包括通過從所述環(huán)管反應(yīng)器中向外延伸的導(dǎo)管部分從所述環(huán)管反應(yīng)器中連續(xù)地排放所述聚合物固體的步驟。
11．用于從與環(huán)管反應(yīng)器相連并與所述環(huán)管反應(yīng)器流體相通的導(dǎo)管中清除聚合物固體的裝置，包括一個傳感器；與所述導(dǎo)管流體相通的第一閥門；位于第一惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間的第二閥門，其中所述第一惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通；其中根據(jù)所述傳感器所產(chǎn)生的信號，關(guān)閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，使所述第一惰性稀釋劑在足以從所述導(dǎo)管中清除聚合物固體的壓力下以足夠的量進(jìn)入所述導(dǎo)管。
12．權(quán)利要求11的裝置，其中所述傳感器為壓力傳感器。
13．權(quán)利要求11的裝置，其中所述導(dǎo)管有第一端，所述第一端向所述環(huán)管反應(yīng)器中延伸一段距離，與所述第一端相鄰的部分限定開口。
14．權(quán)利要求11的裝置，還包括位于第二惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間的第三閥門，其中所述第二惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通；其中，當(dāng)打開所述第一閥門并關(guān)閉所述第二閥門時，打開所述第三閥門使第二惰性稀釋劑進(jìn)入所述導(dǎo)管。
15．用于從與環(huán)管反應(yīng)器相連并與所述環(huán)管反應(yīng)器流體相通的導(dǎo)管中清除聚合物固體的方法，包括以下步驟根據(jù)來自第一傳感器的第一信號關(guān)閉第一閥門，其中所述第一閥門與所述導(dǎo)管相連并與之流體相通；根據(jù)來自第二傳感器的第二信號打開第二閥門，其中所述第二閥門與第一惰性稀釋劑和所述導(dǎo)管之間流體相通，所述第一惰性稀釋劑與所述環(huán)管反應(yīng)器和所述第一閥門之間的導(dǎo)管流體相通；在足以從所述導(dǎo)管中清除聚合物固體的壓力下使足量的第一惰性稀釋劑流入所述導(dǎo)管。
16．權(quán)利要求15的方法，其中所述第一和第二傳感器相同。
17．權(quán)利要求15的方法，其中所述第一和第二信號相同。
18．用于使細(xì)料返回環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中的裝置，包括用于將一部分聚合漿液從環(huán)管反應(yīng)器排入第一傳料導(dǎo)管的卸料閥；所述第一傳料導(dǎo)管將所述聚合漿液傳送至第一閃蒸罐中，所述第一閃蒸罐使一部分聚合漿液轉(zhuǎn)化成第一流體，所述第一流體包含稀釋劑和所述細(xì)料；第二傳料導(dǎo)管將所述第一流體傳送至第一旋風(fēng)分離器中，所述第一旋風(fēng)分離器使一部分第一流體轉(zhuǎn)化成第二流體，所述第二流體包含所述稀釋劑和所述細(xì)料；第三傳料導(dǎo)管將所述第二流體傳送至換熱器中，所述換熱器使所述第二流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和所述細(xì)料的液體；和第四傳料導(dǎo)管將所述液體傳送至所述環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中。
19．權(quán)利要求18的裝置，還包括第一傳料導(dǎo)管加熱器用于在所述第一傳料導(dǎo)管加熱器和所述聚合漿液之間換熱。
20．用于使細(xì)料返回環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中的方法，包括以下步驟從所述環(huán)管反應(yīng)器中排出一部分聚合漿液；將所排出的聚合漿液傳送至第一閃蒸罐中；在所述閃蒸罐中使一部分聚合漿液轉(zhuǎn)化成第一流體，所述第一流體包含稀釋劑和所述細(xì)料；將所述第一流體從所述第一閃蒸罐傳送至第一旋風(fēng)分離器中；在所述旋風(fēng)分離器中使一部分第一流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和所述細(xì)料的第二流體；將所述第二流體傳送至換熱器中；在所述換熱器中使所述第二流體轉(zhuǎn)化成包含所述稀釋劑和所述細(xì)料的液體；和使所述液體返回所述環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中。
21．用于從以大于2.8lbs/hr-gal的時空產(chǎn)率操作的環(huán)管反應(yīng)器中的聚合漿液中產(chǎn)生聚合物的方法，包括以下步驟在所述聚合漿液中形成所述聚合物，其中所述聚合漿液包含液體介質(zhì)和固體；通過卸料閥將所述聚合漿液排入第一傳料導(dǎo)管，所述聚合漿液在排出之后稱為聚合流出液；在所述第一傳料導(dǎo)管中將所述聚合流出液加熱至低于所述聚合物的熔融溫度的溫度；將所述聚合流出液經(jīng)所述第一傳料導(dǎo)管傳送至第一閃蒸罐中，其中所述第一閃蒸罐中的壓力和所述加熱后的聚合流出液的溫度使約50％至約100％的所述液體介質(zhì)氣化；通過熱交換使所述第一閃蒸步驟中獲得的蒸氣冷凝；使聚合物固體從所述第一閃蒸罐經(jīng)密封室排入第二閃蒸罐，所述密封室的尺寸足以使足以保持壓力密封的大量聚合物固體保持在所述密封室中；將所述聚合物固體傳送至第二閃蒸罐中；使所述聚合物固體受到從第一閃蒸罐中的較高壓力至第二閃蒸罐中的較低壓力的減壓；和將所述聚合物固體從所述第二閃蒸罐中排出。
22．權(quán)利要求21的方法，其中所述聚合漿液中固體的重量百分率大于47。
23．權(quán)利要求21的方法，其中所述環(huán)管反應(yīng)器在總循環(huán)泵送壓頭/反應(yīng)器長度大于0.15ft/ft下操作。
24．權(quán)利要求21的方法，其中所述環(huán)管反應(yīng)器在循環(huán)泵送壓頭大于或等于200ft下操作。
25．權(quán)利要求21的方法，其中通過多個泵使所述聚合漿液在所述環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，其中所述體積大于20000gal。
26．權(quán)利要求21的方法，其中所述環(huán)管反應(yīng)器有多于8個立式支管。
27．權(quán)利要求21的方法，其中用配有溫控?fù)Q熱介質(zhì)的換熱器完成所述冷凝步驟中的熱交換。
全文摘要
公開了用于從包含稀釋劑、未反應(yīng)單體和聚合物固體的聚合流出液中連續(xù)地分離包含稀釋劑和未反應(yīng)單體的液體介質(zhì)的方法/裝置,包括:通過卸料閥和傳料導(dǎo)管將所述聚合流出液連續(xù)地從淤漿反應(yīng)器排入第一中壓閃蒸罐,第一閃蒸罐具有由以等于或大于所述漿液/聚合物固體的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定的錐形底部和出口密封室,其長度(1)和直徑(d)使要求體積的濃縮聚合物固體/漿液保持在所述出口密封室中而形成壓力密封,同時將所述第一閃蒸罐的濃縮聚合物固體/漿液底部產(chǎn)品的活塞流連續(xù)地從所述出口密封室經(jīng)密封室出口減壓器排入較低壓力的第二閃蒸罐中,所述減壓器具有由以等于或大于除去約50至100%惰性稀釋劑之后剩余的聚合物固體的滑動角的角度向水平方向傾斜的基本上直的側(cè)面限定的傾斜側(cè)面。
文檔編號B01J19/24GK1302225SQ99806327
公開日2001年7月4日 申請日期1999年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月18日
發(fā)明者J·A·肯德里克, T·W·陶勒斯, S·T·羅杰 申請人:?？松瘜W(xué)專利公司