CN101035612B - 从聚合反应器中排放聚合物的方法 - Google Patents

Abstract

从连续操作的聚合反应器中排放聚合物的方法，其中至少一种单体发生聚合形成聚合物颗粒，该方法包括通过具有与致动器相连的活塞体的活塞阀来调节聚合颗粒的排放速率，所述致动器能调节所述活塞阀内的活塞冲程。

Description

从聚合反应器中排放聚合物的方法

技术领域

本发明涉及一种用于从连续操作的聚合反应器中排放聚合物颗粒的方法和装置。更确切地说，本发明将具有特定功能设计的活塞阀应用于聚合反应器出口，其目的是很好地调节从反应器中排放聚合物的速率。

背景技术

众所周知，从聚合反应器中排放聚合物产品可以采用间歇或连续的方式。例如，在气相流化床反应器的情况下，一种常用的间歇方法由以下步骤组成：当气相反应器里面的表面水平因聚合结果而提高时，聚合颗粒通过开关阀排放到出口容器。一部分流化气体与颗粒一起进入该容器，并被压缩循环回到流化床，同时回收除去气体的颗粒并选择性地进入下一步工艺。然而，这种间歇排放伴随着一些严重的缺点，即系统比较复杂。它包括几种相态和一系列开关阀，这些开关阀一般要在一小时内操作几十次。在大型聚合设备中，需要至少两个排放系统或更多。这种特点导致间歇排放系统需要比较昂贵的投资和高的维持费用。此外，如果间歇排放系统阻塞或者出现严重失误，则整个聚合设备就必须停产。关于操作点方面，当聚合产品从反应器中排放时，非连续操作的出料系统导致聚合床的液位出现大的波动。这种波动会影响单体浓度和其它参数，例如氢气和共聚单体的浓度，这些参数的共同作用对聚合产品质量有着很大的影响。

非连续操作还涉及在阀的出口处有较宽的压力变化，由此需要阀下游处有较大的体积以减少压力的波动。

EP0006288和EP0245043介绍了一些从聚合反应器排放聚合物颗粒的系统。

在EP0006288中，排放受到倾斜杆的影响，该倾斜杆从反应器顶部直达靠近底部的一点。倾斜杆与开关阀连接，该开关阀间歇性地打开。当阀打开时，聚合物和单体的混合物经过旋风分离器，其中大部分的单体从聚合物中分离。

EP0245043教导了一种用于对烯烃聚合物进行脱气和造粒的装置，其中出口管安装在固定的容器上，该固定容器位于交替打开的两阀之间。将从反应器排放出来的气体和固体颗粒混合物在初级脱气装置中进行处理，将固相物质与伴随着颗粒的一部分气体分离开来。应该注意到，在EP0006288和EP0245043中描述的控制阀实际上都是间歇操作的，这意味着没有连续的聚合颗粒流体通过出口嘴。因此，这些系统都只仅仅在具有前述缺点的间歇釜基础上进行改进。

只要对聚合物的排放速率进行连续的调整控制，连续操作的聚合反应器就能够稳定地、可靠地运行。实际上，即使操作条件(温度、压力、单体浓度)的轻微变动都会引起聚合物生产速度有相当大的增加或减少：因此，为维持聚合反应器的稳定运行，需要在聚合物的排放管线上安装控制设备。

直到现在，还认为活塞阀不适合在从反应器中排放聚合物的排放管线上用作控制阀。采用能阻止从容器到管的流体流动的阀通常都是开关阀。由于活塞能在阀体两个极端位置之间滑动，位于阀体内部的活塞的位置能够允许或不允许流体通过管。活塞的第一位置并不阻碍流体通过管道(位置“开”)，而第二位置则完全阻止流体通过管道(位置“关”)：中间的操作位置则不是这种类型的阀所预期的。

由于该开关的作用，所以活塞阀优选用作在压力条件下反应器操作时的倾泻阀。作为例子，将它们用于本体聚合方法中，当反应器压力超过装置安全上限时，执行倾泻浆料：这是一个并不需要调整流速的典型应用。

因为这个原因，弓形球阀或偏心转动类型阀通常被用作聚合反应器出口的控制阀。例如，根据EP1159305所公开的内容，自由流动的聚合物颗粒从流化床反应器经由排放管连续地排放出来，同时在气相反应器内控制流化床的表面水平。通过控制排放管的聚合材料流体来维持进入反应器内的正常床体水平。为了达到该目的，在反应器出口嘴处安装用于聚合物排放的连续操作的控制阀。EP1159305的排放系统包括出口嘴、控制阀和床体液位指示器：球阀、V形球阀和水带阀门用作连续操作控制阀。将排放管线和控制阀都间歇地用脉冲气流反冲洗以防止它们堵塞。

应该注意到，弓形球阀或者偏心转动阀都是通过塞子(具有特殊切口的半球形)在流体压力和塞子本身开口的作用下、在球形槽内的相对运动来控制流体流动的。这种阀在球形槽的前面还包括引入区：因此，如果将这种类型的阀直接连接到反应器壁的聚合物排放嘴口时，假如设备产率很低或者阀被关闭，在所述引入区将会产生严重的问题。实际上，在阀完全关闭后，反应中间体和成长中的聚合物颗粒将会继续流进所述引入区，并在所述区里面发生聚合，因此导致阀本身堵塞。

为了避免这种缺点，通常将开关阀或者隔断阀例如活塞阀置于排放嘴和控制阀之间。因此，具有控制阀作用的球形阀或者类似的旋转类型阀不能直接与反应器壁上的排放嘴相连，通常要在该类型的阀的上游加安装开关阀。优选在控制阀的上游和下游都安装上开关阀以保持所述的阀避免聚合反应器以及阀下游装置的压力损失。因此，按照现在的工业技术，一般按照下列顺序在聚合物排放线上布置阀：首先是开关阀、用作控制阀的弓形球阀或者偏心转动阀、第二开关阀。阀在反应器排放线上的这种布置顺序涉及以下一些缺点。

首先，这样数量的阀的正确运行需要常规和非常规的维持费用，由此导致聚合装置的操作费用增加。

最重要的，在到达控制阀之前，聚合物颗粒的流动被迫通过相对长的管道和至少一个开关阀。在低产率的操作情况下，由于进入的聚合物颗粒不能被充分冷却并且聚合反应继续进行，所以很可能会导致聚合物在管道或开关阀里面结块。这种事件发生的几率取决于聚合物颗粒在管道和开关阀里面的停留时间。实质上，在当前所使用的布置中(如图1所示)，聚合物流经的从反应器出口至控制阀之间的距离因工艺操作需要而缺乏可缩减性。

如前所述，在聚合方法中，强烈需要减少聚合反应器与用于控制从反应器出来的聚合物的流动的阀之间的距离，目的是，当阀由于任何原因(紧急情况或其它涉及关闭排放阀的原因)关闭时，减小发生堵塞排放管线的风险。

现已发现，在聚合物排放线上插入活塞阀当作控制阀能减小堵塞排放线的风险，另一个优点是能达到准确和即时地控制从反应器排放聚合物的流动速率。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是提供一种从连续操作的聚合反应器中排放聚合物的方法，其中至少一种单体聚合形成聚合物颗粒，该方法通过具有与致动器相连的活塞体的活塞阀来调整聚合物颗粒的排放速率，所述致动器能够控制位于活塞阀里面的活塞的冲程。

本发明方法能成功适用的聚合方法包括气相聚合方法和液相聚合方法。与现有技术相比，本方法在从反应器中排放聚合物颗粒的控制上更加精确和可靠。在聚合反应器出口用活塞替代球作为控制装置，当阀关闭时(紧急情况等)，能避免排放线的堵塞，因此，当装置的生产产量低时，能减小聚合物结块的形成。为了该目的，活塞阀必须做些变化以使得其能当作控制阀来工作。一个重要的修改是将活塞与致动器相连，这使得能够选择性在阀内置换活塞，从而调节其冲程。

本发明的活塞阀的结构安排包括：

-阀体和能在阀体内部滑动的活塞；

-排放管道，和

-形成于所述排放管道进口处的特殊形状的开口。

优选还具有插入阀体内部的轴套。活塞体是能在所述轴套里面滑动的固体圆柱，或者，如果在阀体内部没有轴套。活塞体的位置可以允许或不允许聚合物从排放管道通过。排放管道的轴线通常与阀的轴线形成的角度在30°到90。之间，优选从40°到60°。排放管道的入口布置在沿着阀的轴线上，离阀本身入口有一个合适距离。在所述排放管道的入口处形成的特殊形状的开口允许实现特定的控制行为，这将在后面解释。

根据本发明方法，活塞阀能够直接附在聚合物排放线上的反应器壁上，以便悬浮在液相或气相的聚合单体中的聚合物颗粒能直接进入阀体。当阀关闭时，活塞体推向反应器壁，从而活塞体末端表面与反应器壁基本上是对齐的。结果是，聚合物原料不能填充阀的任何部分，因此确保排放线的连续可操作性。与球阀作为控制阀相比，这是一个重要的优点，而当采用球阀时，当阀完全关闭后，反应介质和成长中的聚合物颗粒能够继续流经阀体里面的一部分，将会发生不需要的聚合反应以及随后的阀体本身堵塞。

附图说明

下面本发明将会参照所附附图进行更加详细的描述，附图只是说明性的并不限制本发明的范围。

图1表示现有技术的在从聚合反应器中排放聚合物的排放线上的阀安装的安装顺序。

图2是本发明方法的用来控制反应器聚合物排放的活塞阀的剖视图：该图中活塞阀处于全开状态。

图3是本发明方法的用来控制反应器聚合物排放的活塞阀的剖视图：该图中活塞阀处于全闭状态。

具体实施方式

根据现有技术，图1表示在从聚合反应器中排放聚合物的排放线10上阀通常的安装顺序。该聚合反应器是流化床反应器1，包括聚合物流化床2、流化盘3、减速区4和气态单体的循环线5。

开关活塞阀7位于排放管嘴6和用作控制阀的球形阀8之间。另一个活塞阀9位于球形阀8的下游。如图1所示，聚合颗粒流体在到达控制阀8之前被迫经过相对较长的管道和至少一个开关控制阀。正如本发明背景技术中指出的那样，现有技术中的安排会很容易导致聚合物在排放管嘴6和控制阀8之间形成附聚物。

图2是本发明方法中的活塞阀的剖视图，活塞阀处于全开状态。

将活塞阀法兰盘式地直接附接安装在聚合反应器12的反应器壁11上。阀包括阴影部分表示的阀体13、活塞单元15和排放管道18。用交叉阴影线表示的轴套14沿着阀轴线安装在阀体13的内部。活塞15是能够在上述轴套14内滑动的固体圆柱，并与能够选择性地在阀体13内放置活塞15的致动器16相连，由此控制冲程。活塞15沿着轴套14轴向移动。

通过图2很容易能够理解，活塞15在轴套14中的相对位置能够引起或不引起聚合颗粒从反应器12通过排放管道18排放。特殊形状的开口19位于轴套14和排放管18的交叉部分，所述的开口19构成了排放管18的入口。在图2的左侧，表示处了所述开口19的放大的几何剖面图。

为了清楚起见，本发明中通篇所用的术语“活塞末端E”都是指活塞15朝向反应器壁11的那一端。参考所述的末端E在活塞冲程的位置，可定义下列操作位置：

-对应着活塞末端E与反应器壁11对齐的位置A；

-位置B，活塞末端E开始不封闭特殊形状的开口19；

-位置C，活塞末端E完全不封闭特殊形状的开口19。

根据本发明的方法，将活塞15通过轴套14的运动定义为两种不同的冲程。在最初的AB段，包括上述定义的位置A和位置B之间，活塞冲程不通过致动器16致动。这意味着沿着AB段，活塞冲程实质上不起作用，活塞阀不提供开或关的功能：从A到B的中间位置不是操作位置。

相反，在活塞冲程的第二和相继BC段，包括上述定义的位置B和位置C之间，活塞末端E的位置导致开口19的不同开度，因此，活塞冲程由致动器16控制。结果，聚合物颗粒离开聚合反应器12的流体速率仅由活塞15在活塞冲程的BC段的运动来控制。

为获得该技术效果，活塞15与致动器16机械地相联，如图2所示，致动器16包括第二活塞17和两个压力腔21和25。致动器16的活塞17在所述的压力腔21和25之间摆动。此外，致动器16与阀定位器22连接。当然，所述致动器的选择并不限制本发明的范围，可采用任何能够前后移动阀体活塞15的致动器。例如，致动器16的活塞17还可采用液压致动。

图2表示径20与空气驱动的活塞17连接，该活塞能在压力腔21和25之间前后移动。

如前所述，致动器16的活塞17与阀定位器22连接，该定位器能够根据来自过程控制器的输入信号正确地控制致动器的位置，从而准确地控制。尤其是，定位器22从高级过程控制器(APC)收到电或空气信号，并且将所述信号与通过位置连杆26测定的致动器16的活塞17的位置进行比较。如果收到的信号与活塞17的位置不同，则定位器22发出所需的动力，一般通过压力流体来移动活塞17，直至达到正确的位置。一般来说，定位器根据来自过程控制器(APC)的4-20mA的输入信号来产生输出位置。

因此，为了关闭阀，将从定位器22输出的压力流体、优选空气通过管线23引入到压力腔21内。

反之亦然，为了打开阀，将从定位器22输出的压缩空气通过管线24引入到压力腔25内，同时将压缩空气通过管线23从腔21抽出。

任何从APC到定位器22的输入信号的变化都涉及活塞17和径20的各自运动以及相应地在阀体13内部的活塞15的各自运动。

在图2的排列中，活塞末端E处于位置C时，对应着阀完全打开。

相反地，图3是与图2的相同活塞阀的剖视图，区别是活塞末端E与反应器壁完全对齐(位置A)：这相当于阀完全关闭。可以识别与图2所述的相同的元件。

根据本发明的控制聚合物排放的方法，所述的活塞阀在活塞15沿着冲程AB段运动时，能便利地当作开关阀来操作。因此，定位器22能够提供急剧的压力变化输入到连接致动器的管线23和24内，从而快速地将活塞末端E从位置A移动到位置B或从位置B移动到位置A。例如，来自APC的前述常规信号值为p₀时，活塞末端E位于位置A处，此时活塞末端与反应器壁接触(阀完全关闭)。所述信号的微小变化、例如增加或减少5％能够导致活塞15快速移动到以不封闭特殊形状的开口19的位置(位置B)。因而，提高中断从聚合反应器排放聚合物的需要、阀的完全关闭(位置A)将需要非常短的时间，约为1-5秒。在这种情况下，活塞15的运动快速地将聚合物颗粒推回反应器中，聚合物没有机会进入轴套14以及堵塞活塞阀。同样，当聚合反应器启动并且准备排放聚合物时，从阀的完全关闭状态到聚合物的排放速率开始得到很好地控制(位置B)：这就是聚合物覆盖距离AB的时间，这一段时间需要控制地非常短。

正如所述的那样，本发明的活塞阀在活塞15沿着冲程BC段运动时应便利地当作调制阀来操作。因此，从位置B开始，定位器22能提供增加的压力信号，以便活塞沿着BC段的进展随着信号的增加大约呈线性。活塞末端从B到C的相对位置导致开口19不同水平的开度，因此调节聚合物颗粒从聚合反应器12的排放以及进入排放管18的速度。为了使得所述的调节行为尽可能地有效，开口19不是椭圆形，这可能是两个中空圆柱交叉的结果(轴套14和排放管18)，但是它在轴套14上形成特殊的形状。

图2和3表示在轴套14与排放管18的进口的相应位置形成的开口19的特殊几何轮廓。从中可看出，所述开口19的第一部分、准确地说靠近反应器壁的那一部分是V型并且形成顶点在B处的三角形。另一方面，所述开口19的剩余部分是末端点为C的椭圆形。

在某些情况下，根据控制的需要，活塞15的冲程可任选地停在位置C之前，以便开口19的椭圆形部分可保持不被覆盖。

第一部分的三角形可以实现二次方控制特性。优点是，所述的控制特性接近等量百分比：这意味着定位器22给出的压力信号增长的百分比例包括聚合物进入排放管18的实际流速增长的百分比例。

三角形的另外一个优点是当低生产量的聚合物从反应器排放时，该形状能使得更精确地控制聚合物的流速。实际上，与椭圆形相比，V型在最大程度上将与聚合物颗粒一起排放出来的聚合中间单体的量降至最小：因此，回收并循环到聚合物反应器的未反应单体的量最小。

由于本发明方法可成功地适用于在液相和气相中进行的聚合方法，因此，与聚合物一起排出的反应介质可以是液体或气体的。

当然，必须在本发明活塞阀的下游设置将未反应单体从聚合物中分离出来的设备。所述分离设备可以根据回收单体是液态还是气态进行选择。

作为在液相中连续操作的聚合方法的一个例子，本发明的排放方法能成功地适用于环管聚合反应器，其中一种或多种液相单体与聚合颗粒形成淤浆形态。

作为在气相中连续操作的聚合方法的一个例子，本发明的排放方法能成功地适用于如EP1012195所述的具有互相连接的反应区的聚合反应器。所述的气相工艺在两个聚合反应区进行，生长的聚合颗粒在快速流化的条件下经过第一聚合反应器(提升管)，离开所述提升管后，进入第二聚合区(下降管)，在重力作用下它们形成密集态：在两个聚合区，聚合物能够形成循环。本发明的活塞阀可以法兰盘式地安装在下降管的底部部分的反应器壁上，因此能实现本发明排放聚合物方法的所有固有的优点。

本发明方法同样也适于其它气相聚合反应器，例如流化床反应器和搅拌床反应器。

本发明的另一个目的是提供用于从连续操作的聚合反应器中排放聚合物的装置，所述装置具有以下主要优点：1)减少堵塞聚合物排放线的风险；2)提供精确并且准时的聚合物排放速率的控制。

因此，本发明还提供一种用于从连续操作的聚合反应器中排放聚合物的装置，其中至少一种单体在聚合催化剂作用下发生聚合反应，该装置如图2或3所示，并且包括：

-活塞阀，该活塞阀法兰盘式地安装在聚合反应器12的壁11上的，或者安装在与其非常接近的地方，所述活塞阀具有能在阀体13内部滑动的活塞体15；

-连接活塞体15的致动器16，所述致动器16能够调节在阀体13内部的活塞体15的冲程。

-与所述致动器16相连的阀定位器22。

本发明的排放装置的活塞阀优选包括插入阀体13的轴套14和排放管18，排放管18与阀的轴线形成的角度在30°到90°之间，优选为40°到60°。此外，活塞阀还包括特殊形状的开口19，该开口形成于所述轴套14和排放管18的交叉部分。

由于以上所述的原因和优点，所述特殊形状的开口19的第一部分、准确地说是靠近反应器壁的那一部分是V型的。所述特殊形状的开口19的剩余部分基本上是椭圆形的。

Claims (25)

1.一种从连续操作的聚合反应器排放聚合物的方法，其中至少一种单体发生聚合形成聚合物颗粒，该方法包括通过具有与致动器相连的活塞体的活塞阀来调节聚合颗粒的排放速率，所述致动器能调节所述活塞阀内的活塞冲程。

2.如权利要求1所述的方法，该方法应用于在气相中进行的聚合方法。

3.如权利要求1所述的方法，该方法应用于在液相中进行的聚合方法。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述的活塞阀包括：

-阀体和能在所述阀体里面滑动的活塞体；

-排放管，和

-形成于所述排放管进口处的特殊形状的开口。

5.如权利要求4所述的方法，其中在阀体内部插入一轴套。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述活塞体是能在所述轴套内滑动的固体圆柱。

7.如权利要求4所述的方法，其中所述排放管的轴线与阀的轴线形成的角度在30°到90°之间。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述排放管的轴线与阀的轴线形成的角度在40°到60°之间。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述的活塞阀直接法兰盘式地安装在所述聚合反应器的壁上。

10.如权利要求1所述的方法，其中在活塞冲程的第一AB段，该段包括在位置A与位置B之间，其中在位置A活塞末端E完全与反应器壁对齐，在位置B活塞末端E开始不覆盖所述特殊形状的开口的位置，活塞的冲程不通过所述致动器的作用进行调节。

11.如权利要求1所述的方法，其中在活塞冲程的第二BC段，该段包括在位置B与位置C之间，其中在位置C活塞末端E完全覆盖所述特殊形状的开口，活塞的冲程通过所述致动器的作用进行调节。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述致动器与阀定位器相连。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述定位器根据来自工艺控制器的4-20mA的输入信号产生输出位置。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述定位器提供急剧的压力变化输入到与所述致动器连接的管线，以快速的将活塞末端E从位置A移动到位置B或从位置B移动到位置A。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述定位器提供增加的压力信号，以便活塞沿着BC段的冲程的进展随着信号的增加呈线性。

16.如权利要求4所述的方法，其中所述特殊形状的开口的第一部分、靠近反应器壁的那一部分是V型的并且形成顶点在B处的三角形。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述开口的剩余部分基本上是椭圆形的。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述连续操作的聚合反应器是淤浆环管反应器。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述连续操作的聚合反应器是具有互相连接的聚合反应区的气相反应器。

20.从连续操作的聚合反应器中排放聚合物的装置，该装置包括：

-活塞阀，该活塞阀法兰盘式地安装在聚合反应器的壁上的，或者安装在与其非常接近的地方，所述活塞阀具有能在阀体内滑动的活塞体；

-与活塞体连接的致动器，所述致动器能够调节阀体内部的活塞体的冲程；

-与所述致动器相连的阀定位器。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述活塞阀还包括插入阀体内部的轴套。

22.如权利要求20-21中任一项所述的装置，其中所述活塞阀还包括排放管，该排放管的轴线与阀的轴线形成的角度在30°到90°之间。

23.如权利要求21所述的装置，其中所述活塞阀还包括特殊形状的开口，该开口形成于所述轴套和所述排放管的交叉部分。

24.如权利要求23所述的装置，其中所述特殊形状的开口的第一部分、靠近反应器壁的那一部分是V形的。

25.如权利要求23所述的装置，其中所述开口的剩余部分基本上是椭圆形的。

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