CN101230114A - 一种聚合反应器及使用其生产聚丙烯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合反应器，特别是用于生产聚丙烯，或者是用于生产丙烯－乙烯无规共聚物、丙烯－丁烯无规共聚物或者丙烯－乙烯－丁烯三元无规共聚物。该聚合反应器包括釜式反应器(1)、连通管(2)、压力提升设施(3)、缓冲罐(15)、汽化器(14)、丙烯进料控制部件(21)和氢气进料控制部件(23)，所述的釜式反应器带有夹套(4)、搅拌器(5)、冷却水进口(6)、冷却水出口(7)、丙烯注入口(8)、催化剂注入口(9)，聚合反应生成的聚合物与未聚合的单体混合一起经排出口(10)排向下游。可以使催化剂的停留时间趋于均一，生产的聚丙烯颗粒粒径趋于一致等优点。

Description

一种聚合反应器及使用其生产聚丙烯的方法

技术领域

本发明涉及一种聚合反应器，特别是用于生产聚丙烯，或者是用于生产丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-丁烯无规共聚物或者丙烯-乙烯-丁烯三元无规共聚物。

背景技术

随着聚烯烃塑料的性能的提高，用途越来越广，尤其是聚丙烯的原料丰富，用途广泛，使聚丙烯的技术飞速发展，当今世界上有多种聚丙烯技术，主要分为气相法和液相法两种，其中气相法有多种聚合技术，液相也有多种聚合技术，各种技术都有优缺点，但共同存在催化剂在反应器中停留时间不均匀的缺点。本发明是基于液相丙烯聚合技术，相对液相丙烯本体聚合的环管反应器(如Basell的Spheripol聚丙烯技术)，克服了环管反应器大产能时的设备较高，占地较大缺点和聚丙烯催化剂在反应器中停留时间长短不一，造成聚丙烯聚合物颗粒大小不均匀，部分催化剂活性后移，影响产品质量的缺点。同时还可以在同样催化剂停留时间的情况下减少反应器体积。

发明内容

一种用于生产聚丙烯的聚合反应器，它包括釜式反应器、连通管、压力提升设施、缓冲罐、汽化器、丙烯进料控制部件和氢气进料控制部件，所述的釜式反应器带有夹套、搅拌器、冷却水进口、冷却水出口、丙烯注入口、催化剂注入口，聚合反应生成的聚合物与未聚合的单体混合一起经排出口排向下游。

釜式反应器根据生产产量的需要为两台或多台串联。釜式反应器采用上下布置，上下反应器用连通短管连接，上一台反应器的物料靠重力流向下一台反应器。当由于标高的限制，一列布置困难时，采用两列或多列的布置，列与列之间采用较长的连通管连通，利用上下游反应器的操作压差输送前列反应器内物料至下列反应器，或在长连通管中间接压力提升设施提升。

催化剂注入口设置第一台釜式反应器，丙烯注入口可每台分别设置，也可间隔设置。将第一台聚合釜操作温度降低，使聚合反应趋缓，起到催化剂预聚合的作用，节省预聚合系统。

压力提升设施为水平进或下进，上出。进出口和长连通管用法兰连接。

一种使用这种聚合反应器生产聚丙烯的方法，将丙烯在该聚合反应器中在催化剂的作用下发生聚合反应生产均聚聚丙烯。在丙烯中加入乙烯，生产丙烯-乙烯无规共聚物；或者在丙烯中加入丁烯-1生产丙烯-丁烯无规共聚物；或者在丙烯中同时加入乙烯、丁烯-1生产丙烯-乙烯-丁烯三元无规共聚物。

控制各釜式反应器内氢气含量趋于一致时，可生产窄分子量分布的聚丙烯产品，当在串联的釜式反应器上游控制低氢含量、在下游控制高氢含量，可生产双峰聚丙烯产品，如控制三种氢含量可生产三峰聚丙烯产品，以此类推，生产出宽分子量分布的聚丙烯产品。

聚丙烯生产过程中，各反应器氢气的加入量，由氢气接入点下游的氢气含量检测仪检测丙烯中的氢气含量，丙烯与氢气流量比串级通过控制阀控制。

聚合单体丙烯加入各自釜式反应器的量通过密度检测仪检测相应反应器内或反应器出口的淤浆密度控制。

反应压力靠控制与釜式反应器连通的缓冲罐的压力间接控制。反应器的操作压力控制在3.0MPa.G-5MPa.G之间的某个压力范围，反应器的操作温度控制在60-90℃之间的某个温度范围，用于催化剂预聚合的第一反应器操作温度控制在5～50℃之间，聚合物在反应器中的聚合物与丙烯的淤浆浓度控制在45-60％wt之间。

本发明具有如下优点：

1、本发明可用丙烯生产均聚聚丙烯，在丙烯中加入乙烯可生产丙烯-乙烯无规共聚聚丙烯，在丙烯中加入丁烯-1可生产丙烯-丁烯无规共聚聚丙烯，在丙烯中同时加入乙烯、丁烯-1可生产丙烯-乙烯-丁烯三元无规共聚聚丙烯。

2、采用多釜反应器串连，可使催化剂的停留时间趋于均一，生产的聚丙烯颗粒粒径趋于一致。

3、与环管反应器相比，同体积的反应器可催化剂停留时间延长，产量增加。

4、靠控制加入各反应器的氢气量不同可生产窄分子量分布的聚丙烯产品，双峰分子量分布的聚丙烯产品和多峰宽分子量分布的聚丙烯产品。

5、与环管反应器相比，可反应器框架标高降低，占地减少。

6、与环管反应器相比，减少压力提升设施的用量或不用压力提升设施，可见减少设备进口，降低投资。

7、采用密度计控制相应反应器的丙烯进入量可稳定的控制反应器中的浆液浓度，同时可比传统的釜式反应器提高淤浆浓度。

附图说明

图1为本发明优选采用的两列设置的聚合反应器。

具体实施方式

本发明采用丙烯本体聚合串联釜式反应器，把用于丙烯聚合的主催化剂、助催剂1和助催剂2在上游设备接触混合好用丙烯带入第一反应器，在液相丙烯中开始聚合，然后依次流过所串联的各反应器，使得催化剂停留时间趋于一致，聚丙烯聚合物颗粒趋于大小均匀。各反应釜规格可以相同，也可根据工艺需要设计，但为使工艺控制一致，推荐采用一致的规格。

反应器所带的夹套通入冷却水，将聚合反应发出的热量撤出。各反应器的夹套冷却水可以单独通入，也可以从下到上串联通入。

反应器所带的搅拌器，搅拌反应釜中的丙烯单体和聚合物混合物形成的淤浆，使催化剂在淤浆中分布均匀和反应温度均匀，并将反应热分散到反应釜内壁与壁外夹套中的冷却水换热。

由于主催化剂为细粉状颗粒，如处在较强扰动环境中易于破碎，因此可将第一反应釜的反应温度控制的低一些，使聚合反应速度降低，搅拌速度也减慢，使聚合淤浆扰动减小，让催化剂外层包一层聚合物，从而达到保护催化剂不破碎的目的。

由于产能大需要串联多个反应釜，上下布置标高受限时，可采用多列布置，列与列之间用连通管接通，反应淤浆可利用压差通过连通管输送，也可以在连通管下部接压力提升设施输送。

实施例1

催化剂和助催化剂在预接触罐混合后，自第一台釜式反应器管口9加入，同时加入丙烯19并根据需要加入氢气20或不加氢气，为使催化剂颗粒不被破碎，采用搅拌器5缓慢的搅拌，并控制在较低的温度下，丙烯在催化剂的颗粒上缓和聚合，使催化剂外包一层聚合物，为进入下一步的聚合提供准备。

经过预聚合的催化剂，靠重力流进入第二台釜式反应器1，在该反应器按生产聚合物比例加入聚合单体丙烯19，再按生产产品的熔融指数加氢气20，氢气用于调节聚合物的分子量。催化剂在该反应器继续聚合，为均匀的撤出聚合反应产生的反应热，采用搅拌器扰动由聚合物和聚合单体的混合物--淤浆使之返混，与反应器夹套中的夹套水换热，夹套冷却水自反应器夹套底部6注入，从反应器夹套上部7排出，由冷却水撤出反应热。催化剂停留一定的时间，靠重力流进入第三台釜式反应器，第三台釜式反应器同第二台釜式反应器一样加入聚合单体和氢气，以下各反应器根据生产聚合物量和生产的聚合物熔融指数加入氢气。

釜式反应器从上向下串联布置，根据装置规模确定串联釜式反应器的个数，如果需要串联过多釜式反应器，造成釜式反应器支撑框架的标高过高时，釜式反应器可以采用多列布置，每列可串两台以上的釜式反应器，前一列的最下层釜式反应器的排料可通过压差或管道泵或压力提升设施3提升至下一列的最上层的釜式反应器。

催化剂、助催化剂均在第一列的第一釜式反应器加入，聚合单体和分子量调节剂氢气根据所需生产的聚合物产量分别加入各釜式反应器。

调节进入各反应器的氢气量，可生产窄分子量分布聚丙烯产品和宽分子量分布的多峰聚丙烯产品。当所有反应器控制氢气含量趋于一致时，可生产窄分子量分布的产品，当串联的反应器上游控制低氢气含量、下游控制高氢气含量，可生双峰产品，如控制三种氢气含量可生产三峰聚丙烯产品，以此类推，生产出宽分子量分布的聚丙烯产品。因此，采用多釜串联反应器可生产从分子量分布窄到很宽的聚丙烯产品。

丙烯在催化剂的作用下经过各釜反应器聚合达到所需的产量，聚合物在单体的伴随下，通过最后一列最下层的反应器排出口10排出，排出量通过缓冲罐15的液位18控制出料控制阀16将含聚合物的丙烯淤浆排至本发明以外的下游工序进行聚合物与聚合单体的分离。

出料控制阀16由缓冲罐15的液位控制，该罐为气液两相，与最后一列反应器联通，缓冲罐气相联接一台丙烯汽化器14，由控制阀13控制进入汽化器的丙烯，从而控制缓冲罐的压力，间接控制反应器的操作压力。

聚合单体：丙烯、乙烯、1-丁烯

反应器的操作压力控制在3.0MPa.G-5MPa.G的某个压力范围

第一反应器操作温度控制在5～50℃之间，其它反应器的操作温度控制在60～90℃的某个温度范围

聚合物在反应器中的浓度控制在45-60％wt，由安装在反应器上或反应器出口的密度检测仪24通过控制阀21控制进入反应器的聚合单体流量。

用于调节分子量的氢气接入聚合单体进入反应器前的管线，氢气加入量由氢气接入点下游的氢气含量检测仪22通过控制阀23控制。

基于上述，8台反应器串连，两列布置，丙烯加入比例自第1台至第8台反应器分别为：6.5％、24.5％、19.5％、13％、11％、9.5％、8.5％、7.5％。

氢气加入量：控制进反应器的丙烯中氢气含量，第一列反应器，220ppm.v；第二列反应器，2800ppm.v，

实施例2

只将氢气加入量改为：控制进各反应器的丙烯中氢气含量660ppm.v；

实施例3

将氢气加入量改为：第1反应器不加，其余反应器氢气含量900ppm.v；

除第一反应器外，其余反应器，在进反应器的丙烯中加入乙烯，含量控制在2％左右。

实施例4

将氢气加入量改为：第1反应器不加，其余反应器氢气含量2000ppm.v；

除第一反应器外，其余反应器，在进反应器的丙烯中加入丁烯-1，含量控制在8％左右。

实施例5

将氢气加入量改为：控制进第1反应器的丙烯中氢气含量100ppm.v，其余反应器氢气含量1000ppm.v；

除第一反应器外，其余反应器，在进反应器的丙烯中加入乙烯和丁烯-1，含量分别控制在2.5％和5％左右。

Claims (14)

1.一种用于生产聚丙烯的聚合反应器，它包括釜式反应器(1)、连通管(2)、压力提升设施(3)、缓冲罐(15)、汽化器(14)、丙烯进料控制部件(21)和氢气进料控制部件(23)，所述的釜式反应器带有夹套(4)、搅拌器(5)、冷却水进口(6)、冷却水出口(7)、丙烯注入口(8)、催化剂注入口(9)，聚合反应生成的聚合物与未聚合的单体混合一起经排出口(10)排向下游。

2.根据权利要求1所述的聚合反应器，其特征在于：釜式反应器根据生产产量的需要为两台或多台串联。

3.根据权利要求1或2所述的聚合反应器，其特征在于：釜式反应器采用上下布置，上下反应器用连通短管(2)连接，上一台反应器的物料靠重力流向下一台反应器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的聚合反应器，其特征在于：当由于标高的限制，一列布置困难时，采用两列或多列的布置，列与列之间采用较长的连通管连通(11)，利用上下游反应器压差输送，或在长连通管中间接压力提升设施(3)输送。

5.根据权利要求1-4任一项所述的聚合反应器，其特征在于：催化剂注入口(9)设置第一台釜式反应器，丙烯注入口(8)可每台分别设置，也可间隔设置。

6.根据权利要求1-4任一项所述的聚合反应器，其特征在于：所述压力提升设施(3)为水平或下进，上出，进出口与长连通管用法兰连接。

7.根据权利要求5所述的聚合反应器，其特征在于：将第一台聚合釜操作温度降低，使聚合反应趋缓，起到预聚合的作用，节省预聚合系统。

8.一种利用权利要求1所述的聚合反应器生产聚丙烯的方法，其特征在于：丙烯在该聚合反应器中在催化剂的作用下发生聚合反应生产均聚聚丙烯。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在丙烯中加入乙烯，生产丙烯-乙烯无规共聚物；或者在丙烯中加入丁烯-1生产丙烯-丁烯无规共聚物；或者在丙烯中同时加入乙烯、丁烯-1生产丙烯-乙烯-丁烯三元无规共聚物。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：控制各釜式反应器内氢气含量趋于一致时，可生产窄分子量分布的聚丙烯产品，当在串联的釜式反应器上游控制低氢气含量、在下游控制高氢气含量，可生产双峰聚丙烯产品，如控制三种氢气含量可生产三峰聚丙烯产品，以此类推，生产出宽分子量分布的聚丙烯产品。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：聚丙烯生产过程中，调节氢气的加入量，由氢气接入点下游的氢气含量检测仪检测丙烯中的氢气含量，丙烯与氢气流量比串级通过控制阀控制。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：聚合单体丙烯加入各自釜式反应器的量通过密度检测仪检测相应反应器内或反应器出口的淤浆密度控制。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：反应压力靠控制与釜式反应器连通的缓冲罐的压力间接控制。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：反应器的操作压力控制在3.0MPa.G-5MPa.G之间的某个压力范围，反应器的操作温度控制在60--90℃之间的某个温度范围，用于催化剂预聚合的第一釜式反应器操作温度控制在10～50℃之间的某个温度范围，聚合物在反应器中的聚合物与丙烯的淤浆浓度控制在45-60％wt之间。

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