CN101384625A - 通过使柱塔顶液体返回到反应器的单体回收 - Google Patents

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Abstract

聚烯烃生产系统，包括聚合反应器(例如聚乙烯环管浆料反应器)和分馏系统，该分馏系统接收在稀释剂/单体回收系统中加工的用于再循环到反应器和供给装置的反应器流出物。导管将包含单体例如乙烯的一部分回流物流从分馏系统内部转移到聚合反应器，从而将更少的单体例如乙烯排出到供给装置。因此，有利地提高了单体产率，因为返回到反应器的单体替换反应器的单体原料。该回流物流可以源自布置在分馏分系统中的稀释剂再循环柱的经冷凝的塔顶轻组分。该稀释剂再循环柱可以从稀释剂/单体回收分系统接收包含稀释剂和单体的料流作为进料，并且可以接收该回流物流的非转移部分作为回流物。

Description

通过使柱塔顶液体返回到反应器的单体回收
相关申请
[0001]本申请要求2005年12月21日提交的美国申请序列号11/313,328的优先权。
技术领域
[0002]本发明大体上涉及聚烯烃生产，更具体地说，涉及提高从聚烯烃反应器排出的未反应烯烃单体的回收。
相关技术描述
[0003]这一部分意欲向读者介绍可能与在以下描述和/或要求保护的本发明的各方面相关的技术方面。这种讨论据信有助于给读者提供背景技术信息以利于更好地理解本发明的各个方面。因此，应理解，这些陈述应按此目的进行阅读，而不是作为对现有技术的确认。
[0004]随着化学和石化技术的发展，这些技术的产品在社会中已变得日益普遍。特别地，因为将简单的分子构建块结合到较长的链(或聚合物)中的技术已经取得进展，聚合物产品(通常呈各种塑料的形式)已经被越来越多地引入到各种日常生活用品中。例如，聚烯烃聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和它们的共聚物，被用于零售和药物包装、食品和饮料包装(如果汁和碳酸饮料瓶)、家用容器(如桶和盒)、家用物品(如用具、家具、地毯、和玩具)、汽车部件、管道、导管和各种工业产品。
[0005]特定类型的聚烯烃，如高密度聚乙烯(HDPE)，在制备吹塑和注塑商品如食品和饮料容器、薄膜和塑料管中具有特殊的用途。其它类型的聚烯烃，如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、等规聚丙烯(iPP)和间规聚丙烯(sPP)，也适合类似的应用。所述应用的机械要求如拉伸强度和密度，和/或化学要求如热稳定性、分子量和化学反应性，通常决定了何种聚烯烃或何种类型的聚烯烃是适用的。
[0006]如从以上所列用途中可推论的，聚烯烃构造的一个益处是，它通常不与它所接触的物品或产品反应。这允许聚烯烃产品可以被用于居住、商业和工业范围，包括食品和饮料贮存及运输、消费电子产品、农业、海运和车辆制造。聚烯烃的广泛的居住、商业和工业应用已转化为对可挤出、注塑、吹塑或以其它方式形成最终消费产品或元件的原料聚烯烃的相当大的需求。
[0007]为满足这种需求，已存在可将烯烃聚合来形成聚烯烃的各种方法。通常，这些方法在可容易获得短链烯烃分子(单体和共聚单体)如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯和长得多的聚烯烃聚合物的其它构建单元的石化装置处或附近实施。这些单体和共聚单体可在液相聚合反应器和/或气相聚合反应器中聚合，以形成包含聚合物(聚烯烃)固体微粒(通常被称为松散物(fluff)或颗粒)的产物。所述松散物可以具有一种或多种令人感兴趣的熔融、物理、流变学和/或机械性能，例如密度、熔体指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、共聚物含量、共聚单体含量、模量和结晶度。在反应器内的反应条件，如温度、压力、化学品浓度、聚合物生产率等可以被选择，以达到所需的松散物性能。
[0008]除所述一种或多种烯烃单体以外，可向反应器中添加促进单体聚合的催化剂。例如，所述催化剂可以是经反应器进料流添加的颗粒，且一旦被添加，则悬浮在反应器内的流体介质中。这样的催化剂的一个实例是在二氧化硅载体上的含有六价铬的氧化铬。另外，可向所述反应器中引入稀释剂。所述稀释剂可以是在反应条件下为液体的惰性烃，如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和正己烷。然而，某些聚合方法可以不采用单独的稀释剂，例如在其中丙烯单体本身起稀释剂作用的聚丙烯生产的所选择的实例的情况下。
[0009]反应器的排出物通常包括聚合物松散物以及非聚合物组分，如未反应的烯烃单体(和共聚单体)、稀释剂等。在液相反应器例如环管浆料反应器中生产聚乙烯的情况下，非聚合物组分通常主要包括稀释剂，如异丁烷，具有少量未反应的乙烯(如5wt％)。对于聚丙烯生产，非聚合物组分通常主要包括未反应的丙烯单体。这些排出物料流通常被加工，例如通过稀释剂/单体回收系统，以使所述非聚合物组分与所述聚合物松散物分离。从所述回收系统回收的稀释剂、未反应的单体和其它非聚合物组分可以被处理，例如通过分馏系统处理，并最终作为纯化或处理过的原料返回到所述反应器。在一些情形下，一些组分可以被烧掉或返回给供给装置，例如返回到烯烃制造厂或炼油厂。至于回收的聚合物(固体)，在将所述聚合物发送给消费者之前，所述聚合物可以被处理以使残余的催化剂钝化，除去夹带的烃，干燥所述聚合物，并在挤出机中将所述聚合物造粒等。
[0010]竞争的聚烯烃生产业持续驱动制造商改进其方法以降低生产成本。在每年生产数十亿磅聚烯烃产品的工业中，例如在催化剂活性、单体产率和稀释剂回收方面的小增量的改进，可在聚烯烃生产中产生显著的成本节约。幸运的是，这些年来，在原料、催化剂生产率、能量效率、设备设计和操作等方面的技术进步已在降低聚烯烃生产系统的资本、操作和固定成本上提供了很大的进展。例如，催化剂研究已生产出活性值比二十至三十年前的催化剂的活性高数个数量级的商业催化剂，导致每磅聚合物消耗的催化剂量显著减少，并且还减少了用来将在聚合物产品中的残余催化剂钝化和/或除去的下游加工(和设备)。另外，在设备设计和操作方面的发展也极大地增加了稀释剂的回收率，使得使用极少的新鲜稀释剂补充。
[0011]技术上的发展还改进了单体产率，这是单体如乙烯或丙烯向聚合物或聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯的转化率的度量。理想地，一磅单体产生一磅聚烯烃，但是工业中的典型的单体产率值(表示为产生的聚合物的磅数与消耗的单体的磅数的比例)通常为大约95％。单体产率的进一步提高提供降低聚烯烃制造成本的最大机遇之一。实际上，烯烃单体通常是聚烯烃生产中的最大成本，单体产率的小增量的改进导致相当大的成本节约。然而，单体产率方面的此种所需改进是聚烯烃工业中的重要挑战。
[0012]聚烯烃工业对进一步提高单体产率的努力部分地归因于在整个聚烯烃工艺期间，例如在聚烯烃工厂的稀释剂/单体回收和分馏部分中，难以将夹带在轻组分料流和排气/吹洗料流中的少量单体分离。夹带的单体与这些轻料流的分离通常因种种原因是不可行的。如本领域普通技术人员所领会的那样，理论限制，例如分离平衡中的共沸物、夹点等可能阻碍分离。另外，当理论上可能时，夹带的单体与排出料流的分离通常将要求资本密集型投资，而不具有对应的经济收益，即使在回收的乙烯方面具有显著节约。例如，夹带单体的分离和回收可能要求安装分馏柱，其具有令人惊奇的大设计尺寸(例如，直径、高度、阶段或塔板数、回流物流速等)。因此，这些具有低单体例如乙烯和丙烯浓度的排出料流通常在火炬中燃烧或再循环到烯烃供给装置。
[0013]在火炬焚烧排出料流遇到的问题是夹带的单体损失。将单体再循环到烯烃供给装置遇到的问题是供给装置通常不能有效地加工返回料流，原因在于存在不希望的组分，例如惰性组分。事实上，聚烯烃生产者通常收到返回的单体的降低的贡献，这归因于供给装置经历的困难加工要求。甚至更不幸的是供给装置本身可能必须烧掉返回料流，归因于它们不能加工该料流，并因此聚烯烃生产者没有收到再循环料流中夹带的单体的贡献。
附图说明
[0014]在阅读以下的详细说明及参考附图后，可以明显地看出本发明的优点，在附图中:
[0015]图1是是描述用于按照本技术的一个实施方案生产聚烯烃的示例性聚烯烃制造系统的方框流程图；
[0016]图2是按照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的反应器分系统(包括聚合反应器)的工艺流程图；
[0017]图3是按照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的稀释剂/单体回收分系统的工艺流程图；
[0018]图4是按照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的一部分进料和分馏分系统的方块流程图；
[0019]图5是按照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的一部分进料和分馏分系统的工艺流程图；和
[0020]图6按照本技术一个实施方案的提高聚烯烃生产中单体产率的方法的方框图。
本发明的最佳实施方式
[0021]以下将描述本发明的一个或多个具体的实施方案。为了努力提供对这些实施方案的简要描述，所以在说明书中没有描述实际实施中的所有特征。不言而喻的是，在任何这样的实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施专一的决定以实现开发者的具体目标，例如顺应与系统相关和与商业有关的限制，这些限制在一种实施与另一种实施间可能不同。此外，不言而喻的是，这样一种开发努力可能是复杂的和耗时的，但对那些具有本公开内容的益处的普通技术人员来说，这样一种开发努力不过是设计、制造和制备的常规事务。
[0022]本技术涉及在聚烯烃制造系统中烯烃单体的提高的回收。该技术可以解决聚烯烃工业在回收少量包含在轻质末端料流中的单体方面的困难，该轻质末端料流在聚烯烃工厂的单体/稀释剂回收和分馏部分中。具有低的夹带单体，例如乙烯或丙烯浓度的此种排气/吹洗料流通常被烧掉，导致完全损失包含的单体，或被再循环到烯烃供给装置用于进一步加工，这可能是成问题的和/或昂贵的。
[0023]作为响应，本技术避免了将单体与轻组分料流分离的可行性问题并且，作为替代，规定将在分馏系统内的具有少量单体的液体转移到聚合反应器，例如环管浆料反应器。该技术回收单体(即到反应器)，同时避免了将夹带的单体与排出的轻组分料流分离的困难和昂贵的途径。该技术有利地替换单体原料，同时减少可能在分馏系统中积聚并且可能排出到火炬或返回到供给装置的单体的量。具体来说，该技术规定将在分馏系统内再循环的柱塔顶液体和/或液体料流的部分转移到聚烯烃反应器中。该柱塔顶液体和液体料流可以包含未反应的单体，该未反应的单体在聚烯烃反应器的经回收的排出物中进入分馏系统。在聚乙烯生产的一个实施方案中，将到稀释剂再循环柱的并且主要包含稀释剂以及少量乙烯的回流料流的一部分转移到稀释剂储槽，该储槽将稀释剂供给环管浆料反应器。该经转移的稀释剂料流中的乙烯替换供给反应器的乙烯原料。因此，该转移的料流中的乙烯被回收。
[0024]最后，应该指出的是，尽管论述有时可能集中于聚乙烯生产，但是本技术适用于其它聚合和聚烯烃工艺，它们通常从聚合反应器的排出物回收未反应的组分。例如，该技术可以应用于聚丙烯生产，其采用布置在聚合反应器下游的回收和/或分馏系统来从离开聚合反应器的排出物中回收未反应的组分，例如稀释剂、溶剂和/或未反应的丙烯单体等。
[0025]为了方便对本技术的讨论，公开内容被分节提供。I节介绍示例性聚烯烃生产工艺，该生产工艺包括进料和分馏分系统，反应器分系统，稀释剂/单体回收分系统和挤出/装载分系统。I节还给出了聚烯烃应用和终端用途的实例，以及简短论述了聚烯烃生产工艺的示例性控制。II节更详细地论述了示例性反应器分系统。III节论述了接收反应器排放物(排出物)的示例性稀释剂/单体回收分系统。IV节论述了在示例性进料和分馏分系统中将从稀释剂/单体回收系统回收的稀释剂加工，包括在分馏分系统中的稀释剂纯化和示例性分馏柱(例如，重组分柱和轻组分柱)的论述。V节提供了在分馏分系统中回收附加的单体(例如，乙烯)的技术的综述。VI节更详细地论述了分馏和附加单体的示例性回收方法。VII节概括了经由将分馏分系统中积累的液体的一部分再循环到反应器来提高单体产率的示例性方法。VIII节提供了由于提高单体产率的示例性方法引起的乙烯产率提高获得的节约的样品计算。
I.聚烯烃生产工艺综述
[0026]现在转向附图，先参看图1，方框图描述了用于生产聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯和/或它们的共聚物的一种示例性制造工艺10。该制造工艺10通常是连续操作，但是可以包括连续和间歇系统。该示例性制造工艺10的典型的标称生产能力为大约400-800百万磅生产的聚烯烃/年。示例性小时设计速率为约50,000-100,000磅聚合的/挤出的聚烯烃/小时。然而，应该强调，本技术适用于标称生产能力和设计速率在这些示例性范围外的聚烯烃制造工艺。
[0027]各种供给装置12可以通过管线、卡车、圆筒、桶等提供反应器原料14给制造系统10。供给装置12可以包括厂区外的(off-site)和/或在现场的(on-site)设施，包括烯烃厂、炼油厂、催化剂厂等。可能的原料的实例包括烯烃单体和共聚单体(如乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯和癸烯)、稀释剂(如丙烷、异丁烷、正己烷和正庚烷)、链转移剂(如氢气)、催化剂(如齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂、镍和金属茂催化剂)、助催化剂(如三乙基铝、三乙基硼和甲基铝氧烷)和其它添加剂。
A.进料和分馏分系统
[0028]供给装置12通常提供原料14到进料和分馏分系统16，在此所述原料14可以被储存，例如储存在单体储存和进料槽、稀释剂容器、催化剂槽、助催化剂筒和槽等中。在所述分系统16中，原料14可以在引入到聚合反应器之前被处理或加工。例如，原料14如单体、共聚单体和稀释剂，可以经由处理床和分馏柱传送以除去催化剂毒物，例如氧气和水分，和除去不希望的重质和轻质组分。所述烯烃单体和共聚单体可以是液体、气体或超临界流体，这取决于正被进料的反应器类型。分系统16可以制备或调节添加到聚合反应器的其它原料14，如催化剂。例如，催化剂可以被活化并然后在催化剂制备槽中与稀释剂(如异丁烷或己烷)或矿物油混合。另外，进料和分馏分系统16通常用于计量和控制加入到聚合反应器中的原料14的添加速率，以维持所需的反应器稳定性和/或达到所需的聚烯烃性能或生产率。此外，如下面论述那样，该分系统16还可以纯化或处理所回收的反应器流出物以便再循环到反应器。实际上，再循环的稀释剂和单体的分馏和处理通常对聚烯烃生产的经济状况是重要的。原料14和回收的反应器流出物在进料和分馏分系统16中被加工并作为进料流18(如单体、共聚单体、稀释剂、催化剂、助催化剂、氢气、添加剂或它们的结合物的料流)离开并进入反应器分系统20。
[0029]分系统16的进料部分通常认为在聚合反应器的上游，并且通常主要涉及原料和分馏的再循环材料的储存，加工和计量。分系统16的分馏部分可以认为在聚合反应器的下游并且可以涉及从反应器回收的反应器流出物的加工。在一些情形下，分馏部分中加工的回收排出物可以经由分系统16的进料部分再循环到反应器。分系统16的进料和分馏部分通常在设备和加工步骤中重叠，并且两者都可以最终为聚合反应器提供进料。
1.回收的反应器流出物的分馏
[0030]涉及分系统16的分馏部分的本技术实施方案为那些回收技术提供相对更多利益，该回收技术将从反应器排出的回收组分的较大部分(即，更少直接再循环到反应器)分馏。在一些技术中，回收组分的高达大约90％可以绕过分系统16的分馏部分。然而，在其它技术中，从聚合反应器排出的浆料排出物中回收的基本上全部稀释剂和未反应的单体可以通过分系统16的分馏部分加工，然后再循环到反应器。通常，在某些构造中，反应器液态排出物的至少一些(例如，10％)可以经分馏而提供无烯烃稀释剂，例如，待用于催化剂制备/输送到聚合反应器。
2.分馏的工艺
[0031]分馏或蒸馏柱系统，例如用于分系统16的那些，可以包括为热和材料转移提供的各种设备和操作。一般而言，分馏或蒸馏是通过优先煮沸进料混合物当中的更挥发性组分将进料混合物分离成具有不同沸点的两种或更多种料流的工艺。当加热两种挥发性材料的液体进料混合物时，所得的蒸气通常具有比从中放出更挥发性(即，更低沸点)材料的液体高的更挥发性材料浓度。相反地，如果将蒸气冷却，更低挥发性(即，更高沸点)材料具有以比更挥发性材料更大的比例冷凝的倾向。
a.分馏柱的进料
[0032]包含待分离的化学组分的进料通常在沿着柱的直线侧的一点进入。这一进料点沿着该柱的位置可能是该柱设计中的重要变量。在聚烯烃工艺的分馏系统中，分馏柱的示例性进料是从聚烯烃反应器排出的排出物中回收的蒸气和/或液体。分馏柱的这种示例性进料可以包含稀释剂、未反应的单体及其它组分。分馏系统中的分离可以包括从稀释剂中分离组分，或换言之，将稀释剂纯化。
b.蒸馏阶段
[0033]在该柱内，当液体流下该柱并且蒸气从该柱上升时，液体和蒸气通常在整个柱中按逆流接触。在每一蒸馏＂阶段＂，沿柱向上移动的一些蒸气被冷凝并且这又可以使沿柱往下移动的一些液体蒸发。对于原料流中两种组分的实例，更大量的更低挥发性组分将在每一阶段冷凝并且更大量的更挥发性组分将蒸发。＂精馏段＂和＂浓缩段＂是给予柱内进料点上方的阶段的示例性名称，其中更挥发性组分的浓度在液体和蒸气中都提高。＂汽提段＂是给予进料点下方的阶段的示例性名称，其中更挥发性组分的浓度在液体和蒸气中都降低。各种柱内部结构，例如塔板、平台和/或填料可以提供分离阶段。
[0034]分馏柱可以包括各种设计的塔板，该塔板用来阻挡液体以提供蒸气和液体之间的更好接触，并因此提供更好分离。塔板的类型包括例如，泡帽塔板、浮阀塔板、筛板塔板等。每个塔板通常具有称作＂下水管＂的导管(例如，两个导管，塔板的每一侧上一个导管)。液体可以经由该下水管通过重力从一个塔板下降到下面的塔板。塔板上的堰可以促进液体在塔板上的积累或＂阻挡＂。向上流经柱的蒸气流过塔板上的液体。分馏柱还可以包括填料，该填料通常是设计用来提高蒸气-液体接触的界面面积的无源装置。因为蒸气和液体接触的方式，填充柱可以称作连续接触柱(提供理论阶段)，而塔盘柱可以称作阶段接触柱。
c.柱塔顶
[0035]离开柱顶部的塔顶蒸气，例如用于分系统16的那些，通常包含进料的最挥发性组分。塔顶蒸气通常进入冷凝器，例如管壳式换热器，其可以采用冷却介质，例如冷却塔水或海水，以使该塔顶蒸气冷凝或部分冷凝成液体。冷凝器的液体可以分流成至少两个部分:(1)通常在柱顶部附近送回到该柱的回流物，其中该液体回流物然后与沿柱向上流动的蒸气逆流地往下移到柱内部；和(2)塔顶馏出物或顶部产物或＂蒸馏物＂，其包含具有柱设计中规定的组成的液体。回流物流速与塔顶产物流速的比例通称回流比并且可以是分馏或蒸馏柱的设计和操作中的重要参数。此外，如下面论述那样，离开冷凝器的冷凝液可以在回流鼓、储器或其它容器中收集，然后作为回流物和/或产物使用或泵送。
d.柱底部流出物
[0036]离开柱基部的底部液体通常包含最小挥发性组分并且通常供给一般称作重沸器的换热器。在该重沸器中，加热介质，例如蒸汽或蒸汽冷凝液可用来使底部液体的一部分蒸发。离开重沸器的蒸气通常在柱的底部附近送回到柱并且与沿柱内部往下移动的液体逆流地沿该柱向上流动。输入重沸器的热量可以决定沿柱向上流动的蒸气流速。没有经过重沸器发送的那部分底部液体可以作为第二产物料流(或废料流)从分馏柱收集。
e.柱侧料流
[0037]另外，一种或多种副产物料流可以离开分馏柱。副产物料流的位置和组成可以例如，取决于所需的分离组分和/或组分的浓度。侧料流沿着柱的位置还可以取决于侧料流的所需沸点范围等。
B.反应器分系统
[0038]反应器分系统20可以包括一个或多个反应器容器，例如液相或气相反应器。反应器分系统20还可以包括液相和气相反应器的组合。如果多级反应器包括反应器分系统20，则反应器可以按串联、并联或一些组合构造来排布。在聚合反应器容器中，一种或多种烯烃单体进行聚合而形成包含聚合物微粒(通常被称为松散物或颗粒)的产物。所述松散物可以具有一种或多种令人感兴趣的熔融、物理、流变学和/或机械性能，例如密度、熔体指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、共聚物或共聚单体含量、模量和结晶度。反应条件如温度、压力、流速、机械搅拌、产物取出、组分浓度、聚合物生产率等可以经选择，以实现所需的松散物性能。
[0039]除一种或多种烯烃单体以外，通常向所述反应器中添加使单体聚合的催化剂。所述催化剂可以是悬浮在反应器内的流体介质中的颗粒。这样的催化剂的一个实例是在二氧化硅载体上的含有六价铬的氧化铬。另外，可以将稀释剂供入反应器，通常是液相反应器中。所述稀释剂可以是在反应条件下为液体的惰性烃，如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和正己烷。稀释剂的目的通常是使催化剂颗粒和聚合物悬浮在反应器内。一些聚合方法可以不采用单独的稀释剂，例如在其中丙烯单体本身可用作稀释剂的所选的聚丙烯生产的情况下。
[0040]在反应器分系统20中的反应器内可存在运动装置。例如，在液相反应器如环管浆料反应器内，叶轮可以在流体介质内产生湍流混合区。所述叶轮可以由电动机驱动，来推动流体介质以及悬浮在流体介质中的任何催化剂、聚烯烃松散物或其它固体颗粒通过所述反应器的封闭回路。类似地，在气相反应器如流化床反应器或活塞流反应器内，可以使用一个或多个桨叶或搅拌器来混合在所述反应器内的固体颗粒。
C.稀释剂/单体回收分系统
[0041]系统20内的反应器的排出物22可以包括聚合物松散物以及非聚合物组分，如稀释剂、未反应的单体/共聚单体和残余的催化剂。所述排出物22随后可以被加工，例如通过稀释剂/单体回收系统24加工，以将非聚合物组分26与所述聚合物松散物28分离。所述未处理的回收的非聚合物组分22可以被进一步处理，例如通过进料和分馏分系统16处理，并返回到反应器分系统20或返回到供给装置12。松散物28可以在回收分系统24内和在挤出/装载分系统29中被进一步加工，以将其制得适于运输到消费者31。最后，虽然未图示，在回收分系统24中并通常含有活性残余催化剂的聚合物颗粒中间体可以被返回到反应器分系统20中，用于进一步的聚合，例如在不同类型的反应器中或在不同的反应条件下。
D.挤出/装载分系统
[0042]在挤出/装载分系统29中，松散物28可以被储存并通常对松散物28进行挤出以生产具有所需的机械、物理和熔融特性的聚合物粒料33。挤出机进料可包含添加剂，如UV抑制剂和过氧化物，它们被添加到所述松散物产物28中来赋予挤出的聚合物粒料所需的特性。挤出机/造粒机接收挤出机进料，该进料包含一种或多种松散物产物28以及任何被添加的添加剂。挤出机/造粒机加热并熔化挤出机进料，所述挤出机进料随后可以在压力下经造粒机模头挤出而形成聚烯烃粒料。这样的粒料通常在设置在或接近造粒机排出口的水系统中冷却(并运输)。
[0043]所述聚烯烃粒料然后可以被输送到产物装载区，在该处所述粒料可以被储存、与其它粒料共混和/或装载到有轨车、卡车、袋等中，以便分配给消费者31。在聚乙烯的情况下，运送给消费者31的粒料33可以包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和强化聚乙烯(enhancedpolyethylene)。各种类型和级别的聚乙烯粒料33例如可以以Chevron-Phillips Chemical Company，LP，Woodlands，Texas，USA的商标名聚乙烯或MarFlexTM聚乙烯来销售。
E.消费者、应用和最终用途.
[0044]聚烯烃(如聚乙烯)粒料33可用于制造各种各样的产品、元件、家用物品和其它物品，包括粘合剂(如热熔粘合剂应用)、电线和电缆、农用薄膜、收缩薄膜、拉伸薄膜、食品包装薄膜、食品软包装、奶容器、冷冻食品包装、垃圾和罐衬里、食品杂货袋、重质包装袋、塑料瓶、安全设备、涂料、玩具和大量容器和塑料制品。另外，应强调的是，除聚乙烯以外的聚烯烃，如聚丙烯，可以通过以下讨论的方法形成这样的元件和产品。
[0045]最终，由聚烯烃(如聚乙烯)粒料33形成的产品和元件可以被进一步加工和组装，以分配和销售给消费者。例如，聚乙烯奶瓶可用奶装填以分配给消费者，或者可以将燃料槽装配到汽车中以分配和销售给消费者。为了从所述粒料33形成最终产品或元件然后进行分配，一般使所述粒料经历加工，例如吹塑、注塑、旋转模塑、吹塑薄膜、流延薄膜、挤出(如片材挤出、管和波纹件挤出、涂层/层合挤出等)等。
1.吹塑、注塑和旋转模塑
[0046]吹塑是用来制备中空塑料部件的一种方法。所述方法通常采用吹塑设备，例如往复式螺杆机器、蓄积头机器(accumulator headmachines)等。可对吹塑方法进行调节以满足消费者的要求，和制造出上述从塑料奶瓶到汽车燃料槽的产品。类似地，在注塑中，可模塑出用于宽范围用途的产品和元件，仅举几个例子，包括容器、食品和化学品包装、玩具、汽车、板条箱、盖帽和封闭物。
[0047]旋转模塑是用来通过对双轴旋转模具进行加热来形成中空部件的高温、低压方法。通常可应用于这种方法的聚乙烯粒料树脂是当被熔化时在不存在压力下可一起流动而形成无泡部件的那些树脂。粒料33，如某些
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HDPE和MDPE树脂提供了这种流动性能以及宽的加工范围。再有，适合于旋转模塑的这些聚乙烯树脂可具有希望的低温冲击强度、良好的承载性能和良好的紫外线(UV)稳定性。因此，旋转模塑的树脂的应用包括农用槽、工业化学品槽、便携式贮水槽、工业废物容器、娱乐设备、航海产品以及许多其它应用。
2.下游挤出方法
[0048]还可以使用挤出方法。例如，聚乙烯管可以从聚乙烯粒料树脂挤出，并由于其耐化学品性、较容易安装、耐久性和成本优势等而用于很多种应用中。实际上，仅举几个例子，塑料聚乙烯管路已实现了在供水总管、气体分配、暴雨和生活污水排水管、内部管件、电缆、电源和通讯导管、冷却水管路、套筒中的重要应用。具体来说，通常构成管道用塑料的聚烯烃组的最大部分的高密度聚乙烯(HDPE)是坚韧的、耐磨的和柔性的(甚至在冰点以下的温度)。另外，HDPE管道既可呈小直径管材来使用也可呈高达超过8英尺直径的管道来使用。一般地，可将聚乙烯粒料(树脂)提供给压力管道市场如天然气分配，以及无压力管道市场如导管和波纹管。
[0049]片材挤出是用于由各种粒料33树脂来制备平坦塑料片材的技术。较薄规格的片材通常热成型成包装用途，例如饮料杯、熟食品容器、制品盘、婴儿擦布容器和人造黄油桶。聚烯烃片材挤出的其它市场包括利用较厚的片材用于工业和娱乐应用，如卡车座(truck bed)衬垫、货架、汽车垫板、运动场设备和船。挤出片材的第三种用途例如是在土工用膜中，其中平板状聚乙烯材料被焊接成用于采矿应用和城市废物处理的大的容器系统。最后，还可以将聚烯烃粒料提供给挤出涂覆和层合工业。
3.吹塑薄膜和流延薄膜
[0050]吹塑薄膜方法是用于聚乙烯的一种相对多样化的转化系统。美国材料和实验协会(ASTM)将薄膜定义为厚度小于0.254毫米(10密耳)。然而，吹塑薄膜方法可制备出厚达0.5毫米(20密耳)和更高的材料。另外，与单层和/或多层共挤出技术相结合的吹塑构成了数种应用的基础。仅举几个例子，吹塑产品的有利的性能可以包括透明度、强度、易撕裂性、光学性能和韧性。应用可包括食品和零售包装、工业包装和非包装用途，如农用薄膜、卫生用薄膜等。
[0051]流延薄膜方法可以与吹塑薄膜方法不同，可表现在快速淬火和实质上的单向取向能力。这些特性允许流延薄膜生产线例如可在产生有益的光学性的同时以较高的生产率进行操作。在食品和零售包装中的应用利用了这些强度。
F.聚烯烃生产的示例性控制
[0052]制造系统10中的过程变量可以经由阀门构造、控制系统等自动地和/或人工地控制。一般而言，控制系统，例如处理器基系统可以促进聚烯烃制造系统10中的操作(例如图1中表示的那些)的范围控制。聚烯烃制造设施可以包括中央控制室或场所，以及中央控制系统，例如分布控制系统(DCS)和/或可编程逻辑控制器(PLC)。当然，反应器分系统20通常采用处理器基系统，例如DCS，并且还可以采用本领域中已知的高级工艺控制。处理器基系统，例如DCS还可以促进其它操作，例如稀释剂回收和分馏系统(例如，轻组分和重组分分馏柱)的控制。在工厂的干燥端，挤出机和/或粒料装载操作也可以经由处理器基系统(例如，DCS或PLC)控制。
[0053]制造工艺10中的控制系统可以包括合适的硬件，软件逻辑和码，以与各种工艺设备、控制阀、导管、仪表设备等接口，以促进过程变量的测量和控制，执行控制模式，进行计算等。本领域普通技术人员已知的各种仪表设备可以提供用来测量过程变量，例如压力、温度、流速等，和传输信号到控制系统，其中测得数据可以由操作者阅读和/或用作各种控制功能的输入。取决于应用及其它因素，过程变量的示值可以由操作者在当地或远程阅读，并且经由控制系统用于各种控制目的。
[0054]控制系统可以是有线和/或无线的，并且可以提供集中控制的优点，同时保持分散或局部控制的能力。元件可以包括仪表设备，遥控发射机，遥控盘(例如，远程传输单元或RTU)，输入/输出(I/O)装置，通讯介质(例如，电缆或无线电线路，网络等)，中央控制盘或设施等。遥控盘、I/O装置及其它转译装置可以与在一侧上的工艺或设备接口，同时与另一侧上的控制系统接口。此外，如所示，控制系统通常包括硬件/软件用于控制、接口、数据库管理等。在操作中，控制系统可以使用通信协议例如Ethernet或其它开放标准，或专利标准传送数据和命令，这例如取决于DCS出售商。专利协议可能要求专用设备来履行它们的功能。
[0055]DCS可以简单到为一个PLC，其与位于外地办事处的计算机远程连接。较大系统可以是PLC基的，但是还由专门设计的机柜构成，该机柜包含用来提供I/O和通信的设备。如果中央控制设施离线或损失通信能力，则分布系统可以允许远程结点来独立于中央控制设施操作。如果此类失效发生，远程结点可以储存用来操作的过程数据。
[0056]聚烯烃制造设施通常具有控制室，工厂经理、工程师、技师、管理者和/或操作者等从该控制室监测和控制工艺。当使用DCS时，控制室可以是活动中心，从而便于对工艺或设施的有效监测和控制。控制室可以包含人机接口(HMI)，其可以是计算机，例如，该计算机运行专门化软件来提供控制系统的用户界面。HMI可以由出售商改变并且为用户提供远程过程的图解型式。可以存在多个HMI控制台或工作站，对数据具有不同的进入程度。授权方案可以提供安全程度，确保仅适当训练和授权的人员经由HMI和控制系统操作设施的各个部分。
II.聚合反应器分系统
[0057]参照图2，描绘了示例性聚合反应器分系统20(图1)的工艺流程图。如上所讨论，反应器分系统20本身可以包括一个或多个聚合反应器，它们又可以具有相同或不同的类型。另外，在多反应器分系统中，反应器可以串联或并联的排列。无论包括反应器分系统20的反应器类型如何，都产生聚烯烃颗粒产物(本文一般称为＂松散物＂)。为了便于说明，以下实施例在范围上限于相信为本领域普通技术人员所熟悉的特定的反应器类型，并限于单一反应器或简单的组合。然而，对使用本公开内容的本领域普通技术人员来说，本技术可简单和容易地应用于更复杂的反应器排布，例如涉及附加反应器、不同反应器类型和/或反应器或反应器类型的可供选择的排序的那些排布。这些排布认为完全在本发明的范围内。
[0058]一种反应器类型包括在其中聚合在液相中发生的反应器。这样的液相反应器的实例包括高压釜、沸腾液池反应器(boilingliquid-pool reactors)、环管浆料反应器等。为简化起见，在本技术上下文中将讨论生产聚乙烯(和其共聚物)的环管浆料反应器30，但应理解，本技术可类似地应用于其它类型的液相反应器。
[0059]环管浆料反应器30一般由通过平滑弯头或肘管连接的管段组成，并且可以沿垂直或水平方向取向。反应器30可以用来在浆料条件下进行聚乙烯聚合，其中聚烯烃例如聚乙烯或聚丙烯的不溶性颗粒在流体介质中形成并且悬浮为浆料，直到被除去。运动装置如泵32使流体浆料在所述反应器30中循环。泵32的一个实例是在线轴流泵，所述泵的叶轮设置在所述反应器30的内部，以保持固相颗粒，例如催化剂或聚烯烃产物悬浮在流体介质内的足够速度推动该流体介质穿过反应器30的闭合回路。在这一实例中，泵32还在流体介质内产生湍流混合区。所述叶轮可以由电动机34或其它动力来驱动。此外，可以采用其它类型的泵32，例如径流泵、混流泵(例如，轴流和径流的结合)等。此外，导翼及其它零件可以与泵32结合使用。
[0060]在反应器30内的流体介质可以包括烯烃单体和共聚单体、稀释剂、助催化剂(如三乙基硼、甲基铝氧烷、烷基化物例如三乙基铝等)、分子量控制剂(如氢气)和任何其它所需的共反应物或添加剂。这样的烯烃单体和共聚单体一般是每个分子具有至多10个碳原子且通常没有比4-位更接近双键的支链的1-烯烃。单体和共聚单体的实例包括乙烯、丙烯、丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯。再次，典型的稀释剂是惰性的且在反应条件下为液体的烃，并且包括例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、环己烷、环戊烷、甲基环戊烷、乙基环己烷等。这些组分经在指定位置的入口或导管添加到反应器内部，例如在原料流36所示的位置，所述原料流36一般对应于图1的原料流18之一。
[0061]类似地，催化剂(例如前面所讨论的那些)可以经在适当位置的导管添加到反应器30中，例如在原料流38所示的位置，所述原料流38可以包括稀释剂载体并也通常对应于图1的原料流18之一。存在的使乙烯单体和共聚单体聚合的催化剂的实例包括在二氧化硅载体上包含六价铬(或Cr+2)的氧化铬。应该说明，在某些实施方案中，催化剂原料中的铬在聚烯烃设施处作为Cr+3接收。该催化剂可以经受一氧化碳(CO)活化过程处理，导致在活化催化剂中价态变到Cr+6。随后，在反应器中的聚合期间，活化催化剂中的Cr+6价由于反应器中的聚合内容物中的单体(例如，乙烯)的存在改变成Cr+2。有利地，催化剂中的Cr+2部位对聚合是活性的。
[0062]总体来说，反应器中的添加的组分一般包括在反应器30内的流体介质，在所述介质内催化剂是悬浮的颗粒。反应条件如温度、压力和反应物浓度经调节，以便于反应器中聚烯烃的所需的性能和生产率，以控制反应器的稳定性等。通常将温度保持在低于聚合物产物将进入溶液的温度值。如所指出，由于聚合反应的放热性质，可以使冷却流体经围绕部分环管浆料反应器30的夹套40循环以除去过量的热量，从而将温度保持在所需的范围内，通常在150℉-250℉(65℃-121℃)。类似地，可以将压力调节在所需的压力范围内，通常为100-800psig，典型的范围是450-700psig。
[0063]随着聚合反应在反应器30中进行，单体(如乙烯)和共聚单体(如1-己烯)聚合形成聚烯烃(如聚乙烯)聚合物，所述聚合物在反应温度下基本上不溶于所述流体介质中，从而形成在所述介质中的固体颗粒的浆料。这些固体聚烯烃颗粒可以经沉降腿或其它装置如连续取料口从所述反应器30中除去，如排出料流22所示。在下游加工中，从反应器排出的聚烯烃可以从浆料中提取并纯化。
III.稀释剂/单体回收分系统
[0064]参照图3，描绘了图1的示例性稀释剂/单体回收系统24的工艺流程图。当然，本领域技术人员将承认其它构造可以与本技术同时使用。
A.高压闪蒸
[0065]在这一实例中，反应器排放物22流经在线闪蒸加热器42并进入高压闪蒸室44。在线闪蒸加热器42可以是使用例如蒸汽或蒸汽冷凝物作为加热介质来对排出物22进行间接加热的环绕导管。因此，环管浆料反应器30的排出物在引入高压闪蒸室44之前被加热。此外，在所述排出物22(反应器流出物)进入高压闪蒸室44之前，可以将水或其它催化剂毒物注入到所述排出物22中，以使在所述排出物28料流中的任何残余催化剂钝化。因为这些注入的组分从定义上来说是催化剂毒物，所以它们通常从再循环到反应器30(图2)的任何回收的材料(例如单体或稀释剂)中完全除去或至少基本上除去。
[0066]在高压闪蒸室44中，反应器排出物22的大部分非固体组分作为在高压闪蒸气体46中的蒸气由塔顶取出。在聚乙烯生产中，这种蒸气通常主要是稀释剂，例如异丁烷。它还可以含有大部分未反应的单体(如乙烯)和其它轻组分，以及未反应的共聚单体(如1-己烯)和其它重组分(如己烷和低聚物)。闪蒸气体46的一种示例性近似组成为90-95wt％稀释剂(例如异丁烷)、4-8wt％单体(例如乙烯)和1-2wt％的其它组分。当然，其它范围和组分可以构成闪蒸气体46，这例如取决于特定的应用，上游聚合反应器30中产生的聚烯烃的类型，反应器30的操作条件等。类似地，应该强调本技术适用于组分范围在所述示例性范围外的闪蒸气体46的加工。
[0067]至于在高压闪蒸室44中的固体(聚合物)，它们连带少量夹带的稀释剂(和单体)排出并经由固体排放导管48输送到低压闪蒸室50。如本领域普通技术人员所理解的那样，固体排放导管48可以包括阀门和/或设备构造，其允许聚合物向下流经导管，同时减少蒸气在低压闪蒸室50和高压闪蒸室44之间流动的可能性。
B.低压闪蒸
[0068]低压闪蒸室50提供通常处于显著更低压力的第二闪蒸区，其中固体进一步与夹带的稀释剂和单体分离。闪蒸液体和蒸气作为低压闪蒸气体52从低压闪蒸室50塔顶离开到加压装置，例如多级闪蒸气体压缩机54，其可以包括例如级间冷却器。含痕量其它材料(低聚物、氢气、甲烷、丙烷、水)的所得压缩和冷却气体(主要是稀释剂、单体、氮气、丁烷和己烷)是加压的低压闪蒸气体56并且与高压闪蒸气体46结合(即，在点58)而获得结合的闪蒸气体流60。在进入进料和分馏分系统16(图1)之前，该结合的闪蒸气体流60可以进一步被加工，例如穿过脱氧床或防护过滤器以除去氧气或水分，穿过旋风分离器和/或袋滤器以除去夹带的固体颗粒等。任何分离的颗粒可以送到下面论述的吹扫柱64。还应指出，固体颗粒也可以经由位于闪蒸气体46和52导管中的旋风分离器或袋滤器在上游被除去，并且该分离的固体颗粒也引入吹扫柱64。
C.吹扫柱
[0069]吹扫柱64的主要固体进料通常是离开低压闪蒸室50的固体排放物62(聚烯烃松散物)。吹扫塔64的一个目的是从进入的固体料流中除去残余的烃。在这一实例中，氮气循环通过吹扫塔64，以经由塔顶排放物66除去残余的烃。这种排放物66可以输送通过分离单元68，例如膜回收单元、变压吸附单元、冷冻单元等，以通过氮气料流70回收氮气，并排出结合的氮气/烃料流72到进料和分馏分系统16。在本领域中的某些工艺中，分离单元68可以称为异丁烷氮气回收单元(INRU)。可以向氮气回路中添加新鲜氮气74，来补偿结合料流72中的氮气损失。至于柱64中的固体，以聚合物松散物28的形式从吹扫塔64排放的处理过的聚合物颗粒然后可以在挤出/装载分系统29(图1)中在常规的整理操作如螺杆挤出机中进行加工。
D.备选构造
[0070]如本领域普通技术人员可理解的那样，在稀释剂/单体回收分系统24中可以采用许多种构造。例如，可以将来自高压闪蒸室44的固体排放物48输送到另一反应器(例如气相反应器)而不是输送到低压闪蒸室50。在这种备选构造中，可以不在排放物22中在上游注入催化剂毒物，并且因此残余的活性催化剂得以保持，用于进一步的聚合。
[0071]在另一种构造中，从高压闪蒸室44塔顶离开的闪蒸气体46可以不与低压闪蒸室的闪蒸气体56结合，而是改为例如在脱氧床中处理并直接地再循环到反应器(通过绕过分馏分系统16)。在这一实例中，闪蒸气体46可以在换热器中冷凝并经由包括储槽和进料泵的稀释剂进料系统供给反应器。另外，高压闪蒸槽44可以操作更高的压力以促进闪蒸气体46的下游冷凝和再循环到反应器，或在更低压力下操作以将更多稀释剂/单体闪蒸到闪蒸气体46中等。
[0072]另外或备选地，低压闪蒸室50可以从回收分系统20构造中排除。在这种情况下，吹扫柱64容纳以固体排放物48从高压闪蒸室44离开的全部残余烃。因此，进入分离单元68的结合的烃/氮气流66也将通常包括得自排除的低压闪蒸料流56的烃。因此，分离单元通常尺寸较大以容纳具有更多烃(例如，稀释剂和单体)的结合的烃/氮气流72。另外，可以维持高压闪蒸室44中的聚合物颗粒的水平(或更大水平)以促进高压闪蒸室44中的聚合物颗粒的孔隙中夹带的烃的分离，然后该聚合物颗粒进入吹扫柱64。
[0073]相反地，吹扫柱64可以从回收分系统20构造中排除。因此，不使用吹扫柱64，低压闪蒸槽50容纳高压闪蒸槽44的固体排放物48中的残余烃。另外，或备选地，挤出机/装载分系统29中的下游挤出机进料料槽系统，例如，可以帮助残余烃的除去。
[0074]如从上述论述可理解的那样，各种构造可以与闪蒸室44和50，吹扫柱64和回收系统24中的各种闪蒸气体流一起使用。此外，下游分馏柱在分馏分系统16中的定尺寸和/或排列可以根据回收分系统24中使用的构造改变。无论回收分系统24或分馏分系统16的构造如何，规定将操作分馏分系统16内的内部再循环料流(例如，回流物流)转移至稀释剂进料系统的本技术实施方案仍可应用，但是单体回收的数量和经济状况可能改变。
IV.进料和分馏分系统中的稀释剂再循环
A.稀释剂纯化
[0075]在聚烯烃或聚乙烯生产中的进料和分馏分系统16的一个目的是纯化从环管浆料反应器30排放的并在稀释剂/单体回收分系统24中闪蒸/回收的稀释剂。闪蒸的稀释剂可以被冷凝并穿过处理器，例如分子筛体系，然后再进入环管浆料反应器30。所述处理器可以除去不希望的组分，例如在高压闪蒸室44上游注入反应器排放物22中的催化剂毒物(如水)。另外，一些或所有回收的稀释剂可以输送穿过分馏柱以除去重组分，例如己烯、己烷和低聚物，以及轻组分，例如与乙烯原料进入的乙烷，来自吹扫柱64的氮气，来自反应器30的未反应乙烯等。重组分可以记为＂重组分＂并且定义为比稀释剂重的组分。轻组分可以记为＂轻组分＂并且定义为比稀释剂轻的组分。
[0076]此外，取决于使用的技术，通常，离开回收分系统24的闪蒸气体的5-100％(主要由稀释剂构成)可以送到进料和分馏分系统16的分馏部分，在那里，该稀释剂被纯化。在一种排列中，分馏分系统首先在重组分塔(也称为稀释剂再循环柱、再循环异丁烷柱、己烷馏除塔等)中除去重组分，并然后在随后的轻组分塔(也称为稀释剂纯化柱、异丁烷纯化柱、脱乙烷塔等)中除去较轻的组分。应该指出的是，对于其中分馏分系统16的进料主要是稀释剂的技术，分馏分系统16内的大部分工艺料流通常可以包括稀释剂。
B.重组分柱
[0077]为了除去重组分，第一柱(重组分柱或稀释剂再循环柱)可以将重组分(如己烯、己烷和低聚物)由所述柱底部排出到火炬。再次，这些重组分可以称作＂重组分＂，它们是比使用的稀释剂重的组分。第一柱还可以生产稀释剂产物(如异丁烷、己烷等)的侧料流，其通常含有可测量量的其它组分(如乙烯、己烯、辛烯等)，但可接受地再循环到环管浆料反应器30中。再循环到反应器30的这种示例性侧料流可以包含分馏分系统16从稀释剂/单体回收分系统24接收的大部分回收的稀释剂。所述第一柱还可以生产主要包含稀释剂、惰性组分和单体(例如乙烯)的塔顶轻组分料流，其可以被部分冷凝。未冷凝的组分(如氮气、乙烯)可以被燃烧掉或再循环到供给装置。塔顶料流的冷凝的组分可以用作第一柱的回流物和用作第二柱的回流物或进料。
C.轻组分柱
[0078]为了除去轻组分，第二柱(轻组分柱或稀释剂纯化柱)除去轻组分(如乙烯、乙烷和氮气)，而获得更纯的稀释剂产物，该产物可以是基本上不含烯烃的(重组分已在上游的柱中除去)。与第一柱相比，第二柱通常加工更少量的稀释剂。不含单体(不含烯烃)的稀释剂的小量料流可以由第二柱底部离开并用于催化剂制备、催化剂输送、催化剂冲洗、其中存在催化剂的反应器冲洗等。不含单体的稀释剂的可获得性对这些与催化剂相关的功能是有益的，因为在反应器30或其它聚合装置以外烯烃单体不与催化剂接触是重要的。这种接触会导致在所述方法的不希望的部分发生聚合，这可能阻塞设备，造成可操作性问题，浪费催化剂等。
V.附加单体的回收-综述
[0079]参照图4，描绘了进料和分馏分系统16的稀释剂再循环部分76的流程图。本技术提供旁通管线78将分馏系统内的稀释剂/单体(例如，异丁烷/乙烯)料流的一部分(例如，5-60wt％)经由例如，包括储存容器和进料泵的稀释剂进料系统转移到环管浆料反应器30。旁通管线78的引入回收附加的单体，例如乙烯，并降低到供给装置12或火炬的排出料流80中单体损失的量。如下面所论述，转移的稀释剂/单体料流的量可以例如，取决于到来的闪蒸气体60中的重组分的量，稀释剂再循环柱82的各种可操作性限制和柱82的回流物流速要求。评价经转移的回流物的流速中相关的因素包括塔顶料流88中较重组分的可容许带出量(carry-over)，分馏分系统16(下游轻组分柱)中产生的无烯烃稀释剂中可容许的共聚单体含量，反应器再循环料流中可容许的惰性积累等。
[0080]本技术显著地改进单体产率并，因此，改进制造的经济状况(参见VIII节中的实例计算)。单体产率可以接近100％单体转化率，因为更少的单体将积累在轻组分料流中并因此将要求更少的吹扫。如果尽管一些吹扫可能保持以阻止惰性组分的积累，排出料流也将通常包含更少单体。另外，由于分馏分系统16中更少积累的单体，可以按更低的速率和/或间歇地，以及采用更低浓度的单体等吹扫排出料流。
[0081]此外，当所有闪蒸气体60输送穿过稀释剂再循环柱82，而没有闪蒸气体60绕过代表性的管线84(例如，闪蒸气体46没有直接再循环到反应器30)时，经济状况可能是特别有利的。在任何情况下，本技术改进单体产率和降低产生聚烯烃，例如聚乙烯的成本。另外，该技术使烧掉乙烯的增加的可能性和烯烃供给装置12在处理具有惰性物质及其它轻组分的排出料流时经历的复杂性(上面讨论)缓和。
[0082]在所示实施方案中，闪蒸气体料流60和烃料流72(都来自图3描绘的回收分系统24)进入稀释剂再循环柱82，该稀释剂再循环柱可以典型地在125-225psig的示例性压力范围下和在100-350℉的示例性温度范围下操作。该柱82分馏主要是稀释剂的产物86(例如，异丁烷)的侧料流，该侧料流可以经由再循环异丁烷储槽和泵送到反应器30。该柱82还可以分离轻组分88(例如，氮气和乙烯)，它们排放到塔顶储罐90。此外，来自下游稀释剂纯化柱的塔顶料流89可以与轻组分88结合。该结合的料流91可以穿过使用冷却介质，例如冷却塔水或海水的换热器，以冷却该料流91，然后该结合的料流91进入储罐90。
[0083]在储罐90中，可以产生附加的冷凝，例如采用布置在含排出料流80的导管中的具有线圈、翅片等的制冷单元，其中液体通过重力排回到储罐90。冷凝液可以主要是含低浓度溶解的单体(例如，2wt％乙烯)的稀释剂并且作为液体排放物92从塔顶储罐90离开。这一排放物92可以作为回流物94供给稀释剂再循环柱82，和作为回流物96或进料供给下游稀释剂纯化柱。
[0084]在塔顶储罐90中积累的一部分液体可以再循环到反应器30。例如，一部分回流物94可以经过旁通管线78经由示例性稀释剂进料系统转移到反应器30，该进料系统具有稀释剂储槽(或给料槽)和进料泵。一方面，一部分回流物96(或进料)可以经过旁通管线转移到稀释剂进料系统。一般而言，此种转移回收用于聚合的附加的单体(例如乙烯)，否则其可能在分馏分系统16中累积并且最终在排出气体80中或在分馏分系统16中的其它吹扫/排出物处排放到供给装置12(或火炬)。
VI.回收附加单体的分馏工艺
[0085]参照图5，描绘了进料和分馏分系统16的部分100的工艺流程图。更详述地示出了图4的部分76并且还示出了稀释剂(异丁烷)纯化柱102。闪蒸气体流60(主要是稀释剂)与经由烃料流72从吹扫柱64回收的烃一起在稀释剂再循环柱82中加工，其将未反应的乙烯和较轻组分，以及较重组分例如己烯-1与异丁烷稀释剂分离。料流60和72进入柱82的进入或进料点可以取决于分馏系统的设计基础。另外，料流60和72可以在进入柱82之前结合。最后，柱82还可以容纳不同于料流60和72的原料流。
[0086]来自柱82的塔顶馏出物88可以在水冷凝器104中部分地冷凝并经由料流91输送到储罐90。未冷凝的蒸气在储罐90中被分离并且穿过小填充柱106。柱106可以通过制冷冷凝器108回流，并且排气冷凝器108的气体可以输送到烯烃厂，例如，用于乙烯回收。用于制冷冷凝器108的示例性致冷剂是液态丙烯、液态丙烷等。稀释剂纯化柱102还可以从储罐90接收作为回流物96的一部分液体以获得无烯烃稀释剂(例如异丁烷)产物110用于反应器冲洗和催化剂稀释。
[0087]通常，对于从冷凝器108送到供给装置12的包含在排出气体80中的乙烯，聚乙烯生产厂可以经济上对于每磅纯乙烯进料的价格贡献一部分价格。如论述的那样，在一些位置，供给装置(例如，石油炼厂或烯烃工厂)不能按经济可行的方式回收乙烯，这归因于排气冷凝器108的排出气体80中的杂质(例如氮气)，并且因此，该排出气体80可能被送到火炬。作为响应，本技术规定将来自储罐90的作为回流物94泵送(经由泵112)的一部分液体92经由旁通管线78送回到反应器30。在一个实施方案中，旁通管线78将一部分回流物94(或回流物96)从回流泵112转移到再循环稀释剂储槽114，该储槽114通常配备有高压泵116，该高压泵设计用来使流体回到反应器30。旁通管线78可以直接与储槽114或侧料流86(稀释剂产物)管线连接。该设施可以包括管子、断流阀、控制阀、流量控制回路等的部分。应该指出的是，在将来自储槽114的再循环稀释剂料流引入反应器30之前，该料流可以经历附加加工，例如穿过处理床以除去可能存在的任何氧。
[0088]经过旁通管线78从储罐90并最终泵送到反应器30的液体中的溶解的乙烯替换工厂原料(例如，来自图1的供给装置12的一些乙烯原料料流14)，从而为聚乙烯工厂贡献回收的乙烯的纯乙烯进料的价格的100％。在某些实施方案中，可以完全地中止排出料流80。应该指出的是，返回到反应器的经转移液体的量可以被监测和控制以确保惰性组分(例如，氮气和乙烷)和乙烯不在稀释剂回路中累积，它们可能另外被送到乙烯厂。采用本技术，如果需要的话，惰性组分仍可以在排出料流80中，或从作为回流物送到再循环异丁烷柱82的液体回流物94的部分(例如，到火炬)中被清除。惰性组分也可以在聚乙烯工艺中的其它地方被清除。
[0089]此外，应该指出的是，如果过分地降低到柱82的回流物94的量，则己烯或比稀释剂重的其它共聚单体可能在轻组分料流88中通过塔顶并最终流到稀释剂纯化柱102。己烯或其它共聚单体然后将不希望地从纯化柱102的底部当中分离并且污染无烯烃的稀释剂产物110。然而，可以容易地监测轻组分料流88和/或无烯烃的稀释剂产物110以确保该料流不被己烯或比稀释剂重的其它共聚单体污染。例如，该料流的样品可以被收集并在实验室中试验。另外，可以在线基本上实时地监测该料流。一般而言，该料流可以经受各种分析测量处理以测定该料流中共聚单体的量。这些分析测量包括，例如，气相色谱(GC)，红外分光技术(IR、近IR、傅里叶变换IR、拉曼光谱等)等。为了进一步控制工艺，可以将试验结果输入处理器基系统，该系统适合于促进分馏分系统16和/或聚烯烃制造工艺10的其它部分的控制。此种数据输入可以是静态，间歇，动态，基本上实时的等。如果试验结果是不希望的，则例如可以人工地或自动地增加到柱82的回流物94的量。在某些实施方案中，到柱82的回流物94的这种增加可以例如，通过降低经过管线78的流体的量来实现。
[0090]为了完成图5的论述，应该指出的是，重组分排放物120(例如，己烷和低聚物)通常从柱82底部排出并例如送到火炬。归根结底，重组分或稀释剂再循环柱82的目的是从进入的稀释剂中除去重组分。另外，如同大多数分馏柱的情况一样，蒸气再沸槽122和124通常使用在稀释剂柱82和102。例如，可以采用使用冷却介质例如冷却水的换热器126将作为稀释剂产物离开再循环柱82的侧料流86冷却，然后送到稀释剂储槽114。最后，应该强调，分馏分系统16可以使用各种没有说明的构造。例如，稀释剂纯化柱102的塔顶馏出物89可以改为用制冷单元处理，排出等，代替或还输送到冷凝器104。
VII.增加乙烯产率的方法
[0091]参照图6，描绘了在聚乙烯生产中增加乙烯回收率，并因此增加乙烯产率的方法130。起初，如方框132引用，接收来自示例性回收分系统24(如图1和3所示)的回收的稀释剂/乙烯料流。柱，例如稀释剂再循环柱82可用来分离主要是稀释剂的料流。稀释剂的这种分离的料流可以被冷却并送到稀释剂给料槽，例如图5的槽114，如方框134引用。
[0092]相同的柱82可用来分离轻组分排放物88中的轻组分塔顶馏出物，其然后可以被部分地冷凝，例如，采用冷却器以及采用储罐中的制冷(例如，使用丙烯致冷剂)来冷凝(方框136)。储罐90中没有被冷凝的组分，例如惰性组分和非常轻的组分可以从储罐排放到供给装置12或火炬(方框138)。储罐90中冷凝的一部分组分可以作为回流物94送到柱82(方框140)。在一个实施方案中，回流物94主要是含夹带的乙烯的稀释剂，并且可以包括其它组分。根据本技术，一部分这种回流物可以经过导管(例如，旁通管线78)转移到稀释剂给料槽，例如异丁烷槽114(方框142)。结果，经过旁通管线78转移的这一部分回流物94中夹带的乙烯被回收。因此，更少的乙烯被排放到供给装置和/或火炬(方框144)。不管是否降低或中止排出料流80，乙烯产率都有利地增加(方框146)。
[0093]现有聚烯烃设施或聚烯烃分馏系统结合将分馏系统中积累的塔顶液体转移到聚烯烃反应器的本发明技术的更新可以从新设备，例如转移回流物流的导管和控制阀中的较小投资到将分馏分系统16中的积累的塔顶液体和/或内循环料流收集，加工，转移，加工和/或再循环到聚烯烃反应器30的设备和系统中的更大投资。如论述的那样，在一个实施方案中，新导管(例如旁通管线78)可以从示例性分系统16的分馏部分中的稀释剂再循环柱82的回流料流94到分系统16的进料部分，该分系统16提供到聚烯烃或聚合反应器30的进料。在这一实施例中，旁通管线78的一端嵌入稀释剂再循环柱82的回流泵112下游的回流料流94，并且旁通管线78的另一端嵌入稀释剂给料槽114上游的稀释剂再循环柱82的副产物料流86。可以将稀释剂从给料槽114经由置于给料槽114下游的进料泵116和进料导管118供给聚烯烃反应器30。此外，阀门，例如手动阀或控制阀可以安装在旁通管线78上以调节经过导管转移到反应器30的进料系统的一部分回流料流的流速。
[0094]在操作中，经过旁通管线78转移的那部分回流料流94的流速可以被调节以替换供给聚烯烃反应器30的一部分单体原料，而不会显著不利地影响稀释剂再循环柱82的操作。经过旁通管线78的那部分回流料流的流速可以反向地调节，例如，采用稀释剂再循环柱82的塔顶料流(轻组分料流88)中的共聚单体浓度进行调节。如论述的那样，可以测量或监测塔顶料流中共聚单体的浓度。此外，还可以采用比塔底料流中的稀释剂(无烯烃稀释剂110)重的共聚单体的浓度反向地调节经过旁通管线78的流速，该塔底料流是置于再循环柱82下游的稀释剂纯化柱102的塔底料流。

Claims (23)

1.聚烯烃生产系统，包括:
设定用来将从聚合反应器回收的包含稀释剂和烯烃单体的原料流分馏的第一分馏柱，其中该第一分馏柱设定用来排放:
包含大部分稀释剂的副产物料流，
包含比稀释剂轻的组分的塔顶蒸气料流，和
包含比稀释剂重的组分的塔底料流；
设定用来接收塔顶蒸气料流并将其部分冷凝成冷凝液的冷凝器，该冷凝液包含大量来自原料流的单体；和
其中将冷凝液的第一部分输送到聚合反应器。
2.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，包括设定用来将副产物料流输送到聚合反应器的稀释剂进料系统。
3.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，包括设定用来接收和收集冷凝器的冷凝液的储器。
4.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，其中将冷凝液的第二部分作为回流物输送到第一分馏柱。
5.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，其中将冷凝液的第三部分输送到设定用来产生基本上无烯烃的稀释剂的第二分馏柱。
6.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，其中基本上无烯烃的稀释剂的使用包括用于将催化剂输送到聚合反应器的驱动流体、稀释催化剂的流体，或至少一个压力安全阀的冲洗。
7.权利要求3所述的聚烯烃生产系统，包括:
布置在储器和聚合反应器之间的稀释剂容器，其中该稀释剂容器设定用来从储器接收冷凝液的第一部分，其中将该冷凝液的第一部分从该稀释剂容器输送到聚合反应器。
8.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，其中将第一分馏柱的副产物料流输送到稀释剂容器。
9.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，其中该稀释剂包括异丁烷，该烯烃单体包括乙烯，和其中该第一分馏柱设定用来在125-225psig(861-1551kPa)的压力和100-350℉(37-176℃)的温度下操作。
10.权利要求1所述的聚烯烃生产系统，包括设定用来从聚合反应器接收排出物并将主要包含蒸气的闪蒸塔顶料流排放到第一分馏柱的闪蒸室。
11.聚烯烃生产工艺的操作方法，该方法包括以下行为:
在分馏系统中的第一分馏柱中将稀释剂与包含稀释剂和单体的料流分离；
将该经分离的稀释剂传输到聚合反应器；
将包含单体的轻组分与该料流分离并至少部分地将该轻组分冷凝；和
将一部分经冷凝的轻组分与正被传输到聚合反应器的经分离的稀释剂结合。
12.权利要求11所述的方法，包括加工聚合反应器的排出物以产生包含稀释剂和单体的料流的行为。
13.权利要求11所述的方法，其中该聚合反应器包括聚乙烯环管浆料反应器，该包含稀释剂和单体的料流包含异丁烷和乙烯。
14.权利要求11所述的方法，包括将来自分馏系统的包含单体的排出料流的流速降低以在该分馏系统内回收附加的单体的行为。
15.权利要求14所述的方法，包括将所回收的附加单体供给聚合反应器的行为。
16.权利要求11所述的方法，包括调节经冷凝的轻组分的部分的流速以避免扰乱分馏系统的操作的行为。
17.权利要求16所述的方法，包括以下行为:
监测第一分馏柱塔顶料流中的烯烃共聚单体的浓度，其中该烯烃共聚单体比稀释剂重；和
用塔顶料流中的烯烃共聚单体的浓度反向地调节经冷凝的轻组分的部分的流速。
18.权利要求16所述的方法，包括以下行为:
监测流体布置在第一分馏柱下游的第二分馏柱的塔底料流中的烯烃共聚单体浓度，其中该烯烃共聚单体比稀释剂重，和其中该第二分馏柱设定用来在塔底料流中产生基本上无烯烃的稀释剂；和
用第二分馏柱塔底料流中的烯烃共聚单体的浓度反向地调节经冷凝的轻组分的部分的流速。
19.包含聚烯烃的产品的制造方法，该方法包括以下行为:
制造其至少一部分包含聚烯烃的产品，其中该聚烯烃由包括以下行为的方法制备:
在聚合反应器中在催化剂存在下使单体聚合以形成聚烯烃；
加工该聚合反应器的排出物以产生包含稀释剂和单体的料流；
在分馏系统中将稀释剂与包含稀释剂和单体的料流分离；
将该经分离的稀释剂传输到聚合反应器；
将包含单体的轻组分与包含稀释剂和单体的料流分离；
将该轻组分部分地冷凝；和
将一部分经冷凝的轻组分与正被传输到聚合反应器的经分离的稀释剂结合。
20.权利要求19所述的方法，其中该制造行为包括将该聚烯烃加工以形成产品或形成该产品的聚烯烃组件，或其结合物的行为。
21.权利要求20所述的方法，其中加工行为包括以下行为:共混，加热，熔融，配混，挤出，注塑，精密模塑，吹塑，形成薄膜，形成涂层或引入添加剂，或它们的任何结合。
22.权利要求19所述的方法，其中制造行为包括将由聚烯烃形成的组件装配到产品中的行为。
23.权利要求19所述的方法，其中该聚烯烃包括高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、等规聚丙烯(iPP)或间规聚丙烯(sPP)或它们的任何结合物。
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