CN101784335A - 具有改进的产物移出装置的适用于烯烃聚合的环流反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适用于烯烃聚合工艺的环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；以及通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器；所述环流反应器的特征在于所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。

Description

具有改进的产物移出装置的适用于烯烃聚合的环流反应器
技术领域
本发明涉及对从用于烯烃淤浆聚合的反应器移出聚合物淤浆的改进。本发明还涉及对聚合物淤浆从一个烯烃聚合环流反应器向另一个烯烃聚合环流反应器的输送的改进。本发明还涉及具有改进的产物移出装置的环流反应器。
背景技术
烯烃聚合(例如乙烯聚合)经常使用单体、稀释剂、催化剂以及任选的共聚单体在环流反应器中进行。该聚合通常在淤浆条件下进行，其中，产物通常由固体颗粒组成且悬浮于稀释剂中。用泵使反应器的淤浆内容物连续循环以保持聚合物固体颗粒在液体稀释剂中的有效悬浮，产物通常经由若干沉降腿取出，所述沉降腿直接安装在聚合反应器上并且被以顺序方式周期性地填充和排放以收取产物。沉降腿中的沉降用于提高最终作为产物淤浆收取的淤浆的固体物浓度。将产物淤浆通过闪蒸管线进一步排放到闪蒸罐中，在该闪蒸罐中，闪蒸出大部分稀释剂和未反应的单体并将其再循环。或者，可将产物淤浆进料到与第一环流反应器串联连接的、其中可产生第二聚合物级分的第二环流反应器中。通常，当以该方式使用两个串联反应器时，包括在第一反应器中产生的第一聚合物级分和在第二反应器中产生的第二聚合物级分的所得聚合物产物具有双峰分子量分布。这些技术已经取得了每年如此生产数百万吨乙烯聚合物的国际性成功。
当所收取的聚合物的量相对于必须再循环的流体流出物的量达到最大值时达到沉降腿的最佳性能，使得对于给定的生产速率，可使再循环成本最小化。经典地，工厂操作基于从所有沉降腿排放相同量的淤浆以便在对各沉降腿进行排放时赋予各沉降腿以相等的压力降的企图，但是，该操作可能远非最佳操作。
但是，已经知晓各种替代性的产物移出技术。例如，WO 01/05842描述了用于使用如下导管从流动淤浆流中移出浓缩淤浆的设备，所述导管特征在于在该导管的出口区中有沟槽，所述出口适用于连续移出淤浆。
EP 0891990描述了烯烃聚合工艺，其中，通过连续的产物取出而收取产物淤浆，更具体地说，通过设置在反应器上的细长中空附件来收取产物。所述中空附件与经加热的闪蒸管线直接流体连通并且因此适用于产物淤浆的连续移出。
美国专利No.4613484描述了用于使固体颗粒状聚合物与液体稀释剂分离的方法和设备，所述分离包括使用一个或多个被供应稀释剂的蓄积器腿并且将所分离的稀释剂再循环到聚合过程。
EP 1564224描述了一组环流反应器以及使用位于一个或多个沉降腿的控制阀之后的三通阀或更多通路的阀门来使这些环流反应器从串联构造切换为并联构造的方法。
然而，上述已知的设备和方法具有这样的缺点：从反应器取出的悬浮液仍含有大量的稀释剂和其它反应物(例如单体)，这意味着，必须随后使稀释剂与聚合物颗粒分离并对其进行再处理，以便将其再利用于反应器中。
美国专利No.6586537描述了其中通过旋液分离器来收取产物淤浆的方法，所述旋液分离器利用离心力使淤浆浓缩。操作该旋液分离器使得液流几乎不含固体物，因而，必须严格控制操作条件。
因此，本发明的目的是提供具有改进的操作条件的环流反应器。本发明的进一步目的是提供在环流反应器中进行的改进的聚合方法，其中，使聚合物淤浆有效地从所述反应器中移出。本发明的另一目的在于提供其中使聚合物淤浆的沉降效率以及聚合物淤浆的进一步排放最优化的改进方法，。本发明另一目的在于通过提供稳定的操作条件来提高反应器产量。本发明的另一目的在于提高在环流反应器的聚合区内循环的聚合淤浆中的聚合物固体物的重量百分数(重量％)。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及适用于烯烃聚合工艺的环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；以及与所述反应器间接连接的单沉降腿。
本文所用的术语“间接连接”意味着：在反应器管道和沉降腿之间设置中间连接管线或管道(在此称为“取出管线”)以使它们相互连接，其中，所述取出管线配置用于从反应器移出聚合物淤浆。
更具体地说，本发明涉及适用于烯烃聚合工艺的环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；以及通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述环流反应器移出聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器，所述环流反应器特征在于所述取出管线与所述单沉降腿径向(radially)连接。
在一个实施方式中，所述回流管线配置用于从沉降腿的顶部移出稀释剂和/或未沉降的聚合物和使所述移出的稀释剂和/或未沉降的聚合物返回到反应器中。
本文所用的术语“径向地”可用于描述垂直于沉降腿的纵轴的位置或运动。
使用径向连接的取出管线容许径向注入聚合物淤浆。从而，由于聚合物淤浆的径向引入减少或避免了对已沉降聚合物的扰动，获得了聚合物的更好的沉积(沉降)。
在一个实施方式中，所述单沉降腿通过中间体即至少一个(取出管线)连接管线与所述反应器连接，其中，所述至少一个连接管线的内径等于该环流反应器管道内径的0.14～0.3倍。在一个实施方式中，所述取出管线连接到所述单沉降腿的上三分之一处。在本发明的另一实施方式中，所述取出管线在泵的下游与反应器相连，且所述回流管线在所述泵的上游与所述反应器相连。
所述单沉降腿可为任何适宜的尺寸，以便有效地容许聚合物淤浆的沉降。例如，所述单沉降腿的内径可为反应器管道内径的0.5～5.0倍。在优选实施方式中，所述单沉降腿的内径可至少等于反应器管道内径的0.7～2.0倍、优选为反应器管道内径的0.8～2倍、优选为反应器管道内径的0.8～1.7倍且最优选为反应器管道内径的1.0～1.5倍。在一个实施方式中，相对于1吨/小时的产量，所述沉降腿的横截面积(surface)为0.002m2～0.200m2、优选为0.005～0.050m2且最优选为0.010～0.020m2。
发现，使用本发明的包含上述单沉降腿的环流反应器未提高所述沉降腿的排出阀的堵塞频率，但提供了产物以成本有效方式向产物回收区中的最优化排放。
由于反应器已变得更大，因而，多个沉降腿的使用呈现出后勤(logistic)问题。随着反应器体积的增加，需要更高的取出能力。因此，所需沉降腿的数量开始超过可用的物理空间。使用与反应器间接连接的单沉降腿的本发明克服了上述问题并且允许沉降在所述沉降腿内的聚合物淤浆以成本有效的方式来进行最优化的沉降和进一步的排放。中间连接管线的存在允许使用其直径大于反应器管道直径的沉降腿。使用单个的大沉降腿还提供了若干优点，例如使用更小的连接管道来将沉降腿连接到反应器上的可行性。具有降低直径的管道的使用改进了现场安全性。实际上，使用小的连接管道提供了比现有技术低的聚合物流动，从而，在出现问题(例如泄漏或堵塞)时能够更好地控制情况。
考虑到流经单沉降腿的流速，使用单沉降腿来代替旋液分离器还允许在整个浓缩装置上具有低得多的压力降以及高得多的灵活性。该沉降腿完全不依赖于离心力来提高淤浆浓度，而是仅依赖于重力。利用重力提供了整个装置上的压力降较低的优点。此外，本发明反应器的建造也更容易且简单明了。
此外，与操作使得液流几乎完全不含固体物的旋液分离器相反，本发明在穿过沉降腿的淤浆流速方面提供了更高的灵活性，从而，不必对液流进行控制。而且，本发明的沉降腿的造价更便宜且更为耐用。根据所需的操作条件，本发明的沉降腿还可被用作反应器的旁路。
在第二方面中，本发明涉及适用于烯烃聚合的包括至少两个环流反应器的多环流反应器，其中，第一和第二环流反应器经由所述第一反应器的单沉降腿串联连接，该多环流反应器特征在于所述沉降腿与所述第一反应器间接连接。
更具体地说，本发明提供了适用于烯烃聚合的包括至少两个环流反应器的多环流反应器，其中，第一和第二环流反应器经由所述第一反应器的单沉降腿串联连接，该多环流反应器特征在于所述沉降腿通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接，其中，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第一反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。
本发明提供了优于现有技术的若干优点，这些优点包括：显著提高了环流反应器液态介质中的最大单体浓度，从而提高了反应器产量；使装置的数量最少(例如以单个沉降腿代替多个沉降腿)；显著提高了聚合淤浆中聚合物固体物的重量百分数。两个或多个串联使用的本发明环流反应器允许经沉降的淤浆从所述单沉降腿向下一个环流反应器的最优化输送。在如本发明所配置的那样使用单沉降腿的情况下，将更少的稀释剂和更多的聚合物从第一反应器输送到第二反应器。
在第三方面中，本发明涉及用于在环流反应器中生产烯烃聚合物的聚合方法，其包括下列步骤：将一种或多种烯烃反应物、聚合催化剂以及稀释剂引入到该环流反应器中，并且同时使所述反应物、催化剂和稀释剂循环；使所述一种或多种烯烃反应物聚合以产生基本上包含液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒的聚合物淤浆；所述方法进一步包括下列步骤的一个或多个循环：(a)从所述反应器的一部分中取出一部分所述淤浆，(b)将所述聚合物淤浆引入到单沉降腿中，(c)使所述聚合物淤浆沉降到所述单沉降腿中，和(d)从所述沉降腿的上部区域取出未沉降的聚合物淤浆和使所取出的未沉降的聚合物淤浆再循环到该环流反应器中，和/或同时(e)将沉降的聚合物淤浆从所述单沉降腿的下部区域排放到该反应器之外进入到产物回收区中或进入到另一反应器中。本发明方法进一步包括将所述聚合物淤浆径向引入到所述单沉降腿中的步骤。
更具体地说，本发明提供用于在环流反应器中生产烯烃聚合物的聚合方法，其包括下列步骤：将一种或多种烯烃反应物、聚合催化剂以及稀释剂引入到该环流反应器中，并且同时使所述反应物、催化剂和稀释剂循环；使所述一种或多种烯烃反应物聚合以产生基本上包含液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒的聚合物淤浆；所述方法进一步包括下列步骤的一个或多个循环：(a)从所述反应器的一部分中取出一部分所述淤浆，(b)通过从所述反应器延伸至所述沉降腿的取出管线，将所述聚合物淤浆径向引入到单沉降腿中，(c)使所述聚合物淤浆沉降到所述单沉降腿中，和(d)通过从所述沉降腿延伸至所述反应器的回流管线，从所述沉降腿的上部区域取出未沉降的聚合物淤浆和使所取出的未沉降的聚合物淤浆再循环到该环流反应器中，和/或同时(e)将沉降的聚合物淤浆从所述单沉降腿的下部区域排放到该反应器之外进入到产物回收区中或进入到另一反应器中。
令人惊讶地是，发现：使用本发明的环流反应器和聚合方法允许在高得多的固体物浓度下操作所述反应器。因此，根据本发明，大于40重量％的浓度是可行的。当串联使用时，根据本发明的反应器容许将所沉降的淤浆以成本有效的方式从所述单沉降腿最优化地输送到下一个环流反应器中。
在下文中，将对本发明作进一步的详细公开。本说明书仅为示例性的且不限制本发明。各标号参见本说明书附图。
附图说明
图1表示根据本发明实施方式的环流反应器的示意性透视图。
图2表示图1的环流反应器的沉降腿和阀的示意性横截面图，其示出了聚合物淤浆在其中的沉降。
图3为根据本发明实施方式的两个串联连接的图1环流反应器的示意图。
图4为在本发明的另一实施方式中的与常规的环流反应器串联连接的图1环流反应器的示意图。
图5表示图2的沉降腿的示意性顶视图。
具体实施方式
本发明涉及适用于利用稀释剂以生产聚合物和稀释剂的产物淤浆的烯烃聚合工艺的环流反应器。本发明的环流反应器特别适用于其中形成了这样的聚合流出物的聚合方法：所述聚合流出物为悬浮在液态介质(通常为反应稀释剂和未反应的单体)中的颗粒状聚合物固体物的淤浆。
本发明可应用于任何生产包括悬浮在液态介质(其包括稀释剂和未反应的单体)中的颗粒状聚合物固体物淤浆的流出物的方法。这样的反应方法包括本领域称为颗粒形式聚合的那些反应方法。
本发明特别适用于制造颗粒状烯烃聚合物的聚合工艺，所述聚合工艺在于：烯烃(例如C2～C8烯烃)在含有待聚合单体的稀释剂中的催化聚合；使该聚合淤浆在这样的环流反应器内循环，其中，向该环流反应器加入起始材料并且从所述环流反应器中移出所形成的聚合物。适宜的单体的实例包括，但不限于，每个分子中具有2～8个碳原子的那些单体，例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、丁二烯、异戊二烯、1-己烯等。
所述聚合反应可在50～120℃的温度下、优选在70～115℃的温度下、更优选在80～110℃的温度下和在20～100巴的压力下、优选在30～50巴的压力下、更优选在37～45巴的压力下进行。
在优选实施方式中，本发明特别适用于乙烯在异丁烷稀释剂中的聚合。适宜的乙烯聚合，包括但不限于，乙烯的均聚、乙烯与高级1-烯烃共聚单体(例如1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯或1-癸烯)的共聚。在本发明的实施方式中，所述共聚单体为1-己烯。在另一实施方式中，通过用于制造双峰聚乙烯(PE)的乙烯聚合，对本发明进行了描述。“双峰PE”是指使用两个相互串联连接的反应器制造的PE。
在催化剂、任选的助催化剂、任选的共聚单体、任选的氢气以及任选的其它添加剂的存在下，乙烯在液体稀释剂中聚合，从而产生聚合淤浆。
本文中使用的术语“聚合淤浆”或“聚合物淤浆”或“淤浆”基本上是指至少包括聚合物固体颗粒和液相的多相组合物并且在该过程中允许至少局部地存在第三相(气体)，所述液相为连续相。所述固体物包括催化剂和经聚合的烯烃(例如聚乙烯)。所述液体包括惰性稀释剂(例如异丁烷)、溶解的单体(例如乙烯)并且任选地包括一种或多种共聚单体、分子量控制剂(例如氢气)、抗静电剂、防垢剂、清除剂、和其它操作助剂。
适宜的稀释剂是本领域中公知的且包括在反应条件下为惰性的或至少基本上惰性的且为液态的烃。适宜的烃包括异丁烷、正丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、异己烷和正己烷，其中，优选异丁烷。
适宜的催化剂是本领域中公知的。适宜的催化剂的实例包括，但不限于，氧化铬(例如负载在二氧化硅上的那些)、有机金属催化剂(包括本领域中称为“齐格勒”或“齐格勒-纳塔”催化剂的那些)、茂金属催化剂等。本文所用的术语“助催化剂”是指能够与催化剂一起使用以改善聚合反应期间的催化剂活性的材料。
图1表示根据本发明实施方式的单环流反应器1，其由多个互连的管道7组成。应当理解，虽然将环流反应器A图示为具有六个竖直管道，但所述环流反应器A可装配有更少或更多的管道如4个或更多个管道，例如装配有4～20个竖直管道。管道段7的竖直部分优选地设置有热量夹套8。可通过在反应器的这些夹套8中循环的冷却水来带走聚合反应热。
可通过管线3将反应物(例如稀释剂、单体、任选的共聚单体和反应添加剂)引入到反应器1中。可经由导管20将催化剂(任选地与助催化剂或活化剂一起)注入到反应器1中。在优选实施方式中，在紧邻循环泵的上游位置引入催化剂，且在紧邻循环泵的下游位置引入稀释剂、单体、任选的共聚单体和反应添加剂。
通过一个或多个泵2例如轴流泵，使聚合淤浆如箭头6所示地在环流反应器1中定向循环。所述泵可由电动机5驱动。本文所用的术语“泵”包括通过例如旋转叶轮组4或者活塞来压缩驱动、提高流体压力的任何装置。
反应器1进一步设置有与该环流反应器1间接连接的单沉降腿9。所述沉降腿9通过取出管线11和回流管线12与所述环流反应器1连接，其中，取出管线11从所述反应器1延伸至所述沉降腿9且回流管线12从所述沉降腿9延伸至所述反应器1。在本发明的实施方式中，取出管线11在泵2的下游位置与所述反应器连接，且所述回流管线12在所述泵2的上游位置与所述反应器的管道7连接。
所述取出管线11配置用于将聚合物淤浆从所述反应器输送到沉降腿中。所述取出管线11可为直的或弯曲的，或者可由直的或弯曲的部分形成，例如其中直的部分通过一个或多个弯管相互连接。在一个实施方式中，所述取出管线11由通过两个弯管相互连接的三个直管组成，所述取出管线11的一端与反应器管道7相连且另一端与沉降腿9相连。优选地，所述取出管线11的内径等于该环流反应器管道内径的约0.14～约0.3倍、更优选为反应器管道内径的0.15～0.25倍、更优选为反应器管道内径的0.16～0.25倍、且更优选为该反应器管道内径的0.20～0.25倍。例如，对于具有内径为约500～700mm的管道的反应器，所述取出管线11的内径可为101.6mm～122.4mm。具体地说，对于具有内径为24英寸的管道的反应器，所述取出管线11的内径可为4～6英寸、优选为6英寸。
所述回流管线12可为直的或弯曲的，或者可由直的或弯曲的部分形成，例如其中直的部分通过一个或多个弯管相互连接。在一个实施方式中，所述回流管线是直的。在一个实施方式中，所述回流管线12配置用于从所述沉降腿9的上部区域取出未沉降的聚合物淤浆并且使其再循环到所述反应器中。本文中所用的“未沉降的聚合物淤浆”是指包含稀释剂的具有约5～55％(例如10～55％、20～55％、30～55％)的聚合物颗粒的聚合物淤浆。优选地，所述回流管线12的内径等于环流反应器管道内径的约0.14～约0.3倍、更优选为反应器管道内径的0.15～0.25倍、更优选为反应器管道内径的0.16～0.25倍、且更优选为反应器管道内径的0.20～0.25倍。
沉降腿9上可设置有产物取出或排出阀13。所述排出阀13可为任何类型的阀，当该阀充分开启时，其可允许连续或周期性地排放聚合物淤浆。可适宜地使用角阀或球阀。例如，所述阀可具有这样的结构：防止固体物质在阀的主体部分处积聚或沉淀。但是，本领域技术人员能够根据需要选择排出阀的类型和结构。在每次开启排出阀时，排出所述沉降腿中的一部分或者全部。可通过一个或多个产物回收管线10将沉降在沉降腿9中的聚合物淤浆移到例如产物回收区。
虽然在此没有示出，但可通过额外的稀释剂进料管线将稀释剂直接引入到沉降腿9中。在一个实施方式中，所述额外的稀释剂进料管线可设置在沉降腿9的底部。该额外的稀释剂进料管线的使用允许降低从反应器取出的单体和共聚单体的量。
经由可在紧邻泵2的下游位置处与管道7连接的取出管线11将聚合物淤浆从所述反应器1取出并进入到所述单沉降腿9中，并且将未沉降的淤浆通过可在紧邻泵2的上游位置处与管道7连接的回流管线12再循环到聚合反应器中，，从而获得最大的可能的压力差。例如，可通过所述取出管线11和回流管线12，将所述沉降腿9与反应器的底部弯管连接。只要所述反应器中存在压力差，则可将所述沉降腿在不同的位置连接到所述反应器上。在泵之后处的压力最大，然后压力下降，在刚好位于泵之前处达到最小值。在另一实施方式中，可将泵安装在回流管线12上，所述回流管线12则可连接到反应器的任意位置。
此外，如果适宜的话，使所述沉降腿的一部分或全部可进一步隔热并且设置有冷却夹套等。
图2示出了具有取出管线11、回流管线12和阀13的图1的沉降腿9的示意性横截面图。该沉降腿9包括限定位于阀13上方的向上延伸的腔室15的管状壁14。
优选地，由聚合条件(例如聚合物的粒度、生产速率、固体物浓度等)来确定沉降腿的尺寸。例如，对于20吨/小时的聚合物产量，沉降腿的直径可为约0.61m。在一个实施方式中，相对于1吨/小时的产量，所需的沉降腿的横截面积可以等于0.015m2。例如，30吨/小时的产量要求约0.45m2的横截面积，这使得直径为0.76m。
相对于1吨/小时的产量，所述沉降腿的适宜的横截面积范围的实例可为0.002m2～0.200m2、且优选的横截面积为0.005～0.050m2且最优选的横截面积为0.010～0.020m2。在优选实施方式中，所述单沉降腿的内径等于环流反应器管道内径的0.8～2倍。
腔室15的内径可为0.30～30.05m。例如，对于20吨/小时的聚合物生产速率，所述内径可为0.46～0.81m。在另一实例中，对于40吨/小时的聚合物产量，所述内径可为0.51～1.27m。
通过取出管线11从反应器1取出聚合物淤浆16，并且可经由进料口18将所述聚合物淤浆16径向引入到沉降腿9中。径向的进料口18可位于沉降腿9的上半部分，即高于沉降腿9的中点或位于中点处，但低于沉降腿9的实际顶部部分。在一个实施方式中，所述进料口18位于沉降腿9的上三分之一处。可将进料口18成型为任何适宜形状，例如圆形、矩形、椭圆形、或者它们的组合。优选地，所述进料口18具有圆形形状。
与旋液分离器相反，沉降腿中的进料口为径向的且在作用时没有产生离心力(如图5中所示)。聚合物淤浆沉降在腔室15的最底部且所沉降的聚合物淤浆17的体积逐渐向上增加。虽然在此示出腔室15的最低部为渐缩的，但所述最低部可为容许有效移出聚合物淤浆的任何适宜的形状。在本发明的实施方式中，所述最低部为圆锥形的。相对于水平线，该锥体的角度可大于45°、优选大于60°且最优选为70°的角度。出口直径可为容许有效移出沉降的淤浆的任何适宜的尺寸。
在一个实施方式中，当设计用于30吨/小时的聚乙烯生产速率时，沉降腿9的总长度可为2.8m且渐缩的圆锥形部分的长度为1m。沉降腿的非渐缩部分的直径可为0.75m。取出管线11可为内径0.15m的管。取出管线11的入口垂直于沉降腿且可位于沉降腿侧面上距离所述沉降腿9的顶端0.4m处。反应器内的固体物浓度约为40％。未对管线11内的流速进行控制，但基于压力降以及管道的长度和尺寸，该流速估计为约500m3/小时。在循环泵的位置之前连接到反应器上的回流管线12的直径也可为0.15m。使用这些条件时，单沉降腿出口处的固体物浓度为62％(其中，聚合物为30吨/小时且稀释剂和单体为18.4吨/小时)，且将该排出物送至回收部分。当沉降腿为旁路时，固体物浓度等于40％(其中，聚合物为30吨/小时且稀释剂和单体为45吨/小时)。
在一个实施方式中，设计沉降腿的容积，使得沉降聚合物在沉降腿中的停留时间不太长(例如约1分钟)。
在一个实施方式中，对于从沉降腿9通过阀13向下排出的任何给定体积的沉降的聚合物淤浆17，该给定体积的沉降的聚合物淤浆通常包含约60％～65重量％的聚合物颗粒，而在所述沉降腿中的未沉降的淤浆16包含30～55％的聚合物颗粒。在该图中，任意地划出沉降的聚合物淤浆17与未沉降的淤浆16之间的分隔线，以示意性地说明沉降的淤浆17的体积。未沉降的淤浆16经由所述沉降腿的出料口19离开沉降腿9并且通过回流管线12再循环回反应器。可将出料口19成型为任何适宜的形状，例如圆形、矩形、椭圆形、或者它们的组合。优选地，所述出料口19具有圆形形状。虽然已将所述出料口19图示为位于沉降腿9的顶部部分，但是可将所述出料口19和相应地将回流管线12适宜地连接或者定位在沉降腿9的上半部分中即高于中点或位于中点处，但是低于沉降腿9的实际顶部部分。例如，回流管线12可轴向连接到所述沉降腿9的顶部或者径向连接到所述沉降腿的侧面。通过反应器中的在取出管线11位置处和在循环泵2的吸入区处的压力之间的压力差来推动在沉降腿中的淤浆流动和更新。对于该生产速率，所述单沉降腿足以允许适宜的沉降，从而限制了必须进行处理和再进料到反应器中的稀释剂的量。
虽然在此未示出，但取出管线11和回流管线12可使用阀(例如隔离阀)与环流反应器1连接。这些阀可例如为球阀。在正常条件下，这些阀是开启的。可关闭这些阀，以例如使沉降腿9不参与操作。当反应器压力降到低于选定值时，可关闭所述阀。出于安全原因，绝缘(insulation)阀可为有用的，如果存在超过一个的“单”沉降腿则更是如此。在此，所述单沉降腿必须理解为处于操作中的单腿。所述阀可为适于进行该作业的任何类型的阀，例如活塞阀或装有垫片的球阀。
通常对本发明沉降腿中的压力和温度值进行调节以使所存在的大部分稀释剂保持为液体形式。优选地，所述压力和温度为聚合反应器中的压力和温度。单沉降腿中的压力(当所述单沉降腿在使用中且未关闭隔离阀时)为入口和出口管线之间的中间压力。因而其基本上与反应器类似。由于与残余乙烯的反应，沉降腿的温度可上升。可通过受控的停留时间和/或沉降腿周围的夹套来控制所述沉降腿的温度。
可通过产物回收管线10将沉降在沉降腿9中的聚合物淤浆移到例如产物回收区。可使用排出阀13，所述排出阀13可为能够允许有效排放聚合物淤浆的任意类型的阀。可使用一些控制阀以具有连续的输出，在该情况下，阀未全开。适宜的排出阀的非限制性实例与前述的那些相同。
可对排出阀进行控制，以便以预定频率和顺序周期性地开启以容许排放沉降在所述沉降腿中的聚合物淤浆。例如，可将适宜的压力控制器连接到反应器上并将所述压力控制器与排出阀操作连接。
在另一优选实施方式中，通过根据本发明的操作，借助于以氮气或稀释剂(即异丁烷)进行冲洗或吹扫，可保持所有管线、容器、泵、阀等均不堵塞。应当理解，在必要时，可在本发明设备上提供冲洗和吹扫的装置和管线以避免堵塞或阻塞、或者避免低的“不可吹扫”的位置。
根据本发明的方法，可将沉降的聚合物淤浆从环流反应器连续或周期性地排放到产物回收区中。本文中所用的“产物回收区”包括，但不限于，经加热或未经加热的闪蒸管线、闪蒸罐、旋风分离器、过滤器以及相关的蒸气回收和固体物回收系统、或者去往另一反应器的输送管线或者所述另一反应器(当若干反应器串联连接时)。
当在所述沉降腿的下游不存在反应器时，可对所取出的淤浆进行减压并使其通过例如经加热或经未加热的闪蒸管线输送到闪蒸罐中，在所述闪蒸罐中，使聚合物与未反应的单体和/或共聚单体以及稀释剂分离。在吹扫塔中，可进一步完成聚合物的脱气。
当在所述单沉降腿的下游存在至少一个反应器时，所取出的淤浆通过与所述沉降腿连接的输送管线输送到下一个反应器中。通过将淤浆注入到下游反应器中的其中压力低于沉降腿出口处的压力的点中，使输送成为可能。
本发明涵盖了根据本发明的一个或多个可并联或串联使用的环流反应器。所述反应器以满液体模式操作。
例如，根据所提供的聚合物原料和催化剂以及反应器中所保持的温度、压力和其它条件，可将两个反应器串联操作以同时生产相同的聚合物产物或两种不同的聚合物产物。
通过多环流反应器生产的最终聚合物产物取决于可在至少两个环流反应器系统中分别进行调节的各种变量，包括每个环流反应器中的流化介质的组成，聚合催化剂，不同反应器中所保持的温度、压力、流速以及其它因素。
在另一方面中，本发明涉及包括至少两个环流反应器的多环流反应器，其中，第一和第二环流反应器经由与所述第一反应器间接连接的单沉降腿串联连接。具体地说，所述单沉降腿通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接，其中，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第一反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。
现在参照图3，说明根据本发明实施方式串联连接的两个环流反应器1。虽然，在优选实施方式中，本发明包括使用两个单独的环流反应器，但本领域技术人员应当理解，还可使用多于两个的单独反应器来实施本发明。
两个反应器1均由多个互连的管道7组成。管道段7的竖直部分优选地设置有热量夹套8。将反应物通过管线3引入到反应器1中。可将催化剂(任选地与助催化剂或活化剂一起)通过导管20注入到这两个反应器1中的一个或全部两个内。通过一个或多个泵2例如轴流泵，使聚合淤浆如箭头6所示地在环流反应器1中定向循环。所述泵可由电动机5驱动。所述泵可设置有旋转叶轮组4。两个环流反应器1经由图3右侧所示的第一环流反应器1的单沉降腿9串联连接。位于右侧的第一反应器1的沉降腿9通过取出管线11和回流管线12与所述第一反应器1连接，其中，所述取出管线11从所述反应器延伸至所述沉降腿且所述回流管线12从所述沉降腿延伸至所述反应器。沉降腿9上可设置有产物取出或排出阀13。在位于所述第一反应器1的沉降腿9的出口处的阀13的下游设置有输送管线21，所述输送管线21允许将沉降在沉降腿9中的聚合物淤浆输送到第二反应器1中，优选通过活塞阀23进行该输送。这些输送管线一般包括圆柱形的中间产物输送管线。如果必须以并联构造使用所述多环流反应器，则沿着该输送管线21，三通阀22可将该物流转移到产物回收区中。第二反应器1也具有通过取出管线11和回流管线12与所述第二环流反应器1间接连接的单沉降腿9，其中，所述取出管线11从所述反应器延伸至所述沉降腿且所述回流管线12从所述沉降腿延伸至所述反应器。可通过一个或多个产物回收管线10将沉降在第二反应器1的沉降腿9中的聚合物淤浆移到例如产物回收区中。
因此，本发明涵盖了包括至少一个根据本发明的第一环流反应器和至少一个根据本发明的第二环流反应器的多环流反应器，其中：所述第一环流反应器包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接的单沉降腿，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第一反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接；所述第二环流反应器包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第二环流反应器连接的单沉降腿，所述取出管线从所述第二反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第二反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第二反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接；其中，所述第一和第二环流反应器经由该第一环流反应器的单沉降腿串联连接。
图4说明了本发明的另一实施方式，且示出两个串联互连的单环流反应器1和2。这两个反应器1和2均由多个互连的管道7组成。管道段7的竖直部分优选地设置有热量夹套8。将反应物通过管线3引入到反应器1和2中。将催化剂(任选地与助催化剂或活化剂一起)通过导管20注入到反应器1或2内。通过一个或多个泵2例如轴流泵，使聚合淤浆如箭头6所示地在环流反应器1和2中定向循环。所述泵可由电动机5驱动。所述泵可设置有旋转叶轮组4。
这两个环流反应器1和2经由环流反应器1的单沉降腿9串联连接。反应器1的沉降腿9通过取出管线11和回流管线12与所述反应器1连接，其中，所述取出管线11从所述反应器延伸至所述沉降腿且所述回流管线12从所述沉降腿延伸至所述反应器。沉降腿9可设置有产物取出或排出阀13。在位于所述第一反应器1的沉降腿9的出口处的阀13的下游设置有输送管线21，所述输送管线21容许将沉降在沉降腿9中的聚合物淤浆输送到反应器2中，优选通过活塞阀23进行该输送。这些输送管线一般包括圆柱形的中间产物输送管线。如果必须以并联构造使用多环流反应器，则沿着该输送管线21，三通阀22可将该物流转移到产物回收区。
反应器2设置有一个或多个与反应器2的管道7连接的常规沉降腿24。优选地，所述沉降腿24设置有隔离阀25。此外，沉降腿24可设置有产物取出或排出阀26。可通过一个或多个产物回收管线27，将沉降在反应器2的沉降腿24中的聚合物淤浆移到例如产物回收区中。
因此，本发明还涵盖了包括至少一个第一环流反应器和至少一个第二环流反应器的多环流反应器，其中：所述第一环流反应器包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接的单沉降腿，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接；所述第二环流反应器包括一个或多个与所述第二反应器连接的沉降腿；其中，所述第一和第二环流反应器经由该第一环流反应器的单沉降腿串联连接。
虽然在此未示出，本发明还涵盖了包括至少一个第一环流反应器和至少一个根据本发明的第二环流反应器的多环流反应器，其中，所述第一环流反应器包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道，用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置，适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵，以及与所述第一反应器连接的一个或多个沉降腿；所述第二环流反应器包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第二环流反应器连接的单沉降腿，所述取出管线从所述第二反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第二反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第二反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。所述第一和第二环流反应器经由第一环流反应器的一个或多个沉降腿串联连接。
在另一实施方式中，本发明涵盖了这样的环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；且该环流反应器包括两个沉降腿且这两个沉降腿中仅有一个处于操作中(在此称为单沉降腿)。所述沉降腿中的一个或全部两个可通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述反应器连接，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。当处于操作中的单沉降腿被阻塞或出于安全原因时，可使用所述第二沉降腿。
令人惊讶地发现：使用所述单沉降腿允许聚合物淤浆的提高的沉降，取决于所述单沉降腿的直径，该提高的沉降优于同时使用至少两个常规沉降腿时的沉降、更优选优于同时使用至少四个沉降腿时的沉降、且更可能优于同时使用至少六个沉降腿时的沉降。而且，单沉降腿的使用更为低廉且更耐用，当与使用旋液分离器时相比更是如此。
根据本发明，通过计算装置控制本发明沉降腿的开启和关闭的起动。这些计算装置允许对沉降腿按预定频率和顺序的周期性开启进行调节和控制。可使用其它控制装置(例如压力或温度控制器以及流量控制器、流量转换器和流量传感器)以对排放过程作进一步微调。
本发明涵盖了实现本发明目的的不同类型的控制装置。本发明还可适用于用于传输信息的机械装置、液压装置或其它信号装置。在几乎所有控制系统中，将使用电信号、气动信号、机械信号或液压信号的一些组合。然而，使用与所使用的方法和设备相兼容的任何其它类型的信号传输也在本发明的范围内。
可使用电模拟设备、数字电子设备、气动设备、液压设备、机械设备、或其它相似类型的设备、或一个或多个这种设备类型的组合，实现对排放到产物回收区中和排放到另一反应器中的步骤的启动和控制。在本发明的优选实施方式中，使用计算装置来操作和控制各工艺参数。在本发明中可使用计算机或其它类型的计算装置。
本发明进一步涵盖使用与反应器间接连接、用于进行沉降和用于进一步将沉降的聚合物淤浆排放到产物回收区中的单沉降腿。在另一实施方式中，与所述第一反应器间接连接的所述单沉降腿可用于与一个或多个反应器串联连接。在这些实施方式中，所述单沉降腿通过取出管线(a)和回流管线(b)与环流反应器间接连接，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿且所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器。在本发明的实施方式中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。
更具体地说，本发明进一步涵盖使用与反应器间接连接、用于进行沉降和用于进一步将沉降的聚合物淤浆排放到产物回收区中的单沉降腿，其中，所述沉降腿通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述环流反应器连接，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。在另一实施方式中，与所述第一反应器间接连接的所述单沉降腿可用于与一个或多个反应器串联连接。
已观察到：通过使用如本发明中所配置的单沉降腿，经由将淤浆径向引入到该单沉降腿中而使聚合物的沉降得以改善，从而提供了更高的固体物浓度。
此外，使反应器和沉降腿连接的管道的直径不再是限制因素，且对于单沉降腿，可使用直径较小的连接管道。
已观察到：通过使用如本发明所述的单沉降腿来代替若干个较小的常规沉降腿，可在反应器中循环更高重量百分数的固体物。此外，环流反应器中的固体物重量百分数的提高提高了催化剂的停留时间并且提高了催化剂的生产率。而且，固体物的增多提高了从反应器移出的固体物的重量百分数，这降低了再循环设备中的稀释剂处理成本。
虽然已经参考本发明的某些优选的变型相当详细地描述了本发明，但其它变型也是可行的。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文所述的优选变型。

Claims (12)

1.适用于烯烃聚合工艺的环流反应器，其包括：
-限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成，
-用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置，
-适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵，和
-通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述反应器，
所述环流反应器的特征在于所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。
2.权利要求1的环流反应器，其中所述取出管线的内径等于该环流反应器管道内径的0.14～0.3倍。
3.权利要求1或2的环流反应器，其中所述取出管线连接到所述单沉降腿的上三分之一处。
4.权利要求1-3中任一项的环流反应器，其中所述沉降腿的内径等于该环流反应器管道内径的0.8～2倍。
5.适用于烯烃聚合的包括至少两个环流反应器的多环流反应器，其中，第一环流反应器和第二环流反应器经由所述第一反应器的单沉降腿串联连接，该多环流反应器的特征在于所述单沉降腿通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接，其中，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第一反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接。
6.权利要求5的多环流反应器，其包括：
-至少一个第一环流反应器，所述第一环流反应器为权利要求1-4中任一项的环流反应器，其包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接，
-至少一个第二环流反应器，所述第二环流反应器为权利要求1-4中任一项的环流反应器，其包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第二环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述第二反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第二反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接，
其中，所述第一和第二环流反应器经由该第一环流反应器的单沉降腿串联连接。
7.权利要求5的多环流反应器，其包括：
-至少一个第一环流反应器，所述第一环流反应器为权利要求1-4中任一项的环流反应器，其包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第一环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述第一反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第一反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接，
-至少一个第二环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；以及与所述第二反应器管道连接的一个或多个沉降腿，
其中，所述第一和第二环流反应器经由该第一环流反应器的单沉降腿串联连接。
8.适用于烯烃聚合的多环流反应器，其包括：
-至少一个第一环流反应器，其包括：限定聚合物淤浆流动路径的多个互连的管道，所述淤浆基本上由烯烃反应物、聚合催化剂、液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒组成；用于将烯烃反应物、聚合催化剂和稀释剂引入到所述反应器中的装置；适用于使该聚合物淤浆在所述反应器中保持循环的泵；以及与所述第一反应器连接的一个或多个沉降腿，
-至少一个第二环流反应器，所述第二环流反应器为权利要求1-4中任一项的环流反应器，其包括通过(a)取出管线和(b)回流管线与所述第二环流反应器连接的单沉降腿，其中，所述取出管线从所述第二反应器延伸至所述沉降腿并且配置用于从所述第二反应器移出所述聚合物淤浆，所述回流管线从所述沉降腿延伸至所述第二反应器，其中所述取出管线与所述单沉降腿径向连接，
其中，所述第一和第二环流反应器经由该第一环流反应器的一个或多个沉降腿串联连接。
9.权利要求5-8中任一项的多环流反应器，其中所述取出管线的内径等于该环流反应器管道内径的0.14～0.3倍。
10.权利要求5-9中任一项的多环流反应器，其中所述取出管线连接到所述单沉降腿的上三分之一处。
11.权利要求5-10中任一项的多环流反应器，其中所述单沉降腿的内径等于该环流反应器管道内径的0.8～2倍。
12.在环流反应器中生产烯烃聚合物的聚合方法，其包括下列步骤：
-将一种或多种烯烃反应物、聚合催化剂以及稀释剂引入到该环流反应器中，并且同时使所述反应物、催化剂和稀释剂循环，
-使所述一种或多种烯烃反应物聚合以产生基本上包含液体稀释剂和固体烯烃聚合物颗粒的聚合物淤浆，
所述方法进一步包括下列步骤的一个或多个循环：
(a)从所述反应器的一部分中取出一部分所述淤浆，
(b)通过从所述反应器延伸至单沉降腿的取出管线，将所述聚合物淤浆径向引入到所述单沉降腿中，
(c)使所述聚合物淤浆沉降到所述单沉降腿中，和
(d)通过从所述沉降腿延伸至所述反应器的回流管线从所述沉降腿的上部区域取出未沉降的聚合物淤浆，和使所取出的未沉降的聚合物淤浆再循环到该环流反应器中；和/或同时
(e)将沉降的聚合物淤浆从所述单沉降腿的下部区域排放到该反应器之外进入到产物回收区中或进入到另一反应器中。
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