CN101918460B - 用于从气流中移除夹带的颗粒的系统和方法以及实现其的反应器系统 - Google Patents

用于从气流中移除夹带的颗粒的系统和方法以及实现其的反应器系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于从如反应器系统中的循环气流中移除微粒的各种方法和系统。在特定的实施例中，与聚合反应器系统结合来执行该方法，例如用于产生聚合物中的聚烯烃的气相反应器系统。该方法包括对气流进行压缩的步骤，该气流具有进入其中的微粒。

Description

用于从气流中移除夹带的颗粒的系统和方法以及实现其的反应器系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年12月27日递交的系列号61/009,308的优先权，通过引用结合其公开全文。
技术领域
本发明大体上涉及固体/气体分离，更具体地，本发明涉及用于从反应器系统中的气流移除微粒系统和方法。
背景技术
在用于产生如聚乙烯聚合物的聚烯烃聚合物的气相过程中，一种或多种气态烯烃(例如，乙烯、丁烯、丙烯等)、氢、共聚用单体和其它材料产生固态聚烯烃产物。一般地，气相聚合系统典型地包括流化床反应器、压缩器和冷却器。反应由从反应器导管的底部附近的分配器板通过的流态化气体被保持在粒状聚乙烯聚合物和气态反应物的二相流化床中。反应器导管通常由碳钢构成，并且评定为在例如高达约50bars(或约3.1MPa)的压力下操作。催化剂被注入流化床中。反应的热量传递到循环气流。该气流在外循环线路中被压缩并冷却并随后被再次引入反应器的底部，在那里通过分配器板。合成进料以及其它材料选择性地被添加以维持理想的反应浓度。
尽管反应哭的内部脱离部分移除大部分颗粒，然而通常有催化剂和聚合体产品的小颗粒进入到循环气流中。通常地在将残留的进入颗粒的一部分从循环气流中移除的过程中，在从反应器出来后并且在循环气体到达压缩器之间移除颗粒，一般使用一个或多个气旋。例如参见US专利5,922,818和6,911,504。
专利文献1：日本专利申请公开No.2005-108635
专利文献2：日本专利申请公开No.2004-212503
发明内容
本发明广泛地指向用于从反应器系统中的气流(例如循环气流)中移除微粒的各种方法和系统。在一些实施例中，方法与例如气相反应器系统的聚合反应器系统结合来执行。本发明还广泛地指向用于影响分离的各种系统。
在一类实施例中，根据一个实施例的从反应器系统中的气流中分离微粒的方法包括：将其中夹带有微粒的气流进行压缩；以及将至少一些所述微粒从压缩的所述气流中移除。
在另一类实施例中，根据一个实施例的用于将微粒从流化床反应器系统中的气流分离的方法，包括：将来自反应器管道的循环气流进行压缩，所述循环气流中夹带有微粒；以及使用集中器将压缩的所述循环气流中的至少一些所述微粒集中在第二气流中，所述第二气流包括从压缩的所述循环气流分离的气体；以及将所述第二气流引到所述反应器管道中。
在另一类实施例中，根据一个实施例的反应器系统，包括：至少一个反应器管道；循环线路，用于使从所述至少一个反应器管道中移除的气体循环回到所述至少一个反应器管道；压缩器，用于对所述循环线路中的气体进行压缩；以及分离装置，用于将微粒从所述压缩的气体中移除。
此外，在一类实施例中，根据一个实施例的轴向压缩器，包括：外壳，其具有入口、气体出口和固体出口；多列静叶片，从所述外壳的内表面向内延伸；内件，位于所述外壳中并相对其可转动地安装；以及多个径向列的动叶片，从所述内件向外延伸，其中，所述内件和所述外壳之间的相对转动促使气体流向所述气体出口，其中，所述内件和所述外壳之间的相对转动引起固体微粒从气体主体气旋分离，分离的所述微粒从所述固体出口排出，大部分气体从所述气体出口排出。
在另一类实施例中，根据一个实施例的轴向压缩器，包括：外壳，其具有第一端、与所述第一端相对的第二端、延伸通过端部的轴、朝向所述第一端的入口、朝向所述第二端的气体出口、固体出口、内表面和从所述内表面向内延伸多列静叶片，第一列静叶片位于所述入口附近，其它列彼此间隔地设置；内件，位于所述外壳中并相对其可转动地安装，所述内件具有从所述内件向外延伸的多个径向列的动叶片，其中，通过静叶片的列将动叶片的列所产生的气体的速度头的一部分转换为可操作为将气体传输到动叶片的下游列的压力头的作用，所述内件相对于所述外壳的转动对从所述入口进入并从所述出口排出的气体进行压缩；屏障，从所述外壳的所述第二端向内延伸，所述屏障将所述气体出口和所述固体出口分开，其中，所述内件和所述外壳之间的相对转动引起固体微粒从气体主体气旋分离，所述屏障将分离的固体引向所述固体出口并将大部分气体引向所述气体出口。
在另一类实施例中，根据一个实施例的方法，包括：检测气流中的固体的量；如果检测到的所述气流中的所述固体的量减小，则减小集中器的导叶相对于气体进入所述集中器的方向的角度；如果检测到的所述气流中的所述固体的量增加，则增加集中器的导叶相对于气体进入所述集中器的方向的角度。
此外，在另一类实施例中，根据一个实施例的系统，包括：集中器，进一步包括：外壳，其具有入口、气体出口和固体出口；位于所述入口附近的至少一个导叶，用于使进入所述外壳的气体预旋转，从所述气体分离的固体的量是所述至少一个导叶相对于所述气体进入所述入口的方向的角度的函数；以及检测装置，用于检测所述气体中固体的量，其中，基于从所述检测装置的读取来调节所述至少一个导叶的所述角度。
在一类实施例中，根据一个实施例的反应器系统，包括：至少一个反应器管道；循环线路，用于使从所述至少一个反应器管道中移除的气体循环回到所述至少一个反应器管道；连接到所述循环线路的集中器，所述集中器进一步包括：外壳，其具有入口、气体出口和固体出口；位于所述入口附近的至少一个导叶，用于使进入所述外壳的气体预旋转，从所述气体分离的固体的量是所述至少一个导叶相对于所述气体进入所述入口的方向的角度的函数；以及检测装置，用于检测所述气体中固体的量，其中，基于从所述检测装置的读取来调节所述至少一个导叶的所述角度。
附图说明
图1是本发明的特定实施例的一般方法、系统和/或设备的示意图。
图2是示出实现流化床聚合反应系统的本发明的特定实施例的一般方法、系统和/或设备的示意图。
图3是示出实现流化床聚合反应系统的本发明的特定实施例的一般方法、系统和/或设备的示意图。
图4是示出实现流化床聚合反应系统的本发明的特定实施例的一般方法、系统和/或设备的示意图。
图5是发明的实施例的设备的示意图。
图6是发明的实施例的设备的示意图。
图7A和7B是发明的实施例的设备的示意图。
图8是发明的实施例的设备的示意图。
具体实施方式
在对本发明的化合物、成分、组成、装置、软件、硬件、设备、结构、方案、系统与/或方法进行公开和描述之前，应理解除非另外指出，本发明的不限于具体的化合物、成分、组成、装置、软件、硬件、设备、结构、方案、系统、方法等，除非具体另外指出可以进行改变。还应该理解，这里所用的术语的目的在于仅描述具体的实施例而不旨在进行限制。
还应当注意，如在说明书和权利要求书中所使用的，除非另外指出，单数形式的“一个”、“所述”包括复数的指代物。
本发明的一般方法例如参照图1被描述，在图中，颗粒14进入其中的气流12例如通过压缩器130进行压缩。该气流还可以包括液态和固态材料。这里所用的“颗粒”一般指分散在气体中的固态或液态物质，或指分散在液态和/或气态环境中的不可溶固态物质，给出不同种类的混合物或合成物。例如通过固体分离装置140将至少一些颗粒14从压缩的气流16中移除。以下进一步具体描述包括有适用于这样的固体分离的具体设备的固态分离装置，具体地认为以下描述的每个细节可以与这里描述的这些或其它一般优选步骤以各种结合相结合。
在一般方法的进一步的一般优选步骤中，参照图2、4和5，来自反应器导管110的的循环气流(例如在循环线路122中)被压缩，循环气流具有进入其中的颗粒。集中器140用于将压缩的循环气流中的至少一些颗粒集中在第二气流162中，第二气流162包括从压缩的循环气流分流的流体。第二气流被导入反应器导管110。集聚了颗粒的第二气流也可以被导入下游设备，例如产品排放系统、树脂净化系统或其它适当之处。以下进一步详细描述流化床聚合反应器系统和包括适用于这样的固态分离的具体设备集中器，具体地认为以下描述的每个细节可以与这里描述的这些或其它一般优选步骤以各种结合相结合。
在一般方法的进一步的一般步骤中，参照图1、2、4和6，气流中的固体的量被检测。如果气流中的固体的检测的量减小，则调节集中器140的导叶相对于气体进入集中器140的方向的角度。这可以包括改变一个导叶的刃角或叶片角、改变一排(套)导叶的刃角或叶片角或改变多排(套)导叶的刃角或叶片角。如果气流中的固体的检测的量增加，则增大集中器140的导叶相对于气体进入集中器140的方向的角度。
以下进一步详细描述包括适用于这样的固态分离的具体设备集中器，具体地认为以下描述的每个细节可以与这里描述的这些或其它一般优选步骤以各种结合相结合。
本发明还包括有效用于使根据上述方法的固体移除有效的装置和系统。
例如参照图2描述的一般的反应器系统包括至少一个反应器导管反应器导管110、循环线路122和用于将循环线路中的气体进行压缩的压缩器130，循环线路122用于将从至少一个反应器导管移除的气体循环回至少一个反应器导管或下流设备，例如产品排放系统、树脂净化系统或其它适当之处。分离装置140将至少一些颗粒从循环线路122中的压缩的气体中移除。
在另一个一般的反应器系统中(例如参照图4进行描述)，系统包括至少一个反应器导管反应器导管110、循环线路122和压缩器130，循环线路122用于将从至少一个反应器导管移除的气体循环回至少一个反应器导管，压缩器130用于将循环线路中的气体进行压缩并且将至少一些颗粒从循环线路122中的压缩的气体中移除。
在另一个一般的实施例中(例如参照图4和5进行描述)，轴向压缩器130执行固体分离。该轴向压缩器可以是给定系统中的唯一压缩器，或者是另一个压缩器之外增加的。轴向压缩器130包括外壳502，具有入口504、气体出口506和固体出口508。多列静叶片510从外壳502的内表面向内延伸。内件512位于外壳中并相对其可转动地安装。多个径向列的动叶片514从内件512向外延伸。内件512和外壳502之间的相对转动促使气体流向气体出口。内件512和外壳502之间的相对转动还引起固体颗粒从气体整体中的气旋分离，分离的颗粒从固体出口508排出，大部分气体从气体出口506排出。
在另一个一般的实施例中(例如参照图5进行描述)，轴向压缩器130包括外壳502，具有第一端516、与第一端516相对的第二端518、朝向第二端518的固体出口508、内表面和从内表面向内延伸多列静叶片510，第一列静叶片位于入口504附近，其它列彼此间隔地设置。轴向压缩器130还包括位于外壳502中并相对其可转动地安装的内件512，内件512具有从其向外延伸多个径向列的动叶片514，其中，通过静叶片510的列将动叶片514的列所产生的气体的速度头的一部分转换为可操作为将气体传输到动叶片514的下游列的压力头的作用，内件512相对于外壳502的转动对从入口504进入并从出口506、508排出的气体进行压缩。另外一列或多列的可调节叶片524可以位于压缩部分的端部附近以增大旋涡并从而通过气旋作用提高颗粒的分离。叶片524的这样的可调节列可以被自动地或手动地调节以优化颗粒分离和能量消耗之间的平衡。屏障520从外壳502的第二端518向内延伸，屏障520将固体出口508和气体出口506分开，其中内件512和外壳502之间的相对转动使固体颗粒从气体主体气旋分离，屏障520将分离的固体引向固体出口508并将大部分气体引向气体出口506。
另一个一般的实施例(例如参照图2和6进行描述)包括集中器140和用于检测气体中的固体的量的检测装置640(一般共同使用附图标记“640”表示，在不同的图中检测装置更具体地表示为具有加圈的数字1、2和3等的检测装置，并且这里的相关的文字为640-1、640-2和640-3等)。集中器140包括外壳602，其具有入口604、气体出口606和固体出口608。至少一个导叶610或导叶列位于入口604附近，用于使进入外壳602的气体预旋转，从气体分离的固体的量是至少一个导叶610相对于气体进入入口604的方向的角度的函数。至少一个导叶610的角度基于从检测装置640的读取来被调节。如以上注意到的，该调节可以包括改变一个导叶的刃角或叶片角、改变一行(套)导叶的刃角或叶片角或改变多行(套)导叶的刃角或叶片角。
另一个一般的实施例(例如参照图2和6进行描述)包括至少一个反应器导管110、用于将从至少一个反应器导管110移除的气体循环回至少一个反应器导管110的循环线路122以及连接到循环线路122的集中器140。集中器140还包括外壳602，其具有入口604、气体出口606和固体出口608。至少一个导叶610或导叶列位于入口604附近，用于使进入外壳602的气体预旋转，从气体分离的固体的量是至少一个导叶610相对于气体进入入口604的方向的角度的函数。至少一个导叶位于入口附近，用于使进入外壳的气体预旋转，从气体分离的固体的量是至少一个导叶相对于气体进入入口的方向的角度的函数。检测装置640检测气体中的固体的量。至少一个导叶610的角度基于从检测装置640的读取来被调节。该调节可以包括改变一个导叶的刃角或叶片角、改变一行(套)导叶的刃角或叶片角或改变多行(套)导叶的刃角或叶片角。
尽管本发明应用于气相聚烯烃产生，然而这里的广义概念和教导还可用于多种过程，包括但不限于气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相主体传输系统；气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相混合系统；气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相加热或冷却系统；气/固相和气/液/固相干燥系统；等等。
为了易于读者理解，以及将本发明的各种实施例置于上下文中，以下描述许多将以商业的气相聚乙烯反应器系统的形式提出。应理解这仅以非限制示例的方式进行。
单相和多相系统
在上述的一般优选的步骤和/或实施例中，分离方法和装置可以与不同的过程一起使用，包括但不限于气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相反应器系统(包括聚合反应器系统)；气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相主体传输系统；气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相混合系统；气相、气/固相、液/固相、气/液相和气/液/固相加热或冷却系统；气/固相和气/液/固相干燥系统；等等。
流化床一般包括一层颗粒，其中颗粒间的静摩擦被破坏。在上述的一般优选的步骤和/或实施例的每个中，流化床系统可以是开放流化床系统或封闭流化床系统。开放流化床系统可以包括一种或多种流体以及一种或多种流化固体颗粒，并且包括暴露到开放控制环境的一个或多个流化床表面。例如，开放流化床系统可以是开放容器，例如顶部开放的罐，或者分批处理器或平行分批处理器的开放井(例如微量滴定室)。或者，流化床系统可以是封闭流化床系统。封闭流化床系统可以包括一种或多种流体以及一种或多种流化颗粒，一般被屏障限制，使流体和颗粒被约束。例如，封闭流化床系统可以包括管道(例如用于颗粒运输)、如图2的流化床聚合反应器系统(以下描述)的再循环流化床系统，其中任意的可以与不同的居住、商业与/或工业应用相关联。
封闭流化床系统可以与开放流化床系统流体相通。封闭流化床系统和开放流化床系统之间的流体相通是可隔离的，例如通过一个或多个阀。这样的隔离阀可以为单向流体流动配置，例如压力安全阀或止回阀。一般地，流化床系统(无论开放或封闭)可以由包括一个或多个屏障的加工的(例如人造)边界限定。界定加工的边界的一个或多个屏障一般可以由天然或非天然材料制成。并且，一般地，流化床系统(无论开放或封闭)可以是诸如连续流系统或半连续流(例如间歇流)系统的流动系统，是批系统或半批系统(有时也称为半连续系统)的流动系统。在许多示例中，作为流动系统的流化床系统是封闭流化床系统。
几个实施例中的流化床一般可以由沿与重力相反的方向的气态流体的流动形成。气体对固体颗粒的摩擦力作用克服了重力并使颗粒悬在流化状态，称为流化床。为了维持活流化床，经过层的表面气体速度必需超过流化所要求的最小流动。增加流态化气体的流动增大了层中颗粒的移动量，并且可以导致颗粒的有利或有害的混合。降低流动导致对颗粒的拖曳减小，最终导致层的崩溃。通过气体沿非垂直方向流动形成的流化床包括水平地流过管道的颗粒、向下流动(例如通过下水管)的颗粒，等等。
流化床也可以通过震动或以其它方式搅动颗粒而形成。震动或搅动使颗粒处于流化的状态。
流化床聚合反应器系统
在上述的一般优选的步骤和/或实施例的每个中，流化床系统可以包括流化床聚合反应器系统。如以上简要地提到，气相聚合反应可以在流化床聚合反应系统中进行，并且还可以在气态环境中包含固体的搅动或桨式反应系统(例如搅动层系统)中形成。尽管以下的讨论将针对流化床系统(在那里已经得知本发明是优选的并很有优势)，然而应理解对优选的流化床系统所描述的上述及本文的其它一般优选实施例的一般概念也适用于搅动或桨式反应系统。本发明不限于气相反应系统的任何具体类型。
例如，在一般条件下，通过使含有一种或多种单体的气态流在反应条件下并且有催化剂存在时以足以将固体颗粒维持为悬浮状态的速度连续地通过流化床反应器，来进行用于生产树脂和其它类型的聚合物的传统的流化床聚合过程。采用连续循环，其中循环气流(另外称为循环流或流化介质)在反应器中由聚合的热量加热。同样含有未反应的气态单体的热的气态流连续地从反应器排出，被压缩、冷却并再循环到反应器中。从反应器取出产品，并且向系统添加(例如向循环流或反应器管道)补充的单体以代替聚合的单体。例如参见美国专利号4,543,399、4,588,790、5,028,670、5,317,036、5,352,749、5,405,922、5,436,304、5,453,471、5,462,999、5,616,661、5,668,228和6,689,847。图2示出了基本的传统流化床系统。反应器导管110包括反应区域112和速度减小区114。尽管图2示出的反应器结构包括延伸部分下方的大体上的柱状区，然而也可以使用替代结构，例如包括整个或部分锥形反应器的反应器结构。在这样的结构中，流化床可以位于锥形反应区域内，但是要在用作为图2所示的更传统的反应器结构的速度减小区域的具有更大横截面的区域的下方。
例如，一般地，反应区域的高度和直径的比率可以在约2.7∶1至约5∶1的范围中变化。范围可以改变到更大或更小的比率，主要取决于理想的产生能力。速度减小区域114的横截面典型地在反应区域112的横截面的约2.5至约2.9倍的范围内。
反应区域112包括一层生长的聚合物颗粒、形成的聚合物颗粒和少量的催化剂，全部以通过反应区域的循环流和补偿进给的形式被可聚合并改性的气态成分(包括惰性物)的连续气流流态化。为了维持活流化床，经过层的表面气体速度必需超过流化所要求的最低流动，对于聚乙烯典型地约0.2至约0.5ft/sec。优选地，表面气体速度比用于流化的最低流动高至少0.2ft/sec，或为约0.4至约0.7ft/sec。通常地，表面气体速度将不会超过5.0ft/sec，通常不大于2.7ft/sec。然而，一些实施例可能使用较高的表面气体速度。
开始时，在气流开始之前反应器通常充有一层聚合物颗粒微粒。这样的颗粒有助于防止开始催化剂进给时形成局部“热点”。它们可以与要形成的聚合物相同或不同。当不同时，优选地用作为第一产品的理想的新形成的聚合物颗粒取代它们。最终，含有理想的聚合物颗粒的流化床取代了开始层。
通过循环到并通过层的流体的高速率来实现流化，典型地为进给或补偿流体的速度的约50倍的量级。循环的高速度提供了维持流化床所必需的表面气体速度。流化床具有单独移动的颗粒的密集质量的一般外观，该颗粒如通过层过滤气体产生。通过层的压力下降等于或略大于由横截面区域分开的层的重量。
再参照图2，补偿流体可以经由循环线路122在点118处进给。循环流的成分典型地由气体分析器121测量，然后根据在反应区域内维持本质稳定的状态成分来调节补偿流的成分和量。气体分析器121可以位于接收来自速度减小区域114和换热器124之间(优选地，压缩器130和换热器124之间)的点的气体。
为了确保完全流化，循环流和理想的至少部分补偿流可以通过循环线路122返回到反应器，例如在层下方的入口126处。优选地，在一类型的实施例中，在返回点上方具有气体分配板128以帮助均匀地对层流化并在开始前或当系统关闭时支撑固体颗粒。向上通过并从层出来的流帮助移走放热聚合反应产生的反应热量。
流过流化床的气态流的在层中不发生反应的部分成为循环流，其离开反应区域112并进入层上方的速度减小区域114，大部分进入的颗粒在那里落回到层上，从而减少了固态颗粒。
循环流然后在压缩器130中被压缩并通过换热器124，反应热量在循环流返回层之前被从其中移出。注意，换热器124还可以位于压缩器130之前，或者可以使用两个换热器，其中一个在压缩器之前(通常在露点附近操作)，另一个在压缩器之后。
从换热区出来的循环流然后在其基底处返回到反应器，并从此通过气体分配板128到流化床。流体流动导向器132优选地安装在反应器导管110的入口126处以防止所含的聚合物颗粒或液滴沉淀出并附聚成固体块，并维持进入的颗粒或液体或使任意可能沉降出或出去的颗粒或液体再进入。
在该实施例中，聚合物产品从线路144排放。尽管未示出，希望将流体从产品分离并使液体返回到反应器导管110。
聚合催化剂可能通过线路148在点142处以固体或液体的形式进入反应器。如果催化剂如通常那样需要使用一种或多种辅催化剂，该一种或多种辅催化剂可能被单独地引入反应区域，它们在那里将与催化剂反应以形成催化活性反应产物。然而，催化剂可以在引入反应区域中之前进行混合。
图2所示的反应器系统100尤其有利于形成如聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烃。用于形成各种聚烯烃和其它反应产物的工艺条件、原材料、催化剂等在包含于此的参照文献中有记载。用于一般聚合反应的说明性工艺条件在以下列出以提供一般的指导。
反应管道例如具有至少约2英尺的内径，有时大于约20英尺。
气相处理中的反应器压力可以从约100psig(690kPa)至约600psig(4138kPa)变化，优选地在约200psig(1379kPa)至约400psig(2759kPa)的范围，更优选地在约250psig(1724kPa)至约350psig(2414kPa)的范围。
气相处理中的反应器温度可以从约25℃至约150℃变化，优选地从约30℃至约125℃，对于聚丙烯更优选地在从约65℃至约110℃的范围，对于聚乙烯更优选地在从约80℃至约120℃的范围。
其它预期的气相处理包括系列或多级聚合过程。并且本发明预期的气相处理包括美国专利5,627,242、5,665,818和5,677,375以及欧洲专利EP-A-O794200、EP-B1-O649992、EP-A-O802202和EP-B-634421中所描述的，通过引用全部引入这里。
在这里描述的任意实施例中，聚合反应系统可以在压缩模式下操作，如下所述。
在一个实施例中，本发明中使用的反应器可以产生大于每小时500lbs的聚合物(227Kg/hr)至约300,000lbs/hr(90,900Kg/hr)或更高的聚合物，优选地大于1000lbs/hr(455Kg/hr)，更优选地大于10,000lbs/hr(4540Kg/hr)，更优选地大于25,000lbs/hr(11,300Kg/hr)，更优选地大于35,000lbs/hr(15,900Kg/hr)，更优选地大于50,000lbs/hr(22,700Kg/hr)，最优选地为大于65,000lbs/hr(29,000Kg/hr)至大于100,000lbs/hr(45,500Kg/hr)。
在这里描述的任意实施例中，聚合反应系统可以在压缩或超级压缩模式(共同地“压缩模式”)下操作，其中可压缩的流体被引入处理以增加反应器系统的冷却能力。这些惰性可压缩流体典型地被称为(诱导)压缩剂或ICA。一种具体选取的压缩剂是异戊烷，然而可以使用其它的。压缩模式的进一步细节参见美国专利5,342,749和5,436,304以及美国专利申请公开2005/0267268。通过使压缩剂压缩，可以从反应系统移出更多热量，从而极大提高了聚合物产生率。
其它类型的层系统
在为本发明的目的考虑“流化”的同时，减慢移动的颗粒主体在本领域中也称为“移动层”。移动层包括如主体流动箱、下水管等中的颗粒，固体在那里慢慢地移动通过管道。
在为本发明的目的考虑“流化”的同时，搅动层系统包括被搅动或由部件(如旋转或移动通过层的桨或插棒)搅拌的层。通过转鼓(例如具有或不具有用于加强混合的内挡板)、以摇摆形式移动的管道、包括施加到颗粒或其容器的超声波振动的振荡等等，可以形成其它类型的搅动层系统。
分离装置
在一个一般步骤中，如图1所示，气体被压缩器130压缩后，分离装置140将固体从气流中分离。该步骤具有的优势是一部分压缩气体可以随后被用于将分离的固体传输到目的地，其可能是收集点，正在进行的过程中的某点，传递装置等。在显著优选的步骤中，固体集中成可以被引到理想目的地的“含尘气体”流。因为含尘气体流位于压缩器的下游，所以一些压缩气体可以被转移以作为用于固体的传输介质，可以具有或不具有附加的辅助。
本领域中公知的任何类型的分离装置140可以用在这里描述的任意实施例中，除非另有注释。一个步骤使用轴向集中器，例如图7A-B所示的单向流气旋140或者通过引用包含于此的美国专利7,070,637和美国专利5,186,607中提出的类型。也可以使用图8所示的“弯头集中器”140。也可以使用适当设计的典型的反向流气旋。也可以使用聚集微粒的收集器。以下提出其它类型的分离装置140。
压缩气体的一部分被用于传输被移除的微粒，可以使用实现传输需要的那么多的气体。在一般优选的步骤中，进入分离装置的全部气体的重量的小于约40％被转移为“含尘气体”流。在其它步骤中，全部气体的小于约25％被转移，小于约15％被转移，小于约10％被转移，小于约5％被转移。
再参照图2并且如上所述，在流化床反应器系统中，不与层反应的流过流化床的气态流的部分成为循环流，其离开反应区域112并进入层上方的速度减小区域114，在那里进入颗粒的主要部分(如催化剂、聚合物颗粒等)落回到层上，从而减少了携带的固体颗粒。然而，携带进入循环线路122的固体颗粒不能这样，并且可能在循环线路和设备的不同阶段中带来污染。因此，从循环气流中移除至少一些固体颗粒是有利的。
如图2所示，分离装置140可以在循环气体压缩器130之后沿循环线路122布置。分离装置140可以用作为集中器来对循环气体中携带的微粒物质进行集中，在那里用少量的压缩气体可以使大量的微粒被移除并且独立于主气体循环流被循环。该步骤高于在前步骤，其典型地在反应器的气体出口、压缩器的上游处使用反向流气旋并且试图移除基本上所有微粒并通过重力或喷射器使它们返回到反应器。特别是当颗粒有粘性或是热的固体聚合物颗粒时，返回线路和喷射器堵塞是问题。当颗粒停滞在喷射器中的拾取喷嘴附近时，堵塞问题恶化。
一个特别优选的步骤使用集中器作为压缩器130的下游的分离装置140。集中器的排出流可以经由第二气流162被送入反应器管道，排出流被从压缩气流转移的压缩气体推进。该步骤利用增大的气体压力用于集中固体并将固体返回到反应器管道而不使用喷射器。要清楚使微粒返回反应器管道可以指微粒被直接进给到反应器管道，被进给到最终将微粒带入反应器管道、产品排放系统或树脂净化系统等中的另一个流(例如换热器之后的循环流)中。
此外，使用集中器将对主分离器、反应器顶盖(延伸部分)的设计给予更大自由，因为分离效率可以不太严格。
在进一步的步骤中，一部分压缩气体从压缩气流转移并用于传输被移除的微粒，这部分压缩气体和被移除的颗粒被引向反应器系统的喷嘴或其它部分。因此，颗粒再循环可以用作为冲洗流，例如用于保持喷嘴清洁。喷嘴可以是反应器系统中用于材料的入口和出口的任意点。示例包括产品排放喷嘴、来自产品成本排放系统的返回气体喷嘴、催化剂输入喷嘴等等。在另一个步骤中，一部分压缩气体从压缩气流转移并用于将被移除的微粒传输到任意其它位置，其可以是或不是反应器系统的部分。例如，被移除的微粒可以从传输气体被过滤并聚集在收集点处，被喷射到反应器管道下方的循环线路中，被添加到另一个进给线路等。
本发明的一个实践方面应清楚循环流中微粒的出现增大了污染的风险。最大的污染风险在气体在换热器124中冷却并成为三相流时开始。注意到在系统中循环的一些微粒有助于使系统保持清洁；然而，过量的微粒可能导致或恶化如污染或冷却器堵塞的问题。因此，当以压缩模式操作时，优选的是在三相流区域开始前并且在换热器124之后并通过分配器板128，移除可能由操作颠倒或更高的全容量操作所产生的过量的微粒材料。图2和4描述了分离装置140位于换热器124上游的实施例。其它实施例可以在换热器124下游执行分离。在另一个实施例中，换热器连接到压缩器的循环线路上游，温度一般保持在露点以上。可以使用两个换热器，一个在压缩器之前，通常在露点附近操作，另一个在压缩器之后。
在一些实施例中，可以由压缩器执行固体分离。例如，如图4所示，压缩器130同时作为循环气体压缩器130和分离装置140。
图5描述了轴向压缩器130的说明性装置，根据一个实施例使用一个装置执行压缩和固体分离。如所示，说明性轴向压缩器130包括外壳502，具有第一端516、与第一端516相对的第二端518、延伸通过端部的轴、朝向第一端516的入口504、朝向第二端518的气体出口506、朝向第二端518的固体出口508、内表面和从内表面向内延伸多列静叶片510，第一列静叶片位于入口504附近，其它列彼此间隔地设置。
轴向压缩器130还包括位于外壳502中并相对其可转动地安装的内件512。内件512可以直接安装到外壳502，或者可以被独立地支撑。尽管在典型的实际应用中内件512将相对于静止的外壳502转动，然而也可以是相反的。在进一步的步骤中，外壳502和内件512都可以转动。内件512具有从其向外延伸多个径向列的动叶片514。
通过静叶片510的列将动叶片514的列所产生的气体的速度头的一部分转换为可操作为将气体传输到动叶片514的下游列的压力头的作用，内件512相对于外壳502的转动对从入口504进入并从出口506、508排出的气体进行压缩。
可以在设计中结合类似于轴向气旋(单向气旋)的适当的排放配置。在优选的步骤中，屏障520从外壳502的第二端518附近向内延伸，屏障520将固体出口508和气体出口506分开，并且设置为使内件512和外壳502之间的相对转动使固体颗粒从气体主体气旋分离，屏障520将分离的固体引向固体出口508并将大部分气体引向气体出口506。具体地，通过压缩器130的叶片列的最后的列的气体的旋涡使固体通过离心力朝向外壳502的内表面移动。在出口附近，外壳502的内表面附近的包含集中分布的颗粒的气体被屏障520除渣被引到固体出口508。中心附近的气体(现在具有很少颗粒)继续到达气体出口506。因此，在一个步骤中，图5的轴向压缩器用作为集中器。再次，从固体出口508出来的“含尘气体”流可以被引到任何理想的目的地。
为了防止固体再次进入气体主体，在紧邻固体出口508处可以没有动叶片514的列与/或静叶片510的列。如图5所示，在紧邻固体出口508处没有静叶片或动叶片。
如图5所示，内件512可以具有朝向其一端减小的直径以容纳屏障520。屏障520可以是插入的轴向圆柱来收集离心地集中在外壳外侧附近的固体。
图5的轴向压缩器130的附加构件与公知的轴向压缩器中的类似或相同。因此，控制机构、电动机或其它驱动机构、轴承、密封等可以是标准设计并且不做进一步讨论。
在一个步骤中，叶片510、514由合金材料或其它适当材料锻造、铸造或机加工为空气动力学形状并以行间隔，动叶片在其间移动。静叶片510与/或动叶片514可调节。可以使用任意公知的方式或装置进行手动或自动调节。任意静叶片调节可以用于静叶片的一列或多列。
在一个步骤中，静叶片与/或动叶片的最后一列或几列可以成角度以促进固体分离。静叶片的最后一列或几列可调节，可以是手动或自动调节，以优化气旋转动(颗粒分离)和合成的压缩器/集中器的能耗。
一个或多个入口引导叶片列522可以位于朝向入口504。入口叶片522与/或一些静叶片510的角度可以为压缩机控制调节。该调节可以包括改变一个引导叶片的刃角或叶片角、改变一行(套)引导叶片的刃角或叶片角或改变多行(套)引导叶片的刃角或叶片角。
应注意在不同的步骤中，固体出口可以位于沿外壳的长度的任意位置。在一般优选的步骤中，固体和气体出口位置朝向外壳的一端，因为典型地那里压力最大。在其它步骤中，固体出口可以位于朝向外壳的中部。
轴向压缩器可以是给定系统中的唯一压缩器，例如图4所示，或者可以是除一个压缩器以外的另一个。
这个实施例允许一个设备代替压缩器和分离的固体分离装置。已经在压缩器中产生的能量和转动允许效率比分离的设备更大。
另一个优选的实施例(例如参照图2和6进行描述)包括具有可改变压降的集中器140和用于检测气体中的固体的量的检测装置640。参照图6，示意性的集中器140包括外壳602，其具有入口604、气体出口606和固体出口608。至少一个导叶610位于入口604附近，用于使进入外壳602的气体预旋转，从气体分离的固体的量是至少一个导叶610相对于气体进入入口604的方向的角度的函数。该装置通过引导叶片610将涡流运动施加给进入的气流。气体流过装置具有轴向和切向的速度分量。切向速度引起分离，而轴向分量确保气体流过装置并在另一端排出。在一个优选步骤中，气体在通过分离部分的长度时将执行几个完整旋转。在出口处，靠近管道外壁的气体(包含集中的颗粒分布)被脱渣被并引导到灰尘出口。靠近中心的(现在具有很少颗粒)继续进入到清洁的气体出口。
示意性而非限制性的检测装置640包括那些能够测量气流中固体的相对量的声发射、能量吸收以其它适当手段。在流化床反应器系统中，例如，检测装置640可以用于测量从反应器进入循环气体的固体的相对量。该测量可以用于自动地增加或减小叶片角以提供固体分离度和能量消耗(压降)的优化。这样的优化以具体操作条件所需的最小压缩器能量提供循环气体系统的操作。
在使用中，至少一个导叶610的角度基于从检测装置640的读取或来自不同位置的多个检测装置640的信号的组合而被调节。该调节可以包括改变一个导叶的刃角或叶片角、改变一行(套)导叶的刃角或叶片角或改变多行(套)导叶的刃角或叶片角。例如，可以使用检测装置640来连续地、周期性地、随机地检测气流中的固体的量。如果检测到的气流中的固体的量相对于之前的读取等例如降低到阈值以下，引导叶片相对于气体进入集中器的方向的角度减小。这导致通过分离装置140的气体更少自旋，从而降低分离效率，但也降低了通过分离装置140的总压降。因此，当气体中的固态聚集最小时，例如从反应器导管110携带进入循环气体最小并且不对冷却器或分配器板带来污染的问题，可以调节叶片角度以使压降和能量消耗最小。
另一方面，如果检测到的气流中的固体的量相对于之前的读取等例如增加到阈值以上，一个或多个引导叶片相对于气体进入集中器的方向的角度增大。这导致通过分离装置140的气体更多自旋，从而提高了分离，但增大了通过分离装置140的总压降。因此，当气体中的固态聚集由于操作条件、扰乱条件或对于具有更高灵敏性的产品而增大时，可以增大叶片角度以给出更大的固体集中和移除，例如直接再循环到反应器管道或传输到其它理想位置。
在调节叶片角后为了维持恒定的质量流率，施加到压缩器的能量可以增大或减小。用于监控并维持恒定质量流率的控制系统是公知的。
集中器设计可以类似传统的单向流动集中器、轴向集中器、气旋集中器等。
在一个步骤中，固体的量在集中器上游被检测。例如，如图2所示，可以设置检测装置640-1与或640-2，或者将传感器放置在反应器导管110和分离装置140之间的循环线路122上。
在另一个步骤中，固体的量在集中器下游被检测。例如，如图2和4所示，可以设置检测装置640-3与或640-4，或者将传感器放置在分离装置140下游的循环线路122上。
在另一个步骤中，固体的量在集中的气流线路162中在集中器下游被检测。例如，如图2和4所示，可以设置检测装置640-5，或者将传感器放置在分离装置140的下游的集中的气流线路上。在一个实施例中，一个上游传感器(例如640-1或640-2)处固体的增加的量的检测可以使叶片角增大以增大固体移除效果。之后，集中的气流线路162中固体的测量的随后的降低(例如由检测装置640-5测量)可以提供过量固体携带的周期已经过去的指示，并且叶片角可以下降到更低的压降设定。
液体
一般地，例如，分离装置可以与具有宽范围的液体特性的液体与/或气体一起使用，例如宽范围的粘度、密度和/或介电常数(每个特性被单独地考虑或两个或更多被共同地考虑)。例如，液体一般可以具有从约0.0005g/cc到约20g/cc的粘度范围，并且/或可以具有从约1到约100的介电常数。在本发明的许多实施例中，主体材料是气态流体。气态流体例如一般地可以具有从约0.001到约0.1cP的粘度，并且/或可以具有从约0.0005到约0.1g/cc的密度，并且/或可以具有从约1到约1.1的介电常数。
主体材料可以包括相对纯净的气态部分(例如气态N2、气态O2)和相对纯净的液体。其它成分可以包括其它液体及混合物、固体或气态成分(例如，液体或固体催化剂、气态单体、空气)。本发明的各方面与可以与气体、固体和/或液体的单相或多相混合物一同使用，例如包括：固体和气体两相混合物(例如流化床系统)、气体与一种颗粒的混合物、气体与不同颗粒的混合物(例如聚合物和催化剂颗粒)，以及/或气体、液体和固体的三相混合物(例如添加液体催化剂的流化床)。
尽管以上提供了一般操作条件，除了以上列出的，处理条件可以如相关技术中所了解而变化，例如温度、压力、流体流率等。
除非另外指出，无论本说明书中是否具体提到，“本质上包括”不排除出现其它阶段、元素或材料，只要该它阶段、元素或材料不影响本发明的基本的和新颖的特性，此外，它们不排除通常与使用的该元素和材料相关的杂质和变异。
出于简要，这里仅具体公开了某个范围。然而，从任意下限的范围可以与任意上限的范围结构来表示没有具体表示的范围，同样，从任意下限的范围可以与任意其它的下限的范围结构来表示没有具体表示的范围，以相同的方式，从任意上限的范围可以与任意其它的上限的范围结构来表示没有具体表示的范围。此外，尽管没有具体指出，范围中包括其端点之间的每个点或个体值。因此，每个点或个体值可以与其它任意点或个体值或者其它任意下限或上限作为其自己的下限或上限，以表示没有具体表示的范围。
这里通过参考所有权限完全地结合所有优先权文件，其中该结合被允许并且到达该公开与本发明的说明书一致的范围。此外，这里引用的所有文件和参考(包括测试程序、出版物、专利、期刊文章等)对于所有权限通过引用完全结合于此，其中该结合被允许并且到达该公开与本发明的说明书一致的范围。
尽管关于一些实施例和示例描述了本发明，然而本领域技术人员应理解在该公开的启示下可以作出不背离本文公开的本发明的范围和主旨的其它实施例。

Claims (20)

1.一种用于将微粒从流化床聚合反应器系统的循环气流分离的方法，包括以以下顺序执行的以下步骤：
将直接来自反应器的循环气流进行压缩，所述循环气流中夹带有微粒；
将至少一些所述微粒从压缩的所述气流中移除；以及
将移除的所述微粒进给到所述反应器系统的反应器管道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从压缩的所述气流分离一部分压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于将移除的所述颗粒进给到所述反应器管道中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从压缩的所述气流分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于将移除的所述颗粒进给到所述流化床聚合反应器系统的反应器管道中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩的气体在所述移除步骤之后进入换热器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移除通过集中器执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述集中器的固体排出流被进给到所述反应器系统的反应器管道中，所述排出流被从压缩的所述气流分离的压缩的气体推进。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移除通过收集器执行。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，从压缩的所述气流分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于传输移除的所述颗粒，其中，使所述压缩的气体的所述部分和移除的所述颗粒导向所述反应器系统的喷嘴。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，从压缩的所述气流分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于将移除的所述颗粒输送到另一个位置。
10.根据权利要求1所述的用于将微粒从流化床反应器系统中的气流分离的方法，包括以以下顺序执行的以下步骤：
将直接来自反应器管道的循环气流进行压缩，所述循环气流中夹带有微粒；以及
使用集中器将压缩的所述循环气流中的至少一些所述微粒集中在第二气流中，所述第二气流包括从压缩的所述循环气流分离的气体；以及
将所述第二气流引到所述反应器管道中。
11.一种根据权利要求1所述的方法所使用的流化床聚合反应器系统，所述流化床聚合反应器系统包括：
至少一个流化床聚合反应器管道；
循环线路，用于使从所述至少一个反应器管道中移除的气体循环回到所述至少一个反应器管道；
压缩器，用于对所述循环线路中的气体进行压缩；
分离装置，用于将微粒从所述压缩的气体中移除；以及
用于将移除的所述微粒进给到所述反应器管道的装置。
12.根据权利要求11所述的反应器系统，还包括换热器，用于冷却所述压缩的气体，其中，所述换热器连接到所述压缩器和所述分离装置之间的所述循环线路。
13.根据权利要求11所述的反应器系统，还包括换热器，用于冷却所述压缩的气体，其中，所述换热器连接到所述分离装置下流的所述循环线路。
14.根据权利要求11所述的反应器系统，还包括换热器，用于冷却所述循环线路中的气体，其中，所述换热器连接到所述压缩器上流的所述循环线路。
15.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，从所述循环线路分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于将移除的所述颗粒进给到所述反应器管道中。
16.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，所述分离装置是集中器。
17.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，所述分离装置是集中器，所述集中器的排出流被进给到所述反应器系统的所述反应器管道中，所述排出流被从所述循环线路分离的一部分所述压缩的气体推进。
18.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，所述分离装置是收集器。
19.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，从压缩的所述循环气流分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于传输移除的所述颗粒，其中，使所述压缩的气体的所述部分和移除的所述颗粒导向所述反应器系统的喷嘴。
20.根据权利要求11所述的反应器系统，其中，从所述循环线路分离一部分所述压缩的气体，并且所述一部分压缩的气体用于将移除的所述颗粒输送到离开所述分离装置的另一个位置。
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