CN102639207A - 流体分离系统和方法 - Google Patents

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Abstract

这里提供了一种用于使颗粒与流体分离的系统和方法。该系统包括：容器，该容器有流体进口和流体出口；以及导流板组件，该导流板组件位于容器内。导流板组件有多个导流板，这些导流板能够使得进入容器的流体改变方向，从而分离颗粒。在聚合反应器的关闭期间，反应混合物排出至分离系统，在该分离系统中，在释放至大气中之前，聚合物颗粒从混合物中除去。

Description

流体分离系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及申请日为2008年12月18日、标题为“高压聚合工艺”（High Pressure Polymerization Process）的PCT申请No.PCT/US2008/087501和申请日为2009年7月14日、标题为“高压游离基聚合工艺（High Pressure Radical Polymerization Process）”的PCT申请No.PCT/US2009/050491。这些申请整个被本文通过引用合并在此。
技术领域
本发明涉及流体分离系统和方法。更特别是，本发明涉及用于在聚合处理中使得聚合物颗粒与反应混合物分离的系统和方法。
背景技术
聚合反应器将相对低价值的烯烃单体（例如乙烯，可以选择与一种或多种共聚单体组合）转变成有价值的聚烯烃产品（例如聚乙烯）。
反应器通常在相对较高压力（例如200至310MPa）和相对较高温度（例如150至450℃）下操作。该反应是高度放热的。当反应混合物过热时，烯烃将分解成碳、氢和甲烷。而且，过高温度和/或压力可能有安全问题。因此，重要的是以受控的方式进行聚合，且需要时进行反应器的紧急情况关闭。
紧急情况关闭通常需要通过将反应器内容物（例如未反应的组分和聚合物颗粒的混合物）排放至大气中而降低反应器内的温度和压力条件。
希望有一种系统和方法，它在反应器关闭过程中减少或有效消除聚合物颗粒向大气中的排放。
发明内容
在一个方面，本发明涉及用于使颗粒与流体分离的系统。该系统包括：（i）容器，该容器有流体进口和流体出口；以及（ii）导流板组件，该导流板组件位于容器内。导流板组件有多个导流板，这些导流板能够使进入容器的流体改变方向。
在另一方面，本发明涉及用于在聚合反应器的关闭期间使颗粒（例如聚合物）与反应混合物分离的方法。该方法包括：（i）打开聚合反应器中的阀；以及（ii）将至少一部分反应混合物排出至分离系统中。分离系统可以包括：容器，该容器有流体进口和流体出口；以及导流板组件，该导流板组件同心地定位在容器内。导流板组件可以包括多个导流板，这些导流板形成环形环。该多个导流板可以轴向延伸。所述多个导流板均可以沿与流体进入容器的相同方向定向。
在一个实施例中，流体进口能够与容器的壁基本相切地引入流体。
在一个实施例中，流体包括悬浮于其中的聚合物，例如聚乙烯。
通过下面的说明和附加权利要求将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。
附图说明
图1A-1C表示了各种分离系统的示例实施例；
图2表示了在分离系统内的导流板组件的示例实施例的俯视图；
图3表示了具有导流板支承件和隔板的导流板组件的示例实施例；
图4表示了具有导流板组件插入件的分离系统的示例实施例；以及
图5表示了包括分离系统的聚合系统的示例实施例的示意图。
具体实施方式
下面将介绍本发明的多种具体实施例、变化形式和实例，包括优选实施例和这里采用的定义，用于理解要求保护的发明。尽管下面的说明给出了具体优选的实施例，但是本领域技术人员应当知道，这些实施例只是示例，本发明能够以其它方式来实施。为了确定侵权，本发明的范围将参考任意一个或多个附加权利要求，包括它们的等效物以及与所列举的等效的元件或限制。任意涉及的“发明”可以指由权利要求确定的一个或多个发明，但并不需要为全部权利要求。
也就是说，这里介绍了特别是在聚合反应器的关闭过程中用于使得颗粒（例如固体聚合物）与流体分离的系统和方法。示例的分离系统包括：1）容器，该容器有流体进口和流体出口；以及2）导流板组件。
容器可以是任何足以在其中容纳流体的结构。图1A-1C表示了包括容器105的分离系统100的示例实施例。如图所示，容器105为筒形。不过，容器可以为任意形状（例如矩形、圆形等）。而且，容器可以是足以容纳在关闭过程中从反应器系统排出的流体流的任意尺寸。在图1A-1C中，容器105基本竖直定向。在其它实施例中，容器可以基本水平定向或沿其它方位。容器可以由任意合适材料来制造，例如钢。
容器还包括足以使得流体递送至容器中的流体进口。根据各种示例实施例，流体进口以所需轨道将流体引入容器中。例如，流体进口可以将流体朝着容器的壁或基本上与容器的壁相切地引入。图1A至1C表示了与容器105的壁102基本相切的流体进口110。
在各个示例实施例中，流体进口位于容器的下半部分中。例如，具有高度Hv的容器可以有位于离容器底部大约0.1Hv至大约0.7Hv高度，或者大约0.4Hv的高度的流体进口。
容器还包括足以排出流体的流体出口。图1A至1C表示了包括流体出口115的容器105。如图所示，流体出口115可以位于容器105的顶部，以便于基本竖直地排出流体。
根据各个示例实施例，流体进口和流体出口的直径尺寸可以设置成控制流体的进入和/或离开速度。例如，流体进口的直径可以相对较小（例如大约0.04至大约0.3m），以便以相对较高速度将流体引入容器中，和/或流体出口的直径可以相对较大（例如大约0.5至大约1.5m），以便以相对较低速度排出流体。
流体可以是包含颗粒的任意组分，不管是固体、气体还是水溶液形式。例如，流体可以包括成气相的任意已知或以后发明的聚合反应组分（例如一种或更多种烯烃单体，例如乙烯衍生单元或丙烯衍生单元；共聚用单体，例如α-烯烃；溶剂、引发剂、催化剂、添加剂、氢等）与悬浮于其中的一种或更多种颗粒（例如聚合物，如包含乙烯衍生单元或丙烯衍生单元的聚合物）的组合（例如聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯）。
分离系统还包括导流板组件。导流板组件可以为使得进入容器的流体产生方向变化的任意装置、结构或系统。方向的变化：（1）用作分离机制，以便从流体中除去聚合物和其它颗粒；和/或（2）延长流体在容器内的停留时间，从而使得聚合物能够有更多时间沉积在容器内的表面上。在各个实施例中，导流板组件还提供用于容器内的流体的引导流动路径。
在示例实施例中，导流板组件包括多个导流板。例如，图1B和1C表示了具有多个导流板125的导流板组件120的示例实施例。如图所示，这些导流板125轴向延伸并形成环形环。这里使用的术语“轴向延伸”的意思是沿容器的长度延伸（例如从容器105的顶部部分向下延伸）。环形环有内径和外径。在各个实施例中，环形环的内径形成具有流体出口115的导管，以便提供用于流体离开分离系统100（例如进入大气、另一分离系统或储存容器中）的受引导的流动通径。在一个实施例中，导流板组件中心（或同心）地定位在容器105内。在一个实施例中，各导流板静止不动。
在各个实施例中，所述多个导流板是非机动化的，即能够操作以旋转，但是并不在马达动力下旋转。
在各个实施例中，导流板组件从容器的顶部至少延伸大约0.6Hv至大约0.9Hv的距离（容器高度为Hv）。导管（导流板组件的内径处ID）的直径Dc可以是大约0.15Dv至大约0.6Dv（容器的直径为Dv）。
根据各个示例实施例，所述多个导流板均定向成与通过流体进口进入容器的流体的相同方向。这里使用的措辞“与进入容器的流体的相同方向”的意思是相对于流体进入容器的进入方向成在0和90度之间的角度。例如，图2表示了多个导流板225，这些导流板225定向成与通过流体进口210引入容器205中的流体230的相同方向。并不希望限制为任何特定的操作原理，进入容器的流体朝着容器壁偏转离开导流板。方向的变化防止流体立即从容器排出，并使得聚合物沉积在容器的壁和导流板表面上。
在一个实施例中，所述多个导流板均为基本矩形。而且，所述多个导流板均可以有大约0.6Hv至大约0.9Hv的长度和/或大约0.1至大约0.5m的宽度。在一个实施例中，所述多个导流板均沿它的宽度弯曲，以便于流体偏转。例如，图2表示了从导流板组件的内径部235朝着外径部240弯曲的多个导流板，导流板组件的导流板沿与流体230通过流体进口210进入容器205的方向相同的方向。
如图2中所示，多个导流板225间开，以便允许流体在首先偏转后进入由导流板组件的内径部235形成的导管275。例如，导流板可以各自分开大约0.05至大约0.5m的距离。导管275将流体引向流体出口（图2中未示出），以便从分离系统200排出。
在各个实施例中，导流板组件包括一个或更多个导流板支承件。导流板支承件可以为任意装置、结构或系统，它提供沿导流板组件长度的附加稳定性。图1B、1C和3表示了导流板组件120/320，该导流板组件具有布置成与多个导流板125/325基本垂直的导流板支承件145/345。在各个实施例中，如图3中所示，导流板组件320的顶部可以没有支承件，或者支承件可以位于导流板325的外侧，以便不会限制流体303通过流体出口315排出。
在各个示例实施例中，导流板组件与容器形成一体。在其它实施例中，导流板组件是单独形成的插入件，它可以对现有容器或分离系统进行翻新。插入件可以使用任意已知或以后发明的系统和方法来安装在容器上。例如，如图4中所示，导流板组件插入件420可以包括凸缘460，该凸缘460可以在容器凸缘465和出口凸缘470之间固定在容器405和流体出口415上。
在各个实施例中，如图1C中所示，导流板组件120可以包括开口175，以便在导流板125受到约束时允许流体绕过导流板组件120。
在各个实施例中，分离系统还包括隔板，以便防止流体过早离开系统。图3和4表示了限制流体进入导流板325/425的顶部部分中的示例隔板380/480。流体接触隔板380/480，在容器305/405内被迫向下。
在各个示例实施例中，分离系统还包括在容器中的液体储存器。例如，如图1B中所示，容器105的底部可以包括开口113，或者一个或更多个喷嘴可以位于容器的允许储存器液体进入的侧部。可以使用任何液体，例如水。在各个实施例中，容纳于储存器中的液体与流体相比相对较冷（例如大约5℃至大约40℃），从而使得与水接触的流体能够将聚合物沉淀出来。液体可以填充到任意合适高度。例如，在图1B所示的实施例中，导流板组件120的底部浸没在储存器液体185的下面，以便防止颗粒绕过导流板组件120，并阻尼由于离开流体引起的声振动。在一个实施例中，液体高度保持低于进口110。液体高度可以使用合适的剂量装置经由容器侧部的喷嘴来保持和监测。
在各个实施例中，储存器液体可以从容器排出，和/或可以进行进一步处理，以便除去颗粒。储存器可以进行重新充装。
在各个实施例中，可以并联或串联地使用一个或更多个分离系统，以便进一步控制和减少释放至大气中的聚合物的量。
在操作中，参考图1B，流体流107通过流体进口110以与容器105的壁102基本相切的角度进入分离系统。导流板组件120的多个导流板125使得流体流朝着容器105的壁102径向向外偏转。流体流的方向变化使得聚合物沉积在导流板125上和容器105的内壁上以及储存器185内的液体中。当容器内的流体流堆积时，流体通过导流板125之间的空间而进入导流板组件120的内径部中。一旦进入内径部内部，流体103向上流动，并通过流体出口115释放至大气中。
在各个实施例中，本发明涉及一种用于关闭聚合系统的方法（例如由于过高的压力和/或温度而进行紧急情况关闭）。参考图5，聚合系统500包括反应器588和位于该反应器下游的分离系统501。在各个实施例中，反应器是高压聚合反应器（例如管形、高压釜或浆环路反应器）。应当知道，聚合系统500还可以包括任意数目的附加部件，以便于聚合处理（例如压缩机582、分离器590、干燥器592等）。
在操作中，继续参考图5，包括烯烃单体（例如乙烯或丙烯）以及用于聚合所需的组分（例如引发剂（如过氧化物）、催化剂（如Ziegler/Natta或单点催化剂）等）和可选的一种或多种组分（可以与这些组分聚合，例如共聚用单体）的进料流578供给反应器588以便形成聚合物595（例如聚乙烯或聚丙烯）。反应器操作压力通常为大约120至大约310MPa，或者大约200至250MPa，且反应器操作温度通常为大约225至大约375℃，或者大约250至350℃。
在反应器需要关闭时（例如它超过预定的压力或温度），进料流578停止，反应器588内的压力通过打开一个或更多个阀589而下降，该阀589使得反应混合物（该反应混合物包括气体混合物和聚合物颗粒）传送给分离系统501。这里使用的措辞“打开一个或更多个阀”包括人工打开以及自动驱动等。当进入分离系统501时，流体混合物与导流板组件接触，该导流板组件在将气体598释放至大气中之前分离聚合物。然后，剩余的聚合物599然后能够从分离系统501中取出。
实例（预示性的）
下面将参考后面的非限定实例1来进一步说明这里所述的结构的优点。
实例1
在管形反应器（容积为500L）中在大约300MPa压力和310℃温度下制造聚乙烯。反应器装备有阀，该阀在需要关闭反应器时（例如超过预定反应器条件，例如压力或温度时）打开。当驱动阀时，反应器的内容物释放至分离系统（容积8000L）中。流体进口定向成与分离系统的容器壁相切。导流板组件（例如环形环）轴向延伸，以使得环形环的内径部形成具有流体出口的导管。导流板组件的各导流板沿它们的宽度从导流板组件的内径部至导流板组件的外径部沿与流体进入容器的相同的方向弯曲。预计对于反应器中的100kg聚合物，80kg的聚合物将收集在分离系统中，20kg的聚合物将排出至大气中（聚合物保持率为80%）。
这里所述的实施例和实例是为了最佳地解释本发明以及它的实际应用，以便使得本领域技术人员能够了解和使用本发明。不过，本领域技术人员应当知道，前面的说明只是为了示例说明。所述说明并不是排他或者将本发明限制为所述确切形式。在不脱离权利要求的精神和范围的情况下可以根据上述教导进行多种变化和改变。

Claims (29)

1.一种用于使得颗粒与流体分离的系统，包括：
a.容器，该容器具有流体进口和流体出口；以及
b.导流板组件，该导流板组件位于容器内，导流板组件包括多个静止的导流板，这些导流板改变进入容器的流体的方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述多个导流板轴向延伸。
3.根据前述任意一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板形成具有内径部和外径部的环形环。
4.根据权利要求3所述的系统，其中：环形环的内径部形成具有所述流体出口的导管，以便允许流体离开系统。
5.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：导流板组件基本同心地定位在容器内。
6.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板的宽度均为大约0.1至大约0.5m。
7.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板的长度均为大约0.6Hv至大约0.9Hv，其中，Hv是容器的高度。
8.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板均从环形环的内径部弯曲至环形环的外径部。
9.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板均分开大约0.05至大约0.50m的距离。
10.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：导流板组件还包括至少一个导流板支承件，该导流板支承件定向成基本垂直于所述多个导流板。
11.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：导流板组件还包括在端部处的开口，以允许流体绕过导流板组件。
12.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：容器为筒形。
13.根据权利要求4所述的系统，其中：容器具有直径Dv，导管具有直径Dc，其中，Dc在0.15Dv至0.60Dv的范围内。
14.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：流体进口能够以与容器的壁基本相切的定向将流体引入容器中。
15.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：流体进口与容器的壁基本相切。
16.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述多个导流板均沿与流体进入容器的相同的方向定向。
17.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：所述颗粒包含聚合物。
18.根据权利要求17所述的系统，其中：所述聚合物为固体。
19.根据权利要求18所述的系统，其中：所述聚合物为聚乙烯。
20.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：容器具有高度Hv，流体进口位于离容器底部大约0.1Hv至0.7Hv的高度处。
21.根据前述任一项权利要求所述的系统，还包括：隔板，该隔板位于导流板组件和容器的壁之间。
22.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中：容器还包括液体储存器。
23.根据权利要求22所述的系统，其中：液体储存器容纳液体，该液体与导流板组件流体连通。
24.根据权利要求23所述的系统，其中：液体是水。
25.一种用于降低在聚合反应器中的压力的方法，该方法包括：
a.打开在聚合反应器中的阀；以及
b.将位于聚合反应器内的流体排出至如前述任一项权利要求所述的系统中。
26.一种用于在聚合反应器的关闭期间使颗粒与反应混合物分离的方法，包括：
a.通过打开一个或更多个阀来对聚合反应器进行排放；以及
b.将至少一部分反应混合物从聚合反应器排出至分离系统中，其中该分离系统包括：
容器，该容器具有流体进口和流体出口；以及
导流板组件，该导流板组件包括多个导流板，这些导流板形成轴向延伸的环形环，且所述多个导流板均沿与流体进入容器的相同方向定向。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：聚合反应器是高压聚合反应器。
28.一种导流板组件插入件，用于使颗粒与流体分离，包括：
多个静止导流板，这些静止导流板以具有内径部和外径部的环形环方式布置，以便于改变与导流板组件接触的流体的方向，其中，导流板组件能操作地定位在容器中。
29.一种聚合系统，包括：
a.管形聚合反应器，该管形聚合反应器能在大约120至大约310MPa和大约225至大约375℃下操作；
b.分离系统，该分离系统位于聚合反应器的下游，该分离系统包括：
i.容器，该容器具有流体进口和流体出口；以及
ii.导流板组件，该导流板组件位于容器内，导流板组件包括多个静止导流板，这些静止导流板改变进入容器的流体的方向。
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