CN104098721A - 一种聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统和方法；包括流化床反应器、离心式循环气压缩机、循环气换热器、出料系统、种子床在线处理与快速切换系统和根部电动球阀；反应器开车或催化剂切换时，备用的水解种子床在线处理与快速切换系统中，通入氮气加热脱除水、氧，利用重力填装进流化床反应器中；同时清理反应器；反应器正常停车检维修时，种子床在线处理与快速切换系统自动获取并储存出料系统中的新鲜聚乙烯粉料，通入氮气加热脱除水、氧，再次开车前利用重力填装进流化床反应器中；本方法使反应系统停开车时间由原来的96小时缩短为16～24小时，是一种省时、省资、省工、环保节能的反应器种子床填装、在线处理与快速切换方法。

Description

一种聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统和方法

技术领域：

本发明是一种气相法全密度聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统和方法。

背景技术：

工业上装填种子床时多采用空气输送的方式。由于设备维修、清理和种子床输送都是在空气气氛中进行，并且备用种子床是经过水解的，种子床往往会吸附大量的水氧等杂质，所以重新开工前，必须首先开启循环气压缩机，建立反应系统循环，对整个反应系统采用低压氮气流动置换以脱除系统中的氧和水。而装置每次开车前均要求反应系统内O₂≤10×10^-6ppm v/v，H₂O≤10×10^-6ppm v/v，这个过程需要48～72小时。因此置换这些杂质往往需要耗费大量的氮气，同时低压条件下转动循环气压缩机等大型设备往往会造成设备不可修复的损伤，导致装置运行成本上升。

当反应器中的氧、水置换合格后，还要用三乙基铝强还原剂对残存的氧和水进一步清除，然后引入各原料气，通过配气调整循环气的组分达到目标设定，投入聚合催化剂，建立聚合反应。整个停、开工过程一般需要96个小时。耗时、耗资、费工，降低了聚乙烯装置的生产能力，影响着企业的经济效益。

专利CN200680036216.7提供了一种方法，其中将至少一种连续性添加剂（CA）和种子床预装入反应器，然后可选地在反应器中进行聚合反应。在其它实施方式中，将至少一种流动促进剂、至少一种CA以及种子床预装入反应器。在反应器中预装载CA，可以在反应器中的后续聚合反应的初始阶段，显着改善聚合反应的连续性，包括减少结片和结垢。CA可以以干燥形式（例如，作为粉末）被预装载，或者以液体或淤浆形式（例如，作为油状淤浆）被预装载。为了帮助干燥CA输送到反应器以及将干燥CA与反应器中的种子床组合，可将干燥CA与流动促进剂结合，然后将CA与流动促进剂的组合装入反应器。或者可将CA和流动促进剂先后装入反应器，然后在CA和流动促进剂已经分别装入反应器之后在反应器中将其混合在一起（并与种子床混合）。

专利201010177569.7提供了一种气相法流化床聚乙烯反应器种子床填装方法，以氮气为输送介质将脱气料仓中的聚乙烯粉料输送至反应器中，实现种子床重新填装。但该专利并不能实现种子床的预处理，同时当全密度聚乙烯装置首次开车或不同种类催化剂体系的产品牌号切换时，该方法并不适用。此外，该方法推荐使用出料系统中间罐的气体返回线作为种子床加入口。根据工业经验，此返回线一般管径很小，易发生堵塞；同时种子床也会返回到出料系统中间罐中，导致装置投入催化剂建立反应后无法正常出料。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种省时、省资、省工的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统和方法。

本发明所述的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统包括流化床反应器、循环气压缩机、循环气换热器、出料系统、种子床预处理切换装置、电动球阀；种子床预处理切换装置为一壳层外装配有控温夹套，内设搅拌器的压力容器，底部为锥形结构，出口设置在锥形底部，由与出口连接的根管与流化床反应器种子床加料口连接，根管上设置有根部电动球阀，在根部电动球阀的根管上连接有氮气管，氮气管上设有氮气电动球阀；出料系统位于顶部的出口通过管线与流化床反应器中部进口连接，出料系统位于中部的入口与流化床反应器位于下部的出口连接，出料系统位于底部的出口通过管线与种子床预处理切换装置位于顶部的入口连接；循环气压缩机出口与位于流化床反应器的出口连接，循环气压缩机出口与循环气换热器的壳程入口管连接，循环气换热器的壳程出口管与位于流化床反应器1底部的入口的连接。

本发明所述的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法：

a.聚乙烯流化床反应器首次开车或不兼容的催化剂体系产品牌号切换时，备用的水解聚乙烯种子床通过空气或氮气传输至设置在反应器加入口处的种子床预处理切换装置中，氮气加热，搅拌进行预处理，脱除水解聚乙烯种子床中含有的水、氧杂质，预处理合格后利用种子床自身的重力自动填装进流化床反应器中；

b.聚乙烯流化床反应器正常停车检维修时，自动获取并储存出料系统中的新鲜聚乙烯粉料替代水解备用的聚乙烯种子床，储存时开动搅拌防止种子床粘结或结块；装置再次开车前利用种子床自身的重力作用将种子床预处理切换装置中的聚乙烯种子床输送至流化床反应器中，实现种子床重新填装和在线处理与快速切换。

在全密度聚乙烯生产过程中，为了给催化剂和新生成的聚乙烯细粉提供足够的停留时间，需在开车前往流化床反应器中添加一定数量的的种子床。若装置首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换时，工业上一般选用水解后的同类聚乙烯粉料树脂作为种子床；而装置运行期间如出现流化床反应器的分布板和冷却器堵塞，则需立即停车进行维修、清理，然后反应器中重新装入备用种子床。而种子床由于储存或填装的原因会接触到空气、粉尘等吸附大量的杂质，这些杂质是催化剂的强毒物，如果不在反应系统中脱除干净，会导致开车或产品牌号切换困难。工业上为清除这些杂质往往会向反应器中通入大量的氮气，造成原料的浪费。

本发明是一种气相法全密度聚乙烯工艺流化床反应器种子床填装、在线处理与快速切换方法。该技术主要实现两方面的作用：一是装置首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换，水解后的种子床可在种子床预处理切换装置中通氮气进行预处理。当反应器中的物料完全排净后，打开种子床预处理切换装置根部的电动球阀，处理好的种子床聚乙烯粉料会在自身重力的作用下自动输送到流化床反应器中，种子床粉料在输送至反应器整个过程中，不会与空气接触；二是装置检维修时，在出料系统的出料线上新增种子床预处理切换装置，在停车或产品切换之前，种子床树脂会自动从出料系统进入种子床预处理切换装置，其他系统仍正常工作。首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换时，种子床的预处理应与流化床反应器的流动置换同时进行；装置检维修时，只需对流化床反应器的流动置换即可。这是因为种子床预处理切换装置中的聚乙烯粉料在离开脱气仓之前都是干净的，仍具有一定的反应活性，如果把种子床预处理切换装置中的聚乙烯粉料再装回流化床反应器中，它将与刚生成的聚乙烯粉末有相同性质，所以是作为种子床的最好选择。如果整个反应系统杂质含量在工艺要求的范围以内，那么反应器装填完种子床后，可以立即建立聚合反应条件（温度、压力、组分），条件满足后即可投催化剂。

从出料系统自动获取新鲜种子床时，本发明利用原有粉料输送系统的设备，仅增加了一条去种子床预处理切换装置的粉料输送管线，出料系统到种子床预处理切换装置之间的所有设备和管道都要有严格的氮封，这样整个输送过程都是在氮气保护中进行的；如果装置为首次开车或切换牌号，备用的水解种子床用空气通过预留的种子床加入口传输至种子床预处理切换装置中，再增加一条氮气管线到种子床预处理切换装置，使用氮气作为种子床预处理气体。

装置首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换时，水解的种子床在种子床预处理切换装置中搅拌，并通入0.1～0.7MPa的氮气在40～80℃进行压力置换10～100次。与此同时装置停止反应，反应器进料切入惰性气体，流化床反应器系统降至常温，此过程一般在2小时之内完成；停止流化气进入，打开流化床反应器下封头，直接清理反应系统、换热器及循环管线，此过程一般需要2～4小时；清理完毕后，系统复位，此过程一般需要1～2小时。经验表明在处理流化床反应系统的过程中，种子床的预处理完全满足反应器开车要求。

装置检维修时，因为种子床输送前反应系统是清洁的，所以在反应系统清理、检修后，立刻对所有打开的部位进行复位，然后仅对整个系统进行0.1～0.7MPa的氮气压力置换，经过计算进行10次这样的置换后，系统的水、氧含量都小于10×10^-6ppmv/v，符合开车条件。

本发明的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，其特征在于种子床预处理切换装置及根部的电动球阀安装在原种子床加料专用口处，这是一种优选方案。此外，种子床预处理切换装置及根部的电动球阀也可连接到流化床反应器顶端的任一开口管线上。种子床输送完毕后立刻关闭自动切断阀，就可以进行下一步开车程序。方便检修操作，节约工时。

本发明的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，其特征在于利用原设计反应器顶部放空阀作为气体排放口。预处理后的种子床输送过程中，高流速的气体携带着聚乙烯粉料，被输送到反应器中，进入反应器后由于流速突然降低，粉料和气体自然分离，原设计分离后的气体要从顶部放空管线排出，种子床输送完成后要自动关闭电动球阀及原放空阀，种子床输送完毕后立刻关闭这两个电动球阀即可进行下一步操作。

采用本发明的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，装置首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换时，由于种子床预处理切换装置的体积远小于气相流化床反应体系，因此种子床预处理切换装置进行预处理，省时省力、节能环保。装置检维修时，由于种子床是用氮气直接由出料系统送来的，该聚乙烯粉料没有接触到杂质，所以可以取消三乙基铝的滴定和种子床钝化两个步骤，代之以只需建立床层中的三乙基铝浓度。简化了工艺操作，缩短了开车投产时间。本发明公开的气相法流化床聚乙烯反应器种子床填装方法技术方案相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，并能产生如下积极技术效果：

1.提供了一种省时、省资、省工的气相法全密度聚乙烯工艺流化床反应器种子床填装、在线处理与快速切换方法。

2.反应系统停开车时间由原来的96小时左右，缩短为现在的16～24小时左右，减少停车时间80～72小时。

3.按装置负荷35t/h、每年停车或切换牌号两次计算，本发明即可增加产量5600～5000吨，每年经济效益可增加5000～4500多万元。

经过多次实验，确认以上发明构思，能够用于生产工艺实践，并达到了预想的技术效果，从而完成了本发明。

附图说明：

图1是聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法流程示意图，

图中1－流化床反应器、2－循环气压缩机、3－循环气换热器、4－出料系统、5－种子床预处理切换装置、6.－种子床预处理切换装置根部电动球阀、7.－原反应器顶部放空电动球阀、8.－原设计种子床加料专用口、9.－氮气入口电动球阀

图2是聚乙烯装置检修时聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法的操作流程及耗时示意图；

图3是聚乙烯装置首次开车或采用不同种类催化剂进行产品牌号切换聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法的操作流程及耗时示意图；

具体实施方式：

本发明所述的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统包括流化床反应器1、循环气压缩机2、循环气换热器3、出料系统4、种子床预处理切换装置5、电动球阀；种子床预处理切换装置5为一壳层外装配有控温夹套，内设搅拌器的压力容器，底部为锥形结构，出口设置在锥形底部，由与出口连接的根管与流化床反应器1种子床加料口8连接，根管上设置有根部电动球阀6，在根部电动球阀6的根管上连接有氮气管，氮气管上设有氮气电动球阀9；出料系统4位于顶部的出口通过管线与流化床反应器1中部进口连接，出料系统4位于中部的入口与流化床反应器1位于下部的出口连接，出料系统4位于底部的出口通过管线与种子床预处理切换装置5位于顶部的入口连接；循环气压缩机2出口与位于流化床反应器1的出口连接，循环气压缩机2出口与循环气换热器3的壳程入口管连接，循环气换热器3的壳程出口管与位于流化床反应器1底部的入口的连接。

实施例1

本发明的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，装置首次开车时：

a.将备用的水解种子床通过预留的种子床加入口用空气输送到种子床预处理切换装置（5）中，开启搅拌、加热至80℃，通氮气流动置换进行预处理。

b.种子床预处理的同时，进行系统置换。

c.种子床预处理切换装置（5）安装在原反应器的种子床加入口上；

d.种子床预处理切换装置（5）中的聚乙烯粉料依靠自身的重力作用输送至反应器中，实现种子床填装；

e.装床完毕后，开车操作中，只需建立床层中的三乙基铝浓度。

在生产过程中，反应系统置换合格，耗时8小时；种子床输送和系统低压气密，耗时2小时；系统烷基铝钝化，耗时4小时；循环气组分调整，耗时4小时；加入催化剂建立正常聚合反应条件，系统进入正常生产状态。整个开停车过程仅需要16小时，与原工艺的96小时相比，节约80小时。

实施例2

本发明的聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，装置检维修时：

a.种子床在线处理与快速切换系统（5）安装在原反应器的种子床加入口上；

b.以出料系统4中的新鲜聚乙烯粉料替代经水解的备用种子床粉料；

c.种子床预处理切换装置（5）中的聚乙烯粉料依靠自身的重力作用输送至反应器中，实现种子床填装；

在检修、清理、装床完毕后，开车操作中，取消三乙基铝的滴定和种子床钝化两个工艺操作步骤，只需建立床层中的三乙基铝浓度。

在生产过程中，反应器的分布板和冷却器发生堵塞，正常生产无法进行时，停止催化剂终止反应、自动获取新鲜种子床及反应系统置换，耗时4小时；故障种子床卸出系统水解、清理反应器、检修复位，耗时4小时；反应系统置换合格，耗时8小时；；种子床输送和系统低压气密，耗时2小时；系统烷基铝钝化，耗时4小时；循环气组分调整，耗时4小时；加入催化剂建立正常聚合反应条件，系统进入正常生产状态。整个开停车过程仅需要24小时，与原工艺的96小时相比，节约72小时。

Claims (2)

1.一种聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理系统，包括流化床反应器、循环气压缩机、循环气换热器、出料系统、种子床预处理切换装置、电动球阀；其特征在于：种子床预处理切换装置为一壳层外装配有控温夹套，内设搅拌器的压力容器，底部为锥形结构，出口设置在锥形底部，由与出口连接的根管与流化床反应器种子床加料口连接，根管上设置有根部电动球阀，在根部电动球阀的根管上连接有氮气管，氮气管上设有氮气电动球阀；出料系统位于顶部的出口通过管线与流化床反应器中部进口连接，出料系统位于中部的入口与流化床反应器位于下部的出口连接，出料系统位于底部的出口通过管线与种子床预处理切换装置位于顶部的入口连接；循环气压缩机出口与位于流化床反应器的出口连接，循环气压缩机出口与循环气换热器的壳程入口管连接，循环气换热器的壳程出口管与位于流化床反应器底部的入口的连接。

2.一种聚乙烯流化床反应器种子床填装与处理方法，其特征在于：

a.聚乙烯流化床反应器首次开车或不兼容的催化剂体系产品牌号切换时，备用的水解聚乙烯种子床通过空气或氮气传输至设置在反应器加入口处的种子床预处理切换装置中，通入0.1～0.7MPa的氮气搅拌加热进行预处理，加热温度为40～80℃，脱除水解聚乙烯种子床中含有的水、氧杂质，预处理合格后利用种子床自身的重力自动填装进流化床反应器中；

与此同时聚乙烯流化床反应器停止反应，反应器进料切入惰性气体，流化床反应器系统降至常温；停止流化气进入，打开流化床反应器下封头，清理反应器、换热器及循环管线；清理完毕后，反应器复位；

b.聚乙烯流化床反应器正常停车检维修时，种子床预处理切换装置自动获取并储存出料系统中的新鲜聚乙烯粉料替代水解备用的聚乙烯种子床，通入0.1～0.7MPa的氮气搅拌加热进行预处理，加热温度为40～80℃，脱除水解聚乙烯种子床中含有的水、氧杂质；装置再次开车前利用种子床自身的重力将种子床预处理切换装置中的聚乙烯种子床输送至流化床反应器中，实现种子床重新填装和在线处理与快速切换。