CN105170039B - 一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，该排料口设置在气相流化床反应器(1)上，其特征在于，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口(12)、中层排料口(13)和下层排料口(14)，各排料口均设有隔断用柱塞阀(16)，各柱塞阀(16)连接一电动旋转阀(17)，通过设定料位来控制电动旋转阀(17)的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量。与现有技术相比，本发明具有排料能力高、排料方式灵活可调、原料利用率高等优点。

Description

一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口

技术领域

本发明涉及一种单气相流化床反应器排料口，尤其是涉及一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口。

背景技术

随着聚乙烯工业的不断发展，气相流化床聚乙烯工艺技术及生产线被广泛应用(全球超过70％)，并且普遍呈现出大型化、深度冷凝化的特点。其中最为广泛采用的美国Univation气相流化床聚乙烯工艺(全球超过50％，约200套)和中国石化的ST气相流化床聚乙烯工艺(约6套)，在现有装置条件下不断提高产能已经成为各大石化企业追求效益的有效措施。现代冷凝技术的出现，尤其是深度冷凝将反应器负荷从原有的设计能力提高了1～2倍，给石化企业带来了相当可观的效益。

随着超冷凝技术的应用，冷凝深度的加大，传统意义上的气--固两项气相流化床正在演变为气--液--固三项并存的气相流化床，意味着一部分的聚合反应可能在流化床下部的液相含量较大区域被引发、发生，未反应聚合完成的粒子随上升气流进入流化床上部的气--固区域继续进行聚合反应。由于整个流化床中温度梯度和反应物浓度梯度的存在，不同区域的聚合产物是有区别的。这种情况下，只在同一水平面上设计一个或数个排料口的原有排料系统已经不能完全满足排料要求。另外在传统设计的紧靠气体分布板上方的排料口附近，刚进入反应器的冷凝剂(惰性长链烷烃：如戊烷、异戊烷、正己烷等)和共聚单体(如丁烯-1、己烯-1等)还未完全由液相变为气相，就随树脂粉料排料一起被带出，不但破坏了流化床下部的气--液--固三项平衡而影响下部目标产物的实现，而且造成补充进入流化床的新鲜物料未参加聚合反应即被排出而浪费，还使树脂粉料因为含液量高而发粘及冷凝剂的大量浪费，也容易造成排料管线堵塞无法排料和加重了下游脱气脱烃及回收系统负担，最终造成物料、能源及生产效率的降低或浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，该排料口设置所在反应器上，其特征在于，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口、中层排料口和下层排料口，各排料口均设有隔断用柱塞阀，各柱塞阀连接一电动旋转阀，通过设定料位来控制电动旋转阀的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量。

所述的上层排料口设有1～3个，该上层排料口位于气相流化床正常操作料面下方、相当于正常操作料面高度的80％～90％位置处。

所述的中层排料口设有1～3个，该中层排料口位于气相流化床正常操作料面下方、相当于正常操作料面高度的40％～60％位置处。

所述的下层排料口(14)设有1～2个，该下层排料口位于反应器中的分布板上方0.2～0.5m处。

所述的上层排料口的排料量占总排料量的50wt％～100wt％；所述的中层排料口的排料量占总排料量的50wt％～0wt％；所述的下层排料口用于排出下沉块料。

所述的反应器排料口分别连接有排料管线，该排料管线与反应器的侧壁呈45°～60°角，所述的柱塞阀设置在排料管线上，排料管口的倾斜管线设计大大的降低的粉料排出时对于管线出口的冲击力和循环应力，保护粉料的粒度大小，可以得到理想的粉料产品，电动旋转阀的控制能够及时有效的在控制系统显示和控制。

所述的柱塞阀有常开和常闭工作两种工作状态，当排料口投入使用，柱塞阀为常开状态，当排料口停用，柱塞阀为常关状态，正常状态下，被投用的排料口柱塞阀是常开的，这种自流式设计可以省去需要大量气体吹扫及其配套设施的传统设计。

所述的柱塞阀常关状态时，柱塞凸出延伸至气相流化床反应器壁，并与内壁平滑无死角，防止反应原料流入排料管线，造成原料浪费。

所述的气相流化床反应器的工作压力为2.0～2.4MPa。

三层排料口中，上层排料口与中层排料口的作用是单独或联合投用作为承担正常状态下的排料，下层排料口的作用是排出小块料、检查反应器内部状况及其它排料系统的辅助或补充。在深度冷凝状态下，反应器进入高负荷运转，大量冷凝剂、共聚单体的加入造成反应器内气固相转变为气固液三相，尤其在下层排料口位置，冷凝剂和共聚单体刚刚随循环流化气体进入反应器，液相所占比例较高，在排料时容易被携带出来，造成浪费和损失，因此下层排料口几乎不承担排料任务。只用于每天常规检查或反应器内出现波动后，从此处排部分料，预防有下沉的小块料等积累。如果流化床反应器内因故障发生结块结片，流化效果被破坏，需要卸空床层，那么也具有尽可能快速尽可能多的排空反应器的优点，而不是像只有下层排料口的传统设计，清理作业只能从顶部进入向下慢慢开挖，不但减少了安全风险，还大大提供了清理效率，节约了生产时间。

根据流化床反应器内状况变化或作用不同，不同高度的排料口承担的负荷分配是可以调节的，比如流化床反应器正在进行干态生产，而且树脂粉料本身耐磨性强，那么这种设计的排料方式比较方便灵活，选择余度大；如果生产的树脂是高熔融指数或者对细粉敏感的或者在产品牌号切换期间为了减少过渡料，那么这种设计的排料方式可以比较方便缩短树脂停留路径；如果流化床反应器正在进行深度冷凝操作，意味着流化床下部分布板以上的特定区域，存在较大的温度梯度和反应物浓度梯度，此时仍然从传统的分布板上排料，那么大量液相冷剂和共聚单体还未参加反应就被排出流化床反应器外。不但破坏了物料平衡和组分浓度控制，还加重了下游系统的负担、浪费能源和物耗、树脂粉料的流动性也变差等缺点。如果采用专门催化剂并在流化床反应器内形成多区，生产双峰产品，那么更希望树脂粉料从上部排出。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)反应器排料口设置了上层排料口、中层排料口和下层排料口，这从根本上解决了在三相条件超冷凝态下反应器所遇到的出料问题，在进行三相超冷凝操作时，通过增加上层或中层出料量，减少甚至不从底部出料的方法，与传统设计的反应器底部排料中存在的大量液相相比，该布置设计及排料方法的排料中夹带的未反应液相应要减少60％左右，这样就能确保在负荷提高时，保证物料流动性，使得下游回收系统的负担减轻。同时还能有效节省冷凝剂，增加其制冷效率。

(2)在三相条件下三层排料口也可以根据产品需要，通过调节电动旋转阀的转速来控制不同位置的出料负荷分配，可以获得更加理想的粉料产品，从中间和上部出料可以有效减少粉料粒子在反应器中的停留时间，更快的获得合格粉料(预计在产品牌号切换期间，节省切换时间30％～50％)，进一步提高产能。

(3)下层排料口的设计还能在反应器发生暴聚等异常状态时，作为紧急排料口，可以有效地排出大部分粉料，方便装置更快的处理问题。

(4)反应器排料口连接的排料管线与气相流化床反应器的侧壁呈45°～60°角，双口的倾斜管线设计大大的降低的粉料排出时对于管线出口的冲击力，保护粉料的粒度大小，可以得到理想的粉料产品，而且这种自流式设计可以省去需要大量气体吹扫及相应配套设施的传统设计。

(5)通过三层排料口的单独使用，或分配联合使用，或交替使用，可以改变反应器中聚合物的运动轨迹，从而有助于减轻冲刷器壁，减少细粉积聚和静电危害及结片风险，利于反应器的长周期运行。同时因粉料树脂在流化床中的停留路径缩短，从而减少了磨损和细粉产生的机会。

附图说明

图1为本发明的带排料口的气相流化床反应器结构示意图；

图2为本发明的气相流化床反应器结构示意图；

图3为本发明的流化床反应器排料口的放大结构示意图。

图中，1为气相流化床反应器，12为上层排料口，13为中层排料口，14为下层排料口，15为分布板，16为柱塞阀，17为电动旋转阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

以一套年产30万吨线型低密度聚乙烯(LLDPE)的气相流化床反应器为例，其设计负荷通常为37.5T/HR，生产常规单峰LLDPE薄膜产品，每小时排料约为25次，流化床入口温度约39℃，排料温度约为60～65℃，其带排料口的气相流化床反应器1如图1所示，所述的排料口设置在气相流化床反应器1上，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口12、中层排料口13和下层排料口14，各排料口均设有隔断用柱塞阀16，各柱塞阀16连接一电动旋转阀17，通过设定料位来控制电动旋转阀17的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量。气相流化床反应器1内部的气液固浓度如图2所示，气相流化床反应器1的工作压力为2.0MPa，从反应器下部到反应器上部，原料气体的浓度依次降低，一部分原料气体在反应器的下部发生聚合反应，未反应聚合完全的粒子随上升原料气流在气相流化床反应器1上部继续发生聚合反应，部分未发生反应的原料气体从气相流化床反应器1顶部排出并与原料气体一起循环使用并构成循环气体回路。排料口的放大结构示意图如图3所示，所述的上层排料口12设有1个，该上层排料口12位于气相流化床正常操作料面高度的80％位置处，所述的中层排料口13设有1个，该中层排料口13位于气相流化床正常操作料面高度的40％位置处，所述的下层排料口14设有1个，该下层排料口14位于反应器中的分布板15上方0.2m处。采用相对多股的、压差适中的、较小口径的、近连续的排料方式，以减少或降低因每次大排量、间歇式排料对反应器组分、料位、压力、温度等参数的冲击和影响，以及对排料系统管道、设备、阀门及其结构支撑的循环冲击及应力影响，从而不但提高了安全性及可靠性，还降低了设备设施及阀门的设计制造成本。所述的上层排料口12的排料量占总排料量的50wt％；所述的中层排料口13的排料量占总排料量的50wt％；所述的下层排料口14用于排出下沉块料，排料量很少，只用于每天常规检查或反应器内出现波动后，从此处排部分料，预防有下沉的小块料等积累。所述的反应器排料口分别连接有排料管线，该排料管线与反应器的侧壁呈45°角，所述的柱塞阀16设置在排料管线上，排料管口的倾斜管线设计大大的降低的粉料排出时对于管线出口的冲击力和循环应力，保护粉料的粒度大小，可以得到理想的粉料产品，电动旋转阀17的控制能够及时有效的在控制系统显示和控制。所述的柱塞阀16有常开和常关工作两种工作状态，当排料口使用时，柱塞阀16为常开状态，这种自流式设计可以省去需要大量气体吹扫及其配套设施的传统设计，当排料口停用时，柱塞阀16为常关状态，常关状态时，柱塞凸出延伸至气相流化床反应器1壁，并与内壁平滑无死角，防止反应原料流入排料管线，造成原料浪费。

实施例2

以一套年产30万吨线型低密度聚乙烯(LLDPE)的气相流化床反应器为例，其设计负荷通常为37.5T/HR，生产常规单峰LLDPE薄膜产品，每小时排料约为25次，流化床入口温度约39℃，排料温度约为60～65℃，其带排料口的气相流化床反应器1如图1所示，所述的排料口设置在气相流化床反应器1上，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口12、中层排料口13和下层排料口14，各排料口均设有隔断用柱塞阀16，各柱塞阀16连接一电动旋转阀17，通过设定料位来控制电动旋转阀17的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量。气相流化床反应器1内部的气液固浓度如图2所示，气相流化床反应器1的工作压力为2.4MPa，从反应器下部到反应器上部，原料气体的浓度依次降低，一部分原料气体在反应器的下部发生聚合反应，未反应聚合完全的粒子随上升原料气流在气相流化床反应器1上部继续发生聚合反应，部分未发生反应的原料气体从气相流化床反应器1顶部排出并与原料气体一起循环使用并构成循环气体回路。排料口的放大结构示意图如图3所示，所述的上层排料口12设有3个，该上层排料口12位于气相流化床正常操作料面高度的90％位置处，所述的中层排料口13设有2个，该中层排料口13位于气相流化床正常操作料面高度的50％位置处，所述的下层排料口14设有1个，该下层排料口14位于反应器中的分布板15上方0.5m处。采用相对多股的、压差适中的、较小口径的、近连续的排料方式，以减少或降低因每次大排量、间歇式排料对反应器组分、料位、压力、温度等参数的冲击和影响，以及对排料系统管道、设备、阀门及其结构支撑的循环冲击及应力影响，从而不但提高了安全性及可靠性，还降低了设备设施及阀门的设计制造成本。所述的上层排料口12的排料量占总排料量的80wt％；所述的中层排料口13的排料量占总排料量的20wt％；所述的下层排料口14用于排出下沉块料，排料量很少，只用于每天常规检查或反应器内出现波动后，从此处排部分料，预防有下沉的小块料等积累。所述的反应器排料口分别连接有排料管线，该排料管线与反应器的侧壁呈60°角，所述的柱塞阀16设置在排料管线上，排料管口的倾斜管线设计大大的降低的粉料排出时对于管线出口的冲击力和循环应力，保护粉料的粒度大小，可以得到理想的粉料产品，电动旋转阀17的控制能够及时有效的在控制系统显示和控制。所述的柱塞阀16有常开和常关工作两种工作状态，当排料口使用时，柱塞阀16为常开状态，这种自流式设计可以省去需要大量气体吹扫及其配套设施的传统设计，当排料口停用时，柱塞阀16为常关状态，常关状态时，柱塞凸出延伸至气相流化床反应器1壁，并与内壁平滑无死角，防止反应原料流入排料管线，造成原料浪费。

实施例3

以一套年产30万吨线型低密度聚乙烯(LLDPE)的气相流化床反应器为例，其设计负荷通常为37.5T/HR，生产常规单峰LLDPE薄膜产品，每小时排料约为25次，流化床入口温度约39℃，排料温度约为60～65℃，其带排料口的气相流化床反应器1如图1所示，所述的排料口设置在气相流化床反应器1上，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口12、中层排料口13和下层排料口14，各排料口均设有隔断用柱塞阀16，各柱塞阀16连接一电动旋转阀17，通过设定料位来控制电动旋转阀17的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量。气相流化床反应器1内部的气液固浓度如图2所示，气相流化床反应器1的工作压力为2.4MPa，从反应器下部到反应器上部，原料气体的浓度依次降低，一部分原料气体在反应器的下部发生聚合反应，未反应聚合完全的粒子随上升原料气流在气相流化床反应器1上部继续发生聚合反应，部分未发生反应的原料气体从气相流化床反应器1顶部排出并与原料气体一起循环使用并构成循环气体回路。排料口的放大结构示意图如图3所示，所述的上层排料口12设有2个，该上层排料口12位于气相流化床正常操作料面高度的85％位置处，所述的中层排料口13设有3个，该中层排料口13位于气相流化床正常操作料面高度的60％位置处，所述的下层排料口14设有2个，该下层排料口14位于反应器中的分布板15上方0.35m处。采用相对多股的、压差适中的、较小口径的、近连续的排料方式，以减少或降低因每次大排量、间歇式排料对反应器组分、料位、压力、温度等参数的冲击和影响，以及对排料系统管道、设备、阀门及其结构支撑的循环冲击及应力影响，从而不但提高了安全性及可靠性，还降低了设备设施及阀门的设计制造成本。所述的上层排料口12的排料量占总排料量的100wt％；所述的中层排料口13的排料量占总排料量的0wt％；所述的下层排料口14用于排出下沉块料，排料量很少，只用于每天常规检查或反应器内出现波动后，从此处排部分料，预防有下沉的小块料等积累。所述的反应器排料口分别连接有排料管线，该排料管线与反应器的侧壁呈52°角，所述的柱塞阀16设置在排料管线上，排料管口的倾斜管线设计大大的降低的粉料排出时对于管线出口的冲击力和循环应力，保护粉料的粒度大小，可以得到理想的粉料产品，电动旋转阀17的控制能够及时有效的在控制系统显示和控制。所述的柱塞阀16有常开和常关工作两种工作状态，当排料口使用时，柱塞阀16为常开状态，这种自流式设计可以省去需要大量气体吹扫及其配套设施的传统设计，当排料口停用时，柱塞阀16为常关状态，常关状态时，柱塞凸出延伸至气相流化床反应器1壁，并与内壁平滑无死角，防止反应原料流入排料管线，造成原料浪费。

在生产LLDPE时，与传统的流化床底部排料口相比较，排料中的气体含量约为18％25％(主要成分是乙烯、氢气、氮气等)，溶解的液态烃(主要成分是共聚单体及冷剂)含量约为100～300Kg/床层m³。树脂颗粒的表观数据表明，粉料中的细粉(≤120目)降低70％以上，产品牌号切换耗时减少30％～50％；合格品率显著提高；同样负荷下回收系统的回收液体量减少约60％。

Claims (6)

1.一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，该排料口设置在气相流化床反应器(1)上，其特征在于，所述的排料口设置有三层，分别为上层排料口(12)、中层排料口(13)和下层排料口(14)，各排料口均设有隔断用柱塞阀(16)，各柱塞阀(16)连接一电动旋转阀(17)，通过设定料位来控制电动旋转阀(17)的旋转速度及旋转方式，从而控制排料量；

所述的上层排料口(12)设有1～3个，该上层排料口(12)位于气相流化床正常操作料面高度的80％～90％位置处；

所述的中层排料口(13)设有1～3个，该中层排料口(13)位于气相流化床正常操作料面高度的40％～60％位置处；

所述的下层排料口(14)设有1～2个，该下层排料口(14)位于反应器中的分布板(15)上方0.2～0.5m处。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，其特征在于，所述的上层排料口(12)的排料量占总排料量的50wt％～100wt％；所述的中层排料口(13)的排料量占总排料量的50wt％～0wt％；所述的下层排料口(14)用于排出下沉块料。

3.根据权利要求1所述的一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，其特征在于，所述的反应器排料口分别连接有排料管线，该排料管线与反应器的侧壁呈45°～60°角，所述的柱塞阀(16)设置在排料管线上。

4.根据权利要求1所述的一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，其特征在于，所述的柱塞阀(16)有常开和常关工作两种工作状态，当排料口使用时，柱塞阀(16)为常开状态，当排料口停用时，柱塞阀(16)为常关状态。

5.根据权利要求4所述的一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，其特征在于，所述的柱塞阀(16)常关状态时，柱塞凸出延伸至气相流化床反应器(1)壁，并与内壁平滑无死角。

6.根据权利要求1所述的一种适用于多区聚合反应的单气相流化床反应器排料口，其特征在于，所述的气相流化床反应器(1)的工作压力为2.0～2.4MPa。