CN106422984A - 液体进料雾化装置、气相流化床反应器及聚烯烃生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体进料雾化装置以及含有该液体进料雾化装置的气相流化床反应器及聚烯烃生产装置，该液体进料雾化装置包括至少一组雾化室和雾化喷嘴，雾化室由相互同心的内侧球体和外侧球体组成，内侧球体上设有与外侧球体相通的连接口，内侧球体分别与气体管路和液体管路连通，外侧球体通过混合流体管路与雾化喷嘴连通，气体和液体分别通过气体管路和液体管路进入内侧球体进行混合，混合后的流体由连接口进入外侧球体，然后通过混合流体管路和雾化喷嘴流出。该液体进料雾化装置能够有效提高烯烃类和烷烃类单体或者混合物，特别是大分子量单体或者混合物的雾化分散效果，以便于开发具有高附加值的特殊牌号聚合物产品。

Description

液体进料雾化装置、气相流化床反应器及聚烯烃生产装置

技术领域

本发明涉及一种液体进料雾化装置以及含有该液体进料雾化装置的气相流化床反应器及聚烯烃生产装置，该雾化装置可适用于烯烃聚合气相流化床反应器烯烃类和烷烃类单体或者混合物的注入。

背景技术

气相中的烯烃均聚和共聚的方法是本领域中公知的。例如可以将气态单体引入包含聚合用的催化剂和聚烯烃的搅拌或流化床中来实施所述方法。

在烯烃的流化床聚合中，聚合是在流化床反应器中进行的，聚合物颗粒床是借助于上升的含有气态反应单体的气体物流保持流化状态的。这种聚合开始时一般使用类似于所欲制造的聚合物的预制的聚合物颗粒床。在聚合过程中，通过单体的催化聚合产生新的聚合物，并且取出聚合产物以保持床体积基本不变。一种工业生产上有利的方法使用流化栅板来分布进入床的流化气体，并且在供气中止时用作床的支撑。所制造的聚合物一般经由配置在反应器下部、流化床附近的排放管排出反应器。流化床包括生长的聚合物颗粒床。该床通过流化气体从反应器底部向上连续流动保持流化状态。

烯烃聚合是放热反应，从而需要提供冷却床的装置以除去聚合热。在没有这样的冷却的情况下，床会增加温度，并且聚合物颗粒会最后开始熔化。在烯烃的流化床聚合中，用于除去聚合热的常用方法是为聚合反应器提供一种气体，即流化气体，其温度低于所需的聚合温度，使该气体经过流化床以带走聚合热，从反应器中除去气体并使它通过外部换热器，并使它循环返回该床。可以在换热器中调节循环气体的温度以使流化床保持在所需的聚合温度。在这种a-烯烃聚合的方法中，循环气体一般含有单体烯烃，任选与例如稀释气体或气态链转移剂如氢一起。这样，循环气体用于为该床提供单体，以流化该床，并保持该床在所需的温度。聚合反应所消耗的单体一般由添加补偿气到循环气体物流中来补充。

公知的是在前面提到的这种工业生产用气体流化床反应器中的产率(即以每单位时间每单位体积的反应器空间产生的聚合物重量表示的时空产率)受到可从反应器中除去热的最大速度的限制。除热速度可以例如通过提高循环气体的速度和/或降低循环气体的温度和/或改变循环气体的热容来提高。然而，可被用于工业实践中的循环气体的速度存在着一定的限制。超过该限制，该床可变得不稳定或甚至在气体物流中提升出反应器，导致循环管堵塞并危及循环气体压缩机或鼓风机。循环气体可实际冷却的程度也存在着一定的限制。这主要取决于经济上的考虑，并且实际上通常取决于现场可得到的工业用冷却水的温度。如果需要，可以采用冷冻法，但这会增加制造成本。这样，在工业实践中，使用冷却的循环气体作为从烯烃聚合气体流化床除去聚合热的唯一方法有限制可得到的最大产率的缺点。

现有技术提出了一些例如通过引入一种挥发性液体来提高循环物流的除热能力的方法。

GB 1415442涉及在搅拌或流化床反应器中氯乙烯的气相聚合，聚合在至少一种气态稀释剂存在下进行，所述稀释剂有低于氯乙烯的沸点。该文献的实施例1描述了通过向流化的聚氯乙烯物料中间歇添加液态氯乙烯来控制聚合温度。液态氯乙烯在床中立即蒸发，导致除掉聚合热。

US 3625932描述了一种氯乙烯的聚合方法，其中在多级流化床反应器中的聚氯乙烯颗粒床通过在反应器底部引入气态氯乙烯单体来保持流化。通过向塔板下的上升气流中喷射液态氯乙烯单体来提供各床的冷却以除去其中产生的聚合热，床在所述搭板上流化。

FR 2215802涉及一种止逆阀型喷嘴，适合于例如在烯属不饱和单体的气体流化床聚合中喷射液体到流化床中。用于冷却床的液体可以是要被聚合的单体，或者如果乙烯是要聚合的，它可以是液态饱和烃。该喷嘴是针对氯乙烯的流化床聚合来描述的。

GB 1398965描述了烯属不饱和单体特别是氯乙烯的流化床聚合，其中通过使用位于反应器中的流化物料的0-75％高度之间的一个或多个喷嘴将液态单体注入床中进行聚合的热控制。

US 4390669涉及一种通过多步骤气相法进行的烯烃均聚或共聚，该方法可以在搅拌床反应器、流化床反应器，带搅拌的流化床反应器或管状反应器中进行.在该方法中由第一聚合区得到的聚合物在中间区悬浮在一种易挥发的液态烃中，并且如此得到的悬浮液被加到第二聚合区，在这里液态烃蒸发。在实施例1-5中，气体由第二聚合区被送经一冷却器(换热器)，其中一些液态烃冷凝(如果使用共聚用单体的话，该单体也一起冷凝)。挥发性液态冷凝液以液态被部分送至聚合容器，在此处它蒸发以用于借助它的蒸发潜热除去聚合热。

EP 89691涉及一种用于增加流态单体聚合的连续气体流化床法的时空产率的方法，该方法包括冷却部分或全部未反应的流体以形成一种低于露点的气体和夹带的液体的两相混合物并将所述两相混合物再引入反应器中。EP 89691的说明书陈述循环气体物流可被冷却到露点以下的程度的主要限制是气液比需要被保持在足以使两相液体混合物的液相保持在夹带或悬浮条件下直到液体蒸发，并且进一步讲明气相中的液体的量应不超过约20重量百分比，并优选不超过约10重量百分比，这是假设了两相循环物流的速度足够高以使液相以悬浮态保持在气体中并支撑反应器内的流化床。EP 89691进一步公开了能够在反应器内的注入处形成一种两相流体物流，所述注入是在会产生一种两相物流的条件分别注入气体和液体而进行的，但以这种方式操作未见有什么优点，这归因于在冷却后所增加的和不必要的分离气体和液相的载荷和成本。

EP 173261涉及一种用于将循环物流引入流化床反应器的特定装置，并且特别是涉及一种引入循环物流的装置，所述循环物流包含如EP89691(supra)所述的气体和夹带的液体的两相混合物。

WO 94/25495描述了一种流化床聚合法，该法包括使含有单体的气态物流在催化剂存在下在反应条件下经过流化床反应器以产生聚合产物和一种含有未反应的单体气体的物流，压缩和冷却所述物流，使所述物流与进料成分混合并使气相和液相返回所述反应器，一种确定稳定的操作条件的方法，该方法包括:(a)观察反应器中的流化堆积密度变化，该变化与流化介质组成的变化有关；和(b)通过改变组成增加循环物流的冷却能力，而不超过这样的程度，在该程度下流化的堆积密度或其指示参数的减小变成不可逆转的。

US 5436304涉及一种在有流化床和流化介质的气相反应器中α-烯烃聚合的方法，其中流化介质用于控制反应器的冷却能力，并且其中堆积密度函数(Z)保持在等于或大于堆积密度函数的计算限值的值。

结合在此作为参考的公开申请w0 94/28032涉及一种连续的气相流化床法，其中通过将循环气体物流冷却到足以形成一种液体和一种气体的温度，从气体中分离出液体并将分离出的液体直接加入流化床来改进该方法的产率。该液体可以借助配置在其中的一个或多个喷嘴适宜地注入流化床。

可以借助使用一种雾化气体帮助液体的注入的喷嘴将液体注入流化床中。在气液喷嘴放大过程中，出现了意料之外的问题，这时液体注入床的速度增加，超过了一定的极限值.该限值取决于气体膨胀比(加到喷嘴的雾化气体的压力和流化床的压力的比值)以及雾化气体的重量百分比和雾化室与喷嘴出口的尺寸。必需增加雾化气体相对于注入床中的液体的量以为可以保持液体的有效雾化，并且还保持进入流化床的液体的有效分散和渗透，即需要大尺度的喷嘴显著地增加雾化气体的量。现已发现，通过在这种喷嘴内使用机械装置来“预雾化”该液体，雾化液依所需的气体量可以显著地降低。

中国专利CN 1094784C涉及烯烃，特别是乙烯、丙烯或这些与其它α-烯烃的混合物的连续气体流化床聚合，其中用于流化该床的含单体的循环气被冷却以冷凝出至少一些液体烃。可以是单体或惰性液体的冷凝液从循环气中被分出并经过气导的雾化喷嘴被直接加人流化床以通过蒸发潜热产生冷却。喷嘴在雾化室的液体人口内设有机械装置。机械装置预雾化液体使得喷嘴需要比常规气导雾化喷嘴更少的气量，但其不能保证大分子量烯烃的雾化效果，不能精确控制循环气中共聚单体的组份浓度。

发明内容

本发明提供了一种液体进料雾化装置，目的在于提高烯烃类和烷烃类单体或者混合物，特别是大分子量单体或者混合物的雾化分散效果，以便于开发具有高附加值的特殊牌号聚合物产品。

一种液体进料雾化装置，包括至少一组雾化室和雾化喷嘴，所述雾化室由相互同心的内侧球体和外侧球体组成，所述内侧球体上设有与外侧球体相通的连接口，所述内侧球体分别与气体管路和液体管路连通，所述外侧球体通过混合流体管路与雾化喷嘴连通，气体和液体分别通过气体管路和液体管路进入内侧球体进行混合，混合后的流体由连接口进入外侧球体，然后通过混合流体管路和雾化喷嘴流出。

所述外侧球体与内侧球体的体积比优选为2～100，更优选为5～20，能够更好地利用空间变化效应，把雾化效果发挥到最大。

所述气体管路与液体管路的夹角优选为45°～135°，这样能增加气体与液体之间的冲击力，使大液滴变成小液珠。

优选的是，所述连接口呈大口朝外的喇叭状，所述连接口至少为1个。

优选的是，所述连接口为向外延伸的短接头，所述连接口至少为1个，所述短接头的长度不超过内侧球体与外侧球体之间的直线距离。

所述连接口与外侧球体和雾化喷嘴的接口之间的夹角优选大于0°，更优选90°，防止流体未经过充分混合，没有充分雾化就直接进入反应器，影响正常反应的进行。

优选的是，所述雾化室的外壁设有伴热层。

所述伴热层的伴热温度优选为30℃～100℃，更优选为60℃～100℃。

优选的是，所述雾化室的外壁设有保温层，有利于保持流体在雾化室的混合雾化效果。

优选的是，所述混合流体管路上设有至少一个与其同心的气体注入管，该气体注入管为二次雾化单元，二次雾化单元能够对流体进行二次雾化，增强流体进入气相反应器的雾化效果。

所述气体注入管优选为串联，可以根据所要求的雾化程度进行数量上的调整。

一种气相流化床反应器，该反应器包含如权利要求1-14任一项所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含如权利要求1-14任一项所述的液体进料雾化装置。

本发明的液体进料雾化装置有益效果为：雾化室为同心球状，表面光滑连续，能够防止积液，雾化室利用内侧气体和外侧球体的体积变化和挡板效应使得液体和气体进行充分混合，达到预雾化的效果，且雾化喷嘴增强混合流体进入气相流化床反应器的雾化效果。因此，能够有效提高烯烃类和烷烃类单体或者混合物，特别是大分子量单体或者混合物的雾化分散效果，以便于开发具有高附加值的特殊牌号聚合物产品。

本发明的气相流化床反应器有益效果为：能够有效提高烯烃类和烷烃类单体或者其混合物，特别是大分子量单体或者其混合物在气相流化床反应器中的的雾化分散效果，避免大分子量单体或者其混合物在反应器中出现大液滴、流化死角、团聚、粘壁从而造成局部温度过高等现象，影响反应器的正常运行。

本发明的气相流化床工艺聚烯烃生产装置有益效果为：能够开发具有高附加值的特殊牌号聚合物产品，增加气相流化床工艺聚合物产品的市场收益，提升气相流化床工艺聚合物产品的市场占有率。

附图说明：

图1是液体进料雾化装置实施例1的结构示意图；

图2是液体进料雾化装置实施例2的结构示意图；

图3是液体进料雾化装置实施例3的结构示意图；

图4是雾化喷嘴实施例1的结构示意图；

图5是雾化喷嘴实施例2的结构示意图。

1、雾化室；2、雾化喷嘴；3、二次雾化单元；4、内侧球体；5、外侧球体；6、连接口；7、气体管路；8、液体管路；9、混合流体管路。

具体实施方式

以下通过实施例进一步详细描述本发明，但这些实施例不应认为是对本发明的限制。

实施例1

一种液体进料雾化装置，参见图1所示，包括一组雾化室1和雾化喷嘴2，雾化室1由相互同心的内侧球体4和外侧球体5组成，内侧球体4上设有与外侧球体5相通的连接口6，内侧球体4分别与气体管路7和液体管路8连通，外侧球体5通过混合流体管路9与雾化喷嘴2连通，气体和液体分别通过气体管路7和液体管路8进入内侧球体4进行混合，混合后的流体由连接口6进入外侧球体5，然后通过混合流体管路9和雾化喷嘴2流出。

所述外侧球体5与内侧球体4的体积比为5，气体管路7与液体管路8的夹角为135°。

所述连接口6呈大口朝外的喇叭状，连接口6的数量为1个，连接口6与外侧球体5和雾化喷嘴2的接口之间的夹角为90°。

所述雾化室1的外壁设有伴热层和保温层，伴热层的伴热温度为30℃。

一种气相流化床反应器，该反应器包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

实施例2

一种液体进料雾化装置，参见图1所示，包括一组雾化室1和雾化喷嘴2，雾化室1由相互同心的内侧球体4和外侧球体5组成，内侧球体4上设有与外侧球体5相通的连接口6，内侧球体4分别与气体管路7和液体管路8连通，外侧球体5通过混合流体管路9与雾化喷嘴2连通，气体和液体分别通过气体管路7和液体管路8进入内侧球体4进行混合，混合后的流体由连接口6进入外侧球体5，然后通过混合流体管路9和雾化喷嘴2流出。

所述外侧球体5与内侧球体4的体积比为2，气体管路7与液体管路8的夹角为100°。

所述连接口6呈大口朝外的喇叭状，连接口6的数量为1个，连接口6与外侧球体5和雾化喷嘴2的接口之间的夹角为60°。

所述雾化室1的外壁设有伴热层和保温层，伴热层的伴热温度为90℃。

一种气相流化床反应器，该反应器包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

实施例3

一种液体进料雾化装置，参见图2所示，包括一组雾化室1和雾化喷嘴2，雾化室1由相互同心的内侧球体4和外侧球体5组成，内侧球体4上设有与外侧球体5相通的连接口6，内侧球体4分别与气体管路7和液体管路8连通，外侧球体5通过混合流体管路9与雾化喷嘴2连通，气体和液体分别通过气体管路7和液体管路8进入内侧球体4进行混合，混合后的流体由连接口6进入外侧球体5，然后通过混合流体管路9和雾化喷嘴2流出。

所述外侧球体5与内侧球体4的体积比为100，气体管路7与液体管路8的夹角为45°。

所述连接口6呈大口朝外的喇叭状，连接口6的数量为2个，连接口6与外侧球体5和雾化喷嘴2的接口之间的夹角大于0°即可。

所述雾化室1的外壁设有伴热层和保温层，伴热层的伴热温度为100℃。

所述混合流体管路9上设有一个与其同心的气体注入管，该气体注入管为二次雾化单元3，当然二次雾化单元3还可以为若干个气体注入管串联而成。

一种气相流化床反应器，该反应器包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

实施例4

一种液体进料雾化装置，参见图2所示，包括一组雾化室1和雾化喷嘴2，雾化室1由相互同心的内侧球体4和外侧球体5组成，内侧球体4上设有与外侧球体5相通的连接口6，内侧球体4分别与气体管路7和液体管路8连通，外侧球体5通过混合流体管路9与雾化喷嘴2连通，气体和液体分别通过气体管路7和液体管路8进入内侧球体4进行混合，混合后的流体由连接口6进入外侧球体5，然后通过混合流体管路9和雾化喷嘴2流出。

所述外侧球体5与内侧球体4的体积比为10，气体管路7与液体管路8的夹角为90°。

所述连接口6呈大口朝外的喇叭状，连接口6的数量为2个，连接口6与外侧球体5和雾化喷嘴2的接口之间的夹角大于0°即可。

所述雾化室1的外壁设有伴热层和保温层，伴热层的伴热温度为80℃。

所述混合流体管路9上设有一个与其同心的气体注入管，该气体注入管为二次雾化单元3，当然二次雾化单元3还可以为若干个气体注入管串联而成。

一种气相流化床反应器，该反应器包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

实施例5

一种液体进料雾化装置，参见图3所示，包括两组相互串联的组雾化室1和雾化喷嘴2来增强雾化效果，雾化室1由相互同心的内侧球体4和外侧球体5组成，内侧球体4上设有与外侧球体5相通的连接口6，内侧球体4分别与气体管路7和液体管路8连通，外侧球体5通过混合流体管路9与雾化喷嘴2连通，气体和液体分别通过气体管路7和液体管路8进入内侧球体4进行混合，混合后的流体由连接口6进入外侧球体5，然后通过混合流体管路9和雾化喷嘴2流出。其中，液体选自由丁烯、己烯和辛烯所组成群组中的至少一种，气体为乙烯、丙烯、或氮气。

所述外侧球体5与内侧球体4的体积比为20，气体管路7与液体管路8的夹角为135°。

所述连接口6为向外延伸的短接头，所述短接头的长度不超过内侧球体4与外侧球体5之间的直线距离，连接口6与外侧球体5和雾化喷嘴2的接口之间的夹角为90°。

所述雾化室2的外壁设有伴热层和保温层，伴热层的伴热温度为60℃。

参见图4和图5所示，所述雾化喷嘴为圆管状，雾化喷嘴内部的连续光滑凸起呈波浪形，每个凸起为半球状，雾化喷嘴末端与液体注入管前端连接方式为螺纹连接，雾化喷嘴前端为一开口向下的45°切面，雾化喷嘴本体材质为不锈钢。

一种气相流化床反应器，该反应器包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，该生产装置包含本实施例所述的液体进料雾化装置。

综上所述，本发明的液体进料雾化装置，雾化室为同心球状，表面光滑连续，能够防止积液，雾化室利用内侧气体和外侧球体的体积变化和挡板效应使得液体和气体进行充分混合，达到预雾化的效果，且雾化喷嘴增强混合流体进入气相流化床反应器的雾化效果。

本发明的气相流化床反应器，能够有效提高烯烃类和烷烃类单体或者混合物，特别是大分子量单体或者混合物在气相流化床反应器中的的雾化分散效果，避免大分子量单体或者混合物在反应器中出现大液滴、流化死角、团聚、粘壁从而造成局部温度过高等现象，影响反应器的正常运行。

本发明的气相流化床工艺聚烯烃生产装置，能够开发具有高附加值的特殊牌号聚合物产品，增加气相流化床工艺聚合物产品的市场收益，提升气相流化床工艺聚合物产品的市场占有率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种液体进料雾化装置，包括至少一组雾化室和雾化喷嘴，其特征在于，所述雾化室由相互同心的内侧球体和外侧球体组成，所述内侧球体上设有与外侧球体相通的连接口，所述内侧球体分别与气体管路和液体管路连通，所述外侧球体通过混合流体管路与雾化喷嘴连通，气体和液体分别通过气体管路和液体管路进入内侧球体进行混合，混合后的流体由连接口进入外侧球体，然后通过混合流体管路和雾化喷嘴流出。

2.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述外侧球体与内侧球体的体积比为2～100。

3.根据权利要求2所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述外侧球体与内侧球体的体积比为5～20。

4.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述气体管路与液体管路的夹角为45°～135°。

5.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述连接口呈大口朝外的喇叭状，所述连接口至少为1个。

6.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述连接口为向外延伸的短接头，所述连接口至少为1个，所述短接头的长度不超过内侧球体与外侧球体之间的直线距离。

7.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述连接口与外侧球体和雾化喷嘴的接口之间的夹角大于0°。

8.根据权利要求7所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述连接口与外侧球体和雾化喷嘴的接口之间的夹角为90°。

9.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述雾化室的外壁设有伴热层。

10.根据权利要求9所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述伴热层的伴热温度为30℃～100℃。

11.根据权利要求10所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述伴热层的伴热温度为60℃～100℃。

12.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述雾化室的外壁设有保温层。

13.根据权利要求1所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述混合流体管路上设有至少一个与其同心的气体注入管，该气体注入管为二次雾化单元。

14.根据权利要求13所述的液体进料雾化装置，其特征在于，所述气体注入管为串联。

15.一种气相流化床反应器，其特征在于，该反应器包含如权利要求1-14任一项所述的液体进料雾化装置。

16.一种气相流化床工艺聚烯烃生产装置，其特征在于，该生产装置包含如权利要求1-14任一项所述的液体进料雾化装置。