CN1092078C - 聚烯烃生产设备水冷系统的优化 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚烯烃生产中聚合反应器冷却的工艺，聚合反应在一个初级反应器和至少一个次级反应器中进行，次级反应器连接在初级反应器的下游，每个都由一个有冷却介质循环的内冷却回路冷却。本发明包括冷却介质从初级反应器(1)的冷却回路(9)输送到至少一个次级反应器(2)的冷却回路(10)中，接着从此反应器(2)的冷却回路(10)中排出同样量的冷却介质，将之冷却并重新循环到初级反应器(1)的冷却回路(9)中。

Description

聚烯烃生产设备水冷系统的优化
本发明涉及一种聚烯烃生产中聚合反应器冷却的工艺，聚合反应在一个初级反应器和至少一个次级反应器中进行，次级反应器连接在初级反应器的下游，每个都由一个有冷却介质循环的内冷却回路冷却。
此类工艺例如由SRI International Report NO.128A，MenloPark，California，USA 1993公开。其中描述了制备聚丙烯的Spheripol工艺。据其所述，在压力和催化剂的存在下，在温度70～85℃(如HDPE)的条件下，烯烃能通过放热反应转变成聚烯烃。在称之为液相法的工艺中，其中的单体经常作为聚合物的悬浮介质。关于聚合反应器，在当今高性能生产设备中，优选使用环形反应器，这是由于其优越的表面积/体积比。反应所释放出的热量通过反应器的热交换表面释放到内部水冷回路中。内部回路通过添加较冷的水冷却。结果是，随后被反应热加热的同样量的水，必须从内冷却回路中排出。通常地，经由外冷却回路将称之为“循环水”的水输入和排出内冷却回路。在此外冷却回路中，循环水所吸收的反应热释放到流程中的耗热单元，并通过热交换表面到达外冷却水，如工厂的循环冷却水中，以达到反应器所需要的低流动温度。
为了获得宽范围变化的产品性能，大多地，两个或更多的反应器在产品一侧阶式排列安置(顺序相连)；在水一侧则为并联排列。虽然水侧的阶式排列实际上是公知的，但是在现有的工艺中并不采用它，因为据信，相同的反应器中进行相同的反应，冷却水的入口温度一定是相同的。进而，这里可能会存在一个风险，即初级反应器中的温度波动会传递到下一个直至其后的反应器中。
目前有一项惊人的发现，明显地由于催化剂的老化行为，在次级反应器及其后的每一个反应器中，反应的转化率降低，于是会产生如下的先前没有注意到的现象：由于这种老化行为，在初级反应器中，显然有比后续反应器中更多的反应热需要转移。如果所有的反应器的热交换表面尺寸上大约相同，于是，在外冷却水相同的流动温度θ′ext下——显然反应器I的内循环中需要泵入比反应器II、III等更多的冷却水。除此之外，反应器I的入水温度θ′1和出水温度θ″1要比后续反应器所要求的低。为加快生产速度，所有反应器的入水温度θ′1和出水温度θ″1相应地都要降低，而外部水的输入速度增加——特别是对于反应器I来说。
由于为增加设备的生产量，当要传递更多的热量时，所有反应器的入水温度θ′1和出水温度θ″1必须降低，在其他相同的条件下，或者在外冷却回路的温度θ′ext降低的同时其水流量Fext增加，和/或从外冷却回路流向每一个反应器的冷却水的流量增加。由于增加了设备产量，外冷却水的回返流动温度θ″ext也同样降低。
流动温度θ′ext的设置有赖于流程内部的热能利用以及外冷却水的温度。这意味着：在夏季的月份，当外冷却水的温度(如河水或循环冷却水)升高时，生产容量应该降低。
增加工厂产量，外冷却回路回返水的温度档位对流程内的耗热单元来说就太低了。增加外部水的流量是受限制的，比如受两个内部回路最大循环量的限制。
由于这些缺点，聚烯烃生产设备的容量是得不到充分利用的。
因此，本发明基于的目的是改进开始所述的工艺，以克服它所存在的那些缺点。
通过开发出前述类型的工艺按本发明达到该目的，此工艺包括从初级反应器的冷却回路输送冷却介质到至少一个次级反应器冷却回路中，接着从此反应器的冷却回路中排出同样量的冷却介质，将之冷却并重新循环到初级反应器的冷却回路中。
因此，本发明涉及一种聚烯烃生产中聚合反应器冷却的工艺，聚合反应在一个初级反应器和至少一个次级反应器中进行，次级反应器连接在初级反应器的下游，每个都由一个有冷却介质循环的内冷却回路冷却，它包括把冷却介质从初级反应器的冷却回路输送到至少一个次级反应器冷却回路中，接着从此反应器的冷却回路中排出同样量的冷却介质，将之冷却并重新循环到初级反应器的冷却回路中。
在一个优选的具体实施方案中，输入是受温度或流量控制的，调定点根据温度或所需流量来预置。对于冷却介质，优选使用水。冷却介质能在一个外冷却回路中冷却，此回路自己能被冷却水直接或间接冷却。单个冷却回路中冷却介质的温度范围优选30～80℃(初级反应器的冷却回路)、30～80℃(次级反应器的冷却回路)及20～40℃(外冷却回路)。
本发明进一步涉及实施此工艺的设备，并涉及制备聚烯烃的工艺，尤其是聚丙烯。
下面就本发明的工艺进行更详细的描述，并参考可能的具体实施方案，见以图示的工艺流程。
两台聚合反应器，反应器I1和II2通过管路3彼此连接。单体、其他添加剂和催化剂经由进料器4、5加入反应器I1中，在此中开始聚合反应，并由此，连同生成的聚合物，通过管路3进入到反应器II2，在此中进行进一步的聚合反应，然后从反应器II2经由出料口6进入到后续反应器中或到下一步工序中。虽然如此，聚合反应也可开始于一个上游所谓的发生反应器(小型环路)。两个反应器I1和II2配备冷却夹套7和8，它们被整合在内冷却回路I9和II10中，其中的冷却介质借助泵11和12循环。两个内冷却回路I9和II10通过管路13、14、15和16连接到外冷却回路17，经由它并借助泵18和可控阀19，冷却介质以流动温度θ′ext输入到内冷却回路I9和II10。外冷却回路包括热交换器20和21，通过它们反应热能释放到耗热单元22或借助外冷却水25从系统中排除。依照本发明，内冷却回路I9通过管路23和泵24连接到内冷却回路II10上。依照本发明，回路I9中的冷却介质通过泵24输入到回路II10中，并经由管路14从回路II10中等量排出，然后在外冷却回路17中冷却并以管路15再输送回到回路I9中。
如图2所示，输入在流动控制(M-FC)或温度控制(控制阀27与温度控制器TC相连)下进行。
图3所示的是一种可能的方法，借助控制阀26接通或关闭外冷却回路的耗热单元22。
外冷却回路的回返流动温度θ′ext由水流量和内冷却回路I9所需的低温度θ″1决定。如果内冷却回路I9的出口温度θ″1比通向反应器II双夹套的内冷却回路II10的入口温度θ′II低，由回路I9而来的水可带走反应器II2所有的反应热。
根据冷却的需要，从反应器I2的内冷却回路I9中排出的热水输送到反应器II2的内冷却回路10。结果是，从反应器II2的内冷却回路10中排出的水的流量增加，此水由于反应器II2的较低的产率，有着较高的温度θ″II。即使在高的出口流量下，出口温度θ″II也保持不变。
本发明的工艺主要具有如下几个优点：如果外冷却回路的循环流量Fext保持恒定，则在相同的流动温度θ′ext下可获得更高的产率。在生产效率相同时，外冷却回路的循环流量Fext能降低。生产效率相同时，如果保持循环流量Fext不变，外部循环水的流动温度θ′ext可以升高，比如从30℃升到略低于35℃。外部循环水的回返流动温度θ″ext也升高。外冷却回路的较高的温度档位简化了流程内部耗热单元的热能利用或使反应热的流程内部更大利用成为可能。此外，较高的温度档位方便了同外冷却水的热交换。
本发明的冷却工艺并不限于聚烯烃的制备，尤其是聚乙烯或聚丙烯，而是在原则上适用于要求冷却回路中的冷却介质具有可变的入口温度，以冷却热源的各种情况。

Claims (4)

1.一种聚烯烃生产中聚合反应器冷却的工艺，聚合反应在一个初级反应器和至少一个次级反应器中进行，次级反应器连接在初级反应器的下游，每个都由一个有冷却介质循环的内冷却回路冷却，其特征是冷却介质从初级反应器(I1)的冷却回路(I9)输送到至少一个次级反应器(II2)的冷却回路(II10)中，接着从此反应器(II2)的冷却回路(II10)中排出同样量的冷却介质，将之冷却并重新循环到初级反应器(I1)的冷却回路(I9)中。
2.权利要求1的工艺，其特征是冷却介质的输送在温度或流量控制下进行。
3.权利要求1或2的工艺，其特征是冷却介质是水。
4.一种实施权利要求1到3任何一项的工艺的设备，它包括一个初级反应器(I1)和至少一个次级反应器(II2)，次级反应器(II2)连接在初级反应器(I1)的下游，每个都具有各自的冷却单元(7，8)，并分别整合到冷却回路(I9，II10)中，其特征是初级反应器(I1)的内冷却回路(I9)经管路(13，15)和至少一个次级反应器(II2)的内冷却回路(II10)经管路(14，16)与外冷却回路(17)相连接，初级反应器(I1)的冷却回路(I9)通过管路(23)连接到至少一个次级反应器(II2)的冷却回路(II10)中，使得冷却介质可从初级反应器(I1)的内冷却回路(I9)输送到至少一个次级反应器(II2)的内冷却回路(II10)中和从此反应器(II2)的内冷却回路(II10)中可出同样量的冷却介质，可在外冷却回路(17)中冷却并可重新循环到初级反应器(I1)的内冷却回路(I9)中。
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