CN112473565A - 一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器及加料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，该旋转加料器包括：分料器(1)和催化剂加料旋转计量阀(6)，所述的分料器(1)内部设有一分为2～4的通道，催化剂进入分料器(1)后分成2～4路流向催化剂加料旋转计量阀(6)，所述的催化剂加料旋转计量阀(6)包括阀体(7)和球芯(8)，所述球芯(8)上设有一个腔体(9)，该腔体(9)开口朝上时承接由分料器(1)流出的催化剂，转动球芯(8)使该腔体(9)开口向下，催化剂流向下游管道，实现加料。与现有技术相比，本发明加料快速均匀连续，不损伤催化剂颗粒形态。
Description
技术领域
本发明涉及干粉催化剂加料技术领域，具体涉及一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器及加料系统。
背景技术
气相法聚烯烃工艺是聚烯烃生产工艺中重要组成。目前国内主要的气相法聚乙烯工艺分为：UCC的Unipol气相流化床工艺、BP的Innovene气相流化床工艺、中石化的GPE气相流化床工艺等。。在生产过程中催化剂是整个聚合反应的核心，UCC的Unipol气相流化床工艺、BP的Innovene气相流化床工艺等需要加入固体催化剂。为了保证聚合反应的长周期稳定运行，需要保证固体催化剂加料速率的稳定可靠、计量的准确等等，因此开发了固体催化剂加料系统。固体催化剂通过固体催化剂加料系统的按照聚合反应器对催化剂的需求进行计量，通过管路输送稳定而连续地加入到气相聚合反应器中。加料器运行状况对装置反应器有直接的影响，催化剂的加料速率是聚合反应的决定聚合产量的一个重要的参数。
目前UCC的Unipol气相流化床工艺、BP的Innovene气相流化床工艺、中石化的GPE气相流化床工艺等均配有相应的固体催化剂加料系统，但是在实际应用中存在不同问题，使得加料系统不能长周期稳定运行，影响催化剂加料速率的稳定，进而影响聚合反应。UCC的Unipol气相流化床工艺的Mark V型干粉加料系统常见的故障：加料不稳定(强制加料)、堵塞注射管、加料器保护电机的安全销被剪断。BP的Innovene气相流化床采用的分散式加料系统存在流程长、下料管线堵塞的缺点。中国航天十一所制造的干粉加料器可用于中石化的GPE气相流化床工艺，存在加料不稳定(强制加料)、计量不准确、管路堵塞的缺点。
专利CN108203474A公开了一种固体聚烯烃催化剂的旋转加料器，所述旋转加料器包括：一外壳，所述外壳内部形成有一腔体；一圆球体，所述圆球体表面设有一圈凹槽，所述圆球体设于所述腔体内并与所述腔体紧密贴合且能在所述腔体内绕横向轴线滚动；以及一连接轴，所述连接轴设于圆球体的横向轴线上，所述外壳上对应于所述连接轴的位置设有一孔，所述连接轴穿过所述孔。
该旋转加料器在加料时无法对催化剂进行分料，而且在加料过程中会出现催化剂不均匀容易发散的情况，此旋转加料器的缺陷：
1、加料过程中损害催化剂的颗粒形态，由于催化剂的颗粒形态决定了树脂的颗粒形态，催化剂颗粒破碎，严重影响装置产品的形态，导致反应器内部细粉多；
2、此旋转加料器只适用于常压的产品旋转加料，由于球体上设有大量的凹槽，影响阀体的密封性，在聚乙烯催化剂加料过程中设计压力是3.8MPa，密封性至关重要，密封性不好导致下部物料反串到阀体上部，导致加料不畅、计量不准，不适用于高压的工况；
3、此加料器内部的球体凹槽与球体的角度都小于90°，在快速旋转的过程中，凹槽的催化剂会洒落到球体表面，导致计量不准，并且催化剂颗粒可能会残留在球体和密封面之间，催化剂中的金属颗粒长时间与球体和密封材料的磨损，引起密封失效，引起泄漏。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器及加料系统，尤其适用于在气相流化床工艺中向气相乙烯聚合反应器中加入聚乙烯固体催化剂。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，该旋转加料器包括：分料器和催化剂加料旋转计量阀，所述的分料器内部设有一分为2～4的通道，催化剂进入分料器后分成2～4路流向催化剂加料旋转计量阀，所述的催化剂加料旋转计量阀包括阀体和球芯，所述球芯上设有一个腔体，该腔体开口朝上时承接由分料器流出的催化剂，转动球芯使该腔体开口向下，催化剂流向下游管道，实现加料。
优选地，所述分料器包括一上宽下窄的分料器壳体、设于分料器壳体顶部的一个分料进料口和设于分料器壳体底部的2～4个分料出料口，所述分料器壳体内部设有分料斗，分料斗将分料器的内部均匀分为2～4个通道，通道连通分料进料口和分料出料口。通过分料斗的体积大小限制通道的宽度，从而保证同样进料量的催化剂能够有更快的降落速度，便于催化剂分配之后能够顺畅快速地下落。
优选地，所述分料斗为圆锥体，设于分料器壳体内的下部，各分料出料口为倒锥形，对称环绕在分料斗周围，倒锥形有利于催化剂聚集在一块进入管道中，不会出现大面积松散的现象。
优选地，所述分料斗的顶角角度为60-120°，高度为40-1000mm，底面直径为40-1000mm，分料出料口的顶角和分料斗的顶角角度相同，便于催化剂分配之后能够顺畅快速地下落。
优选地，所述分料斗底面开有一与外界相通的吹扫主槽，侧面开有2～4个与分料空腔相通的辅助槽，所述吹扫主槽与辅助槽相连通，当分料器出现某一个下游管路堵塞时，打开底部高压氮气，向锥体的2～4个辅助槽吹扫，防止催化剂出现架桥或者滞留现象。吹扫主槽为DN15的孔，采用NPT内螺纹，高度小于50mm，设于分料斗底面的中心；辅助槽为Φ5的孔。
优选地，所述吹扫主槽的长度小于分料斗的高度，否则氮气直接是从下往上走，会使吹扫效果降低很多，且有可能出现催化剂直接进入吹扫主槽中的状况，堵塞吹扫主槽。
优选地，所述辅助槽与分料空腔相通的一端低于与吹扫主槽相通的一端，辅助槽与水平面形成的角度为30-60°，防止催化剂进入辅助槽造成堵塞。进一步优选地，倾斜角度为45°。
优选地，一个分料器分别连接2～4个催化剂加料旋转计量阀，各催化剂加料旋转计量阀的球芯设于所述阀体内，在球芯上开有2～4个容积固定的腔体，球芯，通过阀杆和联轴器连接气缸，通过气缸驱动球芯转动，带动定量计量催化剂的腔体转动。腔体容积固定，可用于准确计量催化剂的加料量，气缸可驱动球芯360°、180°、120°、90°的旋转进行加料，加料的频率可以根据调节阀门的旋转频率来决定的，从而到达均匀、平稳、准确的加料。
一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器的加料系统，该加料系统包括：2～4通旋转加料器，其上游依次连接的催化剂钢瓶、催化剂缓冲罐和催化剂加料罐，以及其下游依次连接的催化剂填充罐和反应器。催化剂被一定流量的高压吹送氮气吹送到反应器中时，要使高压氮气的压力满足至少大于反应器压力0.7MPa，这样设计防止有催化剂残存在管线中，防止催化剂堵塞管线。
优选地，所述的催化剂缓冲罐和催化剂加料罐之间设有第一平衡管线，所述的催化剂缓冲罐和催化剂填充罐之间设有第二平衡管线，平衡管线上设有平衡阀，通过平衡阀可以控制不同设备的压强，通过压强差从而调节催化剂的输送速度；
所述的催化剂钢瓶和催化剂缓冲罐之间设有第一吹送管线，所述的催化剂缓冲罐和催化剂加料罐之间设有第二吹送管线，所述的催化剂加料罐和催化剂填充罐之间设有第三吹送管线，所述的催化剂填充罐和反应器之间设有第2～4吹送管线，吹送管线将催化剂在不同的设备间进行传输。
本发明的2～4通旋转加料器将分料器和催化剂加料旋转计量阀结合起来，通过分料斗使催化剂可以均匀地被分配到各个催化剂填充罐中，通过可上下旋转的球芯实现催化剂的加料和卸料；加料系统采用2～4通加料器进行加料，能够使固体催化剂保持本身形态进入到反应器中，采用氮气吹扫，效果好且不损伤催化剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)2～4通旋转加料器设计合理、分料均匀，多利用重力进行下料，能够避免对固体聚烯烃催化剂颗粒的损伤，保护催化剂形态，且结构简单、密封性好，易于更换；加料系统工艺流程简单，能够实现长周期稳定连续、计量准确地将固体聚乙烯催化剂加入到气相流化床的目的。
(2)分料器位于催化剂加料罐D-3051(17)底部KV-3052与KV-3053A/KV-3054A之间，目的就是将从D-3051罐来的催化剂均匀分布到底部1#、2#填充罐(18)中。
旋转加料计量球阀位于1#、2#填充罐(18)下部，安装位置距离和1#、2#填充罐(18)最短。
(3)本发明与专利CN108203474A的区别：1)本发明增加催化剂的分料器，由传统的一路加料增加为现有的两路加料，当装置一套加料器出现故障时，另一套加料器正常运行，保证装置正常运行；
2)本发明的加料器结构较Mark V型加料器简单、计量精确、无强制加料、保护催化剂颗粒形态、催化剂磨耗低、催化剂不堵塞管路、投资少、操作维护便捷、整个系统无动设备，节能环保；
(4)本发明的加料器最主要的发明点：
1)分料器：在其他影响因素的条件下将催化剂均匀的分配到两个填充罐中；
2)旋转加料阀：采用气缸驱动计量阀旋转，精确的将催化剂加入到管路中，既保护了催化剂的颗粒形态，又保证了催化剂平稳、精确的加料，无强制加料；
3)整个系统下料流畅，无堵塞管路的现象，减少操作难度；
(4)本发明系统可保护催化剂颗粒形态，原理如下：
1)从催化剂钢瓶出口管线到反应器之间的管线无直角弯头设计，催化剂从钢瓶到缓冲罐采用低压氮气输送，保证催化剂在输送过程中无碰撞，保护颗粒形态；
2)催化剂从缓冲罐到计量球阀之间采用重力下料，催化剂的流速慢，并且平稳；
3)催化剂在旋转计量阀中无磨耗，催化剂平稳的加入到管路中。
附图说明
图1为一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器的结构示意图；
图2为催化剂加料旋转计量阀进料时的结构示意图；
图3为催化剂加料旋转计量阀出料时的结构示意图；
图4为一种聚烯烃固体催化剂的2～4通加料系统的结构示意图；
图5为加料系统工作时氮气控制的局部简图。
图中：1-分料器；2-分料器壳体；3-分料斗；4-分料进料口；5-分料出料口；6-催化剂加料旋转计量阀；7-阀体；8-球芯；9-腔体；10-阀杆；11-加料进料口；12-加料出料口；13-气缸；14-联轴器；15-吹扫主槽；16-辅助槽；17-催化剂钢瓶；18-催化剂缓冲罐；19-催化剂加料罐；20-催化剂填充罐；21-反应器。
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
一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，该旋转加料器包括：分料器1和催化剂加料旋转计量阀6。
如图1所示，分料器1包括一上宽下窄的分料器壳体2、设于分料器壳体2顶部的一个分料进料口4和设于分料器壳体底部的2～4个分料出料口5，分料器壳体2内部设有分料斗3，分料斗3将分料器1的内部均匀分为2～4个通道，通道连通分料进料口4和分料出料口5。分料斗3为圆锥体，设于分料器壳体2内的下部，2～4个分料出料口5为倒锥形，对称环绕在分料斗3 2～4周。分料斗3的顶角角度为60-120°，高度为40-1000mm，底面直径为40-1000mm。分料斗3底面开有一与外界相通的吹扫主槽15，侧面开有2～4个与分料空腔2相通的辅助槽16，吹扫主槽15与辅助槽16相连通。吹扫主槽15的长度小于分料斗3的高度。辅助槽16与分料空腔2相通的一端低于与吹扫主槽15相通的一端，辅助槽16与水平面形成的角度为30-60°，优选45°。
如图2和3所示，催化剂加料旋转计量阀6包括阀体7和设于阀体7内的球芯8，阀体7顶部设有一个加料进料口11，阀体7底部设有一个加料出料口12，球芯8的纵向轴线上设有一个容积固定的腔体9，阀体的横向轴线上开有一个贯通孔，贯通孔中穿过阀杆10，球芯8通过阀杆10和联轴器14连接气缸13，气缸13驱动球芯8转动，带动定量计量催化剂的腔体9转动，球芯8在气缸的驱动下一直按照设定的程序进行360°、180°、120°、90°的旋转，每旋转一次就完成一次进料、出料的过程。图2和图3分别为催化剂加料旋转计量阀进料和出料时的结构示意图，进料时，腔体9朝上时正对加料进料口11，出料时，腔体9向下时正对加料出料口12。
一个分料器1分别连接2～4个催化剂加料旋转计量阀6，分料出料口5和加料进料口11连接，腔体9开口朝上时承接由分料器1流出的催化剂，腔体9开口向下向下游管道输送催化剂，实现加料。
如图4所示，一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器的加料系统，该加料系统包括：2～4通旋转加料器，其上游依次连接的催化剂钢瓶15、催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17，以及其下游依次连接的催化剂填充罐18和反应器19。
催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17之间设有第一平衡管线，催化剂缓冲罐16和催化剂填充罐18之间设有第二平衡管线，平衡管线上设置平衡阀；
催化剂钢瓶15和催化剂缓冲罐16之间设有第一吹送管线，催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17之间设有第二吹送管线，催化剂加料罐17和催化剂填充罐18之间设有第三吹送管线，催化剂填充罐18和反应器19之间设有第2～4吹送管线，吹送管线上设置下料阀。
图5为加料系统工作时氮气控制的关于催化剂填充罐18到反应器19的局部简图。
具体地，
如图4所示，催化剂钢瓶到催化剂缓冲罐(D-3050)的卸料单元：主要是将干粉催化剂钢瓶升压到0.4MPa，催化剂缓冲罐泄压，压力控制在100KPa，通过氮气将干粉催化剂从催化剂钢瓶压送到催化剂缓冲罐(D-3050)中。
催化剂缓冲罐到各催化剂填充罐的加料单元：当催化剂加料罐(D-3051)料位出现低报时，保持压力平衡阀KV-3050A及下料阀KV-3050C确)处于关闭状态，将D-3050的压力设定为同D-3051的压力一样，此时，D-3050罐开始自动增压。当D-3050和D-3051罐的压力基本相同后，打开平衡阀KV-3050A(请核对是是否正确)及这条平衡管线上的其他手阀，打通D-3050和D-3051罐之间的平衡管线。打开下料阀KV-3050C(请核对是是否正确)及这条管线上其他手阀，开始通过重力流进行下料。将催化剂加料罐中的催化剂通过2～4通旋转加料器将催化剂均匀的卸料到各催化剂填充罐中(正常情况下，4套催化剂注入系统，运行3套。所以催化剂加料罐同时往三个催化剂填充罐下料，以1#，2#，3#填充罐为例)。打开平衡阀KV-3051，KV-3052A，KV-3053A，KV-3054A，分别打通D-3051到1#，2#，3#催化剂填充罐的压力平衡管线。打开下料阀KV-3052，KV-3052B，KV-3053B，KV-3054B，开始利用重力流从D-3051向相应的催化剂填充罐下料。
催化剂进反应器的反应单元：将催化剂从贮料管注入到反应器中是通过控制程序进行的。用专用的气动计量阀KV-3052C，KV-3053C，KV-3054C，KV-3055C将催化剂从催化剂填充罐加入到相应的吹送管线中。在正常生产能力下，4套催化剂注入系统应运行3套。注入应分阶段进行，这样不会发生同时注入。在注入催化剂期间，应从催化剂填充罐将催化剂加料旋转计量阀装满催化剂，并使催化剂加料旋转计量阀转动360°、180°、120°、90°将催化剂粉料出空到相应的吹送管线中，然后催化剂加料旋转计量阀返回到原来位置，再重复这样的循环。循环时间是可以变化的，用于增大或减小注入速率。正常的速度范围是每条线每分钟注入0-4次，并可根据生产要求进行调节。每条吹送管线均配备有高压输送氮气，氮气流量必须达到设计要求。
催化剂缓冲罐(D-3050)及催化剂加料罐(D-3051)余料返回催化剂钢瓶操作。催化剂缓冲罐(D-3050)及催化剂加料罐(D-3051)根部处均配有三通手阀。当加料系统检修或其他情况需清理D-3050及D-3051罐内部催化剂时，将根部三通手阀旋转90°，打通催化剂返料流程，将余料返回催化剂钢瓶。
如图5所示，催化剂从催化剂加料旋转计量阀出料后，通过管路中的高压精制氮气将催化剂吹入反应器，高压精制氮气的压力大于反应器压力0.7MPa以上，高压精制氮气的流量设定在＜30NM3/h。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，该旋转加料器包括：分料器(1)和催化剂加料旋转计量阀(6)，所述的分料器(1)内部设有一分为2～4的通道，催化剂进入分料器(1)后分成2～4路流向催化剂加料旋转计量阀(6)，所述的催化剂加料旋转计量阀(6)包括阀体(7)和球芯(8)，所述球芯(8)上设有一个腔体(9)，该腔体(9)开口朝上时承接由分料器(1)流出的催化剂，转动球芯(8)使该腔体(9)开口向下，催化剂流向下游管道，实现加料。
2.根据权利要求1所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述分料器(1)包括一上宽下窄的分料器壳体(2)、设于分料器壳体(2)顶部的一个分料进料口(4)和设于分料器壳体底部的2～4个分料出料口(5)，所述分料器壳体(2)内部设有分料斗(3)，分料斗(3)将分料器(1)的内部均匀分为2～4个通道，通道连通分料进料口(4)和分料出料口(5)。
3.根据权利要求2所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述分料斗(3)为圆锥体状，设于分料器壳体(2)内的下部，各分料出料口(5)为倒锥形，对称环绕在分料斗(3)周围。
4.根据权利要求3所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述分料斗(3)的顶角角度为60-120°，高度为40-1000mm，底面直径为40-1000mm。
5.根据权利要求2所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述分料斗(3)底面开有一与外界相通的吹扫主槽(15)，侧面开有2～4个与分料空腔(2)相通的辅助槽(16)，所述吹扫主槽(15)与辅助槽(16)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述吹扫主槽(15)的长度小于分料斗(3)的高度。
7.根据权利要求5所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，所述辅助槽(16)与分料空腔(2)相通的一端低于与吹扫主槽(15)相通的一端，辅助槽(16)与水平面形成的角度为30-60°。
8.根据权利要求1所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器，其特征在于，一个分料器(1)分别连接2～4个催化剂加料旋转计量阀(6)，各催化剂加料旋转计量阀(6)的球芯(8)设于所述阀体(7)内，在球芯(8)上开有容积固定的腔体(9)，球芯(8)，通过阀杆(10)和联轴器(14)连接气缸(13)，通过气缸(13)驱动球芯(8)转动，带动定量计量催化剂的腔体(9)转动。
9.一种含如权利要求1-8任一项所述的聚烯烃固体催化剂用旋转加料器的加料系统，其特征在于，该加料系统包括：2～4通旋转加料器，其上游依次连接的催化剂钢瓶(15)、催化剂缓冲罐(16)和催化剂加料罐(17)，以及其下游依次连接的催化剂填充罐(18)和反应器(19)。
10.根据权利要求9所述的一种聚烯烃固体催化剂用旋转加料器的加料系统，其特征在于，所述的催化剂缓冲罐(16)和催化剂加料罐(17)之间设有第一平衡管线，所述的催化剂缓冲罐(16)和催化剂填充罐(18)之间设有第二平衡管线；
所述的催化剂钢瓶(15)和催化剂缓冲罐(16)之间设有第一吹送管线，所述的催化剂缓冲罐(16)和催化剂加料罐(17)之间设有第二吹送管线，所述的催化剂加料罐(17)和催化剂填充罐(18)之间设有第三吹送管线，所述的催化剂填充罐(18)和反应器(19)之间设有第2～4吹送管线。
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