CN113145017A - 一种用于乙烯聚合的管式反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于乙烯聚合的管式反应器。本发明通过选择性地改变管式反应器的管径,提高乙烯‑聚乙烯溶液的流速,有效避免高分子量聚乙烯在反应器壁面的沉积结垢,提高管式反应器的移热能力,从而提高乙烯的单程转化率。本发明可有效缓解管式反应器中聚合物易粘壁结垢的问题,提高管式反应器的生产能力,具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于化工领域,具体涉及一种低密度聚乙烯管式法工艺生产过程中的管式反应器。
背景技术
本领域已知,高压管式法聚乙烯工艺具有单程转化率高,单体消耗低,生产周期长,生产能力大,设备形式简单可靠等优点,在国内外高压自由基乙烯均聚和共聚过程中应用十分广泛。
管式反应器是高压管式法聚乙烯工艺的核心设备,管式反应器的移热能力直接影响管式反应器的生产负荷和乙烯的单程转化率。众所共知的,聚合物粘壁是影响管式反应器移热能力和生产负荷的最重要的因素,如何减少管式反应器内壁面上聚合物的粘附长期困扰低密度聚乙烯的生产企业。本领域已知的减少聚合物粘壁结垢的方法包括提高管式反应器入口流量,升高夹套中冷却介质的温度,周期性调控反应器出料阀开度等。提高管式反应器入口的流量可以提高管式反应器全局的流体流速,加强流体对反应器内壁面的冲刷,但是该方法会导致反应器压降显著增大,进而增大了二次压缩机的负荷,导致装置的经济性变差。升高夹套中冷却介质的温度时,管式反应器的移热能力减小,导致反应器的平均生产负荷降低,同样会导致装置的经济性变差。周期性调控反应器出料阀开度在一定程度上增大的流体对反应器内壁面的冲刷,但是效果有限。
现已发现,在低温反应区和低温出料区传热系数显著减小,表明低温反应区和低温出料区均容易出现聚合物粘壁问题。因此,本发明提出一种新型的高压聚乙烯管式反应器,通过选择性地改变管式反应器内径,减少聚合物在管式反应器壁面的粘附,从而保障聚合反应器的长周期高负荷运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种乙烯聚合的管式反应器。
本发明方案包括:
一种用于乙烯聚合的管式反应器,所述管式反应器由若干反应管段串联构成;组成管式反应器的所有反应管段至少具有两种不同的内径;反应管段外部设有换热套管;管式反应器设置至少2个引发剂进料口,至少1个反应物进料口和1个聚合物出料口;每个换热套管至少包括1个冷却介质进口和至少1个冷却介质出口。
作为本发明优选方案,所述引发剂进料位置将所述管式反应器划分成多个反应区,所述的反应区为相邻2个引发剂进料口之间的部分,以及聚合物出料口和距离聚合物出料口最近的引发剂进料口之间的部分;
根据管内物料流动方向,所述的反应区的前5%~20%管程为低温进料区,所述的反应区的后10%~20%管程为低温出料区。
作为本发明优选方案,所述管式反应器沿物料走向的第一反应区中内径最大的反应管段的内径与所述管式反应器的第一反应区中低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7。
作为本发明优选方案,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区低温进料区反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7,其中n=2~N。
作为本发明优选方案,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区不设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区的所述低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=2~N。
作为本发明优选方案,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与同一反应区中低温出料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=1~N。
作为本发明优选方案,选择性地将相邻的所述换热管套的冷却介质出口和冷却介质进口连接;即可以将相邻换热管套的冷却介质出口和冷却介质进口连接起来使换热管套形成串联,换热管套也可以单独连接冷却水系统。
作为本发明优选方案,所述的反应管段的长度≤15m,优选为2~12m。所述的反应管段为直管、弯管或两者的组合。
本发明还提供了一种基于所述管式反应器的乙烯聚合方法,所述的管式反应器在100MPa~300MPa的压力下进行乙烯聚合反应,优选的,所述的管式反应器在150℃~320℃的温度下进行聚合反应。
与现有技术相比,本发明具有以下优势:
(1)本发明所提出的管式反应器的不同位置处的内径不同,通过选择性的减小低温反应区和低温出料区的内径,提高乙烯-聚合物溶液在低温反应区和低温出料区的流速,显著降低聚合物粘壁的概率。因此,本发明提出管式反应器具有更高的移热能力,从而显著提高管式反应器的生产能力。
(2)本发明根据管式反应器中乙烯聚合历程,选择性的改变管式反应器的内径,与提高反应器进料的方法相比,反应器压降更低,装置的经济性更好。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施方式的管式反应器示意图。
图1中,系统组合与附图标记的对应关系如下:
用于烯烃聚合反应的管式反应器的第一分区1,第二分区2和第三分区3;
管式反应器的低温进料区1a、2a和3a;
管式反应器的低温出料区1c、2c和3c;
管式反应器的高温区1b、2b和3b;
引发剂进料I1、I2和I3。
图2是根据本发明一种优选实施方式的包含侧线进料的管式反应器示意图。
图2中,系统组合与附图标记的对应关系如下:
用于烯烃聚合反应的管式反应器的第一分区101,第二分区102,第三分区103和第四分区104;
管式反应器的低温进料区101a、102a、103a和104a;
管式反应器的低温出料区101c、102c、103c和104c;
管式反应器的高温区101b、102b、103b和104b;
引发剂进料I101、I102、I103和I104。
图3是根据本发明一种优选实施方式的管式反应器的直管段示意图。
图3中,系统组合与附图标记的对应关系如下:
通过冷却介质的夹套4;
通过反应物料的直管5;
冷却介质出口6;
冷却介质入口7;
连接相邻两个夹套的管路8。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
在一种基础实施方案A中,本发明的乙烯聚合的管式反应器由若干反应管段串联构成;组成管式反应器的所有反应管段至少具有两种不同的内径;反应管段外部设有换热套管;管式反应器设置至少2个引发剂进料口,至少1个反应物进料口和1个聚合物出料口;每个换热套管至少包括1个冷却介质进口和至少1个冷却介质出口。
将引发剂进料位置将所述管式反应器划分成多个反应区,所述的反应区为相邻2个引发剂进料口之间的部分,以及聚合物出料口和距离聚合物出料口最近的引发剂进料口之间的部分。
根据管内物料流动方向,将所述的反应区的前5%~20%管程做为低温进料区,所述的反应区的后10%~20%管程做为低温出料区,其余管段为高温区。
在一种优选实施方案B中,在方案A的基础上,所述管式反应器沿物料走向的第一反应区中内径最大的反应管段的内径与所述管式反应器的第一反应区中低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7。
在一种优选实施方式C中,在方案A的基础上或者在方案B的基础上,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区低温进料区反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7,其中n=2~N。
在一种优选实施方案D中,在方案A的基础上或者在方案B的基础上,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区不设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区的所述低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=2~N。
在一种优选实施方案E中,在方案A-D任一方案的基础上,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与同一反应区中低温出料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=1~N。
实施例1
在图1所示的管式反应器中进行乙烯聚合反应。管式反应器共三个分区,分区1~3的长度分别为500m、500m和400m,每个分区设置1个引发剂进料口。管式反应器设置1个反应物进料口和1个聚合物出料口。夹套冷却介质为160℃的高压循环水。第一分区的前80m管程为低温进料区,第一分区的后60m管程为低温出料区。第一分区高温区1b管程内径与低温进料区1a管程的内径与之比为1:0.8,管式反应器的第一分区1b管程内径与低温出料区1c管程的内径与之比为1:0.8。第二分区的前40m管程为低温进料区,第二分区的后40m管程为低温出料区。第二分区高温区2b管程内径与低温进料区2a管程的内径与之比为1:0.85,管式反应器的第二分区2b管程内径与低温出料区2c管程的内径与之比为1:0.85。第三分区的前20m管程为低温进料区,第三分区的后40m管程为低温出料区。第三分区高温区3b管程内径与低温进料区3a管程的内径与之比为1:0.85,管式反应器的第三分区3b管程内径与低温出料区3c管程的内径与之比为1:0.8。
管式反应器入口反应物料流量为38t/h,管式反应器的第1~3分区入口温度分别为170℃,185℃和200℃,通过调整引发剂进料速率控制第1~3分区的峰值温度分别为295℃,295℃和295℃,聚乙烯产量为12.6t/h。与对比例1相比,产量提高9.56%。
实施例2
在图1所示的管式反应器中进行乙烯聚合反应。管式反应器共三个分区,分区1~3的长度分别为420m、420m和400m,每个分区设置1个引发剂进料口。管式反应器设置1个反应物进料口和1个聚合物出料口。夹套冷却介质为160℃的高压循环水。第一分区的前80m管程为低温进料区,第一分区的后60m管程为低温出料区。第一分区高温区1b管程内径与低温进料区1a管程的内径与之比为1:0.95,管式反应器的第一分区1b管程内径与低温出料区1c管程的内径与之比为1:0.95。第二分区的前40m管程为低温进料区,第二分区的后40m管程为低温出料区。第二分区高温区2b管程内径与低温进料区2a管程的内径与之比为1:0.95,管式反应器的第二分区2b管程内径与低温出料区2c管程的内径与之比为1:0.95。第三分区的前20m管程为低温进料区,第三分区的后40m管程为低温出料区。第三分区高温区3b管程内径与低温进料区3a管程的内径与之比为1:0.95,管式反应器的第三分区3b管程内径与低温出料区3c管程的内径与之比为1:0.95。
管式反应器入口反应物料流量为38t/h,管式反应器的第1~3分区入口温度分别为170℃,192℃和200℃,通过调整引发剂进料速率控制第1~3分区的峰值温度分别为295℃,295℃和295℃,聚乙烯产量为11.8t/h。与对比例1相比,产量提高2.6%。
实施例3
在图2所示的管式反应器中进行乙烯聚合反应。管式反应器共四个分区,分区1~4的长度分别为120m、500m、400m和400m,每个分区设置1个引发剂进料口。管式反应器设置1个反应物进料口和1个聚合物出料口。夹套冷却介质为160℃的高压循环水。第一分区的前30m管程为低温进料区,第一分区高温区1b管程内径与低温进料区1a管程的内径与之比为1:0.9。管式反应器的第一分区1b管程内径与低温出料区1c管程的内径与之比为1:0.8。第二分区和第三分区的设置与实施例1相同。第四分区的前20m管程为低温进料区,第四分区的后40m管程为低温出料区。第四分区高温区4b管程内径与低温进料区4a管程的内径与之比为1:0.8,管式反应器的第四分区4b管程内径与低温出料区4c管程的内径与之比为1:0.8。
管式反应器入口反应物料流量为38t/h,管式反应器的第1~4分区入口温度分别为170℃,181℃,198℃和245℃,通过调整引发剂进料速率控制第1~4分区的峰值温度分别为295℃,295℃,295℃和295℃,聚乙烯产量为13.0t/h。与对比例2相比,产量提高3.85%。
对比例1
在图1所示的管式反应器中进行乙烯聚合反应,管式反应器共三个分区,分区1~3的长度分别为420m、420m和400m,每个分区设置1个引发剂进料口,每个分区的低温进料区、高温区和低温出料区的管径均相同。管式反应器设置1个反应物进料口和1个聚合物出料口。夹套冷却介质为160℃的高压循环水。
管式反应器入口反应物料流量为38t/h,管式反应器的第1~3分区入口温度分别为170℃,194℃和202℃,通过调整引发剂进料速率控制第1~3分区的峰值温度分别为295℃,295℃和295℃,聚乙烯产量为11.5t/h。
对比例2
在图2所示的管式反应器中进行乙烯聚合反应,管式反应器共四个分区,分区1~4的长度分别为120m、420m、350m和400m,每个分区设置1个引发剂进料口,每个分区的低温进料区、高温区和低温出料区的管径均相同。管式反应器设置1个反应物进料口和1个聚合物出料口。夹套冷却介质为160℃的高压循环水。
管式反应器入口反应物料流量为38t/h,管式反应器的第1~4分区入口温度分别为170℃,182℃,203℃和240℃,通过调整引发剂进料速率控制第1~4分区的峰值温度分别为295℃,295℃,295℃和295℃,聚乙烯产量为12.5t/h。
从实施例可见,本发明通过选择性的减小低温反应区和低温出料区的内径,提高乙烯-聚合物溶液在低温反应区和低温出料区的流速,可以显著降低聚合物粘壁的概率。本发明提出管式反应器具有更高的移热能力,从而显著提高管式反应器的生产能力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种用于乙烯聚合的管式反应器,其特征在于,
所述管式反应器由若干反应管段串联构成;
组成管式反应器的所有反应管段至少具有两种不同的内径;
反应管段外部设有换热套管;
管式反应器设置至少2个引发剂进料口,至少1个反应物进料口和1个聚合物出料口;
每个换热套管至少包括1个冷却介质进口和至少1个冷却介质出口。
2.根据权利要求1所述的管式反应器,其特征在于,根据所述引发剂进料位置将所述管式反应器划分成多个反应区,所述的反应区为相邻2个引发剂进料口之间的部分,以及聚合物出料口和距离聚合物出料口最近的引发剂进料口之间的部分;
根据管内物料流动方向,所述的反应区的前5%~20%管程为低温进料区,所述的反应区的后10%~20%管程为低温出料区。
3.根据权利要求2所述的管式反应器,其特征在于,所述管式反应器沿物料走向的第一反应区中内径最大的反应管段的内径与所述管式反应器的第一反应区中低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7。
4.根据权利要求2或3所述的管式反应器,其特征在于,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区低温进料区反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.7,其中n=2~N。
5.根据权利要求2或3所述的管式反应器,其特征在于,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,当第n反应区不设置乙烯进料口时,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与所述第n反应区的所述低温进料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=2~N。
6.根据权利要求2或3所述的管式反应器,其特征在于,所述管式反应器由N≥2个反应区组成,所述第n反应区中内径最大的反应管段的内径与同一反应区中低温出料区的反应管段的内径之比为1:0.95~1:0.8,其中n=1~N。
7.根据权利要求1所述的管式反应器,其特征在于,选择性地将相邻的所述换热管套的冷却介质出口和冷却介质进口连接。
8.根据权利要求1所述的管式反应器,其特征在于,所述的反应管段的长度≤15m。
9.根据权利要求1所述的管式反应器,其特征在于,所述的反应管段为直管、弯管或两者的组合。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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