CN113546597B - 用于烯烃聚合的立式搅拌反应器和生产聚烯烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烯烃聚合领域，具体涉及一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器和生产聚烯烃的方法，该立式搅拌反应器，包括：壳体、分布器、螺带搅拌器、催化剂进料管和产物出料管；所述分布器位于所述壳体的底部，所述螺带搅拌器位于所述壳体的内部，所述催化剂进料管和产物出料管均从所述壳体的顶部伸入所述壳体的内部；其特征在于，所述催化剂进料管具有进料口，所述产物出料管具有出料口，所述进料口位于所述出料口的下方，同时位于所述分布器的上方。本发明能够使催化剂注入搅拌反应器后，被分布器立刻分散到全床聚合物粉体中，既不发生短路，也不发生暴聚，防止了热点产生，并且得到的产品中细粉含量减少。

Description

用于烯烃聚合的立式搅拌反应器和生产聚烯烃的方法

技术领域

本发明涉及烯烃聚合领域，具体涉及一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器和生产聚烯烃的方法。

背景技术

立式气相搅拌反应器已在工业聚烯烃生产领域应用多年，使用齐格勒-纳塔催化剂或茂金属催化剂。齐格勒-纳塔催化剂或茂金属催化剂的聚合活性高，特别是催化剂注入反应器的初始阶段，催化剂若不立即分散，容易发生暴聚，导致：

1、催化剂颗粒破碎，产品中细粉增多；

2、催化剂内部因温度过高而使部分活性中心永久失活；

3、温度不均匀，局部产生热点。

目前工业装置上从反应器侧壁面注入催化剂，催化剂不能立刻均匀分散，导致反应器内部出现热点，产品中细粉较多。出现上述问题的原因在于：在螺带搅拌反应器中，单螺带搅拌桨抬升粉体颗粒先沿壁面螺旋上升，到达料位面后在中心区下降，下降至底部气体分布板后再次被铲起，沿壁面上升，如此循环。沿壁面上升和中心下降均近似为平推流，平推流会造成时滞和短路。而且，催化剂从壁面注入后，恰好进入到上升段的平推流，催化剂无法分散，出现暴聚。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚烯烃生产中催化剂无法分散而出现暴聚，进而会出现短路现象的缺陷，提供一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器和生产聚烯烃的方法，该立式搅拌反应器在生产聚烯烃中，既能保证催化剂进料后迅速分散，避免发生暴聚，又能不发生短路。

本发明的发明人在研究过程中发现，在烯烃聚合生产过程中，虽然现有技术中公开了一些催化剂进料方式，例如催化剂从反应器的侧壁进料，或者从反应器的顶部进料，但是经过实践发现，其均会出现暴聚，发生短路，无法使催化剂进料后迅速分散；如何改进使得催化剂进料后迅速分散，避免发生暴聚，又能不发生短路，需要通过实践验证。发明人进一步经过大量实验，对催化剂进料管和产物出料管的位置进行了改进，克服了现有技术中存在的上述问题。基于此，完成了本发明。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器，包括：壳体、分布器、螺带搅拌器、催化剂进料管和产物出料管；所述分布器位于所述壳体的底部，所述螺带搅拌器位于所述壳体的内部，所述催化剂进料管和产物出料管均从所述壳体的顶部伸入所述壳体的内部；其特征在于，所述催化剂进料管具有进料口，所述产物出料管具有出料口，所述进料口位于所述出料口的下方，同时位于所述分布器的上方。

优选地，在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述进料口与所述分布器之间的垂直距离不超过0.2D，D为所述壳体的内径。

本发明第二方面提供一种生产聚烯烃的方法，其特征在于，在聚合反应条件下，将催化剂和烯烃引入前述第一方面所述的立式搅拌反应器中，其中，所述催化剂和烯烃通过所述催化剂进料管的进料口引入。

通过上述技术方案，本发明能够使催化剂注入搅拌反应器后，被分布器立刻分散到全床聚合物粉体中，既不发生短路，也不发生暴聚，防止了热点产生，并且得到的产品中细粉含量减少。

附图说明

图1是本发明的搅拌反应器的结构示意图。

图2是本发明实施例1的停留时间分布图。

图3是对比例1的停留时间分布图。

图4是对比例2的停留时间分布图。

附图标记说明

1-壳体                 2-分布器               3-螺带搅拌器

4-催化剂进料管         5-产物出料管

201-圆锥               401-进料口             501-出料口

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“上、下、左、右”、“内、外”、“远、近”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明第一方面提供一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器，如图1所示，包括：壳体1、分布器2、螺带搅拌器3、催化剂进料管4和产物出料管5；所述分布器2位于所述壳体1的底部，所述螺带搅拌器3位于所述壳体1的内部，所述催化剂进料管4和产物出料管5均从所述壳体1的顶部伸入所述壳体1的内部；其特征在于，所述催化剂进料管4具有进料口401，所述产物出料管5具有出料口501，所述进料口401位于所述出料口501的下方，同时位于所述分布器2的上方。

在本发明中，由于催化剂被分布器2立刻分散到全床聚合物粉体中之后，会随螺带搅拌器3上升，经过一个完整的循环才能到达出料口501，这期间有利于活性的释放和聚合，由于聚合速率快，因此已经度过了初始聚合速率高峰期，从而能够防止短路。

根据本发明，优选地，所述进料口401靠近所述分布器2。该优选方案下更利于将进料的催化剂通过分布器2尽快分散，有效防止局部聚合速率过快，不发生短路。

进一步优选地，在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述进料口401与所述分布器2之间的垂直距离不超过0.2D，D为所述壳体1的内径。采用本发明的该优选方案，能够实现催化剂在短时间内立即通过分布器2充分、快速分散，并与产物(即聚合物粉料)快速达到完全混合状态，呈现全混流的催化剂停留时间分布。

更优选地，所述进料口401与所述分布器2之间的垂直距离0.05D-0.1D。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述出料口501与所述进料口401之间的垂直距离不低于0.4D，D为所述壳体1的内径。采用本发明的该优选方案，更利于防止催化剂短路。

本发明中，在所述搅拌反应器的径向方向上，对所述出料口501与所述进料口401之间的水平距离，以及所述出料口501、所述进料口401分别与壳体1之间的水平距离，均没有任何限制，本领域技术人员可以根据需求选择；优选地，所述出料口501与所述进料口401分别位于或靠近壳体1的中部。

更优选地，所述出料口501与所述进料口401之间的垂直距离为0.45-0.6D。

根据本发明，优选地，所述出料口501位于所述搅拌反应器的中部。

在本发明中，优选情况下，所述催化剂进料管4和产物出料管5均从所述壳体1的顶部垂直伸入所述壳体1的内部。可以理解的是，该情况下，在竖直方向上，所述催化剂进料管4和产物出料管5均平行于所述壳体1的中心轴。

本发明中，所述催化剂进料管4可以为一根或多根，本领域技术人员可以根据实际需求选择，只要利于催化剂分散即可。当所述催化剂进料管4为多根时，优选多根催化剂进料管4平行伸入所述壳体1的内部。

根据本发明，优选地，所述螺带搅拌器3的底部支撑连接在所述壳体1上，所述螺带搅拌器3的螺带呈螺旋状分布于所述壳体1内。

根据本发明的一种优选实施方式，所述螺带搅拌器3为单螺带搅拌器。在该优选方案下，单螺带搅拌器仅底部支撑，无轴和辐条，更便于催化剂进料管4伸入所述壳体1的内部，便于安装、操作。

根据本发明的一种优选实施方式，所述分布器2为气体分布器，所述气体分布器上设置有用于将气体向四周分布的圆锥201。该优选方案下，能够更好的将催化剂粉料向四周均匀分布散开，不形成堆积，同时下降的物料折向，再次被铲起，这个过程中发生剧烈地混合，催化剂能够立刻被均匀分散。

在上述实施方式中，可以理解的是，所述圆锥201上设置有通孔，用于将气体分散。本发明对所述气体分布器上的提供气体的部件及其与圆锥201的连接结构没有任何限制，只要能够实现通过圆锥201实现气体分散即可，均为现有技术，在此不再赘述。

在本发明的一种优选实施方式中，如图1所示，用于烯烃聚合的立式搅拌反应器包括：壳体1、分布器2、螺带搅拌器3、催化剂进料管4和产物出料管5；所述分布器2位于所述壳体1的底部，所述螺带搅拌器3位于所述壳体1的内部，所述催化剂进料管4和产物出料管5均从所述壳体1的顶部伸入所述壳体1的内部；所述催化剂进料管4具有进料口401，所述产物出料管5具有出料口501，所述进料口401位于所述出料口501的下方，同时位于所述分布器2的上方。且，在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述进料口401与所述分布器2之间的垂直距离不超过0.2D，D为所述壳体1的内径；所述出料口501与所述进料口401之间的垂直距离不低于0.4D。所述出料口501位于所述搅拌反应器的中部。所述螺带搅拌器3为单螺带搅拌器。所述分布器2为气体分布器，所述气体分布器上设置有用于将气体向四周分布的圆锥201。在该优选方案下，催化剂的分散性达到最优，呈现全混流的催化剂停留时间分布。

本发明第二方面提供一种生产聚烯烃的方法，其特征在于，在聚合反应条件下，将催化剂和烯烃引入前述第一方面所述的立式搅拌反应器中，其中，所述催化剂和烯烃通过所述催化剂进料管4的进料口401引入。

本发明对所述聚合反应没有特别限制，只要能够使得烯烃在催化剂作用下发生聚合反应即可；优选地，所述聚合反应条件包括：反应温度为50-110℃，更优选为60-80℃；反应压力为0.5-5MPa，更优选为1.5-3MPa。

在本发明中，对所述催化剂和烯烃的用量也没有任何限制，可以按照本领域现有的用量，只要能够实现烯烃聚合即可；例如，烯烃的体积空速可以为0.5-2h^-1。

本发明中，优选地，该方法还包括：将催化剂和烯烃混合后，再引入所述的立式搅拌反应器中。

在本发明中，对所述烯烃没有任何限制，均可以用于本发明；烯烃具体如丙烯等。

本发明中，从所述产物出料管5的出料口501出来的产物为聚合物和催化剂的混合物，本领域技术人员可以按照现有的方法分离出聚合物，本发明对此没有任何限制。

根据本发明的一种优选实施方式，所述生产聚烯烃的方法包括：将催化剂和烯烃引入图1所示的立式搅拌反应器中，具体通过所述催化剂进料管4的进料口401引入壳体1内，分布器2上的圆锥201喷出的气体将引入的催化剂和烯烃的混合浆液向四周分散，混合浆液随螺带搅拌器3的螺带向上螺旋推动，同时在聚合反应条件下，烯烃进行聚合，聚合后的产物液相从螺带搅拌器3的顶部下落，下落的产物液相从产物出料管5流出。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

在一个容积为75m³的工业立式搅拌反应器中进行丙烯聚合，反应器如图1所示，高为8m，内径为4m，稳定运行时反应器持料量30t，烯烃进料和聚合物出料的质量流量均为25t/h，因此平均停留时间为1.2h。催化剂进料管4为1个，其进料口401的位置距离壳体1的底部的垂直距离为1m，催化剂进料管4距离壳体1的壁面的最短水平距离为1.5m，进料口401与分布器2(为气体分布器)的垂直距离为0.3m。产物出料管5的出料口501距离壳体1的底部的垂直距离为3m，距离壳体1壁面的最短水平距离为1.2m。采用单螺带搅拌器3，螺带呈螺旋状分布于所述壳体1内。分布器2上设置一圆锥201，用于向四周分散气体。

将丙烯和催化剂(具体为钛系齐格勒-纳塔聚丙烯催化剂Lynx1010)混合后，通过催化剂进料管4引入壳体1内，进行聚合反应，聚合反应条件为：反应温度为80℃，反应压力为3MPa，丙烯体积空速为1.32h^-1。

该反应器的停留时间分布如图2所示。图2呈现出一个标准的全混流分布，也即表明催化剂进料后能够迅速完全混合。

所得聚丙烯的收率为98％。

对比例1

在实施例1类似的反应器中进行丙烯聚合，不同的是，采用侧壁催化剂进料方式，进料口401设置在壳体1的左侧壁上，且进料口401距离壳体1的底部的垂直距离为4m，出料口501位置不变，得到的催化剂停留时间分布如图3所示。

从图3可以看出，存在较长的时滞，并且由于催化剂没有经过气体分布器的分撒而到达出料口501，存在短路现象。

对比例2

在实施例1类似的反应器中进行丙烯聚合，不同的是，按照US6114478A中的进料方式(即顶部位置催化剂进料)，进料口401设置在料位面上方的气相空间中，出料口位置不变，得到的催化剂停留时间分布如图4所示。

从图4可以看出，存在严重的短路现象。

实施例2

在实施例1类似的反应器中进行丙烯聚合，不同的是，进料口401与分布器2的垂直距离为0.8m。该反应器的停留时间分布与图2类似，为全混流分布。

所得聚丙烯的收率为90％。

实施例3

在实施例1类似的反应器中进行丙烯聚合，不同的是，产物出料管5的出料口501距离壳体1的底部的垂直距离为2.5m。该反应器的停留时间分布与图2类似，为全混流分布。

所得聚丙烯的收率为87％。

通过上述结果可以看出，采用本发明的实施例的反应器能够实现催化剂的全混流分布，不会短路，且聚合物收率高。而采用现有的对比例的反应器会出现时滞和/或短路现象。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于烯烃聚合的立式搅拌反应器，包括：壳体（1）、分布器（2）、螺带搅拌器（3）、催化剂进料管（4）和产物出料管（5）；所述分布器（2）位于所述壳体（1）的底部，所述螺带搅拌器（3）位于所述壳体（1）的内部，所述催化剂进料管（4）和产物出料管（5）均从所述壳体（1）的顶部伸入所述壳体（1）的内部；其特征在于，所述催化剂进料管（4）具有进料口（401），所述产物出料管（5）具有出料口（501），所述进料口（401）位于所述出料口（501）的下方，同时位于所述分布器（2）的上方；

在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述进料口（401）与所述分布器（2）之间的垂直距离不超过0.2D；

在所述搅拌反应器的轴向方向上，所述出料口（501）与所述进料口（401）之间的垂直距离不低于0.4D，D为所述壳体（1）的内径；

所述分布器（2）为气体分布器，所述气体分布器上设置有用于将气体向四周分布的圆锥（201）。

2.根据权利要求1所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述进料口（401）靠近所述分布器（2）。

3.根据权利要求1或2所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述进料口（401）与所述分布器（2）之间的垂直距离为0.05-0.1D。

4.根据权利要求1或2所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述出料口（501）与所述进料口（401）之间的垂直距离为0.45-0.6D。

5.根据权利要求3所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述出料口（501）与所述进料口（401）之间的垂直距离为0.45-0.6D。

6.根据权利要求1或2所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述螺带搅拌器（3）的底部支撑连接在所述壳体（1）上，所述螺带搅拌器（3）的螺带呈螺旋状分布于所述壳体（1）内；

和/或，所述螺带搅拌器（3）为单螺带搅拌器。

7.根据权利要求3所述的立式搅拌反应器，其特征在于，所述螺带搅拌器（3）的底部支撑连接在所述壳体（1）上，所述螺带搅拌器（3）的螺带呈螺旋状分布于所述壳体（1）内；

和/或，所述螺带搅拌器（3）为单螺带搅拌器。

8.一种生产聚烯烃的方法，其特征在于，在聚合反应条件下，将催化剂和烯烃引入权利要求1-7中任意一项所述的立式搅拌反应器中，其中，所述催化剂和烯烃通过所述催化剂进料管（4）的进料口（401）引入。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合反应条件包括：反应温度为50-110℃，反应压力为0.5-5MPa。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合反应条件包括：反应温度为60-80℃；反应压力为1.5-3MPa。

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