CN113941296A - 一种外循环反应器及聚合反应的撤热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外循环反应器及聚合反应的撤热方法，本发明的浆液外循环撤热方法包括使从聚合釜底部流出的含超高分子量聚乙烯的己烷浆液进入外循环系统的环管式冷凝器的内管中，然后采用循环冷却水对内管中的聚合浆液进行热交换，通过循环冷却水流量与聚合釜内温度联锁，实现了控制聚合釜温度的目的。且降温后的聚合浆液可由聚合釜的上侧部重新返回聚合釜，继续进行聚合反应，以实现聚合釜的循环撤热。与传统的撤热方式相比，本发明的撤热方法聚合热可全部由外循环系统撤热，同时增加了单釜产量。且取消了聚合釜内的内盘管，增加了搅拌强度，因而极大地阻止了粘釜现象的发生，由此制得的超高分子量聚乙烯颗粒粒径更加均匀，提高了产品品质。

Description

一种外循环反应器及聚合反应的撤热方法

技术领域

本发明属于烯烃聚合反应器及聚烯烃制备工艺领域，具体涉及一种外循环反应器及聚合反应的撤热方法，尤其涉及一种间歇法淤浆工艺制备超高分子量聚乙烯的生产工艺及聚合过程中反应器的散热方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种相对分子质量极大的线型结构聚乙烯，因其具有异于通用聚乙烯的诸多优异性能而被广泛研究与应用。基于上述优异的综合性能使得UHMWPE在日用、工业、文体、交通运输、国防、机械等众多领域，被作为杭冲、减振、防弹、抗疲劳、耐磨、减阻、防粘材料得到了广泛的应用。例如，将UHMWPE原料通过凝胶纺丝法制备得到的高性能UHMWPE纤维，其强度、模量高，机械性能优异，已在军工、国防等领域得到广泛应用。

UHMWPE生产工艺与普通的高密度聚乙烯生产相似，其主要生产工艺包括溶液法、淤浆法、气相法。其中淤浆法技术比较成熟，产品质量较好，因而成为目前UHMWPE生产企业的主要生产工艺。

公开号为CN108264599A的专利文献，公开了一种间歇法淤浆工艺制备超高分子量聚乙烯的生产系统及工艺，该方法采用超临界方法，以丙烷为溶剂，该溶剂在反应后易脱除，因而可以省去干燥后处理步骤。然而该方法存在以下两个问题：1、由于MPa丙烷的临界压力为4.25MPa，因而在釜内压力为0.6MPa条件下，无法实现丙烷的液化；2、超临界聚合工艺的成本要远高于普通淤浆法工艺。

公开号为CN101113184A的专利文献，公开了一种超高分子量聚乙烯聚合过程中的撤热方法，即气体外循环方法。该气体外循环方法包括使从聚合釜逸出的气相乙烯、氢气和己烷蒸汽进入冷凝器，将己烷蒸汽冷凝，再经冷凝液罐进行气、液相分离处理，随后将气相中的乙烯、氢气与原料乙烯、氢气一起混合后重新返回聚合釜，继续进行聚合反应，而液相中的己烷则通过冷凝液泵送回到聚合釜，以达到循环撤热目的。上述工艺虽然解决了聚合反应过程中的撤热问题，但该方法仍存在超高分子量聚乙烯容易“粘釜”的问题。中石化的超高分子量聚乙烯的聚合工艺中，虽然也采用气体外循环的撤热方法，但其中所采用的外循环加热器多为管壳式换热器，因超高分子量聚乙烯粘度极大，因而易使管壳式换热器发生堵塞，进而导致换热效率不高，并且管壳式换热器维护极其麻烦。如公开号为CN1796420的专利文献，公开了一种聚乙烯淤浆外循环生产装置，该生产装置通过使聚合反应器内的浆液由底部抽出，经浆液冷却泵打至浆液冷却器内，冷却后返至聚合反应器。浆液在聚合反应器外循环冷却撤热，增加了换热面积，移出反应过程的一部分聚合反应热。然而该装置中所采用的冷却器为普通管壳式换热器，因而在实际的生产过程中其冷却撤热效果并不理想，且经常发生堵塞。

乙烯聚合反应为放热反应，随着聚合反应的持续进行，会不断产生大量的热量，特别是生产超高分子量聚乙烯时，能否及时地撤走反应过程中放出的热量是超高分子量聚乙烯生产过程能否连续进行的关健。如果不能及时撤走反应热，不仅会降低聚合反应速率，甚至会引发“暴聚”事故，从而使生产无法进行。

且目前对超高分子量聚乙烯的要求越来越高，不仅要求颗粒粒径要小，且还要求粒径分布要均匀。这就要求聚合反应撤热要好，同时要求搅拌强度要高。显然内盘管式聚合釜不能满足要求。因此，如何将超高分子量聚乙烯生产过程的反应热及时撤热，并且能够防止超高分子量聚乙烯颗粒粘釜，以生产得到颗粒粒径平均的产品，从而使反应顺利进行的超高分子量聚乙烯工业生产方法的撤热装置及撤热方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种反应器，所述反应器包括反应器本体和外循环系统，所述反应器本体上部、下部分别设置有外循环入口和外循环出口，所述外循环系统通过外循环出口和外循环入口与反应器本体串接。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体的外部设置夹套。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体的底部设置出料口，顶部设置有进料口。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体的内部还设置有搅拌器。优选地，所述搅拌器包括搅拌桨，所述搅拌桨包括至少两层搅拌桨叶，示例性为两层、三层、四层或更多层。

优选地，所述搅拌桨叶为推进式搅拌桨，所述搅拌桨叶的推进方向均朝向反应釜底部。

优选地，所述推进式搅拌桨叶的径向长度L与反应釜直径D的比值L/D＝0.1-0.4，优选为0.2-0.4，示例性为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4。

根据本发明的实施方案，当所述推进式搅拌桨的层数为两层以上时，所述两层以上的推进式搅拌桨之间还设置有至少一层径向平推搅拌桨，示例性为一层、两层或更多层。

优选地，所述径向平推搅拌桨的桨叶为圆角矩形桨叶。

优选地，所述径向平推搅拌桨的桨叶径向长度l与反应釜直径D的比值l/D＝0.15-0.4，优选为0.2-0.3，示例性为0.15、0.2、0.25、0.3、0.4。

根据本发明的实施方案，所述搅拌器还包括驱动部，用于调节所述搅拌器的搅拌速度。例如，所述驱动部为电机，所述驱动部位于所述反应器本体顶部。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体的内部不设置冷却盘管。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体的内部还可以设置多块导流板，例如2-4块。优选地，多块所述导流板安装于所述反应器本体内壁上。更优选地，多块所述导流板间隔均匀安装于所述搅拌桨对应的反应器本体内壁上。

优选地，所述导流板可以为弧形平板或方形平板，优选为弧形平板。

例如，所述弧形平板可以为半圆形平板；所述方形平板可以为长方形平板或正方形平板。

进一步地，当所述导流板为方形平板时，所述导流板的长边固定于所述反应器本体的内壁。

优选地，所述导流板的长度不超过最上层搅拌桨与最底层搅拌桨之间的垂直高度，宽度为(0.05-0.1)D，示例性为0.05D、0.08D、0.1D。

根据本发明的实施方案，所述外循环系统包括外循环管路、环管式冷凝器和淤浆泵，所述外循环出口与淤浆泵、环管式冷凝器、外循环入口通过外循环管路依次串接。

优选地，所述环管式冷凝器包括内管和套设于内管外部的外管。其中：内管用于反应液循环流通，外管用于冷却水循环流通。

优选地，所述环管式冷凝器的长度为(5-50)D，优选20-30D。

优选地，所述内管直径D₀与外管直径D₁的比例为D₁/D₀＝1.1-1.5，优选为1.2-1.4，示例性为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5。

优选地，所述内管直径D₀为100mm-400mm，优选为150-200mm，示例性为100mm、150mm、200mm、300mm、400mm。

优选地，所述外循环出口位置不高于最底层搅拌桨(例如底部搅拌桨)，优选与最底层搅拌桨(例如底部搅拌桨)齐平。

优选地，所述外循环入口不高于最上层搅拌桨(例如顶部搅拌桨)。

优选地，所述外循环入口和外循环出口均沿着反应釜径向切向方向，优选地，所述外循环入口和外循环出口相对于最上层搅拌桨和最底层搅拌桨的中心呈对称位置。

根据本发明的实施方案，所述反应器还包括控制系统；优选地，所述控制系统为DCS控制系统。

优选地，所述控制系统与反应器本体、外循环系统、淤浆泵电连接或信号连接，以实现乙烯进料流量控制、并实现外管中冷却水流量与反应器本体内部温度的联锁控温。

本发明可通过DCS控制器控制调整冷却水的温度和流量以满足聚合反应过程中对于反应釜温度控制的需求。具体的，所述控制系统用于控制反应器本体内部温度与外循环系统的内管中反应浆液的循环流量及外管中冷却水循环流量，通过外管中冷却水流量与反应器本体内部温度联锁控温，从而可根据反应器本体内部温度的变化调节外管中冷却水流量。

例如，可固定浆液循环量(即内管中反应浆液的循环流量)，通过调节外管中冷却水流量，从而实现反应器本体内部控温的目的。且在反应产生的热量相同的情况下，如需使反应器本体内部温度更高，则可降低冷却水流量；相反，如需使反应器本体内部温度更低，则可增大循环冷却水流量。

本发明还提供上述反应器生产超高分子量聚乙烯的方法，所述方法包括将反应器本体内的超高分子量聚乙烯浆液，通过所述外循环系统撤走反应热。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体内的聚合反应温度为65-80℃，示例性为65℃、70℃、75℃、80℃。

根据本发明的实施方案，所述反应器本体内的聚合压力为0.2-0.8MPa，示例性为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa。

根据本发明的实施方案，所述方法包括将超高分子量聚乙烯浆液由反应器本体底部的外循环出口流出，并由淤浆泵输送进入环管式冷凝器，然后从反应器本体上部的外循环入口返回反应器本体内部继续反应。

根据本发明的实施方案，所述环管式冷凝器冷却水的进口温度可以为20-60℃，优选为25-55℃，示例性为20℃、25℃、30℃、40℃、55℃、60℃。

根据本发明的实施方案，所述冷却水的出口温度为25-65℃，优选为30-60℃，示例性为30℃、35℃、45℃、55℃、60℃、65℃。

本发明中冷却水流量与反应器本体内部温度联锁控温。冷却水流动方向与浆液流动方向相反，即逆向流动。通过冷却水流量与反应器本体内部温度联锁控温，从而使冷却水进口与出口的温差控制在5℃左右。

根据本发明的实施方案，淤浆泵所述聚乙烯浆液的循环量可根据反应器本体的体积来确定，优选按照2-8min完成一次釜内循环，优选3-5min，示例性为2min、3min、4min、5min、6min、8min。

本发明中“完成一次釜内循环”是指浆液在停止流入的情形下，将釜内浆液全部流出所需时间。其中：

完成一次釜内循环所需时间＝反应器浆液体积/聚乙烯浆液的流量。

根据本发明的实施方案，所述环管式冷凝器的换热面积依据反应热计算。

根据本发明的实施方案，所述反应器生产超高分子量聚乙烯的方法，包括如下步骤：

(1)将溶剂己烷、Z-N催化剂和助催化剂(三乙基铝)依次加入反应器本体(聚合釜)内，启动搅拌器和淤浆泵；

(2)通过控制系统对反应器本体(聚合釜)进行升温控制，使反应器本体(聚合釜)内的温度不低于50℃(例如50℃、55℃、60℃、65℃)；

(3)当反应器本体(聚合釜)的温度升至50℃后，通过控制系统控制乙烯的进料流量控制乙烯的加料速度，以向反应器本体(聚合釜)内通入乙烯，并通过控制系统的温度联锁控温功能调控外循环系统的内管中反应浆液的循环流量及外管中冷却水的温度和循环流量，以将反应器本体中的反应温度维持在65-80℃。

本领域技术人员可以理解，乙烯加料速度越快，则反应器中乙烯浓度越高，从而使乙烯的聚合反应速度加快，则聚乙烯分子量会降低；反之，则聚乙烯分子量增大。且反应压力越高、反应温度越低，则分子量越高；反之，则分子量越低。本发明通过调控乙烯的加料速度、反应压力、反应温度，可以制备得到不同分子量的聚乙烯，以满足不同需求。

本发明的有益效果

(1)本发明的外循环冷凝器采用环管式冷凝器，流体通过的直径较大，不会造成堵塞；并且环管式换热器换热面积容易调整，完全满足了反应撤热，可以根据反应热来设计外循环冷凝器的换热面积。同时，增加了单釜产量。

(2)本发明通过优化调整外循环冷凝器的位置和搅拌桨的相对位置，能够最大限度地使得循环进料在最短时间内与釜内的料液混合，以及时充分地完成浆液的降温并实现其均匀混合，从而使制备得到的超高分子量聚乙烯颗粒粒径更加均匀。以克服了传统超高分子量聚乙烯聚合反应过程中撤热依靠聚合釜夹套及釜内盘管冷却方式撤热效果差、且冷却不均匀，易在聚合釜内形成局部过热，从而导致粘釜现象及聚合物颗粒变粗且不均匀的问题。

(3)本发明的反应器无需内盘管，因而可显著增加搅拌强度，以防止粘釜现象，从而避免了反应体系内部因冷却盘管导致的温度不均现象。由此制得的超高分子量聚乙烯颗粒粒径更加均匀，并减少了粗颗粒的产生，提高了超高分子量聚乙烯产品的品质。

(4)本发明的超高分子量聚乙烯制备工艺方法通过浆液外循环撤走反应热，即从聚合釜底部流出的浆液经过外循环系统撤热后由聚合釜上侧部位返回聚合釜。因此，撤热效果更好，冷却更均匀，可保持聚合釜内各点温度均匀，以避免产生造成粉料结块的局部过热。

附图说明

图1是本发明外循环反应器的结构示意图。

图2是本发明浆液外循环反应器的俯视示意图。

图中：1、反应器本体；2、夹套；3、环管式冷凝器；4、淤浆泵；5、乙烯进料管；6、外管；7、外循环入口；8、溶剂进料口、9、驱动部；10、催化剂进料口；11、出料口；12、外循环出口。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

如图1-2所示，一种外循环反应器，所述反应器包括反应器本体1和外循环系统，反应器本体1上部、下部分别设置有外循环入口7和外循环出口12，外循环系统通过外循环出口12和外循环入口7与反应器本体1串接。

【反应器本体】

反应器本体1的外部设置夹套2，反应器本体1的底部设置出料口11，顶部设置有进料口。

【搅拌器】

反应器本体1的内部还设置有搅拌器，搅拌器包括搅拌桨，搅拌桨包括两层搅拌桨叶。

优选地，搅拌桨叶为推进式搅拌桨，搅拌桨叶的推进方向均朝向反应器本体1底部。

优选地，推进式搅拌桨叶的径向长度L与反应釜直径D的比值L/D＝0.1-0.4，优选0.2-0.4，示例性为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4。

两层推进式搅拌桨之间还设置有两层径向平推搅拌桨，径向平推搅拌桨的桨叶为圆角矩形桨叶。

优选地，径向平推搅拌桨的桨叶径向长度l与反应釜直径D的比值l/D＝0.15-0.4，优选为0.2-0.3，示例性为0.15、0.2、0.25、0.3、0.4。

【驱动部】

搅拌器还包括驱动部9，用于调节搅拌器的搅拌速度。例如，驱动部9为电机，驱动部9位于反应器本体1顶部。

反应器本体1内部不设置冷却盘管。

【导流板】

反应器本体1的内部还可以设置多块导流板，例如2-4块。优选地，多块导流板安装于反应器本体1内壁上。更优选地，多块导流板间隔均匀安装于搅拌桨对应的反应器本体1内壁上。

优选地，导流板可以为弧形平板或方形平板，优选为弧形平板。

例如，弧形平板可以为半圆形平板；方形平板可以为长方形平板或正方形平板。

进一步地，当导流板为方形平板时，导流板的长边固定于反应器本体1的内壁。

优选地，导流板的长度不超过最上层搅拌桨与最底层搅拌桨之间的垂直高度，宽度为(0.05-0.1)D，示例性为0.05D、0.08D、0.1D。

【外循环系统】

外循环系统还包括外循环管路、环管式冷凝器3和淤浆泵4，外循环出口12与淤浆泵4、环管式冷凝器3、外循环入口7通过外循环管路依次串接。

环管式冷凝器3包括内管和套设于内管外部的外管6。其中：内管用于反应液循环流通，外管6用于冷却水循环流通。

环管式冷凝器3的长度为(5-50)D，优选20-30D。

内管直径D₀与外管6直径D₁的比例为D₁/D₀＝1.1-1.5，优选为1.2-1.4，示例性为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5。

内管直径D₀为100mm-400mm，优选为150-200mm，示例性为100mm、150mm、200mm、300mm、400mm。

外循环出口12位置不高于最底层搅拌桨(例如底部搅拌桨)，优选与最底层搅拌桨(例如底部搅拌桨)齐平。

优选地，外循环入口7不高于最上层搅拌桨(例如顶部搅拌桨)。

优选地，外循环入口7和外循环出口12均沿着反应釜径向切向方向，优选地，外循环入口7和外循环出口12相对于最上层搅拌桨和最底层搅拌桨的中心呈对称位置。

【控制系统】

反应器还包括控制系统；优选地，控制系统为DCS控制系统。控制系统与反应器本体1、外循环系统、淤浆泵4电连接或信号连接，以实现乙烯进料流量控制、并实现外管6中冷却水流量与反应器本体1内部温度的联锁控温。

本发明的撤热方法是一种工业化生产技术，其以高纯度乙烯(体积含量高于99.9％)为主要原料，已烷作溶剂，采用高活性Z-N催化剂，在60-85℃、0.2-1.0MPa条件下进行低压淤浆聚合制备超高分子量聚乙烯，通过调节聚合反应过程中工艺参数如聚合压力、聚合反应温度、催化剂浓度等可控制超高分子量聚乙烯产品的分子量。聚合反应后的聚乙烯浆液进一步经过分离、干燥、掺混、包装等工序得到性能优良的平均分子量大于150万的超高分子量聚乙烯。

一种生产超高分子量聚乙烯的方法，包括催化剂配制、聚合、分离、干燥、包装等工序组成，具体方法如下：

将乙烯、氢气及按一定浓度配制好的助催化剂、三乙基铝与Z-N催化剂的稀释液(浓度0.5-3.0gcat/L)，分别通过计量泵送入反应器本体1(聚合釜)内，在反应压力(0.2-0.8MPa)、温度(60-85℃)的条件下，在介质己烷溶剂中进行淤浆聚合。聚合反应中放出的聚合热(819kcal/kg)，通过提高浆液外循环系统撤走，也就是浆液外循环的撤热方式。聚合反应完成后，停止乙烯进入。保温吸压，使反应器本体1(聚合釜)内压力降至0.15MPa以下时，此时，乙烯消耗量在99.95％以上。待反应器本体内温度降温至40℃以下时通过出料口11进行出料。聚合反应后制得的聚乙烯浆液依靠自身压力进入过滤干燥釜内进行分离操作。

将过滤干燥釜内的聚合物淤浆通过过滤口，分离成湿饼和母液。滤饼的湿含量为25-35％，湿饼在过滤干燥釜内被真空干燥成粉末，经旋转阀进入振动筛，经筛分后通过粉料输送风机送至料仓，然后包装成为产品。从干燥釜出来的气体则进入干燥气洗涤塔，用己烷洗涤，然后经冷却器冷却回收干燥气中的己烷，洗涤后的干燥气循环使用。分离出来的母液，一部分循环到聚合釜直接使用，其它部分送溶剂回收工段精制。

本发明的用于生产超高分子量聚乙烯树脂的浆液外循环撤热方法是通过下述过程实现的，如图1所示：

1、反应器本体(聚合釜)1中的含有超高分子量聚乙烯的己烷浆液从反应器本体(聚合釜)1的底部(管口12)流出在淤浆泵4的推动下由外循环入口7进入环管式冷凝器3，并从反应器本体(聚合釜)1的外循环入口7返回反应器本体(聚合釜)1。环管式冷凝器3进口浆液的温度与反应器本体(聚合釜)1内温度相同(65-80℃)，环管式冷凝器3出口浆液的温度为55-70℃。

2、环管式冷凝器3的内管中通入循环冷却水进行冷却，循环冷却水沿环管式冷凝器3逆向流动，与浆液流动方向相反。(冷却水的流量与聚合釜温度联锁。)

聚合反应温度是控制超高分子量聚乙烯产品分子量的重要手段。而生产不同牌号的超高分子量聚乙烯，其聚合反应温度也是不同的。本发明通过将循环冷却水的流量与反应器本体(聚合釜)1内的温度通过DCS控制系统进行关联控制，因此可通过控制外循环浆液的循环量及冷却水的流量，以调节反应器本体(聚合釜)1的撤热量，进而控制聚合反应温度。

发明人意外发现：通过将浆液循环量控制在2-8min(优选3-5min)完成一次聚合釜内浆液循环，即可以将聚合反应温度控制在65-80℃。

以下以具体实施例来对本发明进行进一步的说明

实施例1

参照图1-2，在本实施例中，所采用的反应器包括反应器本体1(聚合釜)和外循环系统，反应器本体1为30m³聚合釜，直径2.8m，所述反应器本体1反应器本体1上部、下部分别设置有外循环入口7和外循环出口12，外循环系统通过外循环出口12和外循环入口7与反应器本体1串接。

在本实施例中，反应器本体1(聚合釜)的单釜产量5000kg，浆液浓度为300g/L，乙烯聚合热为819kcal/kg，己烷比热以0.60kcal/kg计算。反应热682500kcal/h，换热面积为25m²，环管式冷凝器3换热面积按1.5倍计算为37.5m²。

在本实施例中，反应器本体1的外部设置夹套2，反应器本体1的底部设置出料口11，顶部设置有进料口(包括溶剂己烷进料口8、催化剂进料口10)。

在本实施例中，反应器本体1的内部还设置有搅拌器，搅拌器设置在反应器本体1的中央，其驱动轴穿过在顶部的中央形成的开口连接到诸如电机之类的驱动部9，用于调节搅拌器的搅拌速度。

搅拌器包括四层搅拌桨叶，最上层搅拌桨与最底层搅拌桨为向下推进的推进式搅拌桨，桨叶径向长度为0.84m；中部采用径向平推搅拌桨，桨叶径向长度0.6m。

反应器本体1的内部不设置冷却盘管。

在本实施例中，反应器本体1的内部还可以设置半圆形导流板，导流板的长度不超过最上层搅拌桨与最底层搅拌桨之间的垂直高度，宽度为0.08D。

在本实施例中，外循环系统还包括外循环管路、环管式冷凝器3和淤浆泵4，外循环出口12与淤浆泵4、环管式冷凝器3、外循环入口7通过外循环管路依次串接。

环管式冷凝器3包括内管和套设于内管外部的外管6。其中：内管用于反应液循环流通，内管选用DN200的换热管，管长60m，可分为3组，每组20m，相邻组通过180°弯头连接。浆液最大流量为600m³/h；外管6为DN300的不锈钢管，外管6用于冷却水循环流通。

内管直径D₀与外管6直径D₁的比例为D₁/D₀＝1.2，内管直径D₀为200mm。

外循环出口12位置与底部搅拌桨齐平，外循环入口7和外循环出口12均沿着反应釜径向切向方向，且外循环入口7和外循环出口12相对于最上层搅拌桨和最底层搅拌桨的中心呈对称位置。

在本实施例中，反应器还包括DCS控制系统。控制系统与反应器本体1、外循环系统、淤浆泵4电连接或信号连接，以实现乙烯进料流量控制、并实现外管6中冷却水流量与反应器本体1内部温度的联锁控温。

一种采用上述反应器的超高分子量聚乙烯聚合反应方法，包括如下步骤：

(1)将21m³己烷、2.7L烷基铝(浓度1.0mol/L)、80L配制好的Z-N催化剂悬浮液(浓度1g/L)通过计量泵输送至聚合釜内；

(2)启动搅拌和淤浆泵4，利用夹套2对反应器本体(聚合釜1)升温，当体系温度达到50℃时，通过乙烯流量控制器5将乙烯输送至聚合釜1中进行聚合反应，聚合压力0.5-0.6MPa，聚合温度65℃。聚合釜液位高度为聚合釜的70-88％，聚合浆液浓度最高为300g/L；

(3)通过外循环系统(浆液外循环方式)撤除聚合反应热，控制反应温度(其中：聚合浆液的外循环量为600m³/h，按21m³己烷溶剂量计算，完成一次釜内循环需要的时间为2.1min)。聚合浆液在聚合釜内停留约5小时后，停止乙烯进入。保温吸压。当聚合釜釜内压力降至0.2MPa时，开启夹套冷却水对聚合釜降温至40℃，浆液经出料口11被压送到过滤干燥釜(该釜在0.3MPa压力下)，过滤分离己烷。

在此分离出近80％的己烷即母液，分离出的滤饼经过真空干燥(真空干燥温度约为65℃)得到含湿量小于0.05％的超高分子量聚乙烯干粉。经真空干燥除去聚乙烯粉料中的己烷后，聚乙烯粉料经氮气输送风机输送至混料、包装工段。

本实施例制备得到的超高分子量聚乙烯的分子量为410万，堆密度为0.48g/cm³，中值粒径为120μm，且小于40目的超高分子量聚乙烯颗粒占1.5％。

实施例2

按实施例1中的方法进行超高分子量聚乙烯聚合生产，每天进行4釜聚合反应，连续进行30天。通过聚合釜的视镜观察，釜内没有积料，釜壁干净。得到的超高分子量聚乙烯的分子量为415万，堆密度为0.48g/cm³，中值粒径为118μm。小于40目的超高分子量聚乙烯颗粒占1.4％。

对比例1

聚合釜大小与实施例1相同，不同之处在于：聚合釜内部采用单层推进式搅拌桨，搅拌桨半径0.6m，外部采用传统的夹套，釜内设置环形管通入冷却水撤热，不采用外循环撤热，其余操作条件同实施例1。

本对比例制备得到的超高分子量聚乙烯分子量为420万，堆密度为0.45g/cm³，中值粒径为180μm。小于40目的超高分子量聚乙烯颗粒占5.0％。

对比例2

按对比例1中的方法进行超高分子量聚乙烯聚合生产，连续生产10天后，通过视镜观察，聚合釜内已有积料，釜壁也有粘釜现象发生。

制备得到的超高分子量聚乙烯分子量为450万，堆密度为0.43g/cm³，中值粒径为220μm。小于40目的超高分子量聚乙烯颗粒占8.0％。

对比例3

按对比例1中的方法进行超高分子量聚乙烯聚合生产，连续生产15天后，通过视镜观察，聚合釜内已有大量积料，釜壁粘釜很严重。必须进行清釜操作。

制备得到的超高分子量聚乙烯分子量为440万，堆密度为0.41g/cm³，中值粒径为260μm。小于40目的超高分子量聚乙烯颗粒占30％。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器本体和外循环系统，所述反应器本体上部、下部分别设置有外循环入口和外循环出口，所述外循环系统通过外循环出口和外循环入口与反应器本体串接。

2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器本体的外部设置夹套。

优选地，所述反应器本体的底部设置出料口，顶部设置有进料口。

优选地，所述反应器本体的内部还设置有搅拌器。

优选地，所述搅拌器包括搅拌桨，所述搅拌桨包括至少两层搅拌桨叶。

优选地，所述搅拌桨叶为推进式搅拌桨，所述搅拌桨叶的推进方向均朝向反应釜底部。

优选地，所述推进式搅拌桨叶的径向长度L与反应釜直径D的比值L/D＝0.1-0.4，优选为0.2-0.4。

优选地，当所述推进式搅拌桨的层数为两层以上时，所述两层以上的推进式搅拌桨之间还设置有至少一层径向平推搅拌桨。

优选地，所述径向平推搅拌桨的桨叶为圆角矩形桨叶。

优选地，所述径向平推搅拌桨的桨叶径向长度l与反应釜直径D的比值l/D＝0.15-0.4，优选为0.2-0.3。

3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述搅拌器还包括驱动部，用于调节所述搅拌器的搅拌速度。

优选地，所述驱动部为电机，所述驱动部位于所述反应器本体顶部。

优选地，所述反应器本体的内部不设置冷却盘管。

4.如权利要求1-3任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应器本体的内部还可以设置多块导流板。

优选地，多块所述导流板安装于所述反应器本体内壁上。更优选地，多块所述导流板间隔均匀安装于所述搅拌桨对应的反应器本体内壁上。

优选地，所述导流板为弧形平板或方形平板，优选为弧形平板。

优选地，所述导流板的长边固定于所述反应器本体的内壁。

优选地，导流板的长度所述导流板的长度不超过最上层搅拌桨与最底层搅拌桨之间的垂直高度，宽度为(0.05-0.1)D。

5.如权利要求1-4任一项所述的反应器，其特征在于，所述外循环系统还包括外循环管路、环管式冷凝器和淤浆泵，所述外循环出口与淤浆泵、环管式冷凝器、外循环入口通过外循环管路依次串接。

优选地，所述环管式冷凝器包括内管和套设于内管外部的外管。

优选地，所述环管式冷凝器的长度为(5-50)D，优选20-30D。

优选地，所述内管直径D₀与外管直径D₁的比例为D₁/D₀＝1.1-2.0，优选为1.5-1.8。

优选地，所述内管直径D₀为100mm-400mm，优选为150-200mm。

优选地，所述外循环出口位置不高于底部搅拌桨，优选与底部搅拌桨齐平。

优选地，所述外循环入口不高于顶部搅拌桨。

优选地，所述外循环入口和外循环出口均沿着反应釜径向切向方向。

优选地，所述外循环入口和外循环出口相对于最上层搅拌桨和最底层搅拌桨的中心呈对称位置。

6.如权利要求1-5任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应器还包括控制系统，优选地，所述控制系统为DCS控制系统。

优选地，所述控制系统与反应器本体、外循环系统、淤浆泵电连接或信号连接。

7.权利要求1-6任一项所述的反应器生产超高分子量聚乙烯的方法，其特征在于，所述方法包括将反应器本体内的超高分子量聚乙烯浆液，通过所述外循环系统撤走反应热。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反应器本体内的聚合反应温度为65-80℃。

优选地，所述反应器本体内的聚合压力为0.2-0.8MPa。

优选地，所述方法包括将超高分子量聚乙烯浆液由反应器本体底部的外循环出口流出，并由淤浆泵输送进入环管式冷凝器，然后从反应器本体上部的外循环入口返回反应器本体内部继续反应。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述环管式冷凝器冷却水的进口温度可以为20-60℃，优选为25-55℃。

优选地，所述冷却水的出口温度为25-65℃，优选为30-60℃。

优选地，淤浆泵所述聚乙烯浆液的循环量可根据反应器本体的体积来确定，优选按照2-8min完成一次釜内循环，优选3-5min。

10.如权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述反应器生产超高分子量聚乙烯的方法，包括如下步骤：

(1)将溶剂己烷、Z-N催化剂和助催化剂依次加入反应器本体内，启动搅拌器和淤浆泵；

(2)通过控制系统对反应器本体进行升温控制，使反应器本体内的温度最低达到50℃；

(3)当反应器本体温度升至50℃后，通过控制系统控制乙烯的进料流量控制乙烯的加料速度，以向反应器本体(聚合釜)内通入乙烯，并通过控制系统的温度联锁控温功能调控外循环系统的内管中反应浆液的循环流量及外管中冷却水的温度和循环流量，以将反应器本体中的反应温度维持在65-80℃。

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