CN117615843A - 用于气相反应器的歧管组件和其操作方法 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种用于在气相反应器中聚合化合物的方法。该方法至少包括将液体催化剂传送到歧管组件的催化剂入口，将载气传送到该歧管组件的载气入口，在该歧管组件的主通道中组合该液体催化剂和该载气，以及将该液体催化剂和该载气的组合传送到反应室。本公开还涉及用于与反应室连通的歧管组件。

Description

用于气相反应器的歧管组件和其操作方法

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求于2021年7月26日提交的美国临时专利申请第63/225,687号的优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容特此通过引用并入。

技术领域

本公开总体上涉及气相反应器和用于在气相反应器中聚合化合物的方法，并且更具体地涉及在气相反应器中使用的歧管。

背景技术

聚烯烃包括在各种各样的产品中，诸如包装、模塑制品、泡沫、纤维等。一些烯烃通过催化反应在气相中聚合。一些此类反应可以利用催化剂和助催化剂(诸如烷基铝)来形成聚烯烃。此类烯烃聚合方法可以利用气相反应器，诸如流化床。多年以来，此技术已经成功地用于产生聚烯烃。然而，操作缺点可能降低聚烯烃产生中的收益性和生产率。

发明内容

在一些聚合技术中，液体催化剂材料可以传送到反应器单元中。催化剂材料可以被携带在气相反应物诸如可聚合烯烃中。已经认识到，可聚合烯烃可能在进入反应容器之前在入口处聚合和结垢。这种结垢可能需要关闭系统进行清洁，这是不令人期望的。因此，需要用于催化剂材料的改进的入口组件。

本文中公开了歧管组件的实施方案，这些歧管组件可以用于在减少结垢的情况下将催化剂材料输送到反应器单元中。根据本申请的歧管组件包括最小的不连续性，例如最小的间隙或没有间隙，由此减少涡流的形成并减少催化剂在歧管组件内的积聚。在一些实施方案中，根据本公开的歧管组件包括清洁孔隙，这些清洁孔隙促进简化该歧管组件的清洁。

在一个实施方案中，一种用于在气相反应器中聚合化合物的方法包括：将液体催化剂传送到歧管组件的催化剂入口，该歧管组件包括限定主通道的主体，该催化剂入口与该主通道连通；将载气传送到该歧管组件的载气入口；在该歧管组件的该主通道中组合该液体催化剂和该载气，从而形成该液体催化剂和该载气的组合，其中该主通道在横向于该催化剂入口和该载气入口的方向上延伸，并且其中该主体包括限定向外延伸的凸缘的凸缘部分和至少部分地延伸到反应室中的室部分；以及将该液体催化剂和该载气的该组合通过该主体的该室部分传送到该反应室。

在另一个实施方案中，一种用于与反应室连通的歧管组件包括：催化剂入口，该催化剂入口限定与主通道连通的催化剂通道；载气入口，该载气入口限定与该主通道连通的载气通道；主体，该主体包括该主通道，与该主通道连通的清洁孔隙，被定位成与该清洁孔隙相对的出口，该出口限定出口平面并且该清洁孔隙限定清洁平面，其中该清洁平面和该出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线，其中该主通道在横向于该催化剂入口和该载气入口的方向上延伸。

在又另一个实施方案中，气相反应器包括反应室和歧管组件。该歧管组件可以包括：催化剂入口，该催化剂入口限定与主通道连通的催化剂通道；载气入口，该载气入口限定与该主通道连通的载气通道；主体，该主体包括该主通道，与该主通道连通的清洁孔隙，被定位成与该清洁孔隙相对的出口，该出口限定出口平面并且该清洁孔隙限定清洁平面，其中该清洁平面和该出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线，其中该主通道在横向于该催化剂入口和该载气入口的方向上延伸。

另外的特征和优点将在下面的详细描述中加以阐述，并且对于本领域技术人员而言，部分地从该描述变得显而易见，或通过实践本文所描述的实施方案(包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图)而被认识。

应当理解，前述整体描述和以下详细描述两者都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供进一步的理解，并且所述附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图说明了各种实施方案，并且连同说明书一起用以解释各实施方案的原理和操作。

附图说明

图1示意性地描绘了根据本文所描述和所描绘的一个或多个实施方案的气相反应器系统；

图2示意性地描绘了根据本文所描述和所描绘的一个或多个实施方案的图1的气相反应器系统的歧管组件的放大剖视图；

图3示意性地描绘了根据本文所描述和所描绘的一个或多个实施方案的图1的气相反应器系统的另一个歧管组件的剖视图；并且

图4描绘了根据本文所描述和所描绘的一个或多个实施方案的用于在图1的气相反应器系统中聚合化合物的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本文所描述的实施方案总体上涉及用于气相反应器的歧管组件，这些歧管组件包括最小的不连续性，例如最小的间隙或没有间隙，由此减少涡流的形成并减少催化剂在歧管组件内的积聚。在一些实施方案中，根据本公开的歧管组件包括清洁孔隙，这些清洁孔隙促进简化该歧管组件的清洁。参考附图，在本文中更详细地公开了用于气相反应器的歧管组件的这些和其它实施方案。

首先参考图1，示意性地描绘了气相反应器100。在实施方案中，气相反应器100包括反应室102、与反应室102连通的催化剂供应器104和与反应室102连通的载气供应器106。

在反应室102中，将单体和任选地共聚单体和来自催化剂供应器104的催化剂在聚合条件下组合以产生聚烯烃，例如均聚物或当共聚单体存在时的共聚物。单体和共聚单体是烯烃，诸如乙烯、丙烯、丁烯-1、己烯(诸如4-甲基戊烯-1或己烯-1)、辛烯-1、癸烯-1或它们的组合。

出于本讨论的目的，烯烃聚合方法通常将根据乙烯聚合、优选地线性低密度聚乙烯(LLDPE)来讨论。然而，尽管该方法通常被描述为涉及乙烯聚合，但是该方法被理解为仅是说明性的并且对于不同于乙烯或除了乙烯之外的烯烃或烯烃的组合的任何其它聚合是有效的。在聚合反应器102的启动期间，类似于待产生的聚合物的聚合物颗粒床被加载到反应器室102中。因此，用于制备聚乙烯的反应器室102可以在启动阶段期间最初加载有LLDPE苗床。当反应发生时，初始或起始苗床将被可操作聚合物床替换。出于本讨论的目的，初始或起始苗床和可操作聚合物床将被统称为苗床，例如LLDPE苗床。成品聚烯烃可以通过反应室102的反应出口108传送出反应器室102。

在实施方案中，气相反应器100包括与反应室102连通的歧管组件120。在实施方案中，歧管组件120与催化剂供应器104和载气供应器106两者连通，使得催化剂供应器104和载气供应器106通过歧管组件120与反应室102连通。在实施方案中，来自催化剂供应器104的催化剂和来自载气供应器106的载气可以流过歧管组件120，到达反应室102。

参考图2，示意性地描绘了示例性歧管组件120的剖视图。在实施方案中，歧管组件120包括催化剂入口130、载气入口140和主体122。催化剂入口130限定延伸穿过催化剂入口130的催化剂通道132。载气入口140限定延伸穿过载气入口140的载气通道142。主体122限定延伸穿过主体122的主通道124。在实施方案中，载气通道142和催化剂通道132与主通道124连通。在实施方案中，来自催化剂供应器104(图1)的催化剂流过催化剂通道132到达主通道124，并且来自载气供应器106的载气流过载气通道142到达主通道124。在一些实施方案中，载气可以包括任何合适的气体、液体或液体/气体混合物以携带催化剂，例如但不限于乙烯、氮气和/或一种或多种诱导冷凝剂或它们的任何合适的组合。在实施方案中，催化剂和载气在主通道124中组合，并且催化剂和载气的组合通过主通道124传送到反应室102(图1)。例如，在实施方案中，歧管组件120限定与反应室102(图1)连通的出口126。

在操作中，来自载气供应器106(图1)的载气和来自催化剂供应器104(图1)的催化剂的混合物穿过主通道124并穿过出口126到达反应室102(图1)。在实施方案中，出口126限定横向于出口126定向的出口平面128。在一些实施方案中，主通道124在横向于催化剂入口130的方向上延伸。在图2所描绘的实施方案中，载气入口140也在横向于主通道124的方向上延伸，然而，应当理解，这仅仅是示例。

在一些实施方案中，歧管组件120包括与载气通道142连通的载气阀144。在实施方案中，载气阀144选择性地允许并限制载气从载气供应器106(图1)流到载气通道142。例如，在一些实施方案中，载气阀144可至少定位在载气打开位置与载气关闭位置之间。在载气关闭位置中，载气阀144限制载气从载气供应器106(图1)流到载气通道142。在载气打开位置中，载气阀144允许载气从载气供应器106(图1)流到载气通道142。

在一些实施方案中，歧管组件120包括与主通道124连通的清洁孔隙150。在实施方案中，清洁孔隙150限定清洁平面152，其中清洁平面152与出口平面128具有无阻挡的视线。因为清洁平面152与出口平面128具有无阻挡的视线，所以清洁工具(诸如钻头、刷子等)可以通过清洁孔隙150插入到穿过清洁平面152的主通道124中，并且可以无阻挡地到达出口平面128。因此，因为清洁平面152与出口平面128具有无阻挡的视线，所以与不包括享有无阻挡的视线的清洁平面152和出口平面128的歧管组件相比，主通道124的清洁可以被简化。在一些实施方案中，端盖154选择性地联接到主体122的清洁孔隙150。端盖154可以从主体122的清洁孔隙150移除，使得清洁工具可以插入到清洁孔隙150中。

在一些实施方案中，歧管组件120限定凸缘部分160和室部分170，该凸缘部分限定向外延伸的凸缘162，该室部分至少部分地延伸到反应室102中(图1)。在一些实施方案中，主通道124限定至少部分地延伸穿过凸缘部分160的凸缘通道164和至少部分地延伸穿过室部分170的室通道172。在实施方案中，凸缘通道164限定凸缘内径FID，并且室通道172限定室内径CID。在一些实施方案中，凸缘内径FID和通道内径CID是不同的。例如，在图2所描绘的实施方案中，通道内径CID小于凸缘内径FID。在不受理论约束的情况下，随着内径从凸缘通道164移动到室通道172而减小，穿过主通道124的流体(例如，催化剂和载气的气体和/或流体混合物)的速度可以随着流体穿过凸缘通道164移动到室部分170而增加。以此方式，来自催化剂供应器104(图1)的催化剂与来自载气供应器106(图1)的载气的混合物的速度可以随着混合物从凸缘通道164传送到室通道172而增加。

在一些实施方案中，催化剂入口130限定延伸穿过凸缘通道164的周边的催化剂孔隙134。例如，在实施方案中，催化剂入口130通过催化剂孔隙134与凸缘通道164连通。当催化剂穿过催化剂入口130时，催化剂穿过催化剂孔隙134到达凸缘通道164。在一些实施方案中，其中凸缘通道内径FID在134外部的位置处变化了约1/64英寸或更小。在一些实施方案中，凸缘通道在催化剂孔隙134外部的位置处具有约125微英寸或更小的平均粗糙度。

在一些实施方案中，来自催化剂供应器104的催化剂可以包括烷基金属，诸如三乙基铝(该三乙基铝是自燃的并且也被称为Teal、TEA和/或T2)等。当催化剂流过催化剂孔隙134到达凸缘通道164时，催化剂可以沿着主通道124沉积，使主通道124结垢并限制催化剂和载气流过主通道124到达反应室102。可能需要周期性地清洁主通道124以沿着主通道124移除所沉积的催化剂。为了清洁主通道124，沿着主通道124插入刷子或清洁工具。然而，许多催化剂(诸如Teal)与氧具有反应性，并且当清洁主通道124时必须采取预防措施，使得清洁过程是复杂且耗时的工作，从而导致过程停工时间很长。因此，令人期望的是使催化剂沿着主通道124的积聚最小化。

在不受理论约束的情况下，据信如果在主通道124中允许不连续性，则这些不连续性可能在催化剂沿着该主通道124通过时导致催化剂的积聚。例如，沿着主通道124的此类不连续性可能导致涡电流形成，这有助于催化剂沿着该主通道124的积聚或积累。因为催化剂最初从催化剂通道132流出并且与凸缘通道164中的载气组合，所以凸缘通道164可能特别容易积聚或积累催化剂。因此，通过限制凸缘通道内径FID的变化，可以最小化或消除沿着凸缘通道164的不连续性，例如间隙，这可以防止、延迟或减少催化剂沿着凸缘通道164的积聚或积累。类似地，凸缘通道164可以具有光滑的表面光洁度，例如，约125微英寸或更小的平均粗糙度，这可以有助于使催化剂沿着凸缘通道164的积聚或积累最小化。

在图2所描绘的实施方案中，凸缘部分160和室部分170彼此联接。例如，在实施方案中，室部分170可以螺纹连接到凸缘部分160中，使得室部分170和凸缘部分160通过螺纹连接而联接。然而，应当理解，这仅仅是示例。

例如并且参考图3，描绘了歧管组件120的另一个实施方案。与上述和图2所描绘的实施方案相似，歧管组件120包括催化剂入口130、载气入口140、凸缘部分160和室部分170。然而，在图3所描绘的实施方案中，凸缘部分160和室部分170是整体的。

参考图1至图4，描绘了用于在气相反应器100中聚合化合物的一种方法的流程图。在框402处，液体催化剂被传送到歧管组件120的催化剂入口130，歧管组件120包括限定与催化剂入口130连通的主通道124的主体122。如上所述，液体催化剂可以从催化剂供应器104供应到催化剂入口130。在框404处，载气被传送到歧管组件120的载气入口140。在框406处，将液体催化剂和载气在歧管组件120的主通道124中组合，从而形成液体催化剂和载气的组合。在框408处，将液体催化剂和载气的组合通过主体122的室部分170传送到反应室102。

现在应当理解，本文所描述的实施方案总体上涉及用于气相反应器的歧管组件，这些歧管组件包括最小的不连续性，例如最小的间隙或没有间隙，由此减少涡流的形成并减少催化剂在歧管组件内的积聚。在一些实施方案中，根据本公开的歧管组件包括清洁孔隙，这些清洁孔隙促进简化该歧管组件的清洁。

本文中公开了本发明技术的一个或多个方面。在第一方面，用于在气相反应器中聚合化合物的方法可以包括：将液体催化剂传送到歧管组件的催化剂入口，该歧管组件包括限定主通道的主体，该催化剂入口与该主通道连通；将载气传送到该歧管组件的载气入口；在该歧管组件的该主通道中组合该液体催化剂和该载气，从而形成该液体催化剂和该载气的组合，其中该主通道在横向于该催化剂入口和该载气入口的方向上延伸，并且其中该主体包括限定向外延伸的凸缘的凸缘部分和至少部分地延伸到反应室中的室部分；以及将该液体催化剂和该载气的该组合通过该主体的该室部分传送到该反应室。

另一方面包括任何上述方面，其中组合该液体催化剂和该载气包括在至少部分地延伸穿过该凸缘部分的凸缘通道中组合该液体催化剂和该载气，并且其中该主体还包括至少部分地延伸穿过该室部分的室通道，其中该凸缘通道限定凸缘内径并且该室通道限定室内径，并且该凸缘内径与该通道内径是不同的。

另一方面包括任何上述方面，该方面包括将该液体催化剂传送通过延伸穿过该凸缘通道的周边的催化剂孔隙。

另一方面包括任何上述方面，其中该凸缘通道内径在该催化剂孔隙外部的位置处变化了1/64”或更小。

另一方面包括任何上述方面，该凸缘通道在该催化剂孔隙外部的位置处具有125微英寸或更小的平均粗糙度。

另一方面包括任何上述方面，其中将该载气传送到该载气入口包括将该载气传送通过与该载气入口连通的载气阀，其中该载气阀可定位在打开位置与关闭位置之间，在该打开位置中，该载气通过该载气阀传送通过该载气入口，在该关闭位置中，该载气被限制通过该载气阀流到该载气入口。

另一方面包括任何上述方面，该方面还包括：移除联接到该主体的清洁孔隙的端盖；将清洁工具插入穿过该清洁孔隙和该主体的该主通道。

另一方面包括任何上述方面，其中该主体限定被定位成与该清洁孔隙相对的出口，该出口限定出口平面并且该清洁孔隙限定清洁平面，其中该清洁平面和该出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线。

另一方面是一种用于与反应室连通的歧管组件，该歧管组件包括：催化剂入口，该催化剂入口限定与主通道连通的催化剂通道；载气入口，该载气入口限定与该主通道连通的载气通道；主体，该主体包括：该主通道；与该主通道连通的清洁孔隙；被定位成与该清洁孔隙相对的出口，该出口限定出口平面并且该清洁孔隙限定清洁平面，其中该清洁平面和该出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线；其中该主通道在横向于该催化剂入口和该载气入口的方向上延伸。

另一方面包括任何上述方面，该方面还包括：凸缘部分，该凸缘部分限定向外延伸的凸缘；和室部分，该室部分至少部分地延伸到反应室中。

另一方面包括任何上述方面，其中该主通道限定至少部分地延伸穿过该凸缘部分的凸缘通道和至少部分地延伸穿过该室部分的室通道，其中该凸缘通道限定凸缘内径并且该室通道限定室内径，并且该凸缘内径与该通道内径是不同的。

另一方面包括任何上述方面，其中该催化剂入口限定延伸穿过该凸缘通道的周边的催化剂孔隙。

另一方面包括任何上述方面，其中该凸缘通道内径在该催化剂孔隙外部的位置处变化了1/64”或更小。

另一方面包括任何上述方面，其中该凸缘通道在该催化剂孔隙外部的位置处具有125微英寸或更小的平均粗糙度。

另一方面包括任何上述方面，其中该凸缘部分和该室部分是整体的。

另一方面包括一种气相反应器，该气相反应器包括反应室和任何上述方面的歧管组件。

应注意，与预期用途的叙述不同，本文对本公开的部件以特定方式“结构配置”以体现特定特性或以特定方式起作用的叙述是结构性叙述。更具体地，本文对部件“结构配置”方式的引用表示部件的现有物理条件，因此，将被视为对部件的结构特征的明确叙述。

应注意，不使用如本文中使用时的“优选地”、“通常地”和“典型地”的术语来限制所要求保护的发明的范围或暗示某些特征对于所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必要的或甚至至关重要的。相反，这些术语仅旨在识别本公开的实施方案的特定方面或强调在本公开的特定实施方案中可利用或可不利用的替代性或另外的特征。

出于描述和定义本发明的目的，应注意，术语“基本上”和“约”在本文中用于表示可以归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定度。术语“基本上”和“约”在本文中还用于表示定量表示可不同于所陈述参考的程度而不导致所论述主题的基本功能变化。

已经详细并通过参考其特定实施方案描述了本公开的主题，应注意，本文公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本文描述的各种实施方案的基本组成部分的元件，即使在伴随本描述的每个附图中示出了特定元件的情况下。进一步，显然，在不脱离包括但不限于所附权利要求书中所限定的实施方案的本公开的范围的情况下，可以进行修改和变化。更具体地，尽管本公开的一些方面在本文中被识别为优选的或特别有利的，但是经考虑本公开不必限于这些方面。

应当注意，所附权利要求中的一项或多项权利要求利用术语“其中”作为过渡性表述。出于定义本发明的目的，应注意，此术语在权利要求中引入为开放的过渡短语，其用于引入结构的一系列特征的引述并且应以与更多常用开放的前导术语“包含”相同的方式解释。

Claims (15)

1.一种用于在气相反应器中聚合化合物的方法，所述方法包括：

将液体催化剂传送到歧管组件的催化剂入口，所述歧管组件包括限定主通道的主体，所述催化剂入口与所述主通道连通；

将载气传送到所述歧管组件的载气入口；

在所述歧管组件的所述主通道中组合所述液体催化剂和所述载气，从而形成所述液体催化剂和所述载气的组合，其中所述主通道在横向于所述催化剂入口和所述载气入口的方向上延伸，并且其中所述主体包括限定向外延伸的凸缘的凸缘部分和至少部分地延伸到反应室中的室部分；以及

将所述液体催化剂和所述载气的所述组合通过所述主体的所述室部分传送到所述反应室。

2.根据权利要求1所述的方法，其中组合所述液体催化剂和所述载气包括在至少部分地延伸穿过所述凸缘部分的凸缘通道中组合所述液体催化剂和所述载气，并且其中所述主体还包括至少部分地延伸穿过所述室部分的室通道，其中所述凸缘通道限定凸缘内径并且所述室通道限定室内径，并且所述凸缘内径与所述通道内径是不同的。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括将所述液体催化剂传送通过延伸穿过所述凸缘通道的周边的催化剂孔隙。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述凸缘通道内径在所述催化剂孔隙外部的位置处变化了1/64”或更小。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法，所述凸缘通道在所述催化剂孔隙外部的位置处具有125微英寸或更小的平均粗糙度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述载气传送到所述载气入口包括将所述载气传送通过与所述载气入口连通的载气阀，其中所述载气阀能够定位在打开位置与关闭位置之间，在所述打开位置中，所述载气通过所述载气阀传送通过所述载气入口，在所述关闭位置中，所述载气被限制通过所述载气阀流到所述载气入口。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法还包括：

移除联接到所述主体的清洁孔隙的端盖；

将清洁工具插入穿过所述清洁孔隙和所述主体的所述主通道。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述主体限定被定位成与所述清洁孔隙相对的出口，所述出口限定出口平面并且所述清洁孔隙限定清洁平面，其中所述清洁平面和所述出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线。

9.一种用于与反应室连通的歧管组件，所述歧管组件包括：

催化剂入口，所述催化剂入口限定与主通道连通的催化剂通道；

载气入口，所述载气入口限定与所述主通道连通的载气通道；

主体，所述主体包括：

所述主通道；

与所述主通道连通的清洁孔隙；

被定位成与所述清洁孔隙相对的出口，所述出口限定出口平面并且所述清洁孔隙限定清洁平面，其中所述清洁平面和所述出口平面在彼此之间具有无阻挡的视线；

其中所述主通道在横向于所述催化剂入口和所述载气入口的方向上延伸。

10.根据权利要求9所述的歧管组件，所述歧管组件还包括：

凸缘部分，所述凸缘部分限定向外延伸的凸缘；和

室部分，所述室部分用于至少部分地延伸到所述反应室中。

11.根据权利要求10所述的歧管组件，其中所述主通道限定至少部分地延伸穿过所述凸缘部分的凸缘通道和至少部分地延伸穿过所述室部分的室通道，其中所述凸缘通道限定凸缘内径并且所述室通道限定室内径，并且所述凸缘内径与所述通道内径是不同的。

12.根据权利要求11所述的歧管组件，其中所述催化剂入口限定催化剂孔隙，所述催化剂孔隙延伸穿过所述凸缘通道的周边。

13.根据权利要求12所述的歧管组件，其中(i)所述凸缘通道内径在所述催化剂孔隙外部的位置处变化了1/64”或更小；或者(ii)所述凸缘通道在所述催化剂孔隙外部的位置处具有125微英寸或更小的平均粗糙度；或者(iii)特征(i)和(ii)两者。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的歧管组件，其中所述凸缘部分和所述室部分是整体的。

15.一种气相反应器，所述气相反应器包括反应室和根据权利要求9至14中任一项所述的歧管组件。