CN205412957U - 一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管线，该气体循环管路依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管路与流化床反应器底部连接的那一段为竖直管段，该竖直管段下端与气体循环管路的水平管段经弯头连接，所述竖直管段上设置超声雾化器。该装置中与流化床反应器底部入口连接的竖直管段设超声雾化器，在原有的烯烃聚合装置改动很小的情况下，可以使气液两相流体在流化床反应中能均匀分布，减少聚合物结块现象的发生，以及减少气液流体对流化床反应器的冲刷，保护了反流化床应器。

Description

一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置

技术领域

本实用新型涉及一种烯烃聚合装置，具体是对一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置。

背景技术

聚乙烯由于其独特的性能，使其成为合成树脂中的重要品种。随着社会的发展，原有的气相法的产量无法满足社会的需求量。所以US4543399和US4588790提出了气相流化床聚乙烯冷凝模式操作工艺。该工艺引入了冷凝介质，这样可以通过冷凝液在流化床内蒸发带走更多的反应热，使得反应的时空产率提高，从而大幅提高聚乙烯的产量。

US2005/0137364A1提出了一种进行冷凝态操作的流化床反应装置，如图1所示，该装置包括流化床反应器，流化床反应器的下部为气液混合室10，中部为流化床，而流化床反应器上部的扩大段2上设气体循环管线3，该气体循环管线3依次连接压缩机和换热器4后接入与流化床反应器底部，用于将气体循环管线3中的气液混合物冷凝后送入流化床反应器中。其中，所述气体循环管线3与流化床反应器底部连接的那一段为竖直管段17，该竖直管段17的下端与一段弯管8连接。流化床反应器下部的出料口经卸料管14依次连接卸料罐15和产品罐16。卸料罐15顶部连接气体缓冲罐11，气体缓冲罐11顶部与气体循环管线3连接，将卸料罐15内的气体送入气体循环管线3中。换热器4下游设有冷凝介质分配器6。换热器4的上游设有气体分析仪5。催化剂12经管线13与流化床连通。

其具体的工艺流程是：从流化床中出来的未反应的气体经过扩大段2后再进入循环管线3。用压缩机将循环气输送到换热器4使气体中的易冷凝物质冷凝，形成气液两相。然后循环气和由冷凝介质分配器6补加的冷凝介质和单体管线7的输入的单体混合经预分布器9分散在流化床反应器的混合室10中，再通过分布板进入流化床中反应。反应过程中通过管线13加入催化剂12。另外反应的产物通过管线14离开流化床，经过一系列的分离后得到聚乙烯。在冷凝态操作中，必须保证气液两相在进入流化床反应器的混合室，再通过分布板进入流化床之后均匀分布，才能得到高质量的产品。但是，循环的气液混合物沿循环管线3回到流化床之前会通过弯管8，在弯管8处由于气体和液体的密度差，液体会受离心作用而被“甩”到弯管8外侧，造成了气液的分离。所以经过弯管9后，液体的雾化状态不好，气液分布不均。又因为气速很快，连接流化床反应器入口的竖直管段17的长度不足以使气液混合均匀，造成气液混合物在流化床中分布不均。在液体分布少的区域由于聚合热无法及时被带走，这样会造成聚乙烯的熔融而形成结块，这样会降低产品质量而增加成本。同时在气液流量大的一侧，流化床反应器的内壁面和预分布器被冲刷得很严重，这样会影响反应器的寿命，增加生产的成本和反应器的损耗。

目前，解决上述技术问题的一种方法是在管道内安装整流装置，但是当前所提出的整流装置都不适合用于工业的生产装置。CN102435253A公开了一种调整稳定管内流体的调整器。其主要是由多孔材料构成的整流主体和导流叶片组件等组合而成。该整流器仅限于气液流体的使用，对流场的畸变能起到一定的调整作用。但是如果流体中有少量固体颗粒，就会造成调整器的堵塞。同时该构件较复杂，会造成比较大的压降。CN101639374A公开了一种多相流体的整流装置。该装置主要是由管道连接体、螺旋体、流动调整器及上下游整流腔组成。该装置比较适合小型的管道内流体的整流，不适合运用于工业的管道。

针对采用流化床的烯烃聚合装置中出现的偏流现象，CN200810062156.7、CN200810062156.7和美国联碳公司的US6815512B2公开了在循环气液混合物在进入流化床前进行气液相分离，气体和液体分别从流化床的底部和分布板上部的液体注入口引入流化床。这些方案对原有的装置改动很大，增加了装置改造的风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置。该装置中于流化床反应器底部入口连接的竖直管段设置超声雾化器，在原有的烯烃聚合装置改动很小的情况下，可以使气液两相流体在流化床反应器中能均匀分布，减少聚合物结块现象的发生，以及减少气液流体对流化床反应器的冲刷，保护了流化床反应器。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管线，该气体循环管路依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管路与流化床反应器底部连接的那一段为竖直管段，该竖直管段下端与气体循环管路的水平管段经弯头连接，其特征在于，在所述竖直管段上设置超声雾化器。

循环的气液混合物在进入流化床之前经过一段弯管，弯管的离心作用使得密度不同的气液发生分离，造成在弯管的外侧大量的液体聚集，由于空间受限，弯头下游的竖直管段的长度不足以将气液混合流体调整均匀。在连接流化床入口的竖直管段外侧增加超声雾化器。超声波的能量将聚集的液体雾化成小液滴，分散后的小液滴被气体带走，这样有利于气液混合物迅速在管内分布均匀，从而进入流化床反应器中的气液混合物不会出现“偏流”现象，避免流化床内出现局部热点，减少聚合物结块形成，降低流化床反应器的损耗。

所述超声雾化器安装在液体聚集的那一侧管壁上。

所述的超声雾化器包括圆筒形外壳和超声换能器，所述圆筒形外壳套装在竖直管段上，外壳的内部与竖直管段的外壁之间有空隙，外壳和竖直管段外壁之间真空密封连接，使两者之间的空间呈真空状态，所述超声换能器呈曲面形，位于外壳和竖直管段外壁之间的空隙中并与竖直管段外壁贴合，所述超声换能器固定在圆筒形外壳内壁上且正对液体聚集的一侧管壁，所述该侧管壁则为超声雾化器的雾化片。

所述圆筒形外壳固定在竖直管段与弯头的连接处，其高度H为0.2L~0.7L，外径D为2d~1.05d。优选高度H为0.25L~0.6L，外径D为1.5d~1.1d。所述超声换能器两端和圆筒形外壳的两端相距0.1d。其中，L为连接流化床入口的竖直管段的长度，d为气体循环管线的管内径。所述超声换能器形状为一圆筒经纵轴面切成的部分，其圆弧所对的圆心角α为30°~330°，优选为45°~180°。

所述圆筒形外壳的高度H、外径D以及超声换能器的所对的圆心角α，这些变量是由气体循环管线管内径d、连接流化床入口的竖直管段的长度L及循环气中液体摩尔百分率mf来决定的。这些量之间的关系式为：。

所述超声换能器的功率P与处理的循环气的最大摩尔百分率m_fmax的关系为。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型在装置的气体循环管路与流化床反应器底部连接的竖直管段内设置超声雾化器，利用超声波的机械效应能够将聚集的液体分散成小液滴，与气体分散均匀，同时超声波的穿透能力强，不需在管道内安装整流装置也能对流体起到整流作用，使因经过弯管而分离的气液流体在有限的管程中可以重新混合均匀形成稳定流动的气液流体，不仅能在流化床反应器中均匀分布，减少聚合物结块现象发生，还减少气液流体的不稳定流动对流化床反应器的冲刷磨损，保护了流化床反应器。在很大程度上解决了偏流的问题，大幅提高生产产品的质量，具有很强的现实意义和利用价值。

(2)本实用新型对装置的改造容易，改造成本和风险低。

附图说明

在下文中将会结合具体的实例和附图来更详细介绍本实用新型。

图1为根据本实用新型的的烯烃聚合装置示意图；

图2为根据本实用新型的超声雾化器的示意图；

图3为图2中的A-A视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型做进一步详细描述。

实施例1

本实用新型的烯烃聚合装置，整体如图1所示。该烯烃聚合装置包括流化床反应器1，流化床反应器1上部的扩大段2上设气体循环管线3，该气体循环管线3依次连接压缩机和换热器4后接入与流化床反应器1底部，用于将气体循环管线3中的气液混合物冷凝后送入流化床反应器1中。流化床反应器1下部的出料口经卸料管14依次连接卸料罐15和产品罐16，卸料罐15顶部连接气体缓冲罐11，气体缓冲罐11顶部与气体循环管线3连接，将卸料罐15内的气体送入气体循环管线3中。其中，气体循环管路3与流化床反应器1底部连接的那一段为竖直管段17，该竖直管段17的下端与一段弯管8连接。在竖直管段17的外侧壁设一超声雾化器，超声雾化器安装在液体聚集的一侧管壁上。

如图2所示，超声雾化器包括圆筒形外壳18和超声换能器19。圆筒形外壳套装在竖直管段上，圆筒形外壳18的内部与竖直管段16的外壁之间具有空隙，圆筒形外壳18和竖直管段外壁之间真空密封连接，使两者之间的空隙呈真空状态，在空隙内安装超声换能器19，圆筒形外壳18下部固定在直管段与弯头连接处，其高度H为0.2L~0.7L，外径D为2d~1.05d。优选高度H为0.25L~0.6L，外径D为1.5d~1.1d。其中L为连接流化床入口的竖直管的长度，d为循环管道的直径。超声换能器19两端和圆筒形外壳18的两端相距0.1d。超声换能器19安装在圆筒形外壳18内壁上，且其正对着液体聚集的那一侧管壁。

超声换能器19呈曲面形，并与竖直管段外壁贴合。超声换能器19形状为一圆筒经纵轴面切成的部分，其圆弧所对的圆心角α为30°~330°，优选为45°~180°。圆筒形外壳18的高度H、外径D以及超声换能器19的圆弧所对的圆心角α，这些变量是有管道直径d、连接流化床入口的竖直管的长度L及循环气中液体摩尔分率mf来决定的。这些量之间的关系式为：。超声换能器19的功率P选择与处理的循环气的最大摩尔分率mfmax的关系为。

实施例2

以空气和水作为模拟介质进行实验，让空气和水先经过一段水平管后再分别经过90°弯头和竖直管段17，管段的直径d为150mm，竖直管段17长度L为600mm，气体流速为15m/s，水的摩尔分率为8%。超声雾化器安装在竖直管段17液体聚集的一侧管壁外侧，圆柱形腔体高度H为180mm，外径为180mm，超声换能器19两端和圆柱形腔体的两端相距15mm，超声换能器19的圆弧所对的圆心角α为59°。所需的超声换能器19的功率为76W。实验测得管道出口截面上液含量的不均匀系数为3.2%，而未增加超声雾化器的管道出口截面上液含量的不均匀系数为20.6%。不均匀系数越小说明气液混合越均匀。所以超声雾化器对管道出口的气液均匀分布起了很大的作用。

实施例3

以空气和水作为模拟介质进行实验，让空气和水先经过一段水平管后再分别经过90°弯头和竖直管段17，管段的直径d为300mm，竖直管段17长度L为1500mm，气体流速为20m/s，水的摩尔分率为10%。超声雾化器安装在竖直管段17液体聚集的一侧管壁外侧，圆柱形腔体高度H为600mm，外径为360mm，超声换能器19两端和圆柱形腔体的两端相距30mm，超声换能器19的圆弧所对的圆心角α为60°。所需的超声换能器19的功率为648W。实验测得管道出口截面上液含量的不均匀系数为5.2%，而未增加超声雾化器的管道出口截面上液含量的不均匀系数为35.1%。不均匀系数越小说明气液混合越均匀。所以超声雾化器对管道出口的气液均匀分布起了很大的作用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有超声雾化器的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管线，该气体循环管路依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管路与流化床反应器底部连接的那一段为竖直管段，该竖直管段下端与气体循环管路的水平管段经弯头连接，其特征在于，所述竖直管段上设置超声雾化器。

2.根据权利要求1所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述超声雾化器安装在液体聚集的那一侧管壁上。

3.根据权利要求1所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述的超声雾化器包括圆筒形外壳和超声换能器，所述圆筒形外壳套装在竖直管段上，外壳的内部与竖直管段的外壁之间有空隙，外壳和竖直管段外壁之间真空密封连接，使两者之间的空间呈真空状态，所述超声换能器呈曲面形，位于外壳和竖直管段外壁之间的空隙中并与竖直管段外壁贴合，所述超声换能器固定在圆筒形外壳内壁上且正对液体聚集的一侧管壁。

4.根据权利要求3所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述圆筒形外壳固定在竖直管段与弯头的连接处，其高度H为0.2L~0.7L，外径D为2d~1.05d，其中，L为连接流化床入口的竖直管段的长度，d为气体循环管线的管内径。

5.根据权利要求4所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述圆筒形外壳固定在竖直管段与弯头的连接处，其高度H为0.25L~0.6L，外径D为1.5d~1.1d。

6.根据权利要求3或4或5所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述超声换能器两端和圆筒形外壳的两端相距0.1d。

7.根据权利要求6所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述超声换能器形状为一圆筒经纵轴面切成的部分，其圆弧所对的圆心角α为30°~330°。

8.根据权利要求7所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述超声换能器的圆弧所对的圆心角α为45°~180°。

9.根据权利要求7所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述圆筒形外壳的高度H、外径D以及超声换能器的圆弧所对的圆心角α，这些变量是由气体循环管线管内径d、连接流化床入口的竖直管段的长度L及循环气中液体摩尔百分率m_f来决定的，这些量之间的关系式为：。

10.根据权利要求7所述的具有超声雾化器的烯烃聚合装置，其特征在于，所述超声换能器的功率P与处理的循环气的最大摩尔百分率m_fmax的关系为。