CN208218740U - 丙烯聚合组合评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种丙烯聚合组合评价装置,包括原料储罐、原料精制单元、第一催化剂加料罐、预聚合反应器、丙烯汽化器、两级气相反应器、两第二催化剂加料罐，原料精制单元得到的精制丙烯与来自第一催化剂加料罐的催化剂加入进预聚合反应器进行聚合反应得到的聚丙烯种子料，丙烯汽化器将精制丙烯汽化，两第二催化剂加料罐与两级气相反应器连接，根据反应需要选择将汽化的丙烯以及催化剂加入第一或第二级气相反应器，预聚合反应器可选择与第一级气相反应器或者选择同时与两级气相反应器均连接。该聚合评价装置可进行丙烯的液相本体均聚合、气相均聚、丙烯与其它α‑烯烃的一步或多步共聚等不同试验，有效评价不同类型聚丙烯催化剂的性能。

Description

丙烯聚合组合评价装置

技术领域

本实用新型涉及一种化工工艺流程及实验设备，特别是一种丙烯聚合组合评价装置。

背景技术

聚合评价是研究聚丙烯催化剂的必要手段，是催化剂进行中试和工业试验的前提条件。在实验室中，通常使用淤浆聚合或本体聚合进行聚合评价。随着 Unipol等气相聚合工艺装置在国内逐渐推广应用，针对气相工艺催化剂开发的需求也与日俱增，这就要求在实验室中可以进行相应的气相聚合评价，这是淤浆聚合评价体系与本体聚合评价体系所不能实现的。气相聚合评价试验的难点在于反应物料的均匀混合和聚合温度的平稳控制。气相聚合体系中反应物料传热系数低，聚合反应热不易撤出，反应器内温度梯度大。工业反应器中通过流态化方式实现气相反应体系物料的均匀混合，但需要大量气体的循环和大功率压缩机，实验室不易实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是在实验室中实现丙烯的气相聚合评价，并且可将液相本体聚合评价与气相聚合评价有机的结合起来，具有灵活、多变、可操控性强的特点，可以满足多种类型催化剂在实验室中的丙烯聚合评价实验。

本实用新型提供的一种丙烯聚合组合评价装置，包含：

原料储罐，储存液态的丙烯原料；

原料精制单元，通过第一管道与所述原料储罐的出口连接，所述原料精制单元用以去除丙烯原料中的水、氧杂质得到液态的精制丙烯；

第一催化剂加料罐，入口通过第二管道与所述原料精制单元的出口连接，催化剂、三乙基铝、外给电子体在所述第一催化剂加料罐内预先混合成待反应催化剂混合物，在液态的所述精制丙烯的作用下将待反应催化剂混合物冲洗加入一预聚合反应器内；

所述预聚合反应器，入口与所述第一催化剂加料罐的出口连接，在一定压强和温度条件下，所述精制丙烯与所述待反应催化剂混合物在所述预聚合反应器内进行聚合反应得到的聚丙烯种子料；

一丙烯汽化器，连接在所述第二管道上且位于所述原料精制单元与所述催化剂加料罐之间，所述丙烯汽化器将液态的所述精制丙烯制成气态的丙烯气；

两级气相反应器，包括两个结构相同的第一级气相反应器和第二级气相反应器，所述第一级气相反应器和第二级气相反应器串联连接，所述第一级气相反应器和/或第二级气相反应器的入口均通过设有阀门的管道与所述预聚合反应器的出口连接，通过所述阀门的开或关选择采用第一级气相反应器和/或第二级气相反应器；

两第二催化剂加料罐，入口均与所述丙烯汽化器连接，所述丙烯汽化器分别通过所述第二催化剂加料罐与所述两级气相反应器一一对应连接，当第一级气相反应器和/或第二级气相反应器聚合反应时，根据反应条件将第二催化剂加料罐内的所述待反应催化剂混合物通过所述丙烯气的冲洗加入第一级气相反应器和/或第二级气相反应器内。

于一具体实施例中，当同时选择第一级气相反应器和第二级气相反应器时，打开所述预聚合反应器与所述第一级气相反应器之间的阀门，所述聚丙烯种子料进入所述第一级气相反应器并在一定压力和温度条件下发生聚合反应生成第一级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物，所述一级聚合物进入所述第二级气相反应器并在一定压力和温度条件下继续进行聚合反应生成第二级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物。

于一具体实施例中，所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器还连接一气体循环管道，所述气体循环管道一端与所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器的上部的循环气出口连接，另一端与所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器的下部的一循环气入口连接。

于一具体实施例中，所述气体循环管道还安装有过滤器、循环气压缩机和换热器，气体依次经过所述循环气出口、过滤器、循环气压缩机、换热器经所述循环气入口进入所述气相反应器内形成完整的气体循环。

于一具体实施例中，还设有气体物料输入管，与所述第二级气相反应器上部连接。

于一具体实施例中，所述气体物料输入管上设有流量计控制器。

于一具体实施例中，所述原料精制单元包括丙烯精制单元、乙烯精制单元和氢气精制单元。

于一具体实施例中，所述丙烯精制单元包括丙烯精制塔和丙烯计量罐，所述丙烯精制塔通过管道与所述连接丙烯计量罐连接，所述丙烯精制塔的入口与所述原料储罐连接，所述丙烯计量罐的出口与所述第一催化剂加料罐连接。

于一具体实施例中，所述第一级气相反应器和第二级气相反应器均设有搅拌器，所述搅拌器装有螺带式搅拌桨叶。

于一具体实施例中，所述螺带式搅拌桨叶包括两个对称设置的具有上升螺旋面的螺带，所述螺带的上升螺旋面的螺旋升角为15-25°，所述螺带式搅拌桨叶的底部形状与所述第一级气相反应器或第二级气相反应器的下封头内壁曲率吻合。

于一具体实施例中，所述螺带式搅拌桨叶通过三个横梁支架固定在所述搅拌器的搅拌轴上，三个所述横梁支架的一端分别连接至所述搅拌轴的底端，三个所述横梁支架的另一端分别与所述螺带式搅拌桨叶的顶端、中部、底端连接，且三个横梁支架等间距分布在所述搅拌轴上且三个横梁支架间相互垂直。

本实用新型具有如下特点：

本实用新型可以进行气相聚合反应，也可单独通过预聚合反应器进行液相本体聚合，可应用于不同类型催化剂的均聚实验与共聚实验。

在进行气相聚合反应之前，可以先使用待评价的催化剂进行液相本体聚合，产生一定聚合物粉料后，转移到气相反应器中作为种子床，有利于气相聚合反应的建立，避免了其他杂质的引入(在研究催化剂性能时，使用其他催化剂制备的聚丙烯也被认为是杂质)。

在气相反应器中通过循环气循环和螺带式搅拌桨结合的方式，实现反应器内气固物料的均匀混合和温度的精确控制。第二级气相反应器中气体丙烯和α- 烯烃的比例可以任意调节。丙烯、α-烯烃、氢气均采用高精度流量计控制，物料计量准确，提高了物料计量的精度。

附图说明

图1为本实用新型的丙烯聚合组合评价装置的结构示意图。

其中附图标记为：

图中标记：1 为原料储罐；

2 为原料精制单元；

3 为第一催化剂加料罐；

4 为预聚合反应器；

5 为丙烯汽化器；

6、11 为第二催化剂加料罐；

7 为第一级气相反应器；

8、14 为过滤器；

9、15 为循环气压缩机；

10、16 为换热器；

12 为气体物料输入管；

13 为第二级气相反应器。

具体实施方式

图1为本实用新型的丙烯聚合组合评价装置的结构示意图。如图1所示，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。应当理解，以下所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种丙烯聚合组合评价装置，包括原料储罐1、原料精制单元2、第一催化剂加料罐3、预聚合反应器4、丙烯汽化器5、第一级气相反应器7、第二级气相反应器13和两个第二催化剂加料罐(6、11)。原料储罐1、原料精制单元2通过第一催化剂加料罐3与预聚合反应器的上部入口连接，原料储罐1、原料精制单元2通过第二催化剂加料罐(6、11)分别与第一级气相反应器7、第二级气相反应器13连接，在第二催化剂加料罐(6、11)与原料精制单元2之间连接丙烯汽化器5，第一级气相反应器7与第二级气相反应器13串联连接。

该原料储罐1储存液态的丙烯原料；原料精制单元2的入口通过第一管道与所述原料储罐1出口连接，所述原料精制单元2去除丙烯原料中的水、氧杂质得到液态的精制丙烯；

原料精制单元2包括丙烯精制单元、乙烯精制单元和氢气精制单元。其中所述丙烯精制单元包括丙烯精制塔和丙烯计量罐，所述丙烯精制塔通过管道与所述连接丙烯计量罐连接，所述丙烯精制塔的入口与原料储罐1连接，所述丙烯计量罐的出口通过第一催化剂加料罐3与预聚合反应器4连接。

具体而言，第一催化剂加料罐3的入口通过第二管道与所述原料精制单元 2的出口连接，催化剂、三乙基铝、外给电子体在所述第一催化剂加料罐3内预先混合成待反应催化剂混合物，在液态的所述精制丙烯的作用下将待反应催化剂混合物冲洗加入一预聚合反应器4内；该第一催化剂加料罐3的出口与所述预聚合反应器4的入口连接，在一定压强和温度条件下，所述精制丙烯与所述待反应催化剂混合物在所述预聚合反应器4内进行聚合反应得到的聚丙烯种子料。

在所述原料精制单元2与所述催化剂加料罐之间的所述第二管道上连接一丙烯汽化器5，该丙烯汽化器5用以将液态的所述精制丙烯制成气态的丙烯气。

预聚合反应器4的出口分别连接两个气相反应器，两个气相反应器可根据实验需要，可以分别单独运行，也可以双反应器串联运行。两个气相反应器可构成两个串联连接的两级气相反应器，该两级气相反应器包括两个结构相同的第一级气相反应器7和第二级气相反应器13，所述第一级气相反应器7和第二级气相反应器13串联连接，所述第一级气相反应器7和/或第二级气相反应器 13的入口均通过设有阀门的管道与所述预聚合反应器的出口连接，通过所述阀门的开或关选择采用第一级气相反应器7和/或第二级气相反应器13，预聚合反应器的出口分别与所述第一级气相反应器7或第二级气相反应器13上部的进料口连接。预聚合反应器为带夹套的反应器，通过夹套水浴控制反应釜的温度；

两个气相反应器配设两个第二催化剂加料罐(6、11)，两第二催化剂加料罐 (6、11)的入口均与所述丙烯汽化器5连接，所述丙烯汽化器5分别通过所述第二催化剂加料罐(6、11)与所述两级气相反应器一一对应连接，在第一级气相反应器7和/或第二级气相反应器13聚合反应时，当第一级气相反应器和/或第二级气相反应器聚合反应时，根据反应条件将第二催化剂加料罐内的所述待反应催化剂混合物通过所述丙烯气的冲洗加入第一级气相反应器和/或第二级气相反应器内。

其中预聚合反应器4既可以与第一级气相反应器串联又可以与第二级气相反应器串联，也可以与第一级气相反应器串联之后再与第二级气相反应器串联。

当同时选择第一级气相反应器7和第二级气相反应器13时，打开所述预聚合反应器与第一级气相反应器7之间的阀门，所述聚丙烯种子料进入所述第一级气相反应器7并在一定压力和温度条件下发生聚合反应生成第一级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物，所述一级聚合物进入所述第二级气相反应器13并在一定压力和温度条件下继续进行聚合反应生成第二级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物。

第一级气相反应器7或第二级气相反应器13均设置有气体循环管道，在所述气相反应器的上部开设一循环气出口，下部开设一循环气入口，所述气体循环管道连接在所述循环气出口与所述循环气入口之间。气体依次经过所述循环气出口、过滤器8、循环气压缩机9、换热器10经所述循环气入口进入所述第一级气相反应器7内形成完整的气体循环。同样，第二级气相反应器13的气体经循环气出口经过过滤器14、循环气压缩机15与换热器16经所述循环气入口进入所述第二级气相反应器13内形成完整的气体循环。通过循环气压缩机和换热器精确控制循环气的流量和温度，控制气相反应器的温度。

与所述第二级气相反应器13上部连接一气体物料输入管12，气体物料输入管上设有流量计控制器，用以精确计量反应所需的物料，气体物料输入管12 为α-烯烃输入管，连接到第二级气相反应器13。在反应期间，根据实验需要，可以向通过气体物料输入管12向第二级气相反应器13中通入一定量的乙烯和氢气，用以生产共聚物和调整分子量。通过第二级气相反应器中的气体物料输入管12实现气体丙烯和α-烯烃的比例的任意调节。聚合反应结束后，用氮气将第二级气相反应器13中的聚合物压出，聚合实验结束。

该第一级气相反应器7或第二级气相反应器13均设有带有螺带式搅拌桨叶的搅拌器。在该第一级气相反应器7或第二级气相反应器13通过循环气循环和螺带式搅拌桨结合的方式，实现反应器内气固物料的均匀混合和温度的精确控制。该螺带式搅拌桨叶包括两个对称设置的具有上升螺旋面的螺带，所述螺带上升螺旋面的螺旋升角为15-25°，所述螺带式搅拌桨叶的底部形状与所述第一级气相反应器7或第二级气相反应器13的下封头内壁曲率吻合，其底部形状与下封头内壁曲率吻合，从而使物料和催化剂向上翻，确保搅拌均匀无死角。

在第一级气相反应器和第二级气相反应器内均设有螺带式搅拌桨，所述螺带式搅拌桨包括两个对称设置的具有上升螺旋面的螺带，其螺带上升螺旋面的螺旋升角为15-25°。其底部形状与下封头内壁曲率吻合。所述螺带式搅拌桨叶通过三个横梁支架固定在所述搅拌器的搅拌轴上，三个所述横梁支架的一端分别连接至所述搅拌轴的底端，三个所述横梁支架的另一端分别与所述螺带式搅拌桨叶的顶端、中部、底端连接。详细之，螺带式搅拌桨叶通过三个横梁支架固定在搅拌轴上，第一横梁支架位于螺带式搅拌桨叶的顶端，第二横梁支架位于螺带式搅拌桨叶的中部，第三横梁支架固定在螺带式搅拌桨叶的底端，且三个横梁支架与搅拌轴底端相连，三个横梁支架等间距分布在搅拌轴上且横梁支架间相互垂直。在气相反应器中采用了一种特殊设计的螺带式搅拌桨，所述螺带式搅拌桨能有效推动物料螺旋向上、向中间运动，将进入的物料迅速分散到整个容器，使得釜体内各个点的物料趋于平均，并使物料与循环气发生充分的热量交换，进而使得釜体内各个点的反应速率趋于相等。

采用本实用新型提供的丙烯聚合组合评价装置，第一级气相反应器和第二级气相反应器既可以与液相的预聚合反应器分别串联，也可以相互串联之后再与预聚合反应器串联。

本实用新型的两个气相反应器根据实验需要，可以分别单独运行，也可以双反应器串联运行。

当单独运行一个气相反应器进行聚合反应时，以第二级气相反应器13举例说明：先经丙烯进料口进入一部分丙烯到预聚合反应器4，然后将计算好用量的三乙基铝、外给电子体和催化剂加入到第一级催化剂加料罐3，并用丙烯冲洗加入到预聚合反应器4中，预聚合反应器开启搅拌，根据条件控制反应温度 60-80℃，反应相应时间后终止。反应得到的聚丙烯通过预聚合反应器4底部的出料口转移到第二级气相反应器13，根据反应条件在催化剂加料罐11中加入一定量的三乙基铝，外给电子体和催化剂，并用丙烯气冲洗加入到第二级气相反应器13中，启动循环气压缩机15，控制换热器16温度，使第二级气相反应器13条件控制在1.5-3.5MPa，50-80℃，反应一定时间。在反应期间，根据实验需要，可以向第二级气相反应器13中通入一定量的乙烯和氢气，用以生产共聚物和调整分子量。聚合反应结束后，用氮气将第二级气相反应器13中的聚合物压出，聚合实验结束。

当需要进行两个气相反应器串联运行时，将丙烯精制塔精制的液态的精制丙烯的一部分经丙烯计量罐计量后加入到到预聚合反应器4，然后将计算好用量的三乙基铝，外给电子体和催化剂加入到第一级催化剂加料罐3，使用一定量的液态的精制丙烯对第一级催化剂加料罐3进行冲洗，并加入该液态的精制丙烯到预聚合反应器4中，预聚合反应器开启搅拌，根据条件控制反应温度 60-80℃，反应相应时间后终止。反应得到的聚丙烯通过预聚合反应器4底部的出料口转移到第一级气相反应器7，根据反应条件在催化剂加料罐6中加入一定量的三乙基铝、外给电子体和催化剂，并用丙烯气冲洗加入到第一级气相反应器77中，启动循环气压缩机9、控制换热器10温度，使第一级气相反应器7 条件控制在1.5-3.5MPa，50-80℃，反应一定时间。聚合反应结束后，反应得到的聚合物通过第一级气相反应器7底部的出料口转移到第二级气相反应器13，根据反应条件在催化剂加料罐11中选择加入一定量的三乙基铝、外给电子体和催化剂，并用丙烯气冲洗加入到第二级气相反应器13中，并通过气体物料输入管12加入特定的共聚α-烯烃，通过启动循环气压缩机15，控制换热器16温度，使第二级气相反应器13条件控制在1.5-3.5MPa，50-80℃，反应一定时间。聚合反应结束后，用氮气将第二级气相反应器13中的聚合物压出，聚合实验结束。

本实用新型的工艺流程如下：纯度为99.5％的原料丙烯，用压力通过管道送到丙烯精制塔，除去丙烯中的水、氧等杂质，进入丙烯计量罐。精制丙烯经由管道输送到第一催化剂加料罐3，与催化剂、三乙基铝、外给电子体混合后进入预聚合反应器，在2.5-3.5MPa，60-80℃进行聚合反应。反应得到的聚丙烯种子料进入气相反应器，并加入催化剂、三乙基铝、给电子体与汽化丙烯，在2-3MPa，50-80℃的条件下进行气相聚合反应。反应产物可以转移到气相共聚釜中，通过在反应器中额外加入一定比例的α-烯烃/丙烯混合气体，在2-3MPa，50-80℃的条件下气相聚合，可以得到共聚物；通过调节氢气含量调节聚合物的熔融指数。

Claims (11)

1.一种丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，包含：

原料储罐，储存液态的丙烯原料；

原料精制单元，通过第一管道与所述原料储罐的出口连接，所述原料精制单元用以去除丙烯原料中的水、氧杂质得到液态的精制丙烯；

第一催化剂加料罐，入口通过第二管道与所述原料精制单元的出口连接，催化剂、三乙基铝、外给电子体在所述第一催化剂加料罐内预先混合成待反应催化剂混合物，在液态的所述精制丙烯的作用下将待反应催化剂混合物冲洗加入一预聚合反应器内；

所述预聚合反应器，入口与所述第一催化剂加料罐的出口连接，在一定压强和温度条件下，所述精制丙烯与所述待反应催化剂混合物在所述预聚合反应器内进行聚合反应得到的聚丙烯种子料；

一丙烯汽化器，连接在所述第二管道上且位于所述原料精制单元与所述催化剂加料罐之间，所述丙烯汽化器将液态的所述精制丙烯制成气态的丙烯气；

两级气相反应器，包括两个结构相同的第一级气相反应器和第二级气相反应器，所述第一级气相反应器和第二级气相反应器串联连接，所述第一级气相反应器和/或第二级气相反应器的入口均通过设有阀门的管道与所述预聚合反应器的出口连接，通过所述阀门的开或关选择采用第一级气相反应器和/或第二级气相反应器；

两第二催化剂加料罐，入口均与所述丙烯汽化器连接，所述丙烯汽化器分别通过所述第二催化剂加料罐与所述两级气相反应器一一对应连接，当第一级气相反应器和/或第二级气相反应器聚合反应时，根据反应条件将第二催化剂加料罐内的所述待反应催化剂混合物通过所述丙烯气的冲洗加入第一级气相反应器和/或第二级气相反应器内。

2.如权利要求1所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，当同时选择第一级气相反应器和第二级气相反应器时，打开所述预聚合反应器与所述第一级气相反应器之间的阀门，所述聚丙烯种子料进入所述第一级气相反应器并在一定压力和温度条件下发生聚合反应生成第一级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物，所述一级聚合物进入所述第二级气相反应器并在一定压力和温度条件下继续进行聚合反应生成第二级聚合物，同时根据反应条件在相对应的所述第二催化剂加料罐内加入所述待反应催化剂混合物。

3.如权利要求1所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器还连接一气体循环管道，所述气体循环管道一端与所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器的上部的循环气出口连接，另一端与所述第一级气相反应器或/和第二级气相反应器的下部的一循环气入口连接。

4.如权利要求3所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述气体循环管道还安装有过滤器、循环气压缩机和换热器，气体依次经过所述循环气出口、过滤器、循环气压缩机、换热器经所述循环气入口对应进入所述第一级气相反应器或第二级气相反应器内形成完整的气体循环。

5.如权利要求3所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，还设有气体物料输入管，与所述第二级气相反应器上部连接。

6.如权利要求5所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述气体物料输入管上设有流量计控制器。

7.如权利要求1所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述原料精制单元包括丙烯精制单元、乙烯精制单元和氢气精制单元。

8.如权利要求7所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述丙烯精制单元包括丙烯精制塔和丙烯计量罐，所述丙烯精制塔通过管道与所述连接丙烯计量罐连接，所述丙烯精制塔的入口与所述原料储罐连接，所述丙烯计量罐的出口与所述第一催化剂加料罐连接。

9.如权利要求1所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述第一级气相反应器和第二级气相反应器均设有搅拌器，所述搅拌器装有螺带式搅拌桨叶。

10.如权利要求9所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述螺带式搅拌桨叶包括两个对称设置的具有上升螺旋面的螺带，所述螺带的上升螺旋面的螺旋升角为15-25°，所述螺带式搅拌桨叶的底部形状与所述第一级气相反应器或第二级气相反应器的下封头内壁曲率吻合。

11.如权利要求10所述的丙烯聚合组合评价装置，其特征在于，所述螺带式搅拌桨叶通过三个横梁支架固定在所述搅拌器的搅拌轴上，三个所述横梁支架的一端分别连接至所述搅拌轴的底端，三个所述横梁支架的另一端分别与所述螺带式搅拌桨叶的顶端、中部、底端连接，且三个横梁支架等间距分布在所述搅拌轴上且三个横梁支架间相互垂直。