生产乙烯聚合物的设备和方法技术

本发明专利技术提供生产乙烯聚合物的设备和方法，其中使用封闭环管（即环管反应器）形式的管道装置，用以接受包括乙烯的单体、聚合催化剂和稀释剂流过管道；使单体聚合成乙烯聚合物。管道装置包括至少一根卷曲板材制成的管子；冷却剂流体绕着这根管子流过进行热交换。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在环管反应器内。该环管反应器由封闭环管形式的管道所构成。烯烃聚合物(如聚乙烯)的典型生产是通过把单体、催化剂以及稀释剂混合并在环管反应器中循环而实现的。聚合反应是放热反应，它放出相当大的热量。因此，为了维持所需要的反应温度，将冷却流体(如水)与环管反应器的某些管段的外表面相接触并在其周围循环。人们特别希望对从反应器移热进行优化，从而可以在一定的反应温度下获得最大的聚合物产率，或者在一定的聚合物产率下使反应温度最低，进而获得较低密度的聚合物。因此，本专利技术的目的是提供在环管反应器中，它在从反应物中除热方面对先有技术作了改进。上述目的是采用生产乙烯聚合物的设备来实现的，它包括用于限定流通路径并穿过它形成封闭环管的管道装置，其中至少管道装置的一部分包括至少一根由卷曲板材制成的管子，板材有两条沿接缝联接的边;使冷却剂流体在管子外表面流过进行热交换的冷却装置;向通路中引入至少一种单体(包括乙烯)的装置;向通路中引入聚合催化剂和稀释剂的装置;使单体、催化剂和稀释剂以混合形式流过通路并绕着封闭环管流动的装置，在流动过程中乙烯聚合物就在通路中生成;和从通路中取出聚合物的装置。另一方面，本专利技术提供了采用上述设备生产乙烯聚合物的方法。在此设备内，当反应物在管道装置内的上述通路中流过时，冷却剂在管道外表面流动进行热交换。正如下面将更详细地讨论到的，采用轧制板材结构制作上述管子可使管壁比先有技术中的无缝结构的管子更薄，正如后面的实施例所说明的。在这点上减小壁厚可使传热系数增加，从而使反应器除热增加。如前所述，这种对反应器移热能力的强化可在一定反应温度下获得最大的聚合物产率或在一定的聚合物产率下使反应温度最低，从而得到较低密度的聚合物。图的简要说明附图说明图1是生产乙烯聚合物设备的图解等比例示意图(Schematic and isometric representation)。图2是图1所示设备之一部分的侧视图。图3是图2沿3-3截面的剖面图，它表明了本专利技术中管子的卷曲板材结构。本专利技术普遍适用于乙烯聚合物的生产，该生产是使至少一种含乙烯的单体、催化剂和稀释剂混合流过环管反应器而完成的。单体进料可以仅是乙烯，也可以是乙烯和少量(总单体进料的25%(重量)以下)其它烯烃的混合物。这些烯烃可以是每分子3至8个碳原子的1-烯烃，如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯、4-乙基-1-己烯等等，或共轭二烯烃，如丁二烯或异戊二烯。催化剂可以是任何能使上述单体聚合的催化剂，然而最适宜的是含6价铬的铬氧化物催化剂。稀释剂可以是，例如，碳氢化合物，例如正戊烷、正丁烷、异丁烷、正己烷、正癸烷、环己烷、甲基环戊烷、甲基环己烷等等。生成的乙烯聚合物是颗粒状的，根据本专利技术的某些方面，乙烯聚合物可以是乙烯的均聚物或乙烯和上述其它烯烃的共聚物。在此处及以后的权利要求书中所用的术语“乙烯的聚合物”和“乙烯聚合物”包括仅由乙烯单体生成的乙烯均聚物，和由乙烯和其它烯烃生成的乙烯和其它烯烃的共聚物。现在来看图1，图中标号10图解地表示环管反应器。所示的封闭环管图解地表示管道装置限定的通路，它包括许多基本上垂直方向的部分12、14、16和18，还包括许多基本上水平方向的部分20、22、24和26。如图所示，第12和14部分的上端与第20部分相联接，而第16和18两部分的上端也类似地与第22部分相联。第14和第16部分的下端与第26部分联接，第12和第18部分的下端则类似地与第24部分联接。每个不同的部分都是管子所组成的，在下面图2中将进一步讨论这些管子。应当理解图1中所示的环管反应器10的配置只是一种可能的方案，还可以采用其它配置和提供各种相互联接部分的形式而限定封闭环管。如图所示，液态的单体进料从标号28处进入所示方案的第14部分。固体颗粒状催化剂的浆料和液体稀释剂从标号30处进入第26部分。虽然在图中只示意出使催化剂和稀释剂仅从一个注入点进入第26部分，但在工业反应器中最好有数个这种注入点(3到10个)。反应物沿预先确定的方向流动，例如沿图中所示的箭头方向流动。该流动是借助于一个内置的螺旋桨或类似的装置(图中未表示出)而进行的。该螺旋桨是通过驱动联接装置32与适当的动力源34相联接而驱动的。反应混合物的流动应维持足够高的速度以保持固体的悬浮。液体流率按雷诺数表示在约1，000，000至约35，000，000范围内较好。至于其它反应条件，环管反应器内反应物的温度通常维持在约150°F到约250°F。压力通常维持在约450到约800磅/平方英寸(表压)范围内(流体表压，相对于大气压测量)。乙烯聚合物就在环管反应器10中生成，并由沉降料腿装置36和阀门38排出。当反应物流经第24部分时，聚合物就倾向于从阀门38(关闭状态)上行进入沉降料腿36。阀门38由相应的控制装置(此处未标出)周期性地开启以放出很稠的聚合物和稀释剂的桨料。假定构成反应器通路的各种管子的外径大约为10英寸到约30英寸，并且公称壁厚为约1/2英寸到约3/4英寸之间，则聚合物的产率一般在30，000磅/小时到50，000磅/小时。聚合物的密度大约为0.89到0.97，它取决于反应温度、所用的单体以及单体加入速率。一般来说在恒定的单体加入速率下，反应温度降低，会使生成的聚合物有较低的密度。现在来看图2，这是环管反应器中的第12部分。为了说明方便，将其中间部分截断。第12部分包括内管40，它接受单体、稀释剂、催化剂和聚合物通过，管子40穿过管子42延伸以使它们基本上同轴。外管42的下部与扩大部分44相联，这里有冷却剂流体入口46，如图所示，冷却剂液流从标号48处通过入口46进入。类似地，外管42的上部与带有出口52的扩大部分50相联，如图所示，冷却剂流体在标号54处通过出口流出。相应地，冷却剂在管子40和42之间的基本上环形的空间内流动从而围绕管子40的外表面流动并与之相接触。冷却剂液体和管子40内的反应物通过管子40的管壁进行热交换，从而移出管子40内的反应热。扩大段44和50分别与端环56和58相接，管子40经过端环延伸出去。为进一步固定管子40，用支撑件60和62分别与端环56和58以及内管40相联。最后，管子40的上、下两端分别与弯头64和66通过法兰相接。弯头64伸向第24部分(见图1)，而弯头66伸向第20部分(见图1)。图2中可见法兰68，它位于沿着基本上水平方向的第20部分居中放置(图2中看不到第20部分)。现在来看图3，它是管子40和42的剖面图，及由管子40外表面与管子42内表面之间所形成的基本上环形的空间70的剖面图。管子40由轧制板材制成，它的两条边沿纵向对接形成缝72。管子40用已知的常用的方法制成，其中板材被轧制成所需要的管状。轧制板材的两边适宜用任何合适的焊接技术(比如电弧焊)连接以产生焊缝。用于焊接的填充金属最好是与轧制钢板相似的金属以及具有相当的抗张强度，而且填充金属宜从管子40的外表面延伸至管子40的内表面以形成“完整的”对焊接口。经全面射线照相探伤检查，这种“完整的”对焊接口可以是，例如，双面焊接的对焊接口的形式。这样可使联接效率(焊接的允许应力和轧制板材的允许应力之比)达到100%，参见美国机械工程师协会本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产乙烯聚合物的设备，它包括　　用于限定流通路径并通过它形成封闭环管的管道装置，其中至少所述的管道装置的一部分包含至少一根有其外表面、采用沿接缝联接两条边的卷曲板材制成的管子；　　使冷却剂流体流过所述的至少一根管子的外表面进行热交换的冷却装置；　　向所述的通路中引入至少一种单体（包括乙烯）的装置；　　向所述的通路中引入聚合催化剂和稀释剂的装置；　　使所述的至少一种单体、催化剂和稀释剂以混合态流过通路并绕着所述的封闭环管流动的装置、在流动过程中，乙烯聚合物就在所述的通路中生成；和　　从所述的通路中取出聚合物的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JD霍托维，FC劳伦斯，BW洛，JS范迈耶，
申请(专利权)人：菲利浦石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]