用多个聚合反应器生产聚乙烯的制作方法
【专利说明】用多个聚合反应器生产聚乙烯
[0001] 背景 1.发明领域
[0002] 本发明一般涉及聚乙烯生产，更具体地涉及在两个或多个聚乙烯聚合反应器之间 操作转移淤浆。
[0003] 2.相关技术描述
[0004] 本部分旨在给读者介绍可能与下面要描述和/或要求保护的本发明方面相关的 技术方面。该讨论被认为有助于向读者提供背景信息以利于对本发明各方面的更好理解。 因此，应当理解，这些陈述基于此理解，而不作为现有技术承认。
[0005] 随着化学和石油化学技术的发展，这些技术的产品在社会上已变得越来越普遍。 具体而言，随着将简单分子结构单元结合为较长链（或聚合物）的技术的发展，聚合物产 品，其通常是各种塑料的形式，已经越来越加入到各种日常物品中。例如，聚乙烯聚合物和 其共聚物用于管道、零售和药品包装、食品和饮料包装、塑料袋、家用物品、各种工业产品 等。
[0006] 聚乙烯可从单体乙烯产生。如果仅使用单体乙烯进行聚合，聚乙烯聚合物被称为 均聚物，而除了乙烯外还加入不同的单体形成聚乙烯共聚物或三元聚合物等。在聚乙烯生 产中，除了乙烯外通常使用共聚单体1-己烯，以控制聚乙烯的密度。可将单体（乙烯、1-己 烯等）加入到聚合反应器中，例如液相反应器或气相反应器，在那里它们被转化为聚合物。 在液相反应器中，惰性经，例如异丁烧、丙烷、正戊烧、异戊烧、新戊烧、和/或正己烧，可用 作稀释剂，以携带反应器的内容物。催化剂（例如齐格勒_纳塔催化剂、茂金属催化剂、铬 基催化剂等）也可被加入反应器，以促进聚合反应。不同于单体，催化剂在聚合反应中通常 不被消耗。
[0007] 随着聚合物链在聚合过程中发展，产生了被称为"蓬松毛"或"片"或"粉末"的固 体颗粒。蓬松毛可具有一种或者多种感兴趣的熔体、物理、流变和/或机械性质，例如密度、 熔体指数（MI)、共聚单体含量、分子量等。取决于聚乙烯蓬松毛或后面成粒的聚乙烯蓬松毛 所进行的应用，可能期望不同的蓬松毛性质。反应器中反应条件的控制，例如温度、压力、化 学浓度、聚合物产率、催化剂类型等，可影响蓬松毛性质。
[0008] 在一些情况下，为了提高聚合生产线的能力或获得某些期望的聚合物特性，聚合 条件可得益自应用多于一个的聚乙烯聚合反应器，其中每个反应器具有其自身的条件组。 反应器中的条件，包括聚合配方，可被设定和维持以使聚乙烯聚合物产物为单峰的、双峰的 或多峰的。在双峰或多峰聚合物的情况下，至少两种聚乙烯聚合物，每种具有不同的分子量 分数，例如可被结合为一种聚合物产物。一般含义上，每个反应器中产生的聚乙烯将悬浮在 稀释剂中，形成淤浆。反应器可被串联连接，使得来自一个反应器的淤浆可被转移至后面的 反应器，等等，直到产生的聚乙烯聚合物以期望的特性组从最后反应器排出。例如，双峰聚 合物可通过串联的两个反应器产生，三峰聚合物可需要三个，等等。
[0009] 在一些情况下，遗憾地，从一个反应器转移到下一个反应器的淤浆的流动可能变 得不稳定或者转移淤浆流损失或大大降低，在反应器系统中产生了不稳定的聚乙烯聚合物 生产，淤浆转移管线的结垢，等等。这种存在问题的操作可导致不合规格的聚乙烯聚合物和 聚乙烯反应器系统的停工。
[0010] 发明概述
[0011] 本发明的方面涉及操作聚乙烯反应器系统的方法，包括：通过转移管线从第一聚 合反应器连续排放转移淤浆至第二聚合反应器，该转移淤浆包括稀释剂和第一聚乙烯；从 第二聚合反应器排放产物淤浆，该产物淤浆包括稀释剂、第一聚乙烯和第二聚乙烯；测定由 于转移管线中的摩擦造成的压力损失；和响应于超过规定值的压力损失调节压力变量。
[0012] 本发明的另一方面涉及操作聚乙烯反应器系统的方法，包括：在第一聚乙烯反应 器中聚合乙烯，形成第一聚乙烯；通过转移管线从第一聚合反应器连续排放包含稀释剂和 第一聚乙烯的转移淤浆至第二聚合反应器；在第二聚乙烯反应器中聚合乙烯以形成第二聚 乙烯；从第二聚乙烯反应器连续排放包含稀释剂、第一聚乙烯和第二聚乙烯的产物淤浆； 测定转移管线中转移淤浆的速度；和维持速度大于规定的或最小的值。
[0013] 本发明的又一方面涉及控制聚乙烯反应器系统的方法，包括：在第一聚合反应器 中聚合乙烯，以形成第一聚乙烯；通过转移管线从第一聚合反应器中连续排放包含稀释剂 和第一聚乙烯的转移淤浆至第二聚合反应器；在第二聚合反应器中聚合乙烯以形成第二聚 乙烯；从第二聚合反应器连续排放包含稀释剂、第一聚乙烯和第二聚乙烯的产物淤浆；计 算由于转移管线中的摩擦造成的压力损失；和响应于小于规定值的压力损失维持第一聚合 反应器和第二聚合反应器在基本相同的压力。
[0014] 本发明的又一方面涉及聚乙烯生产系统，其包括：第一聚乙烯回路反应器；第二 聚乙烯回路反应器；转移聚乙烯淤浆从第一聚乙烯回路反应器至第二聚乙烯回路反应器的 第一转移管线；和测定第一转移管线中的压力损失并将第二转移管线置于使用以将聚乙烯 淤浆从第一聚乙烯回路反应器转移至第二聚乙烯回路反应器的控制系统。
[0015] 附图简述
[0016] 在阅读了下面的详述和参看了附图以后，本发明的优势可变得明显，在附图中： [0017] 图1是方框流程图，描绘根据本技术的实施方式的用于生产聚乙烯的示例性聚乙 烯生产系统；
[0018] 图2是根据本技术的实施方式的图1聚乙烯生产系统的示例性反应器系统的工艺 流程图；
[0019] 图3是根据本技术的实施方式的在聚烯烃生产系统中操作反应器系统的方框流 程图；
[0020] 图4是根据本技术实施方式的测定反应器系统中的淤浆转移管线中压力损失的 方法的方框流程图；
[0021] 图5是根据本技术的实施方式的聚乙烯生产系统的示例性替代反应器系统的工 艺流程图；和
[0022] 图6是图5的替代反应器系统的示例性转移淤浆处理系统的工艺流程图。
【具体实施方式】 [0023] 详述
[0024] 下面描述本发明的一个或多个【具体实施方式】。为了提供这些实施方式的简洁描 述，不是实际执行方式的所有特征都在本说明书中描述。应当理解，在任何这种实际执行 方式的开发中，如在任何工程化或设计项目中，必须做出许多针对执行方式的决定，以实现 开发者的具体目标，例如符合可能在不同执行方式之间不同的系统相关以及商业相关的限 制。而且，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但却是本领域中具有普通技术以 及具有本公开益处的技术人员进行设计、制作和制造的常规任务。
[0025] 本技术的实施方式涉及测定由于串联布置的两个聚乙烯聚合反应器之间的聚乙 烯淤浆转移管线中的摩擦造成的压降或压力损失。聚乙烯聚合反应器的操作可响应于测定 的压降或压力损失进行调节。
[0026] 现在转向附图，并且首先参看图1，方框图描绘了用于生产聚烯烃聚乙烯的示例性 生产系统10。示例性生产系统10通常是连续操作，但可包括连续和间歇系统二者。示例性 生产系统10的示例性标称能力是每年生产大约700-1400百万镑聚乙烯。示例性每小时设 计速率是每小时大约70, 000-150, 000镑聚合/挤出的聚乙烯。然而，应当强调，本技术适 于包括具有在这些示例性范围之外的标称能力和设计速率的聚乙烯生产系统的聚烯烃制 造过程。
[0027] 各种供应装置12可通过管线、船、货车、钢瓶、桶等提供反应器原料14至生产系统 10。供应装置12可包括远离现场和/或在现场的设施，包括烯烃厂、炼油厂、催化剂厂等。 可能的原料的例子包括烯烃单体和共聚单体（例如乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯和癸烯）、 稀释剂（例如丙烷、异丁烷、正丁烷、正己烷和正庚烷）、链转移剂（例如氢）、催化剂（例如 齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂和茂金属催化剂），催化剂可以是多相的、均相的、负载的、 未负载的和助催化剂（例如二乙基棚、有机错化合物、甲基错氧烧、二乙基错等）和其他添 加剂。在乙烯单体的情况下，示例性乙烯原料可通过管线在45-65°F以大约800-1450镑 每平方英寸表压（psig)供应。示例性氢原料也可通过管线供应，但是以90-110°F下大约 900-1000psig。当然，对于乙烯、氢和其他原料14,可存在各种供应条件。
[0028] 供应装置12通常提供原料14至反应器进料系统16,在那里可存储原料14,例如 在单体存储和进料罐、稀释剂容器、催化剂罐、助催化剂瓶和罐等中。在乙烯单体进料的情 况下，在某些实施方式中，乙烯可被进料至聚合反应器而在进料系统16中没有中间存储。 在系统16中，原料14被处理或加工，然后作为进料18将其引入聚合反应器。例如，原料14 例如单体、共聚单体和稀释剂可被发送通过处理床（例如分子筛床、铝填料等）以除去催化 剂毒物。这种催化剂毒物可包括例如水、氧、一氧化碳、二氧化碳和包含硫、氧或卤素的有机 化合物。烯烃单体和共聚单体可以是液体、气体或超临界流体，这取决于被进料的反应器类 型。同样，应当注意，通常仅使用相对小量的新鲜补充稀释剂作为原料14,而进料至聚合反 应器的大多数稀释剂从反应器流出物中回收。
[0029] 进料系统16可制备或调理其他原料14,例如催化剂，以加入聚合反应器中。例如， 催化剂可被活化并且然后与稀释剂（例如异丁烷或己烷）或矿物油在催化剂制备罐中混 合。进一步，进料系统16通常提供计量和控制原料进入聚合反应器中的添加速率，以维持 期望的反应器稳定性和/或实现期望的聚烯烃性质或生产速率。进一步，在操作中，进料系 统16也可存储、处理和计量回收的反应器流出物以循环至反应器。的确，在进料系统16中 的操作通常接收原料14和回收的反应器流出物流二者。总之，原料14和回收的反应器流 出物在进料系统16中被处理，并且作为进料流18 (例如单体乙烯、共聚单体、稀释剂、催化 剂、助催化剂、氢、添加剂或其组合的流）进料至反应器系统20。如下面讨论，流18可在至 反应器的进料管道中输送，该进料管道接入反应器系统20中的聚合反应器的壁中。
[0030] 反应器系统20可具有一个或多个反应器容器，例如液相或气相反应器。如果采用 多个反应器，反应器可以串联、并联或以其他组合或配置布置。在聚合反应器容器中，聚合 一种或多种烯烃单体（例如乙烯）以及任选地共聚单体（例如1-己烯），以形成产物聚合 物颗粒，通常称为蓬松毛或颗粒。蓬松毛可具有一种或多种感兴趣的熔体、物理、流变、和/ 或机械性质，例如密度、熔体指数（MI)、分子量、共聚物或共聚单体含量、模量等。可选择反 应条件例如温度、压力、流速、机械搅拌、产物提取、组分浓度、催化剂类型、聚合物生产速率 等，以获得期望的蓬松毛性质。
[0031] 除了一种或多种烯烃单体，通常也加入促进乙烯单体聚合的催化剂到反应器中。 催化剂可以是悬浮于反应器内流体介质中的颗粒。一般地，可使用齐格勒催化剂、齐格 勒-纳塔催化剂、茂金属和其他熟知的聚烯烃催化剂以及助催化剂。具体催化剂的例子是 在二氧化硅载体上含有六价铬的氧化铬催化剂。通常，在制备和/或在接入聚合反应器的 壁中的进料管道中输送催化剂中使用例如无烯烃的稀释剂或矿物油。进一步，稀释剂可被 进料到反应器中，通常为液相反应器。稀释剂可以是在反应条件下为液体的惰性烃，例如异 丁烷、丙烷、正丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、环己烷、环戊烷、甲基环戊烷、乙基环 己烷等。稀释剂的目的一般是悬浮反应器中的催化剂颗粒和聚合物。如所示，稀释剂也可 用于反应器或管线冲刷以减少堵塞或结垢，促进聚合物淤浆在管线中的流动，等等。
[0032] 动力设备可存在于反应器系统20中的一个或多个反应器的每一个中。例如，在液 相反应器例如回路淤浆反应器中，叶轮可形成流体介质中的混合区域。叶轮可由发动机驱 动以推动流体介质以及悬浮在流体介质中的任何催化剂、聚烯烃蓬松毛或其他固体颗粒通 过反应器的闭合回路。类似地，在气相反应器例如流化床反应器或活塞流反应器中，可使用 一个或多个搅拌桨或搅拌器以混合反应器中的固体颗粒。
[0033] 反应器的聚乙烯蓬松毛产物淤浆22从系统20的排放物可以包括聚合物聚乙烯蓬 松毛以及非聚合物组分，例如稀释剂、未反应的单体/共聚单体和残留催化剂。在某些实施 方式中的反应器的构造中，排放喷嘴和管道可安装（例如焊接）在龙头或反应器壁中切出 的孔处。通过排放喷嘴从反应器（例如一系列反应器的最后反应器）出来的蓬松毛产物淤 浆22的排放物可以随后处理，例如通过稀释剂/单体回收系统24。
[0034] 稀释剂/单体回收系统24可处理来自反应器系统20的蓬松毛产物淤浆22以从 聚合物蓬松毛28分离非聚合物组分26 (例如稀释剂和未反应的单体）。稀释剂/单体可在 回收系统24中闪蒸，以从蓬松毛28分离稀释剂/单体。
[0035] 分馏系统30可处理未反应的回收的非聚合物组分26 (例如稀释剂/单体）以除去 不期望的重组分和轻组分，并产生例如无烯烃的稀释剂。分馏的产物流32然后可直接（未 示出）或经由进料系统16返回到反应器系统20。这种无烯烃的稀释剂可在进