使用多个聚合反应器的聚烯烃生产的制作方法

使用多个聚合反应器的聚烯烃生产的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及聚烯烃生产，并且更确切地说，涉及聚烯烃生产系统中聚合反应器和下游加工的联接和脱离。
【背景技术】
[0002]这一部分意在为读者介绍本领域中可能与在下文中所描述的和/或要求保护的本发明的方面相关的方面。这一论述被认为有助于为读者提供背景信息以促进对本发明的各个方面的更好的理解。因此，应当了解的是，这些语句将要从这个角度被解读而并非被视作对现有技术的承认。
[0003]随着化学技术和石油化学技术进步，这些技术的产品在社会中已经变得越来越普遍。具体来说，随着用于使简单的分子构筑嵌段键合成更长的链(或聚合物)的技术进步，通常呈各种塑料形式的聚合物产品已经被越来越多地并入到日常物品中。诸如聚乙烯、聚丙烯以及它们的共聚物之类的聚烯烃聚合物被用于管道、零售包装和药物包装、食品和饮料包装、塑料袋、玩具、地毯、各种工业产品、汽车部件、器具以及其它家用物品等。
[0004]诸如高密度聚乙烯(HDPE)之类的特定类型的聚烯烃在制造吹塑成型物品和注塑成型物品(如食品和饮料容器、膜以及塑料管)中具有特定的应用。其它类型的聚烯烃，如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、等规聚丙烯(iPP)、以及间规聚丙烯(sPP)也适用于类似的应用。所述应用的机械要求(如拉伸强度和密度)和/或化学要求(如热稳定性、分子量以及化学反应性)通常决定何种类型的聚烯烃是合适的。
[0005]如可以从上述用途清单所推导出的那样，聚烯烃构造的一种益处在于它一般不与它所接触的物品或产品反应。这允许聚烯烃产品被用于住宅、商业、以及工业背景中，包括食品和饮料的储存和运输、消费类电子产品、农业、航运、以及车辆构造。聚烯烃的各种各样的住宅、商业以及工业用途已经体现为对可以被挤出、注塑、吹塑或以其它方式形成最终的消费产品或部件的原料聚烯烃的显著需求。
[0006]为了满足这种需求，存在各种可以使烯烃聚合以形成聚烯烃的工艺。这些工艺可以在石油化学设施处或接近石油化学设施处进行，所述石油化学设施使得能够随时获取短链烯烃分子(单体和共聚单体)，如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯、以及长得多的聚烯烃聚合物的其它构筑嵌段。这些单体和共聚单体可以在液相聚合反应器和/或气相聚合反应器中聚合。随着聚合物链在反应器中在聚合期间产生，在反应器中产生被称为“绒毛”或“薄片”或“粉末”的固体颗粒。
[0007]所述绒毛可以具有一种或多种所关注的熔体特性、物理特性、流变学特性和/或机械特性，如密度、熔体指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、共聚单体含量、分子量、结晶度等。所述绒毛的不同特性可以是理想的，这取决于要应用聚烯烃绒毛或随后制粒的聚烯烃的应用。对反应器内反应条件的选择和控制可以影响绒毛特性，所述反应条件如温度、压力、化学品浓度、聚合物产生速率、催化剂类型等。
[0008]除了一种或多种烯烃单体之外，还可以将用于促进单体聚合的催化剂(例如齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta)、茂金属催化剂、络基催化剂等)添加到反应器中。举例来说，所述催化剂可以是经由反应器进料流所添加的并且在添加之后悬浮在反应器内的流体介质中的颗粒。不同于单体，催化剂在聚合反应中一般不被消耗。此外，可以将惰性烃，如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和/或正己烷添加到反应器中并且用作稀释剂以承载反应器的内容物。然而，一些聚合工艺可能不使用单独的稀释剂，如在其中丙烯单体本身充当稀释剂的聚丙烯生产的所选实施例的情况下。一般来说，稀释剂可以促进反应器中聚合物浆液的循环、反应器中聚合物浆液的散热等。
[0009]反应器的浆液排放物通常包括聚合物绒毛以及非聚合物组分，如未反应的烯烃单体(和共聚单体)、稀释剂等。一般诸如通过稀释剂/单体回收系统(例如闪蒸容器或分离器容器、吹扫塔等)对这种排放流进行加工以将非聚合物组分与聚合物绒毛分离。可以例如将由回收系统回收的稀释剂、未反应的单体、以及其它非聚合物组分处理并且再循环到反应器中。对于所回收的聚合物(固体)，可以对聚合物进行处理以在将聚合物发送给客户之前使残余的催化剂失活、去除夹带的或溶解的烃、使聚合物干燥、以及将聚合物在挤出机中制粒等。
[0010]在一些情况下，为了提高聚烯烃聚合管线的生产能力或为了实现某些所需的聚合物特征，可以使用多于一个聚合反应器，其中每一个反应器具有它自己的一组条件。举例来说，包括聚合配方在内的对应的反应器条件可以被设置和维持以使得聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯)聚合物产品是单峰的、双峰的或多峰的。在双峰或多峰聚合物的情况下，例如各自具有不同的分子量分数(和不同的密度)的至少两种聚烯烃聚合物(例如两种聚乙烯聚合物或两种聚丙烯聚合物)可以被组合成一种聚合物产品。反应器可以被串联连接，以使得来自一个反应器的浆液可以被转送到后续的反应器中等等，直到产生由最终的反应器排放的具有一组所需特征的聚烯烃聚合物为止。举例来说，双峰聚合物可以由串联的两个反应器产生，三峰聚合物可能需要串联的三个反应器，诸如此类。此外，在每一个反应器中产生的聚烯烃聚合物的量可以是不同的，并且因此赋予聚合物产品以不同的重量百分比。
[0011]聚烯烃生产的竞争性商业驱使制造商不断地改进它们的工艺以降低生产成本、提高产品质量、增加操作灵活性和能力、扩大产品分布(product slate)品种、扩展产品的最终用途和性能等。在其中每年生产数十亿镑聚烯烃的行业中，小幅增量的改进，诸如在产品质量和品种方面的改进可以产生显著的经济效益、增加的销售额、更大的市场份额、更大的净回值等。

【发明内容】

[0012]本发明的一个方面涉及一种聚烯烃生产系统，所述聚烯烃生产系统包括:第一反应器，所述第一反应器被配置成产生包含第一聚烯烃的第一反应器排放物；第二反应器，所述第二反应器被配置成产生具有第二聚烯烃的第二反应器排放物；以及反应器后处理区，所述反应器后处理区被配置成接收所述第一反应器排放物和所述第二反应器排放物，其中所述第一反应器和所述第二反应器被配置成允许所述第一反应器排放物(a)被转送到所述第二反应器中，以及作为另外一种选择，(b)被转向以绕过所述第二反应器并且被送入所述反应器后处理区中，其中所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃最初在所述反应器后处理区中接触。
[0013]本发明的另一个方面涉及一种聚烯烃生产系统，所述聚烯烃生产系统包括:第一反应器，所述第一反应器被配置成产生包含聚烯烃和非聚烯烃组分的第一反应器排放物；以及反应器后处理区，所述反应器后处理区被配置成接收所述第一反应器排放物并且产生第一挤出聚烯烃和第二挤出聚烯烃。
[0014]本发明的又另一个方面涉及一种聚烯烃生产系统，所述聚烯烃生产系统包括:第一反应器，所述第一反应器被配置成产生具有第一聚烯烃的第一排放浆液；第二反应器，所述第二反应器被配置成产生包含第二聚烯烃的第二排放浆液；以及反应器后处理区，所述反应器后处理区包括分离容器，所述分离容器被配置成接收作为独立进料的所述第一排放浆液和所述第二排放浆液。
【附图说明】
[0015]在阅读以下详细说明后并且在参考附图后，本发明的优势可以变得显而易见，其中:
[0016]图1是描绘根据本发明技术的实施方案的用于生产聚烯烃的示例性聚烯烃生产系统的方块流程图；
[0017]图2是根据本发明技术的实施方案的图1的聚烯烃生产系统的示例性反应器系统的工艺流程图；
[0018]图3A-5C是根据本发明技术的实施方案的图1的聚烯烃生产系统中可应用的示例性反应器系统的工艺流程图；
[0019]图6A-6C是根据本发明技术的实施方案的示例性相邻的聚烯烃生产系统的部分的工艺流程图；
[0020]图7是根据本发明技术的实施方案的向两个稀释剂/单体回收系统排放的环管反应器的工艺流程图；
[0021]图8是根据本发明技术的实施方案的图1的聚烯烃生产系统的示例性反应器系统的工艺流程图；
[0022]图9-11是根据本发明技术的实施方案的图1的聚烯烃生产系统中可应用的示例性稀释剂/单体回收系统的工艺流程图；
[0023]图12是根据本发明技术的实施方案的两个相邻的示例性单体/稀释剂回收系统的工艺流程图；
[0024]图13是描绘了根据本发明技术的实施方案在稀释剂/单体回收系统中能够接收来自一个或多个反应器系统的两个绒毛产品浆液的示例性分离容器的工艺流程图；
[0025]图14是根据本发明技术的实施方案的图1的聚烯烃生产系统的示例性挤出系统和装载系统的工艺流程图；以及
[0026]图15A-15C是根据本发明技术的实施方案的图1和图14的挤出系统的示例性替代方案的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0027]本发明的一个或多个具体实施方案将描述于下文中。为了提供对这些实施方案的简要说明，在本说明书中并未对实际实施方式的所有特征进行描述。应当了解的是，在任何这种实际实施方式的研发中，如同在任何工程项目或设计项目中那样，必须作出很多的实施方式特定的决定以实现研发人员的特定目标，如符合系统相关的和业务相关的限制条件，这些特定目标可能在实施方式之间不同。此外，应当了解的是，这种研发工作可能是复杂并且耗时的，但是尽管如此，对于得益于本公开的本领域的普通技术人员来说，仍将是设计、制作以及制造的常规任务。
[0028]本发明技术的实施方案涉及独特地提高操作灵活性和聚烯烃产品分布能力。聚烯烃生产系统被配置成能够以串联和并联这两种方式操作聚合反应器。串联模式在某些实施例中可以被表征为聚合反应器的联接操作。并联模式在实施例中可以被表征为聚合反应器的脱离或独立操作。这种将一组聚合反应器的操作在串联操作与并联操作之间变换的能力可以提供生产单峰聚烯烃聚合物和多峰(例如双峰)聚烯烃聚合物的灵活性，并且还提供停工和维护的灵活性，如下文所论述。
[0029]因此，本发明技术的实施方案涉及聚烯烃工厂的工艺改进以给予产品类型的灵活性。在某些实施方案中，使至少两个浆液环管反应器串联运行，然后脱离以并联运行或脱离以使得一个反应器运行，而其它反应器停工以进行维护。这给予工厂灵活性以根据不断变化的市场情况运行双峰产品以及切换成单一反应器产品。并联反应器可以在分开的并联管线上运行或在反应器排放流之后组合。
[0030]在聚烯烃生产系统中反应器后处理区可以被配置成能够接收:(I)由以并联模式操作的聚合反应器排放的产品聚烯烃浆液；以及(2)来自一组以串联模式操作的聚合反应器中的末端或最终反应器的产品聚烯烃浆液。反应器后处理区可以使任何多个所接收的产品聚烯烃浆液接触、组合、以及共混。换句话说，在反应器后处理区接收超过一个产品聚烯烃浆液的情况下，所述产品聚烯烃浆液可以在反应器后处理区中会合或接触并且组合，并且在反应器后处理区的例如挤出机中(例如在挤出机中的流动熔体中)共混。
[0031]除了组合聚烯烃浆液之外，聚烯烃生产系统中提高的操作和产品灵活性还可以涉及使聚烯烃浆液和/或聚烯烃固体流分流、分开、以及转向。举例来说，由聚合反应器排放的聚烯烃产品浆液可以被转向或分成两个物流。在其它实施例中，在反应器后处理区中聚烯烃固体流可以被转向或分成两个物流。
[0032]如下文所论述，反应器后处理区可以包括单体/稀释剂回收系统，所述单体/稀释剂回收系统从由一个或多个聚合反应器排放的聚烯烃产品浆液中去除烃；以及挤出系统，所述挤出系统将来自单体/稀释剂回收系统的经过处理的聚烯烃产品制粒。此外，所述反应器后处理区可以包括分馏系统，所述分馏系统将在单体/稀释剂回收系统中所回收的烃(例如稀释剂、单体)纯化。
[0033]再次，本发明的技术提供灵活性。反应器可以串联运行以生产双峰或单峰树脂。反应器可以并联运行并且生产相同或不同的产品。可以将反应器的产品共混、分离、以绒毛或粒料的形式出售。串联反应器设计有时在生产广泛产品的能力方面受到限制。这在大型工厂生产能力的情况下可能是重要的，这是因为市场可能不能主要采用双峰类型。使反应器脱离还可能给予工厂灵活性以生产更高利润的产品以及更大的生产量。这可以提高工厂经济。
[0034]在某些实施方案中，聚烯烃工厂可以串联模式使用至少两个环管浆液反应器并且使用以下配置和操作灵活性来运行:(I)来自下游反应器的产品被送入一种分离操作(旋风分离器、闪蒸罐等)；(2)来自下游反应器的产品被分流并且送入并联管线(旋风分离器、闪蒸罐、吹扫塔、挤出机等)中；以及⑶来自下游反应器的产品在挤出机处被分流并且两个并联的挤出机以不同的条件(添加剂、交联)或相似的条件运行。
[0035]此外，实施方案使得串联反应器可以在操作上脱离并且并联运行(或脱离并且这些反应器中的一个被停工以进行维护):(1)将来自并联反应器的产品在下游在分离(闪蒸)操作、吹扫塔或挤出机中组合；或(2)将来自并联反应器的产品送到并联管线(旋风分离器、闪蒸容器、吹扫塔、挤出机等)中。此外，这些并联反应器可以被切换成串联操作，并且通过将浆液从一个反应器连续转送到其它反应器中将反应器组合。
[0036]此外，本发明的技术可以有益于操作相邻的聚烯烃生产线。在一些实施例中，本发明的技术可以提供现有安装的改装。举例来说，各自具有单一聚合(环管)反应器的现有相邻聚烯烃管线可以被改装以提供本发明的灵活性而以并联模式和串联模式操作两个反应器，并且因此以便容易进行例如单峰式生产和双峰式生产。最后，虽然未在图中加以描绘，但可以在串联的两个反应器之间设置绒毛浆液加工系统。在某些实施例中，绒毛浆液加工系统从由第一反应器向第二反应器中排放的转送浆液中去除轻质组分。
[0037]1.聚烯烃生产概述
[0038]现在转向附图，并且最初参考图1，框图描绘了用于生产诸如聚乙烯、聚丙烯、以及它们的共聚物等聚烯烃的示例性生产系统10。示例性生产系统10通常是连续操作，但可以包括连续系统和分批式系统这两者。示例性生产系统10的示例性标称生产能力是每年生产约70000万-160000万镑聚烯烃。示例性每小时设计速率是每小时约70，000至200，000镑聚合/挤出的聚烯烃。然而，应当强调的是，本发明的技术适用于包括具有在这些示例性范围以外的标称生产能力和设计速率的聚乙烯生产系统的聚烯烃制造工艺。
[0039]各种供应商12可以经由管线、船舶、卡车、缸、桶等向生产系统10提供反应器原料14。供应商12可以包括场外和/或现场的设施，包括烯烃工厂、炼油厂、催化剂厂等。可能的原料的实例包括烯烃单体和共聚单体(如乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯、以及癸烯)；稀释剂(如丙烷、异丁烷、正丁烷、正己烷、以及正庚烷)；链转移剂(如氢气)；催化剂(如齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂、以及茂金属催化剂)，所述催化剂可以是非均相催化剂、均相催化剂、负载型催化剂、非负载型催化剂、以及助催化剂，如三乙基硼、有机铝化合物、甲基铝氧烷、三乙基铝、硼酸盐、三异丁基铝等；以及活化剂，如固体超强酸；以及其它添加剂。在乙烯单体的情况下，示例性乙烯原料可以经由管线以约800-1450镑/平方英寸(表压)(psig)在45° F-65° F下供给。示例性氢气原料也可以经由管线供给，但是以约900-1000psig在90° F-110。F下供给。当然，对于乙烯、氢气、以及其它原料14，可以存在多种供给条件。
[0040]供应商12通常向反应器进料系统16提供原料14，其中这些原料14可以被储存在如单体储存和进料罐、稀释剂容器、催化剂罐、助催化剂缸和罐等中。在乙烯单体进料的情况下，在某些实施方案中，可以将乙烯送到聚合反应器中而在进料系统16中没有中间储存。在进料系统16中，可以对原料14进行处理或加工，之后将它们作为进料18引入到聚合反应器系统中。举例来说，可以输送诸如单体、共聚单体以及稀释剂之类的原料14穿过处理床(例如分子筛床、铝填料等)以去除催化剂毒物。这些催化剂毒物可以包括例如水、氧气、一氧化碳、二氧化碳、以及含有硫、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，这取决于正被进料的反应器的类型。此外，应当指出的是，通常仅利用相对少量的新鲜的补充稀释剂作为原料14，其中被送到聚合反应器中的稀释剂中的大部分从反应器流出物中回收。
[0041]进料系统16可以制备或调节诸如催化剂之类的其它原料14以添加到聚合反应器中。举例来说，可以在催化剂制备罐中制备催化剂，然后将所述催化剂与稀释剂(例如异丁烷或己烷)或矿物油混合。此外，进料系统16通常提供对原料14进入聚合反应器中的添加速率进行计量和控制以维持所需的反应器稳定性和/或实现所需的聚烯烃特性或生产速率。此外，在操作中，进料系统16还可以储存、处理、以及计量所回收的反应器流出物以再循环到反应器中。实际上，在进料系统16中的操作一般接收原料14和所回收的反应器流出物流这两者。
[0042]总体上，原料14和所回收的反应器流出物在进料系统16中被加工并且作为进料流18(例如单体、共聚单体、稀释剂、催化剂、助催化剂、氢气、添加剂或其组合的物流)被送入反应器系统20中。如下文所论述，可以将物流18在进料管道中输送到反应器中，所述进料管道接进反应器系统20中的聚合反应器的壁中。此外，给定的进料系统16可以专用于特定的反应器或串联或并联设置/操作的多个反应器。此外，进料系统16可以接收来自一个或多个下游加工系统的再循环组分(例如稀释剂)。
[0043]反应器系统20可以具有一个或多个反应容器，如液相反应器或气相反应器。如果使用多个反应器，那么这些反应器可以被串联、并联、或以其它组合或配置的形式来布置。如下文所论述，被串联布置和操作的多个反应器可以在操作中被变换成并联或独立操作。