多个聚烯烃聚合反应器之间的冷却的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明一般涉及使用多个聚合反应器进行聚烯烃生产，并且更具体地涉及冷却聚合反应器之间的聚烯烃转移料浆。
【背景技术】
[0002]这个部分意图向读者介绍可能与下文描述和/或要求的本发明方面有关的技术方面。据信这一论述有助于向读者提供背景信息，以帮助更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解这些陈述应从这个角度解读，而不是作为对现有技术的承认。
[0003]随着化学和石化技术已取得进展，这些技术的产品已经变得在社会上日益流行。具体地，随着将简单的分子构建基块键结成更长链(或聚合物)的技术已取得进展，通常呈各种塑料形式的聚合物产品已经日益并入到各种日常物品中。聚烯烃聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物用于管路、零售和药品包装、食品和饮料包装、塑料袋、玩具、地毯、各种工业产品、汽车部件、电器和其它家用物品等等。
[0004]特定类型的聚烯烃，例如高密度聚乙烯(HDPE)，特别适用于制造吹塑成型和注塑成型的商品，例如食品和饮料容器、薄膜，以及塑料管。其它类型的聚烯烃，例如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、等规聚丙烯(iPP)以及间规聚丙烯(sPP)也适合于类似的应用。应用的机械要求，例如拉伸强度和密度，和/或化学要求(例如热稳定性、分子量，以及化学反应性)通常决定什么类型的聚烯烃是合适的。
[0005]如可从上文的用途清单推断出，聚烯烃构造的一个益处在于其一般与其所接触的商品或产品不起反应。这允许聚烯烃产品用于住宅、商业，以及工业环境中，包括食品和饮料的存储和运输，消费类电子产品、农业、航运，以及车辆构造。聚烯烃的住宅、商业和工业用途的多样性已经被转变成对可以被挤压、注塑、吹塑或以其它方式形成为最终可消费产品或部件。
[0006]为了满足这种需求，存在可使烯烃聚合形成聚烯烃的各种工艺。这些工艺可以在石化设施处或石化设施附近进行，这样可以迅速获取短链烯烃分子(单体和共聚单体)，例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯和长得多的聚烯烃聚合物的其它构建基块。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。随着在反应器中聚合期间聚合物链的发展，在反应器中产生了被称为“绒毛”或者“薄片”或者“粉末”的固体粒子。
[0007]所述绒毛可以具有所关注的一种或多种熔融、物理、流变和/或机械特性，例如密度、熔融指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、共聚单体含量、分子量、结晶度等等。取决于将要应用聚烯烃绒毛或者随后粒化的聚烯烃的应用，可能需要绒毛的不同特性。反应器中例如温度、压力、化学浓度、聚合物生产速率、催化剂类型等等反应条件的选择和控制可影响绒毛特性。
[0008]除了一种或多种烯烃单体之外，可将用于促进单体聚合的催化剂(例如，齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)、茂金属、络基、后茂金属、镍等等)添加到反应器中。举例来说，催化剂可为通过反应器进料流添加并且一旦添加就悬浮在反应器内的流体介质中的粒子。不同于单体，催化剂一般在聚合反应中不会被消耗。此外，可将例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷和/或庚烷等等的惰性烃类添加到反应器中并且用作稀释剂以运载反应器的内容物。然而，一些聚合工艺可采用单体作为稀释剂，例如在其中丙烯单体本身充当稀释剂的所选聚丙烯生产实例的情况下。然而，稀释剂可与绒毛和反应器中的其它组分混合以形成聚合物料浆。一般来说，稀释剂可促进聚合物料浆在反应器中循环、从反应器中的聚合物料浆除热，等等。
[0009]反应器的料浆排放物一般包括聚合物绒毛和非聚合物组分，例如未反应的烯烃单体(和共聚单体)、稀释剂等等。此排放物流一般例如通过稀释剂/单体回收系统(例如，闪蒸容器或者分离器容器、吹洗塔(purge column)等等)处理以使非聚合物组分与聚合物绒毛分离。举例来说，来自回收系统的回收稀释剂、未反应的单体以及其它非聚合物组分可经处理和再循环到反应器中。关于所回收的聚合物(固体)，在将聚合物送给客户之前，可处理所述聚合物以使残留催化剂失活，去除夹带或者溶解的烃类、干燥所述聚合物，并且在挤压机中使聚合物粒化等等。
[0010]在一些情况下，为了增大聚烯烃聚合管线的容量或者为了实现某些所需的聚合物特征，可采用一个以上的聚合反应器，其中每个反应器具有其自身的条件组。在某些实例中，反应器(例如，环流反应器)可串联连接，以使得来自一个反应器的聚合物料浆可转移到后续反应器等等，直到产生从最终或者终端反应器排放的具有所需特征组的聚烯烃聚合物。可设置并且维持相应的反应器条件(包括聚合配方)，以使得聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯)聚合物产品是单峰、双峰或者多峰的，并且具有不同密度的聚烯烃部分，等等。
[0011]单一反应器或者多反应器中的聚合一般是放热或者产热的，并且一般在其中可调节温度和压力来控制生产的封闭系统中进行。对于其中产热的任何此类封闭系统，应该提供一些手段来除热并且由此控制聚合温度。对于环流反应器和其它聚合反应器，一般使用冷却系统或者冷却剂系统来除热。
[0012]反应器给料、设备供应(utility supplies)和反应动力学的变化导致反应器(聚合)温度的变化，此温度变化可通过反应器温度控制方案和反应器冷却剂系统来缓和。控制方案和冷却剂系统还应该适应例如由反应物的段塞进料或者由快速改变结垢反应器中的热传递行为而导致的反应器紊乱(reactor upsets)。不同聚烯烃产物的产生以及所具有的不同反应器温度设定值还可使得聚烯烃生产及其温度控制复杂化。实际上，在聚烯烃反应器系统中采用多个聚合反应器可例如增加反应器温度控制的复杂性并且限制生产速率。
[0013]不幸地，由于从反应器去除了过少或过多的热量，对反应器的此不良温度控制增大了制造聚烯烃的成本，例如考虑到经济损失必须降低聚烯烃生产率。此外，不充分或者低效率的反应器温度控制可导致冷却剂系统设备的更宽泛设计基础并且因此增加设备的成本。此外，反应器温度的动荡可不利地影响聚烯烃的特性，并且还影响反应器稳定性，从而导致反应器结垢和/或计划外的停机等等。
[0014]聚烯烃生产的竞争业务驱使制造商持续改进其工艺来改进可操作性和产品质量、降低生产成本等等。在其中每年生产数十亿镑聚烯烃的工业中，小的渐进式改进，例如增大聚烯烃生产率，并且减少资金和操作成本，同时维持有效温度控制和产品质量，可产生更具吸引力的专利技术，以及生产方面的经济效益，包括更大的价格差益和净回值等等。
【发明内容】
[0015]本发明的一个方面涉及一种聚烯烃生产系统，其包括:第一反应器，其被配置用于产生包含第一聚烯烃的第一反应器排放物；第二反应器，其被配置用于产生包含第二聚烯烃的第二反应器排放物；以及反应器转移区，其被配置用于接收第一反应器排放物并且转移所述第一反应器排放物的至少一部分到第二反应器以作为第二反应器的转移进料，其中第一反应器排放物和第二反应器转移进料具有的温差为至少3° F。
[0016]本发明的另一方面涉及一种聚烯烃生产系统，其包括:第一反应器，其被配置用于产生转移料浆，所述转移料浆包含在第一反应器中聚合的第一聚烯烃；热交换器，其被配置用于从所述转移料浆除热；以及第二反应器，其被配置用于接收用热交换器冷却的转移料浆，并且产生包含具有第一聚烯烃和在第二反应器中聚合的第二聚烯烃的产物聚烯烃的产物料浆。
[0017]本发明的又一方面涉及一种用于操作聚烯烃制造系统的方法，其包括:在第一聚合反应器中产生第一聚烯烃；冷却包含来自第一聚合反应器的第一聚烯烃的转移料浆；将所述转移料浆引入第二聚合反应器；在所述第二聚合反应器中产生第二聚烯烃；以及从所述第二聚合反应器排放包含第一聚烯烃和第二聚烯烃的料浆。
[0018]本发明的又一方面涉及一种用于制造聚烯烃的方法，其包括:在第一反应器中于第一温度下将烯烃聚合成第一聚烯烃；从所述第一反应器排放包含第一聚烯烃的第一料浆；冷却进料流；将所述进料流与所述第一料浆的至少一部分组合以形成转移料浆；将所述转移料浆馈送到第二反应器中；以及在所述第二反应器中于第二温度下将烯烃聚合成第二聚烯烃，其中第一温度大于第二温度。
【附图说明】
[0019]本发明的优点可在本领域中的技术人员阅读以下【具体实施方式】并且参考图式后变得显而易见，在所述图式中:
[0020]图1是描绘根据本发明技术的实施例用于产生聚烯烃的示范性聚烯烃生产系统的方块流程图；
[0021]图2是根据本发明技术的实施例的图1的聚烯烃生产系统的示范性反应器系统的工艺流程图；以及
[0022]图3是根据本发明技术的实施例用于制造聚烯烃的示范性方法的方框图。
【具体实施方式】
[0023]下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，在本说明书中并未描述实际实施的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特异于实施的决定来实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和业务相关的约束，其可因实施而异。此外，应当理解的是，此类开发工作可为复杂和耗时的，但是对于具有本领域中的一般技术并且受益于本公开的人员来说仍然将是设计、制造和加工的常规任务。
[0024]本发明的技术适应于在串联的相应聚合反应器中生产相同或者不同的聚烯烃。在所述反应器中产生的聚烯烃可在聚合物密度、分子量等等方面为相同或不同的。为了改进此类生产，本发明的技术解决了对反应器系统中的多个聚合反应器的温度控制。所述技术增强了多反应器系统中下游反应器内的热传递。因此，如下文所论述，对于某些热传递受限的树脂和设备，生产能力可随后受益地增大，从而产生经济效益。虽然大部分反应热是用通过反应器套管循环冷却剂的冷却剂系统去除的，但是降低在反应器之间转移的料浆的温度有助于下游反应器的附加除热能力。
[0025]就维持反应器中的聚合温度而论，可取决于所产生聚烯烃的类型或者品级以及数量来显著不同地改变相应反应器的冷却要求。换句话说，对于不同品级或者类型以及生产速率的聚烯烃，以及在给定反应器系统中(例如在双峰生产中)的两个反应器之间，在反应器中产生的热量以及由此所需的冷却可为不同的。事实上，例如所添加的链转移剂的量以及聚合度可产生或多或少的反应热。此外，反应器的操作温度设定值可取决于所生产的聚烯烃而变化，并且因此热传递动力学可为不同的。
[0026]—般来说，为了在聚烯烃生产中实现某些所需的聚合物特征，可采用一个以上的聚合反应器，其中每个反应器具有其自身的条件组。在某些实例中，反应器(例如，环流反应器)可串联连接，以使得来自一个反应器的聚合物绒毛料浆可转移到后续反应器等等，直到产生从最终或者终端反应器排放的具有所需特征组的聚烯烃聚合物。可设置并且维持相应的反应器条件(包括聚合配方)，以使得在各个相应反应器中聚合的聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯)可具有不同的分子量、不同的密度，等等。在两个反应器串联的情况下，各自具有例如不同分子量级分或者不同密度的两种聚烯烃聚合物(例如，一种是在第一反应器中聚合的，而另一种是在第二反应器中聚合的)，可组合成一种聚合物产品而从第二(最终)反应器排放。
[0027]因此，在使用串联聚合反应器的聚烯烃生产中，可操作所述反应器来在各个反应器中产生不同的聚烯烃聚合物。例如，可在第一反应器中聚合烯烃单体来产生高分子量并且具有低或者高聚物密度的聚烯烃，并且在第二反应器中聚合烯烃单体来产生低分子量并且具有低或者高聚物密度的聚烯烃。另一方面，可在第一反应器中聚合烯烃单体来产生低分子量并且具有低或者高聚物密度的聚烯烃，并且在第二反应器中聚合烯烃单体来产生高分子量并且具有低或者高聚物密度的聚烯烃。此外，可在各个反应器中产生类似分子量的聚烯烃，但是各个反应器中的聚烯烃具有不同的聚烯烃密度或者其它特性。
[0028]在具有两个串联聚合反应器(例如，环流反应器)的某些实例中，在一个反应器中产生低分子量的高密度聚乙烯(LMW HDPE)，而在另一反应器中产生高分子量的线性低密度聚乙烯(HMW LLDPE)。因此，组合的最终产品是从最终反应器(第二反应器)排放的双峰聚乙烯。将链转移剂(例如，氢)馈送到反应器中来聚合LMW HDPE，以终止加成聚合中的聚合物链生长，从而促进在此反应器中产生LMW HDPE。因此，如可从先前论述推断，反应器的冷却要求可变化。
[0029]作为一般相较于第一反应器，在第二(下游)反应器中具有更多除热要求的聚烯烃生产的实例，在第一反