专利名称：冷却聚合物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在聚合反应器中冷却或加热聚合物的方法。本发明具体涉及在缩聚反应器中冷却聚合固体。本发明特别涉及在固态缩聚(SSP)反应器中冷却聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯片。
背景技术：
聚合物树脂被模制成各种有用的产品。一种这样的聚合物树脂是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂。众所周知，芳族聚酯根脂，特别是PET、对苯二甲酸与少量间苯二甲酸的共聚物和聚对苯二甲酸丁二醇酯用于制造饮料容器、膜、纤维、包装件和轮胎帘线。US-A-4,064,112 B1公开了用于制造PET树脂的固态缩聚或聚合(SSP)工艺。
对于纤维和膜，树脂的特性粘度一般必须为0.6-0.75dl/g，但是模制例如容器和轮胎帘线的材料要求更高的特性粘度。直接通过熔融PET的缩聚(通常称为熔融工艺)，仅能困难地获得例如大于0.75dl/g的高特性粘度。SSP工艺通过加热和移出反应产物，将聚合向更高程度推进，从而增加了聚合物的分子量。分子量更高的聚合物具有适于制造例如容器、纤维和膜的更高机械强度和其它性质。
SSP工艺开始于无定形态的聚合物片。US-A-4,064,112 B1教导在进入SSP反应器之前，在搅拌下，使这些小片在结晶器中结晶并加热，以达到1.403-1.415g/cm3的密度和230-245℃(446-473)的温度。否则，发粘的小片往往会粘在一起。
SSP反应器可以由包括垂直移动床的圆柱状反应区和底部截锥状部分的分配区组成；将聚合物片从上方引入垂直移动床内，分配区用来分配产物片。缩聚反应器通常在210-220℃(410-428)的温度下操作。
聚合物片依靠重力以柱塞流通过缩聚反应器的圆柱状反应区。然而，当所述小片进入缩聚反应器底部的分配区截锥状部分时，它们形成非平直(non-flat)的速度分布图，这说明小片在缩聚反应器中的停留时间并不均匀。因此，不同停留时间导致片与片的聚合程度存在差异。而且，在从圆柱体过渡到圆锥体时，小片经受到可能是小片先前受到的正常径向轴向压力数倍的固结压力。这些玻璃态的小片具有强烈的粘结倾向。因而，固结压力能造成小片结块，流动中断。
在PET缩聚期间发生了各种反应。增大PET分子量的主反应是乙二醇基团的消除
将例如氮气的惰性气体引入结晶器和缩聚反应器内，以从正在增长的聚合物中脱除由缩聚反应生成的挥发性杂质。如果制备PET，则杂质包括乙二醇和乙醛。US-A-5,708,124 B1公开了使SSP反应器中惰性气体与PET聚合物固体的质量流率之比保持低于0.6。
用于纯化SSP工艺的循环惰性气流的传统方法包括将有机杂质转化为CO2的氧化步骤，和消除聚合工艺和氧化步骤中所形成的水的干燥步骤。氧化步骤利用含氧气体进行，其中所用氧气的浓度至多略高于相对于有机杂质的化学计量。对氧化步骤进行控制根据US-A-5,612,011 B1，使得出口惰性气流所含的氧气浓度不超过250ppm；优选根据US-A-5,547,652 B1，使得出口惰性气流所含的氧气浓度不超过10ppm。这些专利教导在氧化与干燥步骤之间不需要以前必要的用氢气还原氧气的脱氧步骤。典型地，在将惰性气流循环到缩聚反应器之前必须将其加热，这需要额外的使用成本。
还已知聚酰胺树脂，其中特别是PA6、PA6，6、PA11、PA12及其共聚物广泛用于纤维和柔性包装业，以及通过吹塑和挤出技术制造工业产品。此类树脂对于纤维的相对粘度低，为2.4-3.0，而通过吹塑和挤出技术生产的制品需要3.2-5.0的较高相对粘度。根据所用聚酰胺的类型，通过在140-230℃(284-446)的温度下操作的SSP工艺，将相对粘度提高到3.0以上。US-A-4,460,762 B1描述了用于聚酰胺的SSP工艺和加速此反应的不同方法。
用于聚酰胺树脂的SSP工艺还描述在R.J.Gaymans等发表在Journal ofApplied Polymer Science，第27卷，2515-2526(1982)的论文“Nylon 6Polymerization in the Solid State”中，该文指出使用氮气作为加热和冲洗助剂。该反应在145℃(293)下进行。
还已知可以通过SSP工艺增加聚碳酸酯的分子量。
必须将离开SSP反应器的聚合物片冷却至玻璃化转变温度以下，以用于包装，特别是避免对例如袋和盒的包装容器造成热损害。对于PET片，期望的包装温度为80℃(176)以下。US-A-5,817,747 B1教导在聚合物片离开缩聚反应器之后，对其进行两阶段冷却。第一冷却阶段是用氮气流化的床，用于在氮气纯化之后清除SSP工艺的杂质。流化气从聚合物片中夹带并分离出聚合物粉尘，同时将其冷却至160-180℃(320-356)。由于搅拌器的旋转部分与聚合物片在结晶器中的接触作用以及小片与缩聚反应器壁之间的滑动摩擦，聚合物粉尘形成在处理装置中。第二冷却阶段是用水作冷却流体的壳管式或壁式热交换冷却器，以将小片冷却至40-60℃(104-140)。
US-A-5,662,870 B1公开了一种流化床，其具有在单个阶段中冷却离开SSP反应器的聚合物片的双室。热片从SSP反应器进入较热的室；将来自该室的流化气在通过旋风器除尘后循环，以加热SSP反应器。还将来自较冷室的流化气通过旋风器除尘并循环至流化床。从流化床的流化气中收集到的粉尘的量大，必须将其去除。
JP 5-253468 A1教导向在反应室底部的分配圆锥体周围的容器中引入氮气，以对圆锥体中的固-气混合物产品进行间接冷却，而不会在圆锥体内引起湍流。
G.Ghisolfi题为“Impianto di Postpolicondensazione di Polietilentereftalato”(1984-85)的论文中公开了沿着反应器高度具有多个氮气分布器的SSP反应器，其中底部的氮气分布器将聚酯片冷却至能发生氧化的温度以下，例如冷却至177℃(351)。随后不得不将这些小片冷却至更低的温度，以进行包装。A.Christel在Polyester 2000 World Congress上所作的题为“Advanced PETBottle-Bottle Recycling”的报告公开了用冷氮气直接冷却SSP反应器的料斗出口的循环PET片。
冷却离开缩聚反应器的聚合物片需要至少一个冷却设备、气体推动器(例如风扇)和除尘设备。任何设备都必须安装在反应器下方或者提升点(pickup point)处，并且必须使用气动输送装置将热片送到冷却区的顶部。每种方案包括附加设备和建设费用。而且，前一方案要求更高的SSP联合设备。
US-A-4,255,542 B1公开了一种在流化床反应器中的放热气相聚合工艺，其中在反应器内通过间接冷却进行冷却。US-A-3,227,527 B1公开了一种催化反应器，其中产物气体穿过反应器底部的截锥区，以在离开反应器之前被骤冷液冷却。这些专利不包括在填充床中用气体直接冷却聚合物固体。
因此，本发明的目的是省去在聚合物片离开SSP反应器后将其冷却至包装温度所需的附加冷却设备。本发明的另一目的是将用于冷却聚合物固体和用于引入清洗气体的设备与SSP反应器联合，以清除杂质。本发明的另一目的是冷却进入SSP反应器的分配区的聚合物片，因而使分配区成为非反应区，以及防止热且粘的聚合物片在进入分配区的截锥状部分后因受到固结压力时而结块。本发明的另一目的是能够省去后缩聚反应器冷却设备所需的昂贵除尘设备。
发明内容
我们已发现，可以在缩聚反应器中的分配区将来自温度为185-240℃(365-464)的SSP反应器的聚合物片冷却至175℃(347)以下。而且，我们已发现，可以将这些聚合物颗粒冷却至80℃(176)以下(该温度低于玻璃化转变温度)，用于正常包装和PET片的输送。令人惊讶地，如果采用特定质量比，则气体与固体间的传热快到足以利用分配区的上部进行有效冷却。
因此，在一种实施方案中，本发明涉及实施聚合工艺的装置。该装置包括反应器，该反应器具有聚合物固体充分聚合在其中发生的加热反应区和分配来自反应器的聚合物固体的分配区。分配区界定出一内部空间，其形状优选要减小颗粒流动方向上的流动面积。与分配区的该内部空间相连的气体进口将气体输送到分配区，以加热或冷却穿过分配区的聚合物固体。与反应器相连并最邻近分配区的气体出口将气体排出分配区。
在另一实施方式中，本发明涉及在包括反应区和分配区的反应器中冷却聚合物固体的方法。此方法包括将聚合物固体输送到反应区顶部。随着聚合物固体在反应区中向下流动，使其聚合，以增大聚合物固体的分子量。从反应器的分配区分配聚合物固体。将气体输送到分配区，在分配区中气体相对于聚合物固体逆流流动，并与聚合物固体接触，对其进行加热或冷却。一部分气体从最邻近分配区的出口排出。
在另一实施方式中，本发明涉及通过运动固体与气体的直接热交换来调节容器中运动固体的温度的方法。此方法包括将固体输送到容器的第一区。固体从容器的第二区分配。气体流过容器，以进行气体与固体之间的直接热交换。在反应器中，一定温度范围内气体的质量流率乘以其热容与固体的质量流率乘以其热容之比至少为1。
图1为本发明的聚合流程示意图。
图2为图1的反应器分配区和冷却设备的局部放大图。
图3为图1的另一反应器分配区和冷却设备的局部放大图。
图4为反应器分配区的温度分布图。
具体实施例方式
在固态缩聚(SSP)工艺内容中给出了本发明优选方法和装置的详细描述。SSP工艺可用来提高聚酯、聚酰胺和聚碳酸酯组分的特性粘度。然而，本发明可用于其它类型其中聚合物固体产物的冷却是必须的聚合工艺。
适用于SSP工艺的聚酯树脂是芳族二羧酸，特别是对苯二甲酸或其酯与具有1-12个碳原子的二醇，例如乙二醇、1，4-二羟甲基环己烷和1，4-丁二醇的缩聚产物。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯是优选的树脂。适用于SSP工艺的聚酯树脂还可以包括含有源自聚乙二醇的片段的弹性聚酯树脂，以及含有至多20％源自不是对苯二甲酸的芳族二羧酸(例如间苯二甲酸)的单元的共聚酯。进行SSP的PET树脂可以包含树脂改良添加剂，以加速SSP反应。优选的改良化合物是芳族四羧酸的二酸酐，特别是苯均四酸二酐。改良剂的一般用量是0.05-2wt％。树脂中也可以存在传统添加剂，例如稳定剂、染料、阻燃剂和成核剂。在适用于SSP工艺中改良的聚酯树脂也可以是由已洗涤、切碎并干燥的循环容器制得的材料。一般地，循环材料在送到SSP工艺之前被重新熔化并造粒。
适用于本发明方法中的聚酰胺树脂包括衍生自己内酰胺的聚酰胺6、由六亚甲基二胺和己二酸得到的聚酰胺6，6、由氨基十一烷酸得到的聚酰胺11和12聚十二烷基丙酮(polylaurilacetone)共聚酰胺6/10和10/12，以及间二甲苯二胺的聚酰胺。
图1为本发明改良PET片的SSP工艺的一个实施例。然而，本发明可用于其中聚合物固体必须被冷却和/或加热的其它聚合工艺。图1中的SSP工艺可以处理高达100公吨/天和更多的聚合物固体，一般处理300-500公吨/天的聚合物固体。聚酯SSP工艺包括通过管线10将特性粘度一般为0.57-0.65dl/g的无定形、透明聚酯片进料到料斗12。起始物料的特性粘度或分子量对实施本发明并不重要。一般而言，SSP工艺可以成功地对宽范围的进料进行。例如，US-A-5,540,868 B1、US-A-5,633,018 B1和US-A-5,744,074 B1公开了使用聚合度低至2-40的起始物料的技术，它们考虑最终进行SSP处理，以将分子量升高到足以制造有用的树脂。而且，在消费过的循环材料的情况下，初始特性粘度可以为大于0.65dl/g。料斗12将小片通过管线14和控制阀16进料到流化床预结晶器18。预结晶器18在170℃(338)和10.3kPa(1.5psig)下操作，以使聚酯片达到35％的结晶度。然后，将聚酯片从预结晶器18通过管线20和控制阀22进料到第一结晶器24中。如果要求更大处理量，则可以使用第二结晶器28，其由第一结晶器24通过管线26进料。在结晶器24、28中，在某些情况下小片最终被预热或冷却至SSP反应温度，同时受到机械搅拌，以防止小片彼此粘结。离开结晶器的小片具有45％的结晶度。在缩聚之前使PET颗粒结晶，以防止颗粒在SSP反应期间粘结。
然后，离开结晶器的小片通过管线30和控制阀32进料到移动填充床SSP反应器34；对于PET，该反应器34适合在150-240℃(302-464)下、优选在210-220℃(410-428)下操作。在重力作用下，小片运动通过加热反应区70，在反应区中聚合进行12-36个小时，以得到晶态不透明颗粒，其特性粘度为0.75dl/g和更大，这取决于该聚酯颗粒的具体应用。小片通过管线36从反应器34中排出。
用无氧惰性气体(一般为氮气)清洗聚合反应器、结晶器和预结晶器，以脱除小片放出的杂质。惰性气体通过管线38输送到反应器34。气体管线42将带杂质的惰性气体移出反应器34，然后分为循环管线44和结晶器管线46。结晶器管线46将惰性气体输送到第二结晶器28，管线48再将该惰性气体从第二结晶器28输送到第一结晶器24。管线50将该带杂质的惰性气体输送到预结晶器18，管线52输送该带杂质的惰性气体与循环管线44相接。在合并循环管线53中循环的惰性气体的温度优选为200-220℃(392-428)。
合并循环管线53将该带杂质的惰性气体通过过滤器54。在循环惰性气流被过滤之后，将空气由管线57注入离开过滤器54的管线56内。空气/惰性气体混合物经管线59通过加热器(未示出，如果需要获得期望的氧化反应温度)，进入氧化反应器58。在氧化反应器58中，通过使该气流在包含氧化催化剂的催化剂床上循环，使有机杂质燃烧。通过管线57注入几乎化学计量的氧气，以确保有机杂质在氧化反应器58中完全燃烧。优选地，反应器58的流出物中存在的氧气不大于10ppm。氧化反应器58中的这些转化可以根据催化剂，在200-350℃(392-662)的温度下操作。管线60从氧化反应器58排出流出物，该流出物只包含氮气、二氧化碳、水和痕量氧气。二氧化碳由于通过SSP装置的损失，其含量稳定在一定水平，而且因其化学惰性而充当惰性气体。管线60的离开气流可以循环通过热交换器(未示出)，用于回收热，或通过冷却氧化反应器流出物而冷凝并除去部分水。图中并未示出可选的冷凝收集设备。该气流通过管线60输送到优选在200℃(392)下操作的干燥器62。干燥器62优选包括用于吸附水的分子筛。干燥器62的流出物在已过滤掉(未示出)可能源自分子筛的颗粒之后，输送通过管线64。管线38收集管线64和74的合并物质。管线38将气流循环至反应器34。根据已知方法，可进行分子筛床的再生(未示出)。
反应器34包括优选通过循环油夹套加热的圆柱状活性区或反应区70。反应器34还包括分配区或非活性区72，该分配区72包括圆柱状分离部分88和一般为倒截锥状的固结部分90。惰性气体，优选氮气通过管线38进入由分配区72界定出的内部空间91。惰性气体在分配区中将聚合物固体直接冷却至175℃(347)以下，合适地100℃(212)以下，优选80℃(176)以下，如果需要可能50℃(122)以下。然后，冷却的聚合物固体可以通过管线36送去储存，而不需更任何额外的冷却设备。一部分惰性气体通过管线76从反应器34最邻近分配区72的位置排出，并进入除尘设备78。最邻近分配区72指管线76的排出位置在分配区72中，或者不高于反应区70下部的四分之一，优选不高于反应区70下部的十分之一。将除尘气体通过管线80从除尘设备78输出，由风扇82吹动，通过管线84进入冷却器86，并与管线64相接，通过管线38循环至反应器34的分配区72。
图2示出了反应器34的局部图。圆柱状分离部分88的内径大于反应区70的内径。气体从反应器34排出，通过至少一个出口喷嘴92进入管线76。出口喷嘴优选设置在分配区72的分离部分88。尽管图2中仅示出了一个出口喷嘴92，但是可以存在径向设置的多个出口喷嘴92。余下的气体将上升通过反应器34的反应区70，并从正在增长的聚合物中脱除杂质。由于聚合物固体与冷却气体进行热交换，此时要通过出口喷嘴92排出和上升通过反应区70的气体的温度与反应器34的反应区70中的聚合物固体的温度没有明显不同。因此，上升进入反应区70的气体不会由于进行冷却而阻碍缩聚反应。
除尘设备78是可以连续操作的旋风除尘器或过滤器。冷却气体流过聚合物固体的移动填充床所脱除的粉尘的量低，因为它仅从聚合物的最上层除尘。因此，循环气体的冷却可以通过简单的过滤器或旋风除尘器来进行，这样的设备比传统流化床除尘所需的设备更紧凑、便宜。通过与冷却介质，例如水的间接热交换，冷却器86移除了气体在分配区72中所得的热量。从最邻近分配区72移出的气体的流率可以根据风扇的可变容量特性或通过控制阀(未示出)来设定。因此，过量的惰性气体，即管线64中来自干燥器62的气流，从分配区72上升到反应区70。控制阀40调节通过管线64的气流。优选地，考虑到从反应器移出用于冷却和循环的气体，调节控制阀40，确保气体与固体的质量流率比小于0.6。上升和排出的气体的温度根据进料到分配区72的气体温度和从聚合物固体移出的热量而引起的温升来设定。
容量可变的风扇82或控制阀可以调节离开反应器34的出口100的聚合物固体的温度。例如，将风扇82或控制阀的流率设定得非常低或为零，来提高管线38中气体的温度，因为它与来自管线74的被较少冷却的气体混合。因此，如果需要，离开出口100的聚合物固体可以具有足够高的温度，从而直接输送到模制工艺，例如注射成型，它要求聚合物固体温度高于模塑的玻璃化转变温度。而且，通过冷却器86循环的冷却剂的流率可以调节离开反应器的固体的温度，而不影响通过喷嘴92和喷嘴96循环的气体的流率。
进口喷嘴96通过管道环隙(未示出)或分配区72内径周围的环隙形式的环状分布器98分布气体。环状分布器98具有围绕其周边径向分布的开口，用于将气体分布到分配区72中。优选地，该分布器没有延伸到反应器34中，以避免妨碍聚合物固体的流动。
图3示出了用于将惰性气体注入分配区72的另一设备，该设备包括旁路管线68中的控制阀94。图3中的分布器98’将冷却气体注入反应器34的分配区72的边界周围。分布器98’将冷却气体通过分配区72壁上的孔(未示出)注入分配区72。槽、带或成形丝网可以形成分布器98’的孔。分布器98’基本不延伸到反应器34中。
在图3中，控制阀94调节离开出口100的聚合物固体的温度。管线84’的气流分成送到冷却器86的管线102和管线68，管线68经控制阀94作为冷却器86的旁路，并且并入管线74’中冷却器86的流出物。合并管线104与来自干燥器62的管线64相接，并经管线38连通到进口喷嘴96。控制阀94调节通过管线68的旁路气体，以控制管线104中气体的温度，并最终控制管线38中气体的温度。将控制阀94开得大一些，则冷却器86中冷却的循环气体少，从而减少对固体的冷却，反之亦然。温度指示控制器(未示出)基于期望的离开出口100的固体温度来自动调节控制阀94。图3中的流程有利地控制了聚合物固体的温度，同时又使流出喷嘴92和流进喷嘴96的气体流率保持恒定。因此，上升通过反应区70来清除杂质的气体的流率不会受到影响。
根据本发明的教导，可以使用其它类型的冷却气体注入和收集设备。而且，可以考虑采用相同设备将热的惰性气体进料到反应器中，以加热固体(如果需要)，不同之处在于用加热器代替冷却器86。例如，此流程可用来加热聚合物固体，以使其适合用于缩聚后的注射成型。
优选地，分配区中所有部分的冷却气体的局部实际流速不超过聚合物固体最小流化速度的75％。这主要为了避免固体扰动，这种扰动可能导致流动分布不均，随后造成冷却效率损失。其次，聚合物固体的流化可能通过床内扰动来干扰固体的质量流率，这能导致更宽的停留时间分布和特性粘度变化。
为了确保聚合物固体的温度均匀，热质量比“R”大于或等于1是重要的。热质量比定义如下 当R≥1，代入惰性气体和固体的热容时，上式(1)可变换为 当氮气作为惰性气体，聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯作为固体时，气体的上行质量流率与固体的下行质量流率的合适比例为1.6；考虑到任何流动非均匀性，优选的比例为1.9。
在反应器34的分配区72中高效地完成冷却，而不会浪费额外空间或使用附加设备。一般地，冷却设备在反应器34下方。传统冷却设备的省去减少了投资成本，降低了SSP的总高度。或者，不需要提升点(pickup point)将热聚合物固体输送到不在缩聚反应器下方的冷却区。
固体流动力学表明，聚合物固体以柱塞流通过反应器34的圆柱状活性区。然而，当聚合物固体进入分配区72的截锥状部分90时，它们开始出现某种程度的不均匀流动。通过将聚合物固体冷却至反应温度以下，分配区不再是活性区，固体与固体间的特性粘度或分子量的变化小，因为固体的有效停留时间分布更均匀。此外，聚合物固体从圆柱状反应区70过渡到分配区72的截锥状部分90使其受到固结压力，从而造成固体粘结在一起，导致固体结块，流动中断。将缩聚反应器的反应区70与分配区72之间的过渡保持在较低温度，可减少粘结，从而使操作容易。因此，可以在分配区中冷却处理更易于粘结的材料。而且，可以升高反应器34的温度，以提高聚合物的反应性，随之得到更高的生成速率，增大特性粘度或分子量。
例如PET的聚合物树脂的高导热率使得上升至分配区上方的惰性气体的温度非常接近向下流动的聚合物固体的温度。如果此来自分配区的上升气体太冷，则需要中间加热过程来防止冷气体负面影响缩聚反应。然而，来自聚合物固体的热的有效同流换热(否则即为废热)，使得过量冷却气体流过缩聚反应器的活性区，并清除聚合物固体的杂质。因此，反应器仅需要一股惰性气体流来冷却和清洗。另外，分配区中的聚合物固体将气体分布在在反应器的整个横截面上，避免了使用昂贵且可以阻塞固体流动的分布设备。
实施例在内径为618mm的中试反应器中测试本发明的分配区。在分配区的截锥状部分对应气体流速约为0.6m/sec的点处径向注射氮气冷却气体。在分配区的截锥状部分的顶部排出该冷却气体。在反应器中，PET共聚物的特性粘度从0.6dl/g提高到0.8dl/g，离开分配区截锥状部分的产物的温度约为45℃(113)。分配区中气体与固体的质量流率比为2.0，气体在约42℃(108)下注入。通过在中心线附近滑动的热电耦测量颗粒温度；结果表明，在略高于反应器直径1倍的位置，传热完成。温度分布图示于图4。由于可认为热电耦与PET颗粒接触，根据热平衡来估算气体的温度。
用过滤器收集离开反应器的料流中的粉尘，其量小于该气流的5ppmw。粉尘浓度如此低的冷却气流适合用常规气体推动器来使之运动。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种进行聚合工艺的装置，所述装置包括反应器，所述反应器包括加热反应区，其中聚合物固体在其中充分聚合；分配区，用于分配来自所述反应器的聚合物固体，所述分配区界定出内部空间；与所述分配区的内部空间相连的气体进口，用于将气体输送到所述分配区，以加热或冷却穿过所述分配区的聚合物固体；和在最邻近所述分配区处与所述反应器相连的气体出口，用于从所述分配区排出气体，其中最邻近所述分配区指不高于所述反应区下部的四分之一。
2.如权利要求1的装置，其中所述分配区包括的形状要使得其在颗粒流动方向上的流动面积减小，优选具有小直径开口的截锥状部分，所述聚合物固体从所述开口离开所述反应器。
3.如权利要求2的装置，其中所述反应器是圆柱状，并且与所述分配区的大直径开口相连。
4.如权利要求1-3中任一项的装置，其中气体冷却器与所述气体进口连通，优选气体推动器与所述气体进口连通，所述气体冷却器与清洗管线连通，所述清洗管线将已从所述反应器的反应区排出的气体输送到所述气体进口。
5.如权利要求4的装置，其中可变容量的气体准动器或控制阀调节从所述气体出口排出的气体的流率。
6.如权利要求4的装置，其中所述清洗管线包括在与所述气体冷却器连通的上游的控制阀。
7.一种在包括反应区和分配区的反应器中冷却聚合物固体的方法，包括将聚合物固体输送至所述反应区的顶部；在所述聚合物固体在所述反应区中向下流动时使其聚合，以提高所述聚合物固体的分子量；优选在150℃(302)以下的温度从所述反应器的所述分配区分配所述聚合物固体；
将气体输送至所述分配区，以使其与所述聚合物固体逆流流动和接触，并且在所述分配区中加热或冷却所述聚合物固体；以及在最邻近所述分配区的出口排出部分所述气体。
8.如权利要求7的方法，包括冷却从最邻近所述分配区处排出的所述气体，优选在将所述气体冷却之前将其过滤，并且优选地调节循环至所述分配区的气体的流率或温度，以得到所述分配区中的聚合物固体的期望温度。
9.如权利要求7的方法，其中所述气体未从所述出口排出的剩余部分在所述反应区中清除所述聚合物固体的杂质，并从所述反应区排出；在从最邻近所述分配区处排出的气体被冷却之后，从所述反应区排出的气体与从最邻近所述分配区处排出的气体合并；在与从所述分配区排出的气体合并之前，要使从所述反应区排出的气体其中的杂质氧化，并将其干燥。
10.如权得要求7-9中任一项的方法，其中在所述反应器中，在一定温度范围内，所述气体的质量流率乘以其热容与所述聚合物固体的质量流率乘以其热容之比至少为1。
权利要求
1.一种进行聚合工艺的装置，所述装置包括反应器，所述反应器包括加热反应区，其中聚合物固体在其中充分聚合；分配区，用于分配来自所述反应器的聚合物固体，所述分配区界定出内部空间；与所述分配区的内部空间相连的气体进口，用于将气体输送到所述分配区，以加热或冷却穿过所述分配区的聚合物固体，所述气体进口优选包括具有开口的环形分布器，其与所述反应器的分配区的内部空间连通，但基本不延伸到其中；和在最邻近所述分配区处与所述反应器相连的气体出口，用于从所述分配区排出气体。
2.如权利要求1的装置，其中所述分配区包括的形状要使得其在颗粒流动方向上的流动面积减小，优选具有小直径开口的截锥状部分，所述聚合物固体从所述开口离开所述反应器。
3.如权利要求2的装置，其中所述反应器是圆柱状，并且与所述分配区的大直径开口相连。
4.如权利要求1-3中任一项的装置，其中气体冷却器与所述气体进口连通，优选气体推动器与所述气体进口连通，所述气体冷却器与清洗管线连通，所述清洗管线将已从所述反应器的反应区排出的气体输送到所述气体进口。
5.如权利要求4的装置，其中可变容量的气体推动器或控制阀调节从所述气体出口排出的气体的流率。
6.如权利要求4的装置，其中所述清洗管线包括在与所述气体冷却器连通的上游的控制阀。
7.一种在包括反应区和分配区的反应器中冷却聚合物固体的方法，包括将聚合物固体输送至所述反应区的顶部；在所述聚合物固体在所述反应区中向下流动时使其聚合，以提高所述聚合物固体的分子量；优选在150℃(302)以下的温度从所述反应器的所述分配区分配所述聚合物固体；将气体输送至所述分配区，以使其与所述聚合物固体逆流流动和接触，并且在所述分配区中加热或冷却所述聚合物固体；以及在最邻近所述分配区的出口排出部分所述气体。
8.如权利要求7的方法，包括冷却从最邻近所述分配区处排出的所述气体，优选在将所述气体冷却之前将其过滤，并且优选地调节循环至所述分配区的气体的流率或温度，以得到所述分配区中的聚合物固体的期望温度。
9.如权利要求7的方法，其中所述气体未从所述出口排出的剩余部分在所述反应区中清除所述聚合物固体的杂质，并从所述反应区排出；在从最邻近所述分配区处排出的气体被冷却之后，从所述反应区排出的气体与从最邻近所述分配区处排出的气体合并；在与从所述分配区排出的气体合并之前，要使从所述反应区排出的气体其中的杂质氧化，并将其干燥。
10.如权利要求7-9中任一项的方法，其中在所述反应器中，在一定温度范围内，所述气体的质量流率乘以其热容与所述聚合物固体的质量流率乘以其热容之比至少为1。
全文摘要
本发明公开了在固态缩聚反应器(34)的分配区(72)中加热或冷却聚合物固体的方法和装置。将气体(38)输送到反应器的分配区，在分配区中，气体通过直接热交换来冷却聚合物固体。部分气体在最邻近反应器的分配区的位置(92)排出并被冷却。剩余气体上升通过反应器的反应区并清除聚合物固体的杂质。从反应器的反应区排出的气体其杂质被氧化，并且该气体被干燥，然后与从最邻近反应器的分配区处排出的气体合并。为了在分配区中均匀加热或冷却聚合物固体，建议使用优选的气体质量流率与固体质量流率之比。
文档编号C08G63/78GK1925907SQ200480042311
公开日2007年3月7日 申请日期2004年1月6日 优先权日2004年1月6日
发明者J·F·麦吉, G·R·布维里, P·A·瑟克里斯特 申请人:环球油品公司