聚合物物流输送的制作方法

专利名称：聚合物物流输送的制作方法
聚合物物流输送
本发明涉及用于改进聚合物，特别是烯烃聚合物脱气的装置。 烯烃的聚合，其中通常在催化剂和/或稀释剂的存在下烯烃单体和任 选的烯烃共聚单体进行聚合，是众所周知的。与试剂和惰性烃一起，聚 合物被从聚合反应器中取出。由于经济、安全和环境原因，试剂和烃需 要被回收，并且实现此的许多方法是本领域已知的。这些方法通常包括 在含聚合物的物流已经从聚合反应器中取出后，对其进行减压和脱挥发 物。在将聚合物从具有高度吸收的或游离的液态烃内容物的反应器中取 出的方法中，蒸发要求是最大的。这些典型地是其中烃的吸收度高的使 用显著低密度组分或无定形相制备聚合物的方法，和/或其中在液态烃 (反应性或惰性)存在下制备聚合物的方法。
工业规模装置的最大生产量这些年来与日俱增，并且随着生产速率 已经提高，在所述方法的任何部分中不可靠性的潜在成本影响也已经显 著地提高，这不仅影响聚合物单元本身，而且还影响上下游单元。同时， 增长的操作经验已经导致从反应器中取出越来越高固体浓度(负载量)的 聚合物的操作。淤浆聚合单元中固体浓度的增加已经典型地由于例如通
过较高的反应器能量需要所实现的提高的循环速度而获得，如EP 432555和EP 891990中所述的。固体负载量的这种增加是令人期望的， 因为对于固定式反应器体积来说，它增加了反应器停留时间，并且还降 低了下游的稀释处理和再循环要求。然而，在高固体负载量下进行产物 的输送是更有问题的，需要小心的设计和操作实践以便避免聚合物堵塞 和阻塞问题，这些问题在较低固体负载量下未曾经历。
在对从聚合反应器中取出的聚合物物流进行减压和脱挥发物期间 并且作为所迷过程的结果，聚合物的温度降低。众所周知的是，通过将 聚合物维持在尽可能高的温度，显著地增强了对聚合物进行脱挥发物和 解吸的过程。因此，在浆料循环过程中，在聚合反应器和用于聚合物物 流的减压(脱气)容器之间的输送管线通常被加热。作为典型方法的实例， 在WO 04/031245和WO 05/044871中，来自循环聚合反应器的输出 (take-off)管线包括含抽出浆料(drawn-off slurry)的溢料管线(flashline)，其 被具有加热的流体如低压蒸汽的管道围绕以便向浆料提供间接加热。然而，同样众所周知的是被输送而聚集和/或使得输送管线和容器堵塞的聚 合物的粘性和敏感性通常随着温度而增加，并且在如上所述的目前被利 用的输送系统中随着提高的固体负载量，堵塞或附聚的问题变得更显 著。结果，需要小心设计来自聚合反应器的输送管线以便获得足够的加 热来有助于脱挥发物，而没有固体聚合物堵塞或附聚的危险。
输送聚合物浆料的方法的另外的实例描述于US 4126743中，其中 描述了 一种连续方法用于将浆料引入连续的加热区，其中第二区的直径 大于第一区的直径。据说反应器中的压力优选是10-30 kg/cm2g,如同第 一加热区入口处的压力，这表明在反应器和第一加热区之间没有压降。 据说第一加热区出口处的压力优选是5-27 kg/cm2g,第二加热区的出口 处的压力优选是0/1-7 kg/cm2g。
聚合物物流的脱挥发物？I起物流液相的蒸发，这导致输送管线中的 体积增加和随后的物流速度的增加。然而如果速度变得过高，其可能超 过声速(在介质中的声速)，这导致流动破坏。另一方面，如果初速度太 低，则存在着如上所述的固体聚合物堵塞或附聚的提高的危险。
进一步的考虑是在大规模装置中，输送管线必须非常长以便允许发 生足够的加热，长度可以是足够地大以便影响该装置的空间规划。这可 能产生各种问题如装置中硬件足迹，和控制管线内的条件。通常，必需 加热相当大比例的输送管线长度以便满足热量输入要求。因此，将理解 的是确保聚合物物流在期望的温度和压力下并且以最小的堵塞/附聚到 达脱气容器是相当大的技术挑战。
通过聚合反应器和用于聚合物物流的脱气容器之间的输送管线的 特定的结构，本发明设法在聚合物从反应器至脱气容器的输送期间优化 聚合物的加热并且同时维持可靠的产物输送。
因此在第一方面中本发明提供用于加热被从聚合反应器输送到脱 气容器的含聚合物的物流的方法，其包括使所述物流通过加热器，该加 热器包括用于该物流的输送管线和用于加热该输送管线的装置，其中在
5%-50%,优选10%-35%。
我们已经发现由于加热器出口处的压力通常被下游条件固定，在加 热器两端的过高压降表明在加热器入口处的更高的压力，以及由此的含 聚合物的物流的更高的起始温度。含聚合物的物流的起始温度越高，该物流和加热器本身之间的温差越小，因此加热该物流的效率越低。
含聚合物的物流可以连续地从聚合反应器中取出。该物流可以或未 必包含活性聚合物。
将理解的是含聚合物的物流从它离开聚合反应器的时刻起直到它 进入脱气容器始终通过某种形式的管道。就本发明的目的而言，加热器 被认为包括从被加热的管段的开始(或者被加热的管段中的第 一 个)直到 被加热的管段的结束(或者被加热的管段的最末一个)的管道部分。在这 方面，如本文中下文所用的术语"加热器"在其范围内包括许多串联连接 的加热器的可能性。加热器(或加热器的输送管线)的出口被认为是该管 线的被加热的管段的终点，加热器的入口被认为是该管线的被加热的管 段的起点，其中该管线的被加热的管段串联结合了单个加热器或多个加 热器。"管线"是指任何形式的适用于输送含固体、液体和气体的含聚合 物的物流的管道。
每单位长度的输送管线两端的压降优选是0.01 bar/m-0.2 bar/m,优 选0.0125 bar/m-0.1 bar/m,最优选0.0125 bar/m-0.04 bar/m。输送管线两 端的过高的压降不是令人期望的，因为它们可能导致堵塞流状况。
典型的加热器入口处的压力P,是5-30bara,优选10-25 bara。更高 的P,是不希望的，因为它意味着加热器入口和反应器出口之间的小压 差，由此确保加热器入口处含聚合物的物流的温度仍然高。这降低了含 聚合物的物流和加热器之间的温差，由此降低了传热。
出口处的压力P。典型地是1.5-12 bara，优选7-11 bam。
优选，在离开聚合反应器和进入脱气容器之间，含聚合物的物流通 过压力控制阀，其引入这样的压降，其典型地是在聚合反应器和脱气容 器的进入口之间的总压降的45%-90%，优选60%-80%。在压力控制阀 两端的典型的压降为10-30 barg,更通常为15-25 barg。优选，压力控制 阀位于反应器和加热器入口之间，在该情况中，压力控制阀两端的压降 是反应器出口压力和P,之间的差。
典型地，压力控制阀两端的压降与加热器两端的压降之间的比值为 0.1-6,优选0.1-2，更优选0.2-2,例如0.2-0.5。
在本发明的方法中，优选在加热器出口处含聚合物的物流的温度被 维持在该物流的非聚合物部分的露点以上，优选高于露点5-80。C,最优 选高于露点10-30。C。沿输送管线长度在任一点处输送管线的内表面的温度(加工-侧壁温度)优选被维持在低于聚合物的软化点5°C或更多，更 优选低于软化点10。C或更多。聚合物的软化点被定义为维卡软化温度， 根据ASTM D1525, ISO 306。在其中加热器被置于聚合反应器和脱气容 器之间的情况下，输送管线的内表面的温度可以维持高于反应器的温 度。对于密度为935-945 kg/m3的聚合物来说，加工-侧壁温度典型地被 控制在75-130。C,优选85誦105。C。对于密度为955-965 kg/n^的聚合物 来说，加工-侧壁温度典型地;故控制在80-135°C,优选95-110。C。
根据ASTM D1525, ISO 306的维卡软化温度是这样的温度，在该温 度下在ION的负载下端部扁平的针穿透聚合物样品达1 mm的深度。该 温度反映了当该材料用于高温应用时所预期的软化点。测试样品，其厚 度为3 mm-6.5 mm并且宽度和长度为至少10 mm,被置于测试设备(例 如ROSAND ASP 6 HDT/VICAT系统)中，使得穿透针，其具有1 mm2 的在其尖端处的横截面积，位于距边缘至少1 mm的样品表面上。向样 品施加10N的负载。然后将样品放入23。C的油浴。以50。C/小时的速 率使该浴升温直到针穿透1 mm;其发生时的温度是维卡软化温度。
输送管线的出口温度，具体地说，在最终的被加热的部分刚刚下游 的其出口处的管线的内壁温度，优选被维持在高于在第一被加热的部分
刚刚上游的其入口处的管线的内壁温度的温度，更优选高于入口温度至 少5。C。
对于本发明的方法来说，非常令人期望的是维持含聚合物的物流的 平均速度足够高以便避免堵塞或阻塞的危险。"平均"是指沿输送管线的 长度在任何一点处在该物流的全部横截面上的平均速度。因此，优选， 在入口处平均速度Vi为至少2 m/s,优选至少5 m/s并且更优选至少8 m/s。 乂的典型值为3-20m/s。还令人期望的是维持该速度低于声速。因 此，优选，在出口处平均速度V。为小于80m/s,优选小于70m/s。优选 V。为至少20m/s; V。的典型值为30-80 m/s。优选，平均出口速度与平 均入口速度的比值(其中输送管线的出口和入口是如上所定义的)V。/V, 为至少1.1,典型地为1.2-15，优选1.4-10,最优选1.5-4。
在优选实施方案中，本发明的方法引起含聚合物的物流被加热，使 得至少90 mol%,优选至少98 mol。/。和最优选100 mol。/。的从聚合反应器 操作中取出的烃流体被汽化，然后进入脱气容器。脱气容器优选在大于 2bara，最优选6 bara-12 bara的压力下操作，同时维持加热器长度两端
7的压降小于0.5 barh/公吨(te)的聚合物，最优选O.l barh/te-0.3 barh/te。 已经发现该优化的每生产单元的低压降可以可靠地操作，即使在加热器 进入口处的高固体负载量下。优选，含聚合物的物流的固体含量为35 wt%-70wt%,最优选50 wt%-65wt%，当所述物流进入加热器时，还优 选，在加热器进入口处物流速度，在任何30秒周期内，变化不大于15%, 优选不大于5%。其中能够实现此的一种方式是通过使用连续的而非间 歇的聚合反应器的排出口 (off-take)。这样的与扩大直径的加热器结合的 高固体负载量操作使得加热器的压降能够最小化。沿加热器的输送管线的长度任一点处的物流横截面上的平均雷诺 数应该总是大于500000,优选为1百万-10百万，最优选1.8百万-5百 万。当聚合物物流沿着输送管线移动到脱气容器时，聚合物物流的加热 和减压引起该物流中的液体的渐进蒸发并且得到沿着所述管线的速度 的增加。当设计输送管线以便确保有效的和可靠的聚合物输送和传热 时，存在着要得到满足的冲突的要求。虽然高速度提高了传热并且通常 最小化堵塞，但它们还导致沿管线的高压降。因此重要的是能够最小化 输送管线长度和所需要的传热面积，同时在可接受的温度下获得足够脱 挥发物的聚合物。关于加热器本身的结构，优选，输送管线的出口直径D。与其入口 直径Di的比值，D。/Q大于1,优选为1.2-10。典型地它为至少1.3,和 通常至少1.4。然而，该比值优选不大于4，和更优选不大于2，最大值 为1.9是最优选的。我们已经发现沿输送管线长度提高输送管线的直径 允许加热器适应更大范围的含聚合物的物流的流率。即使在低流率下， 在入口处较小直径允许较高速度，这降低了堵塞的危险；而即使在高流 率下，在出口处较大直径可以避免超过声速的速度危险。在启动和停止 操作期间，具有这样范围的容量是特别有价值的。为了降低下游阻塞的 危险，还优选，输送管线的出口直径D。小于脱气容器的固体出口。 D。 定义为输送管线在其出口处的内径，D,是输送管线在其入口处的内径， 其中输送管线的出口和入口如前所定义。输送管线的内径D优选为至少20 mm,更通常为40 mm-200 mm。 最4尤选的是内径为60 mm-150mm。加热器以及因此输送管线的长度L优选为至少20 m,更优选至少30m,但通常不大于600 m。长度的优选的范围为50 m-500 m,更优选 70 m-300 m。优选，输送管线的长度L与其平均内径D,的比值，L/Dave,为 500-10000,优选1500-3500，更优选2000-3000。如果输送管线由许多 各自具有不同直径的管段构成，那么Dave是根据每一管段的长度加权的 那些管段的平均内径；备选地，其可以通过参考管线的总内部体积V来 计算，其中V = (7iDav,L)/4。如杲输送管线沿其长度直径增加，优选所述增加以离散步长而非连 续地发生。典型地，沿管道的长度，直径上存在着一个、两个或三个的 增力口。优选，管线管段中的一个或全部通常是垂直而非水平安装的，使得 管线在装置中具有较小的足迹在这样的构造中，管线的第一管段优选 在底部具有其入口，使得通过输送管线的材料的初始流动是向上的。优 选，小于20%,最优选小于10%长度的输送管线是水平的，最佳地，管 线基本上在没有水平管段的情况下构造。在一个实施方案中，至少传热 管线的入口和出口纵向取向使得通过该管线的入口流动是向上的和来 自该管线的出口流动是向下的。在本发明的一种实施方案中，输送管线 包括一系列通过弯头(弯管)连接的管段，其典型地是U形的，使得管线 本身转回一次或多次。这种构造的益处在于它使得输送管线在装置中更紧凑。弯管之间的管段通常是直的。弯头可以像管线的其余部分被加热， 但是为了简化加热器的结构，通常它们不被加热。同时通常优选的是管 线直径的任何扩大发生在管线的未被加热的管段；因此管线的管段可以 具有不同的直径，其中直径增加发生在一个或多个弯管处，优选在弯管 出口处，使得在弯管出口而非在其入口处速度降低，和最优选在纵向被 加热的管段的顶上的弯管的出口处。在输送管线中设计扩大管段和弯头 是可靠操作而无堵塞的关键。装配整个输送管线的弯管之间的垂直或水 平的管段的数目可以为2至最多10,但是3-7个管段是更常见的。输送管线的弯管可以具有不同程度的曲率。由弯管限定的弯曲半径 可以表示为在该点处多个管线的直径D。弯管典型地具有3D-30D的半 径，而5D-20D是最优选的，以便确保可靠操作而无堵塞，同时还最小 化了管线足迹。如上所述，弯管优选是U形的，尽管备选的方案如允许 平稳的流动路径的L形弯管未被排除在外。明显地，在各个管段中形成9的输送管线可以使用以上类型的弯管的混合，或者实际上具有其它角度如60。或120。的弯管。已经发现，输送管线的任何一个扩大管段的长度应该大于0.25D, 优选0.5D-10D,最优选0.75D-3D。优选，每一扩大管段位于弯管的刚 刚上游或下游，优选在弯管的刚刚下游。还优选的是，所述扩大是同心 的，不过其它扩大几何结构也是可能的。输送管线的总比传热面积，其是与加热设备接触的输送管线的外表 面面积，优选为至少0.5 1112的传热面积每公吨/小时的聚合物产量，典型 地0.7-10,更优选1-5,最优选1.5-3.5的传热面积每公吨/小时的聚合物 产量。优选，加热器入口处于大约与其所连接的聚合反应器的出口相同高 度处，优选从聚合反应器至加热器入口的输送管线是基本上水平的。最优选，输送管线的出口(在脱气容器入口点处)处于比输送管线的 入口和/或聚合反应器的出口更高的位置。用于加热该输送管线的装置通常包括围绕管线的套管。加热器套管 可以是电热器的形式，但优选，它是围绕管线的同心管道的形式，加热 流体从中通过。最常用的加热流体是蒸汽。已经发现通过使用减温蒸汽 作为加热介质可以最佳地优化条件，特别地其中最大饱和温度低于被加 热的聚合物的软化点0-30。C,优选不大于10°C。无论采取何种形式， 套管可以或者提供沿输送管线的全部长度的相同的热量输入，或者可以 提供在管线的不同部位处的差温加热。还可能的是管线的某些部位(如弯 头)未被加热，如上所述。我们已经发现沿输送管线的长度的最佳的热量 输入通过这样的设计获得，使得加热介质的温度(或管线的内壁温度)在 管线入口处高于其出口处。因此，由于含聚合物的物流中的蒸汽部分当 其沿管线通过而增加时，优选，加热介质温度(或管线的内壁温度)被降 低。这能够以连续分级的方式实现，或者通过具有不同温度的管段在许 多不连续的步骤中实现。然而，最优选的是在管线的不同部位中在不同 温度操作的套管，通常通过具有独立的用于其中需要不同温度的每个管 段的加热介质源来实现。在本发明的优选实施方案中，通过使用蒸汽作为加热介质的同心管 道来加热输送管线。优选使用蒸汽流率来控制输送管线的出口温度对 于给定的蒸汽温度，这具有能够控制输送管线壁温的益处，从而确保在低聚合物物流流率下的较低温度和当速度更高时在较高流率下的较高温度。进一步提高在输送管线出口处的含聚合物的物流本身的温度的一 种方法(而不是提高加热器的能量输入)是提高物流的固体含量。这可以 通过提高从聚合反应器取出的物流的固体含量和/或通过使用输送管线 上游的固体浓缩装置来实现。固体可以携带更多的热量，相比于物流的液体或气体组分而言，由此需要来自输送管线加热器的下部输入(lower input),由此获得期望的温度。在输送管线的上游使用具有上游稀释剂沖洗的固体浓缩装置(如我 们的专利EP1118624中所述的)是本发明的优选的实施方案，并且这能 够使输送管线中的单体浓度最小化，由此降低堵塞的危险。优选，沿加热器的长度方向，管道可容易地分离从而便于清洗。优 选，在5-15m间隔将管道法兰连接。在其中使用含加热流体的套管进行 加热的情况下，优选，加热流体不覆盖(cover)任何法兰。为最大化对含聚合物的物流的传热，管道优选由热导率大于30 Wn^K"，优选大于40 Wir^K"的材料制成。管道通常是无缝的，尽管 当需要高传热时，接缝焊接管是优选的。优选，离开聚合反应器的全部含聚合物的物流通过根据本发明的单 一的输送管线。这样的输送管线可以由来自反应器的一个或多个取出管 线进料。从反应器取出的物流可以被浓缩，优选通过重力或离心装置， 最优选使用旋液分离器，然后通过输送管线。提供多个平行的输送管线 (其每个根据本发明来排列)来接受含聚合物的物流也在本发明范围内。 在这样的结构中，在任一时刻并非全部的输送管线可被需要投入使用。 在另外的实施方案中，聚合反应器具有多个取出管线，其每个具有其自 己的输送管线。本发明在其范围内还包括使用单个或平行的固体浓缩装 置，其中通常的结构是一个位于每一输送管线上游的固体浓缩装置。在平行的加热器实施方案中，优选，当至少两个加热器操作时，每 一加热器输送管线的任何横截面的平均物流速度被维持在2-100 m/s，最 优选10-70m/s。使用如下参数，可以监控每一输送管线的性能，所述参 数包括进入加热夹套的蒸汽流量以便测量物流的热量输入(负荷)，加热 器两端的压差和反应器压力阀输出以便测量进入每一输送管线的流量 或流量比，每个加热器的蒸汽流量和出口温度之间的关系，反应器的质量平衡以便计算进入所有加热器的总流量，和在加热器出口处的蒸汽温 度和加工物流的露点之间的差。每一加热器的输送管线两端的压差优选 基本上与如上所述的单个的加热器实施方案中的相同。在单个的加热器和多个平行的加热器实施方案中，优选，使用压力 或流量控制阀，最优选位于固体浓缩装置和输送管线加热器入口之间的 压力或流量控制阀，控制从聚合反应器取出的含聚合物的物流的流率。 控制阀被设计以具有在反应器和第 一 下游容器的入口之间的压降的45%-90%、最优选50%-80%的压降。加热的输送管线优选^皮i殳计以具有 在反应器和脱气容器的入口之间的压降的5%-75%、最优选10%-35%的 压降。控制阀两端的压降和加热器两端的压降的比值为0.8-5,最优选 1-2。含聚合物的物流可以包含蒸汽组分以及液体组分。典型地，加热器 入口处的含聚合物的物流的流体组分的蒸汽分数为5-60 mol%。在本发 明的一种优选的实施方案中，其中在加热器的上游具有压力或流量控制 阀，并且在加热器入口处的物流的蒸汽分数为25-60 mol%。在加热器的 出口处的物流的流体组分的蒸汽分数可以为70-100 mol%,其典型地是 95-100 mol%,最优选大于99 mol%。本发明可以适用于任何聚合方法(例如气相、淤浆或溶液)，其包含 需要在减压期间被加热以便使液体蒸发的聚合物物流。在浆料相中的烯烃的共聚合方法在本领域中是众所周知的。这样的 方法可以例如通过引入单体和共聚单体到搅拌的罐或连续循环的反应 器(其包括聚烯烃和用于聚合的催化剂)中来进行。典型地控制反应器以 便在最佳产量和温度下获得聚合物的期望的熔体指数和密度。聚乙烯淤浆聚合方法典型地从具有大量的液态烃的聚合反应器中 取出聚合物，并且本发明因此特别地与这样的方法有关。这样的反应器 中的浆料典型地包括颗粒聚合物、烃稀释剂、(共聚)单体、催化剂、链 终止剂如氲气及其它反应器添加剂。特别地浆料将占20-75 wt%,优选 30-70 wt%,基于颗粒聚合物的浆料的总重量，和80-25 wt%,优选70-30 wt%,基于悬浮介质的浆料的总重量，其中悬浮介质是反应器中全部流 体组分的总和并且包括稀释剂、烯烃单体和任何添加剂；稀释剂可以是 惰性稀释剂或它可以是活性稀释剂如液体烯烃单体。在主要的稀释剂是 惰性稀释剂的情况下，烯烃单体典型地占浆料的2-20 wt%,更具体地说4誦10 wt%。
聚合典型地在50-125。C的温度和1-100 bara的压力下进行。所用的催化剂可以是典型地用于烯烃聚合的任何催化剂，如氧化铬、齐格勒-納塔或金属茂型催化剂。包括聚合物和稀释剂的产物浆料，并且在大多数场合下催化剂、烯烃单体和共聚单体可以被间歇地或连续地排出，任选地使用浓缩装置如旋液分离器或沉降管(settling legs)来最小化与聚合物 一起取出的流体的数量。
本发明特别地与循环反应器中的聚合有关，其中浆料在反应器中典型地通过泵或搅拌器进行循环。液体完全循环反应器特别地是本领域中众所周知的，并且例如在US 3152872、 US 3242150和US 4613484中进行了描述。循环反应器具有连续管状结构，其包括至少两个，例如4个垂直管段和至少两个，例如4个水平管段。聚合的热量典型地在围绕管状循环式反应器的至少 一部分的套管中使用与冷却介质(优选水)的间接交换来除去。循环反应器的体积可以变化，但典型地为20-170 m3。
在工业化装置中，颗粒聚合物以这样使得稀释剂未受到污染的方式与稀释剂分离，以便以最小的提纯，如果有的话，允许稀释剂再循环到
何本领域已知的方法，例如，(i)使用间歇的垂直沉降管，使得跨越其开口的浆料流提供其中聚合物颗粒可以从稀释剂中在一定程度上沉降的区域，或者(ii)通过单一或多个取出口的连续产物取出，所述取出口的位置可以是在循环反应器上的任何处，但其通常邻近于循环回路的水平管段的下游端。如前所述，以浆料中的高固体浓度操作大直径的反应器使得从聚合循环回路中取出的主要的稀释剂的数量最小化。对取出的聚合物浆料使用浓缩装置如旋液分离器(单个的，或者在多个旋液分离器的情况下，并联或串联)进一步以能量有效的方式提高稀释剂的回收，因为避免了所回收的稀释剂的显著的减压和蒸发。
取出的并且优选浓缩的聚合物浆料通常进行减压，然后通过本发明的加热器被输送到 一级闪蒸容器。
在一级闪蒸容器中回收的稀释剂和任何单体蒸汽典型地被冷凝，优选没有进行再压缩，并且在聚合过程中被再次使用。通常控制一级闪蒸容器的压力以便在任何再压缩前，能够容易地用可用的冷却介质(例如冷
却水)对基本上全部的闪蒸蒸汽进行冷凝。所述一级闪蒸容器中的压力通常为2-25 bam,更典型地为5-20 bara，最通常为6-11 bara。从一级闪蒸容器中回收的固体材料通常被传送到二级闪蒸容器而除去残余的挥发物。备选地，浆料可以被通到比上述一级容器压力低的闪蒸容器，使得需要进行再压缩来冷凝所回收的稀释剂。使用高压闪蒸容器是优选的。
更具体地说，对于本发明特别有用的聚合方法类型的实例是烯经(优选a单烯烃)在反应区(优选加长的管式闭合循环回路)中的连续聚合。烯烃连续地被添加到并且接触烃稀释剂中的催化剂。单体聚合而形成悬浮在聚合介质或稀释剂中的固体颗粒聚合物的浆料。通过本发明加热器上游的阀来控制聚合物产物的取出速率。
反应器中的浆料中的固体浓度将典型地高于20体积％，优选约30体积％,例如20-40体积％,优选25-35体积％，其中体积％是[(浆料的总体积-悬浮介质的体积)/(浆料的总体积)]x100。以重量百分数测量的固体浓度，其等价于以体积百分比测量的固体浓度，将根据所生产的聚合物，但更具体地说根据所使用的稀释剂，来变化。在所生产的聚合物是聚乙烯和稀释剂是烷烃(例如异丁烷)的情况下，优选，固体浓度高于30 wt%,特别地高于40 wt°/。，例如40-60 wt%,优选45-55 wt%,基于浆料的总重量。我们已经发现，通过使用本发明的加热器，对于高固体负载量来说，特别地高于40wt。/。，在聚合反应器和脱气容器之间可靠的产物取出和加热(如堵塞、流量变化和/或传热所证明的)可以维持在可接受的操作限制范围内。
这类方法可以任选地在多反应器系统中进行。多反应器系统中的第二个或任何随后的反应器可以是另一循环反应器或者任何用于烯烃聚合的反应器，例如流化床反应器。然而，通常，多反应器系统中的第二或任何随后的反应器是另 一循环反应器。这样的多反应器系统可用于制造单峰或多峰，优选多峰聚合物。
在多反应器串联的情况下，串联组中的第一反应器，除稀释剂和单体外，装载有催化剂或预聚物和任选的助催化剂，每一随后的反应器装载有至少单体，特别是乙烯，以及来自串联组的先前反应器的浆料，这种混合物包括催化剂和在串联组的先前反应器中生产的聚合物的混合物。有可能提供第二反应器和/或，如果适当的话，具有新鲜催化剂和/或助催化剂的随后反应器中的至少一个。然而，更常见的是排他地将催化剂和助催化剂引入第一反应器。
14在其中装置包括至少两个串联的反应器的情况下，具有最高熔体指数的聚合物和具有最低熔体指数的聚合物可以在两个串联的相邻或非相邻的反应器中生产。氢气被维持在(i)在制造高分子量组分的反应器中，低(或零)浓度，例如氢气百分数包括0-0.1体积。/。和(il)在制造低分子
量组分的反应器中，非常高的浓度，例如氢气百分数为0.5-2.4体积％。可以同样地操作反应器以便在连续的反应器中生产基本上相同的聚合物熔体指数。
当这样的反应器系统生产出分子量小于50k道尔顿或者大于150k道尔顿的聚合物时，过去曾观察到在聚合反应器和脱气容器之间的加热器中具有反应器堵塞和附聚的特别的问题。在加热器中由于高聚合物固体浓度，这些问题可能加重。这是另一问题，其可以通过使用本发明的加热器而得到改善。
实施例1
在41 bar压力和95。C温度下操作聚合反应器，其在异丁烷稀释剂中聚合乙烯和己烯共聚单体。这排出含聚合物的物流，其是浆料的形式，其液体组分基本上包括91 mol。/。异丁烷，8molQ/c)未反应的乙烯和1 mol%己烯。浆料的固体含量为约40 wt%,其包括密度为940 kg/n^的聚乙烯以及一些未使用的催化剂。这些是与实施例1中相同的条件。
来自反应器的浆料通过压力控制阀以便降低压力，然后进入本发明的加热器。加热器入口处的条件是
温度82.4°C
压力P" 17.4 bara
速度Vi: 10.7 ms"
雷诺数1.72百万
固体浓度40wty。；其余是流体相，40wt。/。是蒸汽和60wtQ/。是液体。加热器长度187 m并且包括3个直的且垂直的管段，其每一个长度为58m,通过180。弯管连接；弯管总共贡献了 13m的总长度并且未被加热。全部管段具有78 mm的内径和5.5 mm的壁厚，得到170,的值为约2397。全部管壁的热传导率是46.4 W/mK。加热器元件是沿每一26 m管段延伸的同心外管的形式，经过其通过减溫蒸汽。
浆料以15公吨/小时的速率通过加热器。管道的长度和直径，从加热介质到浆料的加热器中的热量输入，以及浆料的速度和初始固体含量全部经计算以便确保在其通过加热器期间对浆料的传热足以保证在浆
料离开加热器的时候液相完全被蒸发。浆料在76。C的温度，9bara的压力P。和63.3 m/s的速度V。(V。/V尸5.9)离开加热器，其中雷诺数为3.3百万。这等于加热器两端的压降为0.045 bar/m。在该压力下，蒸汽的露点将是约60.8。C,使得物流高于露点15°C,液体完全蒸发，蒸汽当蒸汽离开加热器时没有任何冷凝的危险。
在加热器的整个长度上，加热器的内壁温度为89。C-93°C;这与约128。C的聚合物的软化点相比。跨越加热器的壁的从蒸汽到浆料的传热系数经计算为984 W/m2K。
实施例2
在本实施例中，加热器具有较低的L/D跳比值，而且提高了直径。
在40 bar压力和95。C温度下操作聚合反应器，其在异丁烷稀释剂中聚合乙烯和己烯共聚单体。这排出含聚合物的物流，其是浆料的形式，其液体组分基本上包括91 moP/o异丁烷，8molQ/o未反应的乙烯和1 mol%己烯。浆料的固体含量为约40 wt%，其包括密度为940 kg/n^的聚乙烯以及一些未使用的催化剂。
来自反应器的浆料首先通过旋液分离器以便浓缩固体至50 wt%,并随后通过压力控制阀以便降低压力，然后进入本发明的加热器。加热器入口处的条件是
温度76。C
压力P,: 14.4 bara
速度Vr. 16.6 ms-1
雷诺数2百万
固体浓度50wt。/o;其余是流体相，40 wtyo是蒸汽和60 wt。/o是液体。加热器长度152 m并且包括5个直的且垂直的管段，其每一个长度为26m，通过180。弯管连接；弯管总共贡献了 22 m的总长度。每一前3个管l殳具有78 mm的内径，而每一其余的两个管段具有102 mm的内径。直径的单个增加存在于连接第三和第四管段的弯管的出口处。因此加热器具有1.33的D。/Di值和约1730的L/D謂值。78 mm直径管壁的厚度是5.5mm, 102 mm直径管壁的厚度是6.0 mm。如实施例l中的，全部管壁的热传导率是46.4 W/mK,加热器元件是沿每一58 m直管段延伸的同心外管的形式，经过其通过减温蒸汽。浆料以20公吨/小时的速率通过加热器。管道的长度和直径，来自 加热器的热量输入，以及浆料的速度和初始固体含量全部经计算以便确 保在其通过加热器期间对浆料的传热足以保证在浆料离开加热器的时
候液相完全被蒸发。浆料在80°C的温度，10 bara的压力P。和30 m/s 的速度V。 (V。/V产1.78)离开加热器，其中雷诺数为2.7百万。这等于加 热器两端的压降为0.03bar/m。在该压力下，蒸汽的露点将是约65°C， 使得物流高于露点15。C,液体完全蒸发，蒸汽当蒸汽离开加热器时没有 任何冷凝的危险。
在加热器的整个长度上，加热器的内壁温度为89°C-93°C;这与约 128。C的聚合物的软化点相比。跨越加热器的壁的从蒸汽到浆料的传热 系数经计算为600 W/m2K。
权利要求
1. 用于加热被从聚合反应器输送到脱气容器的含聚合物的物流的方法，其包括使所述物流通过加热器，该加热器包括用于该物流的输送管线和用于加热该输送管线的装置，其中在加热器中的压降为在聚合反应器和脱气容器的入口之间的总压降的5％-50％，优选10％-35％。
2. 根据权利要求l的方法，其中在进入加热器前，含聚合物的物 流通过压力控制阀，其引入在聚合反应器和脱气容器的入口之间的总压 降的45%-90%，优选60%-80%的压降。
3. 根据权利要求2的方法，其中压力控制阀两端的压降为10-30 barg,优选15-25 barg。
4. 根据权利要求1或2的方法，其中压力控制阀位于聚合反应器 和加热器之间。
5. 根据权利要求2-4中任一项的方法，其中压力控制阀两端的压 降与加热器两端的压降的比值为0.1-6,优选0.1-2。
6. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中加热器入口处的压力 P,为5-30 bara,优选10-25 bara。
7. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中加热器出口处的压力 P。为5-12 bara，优选7-11 bara。
8. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中每单位长度输送管线 两端的压降为0.01 bar/m-0.2 bar/m，优选0.0125 bar/m-0.04 bar/m。
9. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中加热器出口处的含聚 合物的物流的温度高于物流的露点5-20。C，优选10-15。C。
10. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中输送管线的内表面沿 其长度的温度维持在低于聚合物的软化点10。C或更多，优选低于软化 点20。C或更多，其中聚合物的软化点定义为根据ASTMD1525，IS0 306 的维卡软化温度。
11. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中在加热器出口处的物 流速度与入口处的物流速度的比值V。/V,为至少0.8，优选1.4-3。
12. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中入口速度、为至少2 m/s,优选至少5 m/s并且更优选至少8 m/s。
13. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中出口速度V。小于80 m/s，优选小于70 m/s。
14. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中每单位长度输送管线两端的压降为0.01 bar/m-0.2 bar/m,优选0.0125 bar/m-0.04 bar/m。
15. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中含聚合物的物流在加 热器中进行加热，使得至少90molQ/。，优选至少98 moP/。的从聚合反应 器取出的烃流体在进入脱气容器之前被汽化。
16. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中在加热器的输送管线 内任一点处的雷诺数总大于500000,优选1.8百万-5百万。
17. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中当物流进入加热器时， 含聚合物的物流的固体含量为35 wt%-70 wt%,最优选50 wt%-65 wt%。
18. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中从反应器中取出的物 流在通过加热器之前被浓缩，优选使用旋液分离器。
19. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中含聚合物的物流包含 活性聚合物。
20. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中含聚合物的物流被连 续地从聚合反应器取出。
全文摘要
用于加热被从聚合反应器输送到脱气容器的含聚合物的物流的方法，其包括使所述物流通过加热器，该加热器包括用于该物流的输送管线和用于加热该输送管线的装置，其中在加热器中的压降为在聚合反应器和脱气容器的入口之间的总压降的5％-50％，优选10％-35％。
文档编号C08F2/00GK101522722SQ200780037928
公开日2009年9月2日 申请日期2007年10月4日 优先权日2006年10月12日
发明者B·R·沃尔沃思, D·玛里萨尔 申请人:英尼奥斯制造业比利时有限公司