本发明涉及烯烃聚合技术领域，具体涉及一种气升式烯烃聚合装置和聚合方法。
背景技术：
聚烯烃树脂的加工性能和力学性能一般是相互矛盾的，提高分子量有利于树脂力学性能的提高，但会造成树脂在加工时需要较高的加热温度，从而造成树脂料的部分分解和氧化。而宽峰或双峰的聚烯烃树脂能够实现材料加工性能和力学性能的平衡，其中的高相对分子量部分提高了产品的拉伸强度、抗冲击强度、耐穿刺、抗环境应力和韧性，同时低相对分子量部分可用来改善加工性能和材料的硬度。
由专利号为200480030566.3、93109044.x以及ep-a-691353可知，过去生产双峰或宽峰聚烯烃多采用两个或多个反应器串联，通过调节每个反应器内氢气浓度、反应器温度、压力、共聚单体浓度等参数，使得各反应器具有不同的聚合条件，从而在每个反应器内生产不同分子量分布的产品，最终形成双峰或宽峰聚烯烃。但是在生产过程中，传统的串联工艺存在工艺流程复杂、设备投资大，生产成本高等系列问题。
专利号为200480030566.3公开了一种用于生产聚烯烃的多区循环反应器，该反应器利用循环流化床的结构特点，在提升段、下降段建立具有不同氢气浓度、温度的反应氛围，从而在单反应器内实现双峰聚烯烃的生产，有效地简化了传统的串联反应器工艺的复杂性。但是该反应器下降段为移动床，对于烯烃聚合这一反应快、放热强的反应而言，下降段采用移动床，存在聚合热无法及时传出的危险，从而形成块料，堵塞反应器出料口。下降段通过阻隔液棒对来自提升段的聚合颗粒进行汽提以实现下降段气氛与提升段差异，但是在操作过程中阻隔液棒由于颗粒料位的振荡容易受损断裂，造成装置无法生产双峰产品。最后需要指出的是多区循环反应器仅能实现双峰聚烯烃的生产，无法生产宽峰聚烯烃。如何在单反应器内更稳定地实现双峰或宽峰聚烯烃的生产，成为本发明所要突破的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种气升式烯烃聚合装置和聚合方法，本发明采用单个流化床反应器，流化床反应器内部被分为两个反应区，可用于制备不同分子量的聚烯烃，最后再聚合生成双峰或宽峰聚烯烃，聚合工艺简单；同时，本发明的聚合装置结构简单，密封性好，物料分散状态好，可有效混合反应物，成本较低。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种气升式烯烃聚合装置，包括流化床反应器，所述流化床反应器的顶部通过管道依次连通第一闪蒸罐的液体出口、第二闪蒸罐的气体出口、离心机、干燥机以及造粒塔，所述第二闪蒸罐的液体进口通过管道与所述流化床反应器上部的出料口连通，所述第一闪蒸罐的气体出口和所述第二闪蒸罐的气体出口分别通过管道连通压缩机形成循环回路，所述压缩机通过管道与所述流化床反应器底部的环形气体分布管连通，所述环形气体分布管上均匀布设有若干喷孔，所述环形气体分布管的上方竖直设置有导流筒，所述流化床反应器下部套装有换热装置。
本发明的有益效果是：通过导流筒将流化床反应器的内部空间分隔成上升区和下降区，压缩机将反应物料压缩后喷射入上升区反应生成低分子量初步聚合产物；未参与反应的反应物料经第一闪蒸罐闪蒸后重新送入流化床反应器内再次利用，同时未参加反应的物料和初步聚合产物进入下降区二次聚合，得到聚合产物从出料口导出后依次经过第二闪蒸罐、离心机、干燥机以及造粒机，最终获得粗产品；由第二闪蒸罐闪蒸出的循环气由压缩机送入流化床反应器内再次利用。本发明结构简单，可有效分散物料，采用单个流化床反应器制备不同分子量的聚烯烃，再聚合生成双峰或宽峰聚烯烃，同时还可实现反应物料的循环利用，成本较低。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述离心机的液体出口通过管道依次连通离心泵和所述流化床反应器。
采用上述进一步方案的有益效果是通过离心泵将离心机分离出的有机溶剂送入导流筒内再次利用，节约成本。
进一步，所述第一闪蒸罐的液体进口通过管道依次连接换热器和所述流化床反应器的顶部。
采用上述进一步方案的有益效果是未参与反应的循环气以及部分气化有机溶剂通过换热器冷却，然后经过第一闪蒸罐闪蒸，循环气进入循环管路经压缩机压缩重新送入流化床反应器内再次利用，有机溶剂回流至流化床反应器内再次利用，提高反应物料利用率，节约成本。
进一步，所述流化床反应器与所述导流筒的直径比例为1.5～2.0:1.0，所述导流筒的高度与直径比例为5.0～8.0:1.0。
采用上述进一步方案的有益效果是通过设计流化床反应器和导流筒的尺寸，确保整个反应顺利进行。
一种烯烃聚合的方法，包括如下步骤：
s1：所述压缩机将有机溶剂、烯烃物料以及循环气通过所述喷孔喷射进入所述导流筒内的上升区内，获得初步聚合产物；
s2：未参与反应的循环气、部分气化有机溶剂上升至所述换热器冷却后经所述第一闪蒸罐闪蒸，闪蒸所得有机溶剂回流至所述流化床反应器，闪蒸所得循环气进入循环回路经所述压缩机压缩后再次利用；
s3：未参与反应的反应物料以及初步聚合产物则沉降至所述导流筒与所述流化床反应器之间的下降区进行二次聚合，获得聚合产物；
s4：聚合产物经出料口导出进入所述第二闪蒸罐闪蒸，所得循环气经所述压缩机压缩后再次利用，所得有机溶剂经所述离心机分离后由所述离心泵送入所述导流筒再次利用，分离后的产物依次经过所述干燥机和所述造粒机获得粗产品。
采用上述进一步方案的有益效果是本发明提供的聚合烯烃的方法，制备工艺简单，反应物料分散程度好，反应物料可实现重复利用，利用率高，成本较低。
进一步，所述上升区反应温度控制在60～130℃，所述下降区反应温度控制在60～95℃。
进一步，所述烯烃物料为乙烯、丙烯或丁二烯中任一种。
进一步，所述烯烃物料为1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯中任意两种或两种以上。
进一步，所述循环气为氢气，所述有机溶剂为正己烷。
进一步，烯烃聚合所采用的催化剂为zielger-natta催化剂体系、茂金属催化剂体系或非茂金属单活性位中心催化剂中任一种或混合物。
附图说明
图1为本发明中烯烃聚合装置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、流化床反应器，2、第一闪蒸罐，3、第二闪蒸罐，4、离心机，5、干燥机，6、造粒塔，7、压缩机，8、环形气体分布管，9、导流筒，10、换热装置，11、离心泵，12、换热器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种气升式烯烃聚合装置，包括流化床反应器1，流化床反应器1的上部开设有用于加入催化剂的进料口，流化床反应器1的顶部通过管道依次连通第一闪蒸罐2、第二闪蒸罐3、离心机4、干燥机5以及造粒塔6，第二闪蒸罐3的液体进口通过管道与流化床反应器1上部的出料口连通，第一闪蒸罐2的气体出口和第二闪蒸罐3的气体出口分别通过管道连通压缩机7形成循环回路。压缩机7通过管道与流化床反应器1底部的环形气体分布管8连通，环形气体分布管8上均匀布设有若干喷孔，喷孔的直径控制在10～50mm；环形气体分布管8的上方竖直设置有导流筒9，导流筒9的侧壁通过连接杆与流化床反应器1的侧壁连接；除上述结构外，导流筒9的底部均匀布设有多个倾斜设置的支撑杆，支撑杆的下端与流化床反应器1的底部连接；导流筒9将流化床反应器1的内部分为上升区和下降区，导流筒9内部的区域成为上升区，导流筒9与流化床反应器1之间的区域称为下降区，整个流化床反应器1内部从上至下分为扩大区和导流区。当流化床反应器1和导流筒9的厚度忽略不计时，流化床反应器1与导流筒9的直径比例为1.5～2.0:1.0，导流筒9的高度与直径比例为5.0～8.0:1.0，导流筒9距流化床反应器1底部的高度为导流筒9直径的1/4～1/2；环形气体分布管8的直径与导流筒9的直径相等，环形气体分布管8通过支架安装在流化床反应器1的底部，环形气体分布管8距流化床反应器1底部的高度为导流筒9直径的1/16～1/8。另外，流化床反应器1内静料位控制在导流筒9高度的3/4以上。
本发明中，第一闪蒸罐2的液体进口通过管道依次连接换热器12和流化床反应器1的顶部，烯烃物料初步聚合后，未参加反应的循环气和部分气化的有机溶剂上升至流化床反应器1的上升区，进入换热器12内冷却，然后进入第一闪蒸罐2闪蒸，所获得的循环气经过循环管路经压缩机7压缩后重新进入流化床反应器1内再次利用，所获得的有机溶剂直接回流至流化床反应器1，实现循环气和有机溶剂再次利用，提高利用率，节约成本。
本发明中，离心机4的液体出口通过管道依次连通离心泵11和流化床反应器1，离心机4对聚合产物进行离心分离，分离所获得的有机溶剂通过离心泵11送入流化床反应器1内再次利用，所获得的产物经过干燥机5干燥、造粒机造粒后得到粗产品。
本发明中，流化床反应器1下部套装有换热装置10，此处换热装置10采用夹套，上升区的温度控制在60～130℃并可通过夹套冷却水和换热器12进行独立调节控制，下降区的温度控制在60～95℃并通过夹套换热器和夹套冷却水进行独立调节控制。
本发明中，循环气采用氢气，氢气作为链终止剂。实施过程中，加压己烷、烯烃、氢气、共聚单体等物料与反应循环物料通过喷孔喷射进入上升区，控制气体流速于250～300m/s。应用过程中，流化床反应器1内的压力控制在2.0～2.9mpa，上升区中的氢气浓度为下降区中的氢气浓度的1.1-5倍，上升区中共聚单体浓度为下降区中共聚单体浓度的1.1-2倍。
一种烯烃聚合的方法，包括如下步骤：
s1：压缩机7将有机溶剂、烯烃物料以及循环气通过喷孔喷射进入导流筒9内的上升区内，获得初步聚合产物；
s2：未参与反应的循环气、部分气化有机溶剂上升至换热器12冷却后经第一闪蒸罐2闪蒸，闪蒸所得有机溶剂回流至流化床反应器1，闪蒸所得循环气进入循环回路经压缩机7压缩后再次利用；
s3：未参与反应的反应物料以及初步聚合产物则沉降至导流筒9与流化床反应器1之间的下降区进行共聚，获得聚合产物；
s4：聚合产物经出料口导出进入第二闪蒸罐3闪蒸，所得循环气经压缩机7压缩后再次利用，所得有机溶剂经离心机4分离后由离心泵11送入导流筒9再次利用，分离后的产物依次经过干燥机5和造粒机6获得粗产品。
上述反应中，此处烯烃物料采用c4～c10的共聚单体，优选为烯烃为乙烯、丙烯或丁二烯中任一种，或者选用1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯中任意两种或两种以上。
上述反应中，烯烃物料聚合所采用的催化剂为zielger-natta催化剂体系、茂金属催化剂体系或非茂金属单活性位中心催化剂中任一种或混合物，其中zielger-natta催化剂体系为齐格勒-纳塔催化剂体系，这几种催化剂体系催化效果好，反应速度快。
在聚合过程中，压缩机7加压将反应物料通过喷孔喷射进入上升区，利用气液混合物的湍流将气泡分割细碎，增大接触面积，促进共聚单体与固相催化剂充分混合，聚合物的密度主要由共聚单体的量来控制，聚合物的分子量主要由催化剂种类和氢气的量来达到控制效果。在整个聚合反应过程中，流化床反应器1内部的压力与反应物消耗量和进料速度有关，可通过对下方喷口的液速调节和催化剂进料量来控制反应物消耗量以实现压力控制。
实施例1
本实施例中，流化床反应器1总高度为8m，流化床反应器1直径为1m，导流区高为5m，导流筒9高3.5m，导流筒9直径为0.5m。反应过程中，己烷、齐格勒-纳塔催化剂、乙烯、氢气一起进入上升区中，控制气体流速于265m/s；导流筒9的温度可通过调节夹套换热器的冷却水流量进行控制，控制上升区和下降区的温度分别为80℃和70℃；调节氢气进料量和上升区流速，使得上升区区氢气/乙烯摩尔比为0.00035、下降区氢气/乙烯摩尔比为0.0001；上升区和下降区的聚合物经循环在流化床中继续聚合。导流筒9内区压力不同，上升区内流速高压力小，下降区内流速低压力大，可通过调节催化剂进料量调节反应物消耗量实现压力控制，压力控制在2.5mpa。共聚单体转化率为70％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1560kg/hr，数均分子量为11528，重均分子量为553600，分子量分布指数为48。
对比例
按照实施例1的方法进行，不同的是反应物料喷射时控制气体流速为240m/s，此时共聚单体的转化率为50％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1500kg/hr，数均分子量为11520，重均分子量为551500，分子量分布指数为47.8。
实施例2
本实施例中，流化床反应器1总高度为8m，流化床反应器1直径为1m，导流区高为5m，导流筒9高3.5m，导流筒9直径为0.5m。反应过程中，己烷、茂金属催化剂、丙烯、氢气一起进入上升区中，控制气体流速于280m/s；导流筒9的温度可通过调节夹套换热器的冷却水流量进行控制，控制上升区和下降区的温度分别为100℃和90℃；调节氢气进料量和上升区流速，使得上升区区氢气/乙烯摩尔比为0.00035、下降区氢气/乙烯摩尔比为0.0001；上升区和下降区的聚合物经循环在流化床中继续聚合。导流筒9内区压力不同，上升区内流速高压力小，下降区内流速低压力大，可通过调节催化剂进料量调节反应物消耗量实现压力控制，压力控制在2.7mpa。共聚单体转化率为65％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1587kg/hr，数均分子量为11500，重均分子量为553750，分子量分布指数为48.15。
对比例
按照实施例2的方法进行，导流筒9内的压力控制在1.8mpa，此时共聚单体的转化率为45％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1516kg/hr，数均分子量为11509，重均分子量为551500，分子量分布指数为47.9。
实施例3
本实施例中，流化床反应器1总高度为8m，流化床反应器1直径为1m，导流区高为5m，导流筒9高3.5m，导流筒9直径为0.5m。反应过程中，己烷、齐格勒-纳塔催化剂和茂金属催化剂、丁二烯、氢气一起进入上升区中，控制气体流速于285m/s；导流筒9的温度可通过调节夹套换热器的冷却水流量进行控制，控制上升区和下降区的温度分别为110℃和90℃；调节氢气进料量和上升区流速，使得上升区区氢气/乙烯摩尔比为0.00035、下降区氢气/乙烯摩尔比为0.0001；上升区和下降区的聚合物经循环在流化床中继续聚合。导流筒9内区压力不同，上升区内流速高压力小，下降区内流速低压力大，可通过调节催化剂进料量调节反应物消耗量实现压力控制，压力控制在2.8mpa。共聚单体转化率为68％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1560kg/hr，数均分子量为11528，重均分子量为553600，分子量分布指数为48。
对比例
按照实施例3的方法进行，不同的是下降区的温度为150℃，此时共聚单体的转化率为45％，所得超宽分子分布的聚乙烯，其单位间的总产量为1515kg/hr，数均分子量为11511，重均分子量为551450，分子量分布指数为47.9。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。