用于多种聚烯烃聚合反应器的减压的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及一种用于具有多个聚合反应器的聚烯烃制造中的减压系统，并且更具体来说涉及用于多个聚烯烃聚合反应器的闭合减压系统和互锁系统。
【背景技术】
[0002]此部分打算向读者介绍可能涉及本发明的各方面的技术方面，这些方面在下文中有所描述和/或主张。相信此论述有助于向读者提供背景信息以促进对本发明的各种方面的更好理解。因此，应理解，应根据这一点来阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的认可。
[0003]随着化学和石化技术进步，这些技术的产品在社会中变得日益普遍。具体来说，随着将单个分子架构基块结合成较长链(或聚合物)的技术进步，通常呈多种塑料形式的聚合物产物已日益并入到日常用品中。例如聚乙烯、聚丙烯和其共聚物的聚烯烃聚合物用于管道、零售和医药包装、食品和饮料包装、塑料包、玩具、地毯、多种工业产品、机动车组件、电气设备和其它家庭用品等。
[0004]特定类型的聚烯烃(例如高密度聚乙烯(HDPE))在制造吹塑模制和注射模制物品(例如食品和饮料容器、膜和塑料管)时具有具体应用。其它类型的聚烯烃，例如低密度聚乙烯(LDPE)、直链低密度聚乙烯(LLDPE)、等规聚丙烯(iPP)以及间规聚丙烯(sPP)也适于类似应用。本申请案的机械要求(例如拉伸强度和密度)和/或化学要求(例如热稳定性、分子量和化学反应性)通常决定那种类型的聚烯烃适合。
[0005]如可以从上文的使用列表推断，聚烯烃构造的一个益处在于其一般不与其接触的物品或产品反应。这允许聚烯烃产品用于住宅、商业和工业情境，包括食品和饮料储存和运输、消费型电子装置、农业、货运和车辆构造。聚烯烃的多种住宅、商业和工业用途已转变成对可挤压、注射、吹塑或形成最终消费产品或组件的原料聚烯烃的大体要求。
[0006]为了满足这一需求，存在多种可以聚合烯烃形成聚烯烃的工艺。这些工艺可以在石化设施处或附近进行，其提供短链烯烃分子(单体和共聚单体)，例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯以及长得多的聚烯烃聚合物的其它架构基块的即用存取。这些单体和共聚单体可在液相聚合反应器和/或气相聚合反应器中聚合。随着聚合期间在反应器中的聚合物链发展，反应器中制造出称为“短纤”或“薄片”或“粉末”的固体颗粒。
[0007]短纤可具有一或多种所关注的熔融、物理、流变性和/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。视聚烯烃短纤或后续粒化聚烯烃打算施加的应用而定，短纤的不同特性可能合意。反应器内反应条件(例如温度、压力、化学品浓度、聚合物生产速率、催化剂类型等)的选择和控制可能影响短纤特性。
[0008]除了一或多种烯烃单体之外，可向反应器添加用于促进单体聚合的催化剂(例如齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)、茂金属、络类、后茂金属、镍等)。举例来说，催化剂可以是通过反应器馈料流添加的粒子，并且添加之后，悬浮于反应器内的流体介质中。与单体不同，催化剂在聚合反应中一般不消耗。另外，可向反应器中添加惰性烃(例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷和/或庚烷等)并且用作携带反应器的内含物的稀释剂。然而，一些聚合工艺可采用单体作为稀释剂，例如在所选定的聚丙烯制造实例的情况中，丙烯单体本身充当稀释剂。尽管如此，稀释剂可与短纤和反应器中的其它组分混合形成聚合物浆料。一般来说，稀释剂可促进聚合物浆料在反应器中的循环，自反应器中的聚合物浆料热去除等。
[0009]反应器的浆料排出通常包括聚合物短纤以及非聚合物组分，例如未反应的烯烃单体(和共聚单体)、稀释剂等。此排出物料流一般例如通过稀释剂/单体回收系统(例如闪蒸容器或分离器容器、净化立柱塔等)加工来分离非聚合物组分与聚合物短纤。来自回收系统的回收的稀释剂、未反应的单体和其它非聚合物组分可例如经处理并且再循环到反应器。对于回收的聚合物(固体)，聚合物可经处理以钝化残余催化剂，去除夹带或溶解的烃，干燥聚合物并且使聚合物在挤压机中粒化等，随后将聚合物发送给客户。
[0010]在一些情况下，为了提高聚烯烃聚合生产线的能力或实现特定所要聚合物特征，可采用超过一个聚合反应器，各反应器具有其自身的条件设定。在某些实例中，反应器(例如环流反应器)可串联连接，使得来自一个反应器的聚合物浆料可转移到随后反应器等，直到所制造的聚烯烃聚合物从具有所要特征设定的最终或末端反应器排出。包括聚合处方的各别反应器条件可设定和保持使得聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯)聚合物产物为单模态、双模态或多模态，并且具有不同密度的聚烯烃部分等。
[0011]在单个或多个反应器中的聚合一般放热或发热，并且通常在可调节压力来控制产量的闭合系统中进行。如同任何此类闭合系统一样，一般来说，通常采用一些方式在反应器和相关管道的过压条件中减压。对于环流反应器和其它聚合反应器，可采用减压阀。
【发明内容】
[0012]本发明的一方面涉及一种操作聚烯烃制造系统的方法，包括在第一反应器中聚合烯烃形成第一聚烯烃，将第一聚烯烃转移到第二反应器，在第二反应器中聚合烯烃形成第二聚烯烃，并且从第二反应器排出产物聚烯烃，产物聚烯烃具有第一聚烯烃和第二聚烯烃。所述方法包括操作具有第一反应器减压系统的第一反应器和具有第二反应器减压系统的第二反应器，两个减压系统都配置成排出到废气处理系统。聚烯烃制造系统包括减压仪表系统(Ris)，其引导至少一个过程互锁根据过压减压情境缓解第一反应器或第二反应器或其两个的过量反应情境。
[0013]本发明的另一方面涉及一种操作聚烯烃制造系统的方法，包括:在第一反应器中聚合烯烃形成第一聚烯烃，第一反应器具有第一反应器减压装置;将第一聚烯烃转移到具有第二反应器减压装置的第二反应器;在第二反应器中聚合烯烃形成第二聚烯烃；以及从第二反应器排出产物聚烯烃，产物聚烯烃具有第一聚烯烃和第二聚烯烃;并且其中第一和第二反应器减压装置向分离系统排出，所述分离系统收集聚烯烃固体并且向废气处理系统排出蒸气。
[0014]本发明的另一方面涉及聚烯烃制造系统，其具有:将烯烃聚合成第一聚烯烃并且将第一聚烯烃排出到第二反应器的第一反应器;将烯烃聚合成第二聚烯烃并且排出包括第一聚烯烃和第二聚烯烃的产物聚烯烃的第二反应器;减压仪表系统(RIS)，其引导至少一个过程互锁根据过压减压情境缓解第一反应器和第二反应器的过量反应情境;安置在第一反应器上并且配置成向废气处理系统减压的第一减压装置；以及安置在第二反应器上并且配置成向废气处理系统减压的第二减压装置。
[0015]本发明的另一方面涉及聚烯烃制造系统，包括:将烯烃聚合成第一聚烯烃并且将第一聚烯烃排出到第二反应器的第一反应器;将烯烃聚合成第二聚烯烃并且排出包含第一聚烯烃和第二聚烯烃的产物聚烯烃的第二反应器;减压仪表系统(RIS)，其引导至少一个过程互锁根据过压减压要求情境缓解第一反应器和第二反应器的过量反应情境;第一减压阀安置在第一反应器上并且向分离系统减压;且第二减压阀安置在第二反应器上并且向分离系统减压。
【附图说明】
[0016]在阅读以下详细描述后并且在参考图式后，本发明的优点将变得显而易知，其中:
[0017]图1为描绘根据本发明技术的实施例用于制造聚烯烃的示范性聚烯烃制造系统的方块流程图；
[0018]图2为根据本发明技术的实施例的图1的聚烯烃制造系统的示范性反应器系统的过程流程图；
[0019]图3为根据本发明技术的替代实施例的图1的聚烯烃制造系统的示范性反应器系统的过程流程图；以及
[0020]图4为根据本发明技术的实施例的操作聚烯烃制造系统的方块流程图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的一个或多个具体实施例将在下文进行描述。为了提供这些实施例的简明描述，并非实际实施方案的所有特征都在说明书中进行描述。应了解，在任何此类实际实施方案的发展中，如同在任何工程或设计项目中，必须制定众多的实施方案特定决策以实现研发者的特定目标，例如与系统相关和企业相关约束的一致性，这可能从一个实施方案到另一实施方案有所变化。此外，应了解，此研发工作可能是复杂且耗时的，但仍是将所属领域的技术人员从事的设计、制作和制造的常规任务并且具有本发明的益处。
[0022]本发明技术包括在串联的各别聚合反应器中制造相同或不同聚烯烃。反应器中制造的聚烯烃的聚合物密度、分子量等可相同或不同。为了提高这一产量，本发明技术解决反应器系统中的多个聚合反应器的压力控制和减压。
[0023]如下文所论述，所述技术提供向废气处理系统排出的聚合反应器减压阀。具体来说，实施例为减压阀到废气处理头设定路线，例如通过减压阀排出管道。某些实施例设定减压阀在进入废气处理头之前通过分离系统排出的路线。分离系统去除和收集聚烯烃固体，并且可能主要使烃蒸气前进到废气处理头。另外，也如下文所论述，本发明技术的实施例可配置聚合反应器以及其馈入系统使得缓解或避免反应器的馈料液压过压减压情境。另外，安全仪表系统(SIS)或本文标记成减压仪表系统(RIS)提供过程互锁来缓解或避免特定过压或减压情境，包括失控或过量反应过压减压情境。
[0024]—般来说，为了在聚烯烃制造时实现所要聚合物特征，可采用超过一个聚合反应器，其中各反应器具有其自身的条件设定。反应器(例如环流反应器)可串联连接，使得来自一个反应器的聚合物短纤浆料可转移到随后反应器等，直到所制造的聚烯烃聚合物从具有所要特征设定的最终或末端反应器排出。包括聚合处方的各别反应器条件可设定并且保持使得在每一个各别反应器中聚合的聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯)可具有不同分子量、不同密度等。在两个反应器串联的情况下，各自具有不同分子量部分或不同密度的两种聚烯烃聚合物(例如一种在第一反应器中聚合且另一种在第二反应器中聚合)例如可组合成一种从第二 (最终)反应器排出的聚合物产物。
[0025]因此，在使用串联的聚合反应器的聚烯烃制造中，反应器可经操作以在每一个反应器中产生不同聚烯烃聚合物。举例来说，烯烃单体可在第一反应器中聚合产生高分子量聚烯烃并且具有低或高聚合物密度，并且烯烃单体在第二反应器中聚合产生低分子量聚烯烃并且具有低或高聚合物密度。另一方面，烯烃单体可在第一反应器中聚合产生低分子量聚烯烃并且具有低或高聚合物密度，并且烯烃单体在第二反应器中聚合产生高分子量聚烯烃并且具有低或高聚合物密度。另外，各反应器中可产生类似分子量的聚烯烃，但各反应器中的聚烯烃密度或其它特性不同。
[0026]在使用两个串联聚合反应器(例如环流反应器)的某一实例中，一个反应器中产生低分子量高密度聚乙烯(LMW HDPE)并且另一个反应器中产生高分子量直链低密度聚乙烯(HMW LLDPE)。因此，组合的最终产物为从最终(第二反应器)排出的双模态聚乙烯。将链转移剂(例如氢气)馈入到聚合LMW HDPE的反应器中来终止聚合物链生长，从而促进所述反应器中LMff HDPE的制造。因此，如可从前述论述推断，反应器的压力控制可变化。
[0027]聚烯烃制造的实例为在第一反应器中聚合低分子量高密度(LMW-HD)组分并且在第二反应器中聚合高分子量低密度(HMW-LD)组分，因为所述实例在第二(下游)反应器中的热去除要求一般比第一反应器中更苛刻。通常，LMW-HD组分在较高温度(例如230°F)下聚合(在第一反应器)，并且HMW-LD组分在较低温度(例如175°F)下聚合(在第二反应器中)。作为另一实例，LMff-HD组分可在第二反应器中聚合并且HMW-LD组分可在第一反应器中聚合。
[0028]最后，尽管本发明论述可致力于两个串联反应器，但本发明技术可适用于超过两个串联反应器。另外，所述技术可应用于两个或更多个并联反应器，或串联和并联反应器的任何组合。此外，可应用单模态、双模态或多模态聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)中的分子量和共聚单体添加的多种组合。另外，本文中一般将聚烯烃聚合物的平均分子量(通常多分散性)称为“分子量”并且有时根据聚烯烃(例如聚乙烯)的等级分为低分子量(LMW)或高分子量(HMff)。实际上，聚烯烃的平均分子量可为数目平均值、重量平均值、粘度平均值、z平均值、z+1平均值以及其它平均值特征。
[0029]1.聚烯烃制造综述
[0030]现转而参看图式，并且首先参看图1，方块图描绘用于制造聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯以及其共聚物等)的示范性制造系统10。示范性制造系统10通常为连续操作，但可包括连续和分批系统两个。示范性制造系统10的示范性标称容量为每年制造约600，000,000-1，600，000，000镑聚烯烃。示范性每小时设计速率为每小时约65，000到200，000镑聚合/挤压聚烯烃。然而，应强调本发明技术适用于标称能力和设计速率超出这些示范性范围的聚烯烃制造方法，包括聚乙烯制造系统。
[0031]多个供应器12可通过管道、船、卡车、圆筒、鼓等向制造系统10提供反应器原料14。供应器12可包括场外和/或现场设施，包括烯烃设备、精炼厂、催化剂设备等。可能原料的实例包括烯烃单体和共聚单体(例如乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯以及癸烯)、稀释剂(例如丙烷、异丁烷、正丁烷、正己烷以及正庚烷)、链转移剂(例如氢气)、可能非均质、均质、负载、非负载的催化剂(例如齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂以及茂金属催化剂)。原料可包括助催化剂，例如三乙基硼、有机铝化合物、甲基铝氧烷(MAO)、三乙基铝(TEAl)、硼酸盐、TiBAl等，活化剂，例如固体超酸和其它活化剂。另外，原料可包括抗静电剂(ASA)，例如斯塔迪450(Stadis 450)，和其它添加剂。在乙稀单体的情况中，示范性乙稀原料可在45-65°F下以约800-1450镑/平方英寸表压(psig)通过管道供应。示范性氢气原料也可以通过管道供应，但在90-110°F下约900-1000psig。当然，乙烯、氢气和其它原料14可存在多种供应条件。
[0032]供应器12通常向反应器馈入系统16提供原料14，其中原料14可储存于例如单体储存和馈入槽、稀释剂容器、催化剂槽、助催化剂圆筒和槽等。在乙烯单体馈料的情况中，在某些实施例中，乙烯可馈入到馈入系统16中的无中间储存的聚合反应器中。在馈入系统16中，原料14在作为馈料18引入到聚合反应器系统20中之前可经处理或加工。举例来说，原料14(例如单体、共聚单体和稀释剂)可传送通过处理床(例如分子筛床、铝填料等)来去除催化剂毒物。此类催化剂毒物可包括例如水、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。视所馈入的反应器类型而定，烯烃单体和共聚单体可为液体、气体或超临界流体。另外，应注意通常仅利用相对较少量的新鲜制备的稀释剂作为原料14，大部分稀释剂馈入到从反应器流出物回收的聚合反应器。
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