流化床反应器系统的制作方法

流化床反应器系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年10月25日提交的ussn 62/926,065和于2020年1月20日提交的ep 20152705.8的优先权权益，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及聚合反应器系统和尤其涉及流化床反应器中的阀设计、布置和使用。


背景技术：

4.聚烯烃是由烯烃生产的聚合材料并且通常用于制造包装、家用物品、汽车部件等。可以在催化剂存在下，在促进聚合反应的流化反应器(例如流化床反应器，优选气相流化床反应器)中生产聚烯烃，例如聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)。简言之，将活性催化剂进料到反应器中，通常进料到反应器内包含的流化床的体积中，并且以新生催化剂颗粒、预聚合的催化剂颗粒或含有残留催化剂的聚合物颗粒的形式，例如在抗冲共聚物聚丙烯的制造中。一种或多种气体(例如乙烯、丙烯、氢气等)向上循环通过流化床并从反应器的顶部出来到换热器-以移除聚合热-进入循环压缩机/鼓风机，并通过布置在反应器底部附近的板重新分布到流化床中。气体以各种浓度循环通过流化床以使床流化并控制产物性质和生产速率；将新鲜气体添加到循环物流中以维持流化床内的目标浓度。进入的催化剂和/或聚合物在流化床内进行聚合以产生固体聚合物颗粒例如聚乙烯和/或聚丙烯。将固体聚合物颗粒和气体的混合物连续地或半连续地从反应器中移除并输送到颗粒处理系统，在此固体聚合物颗粒作为产物与气体分离，并将气体回收、处理和再循环回到反应器中。
5.当从反应器中移除气体/固体混合物时，希望最大化固体移除同时最小化流化气体移除。一种移除选项是将阀组件直接附接到反应器并从反应器连续排出固体聚合物颗粒和气体的混合物。然而，常规阀组件通常具有低的固体排出效率，由于将大部分的未反应进料和气体同时移除，必须将它们分离和回收以供再利用。这种回收方法增加了整个聚合物生产方法的成本，因此这些方法的能力应该降低到可能最小化设备尺寸和能量消耗的程度。
6.因此，需要开发改进流化床中产生的固体(例如聚合物颗粒)的收集效率同时最小化其它组分(例如未反应的进料和气体)的同时收集的方法和系统。
7.发明概述
8.在下文中概述本发明公开内容的各种细节以提供基本理解。该概述不是本发明公开内容的广泛综述，且既不旨在标识本发明公开内容的某些元素，也不旨在描绘其范围。相反，这一概述的主要目的是，在下文呈现的更详细描述之前，以简化形式呈现本发明公开内容的一些概念。
9.本发明公开了一种流化反应器系统，优选气相流化床反应器，其包括反应器，所述反应器包含位于反应器内布置的分配板上方的流化床，通过分配板进料到流化床中以引起流化床的均匀流化并促进固体聚合物颗粒的产生的流化气体，和穿透反应器侧壁从流化床
中移除流化气体和固体聚合物颗粒的混合物的阀组件。该阀组件可以相对于侧壁以向下的角度连接到侧壁，使得阀组件的面朝上开口延伸到流化床中。
10.本发明还公开了一种方法和该方法包括将流化床容纳在分配板上方的反应器内，经由分配板将流化气体进料到流化床中并进而引起流化床的均匀流化且促进固体聚合物颗粒的产生，和经由穿透反应器侧壁的阀组件从流化床中移除流化气体和固体聚合物颗粒的混合物。该阀组件可以相对于侧壁以向下的角度连接到侧壁，使得阀组件的面朝上开口延伸到流化床中。
附图说明
11.包括以下附图以说明实施方案的某些方面，并且不应被视为排他性实施方案。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、改变、组合和等同，如熟悉本领域且受益于本发明公开内容的技术人员将想到的。
12.图1是根据一个或多个实施方案，可操作以产生和排出聚合物颗粒的示例性流化床反应器系统的示意图。
13.图2是根据一个或多个实施方案，图1的阀组件的放大示意性侧视图。
14.详细说明
15.本发明的公开内容涉及聚烯烃生产，和更具体地，涉及促进从流化气相反应器中有效并连续地移除固体聚合物颗粒的阀组件。
16.本文所述的实施方案公开了用于从流化反应器床中移除固体聚合物颗粒产物的系统和方法。合适的系统包括含有位于布置在反应器内的分配板上方的流化床的反应器，以及经由分配板进料到流化床中以引起流化床的均匀流化并促进固体聚合物颗粒产生的流化气体。阀组件穿透反应器的侧壁以从流化床中移除固体聚合物颗粒。该阀组件可以相对于侧壁以向下的角度连接到侧壁，使得阀组件的面朝上开口延伸到流化床中，当与具有垂直于侧壁附接的阀组件的系统相比时这改进了固体产物的收集效率。
17.图1是根据一个或多个实施方案，可操作以产生和排出固体聚合物颗粒的示例性流化反应器系统100的示意图。在至少一个实施方案中，可以配置系统100，在受控条件下聚合丙烯和乙烯以在多孔聚丙烯均聚物内产生无定形二元共聚物橡胶(aep)，所述多孔聚丙烯均聚物已经进料到具有残余催化剂活性的反应器102中，从而赋予聚丙烯抗冲击性，并以固体聚合物颗粒的形式排出抗冲共聚物(icp)。如图所示，系统100可以包括反应器102(在本文中可替代地称为“反应器102”)，其通常可以包括封闭容器，该封闭容器具有顶部104a、底部104b和在顶部104a与底部104b之间延伸的基本上垂直的侧壁106。
18.反应器102可含有流化床108，其通常位于在反应器102内部靠近底部104b布置的分配板110上方。催化剂或活性聚合物颗粒112(例如聚合物和活性催化剂)的进料可以连续或间歇地输送到反应器102中，直接进入或接近流化床108的顶部。在至少一个实施方案中，活性聚合物颗粒112可包含均聚物并且可源自上游系统114，所述上游系统可基于上游反应器(未示出)的生产速率将活性聚合物颗粒112进料至反应器102中。
19.流化气体116还在反应器102的底部104b处或附近连续进料到反应器102中。流化气体116可以包括各种气体和物质(除了各种反应性单体之外)，例如惰性气体、催化剂改性剂和催化剂活化剂。单体补充管线118可将反应性单体如乙烯(c3)、丙烯(c2)和氢气(h2)添
加到流化气体116中以控制反应器102的产物性质和生产速率。
20.分配板110支撑反应器102内的流化床108并包括多孔或穿孔结构，其接收流化气体116并将其分布在反应器102的横截面上。流化气体116流过分配板110并进入反应器102内的高速度将引起流化床108的均匀流化。在反应器102的操作期间，流化床108可含有聚合物、催化剂、在形成固体聚合物颗粒的过程中的聚合物、固体聚合物颗粒和维持流化的流化气体116的流化组合。
21.通常，在操作期间反应器温度范围可以是约30℃至约200℃。流化床108的温度可取决于以下因素中的一个或多个在稳态下保持恒定：流化粒子的软化/粘附点；催化剂或活性聚合物颗粒112的注入速率和催化剂活性；进入反应器102的流化气体116的温度、压力和组成；以及循环通过流化床108的流化气体116的体积。如下文所论述的，通过移除由其内的聚合反应产生的热量而使流化床108的温度保持恒定。反应器102内的压力范围可以是约650kpa至约15mpa。
22.在循环通过流化床108时不反应的一部分流化气体116在顶部104a处或附近从反应器102中排出。在一些实施方案中，如图所示，反应器102的顶部104a可以被扩大并且以其他方式限定膨胀圆顶120，构造该膨胀圆顶120以降低循环流化气体116的向上速度，这阻止了离开的流化气体116内聚合粒子和颗粒的夹带。相反，重力促使聚合粒子和粒料与流化气体116脱离循环并在反应器102内大部分沿侧壁106的内壁向下返回。
23.当流化气体116循环通过流化床108时，它吸收由流化床108内发生的化学反应产生的热量。离开反应器102的流化气体116可以被输送到与反应器102流体连接的换热器122(例如冷却器)以从流化气体116中移除聚合热并进而帮助控制反应器102内的温度。泵或压缩机124提供动力以使流化气体116循环通过换热器122，从而从系统100中移除热量并使流化气体116再循环回到反应器102中。
24.系统100可进一步包括一个或多个阀组件126(示出了一个)，所述阀组件被连接到反应器102的侧壁106并被构造以移除由反应器102内发生的化学反应产生(生成)的固体聚合物颗粒(例如聚合颗粒)。在反应器102的操作期间，流化气体116通过阀组件126从反应器108中抽出并且在必须加速和夹带固体聚合物颗粒的速度下通过阀组件126沿着反应器102移动并离开该反应器。更具体地，正在进行的反应过程和循环流化气体116的动力学导致流化的固体聚合物颗粒在流化床108的中心附近通常向上移动，然后在流化床108的顶部附近径向向外移动直到重力导致固体聚合物颗粒通常沿着反应器102的内壁下降。然后可以在阀组件126处接收流化气体116和固体聚合物颗粒的混合物128并从反应器102中连续抽出(排出)。
25.该方法的动力学还要求从反应器102中排出的流化气体116与固体聚合物颗粒的体积比(即气体-固体比)比流化床108的体积比特征要大得多。更具体地，足够且通常过量体积的流化气体116与固体聚合物颗粒一起排出，并且需要使颗粒朝向阀组件126加速，通过阀，并通过任何下游管道以将颗粒转移到与整个聚合物生产过程相关联的下一个系统。
26.用于流化反应器的常规阀组件通常垂直于反应器的侧壁连接，这需要过大量的流化气体116来加速夹带的固体聚合物颗粒相对于反应器102的内壁成90
°
离开反应器102。这导致低的固体排出效率和高的气固比排放。本发明公开内容的一个目的是引入一种阀组件，该阀组件显著改善(降低)抽出的气体与固体体积比并且同时降低回收气体的成本。更
具体地，根据本发明公开内容的实施方案，当前公开的阀组件126的设计、放置和定向使离开反应器102的流化气体116的体积最小化，同时利用通过作用在固体聚合物颗粒上的重力的颗粒加速。因此，与常规阀组件相比，阀组件126能够接收并排出混合物128，所述混合物128具有流化气体116和固体聚合物颗粒的显著更高的固体与气体比混合物。
27.图2是根据一个或多个实施例，阀组件126的放大示意性侧视图。如图所示，阀组件126包括喷嘴202和在连接器206处固定到喷嘴202上的排放阀204。排放阀204可以是可致动的以封闭或暴露排放导管208，从而防止或促进混合物128从流化床108流出的流体连通。在聚合应用中，进一步优选排放阀204为称为排放柱塞阀的设计，其能够完全堵塞阀体，以便防止在阀204内的任何聚合物生长和堵塞。在至少一个实施方案中，阀204可以包括可从日本大阪的ichinose co.，ltd.获得的espero排放阀。然而，在其它实施方案中，阀204可包括另一类型的可致动阀，其可连接到喷嘴202上以选择性地控制通过排放导管208的流动。
28.在聚合应用的一些优选实施方案中，如图所示，排放阀204可包括含有活塞或柱塞210的柱塞阀，其可纵向致动以封闭或暴露排放导管208并进而切断或促进通过排放导管208的流体流动。更具体地，柱塞210可以能够延伸到喷嘴202内并延伸到喷嘴202的开口212。当柱塞210完全延伸到开口212时，如虚线所示，可完全防止流化气体116和固体聚合物颗粒的混合物128进入喷嘴202，这可有利于防止聚合物进入喷嘴202并在喷嘴202内固化。相比之下，当柱塞210完全缩回时，排放导管208将被暴露，且混合物128可在开口212处进入喷嘴202以从流化床108中排放且经由排放导管208输送离开反应器102。
29.在一些实施方案中，可以使用下游阀机构(未示出)，例如可致动的全口球阀等控制经由排放管道208离开反应器102的混合物128的总流量。在一些实施方案中，混合物128可以被输送到颗粒处理系统(未示出)，固体聚合物128可以在此与流化气体116相分离，并且将流化气体116回收、分馏，且全部或一部分被再循环回到反应器102，例如经由补充管线118(图1)。
30.阀组件126，和更特别地喷嘴202，可以连接到反应器102的侧壁106，例如通过将喷嘴202焊接到侧壁106上或使用一个或多个机械紧固件。阀组件126可在分配板110上方的高度h处连接到侧壁106，且分配板110可显示出直径d。在一些实施方案中，高度h与直径d的比率(即h/d)可以是约0.25至约2.0，这可将阀组件126定位于流化床108内的具有重力驱动的通常向下固体流的典型高固体密度区中。
31.如图所示，阀组件126可以相对于侧壁106以向下的角度210连接到反应器102的侧壁106。更具体地，假设反应器102的侧壁106相对于水平方向基本上垂直地延伸，则向下的角度210可以与侧壁106成大于90
°
。因此，向下的角度210可以是钝角并且范围可以是大于90
°
至约160
°
。在至少一个实施方案中，向下的角度210可与侧壁106成约120
°
。向下角的度210的大小可仅仅受阀组件126的设计约束限制，所述阀组件将最终与反应器102的侧壁106相交。
32.如图所示，喷嘴202可以穿透反应器102的侧壁106，并且通向喷嘴202的开口212可以在流化床108中延伸一小段距离。由于阀组件126以向下的角度210连接到侧壁106，因此开口212可通常面朝上且以其它方式远离分配板110敞开。更特别地，通向喷嘴202的开口212的底部部分214a可以延伸超过侧壁106的内表面216，而与底部部分214a相对的顶部部分214b可以与内表面216基本上齐平。在一些实施方案中，“基本上齐平”可以是指上部部分
214b的一小区段(部分)可以延伸小的距离进入反应器102的内部，如图所示。然而，在其他实施方案中，“基本上齐平”可以是指上部部分214b的任何区段(部分)都不延伸超过侧壁106的内表面216。然而，在大多数情况下，喷嘴202的上部部分214b基本上不像底部部分214a那样突出到反应器102的内部中，从而促进开口212的“面朝上”定向，并且确保任何这样的穿透都不会在反应器102内提供可以引发已知与反应过程相关的任何结垢的区域。
33.面朝上开口212可利用固体聚合物颗粒沿侧壁106的内表面216的重力驱动流动。如上所述，在流化床108内发生的反应过程的动力学，与经由分配板110注入到流化床108中的流化气体116一起，导致固体聚合物颗粒在流化气体116中夹带(加速)并且在反应器102内通常向上和径向向外移动。重力最终克服了流化气体116的夹带力并且固体聚合物颗粒开始大部分沿着侧壁106的内表面216下降。面朝上开口212在侧壁106的内表面216处提供成角度的容器(即，入口/出口)，混合物128可从流化床108接收到所述容器中或通过所述容器并输送离开反应器102。与常规阀组件相比，混合物128不需要以90
°
加速(推动)以进入阀组件126，而是当混合物128沿着侧壁106的内表面216下降时它可以在很大程度上在重力作用下被接收在面朝上开口212内。
34.基于需要流化气体116的高速度以使固体聚合物颗粒从流化床108的夹带和离开反应器102的转移最大化的概念，用于流化反应器的常规垂直布置的阀组件典型地具有直径相对小的开口，例如3至4英寸。相比之下，阀组件126的实施方案不那么严重地依赖于气体速度或夹带来进行固体收集。相反，阀组件126以向下的角度210的策略性定向并且使面朝上开口212延伸到反应器102的内部中将允许固体聚合物颗粒沿着侧壁106的内表面216的重力驱动流动以高固体与气体比在阀组件126内接收。因此，通过阀组件126离开的流化气体116的速度对于从反应器102中移除固体聚合物颗粒不是至关重要的。结果，开口212的直径可以大于常规的垂直布置的阀组件的典型直径，并且仍然获得高的固体与气体比，实际上，通常进一步改善固体与气体抽出比。
35.在一些应用中，例如，开口212的直径可以是常规的垂直布置的阀组件的典型直径的1至1.5倍大。作为示例，5英寸直径的阀代替4英寸直径的阀可以将阀门抽出增加约60％。然而，在一些实施方案中，开口212的直径可以小至1英寸。
36.实施方案列举
37.本发明公开内容尤其提供了以下实施方案，其中的每一个可被视为任选地包括任何替代的实施方案。
38.条款1.一种流化反应器系统，优选气相流化反应器系统，其包括反应器，所述反应器包含位于布置在反应器内的分配板上方的流化床，通过分配板进料到流化床中以引起流化床均匀流化并促进固体聚合物颗粒产生的流化气体，以及穿透反应器的侧壁以从流化床中移除流化气体和固体聚合物颗粒的混合物的阀组件，其中阀组件相对于侧壁以向下的角度连接到侧壁，使得阀组件的面朝上开口延伸到流化床中。
39.条款2.根据条款1所述的系统，其中向下的角度与所述侧壁成大于90
°
。
40.条款3.根据条款2所述的系统，其中向下的角度的范围与所述侧壁成大于90
°
至约160
°
。
41.条款4.根据前述条款中任一项所述的系统，其中面朝上开口的底部部分延伸超过侧壁的内表面，并且其中与底部部分相对的面朝上开口的顶部部分与内表面基本上齐平。
42.条款5.根据前述条款中任一项所述的系统，其中阀组件包括连接到侧壁并限定面朝上开口的喷嘴，以及固定到喷嘴上的排放阀。
43.条款6.根据条款5所述的系统，其中排放阀包括柱塞阀，所述柱塞阀包括可致动以封闭或暴露排放导管以促进流体连通离开流化床的柱塞。
44.条款7.根据前述条款中任一项所述的系统，其中阀组件在分配板上方的一定高度处连接到侧壁上并且分配板显示出直径，和其中所述高度与所述直径之比为约0.25至约2.0。
45.条款8.根据前述条款中任一项所述的系统，其中流化气体在床的中心附近向上输送固体聚合物颗粒，然后固体聚合物颗粒沿着反应器的内壁下降以被阀组件的面朝上开口接收。
46.条款9.根据前述条款中任一项所述的系统，其中面朝上开口显示出至少1英寸的直径。
47.条款10.根据前述条款中任一项所述的系统，其进一步包含将活性聚合物颗粒进料到反应器中，直接进入到流化床的顶部中或附近。
48.条款11.根据前述条款中任一项所述的系统，其中流化气体包括选自惰性气体、催化剂改性剂、催化剂活化剂、一种或多种反应性单体以及其任何组合中的气体。
49.条款12.根据前述条款中任一项所述的系统，进一步包括冷却器和压缩机，所述冷却器流体地连接到反应器上以接收并冷却从反应器中排出的一部分流化气体，所述压缩机使该部分流化气体循环回到反应器中。
50.条款13.一种方法，其包括在分配板上方的反应器内容纳流化床，经由分配板将流化气体进料到流化床中并进而引起流化床的均匀流化且促进固体聚合物颗粒的产生，以及经由穿透反应器侧壁的阀组件从流化床中移除流化气体和固体聚合物颗粒的混合物，其中该阀组件相对于所述侧壁以向下的角度连接到侧壁上使得阀组件的面朝上开口延伸到流化床中。
51.条款14.根据条款13所述的方法，其中向下的角度与所述侧壁成大于90
°
，该方法进一步包括在重力作用下沿着侧壁的内表面向下驱动固体聚合物颗粒，并且当固体聚合物颗粒沿着侧壁的内表面向下前进时，将流化气体和固体聚合物颗粒的混合物接收到面朝上开口中。
52.条款15.根据条款13或条款14所述的方法，其中面朝上开口的底部部分延伸超过侧壁的内表面，并且其中与底部部分相对的面朝上开口的顶部部分与内表面基本上齐平。
53.条款16.根据条款13至15中任一项所述的方法，其中阀组件包括连接到侧壁上并限定面朝上开口的喷嘴，以及固定到喷嘴上的排放阀，该方法进一步包括当固体聚合物颗粒沿着侧壁的内表面向下前进时，将流化气体和固体聚合物颗粒的混合物接收到面朝上开口中。
54.条款17.根据条款16所述的方法，其中排放阀包括含有柱塞的柱塞阀，该方法进一步包括致动柱塞以封闭或暴露排放管道并进而促进离开流化床的流体连通。
55.条款18.根据条款13至17中任一项所述的方法，其中阀组件在分配板上方的一定高度处连接到侧壁上并且分配板显示出直径，和其中所述高度与所述直径之比为约0.25至约2.0。
56.条款19.根据条款13到18中任一项所述的方法，进一步包含在流化床的顶部处或附近将活性聚合物颗粒进料到反应器中。
57.条款20.根据条款13至19中任一项所述的方法，进一步包括从反应器中排出一部分流化气体，用冷却器接收并冷却该部分流化气体，以及用压缩机将该部分流化气体再循环回到反应器中。
58.除非另有说明，否则在本说明书和相关权利要求中使用的表示成分的量、性质如分子量、反应条件等的所有数字应理解为在所有情况下均用术语“约”修饰。因此，除非另有相反的说明，否则在以下说明书和所附权利要求中列出的数值参数是近似值，其可以根据本发明的实施方案寻求获得的所需性质而变化。最起码，并且不试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围上，每个数值参数应至少根据所报告的有效数字的数量并通过应用普通的四舍五入技术来解释。
59.在本文的详细描述和权利要求中的所有数值相对于所指示的值用“约”或“大约”修饰，并且考虑了本领域普通技术人员将预期的实验误差和变化。除非另有说明，室温为约25℃。
60.如在本发明公开内容和权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式，除非上下文另有明确规定。
61.本文中短语如“a和/或b”中使用的术语“和/或”旨在包括“a和b”、“a或b”、“a”和“b”。
62.虽然在本文中以“包含”各种组分或步骤的方式描述了组合物和方法，但是组合物和方法也可以“基本上由”各种组分和步骤“组成”或“由”各种组分和步骤“组成”。
63.本文给出了结合本文公开的本发明实施方案的一个或多个示意性实施方案。为了清楚起见，在本技术中没有描述或示出物理实施方式的所有特征。应当理解，在引入本发明实施方案的物理实施方案的开发中，必须做出许多实现方式特定的决定，以实现开发者的目标，诸如符合系统相关、商业相关、政府相关和其他约束，这些约束随实现方式并且不时地变化。虽然开发者的努力可能是耗时的，但是对于熟悉本领域且受益于本发明公开内容的普通技术人员来说，这些努力仍然是常规任务。
64.因此，本发明非常适合于实现所提到的以及其中固有的那些目的和优点。以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为本发明可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了在下面的权利要求中描述的之外，不旨在限制本文所示的构造或设计的细节。因此，显而易见的是，可以改变、组合或修改上面公开的特定说明性实施例，并且所有这些变化都被认为在本发明的范围和精神内。本文说明性公开的本发明可以在不存在本文未具体公开的任何要素和/或本文公开的任何任选要素的情况下适当地实践。