一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，包括流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器上部的擴大段上設(shè)氣體循環(huán)管線，該氣體循環(huán)管路依次連接壓縮機和換熱器后接入流化床反應(yīng)器底部，其中，所述氣體循環(huán)管路與流化床反應(yīng)器底部連接的那一段為豎直管段，該豎直管段下端與氣體循環(huán)管路的水平管段經(jīng)彎頭連接，所述豎直管段上設(shè)置超聲霧化器。該裝置中與流化床反應(yīng)器底部入口連接的豎直管段設(shè)超聲霧化器，在原有的烯烴聚合裝置改動很小的情況下，可以使氣液兩相流體在流化床反應(yīng)中能均勻分布，減少聚合物結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生，以及減少氣液流體對流化床反應(yīng)器的沖刷，保護(hù)了反流化床應(yīng)器。
【專利說明】
一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種烯烴聚合裝置，具體是對一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯由于其獨特的性能，使其成為合成樹脂中的重要品種。隨著社會的發(fā)展，原 有的氣相法的產(chǎn)量無法滿足社會的需求量。所以US 4543399和US 4588790提出了氣相流化 床聚乙烯冷凝模式操作工藝。該工藝引入了冷凝介質(zhì)，這樣可以通過冷凝液在流化床內(nèi)蒸 發(fā)帶走更多的反應(yīng)熱，使得反應(yīng)的時空廣率提尚，從而大幅提尚聚乙稀的廣量。
[0003] US 2005/0137364 A1提出了一種進(jìn)行冷凝態(tài)操作的流化床反應(yīng)裝置，如圖1所示， 該裝置包括流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器的下部為氣液混合室10，中部為流化床，而流化床 反應(yīng)器上部的擴大段2上設(shè)氣體循環(huán)管線3，該氣體循環(huán)管線3依次連接壓縮機和換熱器4后 接入與流化床反應(yīng)器底部，用于將氣體循環(huán)管線3中的氣液混合物冷凝后送入流化床反應(yīng) 器中。其中，所述氣體循環(huán)管線3與流化床反應(yīng)器底部連接的那一段為豎直管段17,該豎直 管段17的下端與一段彎管8連接。流化床反應(yīng)器下部的出料口經(jīng)卸料管14依次連接卸料罐 15和產(chǎn)品罐16。卸料罐15頂部連接氣體緩沖罐11，氣體緩沖罐11頂部與氣體循環(huán)管線3連 接，將卸料罐15內(nèi)的氣體送入氣體循環(huán)管線3中。換熱器4下游設(shè)有冷凝介質(zhì)分配器6。換熱 器4的上游設(shè)有氣體分析儀5。催化劑12經(jīng)管線13與流化床連通。
[0004] 其具體的工藝流程是:從流化床中出來的未反應(yīng)的氣體經(jīng)過擴大段2后再進(jìn)入循 環(huán)管線3。用壓縮機將循環(huán)氣輸送到換熱器4使氣體中的易冷凝物質(zhì)冷凝，形成氣液兩相。然 后循環(huán)氣和由冷凝介質(zhì)分配器6補加的冷凝介質(zhì)和單體管線7的輸入的單體混合經(jīng)預(yù)分布 器9分散在流化床反應(yīng)器的混合室10中，再通過分布板進(jìn)入流化床中反應(yīng)。反應(yīng)過程中通過 管線13加入催化劑12。另外反應(yīng)的產(chǎn)物通過管線14離開流化床，經(jīng)過一系列的分離后得到 聚乙烯。在冷凝態(tài)操作中，必須保證氣液兩相在進(jìn)入流化床反應(yīng)器的混合室，再通過分布板 進(jìn)入流化床之后均勻分布，才能得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。但是，循環(huán)的氣液混合物沿循環(huán)管線3 回到流化床之前會通過彎管8,在彎管8處由于氣體和液體的密度差，液體會受離心作用而 被"甩"到彎管8外側(cè)，造成了氣液的分離。所以經(jīng)過彎管9后，液體的霧化狀態(tài)不好，氣液分 布不均。又因為氣速很快，連接流化床反應(yīng)器入口的豎直管段17的長度不足以使氣液混合 均勻，造成氣液混合物在流化床中分布不均。在液體分布少的區(qū)域由于聚合熱無法及時被 帶走，這樣會造成聚乙烯的熔融而形成結(jié)塊，這樣會降低產(chǎn)品質(zhì)量而增加成本。同時在氣液 流量大的一側(cè)，流化床反應(yīng)器的內(nèi)壁面和預(yù)分布器被沖刷得很嚴(yán)重，這樣會影響反應(yīng)器的 壽命，增加生產(chǎn)的成本和反應(yīng)器的損耗。
[0005] 目前，解決上述技術(shù)問題的一種方法是在管道內(nèi)安裝整流裝置，但是當(dāng)前所提出 的整流裝置都不適合用于工業(yè)的生產(chǎn)裝置。CN 102435253 A公開了一種調(diào)整穩(wěn)定管內(nèi)流體 的調(diào)整器。其主要是由多孔材料構(gòu)成的整流主體和導(dǎo)流葉片組件等組合而成。該整流器僅 限于氣液流體的使用，對流場的畸變能起到一定的調(diào)整作用。但是如果流體中有少量固體 顆粒，就會造成調(diào)整器的堵塞。同時該構(gòu)件較復(fù)雜，會造成比較大的壓降。CN 101639374 A 公開了一種多相流體的整流裝置。該裝置主要是由管道連接體、螺旋體、流動調(diào)整器及上下 游整流腔組成。該裝置比較適合小型的管道內(nèi)流體的整流，不適合運用于工業(yè)的管道。
[0006] 針對采用流化床的烯烴聚合裝置中出現(xiàn)的偏流現(xiàn)象，CN 200810062156.7、CN 200810062156.7和美國聯(lián)碳公司的US 6815512B2公開了在循環(huán)氣液混合物在進(jìn)入流化床 前進(jìn)行氣液相分離，氣體和液體分別從流化床的底部和分布板上部的液體注入口引入流化 床。這些方案對原有的裝置改動很大，增加了裝置改造的風(fēng)險。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型提供一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置。該裝置中于流化床反應(yīng)器 底部入口連接的豎直管段設(shè)置超聲霧化器，在原有的烯烴聚合裝置改動很小的情況下，可 以使氣液兩相流體在流化床反應(yīng)器中能均勻分布，減少聚合物結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生，以及減少 氣液流體對流化床反應(yīng)器的沖刷，保護(hù)了流化床反應(yīng)器。
[0008] 本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝 置，包括流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器上部的擴大段上設(shè)氣體循環(huán)管線，該氣體循環(huán)管路依 次連接壓縮機和換熱器后接入流化床反應(yīng)器底部，其中，所述氣體循環(huán)管路與流化床反應(yīng) 器底部連接的那一段為豎直管段，該豎直管段下端與氣體循環(huán)管路的水平管段經(jīng)彎頭連 接，其特征在于，在所述豎直管段上設(shè)置超聲霧化器。
[0009] 循環(huán)的氣液混合物在進(jìn)入流化床之前經(jīng)過一段彎管，彎管的離心作用使得密度不 同的氣液發(fā)生分離，造成在彎管的外側(cè)大量的液體聚集，由于空間受限，彎頭下游的豎直管 段的長度不足以將氣液混合流體調(diào)整均勻。在連接流化床入口的豎直管段外側(cè)增加超聲霧 化器。超聲波的能量將聚集的液體霧化成小液滴，分散后的小液滴被氣體帶走，這樣有利于 氣液混合物迅速在管內(nèi)分布均勻，從而進(jìn)入流化床反應(yīng)器中的氣液混合物不會出現(xiàn)"偏流" 現(xiàn)象，避免流化床內(nèi)出現(xiàn)局部熱點，減少聚合物結(jié)塊形成，降低流化床反應(yīng)器的損耗。
[0010] 所述超聲霧化器安裝在液體聚集的那一側(cè)管壁上。
[0011] 所述的超聲霧化器包括圓筒形外殼和超聲換能器，所述圓筒形外殼套裝在豎直管 段上，外殼的內(nèi)部與豎直管段的外壁之間有空隙，外殼和豎直管段外壁之間真空密封連接， 使兩者之間的空間呈真空狀態(tài)，所述超聲換能器呈曲面形，位于外殼和豎直管段外壁之間 的空隙中并與豎直管段外壁貼合，所述超聲換能器固定在圓筒形外殼內(nèi)壁上且正對液體聚 集的一側(cè)管壁，所述該側(cè)管壁則為超聲霧化器的霧化片。
[0012] 所述圓筒形外殼固定在豎直管段與彎頭的連接處，其高度Η為0.2L~0.7L，外徑D為 2d~l. 05d。優(yōu)選高度Η為0.25L~0.6L，外徑D為1.5d~l. Id。所述超聲換能器兩端和圓筒形外 殼的兩端相距0.1 d。其中，L為連接流化床入口的豎直管段的長度，d為氣體循環(huán)管線的管 內(nèi)徑。所述超聲換能器形狀為一圓筒經(jīng)縱軸面切成的部分，其圓弧所對的圓心角α為30°~ 330°，優(yōu)選為45°~180°。
[0013] 所述圓筒形外殼的高度Η、外徑D以及超聲換能器的所對的圓心角α，這些變量是由 氣體循環(huán)管線管內(nèi)徑d、連接流化床入口的豎直管段的長度L及循環(huán)氣中液體摩爾百分率mf 來決定的。這些量之間的關(guān)系式為：
[0014] 所述超聲換能器的功率P與處理的循環(huán)氣的最大摩爾百分率mfmax的關(guān)系為
[0015] 本實用新型具有以下有益效果：
[0016] (1)本實用新型在裝置的氣體循環(huán)管路與流化床反應(yīng)器底部連接的豎直管段內(nèi) 設(shè)置超聲霧化器，利用超聲波的機械效應(yīng)能夠?qū)⒕奂囊后w分散成小液滴，與氣體分散均 勻，同時超聲波的穿透能力強，不需在管道內(nèi)安裝整流裝置也能對流體起到整流作用，使因 經(jīng)過彎管而分離的氣液流體在有限的管程中可以重新混合均勻形成穩(wěn)定流動的氣液流體， 不僅能在流化床反應(yīng)器中均勻分布，減少聚合物結(jié)塊現(xiàn)象發(fā)生，還減少氣液流體的不穩(wěn)定 流動對流化床反應(yīng)器的沖刷磨損，保護(hù)了流化床反應(yīng)器。在很大程度上解決了偏流的問題， 大幅提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，具有很強的現(xiàn)實意義和利用價值。
[0017] (2)本實用新型對裝置的改造容易，改造成本和風(fēng)險低。
【附圖說明】
[0018] 在下文中將會結(jié)合具體的實例和附圖來更詳細(xì)介紹本實用新型。
[0019] 圖1為根據(jù)本實用新型的的烯烴聚合裝置示意圖；
[0020] 圖2為根據(jù)本實用新型的超聲霧化器的示意圖；
[0021 ] 圖3為圖2中的A-A視圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023] 實施例1
[0024] 本實用新型的烯烴聚合裝置，整體如圖1所示。該烯烴聚合裝置包括流化床反應(yīng)器 1，流化床反應(yīng)器1上部的擴大段2上設(shè)氣體循環(huán)管線3,該氣體循環(huán)管線3依次連接壓縮機和 換熱器4后接入與流化床反應(yīng)器1底部，用于將氣體循環(huán)管線3中的氣液混合物冷凝后送入 流化床反應(yīng)器1中。流化床反應(yīng)器1下部的出料口經(jīng)卸料管14依次連接卸料罐15和產(chǎn)品罐 16,卸料罐15頂部連接氣體緩沖罐11，氣體緩沖罐11頂部與氣體循環(huán)管線3連接，將卸料罐 15內(nèi)的氣體送入氣體循環(huán)管線3中。其中，氣體循環(huán)管路3與流化床反應(yīng)器1底部連接的那一 段為豎直管段17,該豎直管段17的下端與一段彎管8連接。在豎直管段17的外側(cè)壁設(shè)一超聲 霧化器，超聲霧化器安裝在液體聚集的一側(cè)管壁上。
[0025] 如圖2所示，超聲霧化器包括圓筒形外殼18和超聲換能器19。圓筒形外殼套裝在豎 直管段上，圓筒形外殼18的內(nèi)部與豎直管段16的外壁之間具有空隙，圓筒形外殼18和豎直 管段外壁之間真空密封連接，使兩者之間的空隙呈真空狀態(tài)，在空隙內(nèi)安裝超聲換能器19， 圓筒形外殼18下部固定在直管段與彎頭連接處，其高度Η為0.2L~0.7L，外徑D為2d~1.05d。 優(yōu)選高度Η為0.25L~0.6L，外徑D為1.5d~l. Id。其中L為連接流化床入口的豎直管的長度，d 為循環(huán)管道的直徑。超聲換能器19兩端和圓筒形外殼18的兩端相距0.1 d。超聲換能器19安 裝在圓筒形外殼18內(nèi)壁上，且其正對著液體聚集的那一側(cè)管壁。
[0026] 超聲換能器19呈曲面形，并與豎直管段外壁貼合。超聲換能器19形狀為一圓筒經(jīng) 縱軸面切成的部分，其圓弧所對的圓心角α為30°~330°，優(yōu)選為45°~180°。圓筒形外殼18的 高度H、外徑D以及超聲換能器19的圓弧所對的圓心角α，這些變量是有管道直徑d、連接流化 床入口的豎直管的長度L及循環(huán)氣中液體摩爾分率mf來決定的。這些量之間的關(guān)系式為：
>超聲換能器19的功率P選擇與處理的循環(huán)氣的最大摩爾分率mfmax的關(guān)系
[0027] 實施例2
[0028] 以空氣和水作為模擬介質(zhì)進(jìn)行實驗，讓空氣和水先經(jīng)過一段水平管后再分別經(jīng)過 90°彎頭和豎直管段17,管段的直徑d為150_，豎直管段17長度L為600_，氣體流速為15 m/ s，水的摩爾分率為8%。超聲霧化器安裝在豎直管段17液體聚集的一側(cè)管壁外側(cè)，圓柱形腔 體高度Η為180mm，外徑為180mm，超聲換能器19兩端和圓柱形腔體的兩端相距15mm，超聲換 能器19的圓弧所對的圓心角α為59°。所需的超聲換能器19的功率為76W。實驗測得管道出口 截面上液含量的不均勻系數(shù)為3.2%，而未增加超聲霧化器的管道出口截面上液含量的不均 勻系數(shù)為20.6%。不均勻系數(shù)越小說明氣液混合越均勻。所以超聲霧化器對管道出口的氣液 均勻分布起了很大的作用。
[0029] 實施例3
[0030]以空氣和水作為模擬介質(zhì)進(jìn)行實驗，讓空氣和水先經(jīng)過一段水平管后再分別經(jīng)過 90°彎頭和豎直管段17,管段的直徑d為300mm，豎直管段17長度L為1500mm，氣體流速為20 m/s，水的摩爾分率為10%。超聲霧化器安裝在豎直管段17液體聚集的一側(cè)管壁外側(cè)，圓柱形 腔體高度Η為600mm，外徑為360mm，超聲換能器19兩端和圓柱形腔體的兩端相距30mm，超聲 換能器19的圓弧所對的圓心角α為60°。所需的超聲換能器19的功率為648W。實驗測得管道 出口截面上液含量的不均勻系數(shù)為5.2%，而未增加超聲霧化器的管道出口截面上液含量的 不均勻系數(shù)為35.1%。不均勻系數(shù)越小說明氣液混合越均勻。所以超聲霧化器對管道出口的 氣液均勻分布起了很大的作用。
[0031]以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的部分實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本實用新型范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本 實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，包括流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器上部的擴 大段上設(shè)氣體循環(huán)管線，該氣體循環(huán)管路依次連接壓縮機和換熱器后接入流化床反應(yīng)器底 部，其中，所述氣體循環(huán)管路與流化床反應(yīng)器底部連接的那一段為豎直管段，該豎直管段下 端與氣體循環(huán)管路的水平管段經(jīng)彎頭連接，其特征在于，所述豎直管段上設(shè)置超聲霧化器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述超聲霧化 器安裝在液體聚集的那一側(cè)管壁上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述的超聲霧 化器包括圓筒形外殼和超聲換能器，所述圓筒形外殼套裝在豎直管段上，外殼的內(nèi)部與豎 直管段的外壁之間有空隙，外殼和豎直管段外壁之間真空密封連接，使兩者之間的空間呈 真空狀態(tài)，所述超聲換能器呈曲面形，位于外殼和豎直管段外壁之間的空隙中并與豎直管 段外壁貼合，所述超聲換能器固定在圓筒形外殼內(nèi)壁上且正對液體聚集的一側(cè)管壁。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述圓筒形外 殼固定在豎直管段與彎頭的連接處，其高度H為0.2L~0.7L，外徑D為2d~l. 05d，其中，L為連 接流化床入口的豎直管段的長度，d為氣體循環(huán)管線的管內(nèi)徑。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述圓筒形外 殼固定在豎直管段與彎頭的連接處，其高度H為0.25L~0.6L，外徑D為1.5d~l. Id。6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述超 聲換能器兩端和圓筒形外殼的兩端相距0.1 d。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述超聲換能 器形狀為一圓筒經(jīng)縱軸面切成的部分，其圓弧所對的圓心角a為30°~330°。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述超聲換能 器的圓弧所對的圓心角a為45°~180°。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述圓筒形外 殼的高度H、外徑D以及超聲換能器的圓弧所對的圓心角a，這些變量是由氣體循環(huán)管線管內(nèi) 徑d、連接流化床入口的豎直管段的長度L及循環(huán)氣中液體摩爾百分率m f來決定的，這些量 之間的關(guān)系式為：10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有超聲霧化器的烯烴聚合裝置，其特征在于，所述超聲換 能器的功率P與處理的循環(huán)氣的最大摩爾百分率m fmax的關(guān)系為.
【文檔編號】C08F10/00GK205412957SQ201520798830
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年10月16日
【發(fā)明人】黃正梁, 胡東芳, 王靖岱, 陽永榮, 慶增利, 楊江源, 凌敏, 陳新, 蔣斌波
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 浙江大學(xué)