[发明专利]一种喷动流化床-流化床复合反应器及其聚合物制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷动流化床-流化床复合反应器及其聚合物制备方法，主要用于烯烃聚合，但是并不限定于烯烃聚合，可以用在其他类似的工业应用领域。

背景技术

在现代生活中，聚烯烃树脂已和人类的衣食住行密不可分，从简单的包装袋到复杂的汽车及飞机构件，聚烯烃树脂都在发挥着不可替代的作用，特别是聚乙烯和聚丙烯树脂，其产量和其制品应用消费量均位列前茅。工业上生产聚烯烃的方法主要有淤浆聚合、溶液聚合和气相聚合。目前，气相法工艺利用流化床、卧式搅拌釜、立式搅拌床等反应器形式进行生产，具有流程简单，生产灵活性强等优点，因而成为聚烯烃生产工艺中的主流。而气相法中，应用最为普遍的是流化床反应器工艺，受到广泛的关注。随着技术的不断进步，烯烃聚合流化床反应器中出现了冷凝态操作技术，通过向流化床反应器引入冷凝液，加强反应器内的移热能力，从而实现大幅度提高反应器时空收率的效果。

随着聚烯烃工业的不断发展，当今聚烯烃工业界关注的焦点已不再停留在产品的产量上，而是如何提高聚合物产品的性能。采用传统的制备聚烯烃的工艺只能得到分子量分布较窄的聚合物产品，主要是因为在单一反应器中的反应条件通常比较稳定和单一。为了改进聚合物产品的性能，人们也一直在研究和开发更先进的工艺技术。在现有的烯烃聚合反应器及其工艺中，典型的方法是采用双串联和多串联反应器技术，分别使不同的反应器中生产不同的分子量的聚烯烃，在最后的反应器中达到充分混合，从而使最终形成的烯烃聚合产品呈现双/宽峰分子量分布特征。即在不同的反应环境（包括反应温度、气氛、催化剂和聚合方法）下，烯烃聚合形成分子量大小不同的聚合物，从而使分子量分布变宽。例如，国际公开专利WO2009/076733A1公布了在两个串联的反应器中进行烯烃聚合反应的方法，其中一个反应器在较高的温度下操作，形成较低分子量的聚合物；而第二个反应器在较低的温度下操作，形成较高分子量的聚合物。然而，这种多反应器串、并联来制备双/宽峰聚合物产品的方法存在工艺复杂、设备投资高昂、操作难度大、并且生产连续性和稳定性较差等缺点。因此，如何开发单反应器技术来生产双/宽分子量分布的聚合物，是目前聚烯烃领域的研究难点和热点。中国公开专利CN20111290787.6公布了一种通过在流化床反应器中有效地分配液体从而将反应器分为较低温度和较高温度的两个反应区域的方法。主要通过控制两个区域内的温度差异，生产分子量分布较宽的聚合物产品。

但是在流化床的多温区反应器工艺中，较低温度的区域内液体含量相比冷凝态工艺中液体含量更大，此条件时颗粒间会形成液体架桥，颗粒间的粘性力会增强，从而加剧结块的形成，而这些结块若不及时被破碎，将进一步破坏床层的流化质量，如发生去流态化现象、床层塌落甚至是反应器停车等故障。如果能够对结块现象进行有效地调控和防止，将对聚烯烃的安全和稳定生产起到至关重要的作用。而喷动流化床是喷动床和流化床特点相结合的反应器，适合处理粒径较大、粘性较强的颗粒，具有以下特点：

1.辅助气流的设置，可以强化床层内颗粒的循环和混合，改善反应器轴向和径向的颗粒运动。

2. 相比喷动床和流化床反应器，喷动流化床使颗粒流化所需的气体量要更小一些，能节省气量，同时也减轻循环气系统中处理单元的负荷。

3. 喷动流化床流量的操作范围较宽，宽的操作范围能减少结块、节涌等不良流化现象，特别是针对反应过程中粒径和密度持续变化的颗粒体系。

因此，设想开发一种新型的反应器，反应器底部为喷动流化床，用来适应液体存在时颗粒结块流化的处理，而上部采用流化床，和常规的聚合反应器操作情况相似。两种反应器形式共存于单个反应器中，从而实现单反应器的多反应区域共存的思想。通过这样的复合反应器来实现不同温度区生成不同结构及性质的聚合物产品，然后两反应区域之间的聚合物循环，进一步反应及接触，达到微观混合，最终生成具有优良性能的聚合物产品。同时，还可以加强反应器对不同流化状态的适应性，如大量液体存在时易产生团聚、结块等现象。

发明内容

   本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种喷动流化床-流化床复合反应器及其聚合物制备方法。

喷动流化床-流化床复合反应器包括封闭外壳、出料管线、第一催化剂进料口、固体下料管、锥形挡板、第二催化剂进料口、扩大段、气体出口、第一管线、旋风分离器、压缩机、换热器、气液分离器、第二管线、液体喷射器、分流器、第三管线、第四管线、第一阀门、第二阀门、辅助流化气入口、喷动流化气入口、缩径段、出料口、喷动流化床、流化床、直管段圆筒、气体分布板、气体分布件、气体源、第三阀门；