[发明专利]喷动流化床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反应器及其聚合物制备方法。

背景技术

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方法。其中，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、耗能低和安全性高等优点，因而成为聚烯烃生产工艺中的主流。而流化床反应器工艺是气相法中应用最为普遍工艺。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，受到业界广泛的关注。冷凝态操作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，如今通用的聚烯烃产品的产量已经能够满足人们日常生活需要，故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。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，典型的方法是采用了双串联和多串联反应器技术，使烯烃聚合形成的聚合物呈现双/宽峰的分子量分布特征。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、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公布了一种多温区流化床聚合工艺，通过在单个流化床反应器中有效地分配液体将反应器分为较低温度和较高温度的两个反应区域，进而控制两个反应区域之间的温度差异，以生产分子量分布较宽的聚合物。但是在多温区流化床聚合工艺中，较低温度区域内液体含量相比冷凝态工艺中液体含量更大，颗粒间易形成液体架桥，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，出现去流态化现象、床层塌落甚至导致反应器停车。如果能够对结块现象进行有效地调控和防止，将对多温区流化床及工艺的安全和稳定生产起到至关重要的作用。

喷动流化床作为反应器，除了具有喷动床的操作压降低、气固接触效率高、适合处理粒径较大颗粒、粘性较强物料等优点外，还具有以下特点：

1. 通过设置辅助气流，可以加强床层内颗粒的循环和混合速率，改善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。有文献报道，用喷动流化床流化平均直径为1.08mm的沙粒，可以省36%的气体流量。

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、节涌等现象，特别是对反应过程中粒径和密度持续变化的颗粒。

对于烯烃聚合反应来说，催化剂加入反应器后增长到较大的尺寸，这个过程粒径增长是很明显的。同时在液体存在的工艺中，颗粒之间液体形成架桥，粘性力显著增加，导致颗粒粘结形成结块或聚团，颗粒在此过程进一步增长。此外，针对液体存在时易团聚结块的现象，不仅能够通过喷动流化床喷动区流股的强大剪切力进行破碎，也可采用环隙区中辅助气体流股来控制和消除。例如，当反应器床层环隙区结块现象明显的情况下，通过提高辅助气体的流量，加剧气流对颗粒结块的冲击作用，达到破碎结块的作用。综上所述，喷动流化床反应器适用于烯烃聚合生产，特别是冷凝态及类似持液操作的烯烃聚合技术，通过改变喷动流化床的喷动流股和辅助流股的流量，可以调控和消除持液操作过程中产生的结块、聚团。

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反应器及其聚合物制备方法。

喷动流化床反应器包括封闭外壳、出料管线、催化剂进料口、扩大段、锥形挡板、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、直筒段、第一阀门、第二阀门、缩径段、辅助流化气入口、喷动流化气入口、第一反应区域、第二反应区域；