專利名稱：聚烯烴生產(chǎn)設(shè)備水冷系統(tǒng)的優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚烯烴生產(chǎn)中聚合反應(yīng)器冷卻的工藝，聚合反應(yīng)在一個初級反應(yīng)器和至少一個次級反應(yīng)器中進行，次級反應(yīng)器連接在初級反應(yīng)器的下游，每個都由一個有冷卻介質(zhì)循環(huán)的內(nèi)冷卻回路冷卻。
此類工藝例如由SRI International Report NO.128A，MenloPark，California，USA 1993公開。其中描述了制備聚丙烯的Spheripol工藝。據(jù)其所述，在壓力和催化劑的存在下，在溫度70～85℃(如HDPE)的條件下，烯烴能通過放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)變成聚烯烴。在稱之為液相法的工藝中，其中的單體經(jīng)常作為聚合物的懸浮介質(zhì)。關(guān)于聚合反應(yīng)器，在當今高性能生產(chǎn)設(shè)備中，優(yōu)選使用環(huán)形反應(yīng)器，這是由于其優(yōu)越的表面積/體積比。反應(yīng)所釋放出的熱量通過反應(yīng)器的熱交換表面釋放到內(nèi)部水冷回路中。內(nèi)部回路通過添加較冷的水冷卻。結(jié)果是，隨后被反應(yīng)熱加熱的同樣量的水，必須從內(nèi)冷卻回路中排出。通常地，經(jīng)由外冷卻回路將稱之為“循環(huán)水”的水輸入和排出內(nèi)冷卻回路。在此外冷卻回路中，循環(huán)水所吸收的反應(yīng)熱釋放到流程中的耗熱單元，并通過熱交換表面到達外冷卻水，如工廠的循環(huán)冷卻水中，以達到反應(yīng)器所需要的低流動溫度。
為了獲得寬范圍變化的產(chǎn)品性能，大多地，兩個或更多的反應(yīng)器在產(chǎn)品一側(cè)階式排列安置(順序相連)；在水一側(cè)則為并聯(lián)排列。雖然水側(cè)的階式排列實際上是公知的，但是在現(xiàn)有的工藝中并不采用它，因為據(jù)信，相同的反應(yīng)器中進行相同的反應(yīng)，冷卻水的入口溫度一定是相同的。進而，這里可能會存在一個風(fēng)險，即初級反應(yīng)器中的溫度波動會傳遞到下一個直至其后的反應(yīng)器中。
目前有一項驚人的發(fā)現(xiàn)，明顯地由于催化劑的老化行為，在次級反應(yīng)器及其后的每一個反應(yīng)器中，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低，于是會產(chǎn)生如下的先前沒有注意到的現(xiàn)象由于這種老化行為，在初級反應(yīng)器中，顯然有比后續(xù)反應(yīng)器中更多的反應(yīng)熱需要轉(zhuǎn)移。如果所有的反應(yīng)器的熱交換表面尺寸上大約相同，于是，在外冷卻水相同的流動溫度θ′ext下——顯然反應(yīng)器I的內(nèi)循環(huán)中需要泵入比反應(yīng)器II、III等更多的冷卻水。除此之外，反應(yīng)器I的入水溫度θ′1和出水溫度θ″1要比后續(xù)反應(yīng)器所要求的低。為加快生產(chǎn)速度，所有反應(yīng)器的入水溫度θ′1和出水溫度θ″1相應(yīng)地都要降低，而外部水的輸入速度增加——特別是對于反應(yīng)器I來說。
由于為增加設(shè)備的生產(chǎn)量，當要傳遞更多的熱量時，所有反應(yīng)器的入水溫度θ′1和出水溫度θ″1必須降低，在其他相同的條件下，或者在外冷卻回路的溫度θ′ext降低的同時其水流量Fext增加，和/或從外冷卻回路流向每一個反應(yīng)器的冷卻水的流量增加。由于增加了設(shè)備產(chǎn)量，外冷卻水的回返流動溫度θ″ext也同樣降低。
流動溫度θ′ext的設(shè)置有賴于流程內(nèi)部的熱能利用以及外冷卻水的溫度。這意味著在夏季的月份，當外冷卻水的溫度(如河水或循環(huán)冷卻水)升高時，生產(chǎn)容量應(yīng)該降低。
增加工廠產(chǎn)量，外冷卻回路回返水的溫度檔位對流程內(nèi)的耗熱單元來說就太低了。增加外部水的流量是受限制的，比如受兩個內(nèi)部回路最大循環(huán)量的限制。
由于這些缺點，聚烯烴生產(chǎn)設(shè)備的容量是得不到充分利用的。
因此，本發(fā)明基于的目的是改進開始所述的工藝，以克服它所存在的那些缺點。
通過開發(fā)出前述類型的工藝按本發(fā)明達到該目的，此工藝包括從初級反應(yīng)器的冷卻回路輸送冷卻介質(zhì)到至少一個次級反應(yīng)器冷卻回路中，接著從此反應(yīng)器的冷卻回路中排出同樣量的冷卻介質(zhì)，將之冷卻并重新循環(huán)到初級反應(yīng)器的冷卻回路中。
因此，本發(fā)明涉及一種聚烯烴生產(chǎn)中聚合反應(yīng)器冷卻的工藝，聚合反應(yīng)在一個初級反應(yīng)器和至少一個次級反應(yīng)器中進行，次級反應(yīng)器連接在初級反應(yīng)器的下游，每個都由一個有冷卻介質(zhì)循環(huán)的內(nèi)冷卻回路冷卻，它包括把冷卻介質(zhì)從初級反應(yīng)器的冷卻回路輸送到至少一個次級反應(yīng)器冷卻回路中，接著從此反應(yīng)器的冷卻回路中排出同樣量的冷卻介質(zhì)，將之冷卻并重新循環(huán)到初級反應(yīng)器的冷卻回路中。
在一個優(yōu)選的具體實施方案中，輸入是受溫度或流量控制的，調(diào)定點根據(jù)溫度或所需流量來預(yù)置。對于冷卻介質(zhì)，優(yōu)選使用水。冷卻介質(zhì)能在一個外冷卻回路中冷卻，此回路自己能被冷卻水直接或間接冷卻。單個冷卻回路中冷卻介質(zhì)的溫度范圍優(yōu)選30～80℃(初級反應(yīng)器的冷卻回路)、30～80℃(次級反應(yīng)器的冷卻回路)及20～40℃(外冷卻回路)。
本發(fā)明進一步涉及實施此工藝的設(shè)備，并涉及制備聚烯烴的工藝，尤其是聚丙烯。
下面就本發(fā)明的工藝進行更詳細的描述，并參考可能的具體實施方案，見以圖示的工藝流程。
兩臺聚合反應(yīng)器，反應(yīng)器I1和II2通過管路3彼此連接。單體、其他添加劑和催化劑經(jīng)由進料器4、5加入反應(yīng)器I1中，在此中開始聚合反應(yīng)，并由此，連同生成的聚合物，通過管路3進入到反應(yīng)器II2，在此中進行進一步的聚合反應(yīng)，然后從反應(yīng)器II2經(jīng)由出料口6進入到后續(xù)反應(yīng)器中或到下一步工序中。雖然如此，聚合反應(yīng)也可開始于一個上游所謂的發(fā)生反應(yīng)器(小型環(huán)路)。兩個反應(yīng)器I1和II2配備冷卻夾套7和8，它們被整合在內(nèi)冷卻回路I9和II10中，其中的冷卻介質(zhì)借助泵11和12循環(huán)。兩個內(nèi)冷卻回路I9和II10通過管路13、14、15和16連接到外冷卻回路17，經(jīng)由它并借助泵18和可控閥19，冷卻介質(zhì)以流動溫度θ′ext輸入到內(nèi)冷卻回路I9和II10。外冷卻回路包括熱交換器20和21，通過它們反應(yīng)熱能釋放到耗熱單元22或借助外冷卻水25從系統(tǒng)中排除。依照本發(fā)明，內(nèi)冷卻回路I9通過管路23和泵24連接到內(nèi)冷卻回路II10上。依照本發(fā)明，回路I9中的冷卻介質(zhì)通過泵24輸入到回路II10中，并經(jīng)由管路14從回路II10中等量排出，然后在外冷卻回路17中冷卻并以管路15再輸送回到回路I9中。
如圖2所示，輸入在流動控制(M-FC)或溫度控制(控制閥27與溫度控制器TC相連)下進行。
圖3所示的是一種可能的方法，借助控制閥26接通或關(guān)閉外冷卻回路的耗熱單元22。
外冷卻回路的回返流動溫度θ′ext由水流量和內(nèi)冷卻回路I9所需的低溫度θ″1決定。如果內(nèi)冷卻回路I9的出口溫度θ″1比通向反應(yīng)器II雙夾套的內(nèi)冷卻回路II10的入口溫度θ′II低，由回路I9而來的水可帶走反應(yīng)器II2所有的反應(yīng)熱。
根據(jù)冷卻的需要，從反應(yīng)器I2的內(nèi)冷卻回路I9中排出的熱水輸送到反應(yīng)器II2的內(nèi)冷卻回路10。結(jié)果是，從反應(yīng)器II2的內(nèi)冷卻回路10中排出的水的流量增加，此水由于反應(yīng)器II2的較低的產(chǎn)率，有著較高的溫度θ″II。即使在高的出口流量下，出口溫度θ″II也保持不變。
本發(fā)明的工藝主要具有如下幾個優(yōu)點如果外冷卻回路的循環(huán)流量Fext保持恒定，則在相同的流動溫度θ′ext下可獲得更高的產(chǎn)率。在生產(chǎn)效率相同時，外冷卻回路的循環(huán)流量Fext能降低。生產(chǎn)效率相同時，如果保持循環(huán)流量Fext不變，外部循環(huán)水的流動溫度θ′ext可以升高，比如從30℃升到略低于35℃。外部循環(huán)水的回返流動溫度θ″ext也升高。外冷卻回路的較高的溫度檔位簡化了流程內(nèi)部耗熱單元的熱能利用或使反應(yīng)熱的流程內(nèi)部更大利用成為可能。此外，較高的溫度檔位方便了同外冷卻水的熱交換。
本發(fā)明的冷卻工藝并不限于聚烯烴的制備，尤其是聚乙烯或聚丙烯，而是在原則上適用于要求冷卻回路中的冷卻介質(zhì)具有可變的入口溫度，以冷卻熱源的各種情況。
權(quán)利要求
1.一種聚烯烴生產(chǎn)中聚合反應(yīng)器冷卻的工藝，聚合反應(yīng)在一個初級反應(yīng)器和至少一個次級反應(yīng)器中進行，次級反應(yīng)器連接在初級反應(yīng)器的下游，每個都由一個有冷卻介質(zhì)循環(huán)的內(nèi)冷卻回路冷卻，其特征是冷卻介質(zhì)從初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)輸送到至少一個次級反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中，接著從此反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中排出同樣量的冷卻介質(zhì)，將之冷卻并重新循環(huán)到初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)中。
2.權(quán)利要求1的工藝，其特征是輸入在溫度或流量控制下進行。
3.權(quán)利要求1或2的工藝，其特征是冷卻介質(zhì)是水。
4.一種聚烯烴的生產(chǎn)工藝，其中聚合反應(yīng)在一個初級反應(yīng)器和至少一個次級反應(yīng)器中進行，次級反應(yīng)器連接在初級反應(yīng)器的下游，每個都由一個有冷卻介質(zhì)循環(huán)的內(nèi)冷卻回路冷卻，其特征是冷卻介質(zhì)從初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)輸送到至少一個次級反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中，接著從此反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中排出同樣量的冷卻介質(zhì)，將之冷卻并重新循環(huán)到初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)中。
5.權(quán)利要求4的工藝，其特征是聚烯烴是聚丙烯。
6.一種實施權(quán)利要求1到5任何一項的工藝的設(shè)備，它包括一個初級反應(yīng)器(1)和至少一個次級反應(yīng)器(2)，次級反應(yīng)器(2)連接在初級反應(yīng)器(1)的下游，每個都具有各自的冷卻單元(7，8)，并分別整合到冷卻回路(9，10)中，其特征是初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)通過管路(23)連接到至少一個次級反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚烯烴生產(chǎn)中聚合反應(yīng)器冷卻的工藝,聚合反應(yīng)在一個初級反應(yīng)器和至少一個次級反應(yīng)器中進行,次級反應(yīng)器連接在初級反應(yīng)器的下游,每個都由一個有冷卻介質(zhì)循環(huán)的內(nèi)冷卻回路冷卻。本發(fā)明包括冷卻介質(zhì)從初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)輸送到至少一個次級反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中,接著從此反應(yīng)器(2)的冷卻回路(10)中排出同樣量的冷卻介質(zhì),將之冷卻并重新循環(huán)到初級反應(yīng)器(1)的冷卻回路(9)中。
文檔編號C08F2/01GK1241954SQ97181106
公開日2000年1月19日 申請日期1997年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月31日
發(fā)明者J·赫斯, M·斯頓夫 申請人:阿溫提斯研究技術(shù)兩合公司