CN101027123A - 角向分流的底盘 - Google Patents

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CN101027123A CNA2005800157242A CN200580015724A CN101027123A CN 101027123 A CN101027123 A CN 101027123A CN A2005800157242 A CNA2005800157242 A CN A2005800157242A CN 200580015724 A CN200580015724 A CN 200580015724A CN 101027123 A CN101027123 A CN 101027123A
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Abstract

一种用于在流化床聚合反应容器内为角向分流的成角度的环形转向板(9)。成角度的环形转向板(9)具有锥形外表面(27)以及沿中心轴线的内部空腔(15)，所述空腔在两端都敞开。成角度的环形转向板(9)适于与流化床反应容器的圆锥形底部(3)结合，并且在所述结合中，所述成角度的环形转向板(9)的外表面(27)成一定角度，其与圆锥形底部(3)的内壁(224)基本平行。

Description

角向分流的底盘
技术领域
本发明涉及一种用于流化床聚合反应器的角向分流底盘。更特别是，其涉及流化床聚合反应器的改进，在所述反应器引入角向环状的流体导向和分流装置。
发明背景
用于聚合物产物生产的流化床方法在本领域已公知多年。认为其首次用于工业规模是在1968年。
在该方法中，可聚合的流体通常在底部进入反应器。这里在进入实际聚合反应发生的位置流化床反应区域之前，通常有可聚合的流体均匀混合的初始区域。反应器通常具有用于移去聚合物产物和为循环通过反应器分离未反应的可聚合的流体的出口。
为保持流化床，循环气流从下面输进反应器。本身包含不反应的单基物和惰性材料的循环气流在反应器顶部再次被除去，除去残留的微粒，冷却气流并放回反应器。生成的聚合物产物从反应区域连续或半连续的移去并进一步加工。
包括流化床反应器及其组件的不同专利在本领域是已知的。可参见，例如，美国专利号US 2611685；4518750；4933149；5059664；5213768；5401890；5627243；5723401以及6441108。
这些不同专利已经调整了反应器的形状，添加组件以分离反应器腔室或添加组件以影响流化气流的分流。既使具有这些改变，关于进入反应容器内气体流动问题依然存在，以及确保反应容器侧面没有形成的聚合物产物并且在可聚合的流体中携带的微粒不会落入气流并可能会堵住反应器流动。本发明提供一种用于成角度的环形转向板、角向分流底盘和反应容器的改进的设计，便于气体流入反应器流化床，从侧壁除去杂质和聚合物，以及防止微粒落入气流。
发明内容
本发明一个实施方式包括用于在流化床聚合反应器内用于角向分流的成角度的环形转向板。成角度的环形转向板具有锥形外表面以及沿中心轴线的内部空腔，所述空腔在两端都敞开；其中成角度的环形转向板适于与流化床反应容器的圆锥形底部结合，并且在所述结合中，成角度的环形转向板的锥形外表面成一定角度，从而所述外表面与圆锥形底部的内壁基本平行。
在另一实施方式中有一底盘，其大体圆柱形反应容器的底部，所述底盘为倒置的连接到入口装置的圆锥形部分，以便连续地将可聚合流体的流束引入到所述反应器。其进一步包括具有锥形外表面和沿中心轴线的内部空腔的成角度的环形转向板，所述空腔在两端都敞开，其中所述成角度的环形转向板的外表面与圆锥形底部相结合并且与圆锥形底部的内壁基本平行。
在一优选实施方式中，成角度的环形转向板适于将流过反应器的可聚合流体的流束分割为在至少两个流体流路流动的两个或多个流束，其中至少一个流路在锥形成角度的环形转向板的外表面和圆锥形底部的内壁之间向上导引，至少一个流路大体上沿中心轴线穿过成角度的环形转向板向上导引，所述流束分割成流体沿反应器内壁向上流动的速度足以携带固体微粒和液体液滴并在流体的携带状态保持固体微粒和液体液滴，并防止固体微粒聚合物产物在反应容器内壁上聚积，以及流体沿中心轴线向上流过成角度的环形转向板的速度足以防止固体微粒聚合物产物落入所述成角度的环形转向板，以及所述流体在所有流路流动的合成的总速度和方向提供了充分的混合以确保进入反应器流化床区域的可聚合流体大体上是均匀分布的。
采用本发明改进的装置通过可聚合流体的流束对所述反应器更有效的传送对气相聚合反应提供了改进的方法。
前述已相当宽泛的概述本发明的特点和技术优点，以便接下来本发明的详述能够更好的理解。本发明另外的特点和优点将在下文描述，其形成本发明的权利要求的主题。可以理解的是，所公开的构思和具体实施方式可以很容易的采用作为修改或设计其他结构以实现与本发明同样目的的基础。同样可以理解的是，等效的构造将不背离附加权利要求所描述的发明。被认为具有新颖性特点的新的特征，包括其结构和操作方法，其他目的和优点将在下面的描述中与相应附图结合在一起考虑而更好的理解。然而，可以清楚理解的是，提供每附附图只是为解释说明和描述的目的且不是用作确定本发明的界定。
附图说明
为更完整的理解本发明，现结合随附附图对下列描述进行说明，其中：
图1示出本发明具有角向分流装置、成角度的环形转向板的底盘的剖视图。
图2示出沿路径B-B成角度的环形转向板的俯视图。
图3示出沿路径A-A成角度的环形转向板的仰视图。
具体实施方式
对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明范围和精神的情况下可以对本申请所公开的发明作出多种不同实施方式和修改。
在这里使用的，词语“一”或“一个”的使用，当在权利要求中和/或说明书中与术语“包括”结合使用时，意思是“一个”，但其同样包括“一个或多个”，“至少一个”和“一个或多于一个”的意思。此外，术语“具有”，“包括”，“包含”和“由...组成”为可互换的并且本领域技术人员知道这些术语是开放性术语。
在连续的流化床聚合反应器，参见美国专利US4933149中所示实例中，本领域技术人员知道，这里必须具有足够的从底部进入的流动以便于聚合反应。还必须有分流，否则聚合物产物和/或微粒可能粘到反应容器的侧壁。
本发明为便于反应床中的反应并保持反应器的侧壁干净对分割气流提供改进。在现有技术上的主要改进是采用具有锥形的成角度的环形转向板。该成角度的环形转向板在中心轴线具有空腔，以至流体可以流过成角度的环形转向板。成角度的环形转向板的外壁为锥形。锥形的角度取决于所采用的反应容器的形状。在优选实施方式中，圆锥外侧角度设置成圆锥外侧能够基本的平行于反应器的内壁。在优选实施方式中，反应器具有倒置的锥形底部，成角度的环形转向板装入其中。成角度的环形转向板可以通过任何本领域常用方法连接到反应容器内部。
现在参考图1，其示出流化床聚合反应器底盘(3)的剖面。底盘包括在分流板(1)下的反应容器的全部组件。底盘(3)为倒置的圆锥形。底盘(3)的底部(5)连接到入口装置(6)用于气体流动。该倒置的锥形底部(5)是从该类反应器通常的半球状底部设计变化来的。反应器其余部分的形状大体圆柱形并与本领域现有技术中的相同。
此外，本发明的成角度的环形转向板(9)在图1中以剖面形式示出。如所示，成角度的环形转向板(9)为锥形，其顶部较宽底部较窄。成角度的环形转向板(9)具有空腔(12)，其在两端都敞开(15和18)。在图2角向转向板(9)的俯视图和图3角向转向板(9)的仰视图可以看到，成角度的环形转向板(9)在顶部和底部具有平面圆柱形。图3进一步示出支撑件(21)，其将成角度的环形转向板支撑在倒置的锥形底部(5)的侧壁(24)。
成角度的环形转向板(9)还适于将流过反应器可聚合流体(30)的流束分割为沿至少两个流体流路流动的两个或多个流束(30，33)，其中至少一个流路(33)在圆锥形底部(5)的内壁(24)和成角度的环形转向板(9)的外表面(27)之间向上导引，以及至少一个流路(30)大体上沿中心轴线穿过成角度的环形转向板(9)向上导引，所述流束分割成流体沿反应容器内壁(24)向上流动(30)的速度足以携带固体微粒和液体液滴并在流动的携带状态保持固体微粒和液体液滴，并防止固体微粒聚合物产物在反应容器内壁(24)上的聚积，以及流体沿中心轴线向上流动的速度足以防止固体微粒聚合物产物落入所述成角度的环形转向板(9)或入口(6)，并且合成的总速度和所述流体在所有流路流动的方向提供了充分的混合以确保进入反应器流化床区域的可聚合流体大体上是均匀分布的。
实例
包括以下实例以示范本发明的优选实施方式。通过本领域技术人员可以理解的是，按发明人发现的代表性技术在实施方式中公开的技术，在发明实践中起到很好作用，并且由此考虑构成用于实践的优选方式。然而，本领域技术人员应该，根据现有公开理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以在公开的具体实施方式中进行很多改变并且同样得到类似或相似的结果。
实例1
成角度的环形转向板模拟
采用FLUENT计算流体动力学软件，进行四次模拟。其中三次模拟采用现有技术环形盘并改变尺寸，以及一次模拟采用本发明成角度的环形转向板设计。该模拟模型追踪100微米的流体(异戊烷)微粒，其类似流化床聚合反应器工作中以冷凝形式出现的流体。确定100微米微粒的命运(fate)(例如，它们是否通过分流板逸出或与反应器壁碰撞)。FLUENT同样用于确定沿壁在入口上方大约2.3英尺处的壁面剪切应力。
第一次模拟采用具有环形盘的半球形底盘的标准流化床聚合反应容器。(可参见美国专利No.4933149)。该底盘设计尺寸在表1示出。
表1
参数 模拟1
入口直径 29英寸
成角度的环形转向板最宽处直径 14.5英尺
自入口到分流板竖直距离 12.1英尺
环形盘内径 24英寸
环形盘外径 54英寸
环形盘到壁的最小距离 2.97英寸
第二次模拟采用与第一次模拟同样的底盘设计，但环形盘的外径略小。该底盘设计尺寸在表2示出。
表2
参数 模拟1
入口直径 29英寸
成角度的环形转向板最宽处直径 14.5英尺
自入口到分流板竖直距离 12.1英尺
环形盘内径 24英寸
环形盘外径 51.6英寸
环形盘到壁的最小距离 3.34英寸
第三次模拟采用与第一次模拟同样的底盘设计，但环形盘内径略大。该底盘设计尺寸在表3示出。
表3
参数 模拟1
入口直径 29英寸
成角度的环形转向板最宽处直径 14.5英尺
自入口到分流板竖直距离 12.1英尺
环形盘内径 26.4英寸
环形盘外径 54英寸
环形盘到壁的最小距离 2.97英寸
第四次模拟采用本发明的改进，也就是，锥形成角度的环形转向板和反应容器，其中底盘的底部为倒置的圆锥形。该底盘设计尺寸在表4示出。
表4
参数 模拟1
入口直径 29英寸
成角度的环形转向板最宽处直径 14.5英尺
自入口到分流板竖直距离 12.1英尺
环形盘内径 26.1英寸
环形盘外径 N/A
环形盘到壁的最小距离 1.28英寸
实例2
成角度的环形转向板性能
底盘在冷凝模式下(其中循环流束的主要部分为冷凝物)稳定工作需要气体具有足够的动量以携带流体微滴的主要部分移动穿过底盘进入流化床。流化床的温度比底盘高，其能够蒸发液体。如果液体不能被携带离开底盘，其将围绕入口聚积成水区，造成流动不稳定。
携带液体离开底盘的能力通过逸出微粒的百分率反映。较大的逸出百分率反映液体更有效的输送到流化床，因此反映循环气体在较高冷凝程度处的工作能力。
理论上，为最有效的将液体输送离开底盘将提供不具有流动转向板的入口(不管是角向的或者环状的盘)，但是该结构(没有分流装置)是不合适的。当以干燥模式流动(在循环气体没有冷凝物)，需要气体沿底盘壁高速流动使壁面没有树脂，这些树脂有可能凝聚成团并堵塞分流盘孔。这里采用的壁面剪切应力是在环形盘上方约2英尺位置处计算出的气体剪切应力。大的剪切应力将导致壁面擦洗的改进和较少的树脂在底盘壁的聚积。
第四次模拟的结果在表5示出。在表5中，
表5
  模拟 逸出微粒的百分率 在入口上方2.3英尺处的壁面剪切应力(磅/平方英寸)
    1     66     0.00069
    2     65     0.00050
    3     72     0.00041
    4     81     0.0013
实践中，人们希望使壁面剪切应力和逸出的微粒百分率都最大，以在高程度(level)冷凝模式工作和干燥模式工作期间以及在转换成冷凝模式和转换出冷凝模式时都得到很好的工作。根据表5，清楚看到带有半球形底盘：(i)改变环形盘外边缘和壁面之间的间隙影响壁面剪切应力，而对微粒逸出百分率的影响不大(比较模拟1和2)；以及(ii)改变盘内径的结构(从模拟1到模拟3增加)从而液滴逸出百分率的增加很小，同时壁面剪切应力明显减小。
在另一方面，在表5中清楚看到模拟4的圆锥形底盘对这些问题提供了完全不同的解决方案。同时具有改进的微粒逸出百分率和更高的壁面剪切应力。由此，模拟4指出了本发明对最大化这两个现象提供了最优的设计。
实例3
优点
由于催化剂变得更高产，有利的是运行高生产率通过有限尺寸的设备得到最大利益。因为进行高生产率需要更大冷却功率，这些高速率达到较高冷凝程度。由于在冷却循环气体中冷凝程度增加，在底盘入口产生不稳定流动的可能性同样增加。这些不稳定是由于低效率的输送液体离开底盘而造成的，以至液体围绕反应器入口形成水区，气体以不连续的气泡形式移动穿过反应器入口。
处于足够高的冷凝程度，包括半球形或椭圆形底盘和环形盘的现有技术不能够避免液体水区和相应的不稳定流动。本发明具有平行转向板的锥形底盘设计将避免在高冷凝程度形成水区，由此反应器能够以高生产率运行。
虽然本发明及其优点已经具体描述，可以理解的是在不背离通过附加权利要求确定的本发明的情况下，可以在这里进行多种变形，替换和改变。此外，本申请的范围不是意味着限定说明书中描述的具体过程，机器、方法和步骤中的特殊实施方式。由于人们将很容易从现有公开理解，可以采用与这里所述相应的实施方式实现基本同样的功能或达到基本同样的结果，现有过程、机器、方法或步骤，或之后改进的过程、机器、方法或步骤。由此，附加的权利要求将包括这些过程、机器、方法或步骤的范围。

Claims (4)

1.一种用于在流化床聚合反应容器内为角向分流的成角度的环形转向板包括：
(a)成角度的环形转向板具有锥形外表面以及沿中心轴线的内部空腔，所述空腔在两端都敞开；
(b)其中成角度的环形转向板适于与流化床反应容器的圆锥形底部结合，并且在所述结合中，成角度的环形转向板的锥形外表面成一定角度，其与圆锥形底部的内壁基本平行；以及
(c)其中所述成角度的环形转向板适于分割流过反应器可聚合流体的流束为两个或多个流束，其以至少两个流体流路流动，其中至少一个流路在锥形成角度的环形转向板的外表面和所述圆锥形底部的内壁之间向上导引，以及至少一个流路大体上沿中心轴线穿过成角度的环形转向板向上导引，如此对所述流束的分割以至，流体沿反应容器内壁向上流动的速度足以携带固体微粒和液体液滴并在流体携带状态保持同样的，并防止固体微粒聚合物产物在反应容器内壁堆积，以及流体沿中心轴线向上流过成角度的环形转向板的速度足以防止固体微粒聚合物产物落入入所述成角度的环形转向板，以及合成的总速度和所述流体在所有流路流动的方向以至提供了充分的混合以确保可聚合流体大体的均匀和分布进入反应器流化床区域。
2.一种用于大体圆柱形流化床聚合反应容器的底盘，包括：
(a)倒置的锥形底部连接到入口装置，以便连续的引入可聚合流体的流束到所述反应器；以及
(b)成角度的环形转向板具有锥形外表面和沿中心轴线的内部空腔的成角度的环形转向板，所述空腔在两端都敞开，其中所述成角度的环形转向板的外表面与圆锥形底部相结合并且与圆锥形底部的内壁基本平行，以及所述成角度的环形转向板适于分割流过反应器可聚合流体的流束为两个或多个流束，其以至少两个流体流路流动，其中至少一个流路在锥形成角度的环形转向板的外表面和圆锥形底部的内壁之间向上导引，以及至少一个流路沿大体上中心轴线穿过成角度的环形转向板向上导引，如此对所述流束的分割以至，流体沿反应容器内壁向上流动的速度足以携带固体微粒和液体液滴并在流体的携带状态保持同样的，并防止固体微粒聚合物产物在反应容器内壁堆积，以及流体沿中心轴线向上流过成角度的环形转向板的速度足以防止固体微粒聚合物产物落入入所述成角度的环形转向板，以及合成的总速度和所述流体在所有流路流动的方向以至提供了充分的混合以确保可聚合流体大体的均匀和分布进入反应容器流化床区域。
3.在一流化床聚合反应器具有大体圆柱形容器，其具有纵向轴线，分流板装置布置在所述容器内，大体上垂直于所述容器的纵向轴线，所述分流板在所述分流板装置上部限定一流化床区域，以及在所述分流板装置下部限定一混合室区域；入口装置通向所述容器的底部，以便以足以保持微粒以悬浮和流动状态在所述流化床区域的气流速度连续的引入可聚合流体的流束进到所述混合室，用于连续的从所述流化床区域移去未反应的可聚合气体的出口装置，用于引入聚合反应催化剂到所述流化床区域的催化剂注入装置，以及用于从所述流化床区域移去固体微粒聚合物产物的移去产物装置；改进，包括，连接到所述大体圆柱形容器的底盘；其中底盘具有倒置的锥形底部；以及其中底盘包括具有锥形外表面和沿中心轴线内部空腔的成角度的环形转向板，所述空腔在两端都敞开，其中所述成角度的环形转向板的外表面与底盘的圆锥形底部相结合并且与圆锥形底部的内壁基本平行。
4.用于在流化床反应器的气相聚合反应的方法包括输送可聚合流体的流束通过权利要求3所述流化床聚合反应器到所述反应器的步骤。
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