CN113329799B - 用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置，包括具有重量容器的重量分离器、用于进料聚合物反应混合物的入口、位于重量容器下部的用于排出第一富聚合物流的第一出口，以及位于重量容器上部的用于排出第一贫聚合物流的第二出口；具有闪蒸容器的闪蒸分离器、用于进料从第一贫聚合物流分出的第二贫聚合物流的第一入口、位于闪蒸容器下部的用于排出液体流的第一出口，以及第二位于闪蒸容器上部的用于排出气体流的出口，其中重量容器的第二出口与闪蒸容器的第一入口流体连接。此外，本申请涉及一种从包含聚合物和所述挥发性化合物的反应混合物中分离挥发性化合物的方法，包括：使反应混合物通过入口进入根据本发明的分离装置的重量分离器的重量容器的步骤，通过重量容器的第一出口排出主要包含聚合物的第一富聚合物流，通过重量容器的第二出口排出主要包含挥发性化合物的第一贫聚合物流，将至少一部分贫聚合物流作为第二贫聚合物流通过第一入口进入根据本发明的分离装置的闪蒸分离器的闪蒸容器中，通过闪蒸容器的第一出口排出液体流，并通过闪蒸容器的第二出口排出气体流。

Description

用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于从聚合物中分离挥发性化合物的分离装置。此外，本发明涉及使用所述闪蒸分离器从聚合物中分离挥发性化合物的方法。特别地，分离装置和方法可用于溶液聚合过程。
背景技术
聚烯烃是通过几种不同的常规技术生产的。典型的温度范围为50℃至350℃，压力范围为30巴至3000巴。聚烯烃是在聚合物溶解于液体中或未反应单体、未反应共聚单体和任选溶剂的超临界混合物中的温度下生产的。
聚合过程包括一个或多个聚合反应器。合适的反应器包括未搅拌的或搅拌的、球形的、圆柱形的和罐状的容器以及循环回路反应器(circulation loop reactor)和管式反应器。这种反应器通常包括单体、共聚单体、溶剂、催化剂和任选的其他反应物和添加剂的注入点以及反应混合物的排出点。此外，反应器可包括加热装置或冷却装置。
从包含聚合物熔体的反应混合物中分离未反应的溶解的单体、共聚单体和可能的溶剂通常在闪蒸分离器中进行，典型地在一个或多个分离阶段中进行。在溶液工艺过程中，从聚合反应器中取出的反应溶液流被传送到闪蒸分离器，在其中乙烯与存在或不存在的共聚单体(即丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯或共聚单体的组合)以及烃溶剂从聚合物熔体中分离出来。如果使用不止一个闪蒸分离器，闪蒸分离器通常串联连接。从聚合物流中分离出的挥发性碳氢化合物通常会循环回到进料罐中，然后再进料到聚合过程中。
在这种典型的闪蒸分离器中，温度和压力都降低了。温度特别降低到低于低临界溶解温度(LCST；参见图1)。结果，送入闪蒸分离器的混合物被分离成贫聚合物气相和富聚合物液相。由于在闪蒸分离器的闪蒸容器底部的重力，液相通过位于所述容器底部的出口排出，因此这两个相被分离。另一方面，气相通过闪蒸容器顶部的出口除去。
这些闪蒸分离器的目的是从气相中夹带最少的固体(聚合物)的角度实现“干净的”分离。气相中的固体聚合物导致工艺效率较低，可能导致固体聚合物在设备中从分离器的气相出口开始沉积，随后该设备结垢，甚至导致整个***的堵塞或故障。因此，这种“干净的”分离对所描述的聚合物生产***非常有益。
需要解决的问题
然而，使用闪蒸分离器的方法在能量上是不利的。原因是在反应混合物通常直接取自聚合物反应器的情况下实现高分离效率在闪蒸分离器中要提供高温和高压降，这对应于高能量损失。
因此，为了实现从聚合物中分离挥发性化合物的更节能的方法，典型地采用重量分离器(参见图1中的X点)。在典型使用的重量分离器中，不需要分离成气相和液相。相反，使用的条件是将反应混合物分成两个液相，贫聚合物液相和富聚合物液相。存在的富聚合物液相具有比贫聚合物相更高的密度，因此位于贫聚合物液相之下。此外，贫聚合物相包含少量的平均分子量低于富聚合物相中聚合物的聚合物，其中富聚合物相包含大量的平均分子量高于贫聚合物相中聚合物的聚合物。富聚合物相作为富聚合物流从重量分离器的底部被移除，而贫聚合物相作为贫聚合物流从包含主要量的单体、任选地共聚单体和任选的溶剂的重量分离器的顶部被移除。优选地，这种重量分离器通常用于在连续溶液聚合过程中回收聚合物。
在US 6,881,800 B2中描述了一种装置，其中使用液-液相分离器(重量分离器)从溶液聚合过程的反应混合物中分离溶剂和单体。
此外，WO 2009/126277 A2提供了一种装置，其中重量分离器接收反应混合物，重量反应器顶部流的一部分被部分再循环到进入聚合反应器的物流中，部分被再循环到离开聚合反应器的反应混合物流中。
然而，当生产低分子量聚合物时，例如对于大部分分子量分布低于10,000g/mol的聚合物，这些重量分离器可能无法在聚合物产品与溶剂之间提供干净的分离。原因是，与闪蒸分离器相比，重量分离器中聚合物从贫聚合物相移动到富聚合物相所需的时间更长，因为与闪蒸分离器中气相的各自特性相比，贫聚合物相的密度和粘度相对较高。由于较高的重力，具有高分子量的聚合物移动得更快。因此，平均分子量越高，分离效率越好。因此，在低分子量聚合物的情况下，多数情况下会发生固体聚合物夹带进入气相。如上文针对闪蒸分离器的情况所解释的，同样在重量分离器的情况下，此类固体聚合物会沉积并在再循环溶剂流中有害地污染设备。此外，应该注意的是，在闪蒸分离器中，夹带量是有限的，而在重量分离器的情况下，更大量的聚合物可能夹带在贫聚合物相中。因此，在重量分离器的情况下，沉积和结垢的问题更加突出。
文献WO 2011/087728涉及处理由重量分离器的顶部流夹带的聚合物结垢引起的问题所必需的设备和方法。然而，没有提供对上述问题的解决方案。
因此，考虑到高能耗的缺点，低分子量聚合物的回收通常仍使用闪蒸分离器来实现。
本发明的目的
因此，本发明的一个目的是找到一种分离装置，该装置能够有效地在用于生产低分子量聚合物的聚合物生产过程中从聚合物中分离挥发性化合物(即没有固体聚合物夹带到贫聚合物相中)，其不像典型单独使用的闪蒸分离器那样如此耗能。
发明内容
现在令人惊讶地发现，克服所述缺点的可能方式是组合使用重量分离器和闪蒸分离器。根据生产设备中当前生产的聚合物的平均分子量，可以单独使用重量分离器(高分子量)，也可以将重量分离器和闪蒸分离器结合使用。
因此，本发明描述了一种用于从聚合物中分离挥发性化合物的分离装置、聚合物生产设备布局和方法，其目标是最小的聚合物夹带，同时仍然生产多种多样的高分子量和低分子量聚合物。本发明确保利用两种分离技术。重量分离器确保高效分离，而闪蒸分离器确保最少的聚合物材料夹带到贫聚合物相中，因此设备无污垢。
因此，通过用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置出人意料地解决了上述问题，该分离装置包括：重量分离器，具有重量容器、用于进料聚合物反应混合物的入口、位于重量容器下部的用于排出第一富聚合物流的第一出口、和位于重量容器上部的用于排出第一贫聚合物流的第二出口，以及闪蒸分离器，具有闪蒸容器、用于进料从第一贫聚合物流分出(split)的第二贫聚合物流的第一入口、位于闪蒸容器下部的用于排出液体流的第一出口、和位于闪蒸容器上部的用于排出气体流的第二出口，其中，重量容器的第二出口与闪蒸容器的第一入口流体连接(fluidly connected)。
此外，通过一种从包含聚合物与所述挥发性化合物的反应混合物中分离挥发性化合物的方法令人惊讶地解决了上述问题，该方法包括以下步骤：将反应混合物通过入口进入一种分离装置的重量分离器的重量容器，该分离装置包括：重量分离器，具有重量容器、用于进料聚合物反应混合物的入口、位于重量容器下部的用于排出第一富聚合物流的第一出口和位于重量容器上部的用于排出第一贫聚合物流的第二出口；以及闪蒸分离器，具有闪蒸容器、用于进料从第一贫聚合物流分出的第二贫聚合物流的第一入口、位于闪蒸容器下部的用于排出液体流的第一出口和位于闪蒸容器上部的用于排出气体流的第二出口，其中重量容器的第二出口与闪蒸容器的第一入口流体连接；通过重量容器的第一出口排出主要包含聚合物的第一富聚合物流；通过重量容器的第二出口排出主要包含挥发性化合物的第一贫聚合物流；将至少一部分贫聚合物流作为第二贫聚合物流通过第一入口进入所述分离装置的闪蒸分离器的闪蒸容器中；通过闪蒸容器的第一出口排出液体流，并通过闪蒸容器的第二出口排出气体流。
定义
几十年来，闪蒸分离器在现有技术中已为人所知(也称为低压分离器)。正如本领域公知的，液体进料被通入至在减压下操作的闪蒸容器。从而一部分液相蒸发并且可以作为塔顶流(或蒸气流)从低压分离器排出。然后将留在液相中的部分作为底部流或液体流从闪蒸容器中排出。在闪蒸容器中同时存在气相与液相的条件下操作低压分离器描述了这种情况。闪蒸分离器典型地在至少1巴的压力下运行。
重量分离器(通常也称为液-液分离器)包括在其中可以分离两相液体***的一个容器。相对密度较低的液相(贫聚合物相)从容器的上端排出，而相对密度较高的液相(在本申请中为富聚合物相)从容器的底部排出。
如本文所用，术语分离效率定义为从贫聚合物流中取出的组分(在闪蒸分离器的情况下为气体流，在重量分离器的情况下为液体流)的质量流量除以平衡条件下贫聚合物流中组分的(理论)质量流量速率。
如本文所用，表述挥发性化合物必须理解为与本发明方法中生产的聚合物相比具有显著较低分子量的化合物。当暴露于闪蒸分离器时，此类化合物通常以气态形式存在。在重量分离器中，它们典型地存在于(液体)贫聚合物流中。在聚合过程中，它们保持在溶液中。通常，挥发性化合物包含至少一种未反应的单体、任选地未反应的共聚单体、溶剂和存在于反应混合物中的任何其他气态组分。
附图说明
图1示出了说明现有技术中使用的重量分离器的操作的相图。
图2是根据本发明的分离装置的示意性布局。
涉及符号
1→重量容器
2→重量容器的入口
3→重量容器的第一出口
4→重量容器的第二出口
5→闪蒸容器
6→闪蒸容器的第一入口
7→闪蒸容器的第一出口
8→闪蒸容器的第二出口
9→反应混合物
10→第一富聚合物流
11→第一贫聚合物流
12→第二贫聚合物流
13→气体流(第四贫聚合物流)
14→液体流(第四富聚合物流)
15→第三富聚合物流
16→第三贫聚合物流
17→挥发性化合物流
18→闪蒸分离器的闪蒸容器的第二入口
19→第二富聚合物流
20→聚合物流
21→第一加热器
22→第一压力控制阀(膨胀阀)
23→第二加热器
24→第二压力控制阀(膨胀阀)
25→主聚合物流(包括原始聚合物材料，其排除极低分子量部分，<10,000g/mol)
26→次聚合物流(包括极低分子量聚合物部分，<10,000g/mol)
27→闪蒸容器中气相和液相之间的边界
具体实施方式
下面对本发明的分离装置和分离方法进行更详细的说明。
本发明的分离装置
通常，在生产不含低分子量部分的聚合物(特别是低于10,000g/mol的聚合物)的情况下，可以预期在重量分离器中会发生有限的固体聚合物夹带到贫聚合物相中。因此，预计重量分离器的使用足以分离高分子量聚合物，并且不一定需要在用于生产不具有如此低的分子量部分的高分子量聚合物的生产设备中使用根据本发明的分离装置。
然而，在这种情况下也没有预期的缺点。因此，包括本发明的分离装置的聚合物生产设备不限于生产不具有低分子量部分的聚合物的设备，而低分子量部分被认为低于10,000g/mol。然而，根据本发明的分离装置在这些情况下是特别有利的，因为可以防止固体聚合物夹带到贫聚合物流中以及固体聚合物的沉积及其后果。
如果不需要根据本发明的分离装置，则来自重量分离器的贫聚合物流将再循环回到聚合反应器。另一方面，富聚合物流将被导向下游单元。
在本发明的第一种实施方案中，根据本发明的用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置包括：
-重量分离器，具有重量容器(1)、用于进料聚合物反应混合物(9)的入口(2)、位于重量容器(1)下部的用于排出第一富聚合物流(10)的第一出口(3)，以及位于重量容器(1)上部的用于排出第一贫聚合物流(11)的第二出口(4)；和
-闪蒸分离器，具有闪蒸容器(5)、用于进料从第一贫聚合物流(11)分出的第二贫聚合物流(12)的第一入口(6)、位于闪蒸容器(5)下部的用于排出液体流(14)的第一出口(7)，以及位于闪蒸容器(5)上部的用于排出气体流(13)的第二出口(8)，
其中重量容器(1)的第二出口(4)流体连接到闪蒸容器(5)的第一入口(6)。
对于该第一实施方案，必须在没有由虚线(19)表示的连接第一富聚合物流(10)和闪蒸容器的第二入口(18)的导管的情况下阅读图2。因此，该实施方案不需要所述闪蒸容器的这种第二入口(18)。
如上所述，第一实施方案的主要优点是，夹带在第一贫聚合物流(11)中的至少部分固体聚合物，优选夹带在第一贫聚合物流(11)中的全部固体聚合物，其等于重量分离器的顶部流(top stream)，通过随后连接的闪蒸分离器回收。由于在重量分离器的顶部流中以及引入闪蒸分离器的固体聚合物的量远低于同等情况下仅使用一个闪蒸分离器的量，因此本发明的闪蒸分离器可以在一定条件下运行，显著降低了能源消耗。这是通过较低的温度和压力下降来实现的。
在第二个、优选的实施方案中，根据本发明的分离装置的闪蒸容器(5)还包括第二入口(18，虚线)，用于进料从第一富聚合物流(10)中分出的第二富聚合物流(19，虚线)，其中重量容器(1)的第一出口(3)与闪蒸容器(5)的第二入口(18)流体连接。这种将至少一部分液态富聚合物流反馈(feedback)到闪蒸容器中的优点是，减少了闪蒸容器(5)壁上的聚合物沉积。
在第三个、最优选的实施方案中，第二富聚合物流(19)经由第二入口(18)进料，其中第二入口(18)位于闪蒸容器(5)中存在的液位(27)与闪蒸容器(5)的第一入口(6)之间，其中液位(27)是闪蒸容器(5)中存在的气相和液相之间的边界。这进一步提高了聚合物的去除，使得几乎没有聚合物再沉积在闪蒸容器(5)的壁上。
优选地，根据本发明的分离装置包括：位于重量容器(1)的入口(2)上游的第一加热器(21)和/或第一压力控制阀(22)。这确保在进入本发明的分离装置的重量分离器之前可以调节反应混合物的温度和压力。
在另一个优选实施方案中，根据本发明的分离装置包括：位于闪蒸容器(5)的第一入口(6)上游和重量容器(1)的第二出口(4)下游的第二加热器(23)和第二压力控制阀(24)。这确保在进入本发明的分离装置的闪蒸分离器之前可以调节第二贫聚合物流(12)的温度和压力。
第一加热器和/或第二加热器可以是一个或多个闪蒸加热器、一个或多个夹套管或一个或多个热交换器。优选地，第一加热器是热交换器。优选地，第二加热器是热交换器。
优选地，将静态混合器置于闪蒸分离器的上游以提高反应混合物的均匀性(图2中未显示)。
在本发明的第一个最优选的实施方案中，重量分离器(1)的底部出口(3)与闪蒸分离器(5)的底部出口(7)合并以形成聚合物流(20)。在第二富聚合物流(19)经由第二入口(18)进料到闪蒸分离器(5)而不是重量分离器(1)的底部流(第一富聚合物流(10))的实施方案中，第三富聚合物流(15)与闪蒸分离器的底部流(14)合并(参见图2)。
在第二个优选实施方案中，这些出口没有合并，而是它们的流被分开回收。这种设置(setup)能够分离成具有高分子量的聚合物和极低分子量(例如低于10,000g/mol)的聚合物。
本发明的方法
本发明的方法包括聚合物的生产过程和实际的分离过程，其中挥发性化合物如单体、任选的共聚单体和任选的溶剂从反应混合物中除去，并因此从聚合物中除去。下面将详细描述这些步骤。
反应混合物的生产
可以使用生产聚合物的任何方法制备反应混合物，该方法需要在生产之后随后从聚合物中分离挥发性化合物。优选地，本发明适用于超临界的、溶液和高级溶液聚合过程。更优选的是连续的超临界的、溶液和高级溶液聚合过程。最优选地，生产过程包括连续的溶液聚合过程。
本发明中生产的聚合物可以是任何聚合物，其生产中使用挥发性化合物。优选地，本发明中生产的聚合物是烯烃均聚物或烯烃共聚物。更优选地，该聚合物的单体选自碳原子数为2至4的α-烯烃，优选乙烯、丙烯、1-丁烯，最优选乙烯。最优选地，聚合物是聚乙烯均聚物。
在聚合物是共聚物的情况下，共聚单体优选不同于α-烯烃单体并且选自线性烯烃和环状烯烃以及具有2至12个碳原子的α-烯烃及其混合物。更优选地，共聚单体是不同于烯烃单体的α-烯烃并且选自具有2至12个碳原子，优选4至10个碳原子的线性烯烃及其混合物，最优选1-辛烯。
最优选地，本发明的烯烃聚合物是MFR2值在0.2g/10min和100g/10min之间，优选在1.0g/10min和60g/10min之间，最优选在1.5g/10min和30g/10min之间的聚合物。
优选地，聚合物的分子量低于100kg/mol，优选低于80kg/mol，最优选低于65kg/mol。
本发明聚合物的密度在960kg/m3和845kg/m3之间，优选在940kg/m3和850kg/m3之间，最优选在930kg/m3和855kg/m3之间。
在最优选的实施方案中，聚合物在如下公开的溶液聚合过程中生产。
聚合通常在烯烃聚合催化剂的存在下进行。这种烯烃聚合催化剂包含过渡金属化合物，优选第4族的金属化合物，例如，钛、锆或铪的化合物。
过渡金属化合物可以是过渡金属的卤化物，例如三卤化物或四卤化物。典型的过渡金属卤化物是卤化钛，例如三氯化钛或四氯化钛。
过渡金属化合物也可以是过渡金属烷基化合物或过渡金属醇盐化合物。这些化合物经常与氯化化合物(例如烷基氯)接触。
过渡金属化合物可以与第2族金属卤化物如卤化镁(如二氯化镁)，和/或与第13族金属卤化物如铝卤化物或硼卤化物(如三氯化铝)结合。这样的催化剂在本领域中是众所周知的并且被称为齐格勒-纳塔催化剂。齐格勒-纳塔催化剂通常与助催化剂(如烷基铝)结合使用。
过渡金属化合物也可以是包含具有环戊二烯基结构(例如环戊二烯基、芴基或茚基)的有机配体的化合物。这种有机配体也可以带有取代基。过渡金属可以具有一个或两个这样的有机配体(它们任选地被桥接)，以及两个或三个其他配体，例如烷基、芳基或卤化物。此类催化剂在本领域中也是众所周知的并且被称为茂金属催化剂。
在溶液聚合过程中，还存在溶剂。溶剂在聚合条件下处于液态或超临界状态。溶剂典型地并且优选地是烃溶剂。所使用的液态烃溶剂优选为可以未被取代的或被C1-4烷基取代的C5-12-烃，例如戊烷、甲基戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷、甲基环己烷和氢化石脑油。更优选使用未被取代的C6-10-烃溶剂。
也可以将其他组分加入反应器中。已知将氢气进料反应器用以控制聚合过程中形成的聚合物的分子量。不同的防污化合物的使用也是本领域已知的。此外，可以使用不同种类的活性促进剂或活性阻滞剂来控制催化剂的活性。
典型地，包含溶剂、聚合物和未反应单体以及任选的共聚单体的反应混合物中聚合物的含量为10wt％至50wt％，优选10wt％至40wt％，更优选10wt％至35wt％。
反应混合物(9)的流是到分离装置的进料流。如上所述，它可以是来自聚合反应器的产物流。那么反应混合物流典型地具有如上公开的聚合物含量、组合物温度和压力。
反应混合物包含聚合物、至少一种未反应单体和任选的至少一种未反应共聚单体。取决于聚合过程，反应混合物还可包含至少一种溶剂。
分离过程
在包括至少一个或多个重量分离器和至少一个或多个闪蒸分离器的装备(setup)中，从聚合物流中除去挥发性化合物。优选地，在包括重量分离器和闪蒸分离器(最优选按此顺序)的装备中实现挥发性化合物的去除。
在重量分离器中，大部分聚合物从反应混合物中分离出来。在闪蒸分离器中，压力降低，从而从剩余的反应混合物中除去挥发性化合物，而不会夹带固体聚合物进入气相。
反应混合物流(9)优选在其进入分离器之前被加热。加热可以通过使溶液经位于重量分离器的重量容器(1)上游的第一加热器(11)来实现。优选在进入重量分离器之前预热反应混合物以增强不同挥发性化合物(即单体、共聚单体和溶剂)的分离。
反应混合物(9)通过第一入口(2)进入重量分离器。选择重量容器(1)中的条件以导致挥发性化合物(如单体、任选的共聚单体和任选的溶剂)与聚合物的液-液相分离。挥发性化合物作为第一贫聚合物流(11)通过第二出口(4)从重量容器的上部除去。然后聚合物作为第一富聚合物流(10)通过第一出口(3)除去。
经由第一出口(3)去除的第一贫聚合物流(11)然后被分成第三贫聚合物流(16)和第二贫聚合物流(12)。然后将第二贫聚合物流(12)通过第一入口(6)进料到闪蒸分离器的闪蒸容器(5)中。在一个优选的实施方案中，第一贫聚合物流(11)不被分割，而是通过第二贫聚合物流(12)完全转移到闪蒸容器(5)中。该优选实施方案的优点在于，聚合物能被夹带到挥发性化合物流(17)之后设备中的可能性进一步降低。
在优选的实施方案中，第二贫聚合物流(12)优选在其进入闪蒸分离器之前被加热。加热可以通过使溶液流经第二加热器(23)来实现。反应混合物在进入闪蒸分离器之前被预热，以加强不同挥发性化合物(即单体、共聚单体和溶剂)的分离。必要时，优选在进料到闪蒸分离器之前通过第二压力控制阀(24)降低第二贫聚合物流(12)的压力。
闪蒸分离器中的压力在操作期间通常为0至500barg，优选0.5barg至450barg，更优选1.0barg至400barg，甚至更优选2.0barg至300barg。
闪蒸分离器中的温度在操作期间通常为100℃至400℃，优选130℃至300℃，更优选140℃至275℃。温度应该足够高以将溶液的粘度保持在优选的低水平以促进烃的分离，但低于聚合物降解的温度。
根据本发明，挥发性化合物在至少一个闪蒸步骤中从反应混合物(9)中除去。因此可以在两个或更多个闪蒸步骤中去除挥发性化合物，其中每个闪蒸步骤在专用闪蒸分离器中进行。然而，考虑到降低能量消耗，最优选的实施方案仅包括一个闪蒸步骤。
因此，在本发明的第一实施方案中，从包含聚合物和所述挥发性化合物的反应混合物(9)中分离挥发性化合物的方法，包括使反应混合物(9)通过入口(2)进入根据本发明的分离装置的重量分离器的重量容器(1)的步骤，通过重量容器(1)的第一出口(3)排出主要包含聚合物的第一富聚合物流(10)的步骤，通过重量容器(1)的第二出口(4)排出主要包含挥发性化合物的第一贫聚合物流(11)的步骤，使至少一部分贫聚合物流(11)作为第二贫聚合物流(12)通过第一入口(6)进入根据本发明的分离装置的闪蒸分离器的闪蒸容器(5)的步骤，通过闪蒸容器(5)的第一出口(7)排出液体流(14)的步骤，以及通过闪蒸容器(5)的第二出口(8)排出气体流(13)的步骤。
根据第二个优选的实施方案，在根据本发明的方法中，闪蒸分离器包括第二入口(18)，其中重量容器(1)的第一出口(3)流体连接到闪蒸容器(5)的第二入口(18)。该方法还包括将至少一部分第一富聚合物流(10)作为第二富聚合流(19)通过第二入口(18)进入闪蒸容器(5)的步骤。将至少一部分液态富聚合物流反馈到闪蒸容器中的优点是减少了容器壁上的聚合物沉积。
在第三个、最优选的实施方案中，在根据第二个实施方案的方法中，在使第一富聚合物流(10)作为第二富聚合物流(19)通过第二入口(18)进入闪蒸容器(5)的步骤中，第二富聚合物相流(19)经由闪蒸容器(5)中存在的液位(27)和闪蒸容器(5)的第一入口(6)之间的第二入口(18)进料，其中液位(27)是闪蒸容器(5)中存在的气相和液相之间的边界。这进一步改进了聚合物的去除，使得几乎没有聚合物再沉积在容器壁上。
在一个实施方案中，第一贫聚合物流(11)被分成第二贫聚合物流(12)和第三贫聚合物流(16)。优选地，第一贫聚合物流(11)完全转移到第二贫聚合物流(12)中。
优选地，在根据本发明的方法中，将第三贫聚合物流(16)和气体流(13)合并以形成挥发性化合物流(17)。
在本发明方法的第一个优选实施方案中，第三富聚合物流(15)和液体流(14)合并以形成聚合物流(20)。
在第二个优选实施方案中，第三富聚合物流(15)和液体流(14)分别作为主聚合物流(25)和由低分子聚合物(26)组成的次聚合物流被回收。从闪蒸分离器(5)回收的聚合物由重量分离器(11)的第一贫聚合物流(11)(其包括主要具有低分子量的聚合物)进料，因此从闪蒸分离器回收的聚合物的分子量低于从重量分离器回收的聚合物。因此，这个最优选的实施方案不仅能够实现聚合物与挥发性化合物的分离，而且还能够提供基于聚合物分子量的聚合物分离。
优选地，在本发明的方法中，第二贫聚合物流(12)被第二加热器(23)加热至闪蒸容器(5)中提供的温度。
此外，优选地，在根据本发明的方法中，可以在引入闪蒸分离器之前通过第二压力控制阀(24)降低第二贫聚合物流(12)的压力。
测量与模拟方法
熔体流动速率
熔体流动速率(MFR2)根据ISO 1133-1方法B且在2.16kg负载下在190℃下测定，并以g/10min表示。
密度
聚合物的密度是根据ISO 1183-1方法A使用模压样品测量的。它以kg/m3表示。
模拟方法
Aspen
Figure GDA0003769391910000142
用于使用预先选择的工艺操作条件进行所需的稳态模拟。
实例
比较例1
在该比较例中，聚合反应器的出口仅连接至低临界溶液温度(LCST)分离器(重量分离器)。分离器中的条件设置为确保分离器中存在两种液相：贫聚合物相和富聚合物相。
Figure GDA0003769391910000141
表1：比较例1的工艺条件
表1概述了操作条件。由于生产的聚乙烯的MFR2高于1.5g/10min，因此生产的聚乙烯具有低平均分子量。表1还显示了重量分离器中的相应条件以及在重量分离器的各个出口流(贫聚合物相和富聚合物相)中所得到的组分的量。
这种固体聚合物会沉积在用于进一步处理随后安装到闪蒸分离器的气态贫聚合物流的设备中，并导致这种设备的有害结垢。
发明实施例1
在本发明实施例1中，不是仅有重量分离器，如图2所示，根据本发明的分离装置已经连接到聚合反应器的出口。如上所述，这种分离装置包括与闪蒸分离器组合的重量分离器。
Figure GDA0003769391910000151
表2：本发明实施例1的工艺条件
表2概述了本发明实施例1的分离装置的聚合反应器、重量分离器和闪蒸分离器出口处的工艺条件。因此，聚合反应器和重量分离器出口处的条件与比较例1的条件相同。
从表2所示的结果可以看出，本发明的分离装置能够从气态贫聚合物流中完全去除固体聚乙烯以及任何液相。此外，本发明的大体优点是可以降低整个过程的能量消耗。

Claims (18)

1.一种用于从聚合物反应混合物中分离挥发性化合物的分离装置，包括：
-重量分离器，具有重量容器(1)、用于进料聚合物反应混合物(9)的入口(2)、位于所述重量容器(1)下部的用于排出第一富聚合物流(10)的第一出口(3)，以及位于所述重量容器(1)上部的用于排出第一贫聚合物流(11)的第二出口(4)；和
-闪蒸分离器，具有闪蒸容器(5)、用于进料从所述第一贫聚合物流(11)分出的第二贫聚合物流(12)的第一入口(6)、位于所述闪蒸容器(5)下部的用于排出液体流(14)的第一出口(7)，以及位于所述闪蒸容器(5)上部的用于排出气体流(13)的第二出口(8)，
其中，所述重量容器(1)的第二出口(4)流体连接到所述闪蒸容器(5)的第一入口(6)。
2.根据权利要求1的分离装置，其中，所述闪蒸容器(5)还包括第二入口(18)，用于进料从第一富聚合物流(10)分出的第二富聚合物流(19)，其中重量容器(1)的第一出口(3)与闪蒸容器(5)的第二入口(18)流体连接。
3.根据权利要求2的分离装置，其中，用于进料第二富聚合物流(19)的第二入口(18)位于闪蒸容器(5)的液位(27)和第一入口(6)之间，其中液位(27)是闪蒸容器(5)中气相和液相之间的边界。
4.根据权利要求1所述的分离装置，其中，一第二加热器(23)和一第二压力控制阀(24)位于所述闪蒸容器(5)的所述第一入口(6)的上游与所述重量容器(1)的所述第二个出口(4)的下游。
5.根据权利要求2或3所述的分离装置，其中，一第二加热器(23)和一第二压力控制阀(24)位于所述闪蒸容器(5)的所述第一入口(6)的上游与所述重量容器(1)的所述第二个出口(4)的下游。
6.从包含聚合物和所述挥发性化合物的反应混合物(9)中分离挥发性化合物的方法，包括以下步骤：
-使反应混合物(9)通过入口(2)进入根据权利要求1至5中任一项所述的分离装置的重量分离器的重量容器(1)，
-通过重量容器(1)的第一出口(3)排出主要包含聚合物的第一富聚合物流(10)，
-通过重量容器(1)的第二出口(4)排出主要包含挥发性化合物的第一贫聚合物流(11)，
-将至少一部分第一贫聚合物流(11)作为第二贫聚合物流(12)通过第一入口(6)进入根据权利要求1至5中任一项所述的分离装置的闪蒸分离器的闪蒸容器(5)，
-通过闪蒸容器(5)的第一出口(7)排出液体流(14)，和
-通过闪蒸容器(5)的第二出口(8)排出气体流(13)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述闪蒸分离器是根据权利要求2的包括第二入口(18)的闪蒸分离器，其中重量容器(1)的第一出口(3)流体连接到闪蒸容器(5)的第二入口(18)，进一步包括以下步骤：
-将至少一部分第一富聚合物流(10)作为第二富聚合物流(19)通过第二入口(18)进入闪蒸容器(5)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述闪蒸分离器是根据权利要求3的包括第二入口(18)的闪蒸分离器，其中重量容器(1)的第一出口(3)流体连接到闪蒸容器(5)的第二入口(18)，进一步包括以下步骤：
-将至少一部分第一富聚合物流(10)作为第二富聚合物流(19)通过第二入口(18)进入闪蒸容器(5)。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述闪蒸分离器是根据权利要求5的包括第二入口(18)的闪蒸分离器，其中重量容器(1)的第一出口(3)流体连接到闪蒸容器(5)的第二入口(18)，进一步包括以下步骤：
-将至少一部分第一富聚合物流(10)作为第二富聚合物流(19)通过第二入口(18)进入闪蒸容器(5)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，第二富聚合物流(19)通过在闪蒸容器(5)中存在的液位(27)与第一入口(6)之间的第二入口(18)进料，其中所述液位(27)是闪蒸容器(5)中存在的气相和液相之间的边界。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，将第三贫聚合物流(16)和气体流(13)合并以形成挥发性化合物流(17)。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，将第三富聚合物流(15)和液体流(14)合并以形成聚合物流(20)。
13.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中，通过一第二加热器(23)将第二贫聚合物流(12)加热至在闪蒸容器(5)中提供的温度。
14.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，包括在引入闪蒸分离器之前降低第二贫聚合物流(12)的压力的步骤。
15.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，闪蒸分离器内的压力为0至500巴。
16.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，闪蒸分离器内的温度为100℃至400℃。
17.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，重量分离器内的压力为0至500巴。
18.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，重量分离器内的温度为100℃至400℃。
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