CN205164683U - 可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管路，该气体循环管路依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管路与流化床反应器底部连接的那一段为竖直循环管段，该竖直管下端连接弯头，所述竖直管段内设有流体整流器，使经过竖直管段的分离的气液两相流体混合均匀。该装置中与流化床反应器底部入口连接的竖直管段内设一流体整流器，在原有的烯烃聚合装置改动很小的情况下，可以使气液两相流体在流化床反应中能均匀分布，减少聚合物结块现象的发生，以及减少气液流体的不稳定流动对流化床反应器的冲刷磨损。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种烯烃聚合装置，具体是对一种可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置。
背景技术
聚乙烯由于其独特的性能，使其成为合成树脂中的重要品种。随着社会的发展，原有的气相法的产量无法满足社会的需求量。所以US4543399和US4588790提出了气相流化床聚乙烯冷凝模式操作工艺。该工艺引入了冷凝介质，这样可以通过冷凝液在流化床内蒸发带走更多的反应热，使得反应的时空产率提高，从而大幅提高聚乙烯的产量。
US2005/0137364A1提出了一种进行冷凝态操作的流化床反应装置，如图1所示，该装置包括流化床反应器1，流化床反应器1的下部为气液混合室10，中部为流化床，而流化床反应器上部的扩大段2上设气体循环管道3，该气体循环管道3依次连接压缩机和换热器4后接入与流化床反应器底部，用于将气体循环管道3中的气液混合物冷凝后送入流化床反应器中。其中，所述气体循环管道3与流化床反应器底部连接的那一段为竖直管段17，该竖直管段17的下端与一段弯头8连接。流化床反应器下部的出料口经卸料管14依次连接卸料罐15和产品罐16。卸料罐15顶部连接气体缓冲罐11，气体缓冲罐11顶部与气体循环管道3连接，将卸料罐15内的气体送入气体循环管道3中。换热器4下游设有冷凝介质分配器6。换热器4的上游设有气体分析仪5,。催化剂12经管道13与流化床连通。
其具体的工艺流程是：从流化床中出来的未反应的气体经过扩大段2后再进入循环管道3。用压缩机将循环气输送到换热器4使气体中的易冷凝物质冷凝，形成气液两相。然后循环气和由冷凝介质分配器6补加的冷凝介质和单体管道7的输入的单体混合经预分布器9分散在流化床反应器的混合室10中，再通过分布板进入流化床中反应。反应过程中通过管道13加入催化剂12。另外反应的产物通过管道14离开流化床，经过一系列的分离后得到聚乙烯。在冷凝态操作中，必须保证气液两相先进入流化床反应器的混合室，再通过分布板进入流化床之后均匀分布，才能得到高质量的产品。但是，循环的气液混合物沿循环管道3回到流化床之前会通过弯头8，在弯头8处由于气体和液体的密度差，液体会受离心作用而被“甩”到弯头8外侧，造成了气液的分离。所以经过弯头8后，液体的雾化状态不好，气液分布不均。又因为气速很快，连接流化床反应器入口的竖直管段17的长度不足以使气液混合均匀，造成气液混合物在流化床中分布不均。这种现象称作偏流。偏流会使流化床中液体含量少的区域由于聚合热的累积而造成聚合物熔融形成结块，这样会降低产品质量而增加成本。同时在气液流量大的一侧，流化床反应器的内壁面和预分布器被冲刷得很严重，这样会影响反应器的寿命。所以需要通过某种方法来使气液混合流体在进入流化床反应器之前稳定流动，以保证反应器中气液分布均匀。
偏流会使流化床中液体含量少的区域由于聚合热的累积而造成聚合物熔融形成结块，这样会降低产品质量而增加成本。同时在气液流量大的一侧，流化床反应器的内壁面和预分布器被冲刷得很严重，这样会影响反应器的寿命。
CN102155477A公开了一种调整弯头流速的整流器。该整流器的主要构造是圆板及沿其径向设有的孔。这些孔是非对称分布的，即靠近与其配合的弯头外侧的直径小于靠近与其配合的弯头内侧的直径。这种整流器虽然可以在一定程度上缓解由弯头所造成的不稳定流的现象。但是由于有很多的开孔，这样会造成很大的压降，增加流体输送的能耗。
CN102101038A公开了一种反应器底部整流器。该整流器是由三层不同孔隙率的鸟巢蜂窝陶瓷层构成，各层之间用圆锥形体隔开。虽然气液混合物通过该整流器会分散的更加均匀，但是如果循环气中含有少量的聚合物颗粒，颗粒就有可能堵塞孔道，使流化床内气液分散不均。这样不仅影响产品的质量，同时严重时会发生生产事故。
CN200810062156.7、CN200810062156.7和美国联碳公司的US6815512B2公开了在循环气液混合物在进入流化床前进行气液相分离，气体从流化床的底部进入流化床，而液体从分布板上部的液体注入口引入流化床。这种方法对原有的装置改动很大，增加了装置改造的风险。
为了能够使气液混合物在流化床中的均匀分布，减少生产成本和反应器的损耗。所以要对装置进行改造以缓解这种偏流现象，为了降低改造的风险和成本，对整个反应装置的改动要小。
实用新型内容
本实用新型提供一种可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置。该装置中与流化床反应器底部入口连接的竖直管段内设一流体整流器，在原有的烯烃聚合装置改动很小的情况下，可以使气液两相流体在流化床反应器中能均匀分布，减少聚合物结块现象的发生，以及减少气液流体的不稳定流动对流化床反应器的冲刷磨损，保护了流化床反应器。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管道，该气体循环管道依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管道与流化床反应器底部连接的那一段为竖直循环管段，该竖直管下端连接弯头，其特征在于，所述竖直管段内设有流体整流器，使经过竖直管段的分离的气液两相流体混合均匀。
在现有的烯烃聚合装置中气液混合物经过连接流化床入口的竖直循环管段下的弯头后，液体被“甩”到弯头外侧，而气体作曲线运动，气体要在管中经过多次碰撞后才会沿着竖直方向运动，所以携带液体的能力比较低，不能将液体很好的分散在循环管中。本实用新型在连接流化床反应器底部入口的竖直管上设置流体整流器，提高了气体速度和扰动程度，同时能加快其沿竖直方向运动，这样能更好的雾化液体，所以通过流体整流器后气液混合均匀，流化床反应器内就不会因出现局部热点而形成聚合物结块。
作为本实用新型的一个实施例，所述流体整流器为横截面外轮廓与竖直循环管段的管腔相适配的圆筒，其内壁为圆弧面，形成中间小两端大的气体通道。整个整流器固定在竖直循环管的内壁上。
所述流体整流器的最小处的内径d为0.2D~0.9D，优选为0.4D~0.85D。D为气体循环管道的内径。
所述流体整流器的轴截面的圆弧所对的圆心角α为5°~180°，优选为10°~60°。
所述流体整流器的顶端与流化床反应器入口的距离H为0.5D~2.5D，优选为0.5D~2D，其中，D为气体循环管道的内径。
所述流体整流器的最小处内径d是由公式来确定。其中，R为流体整流器外半径。
本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的装置的气体循环管道与流化床反应器底部连接的竖直循环管段内设置流体整流器，只需对烯烃聚合装置进行很小的改动，就能使因经过弯头而分离的气液流体在有限的管程中可以重新混合均匀形成稳定流动的气液流体，不仅能在流化床反应器中均匀分布，减少聚合物结块现象发生，还减少气液流体的不稳定流动对流化床反应器的冲刷磨损，保护了反应器。
(2)本实用新型对装置的改造容易，改造成本和风险低。
附图说明
在下文结合具体的实施例和附图来更详细介绍本实用新型。
图1是本实用新型的气相流化床聚乙烯冷凝态操作工艺烯烃聚合装置的结构示意图。
图2是本实用新型装置连接流化床反应器入口的竖直管段的示意图。
图3是图2的A—A向截面图。
图4是装置的竖直管段无整流器时循环管中的流体的CFD模拟，得到的速度分布云图。
图5是装置的竖直管段无整流器时循环管中的流体的CFD模拟，得到的出口截面的液相体积分布云图。
图6是本实用新型装置中循环管中的流体的CFD模拟，得到的速度分布云图。
图7是据本实用新型装置中循环管中的流体的CFD模拟，得到的出口截面的液相体积分布云图。
图8是图5和图7中随着直线从左向右液体体积分率的变化趋势图。
附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型做进一步详细描述。
实施例1
本实用新型的烯烃聚合装置，整体如图1所示。该烯烃聚合装置包括流化床反应器1，流化床反应器1上部的扩大段2的顶部设气体循环管道3，该气体循环管道3依次连接压缩机和换热器4后接入与流化床反应器1底部，用于将气体循环管道3中的气液混合物冷凝后送入流化床反应器中。流化床反应器1下部的出料口经卸料管14依次连接卸料罐15和产品罐16，卸料罐15顶部连接气体缓冲罐11，气体缓冲罐11顶部与气体循环管道3连接，将卸料罐15内的气体送入气体循环管道3中。
如图2和图3所示，气体循环管道3与流化床反应器1底部连接的那一段为竖直管段17，该竖直管段17的下端与一段弯头8连接。竖直管段17中设有一流体整流器18。该流体整流器18为横截面外轮廓与竖直管段17的管腔相适配的圆筒，其内壁为圆弧面，形成中间小两端大的气体通道。流体整流器内径d为0.2D~0.9D，优选为0.4D~0.85D，D为气体循环管道3的内径。
流体整流器18的轴截面的圆弧所对的圆心角α为5°~180°，优选为10°~60°。流体整流器的顶端与流化床反应器1入口的距离H为0.5D~2.5D，优选为0.5D~2D，其中，D为气体循环管道3的内径。
流体整流器18的最小处的内径d是由公式来确定。其中，R为流体整流器外半径。
实施例2
烯烃聚合装置中的气体循环管道3的内径D为882mm，水平管段和竖直管段的长度分别为3000mm和2750mm。流体整流器18的最小处的内半径d为530mm。流体整流器18的轴截面的圆弧所对的圆心角α为45°，其顶端离流化床反应器1入口的距离H为1155mm。
对本实施例的烯烃聚合装置中的循环管中流体的CFD模拟如图6和图7所示。模拟采用Eular-Eular双流体模型来描述反应器中的气液两相流动过程，分别对液滴和气相流体建立连续性方程和动量守恒方程，气液两相间的曳力模型采用Schiller-Naumann模型。湍流模型采用2方程的k-ε模型。图6的速度分布云图表明增加流体整流器18后，流体流经弯头的后速度分布与无整流器的情况大不相同，弯头的内外侧速度之间的差异在减小。经过流体整流器18后管内的速度分布基本恢复稳定。从图7可以看出整个出口液体分布较无整流器时要均匀。另外从图7的数据可以看出增加流体整流器18后液含量的最大值和最小值之间的差值在缩小。从图8可见液体体积分率变化平稳。
实施例3
烯烃聚合装置中的气体循环管道3的内径D是882mm，循环气流量和密度分别是1170t/h和28.32kg/m3，冷凝后冷凝液的摩尔百分数是10%，连接流化床反应器1入口的竖直管段17的长度是2750mm。流体整流器18最小处的内半径d为700mm。流体整流器18的轴截面的圆弧所对的圆心角α为30°。流体整流器18的顶端离流化床反应器1入口的距离H为1200mm。该装置的产物出现结块的量是100-120kg/a，远小于无流体整流器的装置400-500kg/a的结块量。同时，大大的降低了气液流体对流化床反应器1内壁和预分布器的冲刷。
实施例4
烯烃聚合装置中的气体循环管道3的内径D是882mm，循环气流量和密度分别是1350t/h和28.86kg/m3，冷凝后冷凝液的摩尔百分数是10%，连接流化床反应器1入口的竖直循环管段16的长度是2750mm。流体整流器18最小处的内半径d为662mm。流体整流器18的轴截面的圆弧所对的圆心角α为45°。流体整流器18的顶端离流化床反应器1入口的距离H为1300mm。该装置的产物出现结块的量是90-100kg/a，远小于无整流器的装置400-500kg/a的结块量。同时，大大的降低了气液流体对流化床反应器1内壁和预分布器的冲刷。
对比例1
对无整流器的烯烃聚合装置的气体循环管道3中流体的CFD模拟如图4和图5所示。模拟采用Eular-Eular双流体模型来描述流化床反应器1中的气液两相流动过程，分别对液滴和气相流体建立连续性方程和动量守恒方程，气液两相间的曳力模型采用Schiller-Naumann模型。湍流模型采用2方程的k-ε模型。其中管道的直径为882mm，水平管段和竖直管段17的长度分别为3000mm和2750mm。图4的速度分布云图表明混合流体流经弯头8时由于离心分离作用，造成弯头8内侧的流体速度快，压力低，而弯头8外侧流体速度慢，压力高。同时可以看出弯头8所造成的不稳定流动会一直发展到管道的出口，现有的竖直管段17长度不足以时流体发展成稳定流。从图5可以看出口整个截面上某些地方液体分布不均，从图8可见液体体积分率变化较大。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，包括流化床反应器，流化床反应器上部的扩大段上设气体循环管道，该气体循环管道依次连接压缩机和换热器后接入流化床反应器底部，其中，所述气体循环管道与流化床反应器底部连接的那一段为竖直循环管段，该竖直管下端连接弯头，其特征在于，所述竖直管段内设有流体整流器，使经过竖直管段的分离的气液两相流体混合均匀。
2.根据权利要求1所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器为横截面外轮廓与竖直循环管段的管腔相适配的圆筒，其内壁为圆弧面，形成中间小两端大的气体通道，整个流体整流器固定在竖直循环管的内壁上。
3.根据权利要求2所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器的最小内径d为0.2D~0.9D，其中，D为气体循环管道的内径。
4.根据权利要求3所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器的最小处的内径d为0.4D~0.85D，其中，D为气体循环管道的内径。
5.根据权利要求2所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器轴截面的圆弧所对的圆心角α为5°~180°。
6.根据权利要求5所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器轴截面的圆弧所对的圆心角α为10°~60°。
7.根据权利要求2所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器的顶端与流化床反应器入口的距离H为0.5D~2.5D，其中，D为循环管道的内径。
8.根据权利要求7所述的可改善流化床反应器气液分布状态的烯烃聚合装置，其特征在于，所述流体整流器的顶端与流化床反应器入口的距离H为0.5D~2D，其中，D为循环管道的内径。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |