高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法及其用途的製作方法

2023-08-03 03:40:26

專利名稱：高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明屬於高聚物生產技術領域，更明確地說涉及所有液相高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法及其用途的改進。
背景技術：
高聚物生產線中的除霧器用於分離、去除氣流中的霧滴。已有的除霧器為直筒圓錐結構的旋風除霧器。其特點是直筒段氣體軸向流速低；錐體的錐角大；設備採用導熱油夾套保溫；氣體的入口流速為8～10m/s，流速很低。由此可知傳統的工藝方法存在以下弊端，除霧效果很不理想1.氣體流經後續管道和設備時，由於溫度降低使未除去的高聚物霧滴呈固狀凝結在器壁上，導致兩個月即需停車清理一次，嚴重影響生產。
2.入口氣體流速在10m/s以下，入口氣體輸入的動量小，器內流體的旋轉速度不高。在操作條件下，分離除霧器對20μm以上液滴的除霧效率大約在90％左右，對20μm以下的液滴，除霧效率則很低。
3.高聚物的粘度較高(1000～10000pa*s)，在操作條件下基本上不流動，除霧器下部的錐角又較大，高聚物液滴到達錐體壁面後難以順利進入底部排液管，排液困難。
4.因霧滴在器內壁上基本不流動，長時間聚集使物料層加厚，相當於改變了除霧器的尺寸，致使除霧效率進一步下降、出氣帶霧量進一步增大，後續管道和設備的阻塞更加嚴重，生產周期縮短。

發明內容
本發明的目的，就在於克服上述缺點和不足，提供一種改進的高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法及其用途。它能提高除霧效率，改善物料的排放情況，使高聚物液滴順利進入底部排液管，避免除霧器內物料層的加厚，大大減輕後續管道和設備的阻塞，大大延長生產周期。
為了達到上述目的，以往分離除霧的工作溫度為220±50℃，每工作4至24小時打開分離除霧器的底閥排放物料一次，每次排放時間為t，周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。本發明用於高壓聚乙烯生產線分離除霧的正常工作溫度為220±5℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t則為10～20分鐘。但每工作160～180小時後，應用時2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然後在這一溫度下恆溫25～35分鐘，再打開除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為10～20分鐘；排放完畢後用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。
一般分離除霧的工作壓力為0.1至5.0Mpa，用於高壓聚乙烯生產線時的工作壓力為3.3～3.7Mpa。
進入分離除霧器的流體的體積流量一般為500至20000m3/h，用於高壓聚乙烯生產時為為1786～2273m3/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
本方法可用於所有液相高聚物的生產中。用於高壓聚乙烯的生產，效果良好，本發明經對已有除霧器前期生產操作工況、所排高聚物的物性、高聚物加熱失重、溫度對物性和過程的影響開展研究、分析，制定了間歇加熱至300至℃，強化排料，以提高分離效率，延長高壓聚乙烯生產線生產周期的新的工藝方法。
因進入除霧器的氣體中含霧量很小，且霧滴的粒徑較大，除霧器效率容易提高，關鍵是霧滴到達器壁後，在器壁聚集，流動性很差，應解決在器壁上高聚物如何順利排出器外的問題。
高壓聚乙烯等高聚物為假塑性非牛頓流體，其剪切應力與速度梯度不再是線性關係。在相當寬的剪切速率範圍內，流體的粘度隨剪切速率的增大而下降，稱為剪切變稀。高壓聚乙烯的粘度值約為水的10～60萬倍，且隨溫度的提高顯著下降。但當溫度上升到一定值時，部分高壓聚乙烯會產生降解，降解後的物質呈煙霧狀散失，造成質量下降。在300-320℃時，試驗樣品的失重量為8.5％/min～3％/min左右，即物料剛開始降解。實驗室初步實驗結果表明此時高壓聚乙烯已變成黑色的油狀液，其流動性與40℃下的原油相近，故初步確定加熱溫度為300-320℃。
但在高溫情況下高壓聚乙烯會降解碳化。油品深度裂解後，會產生脫氫碳化的問題。若產生積碳，碳會在器壁上聚集形成汙垢，汙垢加厚到一定程度時，會影響除霧。而且積碳的清理亦十分困難。實驗結果表明在恆溫300℃加熱裝置內連續加熱1小時後取出，未見明顯碳化、顏色微黃，暴露於空氣內10分鐘後顏色有所加深，積碳情況不明顯。因此，最適當的加熱恆溫溫度即為300±5℃，在這一溫度下恆溫25～35分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料。
本發明能提高除霧效率，改善物料的排放情況，使高聚物液滴順利進入底部排液管，避免除霧器內物料層的加厚，大大減輕後續管道和設備的阻塞，大大延長生產周期。它可廣泛應用於高壓聚乙烯等高聚物的生產線中。
採用傳統工藝，連續生產2100高壓聚乙烯產品三天後，即出現排放困難，甚至幾個小時物料仍無法排出，每天排放的量在10～12kg。生產2102高壓聚乙烯時，每4小時排放一次，每次排放時間需40分鐘。
採用本發明工藝方法後，生產2100高壓聚乙烯產品時，每次排放時間僅需10分鐘。經檢測，在220±5℃下排放時，一次排放的量為2.26kg，在300±5℃下，每次排放的量為6.34kg。按此計算，每月多排放65～75kg。加上物料降解進入氣體的量，即採用傳統工藝每月至少有130kg以上的物料進入後續管道和設備，足以造成設備管道的堵塞。採用本發明生產2102高壓聚乙烯產品時，排放時間小於10分鐘，排放通暢，排放的量略有增加。自開車三個多月的時間內，因其它原因生產線停車時，對管道進行了清理，發現後續管道內聚集的物料量很少，不造成管路的堵塞。生產周期可延長至三個月至六個月，達到了預期目標。
試驗得出了3#和4#高壓聚乙烯樣品的加熱失重曲線。從曲線上可以看到，3#樣品加熱至300℃、350℃、403℃時的失重百分率分別為1.89％/min、2.90％/min、5.75％/min；4*樣品相應測試值分別為1.47％/min、2.40％/min、5.25％/min。按以上測試數據計算，每次間歇加熱過程的平均失重百分率在1.5％/min左右，降解時間約為70分鐘，總失重百分率65.3％，該操作每次排放的物料量為6.34kg，即每次間歇加熱分解的物料量為11.93kg。即每月降解進入氣相的物料量大約為51.3kg。這些氣體在後續分離設備中大部分被取出，真正進入循環氣流中的量很少，對生產過程不構成影響。


圖1為在不同溫度下3#樣品的粘度隨剪切應力的變化關係圖。
圖2為在不同溫度下4#樣品的粘度隨剪切應力的變化關係圖。
圖3為在不同溫度下3#樣品的粘度隨剪切速率的變化關係圖。
圖4為在不同溫度下4#樣品的粘度隨剪切速率的變化關係圖。
具體實施例方式
實施例1。一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，用於高壓聚乙烯的生產中。本發明除霧的正常工作溫度為220±5℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t則為10～20分鐘。但每工作160～180小時後，應用時2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然後在這一溫度下恆溫25～35分鐘，再打開除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為10～20分鐘；排放完畢後用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。
除霧時的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進入除霧器的流體的體積流量為1786～2273m/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
實施例2。一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，用於高壓聚乙烯的生產中。其除霧的正常工作溫度為220℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t則為10分鐘。但每工作168小時後，應用時2小時將工作溫度逐步上升至300℃，然後在這一溫度下恆溫30分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為10分鐘；排放完畢後用1小時將溫度下降至220℃。如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。分離除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進入分離除霧器的流體的體積流量為1786～2273m/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
在實施例2中，分別採集了相應的樣品並對其物性數據加以分析。對於220℃下採集的樣品(3#樣品)，剪切應力隨剪切速率上升而上升。剪切應力值明顯小於傳統工藝，粘度值也明顯減小。例如，同樣在220℃下測定的數據，當剪切速率從100上升至1250時，傳統工藝下剪切應力從80KPa上升至160KPa，粘度從520Pa·s下降至127Pa·s；本發明剪切應力則從50KPa上升至90KPa，粘度從380Pa·s下降至74Pa·s。
對於300℃下採集的樣品(4#樣品)，剪切應力隨剪切速率上升而上升；同時，在同一剪切速率下隨溫度的上升剪切應力逐漸下降，且變化顯著。分析在220℃下測定的數據可知當剪切速率從100上升至860時，剪切應力從50KPa上升至90KPa，粘度從300Pa·s下降至100Pa·s，遠低於傳統工藝的測試數據。
圖1至圖4分別為3#和4#樣品在不同溫度下，粘度隨剪切速率、剪切應力的變化關係。圖中lipel-220、1-260、2-230、2-250、2-270、2-300中的第一位數值1表示3#樣品，2表示4#樣品，最後三位數表示測試溫度。圖中橫坐標分別為剪切應力和剪切速率，縱坐標為粘度。
例如在剪切應力為60kPa時，3#樣品在220℃、260℃下的粘度值分別為330、125Pa·s，4#樣品在230℃、250℃、270℃、300℃下分別為205、152、90、57Pa·s；在剪切速率為550s時，3#樣品在220℃、260℃下的粘度值分別為135、120Pa·s，4#樣品在230℃、250℃、270℃、300℃下分別為142、124、103、84h·s，均遠小於傳統工藝的粘度。
實施例2間歇加熱至300℃的過程分析如下由以上對生產2100高壓聚乙烯產品時除霧器排放物料樣品的分析可知，4#樣品在230℃、250℃、270℃、300℃下(剪切應力為60kPa)的粘度分別為205、152、90、57Pa·s。從230℃到300℃粘度下降了近四倍。間歇加熱操作時，從220℃加熱至300℃需用時2小時，然後恆溫30分鐘，排放物料又用時10分鐘，最後從300℃降至220℃又用時一小時。在此期間，器內物料長時間處於高溫狀態，所含低聚物陸續分解成氣體並進入氣相。同時，加熱至270℃後，由於粘度已大幅度下降，聚集在器壁內表面的高聚物開始隨沿邊壁向下旋轉流動的氣體逐漸向除霧器底部聚集，至排放前在底部聚集的量達到6kg左右。由於降溫仍需一定時間，一次間歇加熱排料後的第一次再排料的量應比正常排料量大。
除霧器每月排料量的增加值和降解物料量之和約有130～140kg，考慮到傳統工藝中這部分物料大多進入了後續管道和設備，造成系統堵塞，聚集在分離器內的較少。若按45kg物料均勻聚集在除霧器壁面計算，其厚度可達12mm，足以影響除霧效率。此外，高聚物往往不會在器壁均勻分布，在流體流動的滯流區和直筒與錐體連接處易造成高聚物堆積厚度大幅度增加，使除霧效果進一步惡化。本發明使上述情況得以改善，使生產周期大幅度提高。
在300℃採集的樣品(4#樣品)中明顯含有少量(約10％)呈暗紅色的物料。實驗室測定其物性數據時，將其分別加熱至220℃、250℃、270℃、300℃並從直徑0.5mm的毛細管擠出時，並未發現堵塞情況。進一步分析這些雜質為聚乙烯降解所造成的顏色加深，並未碳化，因而不存在結碳情況。即不會產生因結碳成垢而影響正常除霧的情況。
實施例3。一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，用於高壓聚乙烯的生產中。其除霧的正常工作溫度為225℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t則為20分鐘。但每工作160小時後，應用時1小時55分鐘將工作溫度逐步上升至295℃，然後在這一溫度下恆溫35分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為20分鐘；排放完畢後用1小時55分鐘將溫度下降至225℃。如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進入分離除霧器的流體的體積流量為1786～2273m/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
實施例4。一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，用於高壓聚乙烯的生產中。其除霧的正常工作溫度為215℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t則為15分鐘。但每工作180小時後，應用時2小時5分鐘將工作溫度逐步上升至305℃，然後在這一溫度下恆溫25分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為15分鐘；排放完畢後用1小時5分鐘將溫度下降至215℃。如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。分離除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進入分離除霧器的流體的體積流量為1786～2273m/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
因已由除霧器所排高聚物的粘度隨溫度的上升而大幅度下降。在生產2100高壓聚乙烯產品時，220℃下其粘度為380Pa·s(剪切應力為50kPa)，300℃時其粘度下降至74Pa·s(剪切應力為90kPa)，粘度下降至原粘度值的20％以下。因此，提高溫度有利於高聚物的排放。當除霧器被加熱至300℃時，器內物料的失重百分率在1.5％/min左右，一次間歇加熱過程的總失重百分率約65.3％，被裂解的物料量為11.93kg。按每月間歇加熱4.3次計算，每月裂解進入氣相的物料量為51.3kg。上述裂解過程產生的氣體大部分被後續冷卻與分離設備除去，其它除乙烯外還有丙烯、丙烷和丁烯，後三者的量極少，進入循環氣後對聚合過程不產生影響。
與傳統工藝相比，實施例4現在每月多排出物料70kg以上，加上裂解進入氣相的物料量，每月除霧器內及後續設備管道內少積存高聚物130-140kg。使生產周期延長至三個月到六個月。
而加熱至300℃後，除霧器排放的物料中含有少量(約10％)因降解而呈現暗紅色的物料，這與實驗室實驗情況一致，但未出現結碳情況。亦即間歇加熱操作不會導致s-237分離器壁面結碳成垢，從而影響除霧的效果。
實施例1～4能提高除霧效率，改善物料的排放情況，使高聚物液滴順利進入底部排液管，避免分離除霧器內物料層的加厚，大大減輕後續管道和設備的阻塞，大大延長生產周期。它可廣泛應用於高壓聚乙烯、聚丙烯等所有液相高聚物的生產線上。
權利要求
1.一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，其分離除霧的工作溫度為220±50℃，每工作4至24小時打開分離除霧器的底閥排放物料一次，每次排放時間為t，周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理，其特徵在於所說的高壓聚乙烯生產線分離除霧的正常工作溫度為220±5℃，每工作4小時排放物料一次，每次排放時間t為10～20分鐘，但每工作160～180小時後，應用2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然後在這一溫度下恆溫25～35分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料一次，排放時間仍為10～20分鐘，排放完畢後用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃，如此周而復始，後續管道和設備被阻塞嚴重時停工清理。
2.按照權利要求1所述的高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，其特徵在於所說的分離除霧的工作壓力為0.1至5.0Mpa，用於高壓聚乙烯生產線工作壓力為3.3～3.7Mpa。
3.按照權利要求1或2所述的高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法，其特徵在於進入分離除霧器的流體的體積流量為500至20000m3/h，用於高壓聚乙烯生產時為1786～2273m3/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
4.一種按照權利要求1所述的高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法的用途，其特徵在於該方法用於生產高壓聚乙烯高聚物產品。
全文摘要
一種高聚物霧滴的在線間歇升溫除霧工藝方法。正常工作溫度為220±50℃，每工作4至24小時打開底閥排放物料一次，排放時間為0.2～20分鐘。用於高壓聚乙烯時每工作160～180小時後，應用2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然後恆溫25～35分鐘；再打開分離除霧器的底閥排放物料一次，排放時間為10～20分鐘；排放完畢後用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。周而復始，後續管道和設備阻塞嚴重時停工清理。用於高壓聚乙烯時工作壓力為3.3～3.7MPa，流體的體積流量為1786～2273m/h、密度為2.9～3.2kg/m。它除霧效率高，物料排放改善，後續管道和設備阻塞減輕，延長生產周期至3～6個月。可廣泛用於聚乙烯等液相高聚物的生產。
文檔編號C08F10/02GK101085815SQ20071001393
公開日2007年12月12日 申請日期2007年3月20日 優先權日2007年3月20日
發明者楊寶柱, 石志儉, 李建隆, 趙彥濱, 孫海濤, 連業波 申請人:中國石化齊魯股份有限公司, 青島科技大學科技公司