旋轉垂直流化床催化聚合方法

2023-04-29 22:40:06

專利名稱：旋轉垂直流化床催化聚合方法
技術領域：
本發明涉及在流化床中進行的催化聚合反應，所述流化床由於汽態或液態反應流體的切向注射而在圓筒形反應器中圍繞其對稱軸旋轉，其中所述反應流體反應器的側壁或從沿著該壁運轉的內部通道向穿過反應器兩端的中心堆(central stack)注射，並且該流化床具有均勻分布的開口，且這些流體通過所述開口而被除去。
在流化床反應器中進行的氣態或液態反應流體混合物的聚合反應是眾所周知的，所述反應流體含有要聚合的一種或多種單體，並且所述流化床中在催化體系存在下形成的聚合物顆粒在沒有使用攪拌器的情況下通過反應流體混合物的上升運動而保持在流體狀態。當該反應流體的混合物在離開反應器之前與顆粒分開，並由此限定出通常的水平分離表面時，該反應流體混合物通常以氣體形式通過反應器頂部逸出，從而在循環裝置中適當處理之後通常以液體或氣體形式再循環至反應器底部。
本發明中，反應流體混合物通過在垂直圓筒形反應器的水平部分中的旋轉，以近似水平並與該側壁成切線的形式從注入它們的側壁，移向中心堆的開口，所述中心堆可以包括多個移除管，該移除管用於分別將穿過各種反應器部分的各種反應流體混合物移向獨立的純化和循環裝置，以便保持反應器各種部分或區域中的這些反應流體混合物的不同組成和/或溫度。
本發明中，垂直反應器包括從一端至另一端的一系列固定螺旋迴轉(helical turns)，其在離中心堆一定距離處圍繞著中心堆並固定在反應器側壁上或在離反應器側壁較短距離處固定，其用於向上夾帶聚合物顆粒，所述顆粒由反應流體混合物的旋轉驅動並在螺旋迴轉壁之間進行旋轉。然後，該聚合物顆粒由於重力而落回至這些壁各個側面上的自由空間中。
由此，被離心力和垂直流化床中的螺旋迴轉限制的聚合物顆粒在螺旋迴轉壁之間上升並落回在這些壁的各個側面上，沿著螺旋軌跡，由此在從反應器中移除之前幾次穿過反應器的各個區域，並由此賦予它們均一的雙峰或多峰組成，其中所述流化床位於反應器圓柱形側壁和近似圓柱形的分離表面之間，並且所述分離表面位於系列螺旋迴轉和中心堆之間。
如果重力由第二系列的固定螺旋迴轉替代的話，則反應器可以是水平的，所述第二系列迴轉與第一系列迴轉同心並定位於相對的方向。因此，聚合物顆粒在一系列螺旋迴轉的影響下從右向左移動，並且在另一個的影響下從左向右移動。顆粒的旋轉速度必須足夠，以使離心力基本大於重力。
本發明中，離心力適合使反應流體混合物以高於僅基於重力的流化床中所允許的速度的速度穿過流化床，或適合於使用其密度接近於聚合物顆粒的密度的流體，並且流化床的近似圓柱形狀適合於獲得比常規流化床中所得比率大一個數量級的面積與厚度的比率。這用以獲得反應流體在流化床中的短停留時間，並由此獲得聚合物顆粒的高冷卻能力和良好溫度控制。這導致可以使用高活性催化體系以及濃縮反應流體的混合物，因此能夠以在反應器中相對短的聚合物顆粒停留時間獲得高聚合速率。


圖1顯示了垂直圓柱反應器半剖面的投影，所述反應器用於在催化體系存在下使懸浮於液態或氣態反應流體混合物中的顆粒聚合。該圖顯示了其側壁(2)的橫截面和其圓柱形對稱軸(1)。
用於將反應流體混合物注入反應器的裝置通過橫截面的圓筒(3)進行說明，該圓筒在沿著反應器側表面的短距離處運轉，並且其穿有許多孔(4)。該圓筒和反應器壁之間的空間被環狀隔板(5)分為幾個部分，並通過進口管(6)進入加壓反應流體的混合物。這些反應流體混合物通過許多注射管以近似水平並與反應器壁成切線的形式注入反應器，並且在背景(background)中從該圓筒的表面流出，其中所述注射管穿過該多孔圓筒的孔，並且出口(7)已顯示出。注入在箭頭方向上進行，也就是從左向右。
用於移除反應流體混合物的裝置通過圍繞對稱軸(1)的中心噴嘴(8)進行說明，其中中心噴嘴從頂部至底部穿過反應器並且包含許多開口(9)，所述開口沿著中心噴嘴表面均勻分布並形成其輪廓，以便有助於在反應器中快速旋轉的流體的進入並將它們引導向出口。中心噴嘴被其橫截面(10)已顯示的隔板分開，所述隔板限定了獨立區域，並且中心噴嘴通過主出口管(8.1)和(8.2)和內出口管(11)與外部連接。這些管被連接至冷卻、純化和/或分離裝置(12)，並且流體通過進口管(6)從這些裝置中進行循環，所述進口管給位於和中心噴嘴區域大致同一水平的反應器區域進料，其中這些被循環的流體從中心噴嘴中流出。這樣，流體在反應器近似水平的部分中移動，由此限制了它們在各個區域之間的混合。
在多孔圓筒(3)和中心噴嘴(8)之間的圓柱形空間中，系列螺旋迴轉(13)從頂部向下穿過反應器，以使在迴轉的向上方向中快速旋轉的流體夾帶位於螺旋迴轉壁之間的螺旋空間中的聚合物顆粒，該螺旋空間稱為朝著反應器頂部方向的上升流螺旋槽，其中所述系列螺旋迴轉完全顯示並通過固定器安裝至反應器(2)上，而所述固定器在圖中沒有顯示。
離心力將顆粒推向多孔圓筒壁。稱為自由側空間的自由圓柱形空間能夠使已在上升流螺旋槽中上升的聚合物顆粒由於重力並在離心力影響下落回至反應器底部，其中自由圓柱形空間相對窄並位於系列螺旋迴轉和多孔圓筒之間。
如果旋轉速度以及由此產生的上升流螺旋槽中顆粒的向上流動速度是足夠的，則該窄空間不足以使所有的顆粒落回至其中。在這種情況下，懸浮於流體中的顆粒將累積在上升流螺旋槽中直至流化床表面達到稱為自由中心空間的自由圓柱形空間，該空間相對寬並位於中心噴嘴和螺旋迴轉組之間，其能夠使剩餘顆粒落回至反應器底部並能夠使已在上升流通道中旋轉並已稍微在其中上升的流體落回至中心噴嘴區域的水平，該噴嘴近似相當於它們已用的進口。
螺旋迴轉特徵在於它們的寬度(14)以及上升流螺旋槽的寬度，自由中心空間和自由側空間的寬度(15)和(16)，迴轉的螺距(17)和彼此之間的高度(18)以及上升流槽的高度。如果螺旋迴轉的螺距(17)等於它們之間的距離(18)，則系列迴轉可以形成連續的固定螺旋曲線。
圖1中，螺旋迴轉的螺距(17)小於上升流槽的高度(18)。聚合物顆粒在穿過一個迴轉至上一個迴轉之前，必須形成等於上升流槽高度和迴轉螺距的比率的平均圈數。迴轉螺距也可以大於上升流槽的高度並且迴轉尺寸可以彼此不同。迴轉可以在不移動其它東西的情況下通過將其旋轉至反應器頂部而更換。
使用一個或多個進料裝置(19)將聚合催化劑或催化體系引入反應器，並且可以使用一個或多個在反應器底部或沿反應器任何位置的開口(20)移除懸浮於流體中的聚合物顆粒。
自由中心空間必須足夠寬並且流體向反應器中的注射速度必須足夠，以便以對於離心力來說足夠高的速度旋轉流體和通過流體夾帶的顆粒，從而在流體進入中心噴嘴之前產生顆粒和流體的明顯分離，並由此在中心噴嘴和螺旋迴轉組之間形成分離表面位於自由中心空間的流化床。在重力和離心力的聯合作用下，其近似的的圓柱形由於聚合物顆粒沿迴轉的內部邊緣落下所產生的螺旋波紋而變形。由此，顆粒在上升流螺旋槽中沿著向上的螺旋軌跡，並且在自由中心空間和自由側空間中沿著向下的軌跡。
如果懸浮於流體中的聚合物顆粒質量增加，則流化床分離表面將接近於中心噴嘴並有將顆粒夾帶至其中的危險。為了防止這樣，聚合物顆粒探測器(21)用於調整懸浮於流體中的顆粒的輸出流速，以便使流化床表面維持在離中心噴嘴足夠距離處。
該整個裝置適合安裝幾個用於循環流體混合物的獨立迴路，以便維持不同的溫度和組成並由此在各個反應器區域中維持不同的聚合條件。如果聚合物顆粒在形成中的停留時間對其而言足以在離開反應器之前幾次從底部向上並從頂部向下穿過反應器的話，則它們將具有相對均一的雙峰或多峰組成。
圖1還顯示了將進料管(22)插入中心噴嘴的可能性，該進料管連接於所選區域中將液體噴射至反應器的注射器(23)。
流體進料和移除裝置和螺旋迴轉可以具有各種形狀和尺寸。圖2-6顯示了許多實施例，並且它們可以結合使用。
圖2.a顯示了反應器(2)中部橫截面的投影，其中用於將流體進料至反應器的裝置通過注射管(7)供給，其中注射管(7)沿螺旋通道(24)和(25)均勻分布，該螺旋通道靠著反應器側壁並且如果它是在與向上的系列螺旋迴轉相對的方向上纏繞的話，則稱為向下螺旋通道，圖2.b顯示了，相同反應器(2)的相同部分中的各種尺寸的向上的螺旋迴轉(13)和由喇叭形或彎曲形的錐形噴嘴構成的流體移除裝置，它們以完整的(31)和(32)顯示或以橫截面(33)和(34)顯示，並且它們彼此配合。
向下螺旋通道完全可見的三個上部迴轉顯示了在前景中它們對著反應器的側面(25)，而僅僅部分位於背景的通道的其它迴轉顯示了其內側面(24)和中空部分(26)。該螺旋通道通過在該圖中位於通道每三個半迴轉的進口管(6)進料。
為了使向下螺旋通道所佔的體積最小化並由此增加可用於流化床的空間，使其高度在寬的比例內變化。其在對著進口管時最大(27)，在進口管之間的中部時最小(28)，並且在通道內實際沒有流體流動。通道的寬度(29)是恆定的，並且位於迴轉和通道之間並稱為向下螺旋槽的自由螺旋空間的高度(30)也是恆定的。
錐形噴嘴(31)至(34)固定在內部出口管(11)周圍或固定在它們的喇叭形(35)或彎曲形(36)錐形末端。它們被未顯示的翼片分開，以將在它們周圍旋轉的流體引導向反應器出口並確保它們的均勻分配。插入物(37)將上部噴嘴連接至下部噴嘴以便加固該噴嘴組，稱為中心堆。因為其中的流體上升流或下降流減少了，所以為了使中心堆所佔的體積最小化，而將錐形噴嘴的直徑縮小至其接近於插入物(37)。箭頭(41)和(42)顯示了流體在前景中從右向左移動，在背景中從左向右移動。
各種裝置的尺寸在反應器的各個區域中可以彼此不同。因而，在由星號圍住並圍繞反應器中心區域的框(38)中，通過配合在內管(11.1)和(11.2)的錐形末端(35)和(36)的錐形噴嘴移除，向上螺旋迴轉的螺距(17.1)、向下螺旋通道的高度(27.1)和(28.1)、向下螺旋槽的高度(30.1)和進口管直徑急劇減小以便增加迴轉數量，其中聚合物顆粒必須在該區域中移動，該區域稱為分離區域或過渡區域，並因此增加它們在反應器下部區域和上部區域之間的轉移時間，以便在它們進入其它區域之前除去它們中所不希望的流體。此外，框(31)中上部的向上螺旋迴轉(13.1)向中心縮小，在外部縮小寬度(39)並且在內部縮小寬度(40)，以便能夠使所有的顆粒都落進放大的自由側空間並防止它們落進減小的自由中心空間，由此延遲了位於上部區域流化床表面附近的顆粒的轉移。
由於圖2中反應器的螺旋通道是定位於第一系列螺旋迴轉相對方向的第二系列螺旋迴轉，所以其可以是水平的而不是垂直的。這種情況下，向下螺旋槽可以被稱為外部螺旋槽或側螺旋槽，並且上升流螺旋槽可以被稱為內部螺旋槽或中心螺旋槽。這些槽的尺寸必須進行調整以使流入兩個槽中的顆粒近似相等。還需要考慮的是當聚合物顆粒上升至反應器上部時，聚合物顆粒在重力作用下減慢了，相反，當聚合物顆粒落進底部時，聚合物顆粒加速了。這產生了流化床在其上部和下部之間厚度的差異，當旋轉速度下降時其變大。這可能需要使中心堆相對於反應器圓柱形對稱軸進行移動，並改變螺旋迴轉的圓柱形對稱。為了防止聚合物顆粒在關機時落進中心堆，使所有的開口面向下也是重要的。
圖3顯示了插入物(37)上方的三個較低的喇叭形錐形噴嘴(31.1)至(31.3)，和插入物(37)下方的三個較高(upper)的彎曲形錐形噴嘴(32.1)至(32.3)的軸測投影圖，以便顯示出將它們分開的翼片(43)和(44)。升高噴嘴(31.2)並降低噴嘴(32.3)以更好地顯示出它們如何安裝在翼片(43)和(44)上。
圖4.a和4.b顯示了沿平面BB』的縱截面和沿另一個流體移除裝置中心部分的平面AA』的水平截面，其中該另一個流體移除裝置由具有橫截面(46)的圓柱形噴嘴組成，該噴嘴具有開口(9)並且彼此配合。噴嘴外部的翼片(47)和噴嘴內部的折流板(48)的橫截面與開口(13)一起進行說明。它們將流體流(49)的轉動分量轉變為徑向分量，並將徑向分量轉變為指向堆出口的縱向分量。插入物(37)將堆上部與其下部分開，並且內管(11.1)和(11.2)經由其喇叭形末端(35)和(36)除去了從反應器過渡區域流出的流體，以使其純化並由此保持流入反應器上部和下部的流體的特定組成。
開口(9)、翼片(47)和折流板(48)的數量、位置和尺寸在各個噴嘴中可以彼此不同以便在反應器不同部分或區域中獲得所希望的流體流動。
圖5顯示了縱截面的投影以及流體移除裝置的另一模式，其中部分喇叭形噴嘴(33)已經被纏繞在縱向翼片上的螺旋帶(50)所代替，其中縱向翼片設置在內管(11.1)和其喇叭形末端(35)周圍，並且未圖示，該帶的迴轉是喇叭形的並由未顯示的折流板或翼片將該迴轉與其鄰接物分開以便將流體引導至如此形成的管中。
使帶(50)的外部邊緣與波動或螺旋波的凹部一致的可能性用於降低自由中心空間的寬度並由此增加可用於反應的空間，其中波動或螺旋波沿著圍繞該帶的向上的螺旋迴轉的內部邊緣擴展。由此，可以使顯示於圖1和4中的圓柱形噴嘴(8)和(46)的開口(9)與螺旋波的凹部一致。
圖5中的裝置還用於通過一組像車輪輻條那樣裝配的徑向管(53)和(54)從反應器中除去流體流(51)和(52)，其中僅顯示了位於橫截面平面中的兩個徑向管，並且通過反應器側壁離開反應器的那些也沒有圖示。這用於延長反應器，而不會擴大流體移除裝置，其中反應器由插入物(37)和(37.1)分成幾個連通的單元。
圖6是部分反應器過渡區域的橫截面示意圖，其中向上螺旋迴轉是中空並且連通的以形成向上螺旋通道，其代替了向上的系列螺旋迴轉和沿著反應器該區域的流體進料裝置。該通道的迴轉部分包括主要部分(55.1)至(55.6)和管形的次要部分(56)，該次要部分由管(57)進料，並與管(6)同心，其用於噴射靠近流化床表面的液體流微細液滴。
該通道特徵在於這一部分可變的平均高度(58)，上升流螺旋槽部分的高度(59)，通道的螺距(60)，也可以變化的其寬度(61)，以及自由側空間和自由中心空間的寬度(62)和(63)。
圖6還顯示了圓柱形對稱軸(1)，反應器外殼部分(2)，喇叭形(33)或彎曲形(34)錐形噴嘴部分，流體移除裝置上部或下部內管部分的喇叭形(35)或彎曲形(36)錐形末端，以及沿著該平面的流體和顆粒的示意圖。
小箭頭(64)指示了聚合物顆粒的移動，箭頭線(65)表示流體流動方向。如果靠近反應器側壁的流體的注入稍微面向下，則後者首先落進自由側空間，以便促進聚合物顆粒在此空間中的下落。然後，由於旋轉速度的數量級高於在圖示平面中的移動速度，因而在上升流螺旋槽中，這些流體流動方向(65)升高了一個或多個迴轉的高度，這是因為在它們從中離開之前，它們在一個或多個迴轉移動了。然後它們必須在近似於噴嘴水平處落回至自由中心空間，該噴嘴對應於通道中的進口管。這可以低一些，以便保持自由中心空間中的下降流以有利於聚合物顆粒在此空間中的下降。
在離心力作用下，聚合物顆粒沿著反應器側壁累積起來形成所述表面在平衡狀態靠近錐形表面的流化床，在圖6中該錐形表面的橫截面與平面一起是與水平面形成角(67)的線(66)，該角的正切近似於離心力和重力的比率。該線的起始點由顆粒檢測器測定是在反應器的底部，所述顆粒檢測器調整了這些顆粒的流出以使其保持在與流體移除裝置足夠距離處。
在旋轉的作用下，位於上升流螺旋槽中的聚合物顆粒沿著第一螺旋迴轉(55.1)上升，並且如果有的話，則然後落回至其自由側空間。如果上升流足夠高，也就是如果旋轉速度足夠高，則該自由側空間通常非常窄或沒有，並且不足以使所有的聚合物顆粒落回。它們累積了迴轉的上升流，由此使流化床上升流表面更靠近於反應器中心，直至表面溢出至自由中心空間以能夠使聚合物顆粒落入其中，由此確定一個新平衡水平(66.1)的迴轉上升流並由此一圈一圈逐漸充滿整個上升流螺旋槽，直至反應器頂部。
沿通道中心邊緣下落的顆粒順著垂直於平衡表面的方向(68)，由此與水平面形成角(69)，該角的正切近似於重力與離心力的比率。稱為落差高度(70)的上遊水平和下遊水平之間的差值決定了迴轉上遊和下遊之間的壓力差，且該壓力差與落差高度以及離心力和重力的合力成比例。此壓力差決定了顆粒在自由側空間中的下降流速。其近似等於流化床沿上升流螺旋槽高度的靜水壓力(hydrostatic pressure)，但是如果迴轉尺寸改變了，則可能存在迴轉之間的差異。
因此通道(55.4)和(55.5)部分的寬度(61.1)和它們自由側空間寬度(62.1)被充分放大以使所有聚合物顆粒可以容易地落進該放大的自由側空間，並且上遊和下遊平衡水平(70.3)和(70.4)之間的差異減小。流化床表面(66.4)和(66.5)不允許顆粒落回至自由中心空間。這兩圈上升流螺旋槽的未使用的部分靜水壓力被施加於上部迴轉，由此提高了其自由側空間的下降流速。
位於流化床表面附近，並進入通道(55.4)和(55.5)部分上方區域的上升流顆粒被迫停留在上部區域直至它們接近於反應器側壁以便落進這些迴轉的自由側空間。
類似地，已被排除的通道(55.1)和(55.2)部分的自由側空間，落進迴轉(55.3)自由側空間的顆粒被迫上升。當它們接近於該迴轉自由中心空間時，它們可以只進入下部區域。
圖7顯示了由這種擋板引起的顆粒流的特徵簡化圖。該圖顯示了沿反應器(2)部分壁的多孔側壁(3)流動的流化床的橫截面，其在向上的系列螺旋迴轉的橫截面(71)周圍。向著流化床左側的流體移除裝置在圖中未顯示。
未顯示於圖中但是由其間隔(73)的符號表示的上部和下部螺旋迴轉的螺距比過渡區域(71.1)至(71.3)的迴轉螺距大三倍，該螺距由其間隔(73.1)的符號表示。除了在過渡區域中之外，它們位於離多孔圓筒(3)恆定的距離(65)處，其中迴轉(71.1)和(71.2)與過渡區域分開，分開的距離(65.1)和(65.2)分別為兩倍大小。迴轉(71.1)也被向著中心噴嘴偏移距離(74)並且迴轉(71.3)靠著多孔圓筒壁(3)。
流化床被分成幾個環形區域上部和下部的中心和側區域用星號描出，並且區域的橫截面分別由框(77.1)至(77.4)圍住。聚合物顆粒的流動路線是(72.1)至(72.4)的封閉曲線組，其分別在反應器上部和下部的中心以及側部分。它們的流動方向由箭頭來指示。流體流動路線未顯示。
因為過渡區域螺旋迴轉的螺距小三倍，因而聚合物顆粒在其中的上升慢三倍。這是其流速在那裡僅由兩個上升流和下降流路線的符號表示，而在其它兩個區域有六個的原因。在將顆粒上升流和下降流部分分開並由含箭頭圓圈(75)表示的高湍流區域外，顆粒流在該圖中被推測是非湍流的。
由於朝螺旋迴轉(71.1)中心的偏移防止了顆粒從上部中心區域(77.1)流出而落進過渡區域，因此只有從上部側區域(77.2)流出的顆粒能夠落進過渡區域，並且由於螺旋迴轉(71.3)相對多孔圓筒壁(5)的偏移防止了它們落進下部區域，因此在上部區域中它們必定上升。同樣的原因，在下部側區域(77.4)中上升的顆粒在進入過渡區域之前必定落回，並且在下部中心區域(77.3)中上升的顆粒在冒著不再下落的危險進入上部中心區域(77.1)之前必定落回。因此，過渡區域是從上部側區域(77.2)和下部中心區域(77.3)流出的顆粒共用的。
已經發現在不存在湍流的情況下，聚合物顆粒流入其各自的區域。然而，不可避免的湍流導致或多或少地發生沿著各個區域之間的環形表面從一個區域至另一個區域的快速轉移。通過沿著反應器多孔圓筒壁(3)適當放置流體注射器(76)或在某些螺旋迴轉上放置折流板，可以局部增加湍流，以便根據聚合目標加速各個區域之間的轉移。
減少的自由側空間可以放置在迴轉部分(71.3)和多孔圓筒壁(3)之間，以確保聚合物顆粒從上部側區域(77.2)至下部側區域(77.4)的最小直接轉移，特別是確保最重顆粒的向下轉移。最輕顆粒也可以在反應器上部中心區域中加速。為了防止這樣，可以對該區域中的聚合物顆粒提供出口管。
對於將沿著這些流動形式的聚合物顆粒，它們的旋轉速度是重要的，並且由此從流體獲得足夠的能量。因此，流體注射速度的平方和乘以其流速一半的流化床輸出速度的差值必須足以補償因顆粒摩擦和顆粒位能而引起的能量損失，其中該位能是由於它們在上升流螺旋槽中上升而獲得的，然後其轉化為湍流並在它們下落過程中損失掉。
對於高度H的反應器部分，下列方程式可以在反應器中流體注射速度Vinj和聚合物顆粒平均旋轉速度Vrp之間成立Ffl×Vinj2＝(k2×Ffl+Kfr×Dr×Slf×H)×Vrp2+2×Kef×Dr×g×L×P×H×Vrp(1)其中，Ffl是流體在所給部分中的體積流速；Dr是流化床中顆粒和流體表觀密度的比率；Slf是流化床的平均截面；g是重力加速度；L和P是螺旋迴轉的寬度和螺距；k＝Vs/Vrp通常接近於1，或Vs是流體從流化床流出的速度；Kef是螺旋迴轉的上升流有效因子，並且如果迴轉寬並彼此接近則其值接近於1，Kfr是摩擦係數，其等於因摩擦引起的每單位時間顆粒所損失的轉動能的百分比。
後者特別取決於顆粒的形態，螺旋迴轉的接近程度和它們的空氣動力學性能。其可以在模仿顆粒流動的試驗裝置中測定出。
由於流體進口速度等於由所研究部分中注射管橫截面總和所分配的體積流速，因此方程式(1)可以用於計算作為流體流速函數的顆粒平均旋轉速度。
幾個其它的尺寸也可以被測定出，例如流體在離中心距離R處的徑向速度Vrad；聚合物顆粒的上升流Fasc；自由側空間中的下降流Fell；和向下螺旋槽中的下降流FchdVrad＝Ffl/(2×π×R×H×(1-C))其中C是流化床中的顆粒濃度；Fasc＝Kef×L×P×Dp×Vrp其中Dp是流化床中聚合物顆粒的表觀密度；Fchd=kSchdDpVinj]]>和Fell2RRLellDp2gHcha]]>其中k』是接近於1的有效因子，Schd是向下的螺旋槽的橫截面，RR是反應器的半徑，Lell是自由側空間的寬度並且Hcha是上升流螺旋槽的高度。
側部的下降流被加至一起並且必須低於上升流，因為所涉及的螺旋迴轉將完全被聚合物顆粒所覆蓋。如果向上的槽的高度和螺旋迴轉的尺寸改變了，則這些方程式必須進行調整。
第一實施例在沒有稀釋劑存在下的乙烯共聚合此聚合方法的高冷卻能力適合於在不必用非反應性流體稀釋乙烯的情況下聚合氣相聚乙烯。
圖8在左側顯示了反應器(2)頂部、中部和底部三部分的半剖面，以及其圓筒對稱軸(1)，其中包括僅顯示了末端的兩個主要區域，也就是上端和下端，以及在中部完全顯示的中心區域。
中心堆包括橫截面(8)中具有開口(9)的圓柱形和錐形噴嘴，兩個主要的流體移除管(8.1)和(8.2)，兩個用於從中心區域中移除流體的內管(11.1)和(11.2)，其終止於圓錐體(35)和(36)，一個將中心區域分成兩個部分的插入物(37)，和通過反應器上部區域中的注射器(23)將共聚單體噴射至流化床表面的進料管(22)。
主要進料裝置包括顯示了其部分(26)的向下螺旋通道，其焊接至反應器(2)的側壁並且通過管(6)進料，以及部分(71)的向上的螺旋迴轉，除了一對位於中心區域末端的迴轉(71.1)和(71.2)之外，其相對於向下通道的內壁均勻分布，其螺距被減小並且與高度被減小的向下螺旋通道分開。
圖8還顯示了用於注射催化劑的裝置(19)，如果需要預聚合的話，用於聚合物顆粒的出口管(20)，流化床水平檢測器(level detector)(21)，流化床表面(66)，由小箭頭指示的聚合物顆粒(64)，該小箭頭顯示了顆粒在圖的水平面中的移動方向，流體流動路線(65)和指示湍流的圓圈(75)。
在圖8所示的進料和循環流程圖中，純乙烯進料(84)是位於進口管(6.2)的高度處，液態共聚單體(85)的進料通過上部區域中的中心進料管(22)進行，該共聚單體通常為丁烯或己烯，並且聚合控制劑(86)的進料存在於下部區域的流體循環迴路中，該聚合控制劑通常為氫。
從下部中心區域流出並且通過下部內管(11.2)移除的流體流(87)具有因純乙烯(84)的加成而減少的共聚單體含量。在循環至上部中心區域之前，使其在旋風分離器(88)中除去任何由流體夾帶的固體顆粒，在壓縮機(89)中壓縮，在(90)中冷卻，並在吸收器(91)中除去從下部區域中流出的所不希望的聚合控制劑部分。
從上部中心區域流出的流體流(92)含有來自於上部區域的共聚單體。該流體通過上部內管(11.1)移除。其一部分被送至循環迴路(88)至(91)中，另一部分可以通過控制閥(97.1)送至上部區域，且如果中心區域的共聚單體含量顯著減少的話，則剩餘物被送至分離器(93)中，該分離器將液態共聚單體飽和的乙烯流(94)送至共聚單體進料迴路中並且將除去了共聚單體的乙烯流(95)送至下部中心區域。由於將在塔底部回收的共聚單體的量通常少，並因此可以在大量乙烯中高度稀釋，所以分離器(93)可以是在高壓下具有低回流操作的簡單分餾塔，其中所述高壓是在旋風分離器(未顯示)前通過壓縮機(96)得到的。
值得注意的是來自於中心區域的流的交匯，其用於使必須被純化的流體的質量最小化，並且旁路裝備有控制閥(97.2)，該閥用於區分上部區域和中心區域的氫含量。
從上部區域流出的液流(98)通過主管(8.1)移除。使其在旋風分離器(99)中除去任何固體顆粒，在(100)中冷卻，並在分離器(101)中與共聚單體飽和的乙烯冷凝物分離。輕氣體餾分(102)通過壓縮機(103)進行壓縮並循環至上部區域。冷凝物(104)被循環至共聚單體進料迴路。
來自於下部區域的流體流(105)通過主管(8.2)移除，在(106)中冷卻，並在由壓縮機(108)循環至下部區域中之前除去任何聚合物顆粒。在(110)中轉移至常規回收裝置之前，在旋風分離器(109)中除去由出口(20)移除的聚合物顆粒中的乙烯部分。通過壓縮機(111)將膨脹的乙烯循環至下部迴路中。
流動控制裝置(112)被適當地放置在主進料管上以保證反應器各個部分之間適當的進料差別，例如，以便有利於在自由中心空間中的流體下降流以降低在中心堆中夾帶顆粒的危險。
為了更加可視化，圖9顯示了投射到反應器中部側壁上的、向上的螺旋迴轉(71)的360°展開圖和向下螺旋通道(24)的內壁的360°展開圖，其中螺旋通道上具有注射管(7)。流體流按箭頭方向從右向左移動，並且為了繪圖的清晰度，縱坐標是橫坐標的兩倍。這樣進料管(6)以橢圓的形式顯示。為了將它們偏移90°，它們被設置於通道的每7/4圈處，其中其高度(27)最大。在管(6)之間的中部時其最小(28)。
位於迴轉(24)之間，並且除了在分離區域中之外都為恆定高度(30)的向下的螺旋槽和迴轉的橫截面或向上的螺旋迴轉(71)的一部分移動了一圈的5/8並成對地從每個管(6)進行投影，以便如果需要的話，通過這些管由冷卻劑流使其進料，其中在分離區域中高度(30.1)和(30.2)被降低了。
圖10顯示了三個反應區域中的顆粒流(72)。為了繪圖的清晰度，橫坐標被擴大並且向下螺旋通道和槽分解為多孔壁(3)和自由側空間。
在不存在湍流的情況下，被用星號繪製的框圍住的中心環形區域(77.1)、(77.3)和(78)中的顆粒流入封閉迴路(72.1)、(72.3)和(79.1)中，並且如果由螺旋迴轉(71.1)和(71.2)產生的上升流低於相鄰區域的向下的槽中的下降流的話，則位於側區域的部分顆粒也流入封閉迴路(72.2)、(72.4)和(79.2)中。位於側區域的其它顆粒沿著迴路(80)從頂部向下或從底部向上穿過反應器。實際上，湍流確保了反應器各個環形區域中顆粒的混合。然而，從上部區域沿流化床表面下降的顆粒和已經用由注射器(23)注入的共聚單體浸漬的顆粒在進入中心區域之前必須穿過上部側區域，其中在上部側區域中它們的共聚單體含量逐漸減少，並且在中心區域中它們的共聚單體含量進一步減少。
為了進行說明，對於體積約70立方米，高15米，直徑為2.5米的工業用反應器來說，各個值的數量級可以進行估算。取決於大量參數的這些值可以根據反應器的設計和顆粒的形態而顯著改變，並且這取決於所用的催化劑體系。它們必須藉助於試驗裝置進行調整，其中該裝置被設計用於測試隨各種參數變化的聚合物顆粒的流動。
各個主要區域包括11個直徑為0.25m的進口管(6)，其中每一個都通過向下螺旋通道進料0.56m高的反應器部分，所述螺旋通道平均螺距為0.32m，在每個管之間形成7/4的迴轉，並具有0.1m的寬度，相對每個管0.32m的最大高度和在管之間中部0.04m的最小高度，並為向下的螺旋槽留下了0.16m的自由高度。中心區域包括穿過向下螺旋通道的三個獨立部分，它們位於由兩個直徑為0.16m的進口管(6.1)和(6.2)進料的兩個0.28m高的部分之間，所述螺旋通道具有減半的平均螺距，0.16m的最大高度和0.02m的最小高度，並為向下的螺旋槽留下了0.08m的自由高度。
因為中心堆外徑在中心區域中為0.6m，在反應器末端為1m，並且螺旋迴轉(71)內徑逐漸由1.1m變為1.5m，所以自由中心空間的寬度為0.25m並且流化床的體積約為45立方米。向上的螺旋迴轉的平均間隔約為0.45m並且其寬度和螺距分別由在中心區域中的0.6m和0.15m變為在反應器末端的0.4m和0.24m。
考慮到迴轉寬度減小時較低的阻力，那麼如果聚合物顆粒的平均旋轉速度在7和8m/sec之間變化，並且如果它們在流化床中的表觀密度為350kg/m3，則聚合物顆粒上升流約為600t/h。平均離心力是重力加速度的5-6倍，並且對於平均間隔為0.45m的向上的螺旋迴轉來說，其使下落高度小於0.1m，這與0.4-0.6m的迴轉寬度相比是足夠小的。
如果摩擦係數，也就是聚合物顆粒因摩擦而導致的能量損失為5％/sec，則為了使流體壓力為25bar並且經過主進口(6)的流速為1m3/sec，流體注射速度必須約為16m/sec。如果因摩擦而導致的能量損失為兩倍大，則其必須約為18m/sec。
總的流體流速為26m3/sec，或約為3000t/h，其提供了高冷卻能力並且在每0.56m的反應器部分其需要約80個直徑為0.03m的注射管(7)。如果聚乙烯生產能力約為60t/h，則流化床中的平均流體停留時間小於2秒，並且聚合物顆粒的平均停留時間約為15分鐘。
考慮到離心力，則靠近流化床表面的流體徑向速度約為0.5m/sec，這對於流化床和流體之間的良好分離是足夠低的。向下的螺旋槽中平均顆粒速度可以超過10m/sec，並使聚合物顆粒的側部下降流約為200t/h，其對於填充上升流螺旋槽是足夠低的並且對於移除聚集物以及任何聚乙烯表皮是足夠高的，其形成的風險因顆粒沿著壁的流動速度而降低。
反應器每個區域中由聚合物顆粒形成的通道的數量取決於湍流以及向上的螺旋迴轉(71.1)和(71.2)的螺距。根據是否將優先權分配於聚合物顆粒的均勻性或反應器區域的分化，其可以通過提高或降低這些迴轉的螺距而增加或減少。
如果流體壓力必須增加，例如增加至45bar，以提高反應速度，以便達到預期60t/h的生產能力，並且如果注射器橫截面未改變，則流體的體積流速和注射速度必須減少約15％以保持相同的聚合物顆粒旋轉速度。由於總的流體流速可以超過4000t/h，因此如果需要的話，其可以通過降低注射管的直徑或數量而降低以便在較低流速的情況下提高注射速度。
該方法能夠以高於乙烯臨界壓力的流體壓力進行操作以便在較小的反應器中獲得高的聚乙烯生產能力。因為流化床的體積較小，因此聚合物顆粒在其中的停留時間也較短。例如，對於80bar的壓力和直徑為1.8m、高為10m的反應器，流化床的體積僅約15m3。如果預期的生產能力為60t/h聚乙烯，則注入反應器的流體的體積可以約為8-10m3/sec，並且反應器中平均顆粒停留時間僅約5分鐘，這減少了反應器每個區域中顆粒通道的數目並因此降低了其均勻性。
圖11顯示了反應器中心區域的放大，其中反應器被簡化至僅有兩個由進口管(8.1)和(8.2)進料的部分以顯示出流動平衡，並且還顯示了從上部區域流出的聚合物顆粒在進入下部區域之前如何從中除去共聚單體。
首先應注意的是內部液態共聚單體噴射管(23)距離中心區域足夠遠以避免將用共聚單體浸漬的顆粒噴射到其中，這些顆粒在進入過渡區域之前首先必須在上部側區域中上升。
根據這些迴轉的螺距，自由側空間中的顆粒下降流和螺旋迴轉(71.1)的對的向下螺旋槽相當於在其向上槽的上部區域中上升的流，或為例如25t/h。進入螺旋迴轉(71.2)的對的高度為0.08m的向下螺旋槽部分的僅僅一部分，例如100t/h的60％，和由湍流傳送並通過其自由中心空間的一部分，例如150t/h的40％，可以到達反應器的下部空間，或者對於25bar的壓力以及被兩倍於由進口(6.1)和(6.2)進料的55t/h流體所推動的6-7t/h的流體，由它們所夾帶的約120t/h可以到達反應器的下部空間。
如果聚乙烯生產能力為60t/h，則在(84)處加入的純乙烯量超過了加進管(6.2)的量55t/h。其差額進入了管(6.1)，並且純化的乙烯(95)的量例如20t/h也進入了管(6.1)。含有少量共聚單體和流體流(92)的未純化部分的流體流(87)在(89)處被加入以補充管(6.1)的進料，其差額通過流量控制閥(112.1)進入了上部區域。
為了避免含有更多共聚單體的流(92)稀釋流體流(87)，則其通過圖8中的旁路(97.1)從反應器輸出時，該差額可以直接加至上部區域的循環迴路。如果純化的流體(95)的量為零，並且如果純乙烯(84)的流(87)的量足以進料中心區域，此處如單獨的進口(6.1)和(6.2)所示，則整個流(92)能夠被送至主要的上部迴路。
如果下降流顆粒在過渡區域的停留時間不足以從它們中充分除去它們的共聚單體，則過渡區域可以如圖8所示那樣被放大。
由於主要的下部區域沒有用純乙烯進料，因此在該區域中存在流體短缺，其可以僅由流體流(115)填充，所述約30t/h的流體流(115)落至自由中心區域，並以約0.5m/sec的速度在自由中心區域中生成向下流動的流體流(115)，這有利於顆粒在該自由中心空間的下落。該向下流動的流體流可以由圖8所示的流量控制器(112)來保持直至反應器底部。其可以類似地在反應器上部獲得。
圖11中兩個主要區域的螺旋迴轉(71)的中心邊緣被提升以便能夠使聚合物顆粒流落進自由中心空間並沿著這些邊緣的內表面流動，由此防止其中出現無顆粒區域，這會有利於聚乙烯表皮的形成。還應注意的是向下螺旋通道已經在(26.1)和(26.2)處封閉了，其位於進料管(6.1)或(6.2)和相鄰區域的管(6)之間的中部，以便在過渡區域的通道中以不同的壓力運行，由此在不改變相鄰區域中流速的情況下增加或減少流體流動。
如果發生了主要故障，例如，壓縮機的停工，則可以將不反應的氣體(如氮氣)注入出現故障的壓縮機的下遊，並可以將旋風分離器(109)出口連接至安全照明燈(safety flare)，以便在用不反應的氣體對其清洗(purge)時使反應器減壓。通過將催化劑毒物注入每個循環迴路，可以在幾秒鐘內停止反應。最後，如果反應器必須完全並且非常快速地放空，則可以提供更多的顆粒出口(20)，且在過渡區域中包括至少一個出口並且其它的出口接近反應器的頂部。
第二實施例在稀釋劑存在下的乙烯共聚合如果反應速度太高的話，則可以通過用不反應的流體稀釋乙烯而使其降低。
圖12顯示了和圖8中反應器同樣的反應器，並且在中心堆的主要下部區域，向其中加入了用於進料比共聚單體輕的液態稀釋劑(118)的中心管(22.1)，所述稀釋劑例如丙烷或異丁烷，且該中心管與用於將其微細液滴噴射在流化床上的注射管(23.1)相連。
從主要下部管(8.2)離開的流體流(105)含有稀釋劑。這是為什麼在其循環之前可以使用分離器(119)將其從冷凝物(120)中分離的原因，該冷凝物中除了稀釋劑和乙烯外還吸收了少量存在於反應器主要下部區域中的共聚單體。該冷凝物(120)的一部分和新稀釋劑(118)一起經由中心進料管(28.1)進行循環，其餘將要除去共聚單體的部分被送至分離柱(93)。該柱也可以進料含有由稀釋劑和乙烯飽和的共聚單體的冷凝物(104)的一部分以降低存在於上部區域中的稀釋劑的量。在柱(93)頂部回收的氣態餾分(95)是由稀釋劑飽和的乙烯，並且其被送至下部中心區域。液態餾分(121)和新稀釋劑(118)一起經由下部進料管(22.1)進行循環。在柱(93)底部回收的液態餾分(94)是混合了大量稀釋劑和乙烯的共聚單體，這取決於共聚單體的操作條件。該餾分(100)和新共聚單體(85)一起經由中心進料管(22)進行循環。
主要的下部區域通過所有區域中的稀釋劑對共聚單體的吸收而進行純化，由此達到相對高的純度。
關於流體的數據取決於壓力、稀釋劑的類型和循環液體的量，通過冷卻流化床其實質上降低了必須循環的液體的量，並因此降低了提高注射速度以獲得足夠高的聚乙烯顆粒旋轉速度的需求。反應器可以被加長或中心堆直徑可以被縮短。其主要缺點是由加入稀釋劑而帶來的額外費用。
如果稀釋劑濃度提高，則乙烯可以在循環流體注射溫度下完全溶解，從而進料至反應器的循環流體可以是液體。流體向反應器中的注射速度必須適應其密度的提高及其體積流速的明顯下降。如果反應器完全處於液相中，則離心力必須足以使液體流在流化床的出口處與聚合物顆粒分離，儘管其密度較高。
然而，反應器中的壓力可以是這樣的，以使其中流體處於沸點，並允許自由中心空間充滿由流體沸騰而產生的氣態流體。在這種情況下，仍然可以通過改變各個區域中的稀釋劑濃度而在各個區域中具有不同的溫度。然而，在開始階段，流體的蒸發不足以為合適的流化床旋轉提供必需的流速。因此，必須在完全液相中開始或通過注射氣體開始以促進共聚單體的移除，並且可能適宜使用比共聚單體重的稀釋劑以優先蒸餾出共聚單體。
第三實施例丙烯共聚合為了製備丙烯和乙烯的嵌段共聚物，其反應器的特點必須考慮到對主要區域之間良好分離的需要以及使足夠比例丙烯聚合的需要，儘管其反應速度較低，這證明了使用很長的反應器是合適的，此反應器任選在反應器中部經過徑向管包含流體移除裝置。考慮到其長度，可以適宜地使用水平反應器。
圖13的頂部說明了這種水平反應器的下部橫截面，其包含使顆粒從左向右移動的第一系列螺旋迴轉(71)，和螺旋通道(26)，該螺旋通道的一側由第二系列螺旋迴轉(122)進行延長，所述第二系列螺旋迴轉使顆粒從右向左移動。這些系列迴轉各自限制了中心或內部的槽以及側部或外部的槽，這些槽的橫截面被設計為近似地使聚合物顆粒分別向右和向左的流速相等，同時保持了輕微的差別以便提高流化床的厚度，流化床表面(72)的橫截面已顯示，其中中心堆是最窄的。
在插入物(37)左側的過渡區域被連接至兩個同心出口管(11.1)和(11.2)，並終止於喇叭形錐形(35)和(36)。由進口(6.1)進料的純乙烯(84)通過喇叭形錐形(36)移除，該錐形由管(11.2)延長。該純乙烯被仍存在於從右邊流出的聚合物顆粒中的丙烯輕微地汙染了。將流體(87)在旋風分離器(88)中與任何聚合物顆粒分離，在(89)中壓縮，在(90)中冷卻並通過進口(6.2)循環，以便清除從右邊流出的聚合物顆粒中它們所帶出的丙烯。通過由管(11.1)延長的喇叭形錐形(35)移除，並且實質上含有大量丙烯的流體流(92)被除去了任何的固體顆粒(92.1)，冷卻並被送至分離柱(93)。將從柱頂部離開的乙烯(95)在(96)中壓縮並由壓縮機(108)循環至主要的左邊區域中。
該區域用於使在(84)中進料的乙烯聚合，考慮到乙烯的較高反應速度和嵌段共聚物中通常較低的聚乙烯含量，其僅包括三個進口管(6)。從該區域中流出的流體(105)通過主管8.2移除，在(106)中冷卻，在(107)中與任何聚合物顆粒分離並通過壓縮機(108)經由三個進口管(6)進行循環。
分離柱(96)的底部含有除去了其中乙烯的液態丙烯(94)。其和新丙烯(85)通過管(22)和(22.1)傳送至反應器，並通過注射器(23)噴射至其中。通過進口管(6.4)注入的丙烯氣體被少量從左邊流出的聚合物顆粒所帶出的乙烯汙染了。通過連接至徑向管(53)的中心下部管(11.3)將其移除，該徑向管用於移除在反應器中部橫向的流體(126)。被乙烯輕微汙染的流體流(126)在(127)中除去任何固體顆粒，在(128)中壓縮，在(129)中冷卻並通過進口管(6.3)循環到進口管(6.4)的左側，以便清除從左邊流出的聚合物顆粒中被帶出的乙烯。負載有乙烯的丙烯通過管(11.1)移除，同時負載有丙烯的乙烯在分離柱(93)中被分離。
右側的主反應區域用於使在(85)中進料的丙烯聚合。為了除去丙烯氣體，此很長的區域除經過主要中心管(8.1)至反應器右側的出口外，還包括側部出口，該出口由一組徑向管(54)組成，該徑向管(54)和徑向管(53)位於同一平面上，並且僅顯示了其中之一。位於相同平面但在圖中未顯示的其它的徑向管進料液態丙烯至管(22.1)中。分別通過主管(8.1)和徑向管(54)除去的丙烯氣體(98)和(98.1)在(99)中被除去任何固體顆粒，在(100)中冷卻，在(101)中除去其冷凝物，並通過壓縮機(103)經由進口管(6)進行循環。
為了避免阻斷流化床向右和向左的流動，徑向管(53)和(54)之間的空間包括翼片，所述翼片將顆粒流引導至適當的方向。
因此位於兩個主要區域之間的過渡區域包括四個進口管(6.1)至(6.4)。該區域被分成三個過渡部分，其中連接至錐形(35)的出口管(11.1)的中心部分通過壓縮流(87)和(126)的壓縮機(89)和(128)經由進口(6.2)和(6.3)進料，其中流(87)和(126)分別僅具有低的丙烯或乙烯含量並且由其它兩個過渡部分流出，所述其它兩個過渡部分連接至錐形(36)的出口管(11.2)和(11.3)，並終止於徑向管(53)。僅來自於中心部分的流(92)在循環之前在分離柱(93)中純化並分離，所述流(92)是乙烯和丙烯的混合物。
具有三個部分的過渡區域裝置適於提高在兩個主要區域之間的分離，同時限定了必須在分離柱(93)中分離的流體的量，其中過渡區域在中心部分和其它兩個部分之間具有交叉循環。因為通常丙烯的純度必須高於乙烯的純度，所以在此實施例中2/3的過渡區域進料丙烯而1/3進料乙烯。
由於反應器是水平的，因此中心堆可以是噴嘴，其具有幾排位於其側壁和下部的側部開口(9)，並且裝配有將流體流(133)引導至出口管的翼片。還應注意的是在反應器直徑約為2m以及平均顆粒旋轉速度為10m/sec的情況下，反應器底部流化床的厚度僅約為反應器頂部厚度的2/3，這是由於不可忽視的位能差異以及因此導致的顆粒度差異而引起的。因此，適宜將中心堆偏離中心並任選改變兩組螺旋迴轉的圓柱形對稱以更好地適應流化床的形狀。此外，由於聚合物顆粒的橫向移動不能抵抗重力，因此可以增加螺旋迴轉(71)和(122)之間的間隔以降低摩擦阻力。這有助於避免過高的流體注射速度。
由於丙烯的反應速度和反應熱較低並且流化床的冷卻部分地是由通過中心管(22)和(22.1)噴射的液態丙烯的蒸發所提供的，因此丙烯氣體流速低，從而允許反應器主要的右手邊區域加長以便使更多的丙烯聚合。如果該區域的體積必須進一步提高的話，則反應器可以稍微加寬，並同時將流化床表面(72)近似保持在同一水平上。
其它的操作性能與前述實施例相似並且可以近似地評估。這些多種的實施例證明了該聚合方法的適應性，其可以應用於大部分的氣體或液體流化床催化聚合。
權利要求
1.一種在流化床中進行聚合的方法，該流化床包括垂直圓筒形反應器；用於注射聚合催化劑的裝置，該催化劑在氣態或液態反應流體存在下使聚合物顆粒形成；至少一個設置在所述反應器壁上的出口，其用於取出懸浮在所述流化床中的所述聚合物顆粒；用於檢測所述流化床表面的檢測裝置，且所述出口由所述檢測裝置伺服控制以便調整所述聚合物顆粒的輸出流速，從而將所述表面保持在離用於除去所述反應流體的裝置的一定距離處；用於將由所述移除裝置除去的所述反應流體通過進料裝置循環至所述反應器中的循環裝置；用於在將所述聚合物顆粒與所述反應流體分離後回收從所述反應器中取出的所述聚合物顆粒的裝置；該方法的特徵在於-所述進料裝置設計為以均勻分布的方式，沿著所述反應器側壁在其方向接近水平面及所述側壁切線的方向上將所述反應流體注入所述反應器中，並以轉動的形式夾帶所述反應流體和所述聚合物顆粒，其中離心力將所述聚合物顆粒推向所述側壁；-所述移除裝置圍繞著所述反應器的圓柱形對稱軸並且在其底部和頂部之間具有均勻分布的開口，其設計為在所述反應器底部和頂部之間以均勻分布的方式除去所述反應流體；-所述反應器包括至少一系列的固定螺旋迴轉(turns)，其沿著所述反應器的所述側壁運轉，並分布在所述反應器的底部和頂部之間，並且其在離所述移除裝置一定距離處圍繞著所述移除裝置，所述螺旋迴轉定位在一定的方向上以用於將在螺旋空間和自由中心空間中旋轉的所述聚合物顆粒夾帶向所述反應器頂部，其中所述螺旋空間處於所述螺旋迴轉壁之間，所述自由中心空間處於所述螺旋迴轉之間，並且所述移除裝置能夠使所述聚合物顆粒落回至所述自由中心空間中而不會進入所述移除裝置，旋轉速度和由此產生的所述離心力防止所述聚合物顆粒被所述移除裝置中的所述反應流體夾帶出，由此在所述離心力和所述螺旋迴轉的作用下，所述反應流體和所述聚合物顆粒形成了旋轉的垂直流化床。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於-所述進料裝置被分成至少兩個不同的部分，用於向所述反應器的至少兩個不同區域加入所述反應流體的至少兩種不同的混合物；-所述移除裝置被分成至少三個不同的部分，其各自連接至離開所述反應器的出口管並適合獨立地將進入各個所述不同部分的所述不同的所述反應流體混合物從所述反應器中除去，所述不同部分之一是位於其它兩個之間的分離部分並且其適合將所述反應流體從所述反應器中除去，所述反應流體已經在位於所述反應器兩個不同區域之間的分離區域中混合在一起；-所述循環裝置能夠獨立地處理並循環所述反應流體的所述不同的混合物。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於將所述移除裝置的所述分離部分分成至少兩個分部，以便在對另一個所述分部進料的所述應器區域的水平處將從所述分部之一流出的所述混合反應流體循環至所述反應器中。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於將所述移除裝置的所述分離部分分成三個分部，以便將從中心分部流出的所述混合反應流體進行純化，分成兩個不同的流，並在對所述中心分部進料的所述反應器區域的水平處通過所述循環裝置循環至所述反應器，其中所述中心分部位於其它兩個所述分部之間，而從其它兩個所述分部流出的所述混合反應流體在不通過純化和分離裝置的情況下被循環。
5.如權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於所述進料裝置包括至少一個螺旋通道，其沿著所述反應器內部的所述側壁運轉並定位在與所述螺旋迴轉相對的方向上，所述螺旋通道適合將進料至所述螺旋通道的所述反應流體通過沿其壁均勻分布的注射裝置注入所述反應器中，其中所述反應流體是通過沿所述通道均勻分布並穿過所述反應器所述側壁的進料管進料的。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其中所述反應器是水平的，其特徵在於其包括第二系列螺旋迴轉，該迴轉與所述第一系列螺旋迴轉是同心的，並且所述第二系列螺旋迴轉定位在與所述第一系列螺旋迴轉相對的方向上，以便將所述聚合物顆粒夾帶至所述反應器的相對端，由此所述聚合物顆粒從所述反應器的一端流動至另一端。
7.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於其包括位於所述螺旋迴轉和所述反應器的所述側壁之間的自由側空間，通過該自由側空間，所述聚合物顆粒可以因重力而落向所述反應器底部，所述自由側空間是足夠窄的，以使僅僅一部分已經在所述反應器中上升的所述聚合物顆粒落回至其中，並且其餘部分必須通過所述自由中心空間下落。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於不存在位於所述反應器的所述側壁和所述螺旋迴轉之間並沿著至少一個所述螺旋迴轉的所述自由側空間，以便防止所述聚合物顆粒沿所述螺旋迴轉落回至所述自由側空間中，並且強迫所述聚合物顆粒全部落回至所述自由中心空間中，該自由中心空間位於所述螺旋迴轉和所述移除裝置之間。
9.如權利要求7和8之一所述的方法，其特徵在於其包括沿至少一個所述足夠寬的螺旋迴轉的足夠寬的所述自由側空間，以便能夠使所述聚合物顆粒沿著所述螺旋迴轉全部落回至該自由側空間中，並防止所述聚合物顆粒沿著所述螺旋迴轉下落至所述自由中心空間中。
10.如權利要求1-9任一項所述的方法，其特徵在於至少一部分所述螺旋迴轉為中空形狀，其中所述螺旋迴轉通過管連接至所述反應器的所述側壁以便向其中加入反應流體或冷卻劑。
11.如權利要求10所述的方法，其中通過所述進料裝置注入的所述反應流體的至少相當部分(significant part)為氣態形式，並且所述反應流體或冷卻劑是液體，其特徵在於其包括沿所述中空螺旋迴轉分布的注射裝置，並且該注射裝置適合將所述液體以微細液滴的形式噴射至所述反應器中。
12.如權利要求1-11任一項所述的方法，其中所述反應流體的至少相當部分(significant part)為氣態形式，其特徵在於其包括至少一個穿過所述移除裝置的管，並且該管裝備有用於將反應流體或冷卻劑的微細液滴噴射在至少部分所述流化床的所述表面上的注射器。
13.如權利要求1-12任一項所述的方法，其特徵在於至少部分所述移除裝置包括一系列的喇叭形噴嘴，它們彼此配合併通過翼片或折流板而彼此分離，其中所述翼片或折流板將在所述反應器中旋轉的所述反應流體引導向至少一個所述出口管中。
14.如權利要求1-13任一項所述的方法，其特徵在於至少部分所述移除裝置包括穿有許多開口的圓柱形或錐形噴嘴，該噴嘴裝備有翼片或折流板，其中所述翼片或折流板將在所述反應器中旋轉的所述反應流體引導向至少一個所述出口管中。
15.如權利要求1-14任一項所述的方法，其特徵在於至少部分所述移除裝置包括至少一個纏繞其自身的螺旋帶，並且其中該系列迴轉通過翼片或折流板而彼此分離，所述翼片或折流板將在所述反應器中旋轉的所述流體引導向至少一個所述出口管中。
16.如權利要求1-15任一項所述的方法，其特徵在於對於沿著所述反應器的至少一些所述螺旋迴轉來說，所述螺旋迴轉的尺寸彼此不同，以便根據聚合目標調整所述聚合物顆粒在所述反應器中的流動。
17.如權利要求1-16任一項所述的方法，其特徵在於其包括至少一個用於在所述流化床的至少一個位置中產生湍流的裝置，以便在所述位置提高流入靠近所述反應器的所述側壁的空間中的所述聚合物顆粒和流入靠近所述流化床表面的空間中的那些聚合物顆粒之間的混合。
18.如權利要求1-5和7-17任一項所述的方法，其特徵在於至少一些所述螺旋迴轉具有升高的內部邊緣，以限制中心傾斜壁，以便能夠使所述聚合物顆粒落回至所述自由中心空間，沿著所述中心傾斜壁流動。
19.如權利要求1-18任一項所述的方法，其特徵在於至少一種所述反應流體含有烯烴。
全文摘要
一種在流化床中進行的催化聚合方法，其中反應流體通過沿圓筒形反應器(2)的側壁(3)分布的孔(7)成切線方向注射，並通過沿中心堆(8)分布的開口(9)除去，以便使聚合物顆粒旋轉地足夠快，從而通過離心力將它們向上推向沿著反應器壁運轉的系列靜止線圈(13)，並然後沿著線圈壁落回到其邊緣上且不會進入中心堆中。
文檔編號B01J8/38GK1968740SQ200580019562
公開日2007年5月23日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年4月14日
發明者阿克塞爾·德布羅克維爾 申請人:阿克塞爾·德布羅克維爾