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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高聚物生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)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(jìn)。
背景技術(shù)：
高聚物生產(chǎn)線中的除霧器用于分離、去除氣流中的霧滴。已有的除霧器為直筒圓錐結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)除霧器。其特點(diǎn)是直筒段氣體軸向流速低；錐體的錐角大；設(shè)備采用導(dǎo)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(tǒng)的工藝方法存在以下弊端，除霧效果很不理想1.氣體流經(jīng)后續(xù)管道和設(shè)備時，由于溫度降低使未除去的高聚物霧滴呈固狀凝結(jié)在器壁上，導(dǎo)致兩個月即需停車清理一次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。
2.入口氣體流速在10m/s以下，入口氣體輸入的動量小，器內(nèi)流體的旋轉(zhuǎn)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(dá)錐體壁面后難以順利進(jìn)入底部排液管，排液困難。
4.因霧滴在器內(nèi)壁上基本不流動，長時間聚集使物料層加厚，相當(dāng)于改變了除霧器的尺寸，致使除霧效率進(jìn)一步下降、出氣帶霧量進(jìn)一步增大，后續(xù)管道和設(shè)備的阻塞更加嚴(yán)重，生產(chǎn)周期縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就在于克服上述缺點(diǎn)和不足，提供一種改進(jìn)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(jìn)入底部排液管，避免除霧器內(nèi)物料層的加厚，大大減輕后續(xù)管道和設(shè)備的阻塞，大大延長生產(chǎn)周期。
為了達(dá)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(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。本發(fā)明用于高壓聚乙烯生產(chǎn)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小時后，應(yīng)用時2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然后在這一溫度下恒溫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；排放完畢后用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。
一般分離除霧的工作壓力為0.1至5.0Mpa，用于高壓聚乙烯生產(chǎn)線時的工作壓力為3.3～3.7Mpa。
進(jìn)入分離除霧器的流體的體積流量一般為500至20000m3/h，用于高壓聚乙烯生產(chǎn)時為為1786～2273m3/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
本方法可用于所有液相高聚物的生產(chǎn)中。用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)，效果良好，本發(fā)明經(jīng)對已有除霧器前期生產(chǎn)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(qiáng)化排料，以提高分離效率，延長高壓聚乙烯生產(chǎn)線生產(chǎn)周期的新的工藝方法。
因進(jìn)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(guān)鍵是霧滴到達(dá)器壁后，在器壁聚集，流動性很差，應(yīng)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(yīng)力與速度梯度不再是線性關(guān)系。在相當(dāng)寬的剪切速率范圍內(nèi)，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(dāng)溫度上升到一定值時，部分高壓聚乙烯會產(chǎn)生降解，降解后的物質(zhì)呈煙霧狀散失，造成質(zhì)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(jié)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。油品深度裂解后，會產(chǎn)生脫氫碳化的問題。若產(chǎn)生積碳，碳會在器壁上聚集形成污垢，污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(jié)果表明在恒溫300℃加熱裝置內(nèi)連續(xù)加熱1小時后取出，未見明顯碳化、顏色微黃，暴露于空氣內(nèi)10分鐘后顏色有所加深，積碳情況不明顯。因此，最適當(dāng)?shù)募訜岷銣販囟燃礊?00±5℃，在這一溫度下恒溫25～35分鐘，再打開分離除霧器的底閥排放物料。
本發(fā)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(jìn)入底部排液管，避免除霧器內(nèi)物料層的加厚，大大減輕后續(xù)管道和設(shè)備的阻塞，大大延長生產(chǎn)周期。它可廣泛應(yīng)用于高壓聚乙烯等高聚物的生產(chǎn)線中。
采用傳統(tǒng)工藝，連續(xù)生產(chǎn)2100高壓聚乙烯產(chǎn)品三天后，即出現(xiàn)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(chǎn)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。
采用本發(fā)明工藝方法后，生產(chǎn)2100高壓聚乙烯產(chǎn)品時，每次排放時間僅需10分鐘。經(jīng)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(jìn)入氣體的量，即采用傳統(tǒng)工藝每月至少有130kg以上的物料進(jìn)入后續(xù)管道和設(shè)備，足以造成設(shè)備管道的堵塞。采用本發(fā)明生產(chǎn)2102高壓聚乙烯產(chǎn)品時，排放時間小于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(nèi)，因其它原因生產(chǎn)線停車時，對管道進(jìn)行了清理，發(fā)現(xiàn)后續(xù)管道內(nèi)聚集的物料量很少，不造成管路的堵塞。生產(chǎn)周期可延長至三個月至六個月，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
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(yīng)測試值分別為1.47％/min、2.40％/min、5.25％/min。按以上測試數(shù)據(jù)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(jìn)入氣相的物料量大約為51.3kg。這些氣體在后續(xù)分離設(shè)備中大部分被取出，真正進(jìn)入循環(huán)氣流中的量很少，對生產(chǎn)過程不構(gòu)成影響。


圖1為在不同溫度下3#樣品的粘度隨剪切應(yīng)力的變化關(guān)系圖。
圖2為在不同溫度下4#樣品的粘度隨剪切應(yīng)力的變化關(guān)系圖。
圖3為在不同溫度下3#樣品的粘度隨剪切速率的變化關(guān)系圖。
圖4為在不同溫度下4#樣品的粘度隨剪切速率的變化關(guān)系圖。
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，用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)中。本發(fā)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小時后，應(yīng)用時2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然后在這一溫度下恒溫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；排放完畢后用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。
除霧時的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進(jìn)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，用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)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小時后，應(yīng)用時2小時將工作溫度逐步上升至300℃，然后在這一溫度下恒溫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；排放完畢后用1小時將溫度下降至220℃。如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。分離除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進(jìn)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，分別采集了相應(yīng)的樣品并對其物性數(shù)據(jù)加以分析。對于220℃下采集的樣品(3#樣品)，剪切應(yīng)力隨剪切速率上升而上升。剪切應(yīng)力值明顯小于傳統(tǒng)工藝，粘度值也明顯減小。例如，同樣在220℃下測定的數(shù)據(jù)，當(dāng)剪切速率從100上升至1250時，傳統(tǒng)工藝下剪切應(yīng)力從80KPa上升至160KPa，粘度從520Pa·s下降至127Pa·s；本發(fā)明剪切應(yīng)力則從50KPa上升至90KPa，粘度從380Pa·s下降至74Pa·s。
對于300℃下采集的樣品(4#樣品)，剪切應(yīng)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(yīng)力逐漸下降，且變化顯著。分析在220℃下測定的數(shù)據(jù)可知當(dāng)剪切速率從100上升至860時，剪切應(yīng)力從50KPa上升至90KPa，粘度從300Pa·s下降至100Pa·s，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝的測試數(shù)據(jù)。
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(yīng)力的變化關(guān)系。圖中l(wèi)ipel-220、1-260、2-230、2-250、2-270、2-300中的第一位數(shù)值1表示3#樣品，2表示4#樣品，最后三位數(shù)表示測試溫度。圖中橫坐標(biāo)分別為剪切應(yīng)力和剪切速率，縱坐標(biāo)為粘度。
例如在剪切應(yīng)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(yuǎn)小于傳統(tǒng)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(chǎn)2100高壓聚乙烯產(chǎn)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(yīng)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，然后恒溫30分鐘，排放物料又用時10分鐘，最后從300℃降至220℃又用時一小時。在此期間，器內(nèi)物料長時間處于高溫狀態(tài)，所含低聚物陸續(xù)分解成氣體并進(jìn)入氣相。同時，加熱至270℃后，由于粘度已大幅度下降，聚集在器壁內(nèi)表面的高聚物開始隨沿邊壁向下旋轉(zhuǎn)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(dá)到6kg左右。由于降溫仍需一定時間，一次間歇加熱排料后的第一次再排料的量應(yīng)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(tǒng)工藝中這部分物料大多進(jìn)入了后續(xù)管道和設(shè)備，造成系統(tǒng)堵塞，聚集在分離器內(nèi)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(dá)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(qū)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(jìn)一步惡化。本發(fā)明使上述情況得以改善，使生產(chǎn)周期大幅度提高。
在300℃采集的樣品(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(shù)據(jù)時，將其分別加熱至220℃、250℃、270℃、300℃并從直徑0.5mm的毛細(xì)管擠出時，并未發(fā)現(xiàn)堵塞情況。進(jìn)一步分析這些雜質(zhì)為聚乙烯降解所造成的顏色加深，并未碳化，因而不存在結(jié)碳情況。即不會產(chǎn)生因結(jié)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，用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)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小時后，應(yīng)用時1小時55分鐘將工作溫度逐步上升至295℃，然后在這一溫度下恒溫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；排放完畢后用1小時55分鐘將溫度下降至225℃。如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進(jìn)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，用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)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小時后，應(yīng)用時2小時5分鐘將工作溫度逐步上升至305℃，然后在這一溫度下恒溫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；排放完畢后用1小時5分鐘將溫度下降至215℃。如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。分離除霧的工作壓力為3.3～3.7Mpa。進(jìn)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(chǎn)2100高壓聚乙烯產(chǎn)品時，220℃下其粘度為380Pa·s(剪切應(yīng)力為50kPa)，300℃時其粘度下降至74Pa·s(剪切應(yīng)力為90kPa)，粘度下降至原粘度值的20％以下。因此，提高溫度有利于高聚物的排放。當(dāng)除霧器被加熱至300℃時，器內(nèi)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(jìn)入氣相的物料量為51.3kg。上述裂解過程產(chǎn)生的氣體大部分被后續(xù)冷卻與分離設(shè)備除去，其它除乙烯外還有丙烯、丙烷和丁烯，后三者的量極少，進(jìn)入循環(huán)氣后對聚合過程不產(chǎn)生影響。
與傳統(tǒng)工藝相比，實施例4現(xiàn)在每月多排出物料70kg以上，加上裂解進(jìn)入氣相的物料量，每月除霧器內(nèi)及后續(xù)設(shè)備管道內(nèi)少積存高聚物130-140kg。使生產(chǎn)周期延長至三個月到六個月。
而加熱至300℃后，除霧器排放的物料中含有少量(約10％)因降解而呈現(xiàn)暗紅色的物料，這與實驗室實驗情況一致，但未出現(xiàn)結(jié)碳情況。亦即間歇加熱操作不會導(dǎo)致s-237分離器壁面結(jié)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(jìn)入底部排液管，避免分離除霧器內(nèi)物料層的加厚，大大減輕后續(xù)管道和設(shè)備的阻塞，大大延長生產(chǎn)周期。它可廣泛應(yīng)用于高壓聚乙烯、聚丙烯等所有液相高聚物的生產(chǎn)線上。
權(quán)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(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理，其特征在于所說的高壓聚乙烯生產(chǎn)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小時后，應(yīng)用2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然后在這一溫度下恒溫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，排放完畢后用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃，如此周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備被阻塞嚴(yán)重時停工清理。
2.按照權(quán)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，其特征在于所說的分離除霧的工作壓力為0.1至5.0Mpa，用于高壓聚乙烯生產(chǎn)線工作壓力為3.3～3.7Mpa。
3.按照權(quán)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，其特征在于進(jìn)入分離除霧器的流體的體積流量為500至20000m3/h，用于高壓聚乙烯生產(chǎn)時為1786～2273m3/h，流體的密度為2.9～3.2kg/m。
4.一種按照權(quán)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，其特征在于該方法用于生產(chǎn)高壓聚乙烯高聚物產(chǎn)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。用于高壓聚乙烯時每工作160～180小時后，應(yīng)用2小時±5分鐘將工作溫度逐步上升至300±5℃，然后恒溫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；排放完畢后用1小時±5分鐘將溫度下降至220±5℃。周而復(fù)始，后續(xù)管道和設(shè)備阻塞嚴(yán)重時停工清理。用于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，后續(xù)管道和設(shè)備阻塞減輕，延長生產(chǎn)周期至3～6個月?？蓮V泛用于聚乙烯等液相高聚物的生產(chǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者楊寶柱, 石志儉, 李建隆, 趙彥濱, 孫海濤, 連業(yè)波 申請人:中國石化齊魯股份有限公司, 青島科技大學(xué)科技公司