專利名稱：角向分流的底盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流化床聚合反應器的角向分流底盤。更特別是，其涉及流化床聚合反應器的改進，在所述反應器引入角向環(huán)狀的流體導向和分流裝置。
背景技術(shù)：
用于聚合物產(chǎn)物生產(chǎn)的流化床方法在本領(lǐng)域已公知多年。認為其首次用于工業(yè)規(guī)模是在1968年。
在該方法中，可聚合的流體通常在底部進入反應器。這里在進入實際聚合反應發(fā)生的位置流化床反應區(qū)域之前，通常有可聚合的流體均勻混合的初始區(qū)域。反應器通常具有用于移去聚合物產(chǎn)物和為循環(huán)通過反應器分離未反應的可聚合的流體的出口。
為保持流化床，循環(huán)氣流從下面輸進反應器。本身包含不反應的單基物和惰性材料的循環(huán)氣流在反應器頂部再次被除去，除去殘留的微粒，冷卻氣流并放回反應器。生成的聚合物產(chǎn)物從反應區(qū)域連續(xù)或半連續(xù)的移去并進一步加工。
包括流化床反應器及其組件的不同專利在本領(lǐng)域是已知的?？蓞⒁?，例如，美國專利號US 2611685；4518750；4933149；5059664；5213768；5401890；5627243；5723401以及6441108。
這些不同專利已經(jīng)調(diào)整了反應器的形狀，添加組件以分離反應器腔室或添加組件以影響流化氣流的分流。既使具有這些改變，關(guān)于進入反應容器內(nèi)氣體流動問題依然存在，以及確保反應容器側(cè)面沒有形成的聚合物產(chǎn)物并且在可聚合的流體中攜帶的微粒不會落入氣流并可能會堵住反應器流動。本發(fā)明提供一種用于成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板、角向分流底盤和反應容器的改進的設(shè)計，便于氣體流入反應器流化床，從側(cè)壁除去雜質(zhì)和聚合物，以及防止微粒落入氣流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個實施方式包括用于在流化床聚合反應器內(nèi)用于角向分流的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板具有錐形外表面以及沿中心軸線的內(nèi)部空腔，所述空腔在兩端都敞開；其中成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板適于與流化床反應容器的圓錐形底部結(jié)合，并且在所述結(jié)合中，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的錐形外表面成一定角度，從而所述外表面與圓錐形底部的內(nèi)壁基本平行。
在另一實施方式中有一底盤，其大體圓柱形反應容器的底部，所述底盤為倒置的連接到入口裝置的圓錐形部分，以便連續(xù)地將可聚合流體的流束引入到所述反應器。其進一步包括具有錐形外表面和沿中心軸線的內(nèi)部空腔的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，所述空腔在兩端都敞開，其中所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面與圓錐形底部相結(jié)合并且與圓錐形底部的內(nèi)壁基本平行。
在一優(yōu)選實施方式中，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板適于將流過反應器的可聚合流體的流束分割為在至少兩個流體流路流動的兩個或多個流束，其中至少一個流路在錐形成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面和圓錐形底部的內(nèi)壁之間向上導引，至少一個流路大體上沿中心軸線穿過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板向上導引，所述流束分割成流體沿反應器內(nèi)壁向上流動的速度足以攜帶固體微粒和液體液滴并在流體的攜帶狀態(tài)保持固體微粒和液體液滴，并防止固體微粒聚合物產(chǎn)物在反應容器內(nèi)壁上聚積，以及流體沿中心軸線向上流過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的速度足以防止固體微粒聚合物產(chǎn)物落入所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，以及所述流體在所有流路流動的合成的總速度和方向提供了充分的混合以確保進入反應器流化床區(qū)域的可聚合流體大體上是均勻分布的。
采用本發(fā)明改進的裝置通過可聚合流體的流束對所述反應器更有效的傳送對氣相聚合反應提供了改進的方法。
前述已相當寬泛的概述本發(fā)明的特點和技術(shù)優(yōu)點，以便接下來本發(fā)明的詳述能夠更好的理解。本發(fā)明另外的特點和優(yōu)點將在下文描述，其形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題?？梢岳斫獾氖?，所公開的構(gòu)思和具體實施方式
可以很容易的采用作為修改或設(shè)計其他結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)與本發(fā)明同樣目的的基礎(chǔ)。同樣可以理解的是，等效的構(gòu)造將不背離附加權(quán)利要求所描述的發(fā)明。被認為具有新穎性特點的新的特征，包括其結(jié)構(gòu)和操作方法，其他目的和優(yōu)點將在下面的描述中與相應附圖結(jié)合在一起考慮而更好的理解。然而，可以清楚理解的是，提供每附附圖只是為解釋說明和描述的目的且不是用作確定本發(fā)明的界定。


為更完整的理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合隨附附圖對下列描述進行說明，其中圖1示出本發(fā)明具有角向分流裝置、成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的底盤的剖視圖。
圖2示出沿路徑B-B成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的俯視圖。
圖3示出沿路徑A-A成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的仰視圖。
具體實施例方式
對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明范圍和精神的情況下可以對本申請所公開的發(fā)明作出多種不同實施方式和修改。
在這里使用的，詞語“一”或“一個”的使用，當在權(quán)利要求中和/或說明書中與術(shù)語“包括”結(jié)合使用時，意思是“一個”，但其同樣包括“一個或多個”，“至少一個”和“一個或多于一個”的意思。此外，術(shù)語“具有”，“包括”，“包含”和“由...組成”為可互換的并且本領(lǐng)域技術(shù)人員知道這些術(shù)語是開放性術(shù)語。
在連續(xù)的流化床聚合反應器，參見美國專利US4933149中所示實例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，這里必須具有足夠的從底部進入的流動以便于聚合反應。還必須有分流，否則聚合物產(chǎn)物和/或微?？赡苷车椒磻萜鞯膫?cè)壁。
本發(fā)明為便于反應床中的反應并保持反應器的側(cè)壁干凈對分割氣流提供改進。在現(xiàn)有技術(shù)上的主要改進是采用具有錐形的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板。該成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板在中心軸線具有空腔，以至流體可以流過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外壁為錐形。錐形的角度取決于所采用的反應容器的形狀。在優(yōu)選實施方式中，圓錐外側(cè)角度設(shè)置成圓錐外側(cè)能夠基本的平行于反應器的內(nèi)壁。在優(yōu)選實施方式中，反應器具有倒置的錐形底部，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板裝入其中。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板可以通過任何本領(lǐng)域常用方法連接到反應容器內(nèi)部。
現(xiàn)在參考圖1，其示出流化床聚合反應器底盤(3)的剖面。底盤包括在分流板(1)下的反應容器的全部組件。底盤(3)為倒置的圓錐形。底盤(3)的底部(5)連接到入口裝置(6)用于氣體流動。該倒置的錐形底部(5)是從該類反應器通常的半球狀底部設(shè)計變化來的。反應器其余部分的形狀大體圓柱形并與本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中的相同。
此外，本發(fā)明的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)在圖1中以剖面形式示出。如所示，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)為錐形，其頂部較寬底部較窄。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)具有空腔(12)，其在兩端都敞開(15和18)。在圖2角向轉(zhuǎn)向板(9)的俯視圖和圖3角向轉(zhuǎn)向板(9)的仰視圖可以看到，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)在頂部和底部具有平面圓柱形。圖3進一步示出支撐件(21)，其將成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板支撐在倒置的錐形底部(5)的側(cè)壁(24)。
成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)還適于將流過反應器可聚合流體(30)的流束分割為沿至少兩個流體流路流動的兩個或多個流束(30，33)，其中至少一個流路(33)在圓錐形底部(5)的內(nèi)壁(24)和成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)的外表面(27)之間向上導引，以及至少一個流路(30)大體上沿中心軸線穿過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)向上導引，所述流束分割成流體沿反應容器內(nèi)壁(24)向上流動(30)的速度足以攜帶固體微粒和液體液滴并在流動的攜帶狀態(tài)保持固體微粒和液體液滴，并防止固體微粒聚合物產(chǎn)物在反應容器內(nèi)壁(24)上的聚積，以及流體沿中心軸線向上流動的速度足以防止固體微粒聚合物產(chǎn)物落入所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)或入口(6)，并且合成的總速度和所述流體在所有流路流動的方向提供了充分的混合以確保進入反應器流化床區(qū)域的可聚合流體大體上是均勻分布的。
實例包括以下實例以示范本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。通過本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，按發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的代表性技術(shù)在實施方式中公開的技術(shù)，在發(fā)明實踐中起到很好作用，并且由此考慮構(gòu)成用于實踐的優(yōu)選方式。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該，根據(jù)現(xiàn)有公開理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以在公開的具體實施方式
中進行很多改變并且同樣得到類似或相似的結(jié)果。
實例1成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板模擬采用FLUENT計算流體動力學軟件，進行四次模擬。其中三次模擬采用現(xiàn)有技術(shù)環(huán)形盤并改變尺寸，以及一次模擬采用本發(fā)明成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板設(shè)計。該模擬模型追蹤100微米的流體(異戊烷)微粒，其類似流化床聚合反應器工作中以冷凝形式出現(xiàn)的流體。確定100微米微粒的命運(fate)(例如，它們是否通過分流板逸出或與反應器壁碰撞)。FLUENT同樣用于確定沿壁在入口上方大約2.3英尺處的壁面剪切應力。
第一次模擬采用具有環(huán)形盤的半球形底盤的標準流化床聚合反應容器。(可參見美國專利No.4933149)。該底盤設(shè)計尺寸在表1示出。
表1

第二次模擬采用與第一次模擬同樣的底盤設(shè)計，但環(huán)形盤的外徑略小。該底盤設(shè)計尺寸在表2示出。
表2

第三次模擬采用與第一次模擬同樣的底盤設(shè)計，但環(huán)形盤內(nèi)徑略大。該底盤設(shè)計尺寸在表3示出。
表3

第四次模擬采用本發(fā)明的改進，也就是，錐形成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板和反應容器，其中底盤的底部為倒置的圓錐形。該底盤設(shè)計尺寸在表4示出。
表4

實例2成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板性能底盤在冷凝模式下(其中循環(huán)流束的主要部分為冷凝物)穩(wěn)定工作需要氣體具有足夠的動量以攜帶流體微滴的主要部分移動穿過底盤進入流化床。流化床的溫度比底盤高，其能夠蒸發(fā)液體。如果液體不能被攜帶離開底盤，其將圍繞入口聚積成水區(qū)，造成流動不穩(wěn)定。
攜帶液體離開底盤的能力通過逸出微粒的百分率反映。較大的逸出百分率反映液體更有效的輸送到流化床，因此反映循環(huán)氣體在較高冷凝程度處的工作能力。
理論上，為最有效的將液體輸送離開底盤將提供不具有流動轉(zhuǎn)向板的入口(不管是角向的或者環(huán)狀的盤)，但是該結(jié)構(gòu)(沒有分流裝置)是不合適的。當以干燥模式流動(在循環(huán)氣體沒有冷凝物)，需要氣體沿底盤壁高速流動使壁面沒有樹脂，這些樹脂有可能凝聚成團并堵塞分流盤孔。這里采用的壁面剪切應力是在環(huán)形盤上方約2英尺位置處計算出的氣體剪切應力。大的剪切應力將導致壁面擦洗的改進和較少的樹脂在底盤壁的聚積。
第四次模擬的結(jié)果在表5示出。在表5中，
表5

實踐中，人們希望使壁面剪切應力和逸出的微粒百分率都最大，以在高程度(level)冷凝模式工作和干燥模式工作期間以及在轉(zhuǎn)換成冷凝模式和轉(zhuǎn)換出冷凝模式時都得到很好的工作。根據(jù)表5，清楚看到帶有半球形底盤(i)改變環(huán)形盤外邊緣和壁面之間的間隙影響壁面剪切應力，而對微粒逸出百分率的影響不大(比較模擬1和2)；以及(ii)改變盤內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)(從模擬1到模擬3增加)從而液滴逸出百分率的增加很小，同時壁面剪切應力明顯減小。
在另一方面，在表5中清楚看到模擬4的圓錐形底盤對這些問題提供了完全不同的解決方案。同時具有改進的微粒逸出百分率和更高的壁面剪切應力。由此，模擬4指出了本發(fā)明對最大化這兩個現(xiàn)象提供了最優(yōu)的設(shè)計。
實例3優(yōu)點由于催化劑變得更高產(chǎn)，有利的是運行高生產(chǎn)率通過有限尺寸的設(shè)備得到最大利益。因為進行高生產(chǎn)率需要更大冷卻功率，這些高速率達到較高冷凝程度。由于在冷卻循環(huán)氣體中冷凝程度增加，在底盤入口產(chǎn)生不穩(wěn)定流動的可能性同樣增加。這些不穩(wěn)定是由于低效率的輸送液體離開底盤而造成的，以至液體圍繞反應器入口形成水區(qū)，氣體以不連續(xù)的氣泡形式移動穿過反應器入口。
處于足夠高的冷凝程度，包括半球形或橢圓形底盤和環(huán)形盤的現(xiàn)有技術(shù)不能夠避免液體水區(qū)和相應的不穩(wěn)定流動。本發(fā)明具有平行轉(zhuǎn)向板的錐形底盤設(shè)計將避免在高冷凝程度形成水區(qū)，由此反應器能夠以高生產(chǎn)率運行。
雖然本發(fā)明及其優(yōu)點已經(jīng)具體描述，可以理解的是在不背離通過附加權(quán)利要求確定的本發(fā)明的情況下，可以在這里進行多種變形，替換和改變。此外，本申請的范圍不是意味著限定說明書中描述的具體過程，機器、方法和步驟中的特殊實施方式。由于人們將很容易從現(xiàn)有公開理解，可以采用與這里所述相應的實施方式實現(xiàn)基本同樣的功能或達到基本同樣的結(jié)果，現(xiàn)有過程、機器、方法或步驟，或之后改進的過程、機器、方法或步驟。由此，附加的權(quán)利要求將包括這些過程、機器、方法或步驟的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在流化床聚合反應容器內(nèi)為角向分流的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板包括(a)成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板具有錐形外表面以及沿中心軸線的內(nèi)部空腔，所述空腔在兩端都敞開；(b)其中成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板適于與流化床反應容器的圓錐形底部結(jié)合，并且在所述結(jié)合中，成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的錐形外表面成一定角度，其與圓錐形底部的內(nèi)壁基本平行；以及(c)其中所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板適于分割流過反應器可聚合流體的流束為兩個或多個流束，其以至少兩個流體流路流動，其中至少一個流路在錐形成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面和所述圓錐形底部的內(nèi)壁之間向上導引，以及至少一個流路大體上沿中心軸線穿過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板向上導引，如此對所述流束的分割以至，流體沿反應容器內(nèi)壁向上流動的速度足以攜帶固體微粒和液體液滴并在流體攜帶狀態(tài)保持同樣的，并防止固體微粒聚合物產(chǎn)物在反應容器內(nèi)壁堆積，以及流體沿中心軸線向上流過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的速度足以防止固體微粒聚合物產(chǎn)物落入入所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，以及合成的總速度和所述流體在所有流路流動的方向以至提供了充分的混合以確保可聚合流體大體的均勻和分布進入反應器流化床區(qū)域。
2.一種用于大體圓柱形流化床聚合反應容器的底盤，包括(a)倒置的錐形底部連接到入口裝置，以便連續(xù)的引入可聚合流體的流束到所述反應器；以及(b)成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板具有錐形外表面和沿中心軸線的內(nèi)部空腔的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，所述空腔在兩端都敞開，其中所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面與圓錐形底部相結(jié)合并且與圓錐形底部的內(nèi)壁基本平行，以及所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板適于分割流過反應器可聚合流體的流束為兩個或多個流束，其以至少兩個流體流路流動，其中至少一個流路在錐形成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面和圓錐形底部的內(nèi)壁之間向上導引，以及至少一個流路沿大體上中心軸線穿過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板向上導引，如此對所述流束的分割以至，流體沿反應容器內(nèi)壁向上流動的速度足以攜帶固體微粒和液體液滴并在流體的攜帶狀態(tài)保持同樣的，并防止固體微粒聚合物產(chǎn)物在反應容器內(nèi)壁堆積，以及流體沿中心軸線向上流過成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的速度足以防止固體微粒聚合物產(chǎn)物落入入所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，以及合成的總速度和所述流體在所有流路流動的方向以至提供了充分的混合以確?？删酆狭黧w大體的均勻和分布進入反應容器流化床區(qū)域。
3.在一流化床聚合反應器具有大體圓柱形容器，其具有縱向軸線，分流板裝置布置在所述容器內(nèi)，大體上垂直于所述容器的縱向軸線，所述分流板在所述分流板裝置上部限定一流化床區(qū)域，以及在所述分流板裝置下部限定一混合室區(qū)域；入口裝置通向所述容器的底部，以便以足以保持微粒以懸浮和流動狀態(tài)在所述流化床區(qū)域的氣流速度連續(xù)的引入可聚合流體的流束進到所述混合室，用于連續(xù)的從所述流化床區(qū)域移去未反應的可聚合氣體的出口裝置，用于引入聚合反應催化劑到所述流化床區(qū)域的催化劑注入裝置，以及用于從所述流化床區(qū)域移去固體微粒聚合物產(chǎn)物的移去產(chǎn)物裝置；改進，包括，連接到所述大體圓柱形容器的底盤；其中底盤具有倒置的錐形底部；以及其中底盤包括具有錐形外表面和沿中心軸線內(nèi)部空腔的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板，所述空腔在兩端都敞開，其中所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板的外表面與底盤的圓錐形底部相結(jié)合并且與圓錐形底部的內(nèi)壁基本平行。
4.用于在流化床反應器的氣相聚合反應的方法包括輸送可聚合流體的流束通過權(quán)利要求3所述流化床聚合反應器到所述反應器的步驟。
全文摘要
一種用于在流化床聚合反應容器內(nèi)為角向分流的成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)具有錐形外表面(27)以及沿中心軸線的內(nèi)部空腔(15)，所述空腔在兩端都敞開。成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)適于與流化床反應容器的圓錐形底部(3)結(jié)合，并且在所述結(jié)合中，所述成角度的環(huán)形轉(zhuǎn)向板(9)的外表面(27)成一定角度，其與圓錐形底部(3)的內(nèi)壁(224)基本平行。
文檔編號B01J8/18GK101027123SQ200580015724
公開日2007年8月29日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者M·B·戴維斯, W·J·佩里 申請人:尤尼威蒂恩技術(shù)有限責任公司