反应器冷却系统的制作方法

专利名称：反应器冷却系统的制作方法
反应器冷却系统本发明通常涉及一种用于从聚合反应器中除热的冷却系统，并且更具体的，涉及 一种从至少两个聚合反应器中除热的系统，该反应器生产了单个聚合物的至少一些组分。聚合物例如聚乙烯或者聚丙烯通常是通过石化设备以工业量来生产的，其具有现 成的可以使用的单体供料。该聚合方法本身通常是放热的，并且典型的是在封闭系统中进 行的，在这里温度和压力可以调节成最大的生产。对于任何这样的其中产生热的封闭系统 来说，必需要除去大部分的热，目的是控制聚合温度。因此聚合在其中进行的反应器通常具 有冷却剂系统来除去热。一种典型的冷却剂系统包含包围着聚合反应器的夹套，使冷却剂穿过其来除去反 应器的热。冷却剂本身通常是经由热交换器进行循环的，在这里传递从反应器中所除去的 热。虽然许多聚合方法包括使用仅仅单个的聚合反应器，增加数目利用两个或多个反 应器，但是其是合并的。该反应器可以生产相同或者不同的产物，并且可以平行或者串联排 列。一种通常的应用是在第一反应器中制造一种聚合物，然后将该聚合物转移到第二反应 器，在这里在第一聚合物的存在下制造另外的聚合物(所谓的“多峰”聚合)。这样的反应 器系统可以包含液相或者气相反应器或者其组合。许多的多反应器系统使用一种或多种回路反应器，其是一种连续的管状结构，包 含至少两个，例如四个垂直部分和至少两个，例如四个水平部分。在这样的反应器中，反应 物被供给到含有溶剂和催化剂的连续管中。稀释剂，反应物和催化剂的混合物是在所述管 的周围连续再循环的，并且连续除去反应产物。聚合热典型的是使用间接的交换，用在包围 着至少部分的管状回路反应器的夹套中的冷却介质(优选水)来除去的。一种典型的回 路反应器表示在W02006/026493的图8中，并且一种常规的用于冷却这样的反应器的系统 表示在同样的专利申请的图9中。这表示了一种冷却回路，其包含供给到反应器套的冷的 冷却剂，和来自该夹套的，“携带着”来自该反应器的较热的冷却剂的返回供流。所述的热 是在热交换器中从该冷却剂中除去的，并且该重新冷却的冷却剂再循环到所述的反应器套 中。该冷却剂是在热交换器中冷却的，并且再循环而非直接从冷源例如冷却塔中供给，目的 是避免由未处理的或者仅仅部分处理的水引起的结垢在所述回路中循环的冷却剂(通常 是水)可以是处理的。通常对于多反应器聚合中的反应器来说，其每个具有它自己独立的冷却回路和热 交换器，这是因为在进行不同的聚合反应的情况中，每个反应器冷却需求通常是不同的。但 是在US6235852中，使用单个热交换器来为两个或多个反应器提供冷却回路。这种所述的 情况是可能的，因为由于催化剂的老化，在随后的反应器中需要除去较低的热。还公开了从 一个反应器的冷却回路直接到另外一个的旁路。我们已经发现能够如下来提高上面的设 计进一步整合这两个冷却回路，以使得它们是一种有效的单个回路，由此提供更简单的和 更可控的冷却系统。因此在第一方面，本发明提供了一种用于至少两个反应器的冷却回路，该反应器 形成聚合反应器系统的至少一部分，该回路包含
一个或多个热交换器，其提供了该冷却回路的冷却需求的至少90% ；离开该一个或多个热交换器的冷却流体的冷流，该冷流的一部分进入到第一输入 流中，该第一输入流导向第一反应器的冷却系统，并且该冷流的一部分进入第二输入流中， 该第二输入流导向第二反应器的冷却系统；返回流，其包含冷却流体合并的输出流，该冷却流体用于除去每个反应器的热；其中一部分的该返回流被转移来绕过所述热交换器，并且整个的或者部分的混入 到第一和第二输入流中的至少一个中。本发明的另外一方面提供了一种从至少两个反应器中除热的方法，该反应器形成 聚合反应器系统的至少一部分，所述的方法包含在一个或多个热交换器中对流体进行冷却，并且将它的一部分送入到第一反应器 的冷却系统中，和将它的一部分送入到第二反应器的冷却系统中，来从所述的反应器中除 去热；经过该热交换器来将返回流返回，该返回流包含冷却流体的合并输出流的一部 分，该冷却流体用于除去每个反应器的热；其中该热交换器提供了反应器的冷却需求的至少90%，并且来自该反应器的一部 分合并的输出流绕过至少一个的热交换器，并且直接送入到一个或多个反应器的冷却系统 中。在本发明的排列和US6235852的排列之间明显的区别是在本发明中，来自反应器 的输出流是在绕过热交换器之前进行合并的。相反，在US6235852中，是如下来绕过热交换 器的将一些离开一个反应器的冷却套的流体直接送入另一个反应器的冷却套中，和/或 简单的将每个冷却套的输出流直接返回到该夹套的输入流中。本发明的优点是通过首先合 并反应器的输出流，获得了一种返回流，其具有两种输出流的重量平均温度，由此使得这个 流体的旁路部分能够用于冷却任一个或者两个反应器二者。在US6235852中不能获得这样 的灵活性。此外，在绕过热交换器之前合并输出流使得返回流和旁路能够用单个泵来控制， 这里当在US6235852中时，需要另外的泵来确保一些流体进入到旁路管线中。因此在本发 明中，优选的是冷却回路是用不大于一个泵在任一时间来提供动力的。优选该热交换器提供了反应器的冷却需求的至少95 %，并且更优选它们提供了需 求的至少97%。本发明一个主要的优点是热交换器的总冷却能力通常可以小于90%和有 时候小于80%的每个反应器的单个最大冷却需求的总和。这是因为该反应器通常不是同时 都需要最大冷却的这在当该反应器形成多峰聚合系统的一部分的情况时更是如此。在其中存在着大于1个热交换器的情况中，一部分的返回流通常绕过全部的热交 换器。优选的是反应器(其形成聚合系统的至少一部分)全部生产了相同聚合物的至少 一种组分这意味着它们的生产是相连接的。特别优选的是该反应器是串联连接的。我们 已经发现在这样的情况中本发明是特别有利的，这是因为如果每个反应器具有它自己单独 的冷却回路时，冷却回路需求的热交换器的总能力小于同样的聚合反应器系统需求的热交 换器能力的总和。这会产生显著的资本成本降低和能量节约。此外，虽然仅仅使用单个冷 却回路来冷却全部的反应器，但是我们已经发现本发明的冷却回路是足够灵活的，其能够 为全部的反应器提供足够的冷却，即使它们的相对生产速率(和因此需求的冷却)变化时也是如此。通常本发明的冷却回路包含单个热交换器。可选择的可以使用两种或者多种串联 或者并联的热交换器。但是在大部分的排列中，冷却的流体是在分配到两个反应器之前进 行合并的。由本发明的冷却回路冷却的反应器的数目通常是2个，但是本发明不限于此可 能的是3或者甚至4个反应器可以用单个回路来处理，在该情况中将冷流在全部的反应器 之间进行分配。在一种优选的实施方案中，将绕过热交换器的返回流的一部分(“旁路部分”)送 入到第一反应器的第一流体中，并且将该旁路部分的一部分送入到第二反应器的第二流体 中。如果这里有大于2个的反应器是用本发明的冷却回路来冷却的，则该返回流的旁路部 分可以在一些或者全部的反应器的输入流之间分配。流体围绕着冷却回路的传输典型的是通过一个或多个泵来驱动的。优选泵位于由 来自两个反应器的合并的输出流所形成的冷却回路返回流中，通常位于该返回流分成两部 分之处的上游。始终要使用备用泵，目的是确保在泵故障的情况中进行不间断的冷却。优选的是该冷却回路是一种封闭回路也就是说，在任何点上没有流体加入或者 从该回路中除去。但是可能的是另外的冷却流体可以加入到该回路中，通常在热交换器之 间的位置和单独的冷流的点加入。很显然在这样的情况中，在它已经通过反应器冷却系统 之后，将相应量的流体从冷却回路的其他地方抽取出来。该反应器冷却系统优选是在反应器的部分或者全部的表面上包围着该反应器的 一个或多个夹套。该反应器本身优选是回路反应器，在该情况中用于每个反应器的反应器 冷却系统包含一系列的同心夹套，其围绕着所述回路的直线部分。虽然本发明的反应器冷却回路可以用于任何的包含大于1个反应器的聚合系统， 但是它最适于多峰的聚合反应，包括串联连接的两个或多个反应器。最优选的是仅仅使用 两个串联反应器的双峰浆体聚合。在这样的聚合中，第一聚合物是在一个反应器中制造的， 并且将该反应混合物转移到第二反应器中，在这里第二聚合物是在第一聚合物的存在下制 造的。最终聚合物的性能取决于单个聚合物的性质和相对比例。因此在这两个反应器中的 聚合条件是相关联的，这意味着在这两个反应器需求的冷却之间也存在着联系。经常是这 样的情况，即，提高一个反应器中需求的冷却是与降低另一个反应器中需求的冷却相关的， 例如如果大部分的聚合物是在一种反应器中制造时的情况。本发明特别适于这样的排列， 因为它更有效率的使用了总的冷却需求。作为其的结果，用本发明的冷却回路所构造的聚 合设备的灵活性足以能够适应一定范围的不同的双峰产物的生产，对该生产来说，在两个 反应器中存在着不同的冷却需求(归因于两个反应器中不同的生产速率，温度等，这取决 于所制造的具体产物)。本发明具体的实施方案将不参考附图来描述，在其中

图1是本发明的用于两个反应器的冷却回路的示意图，和图2是用于两个反应器的可选择的冷却排列的示意图，其将单独的冷却回路用于 每个反应器，其处于本发明的范围之外。图1表示了两个回路反应器1和2和冷却它们二者的单个冷却回路。没有表示这 两个反应器之间的关系在这些实施例中，它们是串联连接的。该回路包含一个或多个热交
6换器4(为了简化，仅仅表示和讨论了一个交换器)，其具有输入流6和输出流8，来自冷水 源例如冷却塔。该热交换器的另一侧是冷却回路的一部分，并且其中的输出产生了冷水流 A。流A分成两个流B和C，流B去向反应器1，流C去向反应器2。如下所述，流B和C分别 变成B’和C’，并且通过包围着各自的反应器的夹套来冷却其中的聚合反应。它们作为流D 和E离开该反应器套，其合并来形成温水返回流F。一部分的流F返回到热交换器(流G) 来重新冷却，并且重新变成流A。但是一部分的流F作为流H被转移来完全绕过热交换器。 在本发明的一些实施方案中，流H直接进入到流B或者流C中。但是在这种实施方案中，它 进一步分离来形成未冷却的流J和K。J与冷却的流B合并来形成流B，，并且流K与冷却的 流C合并来形成流C’。加热器(未示出)通常整合到冷却剂回路中来在启动之前或者启动过程中加热该 反应器。所述回路可以用单个泵驱动，其典型的位于管线F中。图2是本发明范围之外的一种可选择的排列，在这里每个反应器具有它自己独立 的冷却回路。在这种情况中，反应器11和12每个分别具有它们自己的热交换器14和16， 其提供了分别的冷水输入流L和M。热交换器14和16具有各自的来自冷水源的输入和输 出冷供水(9，10和17，18)。来自反应器11和12的各自的输出流N和P都被分开，以使得 一部分(Q，R)通过热交换器返回，并且其余的部分(S，T)绕过热交换器来直接返回到输入 流(L，M)中，来形成流L’和M’。图3是本发明范围之外的另外一种可选择的排列，基于US6235852中所公开的排 列。这种排列利用了图1所示的单个热交换器4，但是在这种情况中，这里没有旁路流H。代 替的，来自每个反应器的输出流D和E可以分别经由各自的管线U和V，直接再循环到输入 流B和C。此外，来自第一反应器的一部分输出流D可以经由管线W直接送入第二反应器的 输入流C。对于图1-3的排列中的冷却回路关键的要求是流B和C或者L和M的温度，其在 每种情况中用两个反应器的冷却需求的来表示。下面的实施例表示了如何通过调整不同的 流来控制冷却，以及具体的冷却需求如何指示其需求的热交换器的能力。在下面的实施例中，冷却回路中的温度和流量已经基于用于在两个串联运行的反 应器中进行的浆体聚合的具体的假定进行了计算，这两个反应器都需要冷却。图1中所示的冷却回路的运行可以参考图4来更详细的描述，在这里图示了仅仅 用于反应器1的所涉及到不同的控制器和信号。参考图4，位于反应器1中的一个或者多个温度传感器产生了一种或多种对应于 的反应器温度信号TE1。该或者平均的多个信号被传递到反应器温度控制器TCl。响应这 个信号，并且将它与预定温度值S比较，温度控制器TCl将输出信号输送到第一反应器冷却 剂温度控制器TC2。该控制器将该信号与来自位于第一反应器冷却剂管线B’中的温度传感 器的输入信号TE2进行比较，并且基于这两个信号之间的差异来将输出信号送到控制冷流 B的阀门22，以及送到第一反应器冷却剂流动控制器FC。响应来自第一反应器冷却剂温度控制器TC2的这种输出信号，用于流B的冷流控 制阀22打开(或者关闭)。期间第一反应器冷却剂流动控制器FC从来自所述流的总输出 信号中减去来自TC2的所接收的输出信号，来度量流向反应器1的冷的和“温的”冷却剂流 B和J的FEl和FE2，并且将所形成的值作为信号输送到控制“温”流J的控制阀26，其依次
7关闭(或者打开)。流动控制器FC保证了流向第一反应器的总的冷的和“温”的冷却剂典 型的保持不变。作为一个例子，当反应器的温度设定点S降低时，需要更大的冷却，温度控制器 TCl将该设定点S与所测量的反应器温度TEl比较，产生到冷却剂温度控制器TC2的信号来 降低温度设定点。该控制器将所降低的设定点与所测量的冷却剂温度TE2比较，并且作为 结果，将一个增加的信号送到冷的冷却剂流量阀门22。阀门22进一步打开，产生更多的冷 流。平行的，流动控制器FC将接受自温度控制器TC2的增加的值从流动传感器FEl和FE2 的输出值的总和中减去，并且将所形成的较低的信号送到“温的”冷却剂流量阀门26。阀门 26进一步封闭，产生降低的“温的”流J。同样的控制方案可以应用于反应器2。实施例1 (图1)在本发明的这个实施例中，两个反应器是串联连接的，并且以40000kg聚合物/ h的生产速率进行浆体聚合。反应器1中的聚合温度是95. 0°C，并且反应器2中的温度是 85. O0C0它们的总生产比例是相同的(BP,50% )。在下表1中，给出了图1所标示的不同的流的细节。来自冷蓄水池的冷水6的流 量固定在2500m3/h，并且它的温度固定在30. 0°C。所以该热交换器的尺寸仅仅是用两个反 应器的冷却需求来表示。表 权利要求
一种用于至少两个反应器的冷却回路，该反应器形成聚合反应器系统的至少一部分，该回路包含一个或多个热交换器，其提供了该冷却回路的冷却需求的至少95％；离开该一个或多个热交换器的冷却流体的冷流，该冷流的一部分进入到第一输入流中，该第一输入流导向第一反应器的冷却系统，并且该冷流的一部分进入第二输入流中，该第二输入流导向第二反应器的冷却系统；返回流，其包含冷却流体合并的输出流，该冷却流体用于除去每个反应器的热；其中一部分的该返回流被转移来绕过至少一个热交换器，并且整个的或者部分的混入到第一和第二输入流中的至少一个中。
2.一种从至少两个反应器中除热的方法，该反应器形成聚合反应器系统的至少一部 分，所述的方法包含在一个或多个热交换器中对流体进行冷却，并且将它的一部分送入到第一反应器的 冷却系统中，和将它的一部分送入到第二反应器的冷却系统中，来从所述的反应器中除去执.y 、人 经过该热交换器来将返回流返回，该返回流包含冷却流体的合并输出流的一部分，该 冷却流体用于除去每个反应器的热；其中该热交换器提供了反应器的冷却需求的至少90%，并且来自该反应器的一部分合 并的输出流绕过至少一个热交换器，并且直接送入到一个或多个反应器的冷却系统中。
3.根据权利要求1或者2的冷却回路或者方法，其中一部分的该返回流绕过全部的热 交换器。
4.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中所述的形成聚合系统的至少 一部分的反应器全部生产了同样的聚合物的至少一种成分。
5.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中所述形成聚合系统的至少一 部分的反应器是串联连接的。
6.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中将绕过热交换器的返回流部 分的一部分送入到第一反应器的冷却系统中，并且将它的一部分送入到第二反应器的冷却 系统中。
7.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中该冷却回路是封闭回路。
8.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中该冷却回路是通过不大于一 个的泵在任一时间来提供动力的。
9.根据权利要求8的冷却回路或者方法，其中该泵位于返回流中，该返回流包含来自 两个反应器的合并的输出流。
10.根据权利要求9的冷却回路或者方法，其中该泵位于该返回流分成两部分之处的 上游。
11.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中用于每个反应器的冷却系 统是在该反应器的部分或者全部的表面上包围着该反应器的一个或者多个夹套。
12.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中该反应器是回路反应器。
13.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中该聚合反应器系统用于多 峰的，优选是双峰的聚合。2
14.根据任何一个前述权利要求的冷却回路或者方法，其中热交换器的总冷却能力小 于每个反应器的单个最大冷却需求总和的90%。
全文摘要
描述了一种用于至少两个反应器的冷却回路，该反应器形成聚合反应器系统的至少一部分，该回路包含一个或多个热交换器，其提供了该冷却回路的冷却需求的至少95％；离开该一个或多个热交换器的冷却流体的冷流，该冷流的一部分进入到第一输入流中，该第一输入流导向第一反应器的冷却系统，并且该冷流的一部分进入第二输入流中，该第二输入流导向第二反应器的冷却系统；返回流，其包含冷却流体合并的输出流，该冷却流体用于除去每个反应器的热；其中一部分的该返回流被转移来绕过至少一个热交换器，并且整个的或者部分的混入到第一和第二输入流中的至少一个中。本申请还包括使用上述回路的方法。
文档编号B01J19/24GK101952026SQ200980105059
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月4日 优先权日2008年2月12日
发明者B·沃尔沃思, M·帕里塞尔 申请人:英尼奥斯制造业比利时有限公司