一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器及加料系统的制作方法

本发明涉及干粉催化剂加料技术领域，具体涉及一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器及加料系统。

背景技术：

气相法聚烯烃工艺是聚烯烃生产工艺中重要组成。目前国内主要的气相法聚乙烯工艺分为：ucc的unipol气相流化床工艺、bp的innovene气相流化床工艺、中石化的gpe气相流化床工艺等。。在生产过程中催化剂是整个聚合反应的核心，ucc的unipol气相流化床工艺、bp的innovene气相流化床工艺等需要加入固体催化剂。为了保证聚合反应的长周期稳定运行，需要保证固体催化剂加料速率的稳定可靠、计量的准确等等，因此开发了固体催化剂加料系统。固体催化剂通过固体催化剂加料系统的按照聚合反应器对催化剂的需求进行计量，通过管路输送稳定而连续地加入到气相聚合反应器中。加料器运行状况对装置反应器有直接的影响，催化剂的加料速率是聚合反应的决定聚合产量的一个重要的参数。

目前ucc的unipol气相流化床工艺、bp的innovene气相流化床工艺、中石化的gpe气相流化床工艺等均配有相应的固体催化剂加料系统，但是在实际应用中存在不同问题，使得加料系统不能长周期稳定运行，影响催化剂加料速率的稳定，进而影响聚合反应。ucc的unipol气相流化床工艺的markv型干粉加料系统常见的故障：加料不稳定(强制加料)、堵塞注射管、加料器保护气缸的安全销被剪断。bp的innovene气相流化床采用的分散式加料系统存在流程长、下料管线堵塞的缺点。中国航天十一所制造的干粉加料器可用于中石化的gpe气相流化床工艺，存在加料不稳定(强制加料)、计量不准确、管路堵塞的缺点。

专利cn108203474a公开了一种固体聚烯烃催化剂的旋转加料器，所述旋转加料器包括：一外壳，所述外壳内部形成有一腔体；一圆球体，所述圆球体表面设有一圈凹槽，所述圆球体设于所述腔体内并与所述腔体紧密贴合且能在所述腔体内绕横向轴线滚动；以及一连接轴，所述连接轴设于圆球体的横向轴线上，所述外壳上对应于所述连接轴的位置设有一孔，所述连接轴穿过所述孔。该旋转加料器在加料过程中会出现催化剂不均匀容易发散的情况，此旋转加料器的缺陷：

1、加料过程中损害催化剂的颗粒形态，由于催化剂的颗粒形态决定了树脂的颗粒形态，催化剂颗粒破碎，严重影响装置产品的形态，导致反应器内部细粉多；

2、此旋转加料器只适用于常压的产品旋转加料，由于球体上设有大量的凹槽，影响阀体的密封性，在聚乙烯催化剂加料过程中设计压力是3.8mpa，密封性至关重要，密封性不好导致下部物料反串到阀体上部，导致加料不畅、计量不准，不适用于高压的工况；

3、此加料器内部的球体凹槽与球体的角度都小于90°，在快速旋转的过程中，凹槽的催化剂会洒落到球体表面，导致计量不准，并且催化剂颗粒可能会残留在球体和密封面之间，催化剂中的金属颗粒长时间与球体和密封材料的磨损，引起密封失效，引起泄漏。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器及加料系统，尤其适用于在气相流化床工艺中向气相乙烯聚合反应器中加入聚乙烯固体催化剂。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器，该旋转加料器包括：二通分料器和催化剂加料旋转计量阀，所述的二通分料器内部设有一分为二的通道，催化剂进入二通分料器后分成两路流向催化剂加料旋转计量阀，所述的催化剂加料旋转计量阀包括阀体和球芯，球芯上均匀设有若干腔体，某开口朝上的腔体承接由二通分料器流出的催化剂后，转动球芯使该腔体开口向下，催化剂流向下游管道，实现加料。

进一步地，所述二通分料器的横截面为等边六边形，其内设有一分料斗，将二通分料器内部腔体均匀分为两个通道，形成倒y字型通道。

进一步地，所述分料斗为三角形锥体，横截面为三角形，底边与二通分料器的六边形底边同边，下料的管路与三角形底边夹角α，90°＞α≥60°。通过分料斗的体积大小限制通道的宽度，从而保证同样进料量的催化剂能够有更快的降落速度，便于催化剂分配之后能够顺畅快速地下落，不会在分料器中残留。

进一步地，所述分料斗的厚度为40-1000mm，边长为40-1000mm。

进一步地，一个二通分料器分别连接两个催化剂加料旋转计量阀，各催化剂加料旋转计量阀的球芯设于所述阀体内，在球芯上沿圆周一圈均匀开有若干容积固定的腔体，球芯通过阀杆、联轴器、减速器连接气缸，通过气缸驱动球芯转动，带动定量计量催化剂的腔体转动。腔体容积固定，可用于准确计量催化剂的加料量，气缸可驱动球芯360°、180°、120°、90°的旋转进行加料，加料的频率可以根据调节气缸的旋转频率来决定的，从而到达均匀、平稳、准确的加料。

进一步地，所述的腔体包括1～4个，相邻腔体之间呈360°、180°、120°、90°夹角，当球芯每旋转360°、180°、120°、90°就会完成一次进料、出料的过程，易于定时有规律地进行催化剂的加料操作，且在一个周期内能够进行1～4次加料，1～4次卸料，效率高。

进一步地，所述球芯和阀体之间采用耐磨材料进行密封，保证阀体能够在7200小时内正常运转，不泄漏。

一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器的加料系统，该加料系统包括：二通旋转加料器，其上游依次连接的催化剂钢瓶、催化剂缓冲罐和催化剂加料罐，以及其下游依次连接的催化剂填充罐和反应器。催化剂被一定流量的高压吹送氮气吹送到反应器中时，要使高压氮气的压力满足至少大于反应器压力0.7mpa，这样设计防止有催化剂残存在管线中，防止催化剂堵塞管线。

进一步地，所述的催化剂缓冲罐和催化剂加料罐之间设有第一平衡管线，所述的催化剂缓冲罐和催化剂填充罐之间设有第二平衡管线。平衡管线上设有平衡阀，通过平衡阀可以控制不同设备的压强，通过压强差从而调节催化剂的输送速度。

进一步地，所述的催化剂钢瓶和催化剂缓冲罐之间设有第一吹送管线，所述的催化剂缓冲罐和催化剂加料罐之间设有第二吹送管线，所述的催化剂加料罐和催化剂填充罐之间设有第三吹送管线，所述的催化剂填充罐和反应器之间设有第四吹送管线，吹送管线将催化剂在不同的设备间进行传输。

本发明的二通旋转加料器将二通分料器和催化剂加料旋转计量阀结合起来，通过分料斗使催化剂可以均匀地被分配到各个催化剂填充罐中，通过可上下旋转的球芯实现催化剂的加料和卸料；加料系统采用二通加料器进行加料，能够使固体催化剂保持本身形态进入到反应器中，采用氮气吹扫，效果好且不损伤催化剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)二通旋转加料器设计合理、分料均匀，多利用重力进行下料，能够避免对固体聚烯烃催化剂颗粒的损伤，保护催化剂形态，且结构简单、密封性好，易于更换；加料系统工艺流程简单，能够实现长周期稳定连续、计量准确地将固体聚乙烯催化剂加入到气相流化床的目的。

(2)分料器位于催化剂加料罐d-3051(17)底部kv-3052与kv-3053a/kv-3054a之间，目的就是将从d-3051罐来的催化剂均匀分布到底部1#、2#填充罐(18)中。

旋转加料计量球阀位于1#、2#填充罐(18)下部，安装位置距离和1#、2#填充罐(18)最短。

(3)本发明与专利cn108203474a的区别：1)本发明增加催化剂的分料器，由传统的一路加料增加为现有的两路加料，当装置一套加料器出现故障时，另一套加料器正常运行，保证装置正常运行；2)本发明的加料器结构较markv型加料器简单、计量精确、无强制加料、保护催化剂颗粒形态、催化剂磨耗低、催化剂不堵塞管路、投资少、操作维护便捷、整个系统无动设备，节能环保；

(4)本发明的加料器最主要的发明点：

1)分料器：在其他影响因素的条件下将催化剂均匀的分配到两个填充罐中；

2)旋转加料阀：采用气缸驱动计量阀旋转，精确的将催化剂加入到管路中，既保护了催化剂的颗粒形态，又保证了催化剂平稳、精确的加料，无强制加料；

3)整个系统下料流畅，无堵塞管路的现象，减少操作难度；

(5)本发明系统可保护催化剂颗粒形态，原理如下：

1)从催化剂钢瓶出口管线到反应器之间的管线无直角弯头设计，催化剂从钢瓶到缓冲罐采用低压氮气输送，保证催化剂在输送过程中无碰撞，保护颗粒形态；

2)催化剂从缓冲罐到计量球阀之间采用重力下料，催化剂的流速慢，并且平稳；

3)催化剂在旋转计量阀中无磨耗，催化剂平稳的加入到管路中。

附图说明

图1为一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器的结构示意图；

图2为催化剂加料旋转计量阀进料(出料)时的结构示意图；

图3为一种聚烯烃固体催化剂的二通加料系统的结构示意图；

图4为加料系统工作时氮气控制的局部简图。

图5为一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器的左示意图；

图中：1-二通分料器；2-分料进料口；3-分料出料口；4-通道；5-分料斗；6-催化剂加料旋转计量阀；7-阀体；8-球芯；9-腔体；10-阀杆；11-加料进料口；12-加料出料口；13-气缸；14-联轴器；15-催化剂钢瓶；16-催化剂缓冲罐；17-催化剂加料罐；18-催化剂填充罐；19-反应器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器，该旋转加料器包括：二通分料器1和催化剂加料旋转计量阀6。

如图1所示，二通分料器1的横截面为等边六边形，其内设有一分料斗3，将二通分料器1内部腔体均匀分为两个通道4，形成倒y字型通道。二通分料器1顶部设有一个分料进料口2，底部设有两个分料出料口3，均与通道4相通。分料斗3为三角形锥体，底边与二通分料器1的六边形底边同边。分料斗3的厚度为40-1000mm，边长为40-1000mm。

如图2所示，催化剂加料旋转计量阀6包括阀体7和球芯8，阀体7顶部设有一个加料进料口11，底部设有一个加料出料口12，球芯8设于阀体7内，在球芯8上沿圆周一圈均匀开有1～4个容积固定的腔体9，设置在球芯8的纵向轴线上，球芯8通过阀杆10、联轴器14、减速器连接气缸13，通过气缸13驱动球芯8转动，带动定量计量催化剂的腔体9转动。阀杆10设置在球芯的横向轴线上，阀体7上开有一个贯通口，容阀杆10通过，阀杆10的一端与球芯8相连，阀杆10的另一端与联轴器相连，气缸13和减速器均设于阀杆10同侧，其中气缸13为变频气缸。腔体9包括1～4个，相邻腔体9之间呈360°、180°、120°、90°夹角。球芯8会在气缸13的驱动下一直按照设定的程序进行360°、180°、120°、90°的旋转，当球芯8每旋转360°、180°、120°、90°就会完成一次进料、出料的过程。其中，球芯8和阀体7之间采用耐磨材料进行密封。

一个二通分料器1分别连接两个催化剂加料旋转计量阀6，当腔体9开口朝上时，承接由二通分料器1流出的催化剂，开口朝下时，催化剂进入下游管道，实现加料。

如图3所示，一种聚烯烃固体催化剂的二通旋转加料器的加料系统，该加料系统包括：二通旋转加料器，其上游依次连接的催化剂钢瓶15、催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17，以及其下游依次连接的催化剂填充罐18和反应器19。

催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17之间设有第一平衡管线，所述的催化剂缓冲罐16和催化剂填充罐18之间设有第二平衡管线，平衡管线上设置平衡阀。

催化剂钢瓶15和催化剂缓冲罐16之间设有第一吹送管线，催化剂缓冲罐16和催化剂加料罐17之间设有第二吹送管线，催化剂加料罐17和催化剂填充罐18之间设有第三吹送管线，催化剂填充罐18和反应器19之间设有第四吹送管线，吹送管线上设置下料阀。

图4为加料系统工作时氮气控制的关于催化剂填充罐18到反应器19的局部简图。

具体地，

如图3所示，催化剂钢瓶到催化剂缓冲罐(d-3050)的卸料单元：主要是将干粉催化剂钢瓶升压到0.4mpa，催化剂缓冲罐泄压，压力控制在100kpa，通过氮气将干粉催化剂从催化剂钢瓶压送到催化剂缓冲罐(d-3050)中。

催化剂从催化剂缓冲罐到各催化剂填充罐的加料单元：当催化剂加料罐(d-3051)料位出现低报时，保持压力平衡阀kv-3050a及下料阀kv-3050c处于关闭状态，将d-3050的压力设定为同d-3051的压力一样，此时，d-3050罐开始自动增压。当d-3050和d-3051罐的压力基本相同后，打开平衡阀kv-3050a及这条平衡管线上的其他手阀，打通d-3050和d-3051罐之间的平衡管线。打开下料阀kv-3050c及这条管线上其他手阀，开始通过重力流进行下料。将催化剂加料罐中的催化剂通过二通旋转加料器将催化剂均匀的卸料到各催化剂填充罐中(正常情况下，2套催化剂注入系统交替加料，所以催化剂加料罐同时往两个催化剂填充罐下料，以1#，2#填充罐为例)。打开平衡阀kv-3051，kv-3053b，kv-3054b，分别打通d-3051到1#和2#催化剂填充罐的压力平衡管线。打开下料阀kv-3052，kv-3053a，kv-3054a，开始利用重力流从d-3051向相应的催化剂填充罐下料。

催化剂进反应器的反应单元：将催化剂从贮料管注入到反应器中是通过控制程序进行的。用专用的气动计量阀kv-3053c，kv-3054c将催化剂从催化剂填充罐加入到相应的吹送管线中。在正常生产能力下，2套催化剂注入系统交替加料。注入应分阶段进行，这样不会发生同时注入。在注入催化剂期间，应从催化剂填充罐将催化剂加料旋转计量阀装满催化剂，并使催化剂加料旋转计量阀转动360°、180°、120°、90°将催化剂粉料出空到相应的吹送管线中，如果要改变催化剂的注入量，可以增大或减小气缸的运行速度注入速率。正常的速度范围是每条线每分钟注入0-4次，并可根据生产要求进行调节。每条吹送管线均配备有高压输送氮气，氮气流量必须达到设计要求。

催化剂缓冲罐(d-3050)及催化剂加料罐(d-3051)余料返回催化剂钢瓶操作。催化剂缓冲罐(d-3050)及催化剂加料罐(d-3051)根部处均配有三通手阀。当加料系统检修或其他情况需清理d-3050及d-3051罐内部催化剂时，将根部三通手阀旋转90°，打通催化剂返料流程，将余料返回催化剂钢瓶。

如图4所示，催化剂从催化剂加料旋转计量阀出料后，通过管路中的高压精制氮气将催化剂吹入反应器，高压精制氮气的压力大于反应器压力0.7mpa以上，高压精制氮气的流量设定在＜30nm³/h。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。