用于聚合过程的分离容器及其清洁方法

用于聚合过程的分离容器及其清洁方法

发明领域

本发明总体涉及制造聚乙烯的高压聚合方法，特别是涉及清洁聚 乙烯聚合装置中的低压分离容器的系统和方法，其可以快速高效地原 位去除聚集在该容器中的杂质。

背景技术

在制造乙烯聚合物时，将乙烯气体压缩成超临界流体，之后加热。 之后，将热的超临界乙烯和化学引发剂以及改性剂进料一起通入管式 反应器中。化学引发剂引发了乙烯自由基的聚合，而改性剂则控制所 得聚乙烯的分子量。由于仅有大约40%的乙烯单体反应，从反应器中 排出的所得聚乙烯产品是乙烯聚合物和未反应乙烯互混的混合物。因 此，需要将聚合物与乙烯分离。为此，将高压分离器容器和低压分离 器容器串联连接到聚合反应器的出口。高压分离器容器首先从反应器 接收压力大约为40000psi的反应器产物。反应器内容物通过伸入高压 分离器容器的控制阀降压至大约4000psi，高压分离器容器将大部分 聚合物与乙烯分离。得到的聚乙烯产品仍含有大约10%的未反应乙烯， 将其通入低压分离器容器中。该容器中的低压使得其余的未反应乙烯 从产品中闪蒸掉。然后将得到的聚乙烯投入挤出机中进行最终的加工。

在加工期间，低压分离器容器外壁通过蒸汽夹套持续加热以保持 聚乙烯产品为可流动的液态。申请人发现流过低压分离器容器的液体 聚乙烯的非牛顿流体特性会使液体聚乙烯和该容器内表面之间的界面 处的流速极慢。容器的内表面由于与环绕在容器外壁的蒸汽夹套最近 而是容器的内部温度最高的地方。容器内表面的高温与液体聚乙烯在 内表面上停留时间长的组合导致由于热引发的交联反应在内表面上产 生变质的聚合物。如果不定期将这些变质聚合物从低压分离器容器的 内表面去除，它们就会污染最终的聚乙烯产品并使其外观和膜性能变 差。而在需要高澄清度和纯度的聚乙烯产品作为特定最终产品时，比 如吹膜制品、医疗应用和灵敏的电器应用时，这个问题就更为严重。

为了解决这个问题，聚乙烯制造商通常每隔数月定期地通过水力 喷砂来清洁低压分离器容器的内壁。但是由于水力喷砂要进行数天而 且必须在容器处于水平位置下进行，大部分聚乙烯制造商会用预先清 洁过的备用分离器容器来替换结垢的低压分离器容器，以减少系统停 机时间。可惜的是，这样的容器替换工序仍然需要大约1天来实施， 这是由于(1)将结垢的容器与聚合装置其他组件的所有接口机械拆开 需要时间；(2)将数吨的结垢容器替换成数吨的清洁过的容器需要时 间；以及(3)将干净的容器与聚合装置的所有接口重新连接需要时间。 此外，由于容器重达一吨以上，将结垢容器替换成清洁过的容器的步 骤必须使用缓慢而且精细的吊车操作，以避免对阀门、管道和其他必 须拆开和重新连接的接口配件造成损伤或破坏。

发明内容

很明显，需要一种更快的并且能够减少聚合装置停机时间的用于 低压分离器容器的改进清洁技术。理想的是，这种技术能更简单和更 便宜地实施，而且能够减少为了保持高质量聚乙烯产品所必须的清洁 操作的停机时间。

本发明是满足所有上述需要的清洁分离容器的系统和方法。为 此，本发明的系统通常包括覆盖容器内表面至少一部分的低粘着性衬 里，优选为聚四氟乙烯衬里，以及能拆卸的顶盖安装组合体，所述顶 盖安装组合体包括用于将顶盖以气密方式能拆卸地安装在容器上的夹 具。用于本发明说明书和所附权利要求书的目的，“低粘着性”是指， 与没有这样的低粘着性衬里的表面相比，使聚合物产品如聚乙烯或聚 丙烯粘着到有这样的衬里的表面的倾向降低的衬里。该系统可包括施 用在容器内表面上的金属层，以提供聚四氟乙烯衬里和容器内表面之 间的粘附。容器衬里优选为干膜厚度优选在大约0.02‑0.20mm的聚四 氟乙烯的层(即膜)，以及金属层优选为大约0.050‑0.150mm厚的镍层。 此处使用的“干膜厚度”是指，膜完全干燥后(例如，在所有的溶剂都 已蒸发且膜已固化后)的厚度。安装组合体包括夹具驱动器，其使夹具 固定到夹持位置中或从夹持位置释放。容器的顶盖和上边缘可各自包 括环形法兰，夹具在驱动进入夹持位置时可以将法兰夹住并拉到一起。 夹具驱动器可包括一个或多个液压活塞，其能够快速地使夹具固定到 夹持位置或从夹持位置释放。安装组合体优选进一步包括垫片，其在 夹具被夹具驱动器固定时在顶盖和容器之间提供气密密封。系统可进 一步包括卷扬机，其用于除去覆盖容器内表面的聚四氟乙烯衬里上的 聚乙烯脱离物(polyethylene skin off)的杂质承载层；以及刮擦工具， 如木铲，其用于启动对容器内侧上的聚乙烯脱离物的剥离。

在本发明的方法中，将低压容器中的液体聚乙烯清空，将加压的 乙烯气体放掉并回收到反应器中，直到达到环境压力。之后，通过例 如暴露于环境，或者优选通过使冷却水循环通过容器外部上的热交换 器翼片，将容器冷却到基本上环境温度，这使贴附在容器的内表面上 的液体聚乙烯凝固成固体聚乙烯皮层。之后将夹具从顶盖分开，使得 顶盖从容器顶部迅速除去。接着，将聚乙烯皮层从低压容器的侧面剥 离掉并在顶部收集以形成颈部，继而将该颈部与系统的卷扬机连接。 卷扬机将结向上提起，这将聚乙烯皮层与已聚集在容器内表面上的杂 质一起从聚四氟乙烯衬里剥离。卷扬机将得到的袋状聚乙烯皮层完全 提出容器，从而完成了容器的清洁。然后将顶盖复位在容器顶端，将 夹具重新连接到顶盖和容器上边缘上，以在顶盖和容器之间产生气密 密封。使反应器重新启动，并使容器重新投入生产。

本发明的清洁方法仅需要大约2小时来进行，这与现有技术方法 需要的一整天形成了对比。此外，本发明避免了对两个分开的低压分 离器容器的需要，而且不需要会对容器造成损伤的拆开、提升和降低 的步骤。最后，覆盖容器内表面以及任选地覆盖顶盖的聚四氟乙烯衬 里不仅在聚乙烯皮层提升出内表面时得到更加彻底的清洁，而且促进 了在制造聚乙烯期间在容器内表面上的较高程度的流动，由此减少了 保持高质量产品所需的容器清洁次数。

附图说明

图1为具有应用了本发明的系统的低压分离器容器的聚乙烯装置 的示意图；

图2为图1所示的低压分离器容器的放大的侧视图；

图3为图2中虚线圈出的容器壁区域的横截面的放大图，其显示 了本发明系统的聚四氟乙烯衬里及镍涂层两者；

图4为图1中所示的低压分离器容器除去顶盖的视图的平面图， 其中实线显示了顶盖安装组合体的闭合状态，虚线显示了顶盖安装组 合体的敞开状态；

图5为沿图2中线5‑5的顶盖安装组合体的末端的放大图，其显 示了围绕容器上边缘的环形法兰、顶盖安装组合体的夹具、以及夹具 固定螺栓之间的关系；

图6A为在敞开状态下没有夹具的顶盖安装组合体的部分侧横截 面图；

图6B为在闭合状态下没有夹具的顶盖安装组合体的部分侧横截 面图；

图6C显示了带有夹具的图6B中所示的顶盖安装组合体；

图7显示了在将容器的顶盖除去以对已在容器内表面上变硬的聚 乙烯皮层提供通路后本发明清洁方法的初始步骤；

图8为容器沿线8‑8的顶视横截面图；其显示了在将顶盖除去后， 聚乙烯皮层是怎样从低压分离器容器的内表面凹下(dimple awawy)；

图9显示了用铲子将聚乙烯皮层从容器内表面分离并将皮层的顶 部汇集形成颈部的清洁方法步骤；

图10显示了用卷扬机将聚乙烯皮层从容器内表面提升的本发明 清洁方法的最终步骤。

具体实施方式

图1为聚合装置1的示意图，该类型包括应用了所述清洁系统和 方法的低压分离器容器15。低压分离器容器通常在0.1‑20barg、更优 选0.1‑5barg、再优选0.1‑2barg、特别优选0.1‑0.9barg(barg=巴表 压，也就是超过大气压的压力)的压力运行。装置1包括乙烯进料管线 2，其向主压缩机3提供新鲜的乙烯。从主压缩机3排出的乙烯经由具 有阀4a的导管4流到次级压缩机5。进入次级压缩机5中的还有新鲜 的改性剂和/或任选的共聚单体的料流，以及再循环乙烯的料流。通过 另外的改性剂泵6供应新鲜的改性剂料流。再循环乙烯来自高压再循 环系统7。

次级压缩机5将压缩的乙烯以5条料流8a、8b、8c、8d和8e排 出。料流8a占总乙烯流的20%。在进入管式反应器9的前端之前，用 加热乙烯的蒸汽夹套(未示出)加热料流8a。四条其余的乙烯侧料流 8b、8c、8d和8e各自作为侧料流进入反应器。将侧料流8b、8c、8d 和8e冷却。管式反应器9还显示具有6个引发剂入口10a‑10f，它们 沿反应器9间隔隔开，并且从引发剂混合和泵送装置11供料。

在第六引发剂入口10f和第六反应区的下游，管式反应器末端为 高压泄料阀12。高压泄料阀12控制管式反应器9中的压力。高压泄 料阀12下游处紧挨着的是产物冷却器13。在进入产物冷却器13时， 反应混合物处于相分离的状态。其退出进入高压分离器14。高压分离 器14的顶部气体流入高压再循环系统7中，其中未反应的乙烯被冷却 并返回至次级压缩机5。

聚合物产物从高压分离器14底部流入低压分离器15中，其中从 聚合物分离绝大部分残留的乙烯。残留的乙烯输送至火炬(未示出)或 纯化单元(未示出)，或者经由主压缩机3从产品分离单元再循环到次 级压缩机。来自低压分离器15底部的熔融聚合物流入挤出机(未示出) 进行挤出、冷却和造粒。

现在参考图2，分离器容器15包括容器本体17，其具有安装在 其侧面用于接收来自高压分离器14的聚合物产物的产物入口19。容 器本体17包括圆柱段18a，其在其底部以截头圆锥段18b结束，截头 圆锥段18b起将纯化的液体聚乙烯漏入挤出机(未示出)的作用。圆柱 段18a由蒸汽夹套(未示出)围绕，其在生产期间向容器15连续供热以 使聚乙烯产物保持在液体形式。容器15进一步包括能密封安装在容器 本体上边缘的顶盖21。顶盖21包括顶部气体出口23，其用于将加压 的乙烯气体导回主压缩机3以进行再循环，或者导入火炬或纯化单元。 顶盖21进一步包括小号和大号的爆破盘25a、25b，其用于释放较小 或较大的过压以避免容器15的灾难性爆裂。最后，顶盖21包括氮气 吹扫管线27，其用于在容器上线运行前用惰性的氮气置换容器中的空 气，从而避免聚乙烯产物由于氧化而变质。容器本体17的直径可在 5‑15英尺(1.52‑4.57米)，而容器本体的长度可在10‑40英尺 (3.05‑12.2米)。

现参考图3，容器本体17和顶盖21两者的壁30可由碳钢或不锈 钢的弧形板31形成。本发明的清洁系统包括在壁30内表面上的具有 对聚乙烯的抗粘着特性的化学物质的层或衬里32。优选地，层32由 干膜厚度在约0.02‑0.20mm的聚四氟乙烯组成。更为优选容器本体17 的聚四氟乙烯层32的干膜厚度为约0.02‑0.07mm，而顶盖21的聚四 氟乙烯衬里32的干膜厚度为约0.04‑0.15mm。顶盖21的聚四氟乙烯 衬里32由于比容器本体17的壁30的内表面有更紧密弯曲的表面而优 选的干膜厚度更大。当形成壁的钢板31由碳钢形成时，在内壁30的 表面上施用耐腐蚀金属37如镍的层34，以提供聚四氟乙烯层32可以 附着的表面。如果没有这样的层34，随着时间的推移总会在碳钢表面 上形成的锈痕、腐蚀和点状腐蚀就会产生聚四氟乙烯层32开始从壁 30的内表面剥离掉的位点。这样的镍的层34优选通过电沉积来形成 约0.050‑0.150mm之间的厚度。当形成壁的钢板31由不锈钢形成时， 不需要耐蚀金属的层34，聚四氟乙烯层32以良好的附着性直接施加 在不锈钢钢板的内表面上。任选的在本发明系统中包含耐蚀金属的层 34有利地使所述系统对在较陈旧的聚乙烯装置中使用的碳钢低压分 离器容器15进行改型。

参考图4，清洁系统进一步包括顶盖安装组合体36，其用于将顶 盖21能拆卸地和密封地安装到容器本体17的上边缘37。为此，顶盖 安装组合体36包括夹具38，其由一对相对的半圆形夹具部件39a、b 形成，部件39a、b能通过液压控制的夹具驱动器40a、b而移动进入 和离开夹持位置。半圆形夹具部件39a和39b分别由支架对42a、b 和42c、d支撑。各个支撑支架42a、b和42c、d均包括插槽44，插 槽44能滑动地接收与夹具部件39a、b中一个连接的导向销46。各个 夹具驱动器40a、b均包括液压活塞对50a、b和50c、d，其用于使半 圆形夹具部件39a和39b从顶盖21提升离开上边缘37的非夹持位置 (以虚线表示)移动至顶盖21密封安装在上边缘37上的夹持位置(以实 线表示)。当夹具驱动器40a、b的液压活塞50a、b和50c、d运行时， 导向销46和支撑支架42a、b和42c、d中的插槽44之间能滑动的配 合限定了半圆形夹具部件39a、b在图4中所示的各位置之间的运动。

如图5和6A中所示，顶盖安装组合体36进一步包括分别环绕顶 盖21的下边缘和容器本体17的上边缘37的环形法兰52和56。如图 所示，环形法兰52的上壁54和环形法兰56的下壁58在相反的方向 略呈锥形。在顶盖21的下边缘和容器本体17的上边缘37之间设有环 形垫片60。环形法兰52的下壁以形状与环形法兰56B上壁中存在的 环形凹槽66互补的圆形凸缘62终结。当顶盖21定位在容器本体17 的边缘37上时，如图6B中所示，垫片60安坐在环形法兰52的圆形 凸缘62和环形法兰56的环形凹槽66之间。

图6C显示了顶盖安装组合体36的夹具38如何压缩圆形凸缘62 和环形凹槽66之间的垫片60。具体而言，各个半圆形夹具部件39a、 b均包括具有相对的内侧壁68a、b的环形凹槽66，内侧壁68a、b以 与环形法兰52的上壁54和环形法兰56的下壁58以相同的角度略呈 锥形。因此，当顶盖安装组合体36的液压活塞50a‑d驱动以使夹具 38缩回如图4所示的夹持位置时，内侧壁68a、b与上壁54和下壁58 楔入配合，将上下环形法兰54和58挤压在一起，从而将垫片60压缩 成圆形凸缘62和环形凹槽66之间的密封配合。

最后，为了将半圆形夹具部件39a、b锁定在如图4所示的夹持 位置中，顶盖安装组合体36包括安装凸耳70a‑d和锁定螺栓72的组 合，如图5所最佳表示的那样。各个锁定螺栓72包括枢轴安装在各个 凸耳70a和70c中的环形端74，和能接收到各个凸耳70b和70d中的 凹槽中的螺纹端75。当液压活塞50a‑d驱动时，锁定螺栓72都枢转 到如图4所示的位置。之后可将锁定螺母76沿螺纹端75旋入，以使 半圆形夹具部件39a、b在液压活塞停止驱动后保持在夹持位置中。为 了将半圆形夹具部件39a、b恢复回未夹持位置，对锁定螺栓72进行 相反的流程，并驱动液压活塞50a‑d以将半圆形夹具部件39a、b取出 回到如图4中虚线所示的位置。

除之前所述的清洁系统之外，本发明还包括清洁聚乙烯装置1的 低压分离器容器15的方法。在该清洁方法的第一步骤中，关闭装置1， 关闭隔离阀(未示出)，其防止进一步的聚乙烯产物流进入容器本体的 入口19。允许容器15内的聚丙烯产物从其底部的截圆锥段18b排出 进入挤出机。

虽然在排放步骤中绝大多数的聚乙烯产物会离开容器，但某些产 物会由于之前所述的液体聚丙烯的非牛顿流动特性而贴附在容器17 和顶盖21的内壁30上。在排放步骤完成后，打开另一阀门(也未示出) 以将顶盖21的顶部气体出口23与大气压连通。同时，冷水循环通过 围绕容器本体17的蒸汽夹套，以将残留的聚丙烯“凝固”成覆盖了衬 在壁30内表面的聚四氟乙烯层32的皮层80。

在容器15冷却至环境温度后，除去锁定螺栓72的螺母76，将螺 栓72枢转至如图4所示的未锁定位置。驱动顶盖安装组合体15的液 压活塞50a‑d以将半圆形夹持构件39a、b取出回到如图4中虚线所示 的未夹持位置。之后，如图7所示，除去顶盖21，之后将衬在顶盖21 内表面上的皮层80手动剥离并除去。

如图8中所最佳表示的，当除去顶盖21时，皮层80(约1.5‑3.0cm 厚)沿顶盖21和容器本体17的上边缘37之间的交界处被撕开。撕开 力产生了皮层80和容器壁30的内表面之间的分离部81。参考图9和 10，这些分离部有利地产生可将皮层80从容器壁30的内表面剥开并 在其上端汇集成颈部82的起始点。具体而言，将由与长柄84b连接的 楔形木质头部84a形成的铲子83插进分离部81的区域中，以将皮层 80从容器壁30分离，使得皮层80形成了在其上端以颈部82终结的 连续物质(例如，袋状的结构)。在皮层分离步骤完成后，绳套85通过 卷扬机87放下并固定在皮层80的袋状结构的颈部82周围。之后升起 卷扬机以完全除去皮层80的袋状结构，其当然包含了随时间积聚在容 器本体17内表面上的所有变质聚合物。之后通过驱动液压活塞50a‑d 来将顶盖21重新连接到容器本体17的上边缘37上，将锁定螺栓72 锁定就位，将顶部气体出口23重新连接到图1中所示的再循环管线。 之后通过氮气吹扫管线27充入氮气以将氧气置换出容器15。重新启 动装置1，重新打开产物入口19。

虽然已对本发明的系统和方法通过参考优选实施方式进行了描 述，但对于本领域技术人员而言，本发明的多种改型、等同物和变形 均是明显的。上述所有改型、等同物和变形均包含在本发明的范围内， 该范围仅由附加的权利要求及其等同物所限定。