一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置的制作方法

1.本发明涉及一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，属于聚烯烃生产技术领域。


背景技术：

2.由于聚烯烃原料丰富，价格低廉，容易加工成型，综合性能优良，因此是一类应用十分广泛的高分子材料。其中以聚乙烯、聚丙烯最为重要。聚烯烃的主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物，如乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸或丙烯酸酯的共聚物，还有聚丙烯和一些丙烯共聚物、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、环烯烃聚合物。聚乙烯是聚烯烃中结构最简单的高分子，其中低密度聚乙烯具有优良的耐低温性，化学稳定性，电绝缘性及加工性，成为农业，建筑业，国防及人们日常生活中不可缺少的材料。通常在管式法低密度聚乙烯工艺中，乙烯的单程转化率通常只有30％左右，因此需要将聚合物从大量未反应的乙烯单体、共聚物单体、链转移剂、杂质、副产物等轻组分中分离。
3.通常采用2级分离器(即高压产品分离器和低压分离装置)逐级降压，从而分离聚合反应的反应产物。高压产品分离器分离出的熔融混合物中仍然含有15％至45％重量的溶解单体及其它轻组分(如低聚物、添加剂、溶剂等)，为将溶解的单体及其他轻组分与聚合物进一步分离，提取纯度较高的聚合物，为此采用低压分离装置分离后再送入挤出造粒系统。
4.低压分离装置在0.1mpag至0.7mpag的压力和110℃至320℃的温度下进行分离。未反应的单体及其他轻组分以气体的形式从低压分离装置的气体出口管排出，经过低压循环系统进一步分离出蜡和油，烯烃单体作为原料与新鲜的烯烃一起进入辅压缩机。聚合物从低压分离装置底部出口排出，通过挤出机和造粒机排出并造粒。
5.现大多数聚乙烯装置在排出其余轻组分时，均容易出现气液夹带的现象，即在气体低压分离时，气体中容易掺杂熔融聚合物，从而影响低压系统装置的安全运行和压缩机的使用寿命。
6.因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于：提供一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，它解决了现有技术中大多数聚乙烯装置在排出其余轻组分时，均容易出现气液夹带的现象，即在气体低压分离时，从而影响低压系统装置的安全运行和压缩机的使用寿命。
8.本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，包括：
9.筒体，
10.底座，设置于筒体底部且呈圆锥状，
11.上封头，以焊接或法兰连接的方式设置于筒体顶部，
12.混合物入口管，用于引入熔融混合物至筒体内部，
13.气体出口管，设置于上封头上且用于排出未反应的聚合物单体及其它轻组分，
14.液体出口管，设置于底座底部且用于排出呈液态的聚合物，
15.其中，当所述上封头焊接于筒体顶部时，所述混合物入口管设置成旁路旋分结构形式，即设置于筒体外壁的相切端且沿筒体的斜上方与筒体相连通，
16.当所述上封头通过法兰连接于筒体顶部时，所述混合物入口管沿竖直方向连通于上封头中心端，且所述混合物入口管内伸至筒体内部的一端沿远离混合物入口管的方向设置有内径逐渐增大的圆锥管。
17.本发明进一步设置为：所述低压分离装置的高度与筒体内径的比值为0.5～12。
18.本发明进一步设置为：所述底座内壁的夹角为30
°
～60
°
。
19.本发明进一步设置为：当所述上封头通过法兰连接于筒体顶部时，所述上封头为标准椭圆封头，所述圆锥管长度为筒体高度的15％～55％，且所述圆锥管内壁的夹角为15
°
～60
°
，
20.此外，所述气体出口管至少有2个且均设置于上封头上，每个所述气体出口管的中轴线与筒体中轴线的间距与筒体的内径比值为0.20～0.35，且每个所述气体出口管的中轴线与筒体中轴线的夹角为0
°
～35
°
。
21.本发明进一步设置为：当所述上封头焊接于筒体顶部时，所述筒体外壁上倾斜设置有人孔且人孔与筒体之间水平方向上的夹角为5
°
～20
°
，
22.此外，所述气体出口管设置于上封头的中心端，所述筒体内壁上设置有防冲板。
23.本发明进一步设置为：所述底座上设置有至少一个用于测量液态组份填充液位高度的放射源及棒状液位检测器，所述棒状液位检测器通过测量发射源发出的辐射通过筒体内液体后的衰减来记录液位高度。
24.本发明进一步设置为：所述低压分离装置内壁的表面粗糙度最大为0.8μm。
25.本发明的有益效果是：
26.1、上封头优选标准椭圆封头，相比球冠形封头，标准椭圆封头内空间更大，气体停留时间更长，提高气液分离效率，经济性更好，从而减少了气液夹带现象的情况，即在气体低压分离时，气体中不易掺杂熔融聚合物，从而有效保证了低压系统装置的安全运行和延长了压缩机的使用寿命；
27.2、上封头与筒体之间法兰连接的形式方便拆卸上封头，解决了目前低压分离器内部清洗及检修困难的问题，此种结构型式适合于直径偏大的低压分离器；上封头与筒体之间采用焊接形式且在筒体上设置人孔，从而不用拆卸上封头，便于低压分离器内部清洗及检修，且操作方便，节省劳动力，适合于直径偏小的低压分离器；
28.3、混合物入口管设置成旁路式旋分结构，旁路式旋分结构是通过气流切向引入的旋转运动，具有较大惯性离心力使液滴甩向低压分离器内壁面，由于液滴所受的离心力远大于重力和惯性力，所以分离效率较高，此种结构形式适合于混合物液滴进入混合物入口管流速较快的操作工况；当混合物入口管垂直方向设置在上封头上时，混合物入口管底部设置圆锥管，其工作原理是通过重力沉降来实现气液分离，在混合物液滴下降过程中，聚合物液滴尺寸不断增大，气相夹带力相对小，有利于气液分离，从而使低压分离器的气液分离效率提高，经济性好。
29.4、通过气体出口管设置在其上封头上，相对于气体出口管竖直布置在筒体上，回
收气相组分的出口区域空间更大，气体在低压分离器气相组分的出口区域停留时间更长，气液分离效果更好，同时由于气体出口布置在上封头上，更能有效防止聚合物在气体出口管处堵塞，同时气体流通更符合气体流动导向，提高气液分离效率，又节省空间，气体出口设在上封头上更加方便停车吹扫，减轻工人劳动强度。
附图说明
30.图1为本发明中实施例一结构示意图；
31.图2为本发明中实施例二结构示意图；
32.图3为实施例二中的局部剖图式。
33.图中：1、液体出口管；2、底座；3、放射源；4、筒体；5、圆锥管；7、上封头；8、气体出口管；9、混合物入口管；10、棒状液位检测器；11、人孔；13、防冲板。
具体实施方式
34.为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
35.本发明提供的低压分离装置用于对高压产品分离器分离出的熔融混合物(仍然含有15％至45％重量的溶解单体及其它轻组分)进行进一步分离。
36.为便于理解本发明，首先对本发明的上游工艺做典型而非限定的介绍，以上游聚合工艺采用管式法工艺为例，管式法工艺的基本生产工艺过程：乙烯与低压循环气经过辅压缩机压缩至25mpa～30mpa，再经后主压缩机压缩至反应压力200mpa～300mpa，并预热至150℃～180℃后送管式反应器，以有机过氧化物为引发剂进行聚合反应。在此状态下，乙烯的密度约为500kg/cm3～550kg/cm3，乙烯在管中流速为10m/s～20m/s，停留时间为1分钟至4分钟。聚合反应产生的热量可使反应最高温度达到360℃，反应器中未反应的单体和聚合物的混合物进入产品冷却器冷却降温，产品冷却器冷却后的工艺介质进入高压分离器进行气液分离。
37.经过冷却的工艺介质在管路中逐级减速后进入高压产品分离器，在高压产品分离器中以10mpa至55mpa的压力和110℃至320℃的温度下进行气液分离，分离出来的工艺气体进入高压循环系统，聚合物进入低压分离装置。高压循环气体经过高压循环预分离器分离后，进入气体冷却器逐级冷却，用以确保冷却后的高压循环气系统进入主压缩机入口温度。所有的气体冷却器冷凝下来的工艺气经过蜡分离罐分离出的低分子量聚合物通过蜡分离罐底部排蜡阀排放到蜡收集罐。
38.如图1至图2所示，本发明为接收高压产品分离器分离的聚合物而提供一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，
39.包括：
40.筒体4，
41.底座2，设置于筒体4底部且呈圆锥状，底座2内壁的夹角为30
°
～60
°
，优选30
°
～50
°
。
42.上封头7，以焊接或法兰连接的方式设置于筒体4顶部，
43.混合物入口管9，用于引入熔融混合物至筒体4内部，
44.气体出口管8，设置于上封头7上且用于排出未反应的聚合物单体及其它轻组分，
45.液体出口管1，设置于底座2底部且用于排出呈液态的聚合物，
46.其中，低压分离装置的高度与筒体4的比值为0.5～12，优选比值为2至10且均为内部尺寸，
47.底座2上设置有至少一个用于测量液态组份填充液位高度的放射源3及棒状液位检测器10，棒状液位检测器10通过测量发射源发出的辐射通过筒体4内液体后的衰减来记录液位高度，
48.低压分离装置内壁的表面粗糙度最大为0.8μm。
49.实施例一：
50.如图1所示，当上封头7通过法兰连接于筒体4顶部时，混合物入口管9沿竖直方向连通于上封头7中心端，且混合物入口管9内伸至筒体4内部的一端沿远离混合物入口管9的方向设置有内径逐渐增大的圆锥管5。
51.上封头7为标准椭圆封头，圆锥管5长度为筒体4高度的15％～55％，优选20％～45％，圆锥管5内壁的夹角为15
°
～60
°
，优选20
°
～45
°
。
52.此外，气体出口管8至少有2个且均设置于上封头7上，每个气体出口管8的中轴线与筒体4中轴线的间距与筒体4的内径比值为0.20～0.35，优选0.25～0.33，且每个气体出口管8的中轴线与筒体4中轴线的夹角为0
°
～35
°
优选10
°
～30
°
。
53.具体地，低压分离装置内径为2000mm，包括底座2高度在内的容器内部高度为5590mm，筒体4下端切线至法兰密封面的高度为3500mm,容积为14.5m3，进入到低压分离装置内的熔融混合物物流总量为8850kg/h，在低压分离装置中分离出的液态组分物流总量为7000kg/h，在低压分离装置中分离出的气态组分物流总量为1850kg/h，此时低压分离装置的高度与内径的比值为2.8，气体出口管8设有2个且各气体出口管8的中轴线与筒体4中轴线的夹角为30
°
。
54.此时混合物料入口管底部的圆锥管5长度为2000mm，上升气体在从圆锥管5下端到气体出口管8出口的区域中的垂直速度0.126m/s,停留时间约为15s。
55.实施例二：
56.如图2和图3所示，当上封头7焊接于筒体4顶部时，混合物入口管9设置成旁路旋分结构形式，即设置于筒体4外壁的相切端且沿筒体4的斜上方与筒体4相连通，
57.筒体4外壁上倾斜设置有人孔11且人孔11与筒体4之间水平方向上的夹角为5
°
～20
°
优选7
°
～15
°
，此外，气体出口管8设置于上封头7的中心端，筒体4内壁上设置有防冲板13。
58.具体地，
59.低压分离装置内径为2000mm，包括底座2高度在内的容器内部高度为5590mm，筒体4下端切线至焊接面的高度为3500mm,容积为为14.5m3，进入到低压分离装置内的熔融混合物物流总量为8850kg/h，在低压分离装置中分离出的液态组分物流总量为7000kg/h，在低压分离装置中分离出的气态组分物流总量为1850kg/h，此时低压分离装置的高度与内径的比值为2.8。
60.混合物入口管9中心线与筒体4水平方向夹角为10
°
，经此低压分离装置分离后进入低压循环气冷却器入口的工艺气的导热系数为0.056w/m-c。
61.对比例：
62.在现有技术中，上封头7为球冠形封头且带法兰的低压分离装置内径为2000mm，包括底座2高度在内的容器内部高度为5590mm，筒体4下端切线至法兰密封面高度为3500mm,容积为v为14.5m3，进入到低压分离装置内的熔融混合物物流总量为8850kg/h，在低压分离装置中分离出的液态组分物流总量为6800kg/h，在低压分离装置中分离出的分离出的气态组分物流总量为2050kg/h，此时低压分离装置的高度与内径的比值约为2.8。
63.气体出口管8数量为一个且斜向下方设置在筒体4外壁上，气体出口管8中心线与低压分离装置水平方向的夹角为30
°
。
64.气体出口管8中心线与筒体4内壁的交点到法兰密封面的距离为500mm。
65.此时混合物料入口管伸入筒体4内部的长度为2000mm，上升气体在从混合物料进口管的下端到气体出口管8出口的区域中的垂直速度0.14m/s,停留时间最短为5s。经此低压分离装置分离后进入低压循环气冷却器入口的工艺气的导热系数为0.062w/m-c。
66.综上所述，
67.实施例一与对比例相比，实施例一中上升气体在从混合物料进口管的下端到用于气体出口管8出口的区域中的垂直速度更慢，停留时间更长，气液分离效果更好。与对比例相比，低压分离器的气相出料中夹带的聚合物可以降低10％，聚合物出料中夹带的乙烯的含量可以降低2％。
68.实施例二与对比例相比，实施例二中经此低压分离器分离后进入低压循环气冷却器入口的工艺气的导热系数可以降低10％，低压分离器的气相出料中夹带的聚合物可以降低10％，聚合物出料中夹带的乙烯的含量可以降低2％。
69.通过实施例一和实施例二的设置，减少了气液夹带现象的情况，即在气体低压分离时，气体中不易掺杂熔融聚合物，从而有效保证了低压系统装置的安全运行和延长了压缩机的使用寿命。
70.此外，通过设置混合物入口管9为旁路式旋分结构，通过气流切向引入的旋转运动，具有较大惯性离心力使液滴甩向低压分离器内壁面，由于液滴所受的离心力远大于重力和惯性力，所以相对于现有技术而言，分离效率较高，此种结构形式适合于混合物液滴进入混合物入口管9流速较快的操作工况；
71.当混合物入口管9垂直方向设置在上封头7上时，通过设置圆锥管5，通过重力沉降来实现气液分离，在混合物液滴下降过程中，聚合物液滴尺寸不断增大，气相夹带力相对小，相对于现有技术而言，更有利于气液分离，从而使低压分离器的气液分离效率提高，经济性好。
72.工作原理：聚合物通过产品阀进入低压分离装置后，压力降低，聚合物中溶解的30％乙烯和醋酸乙烯单体再次被分离出来，聚合物中还有残留的乙烯和醋酸乙烯单体将在脱气料仓中继续脱除。
73.具体的，进入到低压分离装置内的熔融混合物为聚乙烯、未反应的聚合物单体及其它轻组分；低压分离装置内的分离过程在0.1mpag至0.7mpag的压力和110℃至320℃的温度下进行；未反应的聚合物单体及其它轻组分以气态形式从所述分离器上封头7的气体出口管8排出，聚乙烯以液态形式从液体出口管1排出。
74.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当
了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于，包括：筒体(4)，底座(2)，设置于筒体(4)底部且呈圆锥状，上封头(7)，为椭圆封头且以焊接或法兰连接的方式设置于筒体(4)顶部，混合物入口管(9)，用于引入熔融混合物至筒体(4)内部，气体出口管(8)，设置于上封头(7)上且用于排出未反应的聚合物单体及其它轻组分，液体出口管(1)，设置于底座(2)底部且用于排出呈液态的聚合物，其中，当所述上封头(7)焊接于筒体(4)顶部时，所述混合物入口管(9)设置成旁路旋分结构形式，即设置于筒体(4)外壁的相切端且沿筒体(4)的斜上方与筒体(4)相连通，当所述上封头(7)通过法兰连接于筒体(4)顶部时，所述混合物入口管(9)沿竖直方向连通于上封头(7)中心端，且所述混合物入口管(9)内伸至筒体(4)内部的一端沿远离混合物入口管(9)的方向设置有内径逐渐增大的圆锥管(5)。2.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：所述低压分离装置的高度与筒体(4)内径的比值为0.5～12。3.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：所述底座(2)内壁的夹角为30
°
～60
°
。4.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：当所述上封头(7)通过法兰连接于筒体(4)顶部时，所述上封头(7)为标准椭圆封头，所述圆锥管(5)长度为筒体(4)高度的15％～55％，且所述圆锥管(5)内壁的夹角为15
°
～60
°
，此外，所述气体出口管(8)至少有2个且均设置于上封头(7)上，每个所述气体出口管(8)的中轴线与筒体(4)中轴线的间距与筒体(4)的内径比值为0.20～0.35，且每个所述气体出口管(8)的中轴线与筒体(4)中轴线的夹角为0
°
～35
°
。5.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：当所述上封头(7)焊接于筒体(4)顶部时，所述筒体(4)外壁上倾斜设置有人孔(11)且人孔(11)与筒体(4)之间水平方向上的夹角为5
°
～20
°
，此外，所述气体出口管(8)设置于上封头(7)的中心端，所述筒体(4)内壁上设置有防冲板(13)。6.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：所述底座(2)上设置有至少一个用于测量液态组份填充液位高度的放射源(3)及棒状液位检测器(10)，所述棒状液位检测器(10)通过测量发射源发出的辐射通过筒体(4)内液体后的衰减来记录液位高度。7.根据权利要求1所述的一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，其特征在于：所述低压分离装置内壁的表面粗糙度最大为0.8μm。

技术总结
本发明公开了一种应用于高压聚乙烯装置上的低压分离装置，属于聚烯烃生产技术领域。包括：筒体，底座，设置于筒体底部且呈圆锥状，上封头，以焊接或法兰连接的方式设置于筒体顶部，混合物入口管，用于引入熔融混合物至筒体内部，气体出口管，设置于上封头上且用于排出未反应的聚合物单体及其它轻组分，液体出口管，设置于底座底部且用于排出呈液态的聚合物。通过本发明,减少了气液夹带现象的情况，即在气体低压分离时，气体中不易掺杂熔融聚合物，从而有效保证了低压系统装置的安全运行和延长了压缩机的使用寿命。延长了压缩机的使用寿命。延长了压缩机的使用寿命。


技术研发人员：吴林屿 钟鸣 范小强 郁珊珊 马嘉浩 蔡武静 文庆 段卫涛 姜珊
受保护的技术使用者：上海智英化工技术有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/23