[发明专利]烯烃聚合反应器和聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料合成领域，尤其涉及一种用于烯烃聚合的聚合反应器及使用这种聚合反应器的聚合方法。

背景技术

众所周知，烯烃的聚合反应与温度密切相关。一方面，聚合物分子量的高低受温度的影响，在较低的温度下聚合会形成分子量较高的聚合物，而在较高的温度下聚合会形成分子量较低的聚合物。另一方面，催化剂的活性与反应温度有关。如果在单一聚合反应器内通过调节温度来改变聚合物分子量，会导致聚合反应的速度不可控。因此，在实验室聚合以及工业化规模生产中，聚合反应器的温度必须相对稳定。然而，这种单一的催化剂在单一聚合反应器内稳定的温度下只能形成分子量分布较窄的聚合物。

在现有技术中，生产宽/双峰聚乙烯的方法主要有熔体混合法、串联反应器法、单反应器法。其中，熔体混合法成本较高，并且难以混合均匀。在串联反应器法中，两个或多个反应器串联起来，使得每个反应器在不同的反应温度下形成分子量大小不同的聚合物，导致分子量分布变宽。例如，专利WO2009/076733A1中公开了一种串联反应器，其中第一反应器在高的操作温度形成较低分子量的聚合物，而第二反应器在低的温度下形成较高的分子量聚合物。然而，串联反应器法的操作过程中前期投资大，物料转移过程复杂，可能造成催化剂部分失活。

单反应器法相比串联反应器法具有设备投资低、工艺操作简单、开停车方便、高低分子量聚合物混合比较均匀等优点。目前实现该技术有三种方案：多区循环反应器、新型催化剂、振荡操作。其中，采用多区循环反应器目前主要应用于气相烯烃聚合工艺。例如，中国专利CN1749286A公开了一种用于生产宽相对分子质量分布的聚烯烃反应器，它是一个气相流化床，包括至少两个反应区：慢速流化反应区和快速流化反应区。其中，慢速流化反应区内的聚合物和未反应单体通过连续或间歇方式传给快速流化反应区，通过控制两个反应区的聚合条件，制备双峰聚乙烯或抗冲聚丙烯。然而，这种反应器仍然存在结构复杂、分子量分布较窄的缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种在单一聚合反应器内形成多温区的反应装置，即使烯烃在不同的区域内的不同条件下进行聚合反应的方法，目的是通过不同温度对烯烃聚合反应的影响，制备具有不同分子量聚合物的组合，以达到改进聚合物加工性能和物理性能的要求。

根据本发明的第一方面，提供了一种烯烃聚合反应器，其包括聚合釜体。在所述釜体内设置有搅拌装置和气体分布装置。所述气体分布装置包括沿周向均匀分布的多根进气管。其中，在釜体内还设置有分隔装置，用于将釜体内的区域分成处于分隔装置内的第一区域和处于分隔装置与釜体之间的第二区域。其中第一区域的温度不同于所述第二区域的温度。

根据本发明的一个实施例，所述第一区域与所述第二区域的温差为5℃以上，优选为5℃-20℃，更优选为10℃-15℃。

根据本发明的一个优选实施例，分隔装置形成一个圆柱体，其与所述气体分布装置所构成的假想圆柱体重合。优选地，分隔装置包括设置在相邻两根进气管之间的内冷管，各所述内冷管例如可以采用盘管的形式。

根据本发明的另一个实施例，分隔装置由圆筒体构成。

在一个实施例中，分隔装置形成的圆柱体的直径与釜体的直径之比为0.1-0.9，优选为0.6-0.75，更优选为0.75。圆柱体的高度与釜体直筒段的高度之比为0.1-0.9，优选为0.3-0.7，更优选为0.4。

根据本发明的一个优选实施例，所述搅拌装置包括多层搅拌桨，其中所述圆柱体的顶面与最上层桨的中心水平线齐平，而底面与最下层桨所在平面齐平。

优选地是，搅拌装置为多层组合桨，由推进式搅拌桨、斜叶桨、直叶搅拌桨、斜叶圆盘桨中的一种或几种组合而成。

更优选地是，搅拌装置包括四层搅拌桨。从上至下依次为推进式搅拌桨、斜叶桨和两层斜叶圆盘桨。圆柱体的顶面与最上层推进式搅拌桨的中心水平线齐平，而底面与最下层斜叶圆盘桨所在平面齐平。

在一个优选实施例中，釜体外设置有夹套，所述夹套优选为分段式结构。

在另一个优选实施例中，所述进气管的出口设置成使得进入第一区域内的气相含量与进入第二区域的气相含量不同。优选地，进气管包括两组分别与第一区域和第二区域连通的出口，这两组出口的数量例如可以不同。

根据本发明的第二方面，提供了一种烯烃聚合反应方法，其使用了根据本发明第一方面所述的烯烃聚合反应器。

在一个实施例中，气相进料在两个区域呈不均匀分布，第一区域A内的气相占气相进料总量的0.1-0.9，优选为0.5-0.8。