新型乙烯聚合循環(huán)反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、寬/雙峰相對(duì)分子質(zhì)量分布聚乙烯(雙峰PE)是指相對(duì)分子質(zhì)量分布曲線呈現(xiàn)2個(gè)峰值或1個(gè)相對(duì)較寬峰值的聚乙烯樹脂。目前反應(yīng)器新技術(shù)發(fā)展迅速，使得雙峰聚乙烯的生產(chǎn)得以工業(yè)化。現(xiàn)有工藝通常是將二至三個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)，通過改變反應(yīng)器的氣體組成及反應(yīng)條件，使反應(yīng)產(chǎn)物具有不同的分子量分布。但反應(yīng)器串聯(lián)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品顆粒間或顆粒內(nèi)部不均勻，且在共混時(shí)容易形成凝膠或魚眼。同時(shí)，工藝中第一個(gè)反應(yīng)器的氣體無法徹底隔絕，會(huì)進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器，影響其氣體組成，導(dǎo)致產(chǎn)品

2、的雙峰分布較窄，無法生產(chǎn)出寬分布的雙峰聚乙烯。
　　 本文首先針對(duì)目前生產(chǎn)雙峰聚乙烯的反應(yīng)器技術(shù)及工藝存在的問題，設(shè)計(jì)了三種不同的反應(yīng)器：分離分凝反應(yīng)器、多溫區(qū)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器和多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器。結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算了分離分凝反應(yīng)器和多溫區(qū)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器在一定規(guī)模下的尺寸結(jié)構(gòu)及操作條件，并提出了工藝條件的確定原則，使設(shè)計(jì)方案更具有工業(yè)參考價(jià)值。
　　 其次，本文針對(duì)所設(shè)計(jì)的多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)行了系統(tǒng)的流體動(dòng)力學(xué)研究，考察了鼓

3、泡流化床床、快速流化床、分布板和旋風(fēng)分離器等部分的壓力分布，并研究了靜床高和表觀氣速對(duì)壓降、提升段內(nèi)固體循環(huán)量、氣阻效果的影響。主要結(jié)論如下：反應(yīng)器內(nèi)的壓降主要以分布板和顆粒的靜壓頭為主，增加氣速和器內(nèi)固體量均導(dǎo)致床層壓降的增大；鼓泡流化床的壓力梯度較大，而提升段的壓力基本不變；淘洗作用的引入，有效地實(shí)現(xiàn)顆粒在循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)的自動(dòng)篩分和物料轉(zhuǎn)移；利用聲發(fā)射檢測(cè)手段，結(jié)合小波分解和PLS建立的固體顆粒流量回歸模型，能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高速流態(tài)化下的顆

4、粒流量；通過氣相色譜檢測(cè)氣流阻隔前后的CO2濃度發(fā)現(xiàn)，在氣提段，采用氣體阻隔方法，能有效維持不同反應(yīng)器的反應(yīng)氣氛，確保生產(chǎn)分子量呈雙峰/寬峰分布的聚乙烯。
　　 最后，基于Z-N催化劑下的乙烯配位聚合及其動(dòng)力學(xué)模型，本文從微尺度、中尺度到宏觀尺度建立了多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)乙烯氣相聚合的多顆粒模型。該模型適用于反應(yīng)器從開車到平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)中分子量及其分布、產(chǎn)品顆粒粒徑和產(chǎn)量的模擬計(jì)算。通過對(duì)反應(yīng)器的模擬，得到以下結(jié)論：從反應(yīng)器開車到平穩(wěn)

5、運(yùn)行的過渡期，產(chǎn)品的數(shù)均聚合度及平均分散指數(shù)在反應(yīng)開始時(shí)瞬間提高，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值，隨后稍微降低并趨于平穩(wěn)；產(chǎn)量達(dá)到平衡耗時(shí)較長，在開車后運(yùn)行4小時(shí)后，反應(yīng)器的總產(chǎn)量才保持在較平穩(wěn)的狀態(tài)；單體濃度對(duì)產(chǎn)品分子量及其分布影響最大；氫氣對(duì)高分子量部分的反應(yīng)影響較為明顯，在實(shí)際反應(yīng)中，要嚴(yán)格控制低氫反應(yīng)區(qū)中的氫氣濃度；循環(huán)比R的增大，會(huì)降低聚合物顆粒在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的單次停留時(shí)間，導(dǎo)致分子量降低，不利于低氫反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)進(jìn)行；高活性的催化劑能縮短活聚