專利名稱：聚合反應(yīng)的閃蒸氣體取樣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)過程控制。一方面本發(fā)明涉及聚合反應(yīng)器中一種保持要求的未反應(yīng)單體濃度的方法及裝置。
在一種典型的聚合反應(yīng)中，把單體、稀釋劑及催化劑送入單體聚合的反應(yīng)器里。稀釋劑不起反應(yīng)而通常用來控制固體濃度以及還提供一種方便的方法把催化劑導(dǎo)入反應(yīng)器。反應(yīng)器流出物為聚合物、稀釋劑及未反應(yīng)單體的混合物，將其從反應(yīng)器中排出并送到閃蒸罐里，在此處聚合物同稀釋劑及未反應(yīng)單體分開。通常，催化劑會包含在聚合物里。
重要的是要控制反應(yīng)器里未反應(yīng)單體的濃度，因為制成聚合物的某些性能，諸如熔融指數(shù)，在很大程度上取決于未反應(yīng)單體的濃度。通常，已能通過調(diào)節(jié)單體加料速度、稀釋劑加料速度，或催化劑加料速度來控制未反應(yīng)單體的濃度。
另外，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)最好是使反應(yīng)器流出物中的未反應(yīng)單體得到回收并再循環(huán)到聚合反應(yīng)器里。US 3,639,374及4,424,341中已公開了稀釋劑的回收及再循環(huán)的方法。這些方法通常是將單體及稀釋劑閃蒸后低壓回收的一段閃蒸法；將反應(yīng)器內(nèi)稀釋劑及單體閃蒸后高壓回收的一段閃蒸法；或?qū)⒋蟛糠謫误w及稀釋劑高壓閃蒸后回收，而稀釋劑及單體仍處于足夠壓力下免得需要再次壓縮的兩段閃蒸法。
在用低壓回收的一段閃蒸法中，聚合物及稀釋劑的漿液被收集在聚合反應(yīng)器的一個或多個沉降支管中。然后把漿液排放到一個閃蒸容器里，其中該混合物被閃蒸到諸如約20psia的低壓。當(dāng)閃蒸導(dǎo)致把稀釋劑及單體從聚合物中基本上去除時，就需要把已汽化的稀釋劑及單體再次壓縮以便使之能冷凝成適用于再循環(huán)到聚合反應(yīng)器里的液體。再次壓縮及其運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的費(fèi)用往往占有關(guān)制造聚合物費(fèi)用的較大部分。
當(dāng)應(yīng)用高壓閃蒸時，高壓閃蒸之后回收稀釋劑及單體，不需要把已汽化的稀釋劑及單體在回收到聚合反應(yīng)器之前再次壓縮。因此，使用高壓閃蒸使得涉及制造聚合物的費(fèi)用降低。在用低壓回收的一段閃蒸中，單體及稀釋氣體的直接取樣能對聚合反應(yīng)器里單體含量提供準(zhǔn)確的分析。而當(dāng)應(yīng)用高壓閃蒸回收時，大部分單體同聚合物固體保留在一起，以致從高壓閃蒸罐里的氣體直接取樣會使聚合反應(yīng)器里單體含量的分析不準(zhǔn)確。因此，希望為用高壓閃蒸的聚合系統(tǒng)開發(fā)一種能夠準(zhǔn)確測定聚合反應(yīng)器里單體含量的方法以控制聚合反應(yīng)器里未反應(yīng)單體濃度，并且還實現(xiàn)了與使用高壓閃蒸有關(guān)的成本效益。
因此本發(fā)明的一個目的是當(dāng)應(yīng)用高壓閃蒸罐供單體回收時提供一種能夠準(zhǔn)確分析聚合反應(yīng)器里單體含量的方法及裝置。
按照本發(fā)明提供一種在聚合反應(yīng)器里聚合一種單體的方法及裝置，其中含聚合物及未反應(yīng)單體的一種聚合流出物被從該聚合反應(yīng)器里排出大部分流出物被送到閃蒸罐里在高于約100psig壓力下使聚合物同單體分開；將有效分析量聚合流出物送到低壓閃蒸罐里在低于約75psig下閃蒸分離制得低壓聚合物部分及低壓單體部分。對低壓單體部分進(jìn)行分析提供表示聚合反應(yīng)器里至少一種條件的信號，而反應(yīng)器里的各種條件響應(yīng)該信號而得到調(diào)節(jié)。


圖1是一種使用本發(fā)明聚合反應(yīng)及回收系統(tǒng)的實施方案的示意圖。
圖2是一種使用本發(fā)明聚合反應(yīng)及回收系統(tǒng)的另一實施方案的示意圖。
本發(fā)明是從乙烯聚合的角度來描述的。但本發(fā)明適用于要求控制未反應(yīng)單位濃度的任何聚合過程。
附圖中標(biāo)明為信號線的線路是這些實施方案中的電動或氣動線路。由傳感器提供的各種信號一般是電信號。而由流量傳感器提供的信號一般是氣動信號。為簡便起見這些信號的傳感不再舉例說明，因為它在技術(shù)上是眾所周知的，如果從氣動形式測量流量若用流量傳感器以電的形式傳輸就須轉(zhuǎn)換成電的形式。從模擬形式到數(shù)字形式或從數(shù)字形式到模擬形式的信號轉(zhuǎn)換也不再舉例說明因為這種轉(zhuǎn)換在技術(shù)上同樣是眾所周知的。
本發(fā)明適用于機(jī)械、液壓或其它信號的信息傳輸設(shè)備。在幾乎所有的控制系統(tǒng)中，電、氣動、機(jī)械或液壓信號經(jīng)常是幾種結(jié)合使用。使用任何其它形式的信號傳輸，只要與采用的方法及設(shè)備兼容，也是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。
現(xiàn)在參照圖1，舉例說明聚合反應(yīng)器11。乙烯及必要時一種共聚單體諸如己烯—1，經(jīng)由管道裝置12供給聚合反應(yīng)器11。同樣地，稀釋劑諸如異丁烷經(jīng)由管道14供給聚合反應(yīng)器11，以及催化劑諸如硅石上的氧化鉻催化劑或SiO2—TiO2催化劑經(jīng)由管道裝置15供給聚合反應(yīng)器11。
大部分反應(yīng)流出物經(jīng)由管道裝置17從反應(yīng)器11中排出并供給閃蒸罐18。反應(yīng)流出物包含聚乙烯、未反應(yīng)乙烯、以及異丁烷。催化劑通常包容在聚乙烯里。
在閃蒸罐18中，使聚乙烯同未反應(yīng)乙烯及異丁烷分離開來。聚乙烯經(jīng)由管道裝置19從高壓罐18里排出。未反應(yīng)乙烯及異丁烯經(jīng)由管道21從閃蒸罐18里排出。
反應(yīng)流出物在閃蒸罐18里受到壓力降的作用。壓力降使大部分稀釋劑及單體汽化。汽化至少能夠部分地在管道17中發(fā)生。閃蒸罐18里的壓力隨稀釋劑及單體的品種和選定的溫度而不同。一般可使用高于約100psig的壓力。經(jīng)常使用的壓力優(yōu)選是約100—約300psig；更優(yōu)選是200—250psig。比較起來，僅用低壓閃蒸罐的聚合系統(tǒng)經(jīng)常使用的壓力是0psig—75psig。
經(jīng)由管道裝置19自閃蒸罐18排出的聚乙烯要經(jīng)過處理以除去任何剩余的單體及稀釋劑。這種處理可包括在一個低壓閃蒸罐中第二次閃蒸和/或在一個常規(guī)干燥器中干燥。
稀釋劑及單體經(jīng)由管道21呈氣態(tài)從閃蒸罐18排出，隨后不經(jīng)壓縮即行冷凝，該冷凝是用熱交換器(未示出)里的液體載熱劑進(jìn)行熱交換實現(xiàn)的。該稀釋劑及單體于是即可返回反應(yīng)器11里。
將一份有效分析量的反應(yīng)流出物經(jīng)由管道23從反應(yīng)器11里排出。該份有效分析量的反應(yīng)流出物必要時也可任選地取自管道17；但直接從反應(yīng)器取出是優(yōu)選的。有效分析量通常是聚合反應(yīng)器生成的流出物量的微小體積比。例如，生成含數(shù)量級為35,000lbs/hr聚合物及30,000lbs/hr稀釋劑及單體的流出物的聚合系統(tǒng)，其試樣大小為約20lbs/hr—約100lbs/hr，其中試樣的約35％為聚合物。這個試樣最好是約20lbs/hr—約40lbs/hr。
經(jīng)由管道裝置23排出的反應(yīng)流出物供給低壓閃蒸罐25。低壓閃蒸罐25通常以低于約75psig的壓力運(yùn)轉(zhuǎn)；優(yōu)選的壓力是約0psig—約30psig，最優(yōu)選是0psig—10psig。在閃蒸罐25里發(fā)生單體及稀釋劑的汽化；不過汽化至少還能夠部分地在管道23中發(fā)生。比起高壓閃蒸罐18來，閃蒸罐25里聚乙烯與未反應(yīng)的乙烯及異丁烷之間的分離更為完全。
低壓閃蒸罐25的容量用不著象高壓閃蒸罐那么大因為它只要閃蒸有效分析量的反應(yīng)流出物。低壓閃蒸罐25的容量通常是約2—約5立方英尺。
聚乙烯是經(jīng)由管道裝置27從閃蒸罐25排出的。未反應(yīng)的乙烯及異丁烷經(jīng)由管道裝置29從閃蒸罐25排出。流過管道裝置29的流體試樣經(jīng)由管道裝置34供給分析傳感器33。流過管道29的其余流體可按需要經(jīng)過壓縮后再循環(huán)回到聚合反應(yīng)器里。
分析傳感器33最好是一臺色譜分析器。分析傳感器33提供一種輸出信號36，該信號表示流過管道29的流體中的乙烯濃度。信號36實質(zhì)上表示了從反應(yīng)器11排出的未反應(yīng)乙烯濃度。信號36從分析傳感器33作為輸入供給計算機(jī)40。根據(jù)信號36，計算機(jī)40確定反應(yīng)器11里未反應(yīng)乙烯的濃度并確定流動的乙烯單體是否需要調(diào)節(jié)。如需要調(diào)節(jié)，計算機(jī)40則向閥門44發(fā)送一個信號42。閥門44對經(jīng)由管道12進(jìn)入反應(yīng)器11的乙烯流進(jìn)行控制。
不同的計算機(jī)40的控制系統(tǒng)在本領(lǐng)域是已知的，如公開于U.S.4,543,637和4,628,034中的內(nèi)容；該公開內(nèi)容在此引用作為參考。
另外，也可以不是調(diào)節(jié)經(jīng)由管道12的單體進(jìn)料，而是使該系統(tǒng)組裝成根據(jù)計算機(jī)40的信號調(diào)節(jié)經(jīng)由管道14的稀釋劑進(jìn)料或經(jīng)由管道16的催化劑進(jìn)料。
現(xiàn)在參照圖2，該圖示出催化劑進(jìn)料計算機(jī)40的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的一個實施方案。圖2的實施方案的運(yùn)轉(zhuǎn)類似于圖1，只是管道裝置12有敏感元件50，該元件與傳感器52耦合；管道15有閥門58，該閥經(jīng)由管道15調(diào)節(jié)催化劑流。
流量傳感器52，與流量敏感元件50耦合，該元件能設(shè)置在管道裝置12上，提供一種輸出信號54，該信號是經(jīng)由管道裝置12的乙烯流速的代表值。信號54從流量傳感器52作為輸入供給計算機(jī)40。
根據(jù)來自傳感器52的信號54，以及來自分析傳感器33的信號36，計算機(jī)提供了輸出信號56，該信號是催化劑理想加料速度的代表值。根據(jù)信號56調(diào)節(jié)閥門58把合適量的催化劑送給反應(yīng)器11。
位于管道裝置15上的閥門58通常是一個球形閥門送料器或注射送料器。該閥門被催化劑及稀釋劑的混合物充滿。間歇驅(qū)動催化劑送料閥15以使上述混合物傾倒入反應(yīng)器11里。然后該催化劑送料閥15恢復(fù)到關(guān)閉位置并重新充料以備下一步驅(qū)動。
當(dāng)閥門58是一個進(jìn)給閥時，閥門58會根據(jù)信號56傾倒入催化劑。因而，計算機(jī)確定為保持反應(yīng)器里理想單體量所必需的催化劑排料間隔的正確時限，并在時限終結(jié)時發(fā)送信號56。
運(yùn)轉(zhuǎn)中，必須小心防止管道23因聚合物的堆積而堵塞。為防止這種堵塞，管道23不應(yīng)受到阻滯，它最好對閃蒸罐25以一個角度傾斜，以使管道23沒有水平流動。最好是，管道23對閃蒸罐25以約45°角傾斜向下。
在本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)目前優(yōu)選的實施方案加以描述的同時，本行業(yè)的人可能對此作出適當(dāng)?shù)淖儎蛹靶薷模@些變動是在所述發(fā)明及附屬權(quán)利要求書范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種向聚合反應(yīng)器供給單體及催化劑的聚合方法，其中把含有聚合物及未反應(yīng)單體的一種聚合流出物從該聚合反應(yīng)器里排出并在高于約100psig的壓力下使聚合物同該單體閃蒸分離，以制得一種聚合物部分及一種單體部分，其改進(jìn)措施包括a)在該閃蒸分離之前取出一份有效分析量的該聚合流出物；b)在低于約75psig的壓力下閃蒸分離該有效分析量的該聚合流出物以制得一種聚合物試樣及一種單體試樣；c)分析該單體試樣以產(chǎn)生一種信號代表值，該代表值代表聚合反應(yīng)器里的至少一種條件；以及d)使聚合反應(yīng)器里的至少一種條件根據(jù)該信號得到調(diào)節(jié)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中將該單體部分不經(jīng)再次壓縮再循環(huán)返回到該聚合反應(yīng)器里。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中將該單體試樣經(jīng)再次壓縮后返回到該聚合反應(yīng)器里。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中該信號是該聚合反應(yīng)器里單體濃度的代表值。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中步驟(d)供給該聚合反應(yīng)器的催化劑加料速度根據(jù)該信號得到調(diào)節(jié)。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中步驟(d)供給該聚合反應(yīng)器的單體加料速度根據(jù)該信號得到調(diào)節(jié)。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)的該閃蒸分離是在0psig—10psig壓力范圍內(nèi)進(jìn)行的。
8.一套包括下列裝置的設(shè)備聚合反應(yīng)器；向該聚合反應(yīng)器供給單體的裝置；向該聚合反應(yīng)器供給催化劑的裝置；從該聚合反應(yīng)器排出含聚合物及未反應(yīng)單體的反應(yīng)流出物的裝置；接受大部分該反應(yīng)流出物并在高于約100psig壓力下使該聚合物同未反應(yīng)單體閃蒸分離的第一閃蒸分離裝置；接受小部分該反應(yīng)流出物并在低于約75psig壓力下使該聚合物同未反應(yīng)單體閃蒸分離的第二閃蒸分離裝置；對從小部分該反應(yīng)流出物分離出來的該單體進(jìn)行分析并產(chǎn)生聚合反應(yīng)器里至少一種條件的信號代表值的裝置；使該聚合反應(yīng)器里至少一種條件根據(jù)該信號得到調(diào)節(jié)的裝置。
9.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中該第二閃蒸分離裝置中的閃蒸分離在0psig—10psig的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行。
10.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中用于分析該單體的裝置包括一臺分析傳感器及一臺計算機(jī)。
11.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中該信號是該聚合反應(yīng)器里單體濃度的代表值。
12.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中該調(diào)節(jié)裝置使供給該聚合反應(yīng)器的單體加料速度得到改變。
13.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中該調(diào)節(jié)裝置使供給該聚合反應(yīng)器的催化劑加料速度得到改變。
14.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中該小部分反應(yīng)流出物是一份有效分析量的流出物。
全文摘要
在一種使用高壓閃蒸的聚合方法中，該閃蒸是用來把包含在流出物流里的未反應(yīng)單體從反應(yīng)器里分出，反應(yīng)流出物中未反應(yīng)單體濃度的測定方法是，從反應(yīng)器里排出一份有效分析量的流出物，使該份流出物遭受低壓閃蒸，然后分析其汽化部分以測定單體的濃度。
文檔編號C08F6/00GK1125322SQ9411918
公開日1996年6月26日 申請日期1994年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月8日
發(fā)明者J·D·霍特威, F·C·勞倫斯, N·T·布萊克 申請人:菲利浦石油公司