專利名稱：化學生產方法的控制方法
相關申請的交叉引用本申請要求2000年4月27日申請的題為“監(jiān)控和控制化學反應器的方法和設備”的臨時專利申請序列號60/200,092的利益。
這樣一種工藝的實例是由氣態(tài)原料氣相生產聚烯烴如聚丙烯或聚乙烯。在這種工藝中，在有催化劑的情況下一種或多種氣態(tài)單體原料在化學反應器中反應生產粉末狀聚合物。所述粉末狀聚合物然后典型地在最后加工單元中擠出生產顆粒。這些顆粒易于運輸，并且用于制造以聚合物為主生產的產品如模壓物品、薄膜和纖維。
在理想環(huán)境下，反應器如上面討論的聚合反應器將生產具有相對可預測分布的粒徑的粉末狀產品。將下游粉末操作和最后加工設備設計以適應粒徑的這種預測分布。不料的是，在低于理想條件下，聚合反應器能夠產生“塊”或“串”，它們是粒徑顯著大于所需粒徑的聚合物粒子的聚集體。
串和塊的存在可以用作聚合反應器沒有最佳運行的早期預測。不料的是，除非反應器性能嚴重退化，串和塊的存在經常不能直接觀察到。此外，存在于聚合物粉末中的串和塊經常被造粒方法所掩蓋，其中擠出機在足夠造出一些不良大顆粒的溫度和壓力條件下操作。
通過不良大顆粒的操作顯示的亞最佳反應器性能典型地需要改變反應器操作參數(shù)以提高操作。而且，盡管產品最后加工過程有時可以迫使串和塊呈現(xiàn)最終使用者所需的宏觀形式(例如顆粒形式)，但是運送的物料可能含有大量亞宏觀不均勻區(qū)域(即顆粒中的局部區(qū)域)，它們可能影響最終使用者對該運送物料的使用。
在許多情況下，如上所述的那些問題可以在產品運送到消費者之前通過各種抽樣和質量控制程序加以檢測。然而，使用這些程序不能提供亞最佳生產條件的早期、實時指示，所述亞最佳條件將使反應器操縱者能夠呈現(xiàn)校正的作用，從而避免不均勻物料的形成或使之最小化。
可以使用在線產品分析器提供對方法控制有用的信息，從而在一定程度上使產品不均勻性最小化，但是在線分析器不能用于檢測許多類型的不良產品變化。
需要的是一種靈敏且實時的方法，它能夠直接監(jiān)控化學生產方法中的中間物和產品不均勻性，不必采取加入在線產品分析設備。這種方法應使化學生產方法操縱者能夠手工或者通過自動控制系統(tǒng)干涉，從而使不均勻物料的形成最小化或者消除其形成。在這種化學反應器或其它設備中的主要混亂發(fā)生之前，并在生產大量非特定物料之前，這種早期檢測和干涉將能夠校正設備(如化學反應器)中的加工參數(shù)。
對早期檢測加工條件的不良變化的瞬態(tài)呈現(xiàn)具有相對短時間和相對高振幅的頻率“峰(spike)”相對高，而在正常操作條件下看到的加工設備信號的頻率變化低。
所述檢測的信號不是通過分析儀器直接測定所需化學反應產品的化學或物理參數(shù)，例如直接測定粒徑、或者測定加工物料的側流從而測定粘度。而是這些信號典型地是可以從加工設備的操作正常獲得的那些。
存在于下游加工設備信號上的瞬態(tài)可用于推斷加工性能的變化，其中正在討論的物料參數(shù)不能，或者不能容易地，測定，或者其中物料特性不能直接或者快速地通過在線產品分析器測定。
例如，對一塊下游旋轉設備呈現(xiàn)代表電機電流的信號的瞬態(tài)可以用作指示相對從上游源加入不均勻產品(例如聚合物塊)時該設備的運轉。這些相對短期的瞬態(tài)經常很好地耐受這種方法和與它們有關的控制設備，從而不造成顯而易見的操作影響。時常這些瞬態(tài)的存在甚至不是顯而易見的，直到在進行深入研究檢測或觀察到這些瞬態(tài)之后。一旦這些瞬態(tài)的存在經確認，進一步研究顯示與產品不均勻性有關，然后可以根據(jù)本發(fā)明監(jiān)控這些信號以提供需要上游加工控制的早期指示。
在前面的實例中，本發(fā)明是一種檢測串和塊存在的非常靈敏且及時的方法，這是用于這些較大粒子在沒有可觀察到的影響下通過反應器并且經常通過擠出機，直到它們非常大。然而，粉末進料器電機電流信號的檢測顯示，小峰的存在據(jù)信是由于位于旋轉進料器葉片和其外殼之間的相對小的空隙中的小塊造成的。加工條件惡化的早期指示使得控制作用能夠在早期及時地呈現(xiàn)，其中控制所需的變化可以是不太劇烈并且更容易實現(xiàn)。
在本發(fā)明的第一個實施方式中，我們公開了一種化學生產方法的控制方法，其中我們首先監(jiān)控與下游加工設備有關的信號，從而檢測存在于所述信號中的瞬態(tài)。然后我們推斷出與檢測的瞬態(tài)有關的產品質量的變化，并相應于推斷的產品質量變化推斷與上游設備有關的加工參數(shù)。
盡管當質量受到控制的物料是固體或者粘彈性流體如聚合物熔融物時，本發(fā)明可用于控制上游設備，但是本發(fā)明尤其可用于關于聚合粉末如聚丙烯和聚乙烯的生產。能夠改變的上游設備加工參數(shù)包括催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器驟冷流、反應器粉末存量、反應器溫度和壓力、是否直接或間接地受到其它參數(shù)的改變、反應器攪拌或流化、或者受到前述組合改變的控制。
當監(jiān)控的信號指示粉末操作設備如旋轉粉末進料器的性能時，本發(fā)明尤其可用于提供聚集的粉末的指示。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式監(jiān)控電流、電壓或頻率信號、液壓信號或氣壓信號，這是因為這些信號經常將呈現(xiàn)可以與產品質量的細微變化有關的類型的瞬態(tài)。
正如本申請所用的，術語“下游加工設備”意思是位于生產或最后加工化學產品中所用的化學反應器下游的設備，例如包括機動化設備如泵、傳送帶、進料器、擠出器等，但是不包括設計用于直接測定物理或化學參數(shù)的設備，例如氣相色譜儀、在線光譜設備、或側流粘度或熔融流動分析器。然而，該定義沒有預先排除使用來自加工分析器的推斷信息，例如來自用于向管線內粘度儀提供樣品的泵的電機控制器回路。
“與下游加工設備有關的信號”可以是用于控制或監(jiān)控所述設備的任何信號。因此，該術語既包括控制的信號，例如電機電流信號，也包括指示設備條件的信號，例如電機溫度，還可以包括設備壓力或溫度。
“與上游設備有關的加工參數(shù)”意思是可用于控制位于化學生產方法的早期(“上游”)點的一塊加工設備的任何參數(shù)，從而控制位于下游加工設備之前的點生產的物料的質量或數(shù)值。這些參數(shù)的實例是原料或催化劑向反應器流動的控制、或者冷卻水向上游熱交換器的控制。其它實例對化學生產領域的技術人員將是顯而易見的。
在本發(fā)明的另一實施方式中，對位于聚合反應器下游的旋轉進料器或其它發(fā)明操作設備的電機電流監(jiān)控指示存在異常大形狀或大小的顆粒的瞬態(tài)?？梢栽跈z測不均勻反應器流出物的存在(其它方式難以測定)的時間內測定這些瞬態(tài)的數(shù)值和頻率。然后可以進行校正作用以使不需要的物料的生產最小化。
正如本文所用的，術語“發(fā)明操作設備”意思是用于運輸、處理或操作粉末物料的任何設備。粉末操作設備本身包括，但不限于，粉末轉移管線和閥如在風吹箱系統(tǒng)(blow case system)中的、粉末進料器或傳送帶、擠出機和凈化柱。
圖2是在本發(fā)明中討論的旋轉粉末進料器的透視圖。
圖3是用于實施本發(fā)明的峰檢測和峰總計算法的流程圖。
優(yōu)選實施方式的描述以下描述討論了將本發(fā)明用于現(xiàn)代設計的聚丙烯反應器系統(tǒng)。本發(fā)明用于聚丙烯反應器系統(tǒng)僅僅是例證性的，本領域技術人員將想到將本發(fā)明容易地用于通過化學反應器生產的物料質量難以直接觀察到的各個領域。


圖1是本發(fā)明的聚丙烯反應器系統(tǒng)10的簡化示意圖。系統(tǒng)10可用于生產均聚丙烯和丙烯和乙烯的無規(guī)共聚物。在其簡化形式中，系統(tǒng)包括第一聚合反應器12、膨脹袋濾器14、旋轉進料器16、凈化柱18、第二旋轉進料器20和造粒器22。
可以通過將丙烯、催化劑、和本領域已知的任何所需的助催化劑和改性劑加入到反應器12中在反應器12中生產均聚丙烯。
反應器12優(yōu)選是一含有共軸安裝在反應器12中的攪拌器的水平反應器。聚丙烯在這種反應器中的汽相聚合作用詳細描述在授予Shepard等的US3,957,448、授予Jezl等的US3,965,083、授予Peters等的US3,971,768和授予Rose等的US4,627,735，將這些文獻全文引用加入本文。
在反應器12中，使用任意多的公知高產催化劑體系通過基本上等壓的方法進行汽相聚合。典型的催化劑將是加載在金屬氧化物、鹵化物或鹽上的過渡金屬為主的固體物料。加載的含鎂、鈦鹵化物為主的催化劑體系為公知并在許多領域為優(yōu)選，而且經常與鋁烷基助催化劑一起使用。優(yōu)選的催化劑是商標為Amoco CD的催化劑，可從BPAmoco Polymers，Inc.of Alpharetta.Georgia獲得。
將催化劑、助催化劑和任何所需的改性劑如硅烷基料注入反應器12的上游端。根據(jù)生產說明，助催化劑和改性劑的加料速度相對催化劑原料成比例地控制，同時調節(jié)催化劑原料以在反應器中獲得目標生產速度。
在反應器12中，聚合物顆粒典型地圍繞固體催化劑形成。在操作中，反應器12典型地半填滿有通過反應器攪拌器以接近活塞流樣方式朝反應器12的排放端驅動的聚合物粉末。反應器攪拌器由許多與共軸地安裝在反應器12內的縱向取向的驅動軸相連的橫向取向的槳組成。
通過噴霧到反應器12中形成的聚合物粉末床的表面上的循環(huán)丙烯流體(驟冷液)的蒸發(fā)冷卻將聚合熱從反應器12中除去。未反應的丙烯蒸汽離開反應器12并與任何夾帶的細聚合物分離，收集并送回到反應器12中。將反應器蒸汽部分冷凝、聚集，并將該液體泵回到反應器12中，從而除去聚合熱。將新的丙烯補充加入到該循環(huán)流中，并將未冷凝的蒸汽壓縮、循環(huán)回到反應器12。將新的氫加入到該物流中用于以規(guī)定的氫與丙烯的摩爾比為基礎的分子量控制。將循環(huán)氣以與丙烯驟冷流的流速比加以控制地加入到反應器的底部。就無規(guī)共聚物生產而言，將相對小且控制量的乙烯共聚單體加入到丙烯中。
通過一吹箱系統(tǒng)(未顯示)將聚丙烯粉末從反應器12中取出。所述吹箱系統(tǒng)包括循環(huán)球閥，所述球閥每分鐘打開3-4次，每次打開幾秒鐘，從而使聚丙烯粉末在反應器12中強制排出。在規(guī)定操作條件下，通過吹箱系統(tǒng)取出的聚丙烯粉末典型地具有約500-600微米的平均粒徑，粒徑分布在從細微到約1200微米左右。大于1200微米的顆粒不是優(yōu)選的，并且根據(jù)本發(fā)明能夠產生瞬態(tài)的顆粒將是粒徑足夠引起下游加工控制商標產生可見瞬態(tài)的那些。
將通過循環(huán)球閥排放的聚合物粉末轉移到氣體膨脹袋濾器14中，典型地導致壓力從約幾百磅/平方英寸下降到約5psig。降壓的聚合物粉末填滿直接位于旋轉進料器16上面的豎管(參見下面圖2的討論)，這樣將聚合物粉末計量加入凈化柱18中。
將蒸汽和氮加入凈化柱18中以使催化劑失活并從聚合物粉末中除去任何殘留的氣態(tài)烴。然后第二旋轉進料器20將凈化過的聚合物粉末計量加入到造粒器22形成聚合顆粒。
圖2顯示了旋轉進料器16的附加細節(jié)。進料器16包括用于接受來自豎管22的粉末的孔、圓筒體24、安裝在軸28上的許多旋轉槳26、和允許計量的粉末進入凈化柱18(參見圖1)的排放孔30。槳26的外邊緣與圓柱體24之間的開口距離最小化至可以防止氣體返回通過旋轉進料器16進入過濾器14(參見圖1)的程度。優(yōu)選，在圓柱體24中可以包括排氣口(未顯示)，以便進入到因粉末沉淀于凈化柱18中而排空的區(qū)域的氣體在氣體填充的區(qū)域與來自豎管22的新鮮粉末接觸之前可以離開進料器16。
軸28由電機(未顯示)以與所需粉末轉移速度一致的速度打開。根據(jù)本發(fā)明，在通過進料器16的聚合物粉末中存在的串、或者其它異常大的顆?；驂K可以通過監(jiān)控以所需轉移速度保持進料器速度所需的軸電機電流來檢測。由于與串或塊抵抗槳26運動造成的附加阻力相反，電機控制器試圖保持所需的進料速度，因此大小足以干擾粉末光滑通過進料器16的聚合物的任何大顆?；虼畬⒁疠S電機電流的瞬態(tài)。接著軸電機電流的頻率或者數(shù)值的增加將是如下的第一指示反應器操作條件已降低至不良大顆粒正在形成的點，并且需要仔細檢查并調整反應器操作條件。
然而，由于能夠容易地移出反應器并通過反應器粉末操作系統(tǒng)的小串和塊將引起電機電流的峰，從而發(fā)生當粘在槳26和圓筒體壁28之間的相對小的間隙中時，提供了反應器性能降低的早期指示，這是通過直接觀察反應器加工操作參數(shù)不能辨別的，因此本發(fā)明極其靈敏地測定了反應器性能。
在本發(fā)明的一個早期實施方式中，我們通過將Gould Windograf980條狀圖表記錄儀與用作旋轉進料器16的軸電機的可變頻率驅動器(“VFD”)相連監(jiān)控了電機電流的瞬態(tài)。在這種情況下來自可變頻率驅動器的信號與電機安培數(shù)成正比。工程師手工記錄了帶狀圖表記錄儀有多少次顯示了超過基線電機安培數(shù)20％的的瞬態(tài)。將該數(shù)據(jù)用作直接指示串和塊生產。也將該數(shù)據(jù)加入具有傾向表示性能的EXCEL電子數(shù)據(jù)表中進一步分析。然后采取使不良大顆粒的形成最小化的步驟。
監(jiān)控可變頻率驅動器的其它實踐使得將該信號加入在更復雜的基礎上的工廠的分布控制系統(tǒng)(“DCS”)。
圖3更詳細地描述了用于捕獲和分析從旋轉進料器16產生的電機電流的瞬態(tài)的邏輯。
控制邏輯通常包括峰檢測算法31和峰總計算法32。
峰檢測算法31通過在步驟36中每10秒鐘讀取指示旋轉進料器電機電流可變頻率驅動器的信號開始。本試驗的目的是測定電機電流信號是否應包括在貯藏于接著用于計算移動基線平均電機電流的步驟38中的120個信號中。所述移動基線另外用于下面討論的峰檢測算法32中。如果電機電流信號指示電機電流低于2.9安培，那么該信號值未貯藏在步驟38中。將指示電機電流低于2.9安培的信號忽略防止了數(shù)據(jù)點包括在來自不良事件的平均值內，例如當進料器堵塞或以相反模式操作時。通過在步驟42終止該分支算法，過濾器防止了0或負數(shù)貯藏于步驟38中。
由于檢測到的每一新值指示電機電流大于2.9安培，因此將其貯藏于步驟38。每一新值的貯藏使得步驟38中貯藏的120個數(shù)據(jù)點中“最老的”丟失，提供一組更新的數(shù)據(jù)點，接著將它們用于步驟40計算以最后20分鐘的數(shù)據(jù)為基礎的移動平均基線值(120個數(shù)據(jù)點/每分鐘6個數(shù)據(jù)點)。將該移動平均或基線用于檢測算法中別處的峰。
在步驟44中，每80毫秒，將步驟33中測定的信號與步驟40中計算的移動平均基線值比較?！胺濉笔录J為無論何時當測定的信號為超過移動基線(“觸發(fā)值”)15％或更多時就開始，并且認為當信號降到觸發(fā)值以下時已結束。因此，當信號超過觸發(fā)值時，在步驟46將峰檢測標記設定為“開”，在步驟48增加掃描計數(shù)器，并在步驟50將該峰積分確定其總面積。
如果測定的峰值未超過最大峰值，這種分支算法在步驟54終止。然而，如果該峰值大于步驟52中貯藏的最大峰值，那么所述最大峰值將設定為該測定值并在步驟54終止該分支算法。
將來自步驟48、50和52用于步驟58和60以計算和貯藏與峰的存在、其持續(xù)時間、大小和數(shù)值有關的數(shù)據(jù)。通過下面所述的峰總計算法32使用該信息。
在峰總計算法32中，在步驟62中每秒鐘將峰分鐘總計計數(shù)器(spike minute summary counter)更新以反映峰的最后移動值、其持續(xù)時間、大小和數(shù)值。在步驟64每分鐘將這些值貯藏并用于步驟68計算峰的60分鐘運行平均值、峰持續(xù)時間、峰大小和峰值。在步驟70使這些值成為時間的函數(shù)從而提供用于評價本發(fā)明性能的60分鐘移動平均值的記錄。
如果需要的話，可以改變上述的算法以包括具有相應于觀察到的瞬態(tài)的類型或數(shù)量改變的總經過時間的移動平均基線。例如，如果監(jiān)控的信號是送到用于轉移粘彈性流體如聚合物熔融物的泵的電機電流的性能，并且如果觀察到的瞬態(tài)以寬度(即，時間)作為熔融溫度的函數(shù)變化，那么該程序可以包括在相對較短的瞬態(tài)期間增加樣品頻率并在相對較長的瞬態(tài)存在時降低樣品頻率的步驟。如果需要的話，這種子程序可以包括一約束(constraint)或過濾器以確保與正常加工控制相關的低頻率變化不會與較長持續(xù)時間的瞬態(tài)混淆。
前面的算法及其設定點和持續(xù)時間僅用于例證性的。能夠檢測瞬態(tài)以低頻率控制信號存在的任何程序或儀器可用于本發(fā)明。唯一的需要是該程序和儀器具有足夠快的響應以便檢測瞬態(tài)。該程序或儀器可以僅響應峰值、或面積、或總峰面積/時間，例如在給定環(huán)境下通過控制系統(tǒng)領域的普通技術人員認為是適宜的。
在前面實例中可以采用各種手工控制作用減少相應于峰數(shù)量或峰值發(fā)生或增加的串和塊的產生。這些作用對本領域技術人員為公知并且包括例如催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器驟冷流、反應器粉末存量、混合、反應器溫度和壓力、是否直接或間接地受到前面一種或多種參數(shù)的改變的控制、及其組合?？捎糜谂c本發(fā)明的實施結合的丙烯聚合工藝的操作和控制有關的一般信息可以在由Edward P.編輯、Hanser/Gardner Publications，Inc.，Cincinnati，Ohio出版的“丙烯手冊(Propylene Handbook)”(1996)中找到，將其公開的內容引用加入本文。例如，在第299頁提供了可用作催化劑活性控制劑的催化劑毒物的列表。
這些控制作用的可取性不是顯而易見的，而是通過監(jiān)控粉末進料器電機安培數(shù)獲得的不均勻粉末的早期指示。
在前述實例中，應注意的是，旋轉進料器16或20，或者二者，都可用于提供瞬態(tài)信息。在一定程度上，瞬態(tài)組合可以提供需要上游加工控制的更確定的指示。使用來自相同或不同塊的加工設備的多重瞬態(tài)源當然也在本發(fā)明的范圍內。
盡管本發(fā)明已結合在攪拌、氣相、亞流化床反應器系統(tǒng)中生產聚丙烯粉末進行了描述，但是可以將這種相同的觀念用于制備固體或粘彈性流體的任何化學生產方法。唯一的需要是可以監(jiān)控與下游設備有關的信號以顯示可以用正生產的物料的性質的改變校正的瞬態(tài)。例如，本發(fā)明可用于與以已經描述的非常相似的方式生產聚丙烯或聚乙烯粉末的流化床反應器結合。本發(fā)明也可以用設計為最終生產粉末的攪拌罐反應器或漿反應器使用，即使在粉末操作之前生產的粉末必需首先與漿液或溶液分離。其它實例包括，但不限于，監(jiān)控來自用于操作加工液的各種廢物流或循環(huán)設備的信號，而不考慮所需的化學終產品是否為固體、液體或氣體，唯一的需要是不良的物料質量產生可以與不良的質量有關的瞬態(tài)，以及可以觀察到與下游加工設備信號有關的瞬態(tài)。
我們相信，以與上面詳細描述一致的方式可以對大多數(shù)類型的下游設備或方法儀表化監(jiān)控高頻瞬態(tài)，從而控制上游設備并改善產品質量。電流、電壓或頻率信號、液壓信號或氣壓信號是監(jiān)控瞬態(tài)的優(yōu)選信號，這是因為這些信號經常將呈現(xiàn)可以與產品質量的細微變化有關的類型的瞬態(tài)，因此提供了需要改變上游設備的操作條件的早期指示，特別是與化學反應器有關的條件。在這一點上應注意的是，盡管可以是安裝在操作重要的下游加工設備中的警鐘或監(jiān)控器，但是足夠觸發(fā)這些警鐘或其它方式導致下游設備的控制大量且直接的改變的數(shù)值信號大于如本發(fā)明所述考慮為瞬態(tài)的那些。事實上，典型地將需要安裝新設備或者改進現(xiàn)有設備，以便能夠檢測指示物料質量早期變化的微細瞬態(tài)，所述物料質量不在控制下游設備的性質范圍內，或者太快而不能通過安裝的下游控制設備檢測出。
因此，本發(fā)明所用的“瞬態(tài)”意思是疊加在低頻信號如電機電流控制信號上并出現(xiàn)在其上面或下面(即正或負偏移)的高頻峰。在優(yōu)選實施方式中，瞬態(tài)將是這樣的，它們對下游加工設備的直接控制的的累積影響將忽略不計。根據(jù)本發(fā)明的這些優(yōu)選實施方式，啟動警鐘或關掉設備的峰的峰值太大而不能認為是用于控制上游設備的瞬態(tài)。
經常，由于觸發(fā)一加工控制改變的事件，因此將優(yōu)選使用許多瞬態(tài)，在這種情況下這組瞬態(tài)稱之為瞬態(tài)“系列”。如果瞬態(tài)或瞬態(tài)系列是相對代表監(jiān)控信號的低頻變化的移動平均基線測定的，那么這些瞬態(tài)或瞬態(tài)系列稱之為“移動平均基線瞬態(tài)”或“移動平均基線瞬態(tài)系列”。一旦適當?shù)脑O備適當?shù)罔b定存在于設備信號中的瞬態(tài)，那么僅需要將觀察到的瞬態(tài)與穩(wěn)定且不良的操作條件和相應的物料質量比較，從而確定哪些瞬態(tài)提供了本發(fā)明用于實施方法控制步驟的信息。
作為另一實例，在丙烯聚合方法中，擠出機齒輪泵吸入時的壓力峰可以和粉末加入到擠出機的差的控制相關，或者和未熔融的聚合物在過濾網組合(位于擠出機和成型泵之間)的收集相關。因此可以使用擠出機齒輪泵的監(jiān)控指示擠出機上游加工變量的變化的可取性，從而改善粉末原料或使將堵塞過濾網組合的物料的形成最小化。應注意的是，將提高下游位置的物料質量或性能的擠出機上游的任何設備(即，任何上游設備，不僅僅反應器)的方法控制變化都在本發(fā)明的范圍內。
在另一實例中，在聚合物顆粒水泵排放時出現(xiàn)的壓力峰的監(jiān)控可能與擠出機成型板造粒性差或者傳遞管線的污垢有關。這些指示可用于控制與擠出機有關的方法變量，并且另外能夠有助于發(fā)現(xiàn)并修理故障，增加生產速率、減少停工時間和維修，并增加主要產量。
未直接測量化學或物理參數(shù)而推斷早期方法控制的需要的下游設備響應的監(jiān)控，如上面所述的哪些，可以整合成反應器控制設備，從而形成閉合回路反應器控制系統(tǒng)。所需的響應量可以根據(jù)經驗確定或者通過使用能夠直接累積數(shù)據(jù)組的計算機軟件確定或者通過參數(shù)判定，之后測定賦予觀察到的瞬態(tài)的特定圖譜的最佳響應來確定?？梢詮南掠卧O備加入推斷輸入的用于控制化學方法的軟件可從賣主如Pavilion Technologies，Inc.of Austin，Texas獲得，或者另外可以通過控制系統(tǒng)領域的技術人員獲得或書寫。
前面的詳細描述集中在任何能夠監(jiān)控粉末進料器電機控制從而提供用于上游反應器系統(tǒng)控制的信息的具體實例。然而，本控制領域的技術人員在閱讀本文之后將意識到，事實上具有可以分析高頻瞬態(tài)的操作的相關低頻信號的任何下游設備可以提供化學反應器或其它上游設備性能的變化的靈敏指示，因此可以根據(jù)本發(fā)明使用。本發(fā)明因此僅通過以下的權利要求書加以限制。
權利要求
1.一種化學生產方法的控制方法，包括步驟監(jiān)控與下游加工設備有關的信號，從而檢測存在于所述信號中的瞬態(tài)；推斷出與檢測的瞬態(tài)有關的產品質量的變化；和響應推斷的產品質量變化調整與上游設備有關的加工參數(shù)。
2.權利要求1的方法，其中用于控制上游設備的加工參數(shù)是用于控制固體或者粘彈性流體的參數(shù)。
3.權利要求1的方法，其中監(jiān)控的信號選自電流、電壓或頻率信號、液壓信號或氣壓信號。
4.權利要求1的方法，其中所述上游設備是用于生產聚合物的化學反應器。
5.權利要求1的方法，其中觀察的性能參數(shù)與粉末操作設備有關。
6.權利要求4的方法，其中使用所述化學反應器生產聚合粉末，其中觀察到的下游設備的性能參數(shù)是粉末操作設備的電機電流，并且由觀察到的瞬態(tài)推斷的產品質量是存在尺寸大于在常規(guī)反應器操作條件下通過反應器名義生產的聚集的聚合粉末。
7.權利要求6的方法，其中所述聚合粉末是聚乙烯或聚丙烯。
8.權利要求1的方法，其中所述上游設備是化學反應器，并且與上游設備有關的調整的加工參數(shù)選自催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器驟冷流、反應器混合或流化、反應器粉末存量、反應器溫度、反應器壓力、及其組合。
9.權利要求7的方法，其中所述上游設備是化學反應器，并且與上游物料有關的加工參數(shù)選自催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器驟冷流、反應器混合或流化反應器粉末存量、反應器溫度、和反應器壓力、及其組合。
10.權利要求1的方法，其中監(jiān)控步驟包括如下步驟定期監(jiān)控信號以確定指示名義加工性能的基線；和之后定期觀察信號以檢測在基線之上或之下的一個或多個瞬態(tài)，以推斷在化學生產方法中生產的物料質量的變化；和在上游設備中響應一個或多個所述瞬態(tài)啟動加工控制步驟。
11.權利要求10的方法，其中使用在定期監(jiān)控步驟中獲得的數(shù)據(jù)點構建移動平均基線。
12.權利要求10的方法，還包括歸于已知事件而與加工物料質量偏差無關的數(shù)據(jù)不用于確定基線的過濾步驟。
13.權利要求11的方法，其中測定移動平均基線的持續(xù)時間響應所獲得的瞬態(tài)的類型或數(shù)量而變化。
14.一種在包括用于烯烴聚合的反應器的聚烯烴生產方法中控制聚烯烴粉末的生產的方法，包括步驟監(jiān)控與位于聚烯烴反應器下游的粉末操作設備的操作有關的信號，從而檢測存在于所述信號中的瞬態(tài)；由瞬態(tài)的存在推斷在加工物流中存在粉末大小的不良大顆粒。
15.權利要求14的方法，還包括調整與反應器有關的加工參數(shù)從而減少不良大顆粒的步驟。
16.權利要求14的方法，其中所述粉末操作設備是旋轉粉末進料器。
17.權利要求14的方法，其中所述監(jiān)控的信號選自用于控制粉末操作設備的電流、電壓或頻率信號、液壓信號或氣壓信號。
18.權利要求14的方法，其中監(jiān)控步驟包括如下步驟定期監(jiān)控信號以確定指示名義粉末大小的基線；定期測定粉末操作設備信號以檢測在基線之上的瞬態(tài)事件；和響應一個或多個所述瞬態(tài)事件啟動加工控制步驟。
19.權利要求14的方法，其中調整的加工參數(shù)選自催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器混合或流化、反應器驟冷流、反應器粉末存量、反應器溫度、和反應器壓力、及其組合。
20.權利要求14的方法，其中在反應器內烯烴原料向聚烯烴粉末的轉化至少部分以氣相發(fā)生。
21.一種在包括用于丙烯聚合的反應器的聚丙烯生產方法中控制聚丙烯粉末的生產的方法，包括步驟監(jiān)控與位于聚丙烯反應器下游的粉末操作設備的操作有關的信號，從而檢測存在于所述信號中的瞬態(tài)；由瞬態(tài)的存在推斷存在不良大顆粒；和響應推斷的大顆粒的存在調整與反應器有關的加工參數(shù)，它們選自調整攪拌速度、催化劑原料、助催化劑原料、電子給體原料、單體原料、氫原料、共聚單體原料、催化劑與助催化劑之比、催化劑活性控制劑原料、反應器驟冷流、反應器粉末存量、反應器溫度、和反應器壓力、及其組合。
22.權利要求21的方法，其中反應器是流化床反應器，并且其中調整的選擇參數(shù)還可以包括流化氣體向反應器中的流動。
23.權利要求21的方法，其中反應器是水平、攪拌、亞流化床反應器，并且其中選擇的調整參數(shù)還可以包括攪拌速度。
全文摘要
本申請公開了一種通過監(jiān)控與下游設備的操作有關的瞬態(tài)監(jiān)控并提高化學生產方法的性能的方法。
文檔編號G05B5/01GK1427965SQ01808616
公開日2003年7月2日 申請日期2001年4月20日 優(yōu)先權日2000年4月27日
發(fā)明者丹尼斯·L·麥金, 威廉·D·斯蒂芬, J·安迪·格雷, 貝茨·詹森, 戈默E·斯托弗, 詹姆斯A·華爾茲, 拉馬斯瓦米·維迪雅那塞, 戴維R·范·黑爾, 杰羅姆J·馬塞克 申請人:Bp北美公司