專利名稱：氣相聚合反應(yīng)器的控制的制作方法
氣相聚合反應(yīng)器的控制本發(fā)明涉及用于在聚合物的生產(chǎn)中控制流化床氣相聚合反應(yīng)器的方法。具體地，本發(fā)明的方法將基于單體進料的流速的反應(yīng)器產(chǎn)率控制與流化床反應(yīng)器內(nèi)部的壓力控制結(jié)合起來。現(xiàn)有技術(shù)中，W000/22489公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在數(shù)學(xué)模型輔助下在線控制在回路反應(yīng)器和任選地氣相反應(yīng)器中生產(chǎn)的聚丙烯及其共聚物的裝置，其中所述系統(tǒng)基于包括受控變量、約束的受控變量(constrained controlled variables)、操作變量 (manipulated variables)和干擾動變量(disturbance variables)的控制矩陣。據(jù)建議， 這樣的控制系統(tǒng)能使生產(chǎn)工藝的產(chǎn)率、催化劑產(chǎn)量最大化。人們注意到，關(guān)于工藝控制的相關(guān)點事實上是經(jīng)濟方面通常要求待運行工藝能接近工廠生產(chǎn)規(guī)模的限度。然而，人們同時注意到，盡管可以通過控制催化劑流速來控制反應(yīng)器產(chǎn)率，但是當(dāng)聚合熱超過了反應(yīng)器熱交換容量限度時，為利于熱穩(wěn)定性，就應(yīng)當(dāng)更多地限制增大產(chǎn)率的目標(biāo)。WO 00/2M89提到被控制的一個變量可以是氣相反應(yīng)器的壓力，并指出用于控制氣相反應(yīng)器壓力的數(shù)學(xué)模型可以采用下述作為輸入變量送入反應(yīng)器的催化劑流速、回路反應(yīng)器的反應(yīng)介質(zhì)密度、送入氣相反應(yīng)器的共聚單體流速、氣相反應(yīng)器床層高度(bed level)以及從分離塔返回的氣體流速?，F(xiàn)有技術(shù)中還有多種的其他提議涉及對聚合反應(yīng)的控制。例如，SUU81566公開了在催化劑、H和CO2存在下，通過控制反應(yīng)器的壓力以及通過改變單體進料速度來控制進行的α -烯烴氣相聚合或共聚反應(yīng)，和通過改變(X)2和H的濃度來控制不同負載下的熔體流動指數(shù)?？紤]到催化劑的活性，以與CO2濃度成正比改變的方式來調(diào)節(jié)產(chǎn)生的聚合物粒徑，來增加反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。US2964511提出了，在液相催化聚合反應(yīng)(例如乙烯聚合)中，該聚合反應(yīng)室在帶有液相和汽相的加壓反應(yīng)區(qū)中且聚合催化劑和單體以單獨流的形式連續(xù)送入到該加壓反應(yīng)區(qū)中，反應(yīng)的控制包括檢測所述反應(yīng)區(qū)的壓力，以及為補償反應(yīng)區(qū)的汽相中的壓力變化而調(diào)節(jié)送入反應(yīng)器的單體流速。此外可以產(chǎn)生控制信號作為壓力的函數(shù)，應(yīng)用該控制信號以響應(yīng)于壓力的增加而增加所述催化劑送入所述反應(yīng)區(qū)的速度，和響應(yīng)于壓力的減少而減少所述催化劑送入所述反應(yīng)區(qū)的速度，從而使所述壓力保持在預(yù)定的限度范圍內(nèi)。US6521805涉及異丁烯聚合工藝，其中制得的聚異丁烯的性能P (粘度或者平均分子量)保持恒定。在包括沸騰液反應(yīng)相(boiling liquid reaction phase)以及與之平衡的氣相的反應(yīng)器內(nèi)，通過連續(xù)地向反應(yīng)器中引入催化劑以及含有單體的C4烴類進料混合物以及通過連續(xù)地從反應(yīng)器中引出液相反應(yīng)相，連續(xù)進行該聚合反應(yīng)。該工藝包括確定反應(yīng)器氣相中異丁烯的分壓PiC4的目標(biāo)值V，該目標(biāo)值V對應(yīng)于性能P的理想值，這是依據(jù)事先確定的在所制備的聚異丁烯的性能P與PiC4之間的經(jīng)驗關(guān)系。聚合過程中，檢測PiC4， 并計算得到PiC4的修正值(PiC4) c，通過對催化劑的流速Q(mào)c和/或C4烴類原料混合物的流速Q(mào)h施加影響，保持該修正值是大約目標(biāo)值V的常數(shù)。US6^53355涉及采用非線性預(yù)測控制法來控制化學(xué)反應(yīng)器例如氣相反應(yīng)器的方法，其包括以下步驟產(chǎn)生多個信號，這些信號既表示化學(xué)反應(yīng)器的當(dāng)前狀態(tài)和反映化學(xué)
3反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物各自組成；根據(jù)所述多個信號并參考化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物的物料滯留量 (mass hold-up)，計算化學(xué)反應(yīng)器的將來狀態(tài)；和控制與化學(xué)反應(yīng)器相關(guān)的至少一個參數(shù)， 從而控制化學(xué)反應(yīng)器的將來狀態(tài)。據(jù)建議，還需要提供使設(shè)定值例如壓力設(shè)定值等更加優(yōu)化的工藝控制方法。W096/41822建議了控制工藝的方法，該工藝用于控制在包括至少一個反應(yīng)器(R) 的工廠內(nèi)合成至少一種化學(xué)品，該反應(yīng)器(R)可被當(dāng)做完美混合反應(yīng)器，其中該控制方法中的控制變量使工藝可控，使得已知為受控變量以及與產(chǎn)品性能和/或工藝操作相關(guān)的變量的很多變量都能匹配相應(yīng)的設(shè)定值。該方法包括下述步驟(a)輸入受控變量的設(shè)定值； (b)根據(jù)工藝控制變量的實測值，用預(yù)測單元計算受控變量的預(yù)測值；(c)根據(jù)受控變量的設(shè)定值和預(yù)測值，用控制單元計算工藝控制變量的設(shè)定值；和(d)將工藝控制變量的設(shè)定值傳輸給工藝控制致動器(actuators)。對每一個被控制的工藝控制變量例如溫度、流速或壓力來說，它們的實際值都可以連續(xù)或間歇地測量，并用PID收集器比較該實際值與設(shè)定值。從現(xiàn)有技術(shù)的上述實例可以理解，聚合物反應(yīng)領(lǐng)域中已經(jīng)提議了很多涉及包括分壓控制在內(nèi)的反應(yīng)器壓力控制的方案?，F(xiàn)有技術(shù)(參見上述SU1281566,US296451UUS6521805,US6263355,W096/41822) 指出，除了進料流速之外，也可以用催化劑流速進行壓力控制?，F(xiàn)有技術(shù)(W000/22489)還指出能用催化劑流速控制反應(yīng)器產(chǎn)率。但是，現(xiàn)有技術(shù)并沒有關(guān)于如何才能將基于進料流速的反應(yīng)器產(chǎn)率控制與流化床氣相聚合反應(yīng)器的壓力控制相結(jié)合提供啟示。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以提供實用而且簡單的方法來控制流化床氣相聚合反應(yīng)器，其中將基于進料流速的反應(yīng)器產(chǎn)率控制和壓力控制相結(jié)合，沒有產(chǎn)率控制與壓力控制的對抗，其帶來了改進，即在調(diào)節(jié)GPR的單體進料速度時不用分別進行產(chǎn)率控制和壓力控制。本發(fā)明提供了用于在生產(chǎn)聚合物過程中控制流化床聚合反應(yīng)器的控制方法，該方法包括下述步驟(a)確定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率與反應(yīng)器中的壓力的比率；(b)設(shè)定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率，該產(chǎn)率基于步驟(a)的所述比率與反應(yīng)器中的所需壓力相對應(yīng)；(c)根據(jù)所述產(chǎn)率設(shè)定值，調(diào)節(jié)送入反應(yīng)器內(nèi)的單體進料速度。由此，本發(fā)明有效地將基于進料速度的反應(yīng)器產(chǎn)率控制與壓力控制相結(jié)合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可以用于改善氣相反應(yīng)器(GPR)中的生產(chǎn)或使其最大化。它可以用于保持氣相反應(yīng)器內(nèi)的壓力在理想值恒定或者幾乎恒定。相應(yīng)地，本發(fā)明還能夠幫助管理GPR并有助于獲得最大的GPR產(chǎn)量(在平均更高的壓力下運行GPR)。下面參考附

圖1。附圖1是示意方框圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施方式來控制氣相聚合反應(yīng)器的方法。根據(jù)示范性實施方式的方法，氣相反應(yīng)器(GPR)的理想產(chǎn)率(Y*)是通過GI^R壓力控制器200提供的，已經(jīng)示意性示于圖1中。GPR壓力控制器200的輸入值在圖1中示意為300。GPR的壓力⑵被檢測，作為 GPR壓力控制器200的輸入值。
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氣相反應(yīng)器中單體和惰性組分的組成和摩爾分?jǐn)?shù)也被檢測，作為GPR壓力控制器 200的輸入值。本發(fā)明的這一實施方式中，產(chǎn)率(Y)并不直接被檢測，而是通過關(guān)于質(zhì)量平衡或能量平衡的等式進行計算得到，隨后將更好地解釋本發(fā)明的GI^R壓力控制器200將基于前述產(chǎn)率(Y)、氣相反應(yīng)器的壓力(P)以及氣相反應(yīng)器內(nèi)的單體摩爾分?jǐn)?shù)的輸入值，自動產(chǎn)生反應(yīng)器產(chǎn)率的設(shè)定值(Y* = Y/P)。理想的GI3R聚合物的產(chǎn)率130 (Y*)表示用于GI3R產(chǎn)率控制的輸入變量，在圖1中的示意為100。根據(jù)所述由GPR壓力控制器200產(chǎn)生的所述值Y*，GPR產(chǎn)率控制器100能夠自動調(diào)節(jié)進入氣相反應(yīng)器的新鮮單體(例如圖1示出的C2、C3、C4)的進料速度。GI^R產(chǎn)率控制器100藉由各自的單體進料速度控制器來控制新鮮單體的進料速度，同時將用于要結(jié)合到所制備聚合物中的各種單體的百分比設(shè)定值120納入考慮。例如，如果反應(yīng)單體是乙烯和 /或丙烯和/或1- 丁烯，圖1示出了控制這些單體的方法，其術(shù)語具有下述含義——FRC C2-=乙烯進料速度控制；——FRC C3-=丙烯進料速度控制；——FRC C4- = 1- 丁烯進料速度控制；——C2-結(jié)合％=要結(jié)合入聚合物的乙烯百分比設(shè)定值；——C3-結(jié)合％=要結(jié)合入聚合物的丙烯百分比設(shè)定值；——C4-結(jié)合要結(jié)合入聚合物的1-丁烯百分比設(shè)定值。本發(fā)明的控制方法包括如下步驟步驟(a)本步驟包括，確定反應(yīng)器中聚合物的產(chǎn)率(Y)與反應(yīng)器內(nèi)各單體的分壓之和(Pm)的比率(Y/PJ。各單體的分壓之和Pn^P GPR內(nèi)惰性組分的分壓之和Pi可以由 GPR中檢測到的氣相組成確定(單體和惰性組分的摩爾分?jǐn)?shù))。比值(Y/Pm)作為一個在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的點值(punctual value)檢測，所述時間間隔通常在30秒到5分鐘之間，從而為這一預(yù)定時間間隔提供新的Y*值。步驟(b)本步驟包括用所述比率(Y/Pm)乘以值(P*-Pi)來確定產(chǎn)率的設(shè)定值 (Y*)，其中，P*是反應(yīng)器中的壓力設(shè)定值，Pi是反應(yīng)器內(nèi)惰性組分的分壓之和。值(Y/Pm) X (P*-Pi)可以由GI^R壓力控制器200在檢測到比率(Y/Pm)的同一預(yù)定時間間隔計算。通過這樣的方式，自動獲得了新的產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)。步驟(c)本步驟通過產(chǎn)率控制器(Production Rate Control)操作，該產(chǎn)率控制器由產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)起始，能夠自動調(diào)節(jié)送入氣相反應(yīng)器中的單體的進料速度。如圖1所示，將產(chǎn)率設(shè)定值(Y*) 130輸入給GPR產(chǎn)率控制器100，該GPR產(chǎn)率控制器100根據(jù) *值調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器中的單體的進料速度，從而建立流化床反應(yīng)器內(nèi)部的理想壓力設(shè)定值。作為簡化的例子，可以推斷在不存在惰性聚合組分(如氮、或丙烷)的情況下操作 GPR，此時反應(yīng)單體的分壓之和Pm等于反應(yīng)器內(nèi)總的絕對壓力P。如果氣相反應(yīng)器當(dāng)前的產(chǎn)率為Y = 4噸聚合物/小時，當(dāng)前的反應(yīng)器壓力為P = 17巴，那么圖1的GPR壓力控制器200將檢測到比率Y/P為0.235噸/(小時.巴)，然后將該比率乘以壓力設(shè)定值P*。假設(shè)P*為18巴，這意味著壓力控制器200將設(shè)定產(chǎn)率設(shè)定值 Y* 為(0. 235X18) = 4. 23 噸 / 小時。根據(jù)壓力控制器200產(chǎn)生的所述Y*值，產(chǎn)率控制器100自動調(diào)節(jié)供入氣相反應(yīng)器的烯烴單體(例如C2-、C3-、C4-，如圖1所示)的進料速度。當(dāng)所述GI^R產(chǎn)率控制器100調(diào)節(jié)新鮮烯烴單體的進料速度時，同時會考慮到要結(jié)合到所產(chǎn)生的聚合物中的單體百分比的設(shè)定值120。在示范性的情況下，根據(jù)Y*值=4. 23噸/小時(ton/h)，產(chǎn)率控制器300將增加向反應(yīng)器的單體進料速度，直到反應(yīng)器內(nèi)的壓力增加到接近設(shè)定值18巴。當(dāng)重新確立了合適壓力時，重復(fù)進行如上所述的本發(fā)明的控制方法。在上述實施例中，為了簡潔，描述為基于反應(yīng)器內(nèi)的總壓力來實施控制。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的惰性組分(例如丙烷)的分壓之和與反應(yīng)器內(nèi)各單體的分壓之和相比實際上可以忽略時，這樣的描述是合適的。這種情況至少在理論上會出現(xiàn)，但是實踐中，為了部分地去除聚合熱量(聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng))，流化床反應(yīng)器中可以存在不可忽略量的惰性組分(氮、丙烷等)。本發(fā)明還涉及計算機程序，當(dāng)該程序在計算機上運行時，能對根據(jù)上述方法制備聚合物過程中的流化床氣相聚合反應(yīng)器提供工藝控制。本發(fā)明的另一方面提供了工藝控制器，其用于控制聚合物制備過程中的流化床氣相聚合反應(yīng)器。在一個示范性的實施方式中，該控制器包括(A)用于確定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率⑴與反應(yīng)器中的壓力(P ；Pm)的比率(Y/P ； Y/PJ的裝置；(B)用于設(shè)定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率(Y*)的裝置，該產(chǎn)率(Y*)基于步驟㈧的比率與反應(yīng)器中的理想壓力(P*)相對應(yīng)；(C)用于根據(jù)反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)調(diào)節(jié)單體進入反應(yīng)器中的進料速度的裝置。根據(jù)圖1可以理解，裝置(B)可以是GI^R壓力控制器，其通過將所述比率(Y/Pm)乘以值(P*-Pi)從而計算反應(yīng)器中的產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)，P*是反應(yīng)器的壓力設(shè)定值，Pi是反應(yīng)器內(nèi)惰性組分的分壓之和。裝置(C)可以是產(chǎn)率控制器，其基于所述產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)，自動調(diào)節(jié)供入氣相反應(yīng)器的烯烴單體的進料速度。如果GPR內(nèi)的壓力超過了壓力設(shè)定值(P*) —定量例如0. 5巴時，可以施加約束條件(constraint)。這種情況下將快速降低產(chǎn)率，以減少GPR內(nèi)的壓力。進一步地，可以在裝置啟動期間不激活上述控制，因為聚合物含量(polymer level)的劇烈變化將在某些時候影響控制過程中涉及的計算。為了使GPR內(nèi)給定聚合物的產(chǎn)量最大化，應(yīng)當(dāng)將聚合物含量和GPR內(nèi)的壓力保持在可能的最大值。GPR內(nèi)的聚合物含量(polymer level)可以例如由PIDO^roportional-I ntegral-Differential)控制器通過作用于GI3R的聚合物排放閥門進行調(diào)節(jié)。壓力可以通過本發(fā)明的控制方法作用于GH 產(chǎn)率控制器的產(chǎn)率設(shè)定值來調(diào)節(jié)，其繼而作用于新鮮單體的進料速度。發(fā)明人已經(jīng)在包括流化床反應(yīng)器的聚合裝置中實踐了根據(jù)附圖1的實施方式的 GI^R壓力控制。GI^R壓力控制提供了非常滿意的結(jié)果，反應(yīng)器內(nèi)的壓力P的有效值(巴)接近于GPR壓力設(shè)定值P*。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的控制方法能夠保持反應(yīng)器內(nèi)的壓力接近理想設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.用于在聚合物的生產(chǎn)過程中控制流化床聚合反應(yīng)器的控制方法，該方法包括下述步驟(a)確定反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率與反應(yīng)器中的壓力的比率；(b)設(shè)定反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率，該產(chǎn)率基于步驟(a)的所述比率與反應(yīng)器中的理想壓力相對應(yīng)；(c)根據(jù)所述產(chǎn)率設(shè)定值，調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器內(nèi)的單體的進料速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)包括確定反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率(Y)與反應(yīng)器內(nèi)單體的分壓之和(Pm)的比率(Y/Pm)作為所述比率，所述比率(Y/Pm)作為在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的點值被檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述預(yù)定的時間間隔范圍是30秒到5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項的方法，其中步驟(b)用所述比值(Y/PJ乘以(P*-Pi) 值確定該反應(yīng)器的產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)，其中，P*是反應(yīng)器內(nèi)的壓力設(shè)定值，Pi是反應(yīng)器內(nèi)惰性組分的分壓之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項的方法，其中步驟(c)通過產(chǎn)率控制器操作，該產(chǎn)率控制器基于所述產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)自動調(diào)節(jié)供應(yīng)到該氣相反應(yīng)器中的單體的進料速度。
6.用于在聚合物的生產(chǎn)過程中控制流化床氣相聚合反應(yīng)器的工藝控制器，該控制器包括(A)用于確定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率⑴與反應(yīng)器中的壓力(P；Pm)之間的比率(Y/P ； Y/PJ的裝置；(B)用于設(shè)定反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率(Y*)的裝置，該產(chǎn)率(Y*)基于步驟(A)的比率與該反應(yīng)器中的理想壓力(P*)相對應(yīng)；(C)用于根據(jù)反應(yīng)器中的聚合物產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器中的單體的進料速度的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝控制器，其中裝置(A)將所述比率(Y/Pm)作為在預(yù)定時間間隔內(nèi)的點值進行檢測。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的工藝控制器，其中所述預(yù)定時間間隔是30秒到5分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝控制器，其中裝置(B)是一個GI^R壓力控制器，其通過將所述比率(Y/Pm)乘以(P*-Pi)值而計算得到該反應(yīng)器中的產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)，其中P*是反應(yīng)器的壓力設(shè)定值，Pi是反應(yīng)器內(nèi)惰性組分的分壓之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝控制器，其中裝置(C)是產(chǎn)率控制器，其基于所述產(chǎn)率設(shè)定值(Y*)自動調(diào)節(jié)供應(yīng)到該氣相反應(yīng)器中的單體的進料速度。
11.計算機控制程序，該程序在計算機上運行時將根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法對聚合物生產(chǎn)過程中的流化床氣相聚合反應(yīng)器提供工藝控制。
全文摘要
控制方法，其用于在特定聚合物生產(chǎn)過程中控制流化床聚合反應(yīng)器，該方法包括下述步驟(a)確定反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率與反應(yīng)器中的壓力的比率；(b)設(shè)定反應(yīng)器中的聚合物的產(chǎn)率，該產(chǎn)率基于步驟(a)的所述比率與反應(yīng)器中的理想壓力相對應(yīng)；(c)根據(jù)所述產(chǎn)率設(shè)定值，調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器內(nèi)的單體的進料速度。
文檔編號G05D27/00GK102272684SQ200980153341
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者A·米萊奧, G·巴拉里尼, L·索弗里蒂 申請人:巴塞爾聚烯烴意大利有限責(zé)任公司