一種以聚烯烴微觀質量為目標的聚合工藝條件優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工產品制造領域，更準確地說本發(fā)明涉及一種聚烯烴產品的聚合工 藝條件優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 聚烯烴工業(yè)常以熔融指數(shù)作為產品的質量指標，但是熔融指數(shù)是一個非常宏觀的 參數(shù)，僅反映聚合物的平均分子量。不同產品的熔融指數(shù)有可能相同，但微觀結構卻可能千 差萬別，其使用和加工性能也相去甚遠。
[0003] 分子量分布是聚烯烴的重要微觀質量指標，對產品的機械性能和加工性能有重要 的影響。設計、開發(fā)力學性能與加工性能平衡的聚烯烴產品，需要掌握分子量分布的詳盡信 息。通常，開發(fā)新牌號聚烯烴需首先利用小試實驗提出生產數(shù)據(jù)，通過中試實驗進行生產 數(shù)據(jù)的調整，最后在工業(yè)裝置中嘗試生產。但是，聚烯烴的分子量分布無法在線檢測，需要 對產品的結構離線分析后才能得出聚合工藝條件是否正確。有時，很長時間還難以找到合 適的工藝參數(shù)達到新牌號產品的質量指標。這樣既浪費了生產時間又產生了大量的過渡產 品，降低了工廠的經(jīng)濟效益。換言之，聚烯烴分子量分布的在線測量非常困難，導致聚合物 產品質量的實時控制無法實現(xiàn)。目前，聚合過程的優(yōu)化和控制依賴于以嚴格反應機理和熱 力學狀態(tài)方程為基礎的全流程數(shù)學建模。通過能夠準確預測分子量分布的數(shù)學模型，可實 現(xiàn)分子量分布的軟測量。
[0004] 美國專利US5687090和US6093211描述了能預測聚合物分子結構諸如分子量及其 分布、共聚組成及其分布的模型化方法，并建立了相關模擬器。但是該方法局限于在已知聚 合工藝條件的前提下模擬計算聚合物的產品性質，并不適應于新產品的開發(fā)和產品的質量 控制。因為，新牌號聚烯烴的質量指標已知，需要確定的是選擇怎樣的聚合工藝條件進行生 產，這是常規(guī)的聚合過程模型化做不到的。采用先調節(jié)裝置的操作條件再判斷聚合物分子 量及其分布的方法無疑會增加開發(fā)時間、提高經(jīng)濟成本?？梢?，如果能夠基于通過對聚合工 藝條件的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、快速準確地找到適合新牌號產品質量指標的聚合工藝條件，則能降低 實驗次數(shù)、縮短嘗試時間、減少過渡產品、提高工廠的經(jīng)濟效益。
[0005] 因此，本發(fā)明針對烯烴聚合過程，建立基于嚴格反應機理的數(shù)學模型，提出以聚烯 烴微觀質量特別是分子量分布為優(yōu)化目標的優(yōu)化命題，運用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法求解最佳的工藝 操作條件。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術中開發(fā)指定分子量分布的聚烯烴新產品耗時長、效益 低的缺點，提供一種以聚烯烴微觀質量為目標的聚合工藝條件優(yōu)化方法。
[0007] 具體而言，本發(fā)明是采用以下的技術方案來實現(xiàn)，包括下述步驟：
[0008] 1)建立烯烴聚合過程的數(shù)學模型，包括如下步驟：
[0009] 1-1)確定聚合系統(tǒng)的反應器的形式、操作方法，將各反應器看作連續(xù)攪拌釜反應 器或者連續(xù)攪拌釜反應器的組合；
[0010] 1-2)根據(jù)確定的反應器的形式、操作方法，選用反應系統(tǒng)的熱力學模型并確定其 參數(shù)；
[0011] 1-3)在確定的反應器的形式、操作方法以及熱力學模型的基礎上，確定聚合動力 學機理及其參數(shù)；
[0012] 1-4)根據(jù)反應系統(tǒng)的熱力學模型和聚合動力學機理，建立聚合過程的物料衡算與 能量衡算模型，通過物料衡算與能量衡算模型計算包括瞬時分子量及其分布、共聚組成及 其分布，累積分子量及其分布、共聚組成及其分布在內的聚烯烴的分子結構信息；
[0013] 2)將聚烯烴平均分子量或分子量分布作為聚合工藝條件優(yōu)化的目標，設定聚合工 藝條件的初值；
[0014] 3)根據(jù)聚合工藝條件的值，利用步驟1)得到的物料衡算與能量衡算模型計算聚烯 經(jīng)平均分子量或分子量分布；
[0015] 4)如步驟3)計算得到的聚烯烴平均分子量或分子量分布滿足預先設定的優(yōu)化容 差，則進入步驟5)，否則修改聚合工藝條件的值，返回步驟3)進行迭代直至計算得到滿足 預先設定的優(yōu)化容差的聚烯烴平均分子量或分子量分布；
[0016] 5)將此時的聚合工藝條件的值作為優(yōu)化得到的最佳聚合工藝條件，結束本方法。
[0017] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述烯烴聚合過程為烯烴均聚或共聚過程。
[0018] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述聚合系統(tǒng)至少包括一個反應器及相關流程設備。
[0019] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述反應器的操作方法是間歇、半連續(xù)或連續(xù)。
[0020] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述烯烴聚合過程的實施方法是淤漿相、本體相或氣 相。
[0021] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述物料衡算與能量衡算模型，是單個或多個反應器 串聯(lián)的穩(wěn)態(tài)或動態(tài)模型。
[0022] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述物料衡算與能量衡算模型，能夠計算并跟蹤反應 系統(tǒng)任意時間、任意反應器的聚合物分子結構信息。
[0023] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述聚合工藝條件為反應器的溫度、壓力、氫氣與單體 摩爾比。
[0024] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述步驟2)中，根據(jù)裝置已有牌號產品的反應器內氫 氣與單體摩爾比的值，設定反應器內氫氣與單體摩爾比的初值。
[0025] 本發(fā)明的進一步特征在于：所述優(yōu)化容差為0. 0001。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明實現(xiàn)了在給定聚合物平均分子量和分子量分布的前 提下，計算得到最優(yōu)的工藝操作條件；本發(fā)明可以應用于聚合物產品結構的設計，縮短開發(fā) 新牌號聚合物的時間，從而實現(xiàn)節(jié)能減排，提高經(jīng)濟效益；本發(fā)明原理簡潔清晰，易于理解 并實施，便于實現(xiàn)計算機編程，有利于聚合物產品質量的在線控制。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的優(yōu)化方法框圖
[0028] 圖2為連續(xù)攪拌釜反應器模型（CSTR)示意圖
[0029] 圖3是乙烯淤漿兩釜串聯(lián)聚合流程以平均分子量為目