一種間歇液相本體法生產聚丙烯的設備和方法技術

本發明專利技術提供了一種間歇液相本體法生產聚丙烯的設備，所述設備包括：聚合釜；與聚合釜相連的在線紅外光譜儀，所述在線紅外光譜儀定時分析得到聚合釜內丙烯和惰性組分的含量比；與在線紅外光譜儀電連接的控制器，所述控制器能夠丙烯和惰性組分的含量比計算丙烯聚合速率、聚合放熱速率和丙烯轉化率；與聚合釜相連的溫控系統。本發明專利技術還提供了使用上述設備利用間歇液相本體法生產聚丙烯的方法。利用本發明專利技術提供的方法和設備可以控制溫度在聚合初始階段較低，后期較高，因此降低了反應初期的溫度波動，提升了反應后期的聚合活性；有效提高間歇液相法生產聚丙烯的控制穩定性和裝置產量；由丙烯轉化率來確定出料時間，解決了出料時間難以掌握的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及聚丙烯生產エ藝技術，進ー步地說，是涉及間歇液相本體法生產聚丙烯的設備和方法，能夠控制聚合反應速率，且易于控制出料時間。
技術介紹
間歇液相本體法聚丙烯生產裝置是我國自行開發的ー種聚丙烯生產エ藝，其裝置主要包括原料精制、聚合反應、閃蒸去活、造粒與包裝等エ藝單元。在聚合單元中，聚合釜均采用釜式反應器，聚合釜撤熱是依靠夾套和內冷管來實現(參見李玉貴，陳寧觀等，液相本體法聚丙烯生產及應用，中國石化出版社，1992，第一版)。普遍的操作方法是將聚合釜置換干凈后，依次向其中加入丙烯、活化劑、催化劑和氫氣，然后打開蒸汽閥門，通過熱水泵用熱水給反應器升溫；當聚合釜內反應比較激烈、放熱量比較大時，關閉蒸汽并打開冷水開始給聚合釜撤熱，反應過程中通過調節冷水量使聚合釜的溫度控制在一定范圍內；反應一定時間后，當聚合釜內出現“干鍋”的跡象，即通過回收丙烯結束反應，然后出料。所謂“干鍋”是指聚合釜內液相単體基本消失，聚合釜處于氣固體系的ー種狀態。間歇式液相本體法聚丙烯エ藝早期普遍使用絡合II催化劑。由于絡合II催化劑活性和等規度均較低，只能用于做編制袋等低檔產品；目前間歇式液相本體法聚丙烯エ藝已經普遍使用高效催化劑替代絡合II催化劑。高效催化劑活性和等規度高，產品質量好，可用于紡絲及注塑等高檔產品。從絡合II催化劑與高效催化劑丙烯液相本體聚合反應動カ曲線(見附圖1)可知，絡合II催化劑反應初期反應較弱，中后期反應平穩，放熱較均勻，但反應時間較長；高效催化劑在反應初期存在一個反應高峰，而高峰過后反應急劇減弱，因此初期放熱量較大，后期放熱量小，放熱波動較大。現在的間歇式液相本體法聚丙烯エ藝(尤其在使用高效催化劑的情況下)生產控制存在如下問題1、加冷水的時機不易把握。一般認為聚合釜內溫度在65°C左右即可加冷水。在丙烯毒性雜質較少或催化劑加入量較多的情況下，在65°C時活性已經很高，而夾套冷水的撤熱能力有限，此時加冷水時機已晩，導致反應溫度無法控制而被迫回收丙烯，結果使氫氣被回收掉，對最終產品的性能造成不利影響。在丙烯毒性雜質較多或催化劑加入量較少的情況下在65°C時活性還比較低，此時加冷水導致反應溫度升不起來而影響最終聚合活性(參見楊玉梅，遼寧化工2009(9)，647)。2、由于該控制方法維持聚合釜溫度穩定在一定范圍內，而高效催化劑恒溫下的聚合特性都是衰減型的(見附圖1)，因此導致反應過程中催化劑的前期聚合活性高，后期聚合活性低甚至無活性；由于反應釜撤熱能力的限制只能減少催化劑的用量，從而影響產量。3、出料時機不易把握。反應器“干鍋”是借助溫度、壓力、攪拌電流等反應過程中物理參數的變化來判斷清楚的，雖然這些物理參數的變化只是在反應末期比較明顯，但仍是ー個漸變的過程，并無突變點；若出料時間早，則導致回收丙烯量大而增加能耗；若出料時間晚，則有可能出現反應器內局部過熱、聚合物結塊等現象。專利公開CN1467228A公布了一種間歇式液相本體法聚丙烯聚合釜撤熱的方法，其在聚合釜的上方設置ー個冷凝器，讓冷凝下來的液相丙烯自流回聚合反應釜，而氣相(未冷凝的丙烯和不凝氣氫氣)則用ー氣體循環裝置將其送回釜內。該方法提高了聚丙烯聚合釜的撤熱能力，能夠提高裝置的聚丙烯產率，但沒有解決后期活性低的問題。在高產量下運行時，仍然存在冷水加入量和時機不易把握的問題。專利公開CN101618310A公開了ー種聚合釜及其撤熱方式。其撤熱方式為聚合釜的上端部出氣ロ釋放丙烯蒸汽經聚合釜外側外循環冷凝系統進行冷凝，冷凝后的液相、氣相丙烯靠自重和循環風機的作用流回聚合反應釜內。該方法解決了聚合釜大型化、間歇本體法生產共聚聚丙烯撤熱能力不夠的問題，使單釜產量和產品質量均得到提高。該方法也存在后期活性低的問題。在高產量下運行時，仍然存在冷水加入量和時機不易把握的問題。還有ー些報道在間歇式液相本體法聚丙烯エ藝采用先進的控制方法。通過采用復雜的先進控制方法來控制聚合反應釜升溫，加入冷水和恒溫過程。一般采用先進控制后都能解決反應釜快速升溫、加入冷水、恒溫的問題，實現自動控制。但由于這些方法本身的缺陷，仍存在后期活性低的問題。寶塔石化結合間歇式液相本體法的エ藝特點，將控制過程分為3個階段。升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段。根據操作經驗，在升溫升壓階段采用位式控制的方式實現快速升溫。在過渡階段采用模糊控制系統仿照人工控制的經驗，設計出合理的參數實現快速平穩過渡，解決了壓力和穩定超調的問題。在正常反應階段，采用PID控制方式。通過這種方式實現了反應釜的快速升溫和平穩控制，實現了自動化。但由于催化劑后期活性降低，仍存在后期活性低的問題。也有ー些文獻指出Shinskey與Weinstein提出的雙模控制(dual-mode),采用bang-bang+PID控制(可參 見欒志業,黃德先等，天津大學學報2007 (3), 346),其大致步驟為過程開始時，全力加熱，直至反應釜溫度距其設定值為tl ;然后，全力冷卻，持續時間為TDl ;此后，將夾套水溫設定值定在某個合適的中間溫度，持續時間為TD2 ;最后，用串級PID控制器控制夾套水溫度；最終發現如果參數選擇得當，雙模控制是最優的。ArthurJutan與Ashok Uppal提出將反應放熱作為一種擾動,采用適當的方法估計出來,用前饋控制抵消；余下的部分近似為線性系統，可以用PID控制.Barry與Somdro采用一般模型控制(generic model contiol,GMC)方法控制放熱間歇反應爸溫度,得到了很好的仿真結果，并且進一歩考察了操作條件與過程參數變動時被控過程的魯棒性，發現GMC的魯棒性明顯強于雙模控制，Ni等人采用模糊控制與PID混合的策略控制間歇放熱聚合反應釜的溫度，采用模糊控制器的輸出調整PID控制器的設定值，從而補償反應放熱對過程溫度造成的擾動；將此方案應用于乳液聚合的試驗設備上，發現能明顯提高控制性能。Nagy等人采用非線性預測控制控制間歇PVC聚合釜的溫度；Xia等人采用基于小波神經網絡的預測控制算法控制間歇聚丙烯反應器溫度；欒志業等人采用基于模型分解的預測控制算法也取得了很好的結果。通過這種方式實現了反應釜的快速升溫和平穩控制，實現了自動化。但其聚合放熱數據一般根據催化劑的動力學推算，難以反映裝置上原料和催化劑改變頻繁的狀況；或由聚合放熱估算，則存在很大的滯后性。同樣由于正常反應階段恒溫控制的特點，仍存在后期活性低的問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種間歇液相本體法生產聚丙烯的方法和裝置，能夠有效地控制聚合速率，在聚合反應后期仍有較高的反應活性，而且易于控制出料時間。本專利技術提供了一種間歇液相本體法生產聚丙烯的設備，所述設備包括聚合釜；與聚合釜相連的在線紅外光譜儀，所述在線紅外光譜儀定時分析得到聚合釜內丙烯和惰性組分的含量比；與在線紅外光譜儀電連接的控制器，所述控制器能夠丙烯和惰性組分的含量比計算丙烯聚合速率、聚合放熱速率和丙烯轉化率；與聚合釜相連的溫控系統。上述設備中，所述惰性組分為惰性氣體、飽和烷烴或者其他在聚合釜中不參加反應的物質中的ー種或多種。該惰性組分可以是原料中的雜質，也可以是聚合前単獨加入反應器中的。所述惰性組分優選飽和烷烴。在ー個具體實施例中，所述惰性組分為丙烷。上述設備中，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種間歇液相本體法生產聚丙烯的設備，所述設備包括：聚合釜；與聚合釜相連的在線紅外光譜儀，所述在線紅外光譜儀定時分析得到聚合釜內丙烯和惰性組分的含量比；與在線紅外光譜儀電連接的控制器，所述控制器能夠丙烯和惰性組分的含量比計算丙烯聚合速率、聚合放熱速率和丙烯轉化率；與聚合釜相連的溫控系統。

【技術特征摘要】
1.一種間歇液相本體法生產聚丙烯的設備，所述設備包括 聚合釜； 與聚合釜相連的在線紅外光譜儀，所述在線紅外光譜儀定時分析得到聚合釜內丙烯和惰性組分的含量比； 與在線紅外光譜儀電連接的控制器，所述控制器能夠丙烯和惰性組分的含量比計算丙烯聚合速率、聚合放熱速率和丙烯轉化率； 與聚合釜相連的溫控系統。2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述溫控系統與所述控制器電連接，所述控制器能夠通過溫控系統控制聚合速率。3.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述惰性組分為惰性氣體、飽和烷烴或者其他在聚合釜中不參加反應的物質中的一種或多種。4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述惰性組分為飽和烷烴。5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，所述惰性組分為丙烷。6.一種根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊芝超，杜亞鋒，劉旸，仝欽宇，陳江波，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司北京化工研究院，
類型：發明
國別省市：