СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕСОРТОВОГО ПРОДУКТА ПРИ РЕАКЦИОННЫХ ПЕРЕХОДАХ Российский патент 2010 года по МПК C08F10/02 B01J8/24 B01J19/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам регулирования протекания реакций (например, реакций полимеризации олефинов) для осуществления переходов от начальной реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющий первому набору требований) к целевой реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющий второму набору требований). Более конкретно - изобретение относится к способам снижения (или минимизации) количества несортового продукта, производимого при осуществлении такого перехода.

Уровень техники

В отношении продукта, производимого в результате непрерывной реакции, выражение «мгновенное значение свойства продукта» обозначает здесь значение свойства только что полученного количества этого продукта. Это только что полученное количество продукта обычно претерпевает смешивание с ранее полученными количествами продукта перед тем, как смесь только что полученного и ранее полученного продукта выходит из реактора. В отличие от этого, в отношении продукта, производимого в результате непрерывной реакции, «среднее» (или «среднее по слою») значение (в момент времени «T») свойства обозначает здесь значение свойства продукта, который выходит из реактора в момент времени T.

По всему этому описанию сокращение «ИР» обозначает индекс расплава, а сокращение «ИТ» обозначает индекс текучести.

По всему этому описанию, включая и формулу изобретения, фраза «несортовой продукт» (например, «несортовая» полимерная смола) предполагает, что продукт производят в реакторе с тем намерением, чтобы он соответствовал набору требований (набору из одного или более требований к одному или более свойствам продукта), и означает, что продукт имеет, по меньшей мере, одно свойство, которое не соответствует, по меньшей мере, одному требованию в наборе требований. Например, если в соответствии с набором требований необходимо, чтобы продукт имел свойство текучести смолы (например, ИР) в пределах предписанного первого интервала и плотность в пределах предписанного интервала плотности, то продукт является несортовым продуктом, если его свойство текучести смолы (например, индекс расплава) находится вне первого интервала и/или его плотность находится вне интервала плотности.

По всему этому описанию, включая и формулу изобретения, фразу «постоянная времени» для изменения свойства продукта во время перехода используют в широком смысле для обозначения одного или более параметров, которые определяют, насколько быстро изменяется это свойство во время перехода, или определяют «траекторию» продукта (изменение значения в зависимости от времени) во время перехода. Хотя свойство описывают здесь как изменяющееся с «постоянной времени» во время перехода, это не обязательно означает, что свойство изменяется по экспоненте (например, как K·e^-t/T, где K является постоянным начальным значением в начале перехода, параметр времени t=0 в начале перехода, и T является постоянной времени), хотя в некоторых вариантах воплощения изобретения одно или более свойств продукта может изменяться во время перехода экспоненциально. Хотя свойство описывают здесь как изменяющееся с «постоянной времени» во время перехода, это не обязательно означает, что свойство изменяется со скоростью, которая является фиксированной или изменяющейся во времени.

Одним обычно используемым способом производства полимеров является полимеризация в газовой фазе. Традиционный газофазный реактор с псевдоожиженным слоем при его эксплуатации по получению полиолефинов путем полимеризации содержит псевдоожиженный плотнофазный слой, включающий в себя смесь реакционного газа, частиц полимера (смолы), катализатор и модификаторы катализатора. Обычно с целью получения продукта реакции с желаемыми характеристиками может регулироваться любой из нескольких переменных параметров управления процессом.

Переход от производства полимера одного сорта к другому обычно требует наличия переходного периода для того, чтобы реактор полимеризации переключился на новые требования к смоле и соответствующие технологические условия, такие как температура реакции, реагенты и соотношения реагентов. Во время перехода от производства одного продукта-смолы к другому производится несортовой полимерный материал, который не имеет желаемой характеристики текучести смолы (например, индекса расплава), плотности или другого свойства ни начального продукта, ни требуемого целевого продукта. Кроме того, при проведении реакции полимеризации в условиях «стационарного режима» могут возникать отклонения, которые могут приводить к производству несортового полимерного материала, что может вести к снижению дохода и остановке реактора. Так как производство несортового полимерного материала приносит экономический ущерб, желательно минимизировать тот период времени, в течение которого реактор производит такой материал, и то количество материала, которое производится.

Ранее был описан ряд способов по снижению количества переходного несортового полимерного материала. Такие способы включали в себя, наряду с другими корректирующими мерами, введение в реактор замедлителя полимеризации или каталитического яда (например, CO₂ или O₂), настройку автоматических регуляторов соотношения расходов на новое значение, удаление из реактора газов-реагентов, снижение уровня содержания катализатора, корректировку количества псевдоожиженного слоя и/или добавление нереакционно-способного газа, такого как азот.

Несмотря на то, что уже существуют подходы к ограничению образования несортового материала, имеется постоянная необходимость и потребность в разработке более эффективного и экономичного способа по уменьшению количества несортового полимерного материала, производимого во время перехода к новому продукту, или в результате отклонения во время производства в стационарном режиме.

В патенте США 5627242, выданном 6 мая 1997 года, раскрыты способы регулирования реакции газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое для осуществления переходов от начальной реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющий первому набору требований) к целевой реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющей второму набору требований). В некоторых таких вариантах воплощения такой переход выполняют путем изменения параметров реакции (например, температуры и парциального давления реагента) до заданных промежуточных значений и затем изменения этих параметров до их целевых значений (для производства продукта, который соответствует второму набору требований) таким образом, чтобы уменьшить количество несортового материала, производимого во время перехода. Однако в патенте США 5627242 не раскрывается или не предлагается установление условий реакции (во время осуществления «допереходной» реакции, в которой производится продукт, удовлетворяющий набору требований, и не производится несортовой материал) перед осуществлением такого перехода для уменьшения (или минимизации) количества несортового материала, производимого во время перехода.

В патенте США 6846884, выданном 25 января 2005 года, раскрыты способы регулирования свойств смолы в ходе производства полиолефинов. В некоторых вариантах воплощения в этих способах осуществляют быстрые переходы от начальной реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющий первому набору требований) к целевой реакции (в которой производят продукт, удовлетворяющий второму набору требований). В некоторых таких вариантах воплощения используют скоординированное управление температурой реакции в комбинации со вторичным технологическим параметром для регулирования свойств текучести смолы с целью осуществления перехода (например, для перехода от производства полимера одного сорта к другому сорту) быстро и таким образом, чтобы минимизировать количество несортового материала, производимого во время перехода.

В патенте США 6846884 описан способ снижения количества несортового полиолефина, производимого во время перехода (в процессе непрерывной реакции полимеризации) от производства первого полиолефина к производству второго полиолефина, причем второй полиолефин производят при другой температуре реакции, чем первый полиолефин. Температуру целевой реакции (для производства второго полиолефина) сравнивают с температурой начальной реакции, затем изменяют температуру реакции (до значения выше или ниже целевой температуры, по обстоятельствам) и модифицируют подачу газов-реагентов. В начале перехода температуру реакции опускают примерно на 20°C ниже температуры целевой реакции, если целевая температура является более низкой, или поднимают примерно на 20°C выше целевой температуры, если целевая температура является более высокой, и одновременно изменяют подачу одного или более газов для того, чтобы изменить состав газа в реакторе. Температуру реакции затем сдвигают к целевой температуре по мере того, как среднее значение текучести смолы приближается к целевому значению. Если это желательно, то измененная температура реакции и состав газа могут поддерживаться на изначально измененном уровне до тех пор, пока среднее значение текучести смолы всего полиолефина в реакторе находится в пределах приемлемого интервала целевого значения текучести смолы второго полиолефина, после чего температура реакции может быть сдвинута к температуре целевой реакции по мере того, как среднее значение текучести смолы приближается к целевому значению текучести смолы.

Однако в патенте США 6846884 не раскрывается или не предлагается установление условий реакции (во время осуществления «допереходной» реакции, в которой производится продукт, удовлетворяющий набору требований, и не производится несортовой материал) перед осуществлением перехода к другой реакции для уменьшения (или минимизации) количества несортового материала, производимого во время перехода.

Сущность изобретения

В одном классе вариантов воплощения изобретение представляет собой способ определения начальных условий для перехода от начальной реакции к целевой реакции таким образом, чтобы значительно уменьшить (а предпочтительно - минимизировать или по существу минимизировать) количество несортового продукта, производимого во время перехода. В этом контексте «значительное снижение» количества произведенного несортового продукта означает значительное снижение ниже того количества, которое бы было произведено при определенных случайным образом (или средних из определенных случайным образом) начальных условиях для перехода. В некоторых вариантах воплощения способа по изобретению также определяют предпочтительные переменные параметры управления процессом для осуществления перехода. Некоторые варианты воплощения также включают в себя стадии установления условий реакции в отношении условий начальной реакции для, по меньшей мере, существенной минимизации производства несортового материала (перед осуществлением перехода), и затем осуществление перехода (таким образом, который определен в соответствии с изобретением) для достижения условий целевой реакции в конце перехода.

Во время начальной реакции продукт должен производиться со свойствами, удовлетворяющими набору начальных требований. Во время перехода производимый продукт может впервые перестать соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия (набору начальных требований) любых одного, двух или более свойств продукта. Иногда в описании используется выражение, что продукт, произведенный во время перехода, «становится несортовым» вследствие того, что свойство A или Свойство A «является причиной» производства несортового продукта (при этом свойство «A» является любым свойством продукта, предписанным набором начальных требований), для обозначения того, что продукт перестает соответствовать набору начальных требований, так как свойство A перестает соответствовать набору начальных требований.

В некоторых вариантах воплощения в качестве «первичного» свойства идентифицируют одно из свойств продукта, которое может быть причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое другое из этих свойств, в том смысле, что во время перехода может быть произведено большее количество продукта, который оказывается не соответствующим как набору начальных требований, так и набору целевых требований вследствие несоответствия первичного свойства (набору начальных требований и набору целевых требований), нежели чем вследствие несоответствия любого другого из свойств продукта набору начальных требований и набору целевых требований.

В некоторых вариантах воплощения одно из свойств продукта идентифицируют как первичное свойство, и в способе по изобретению определяют переменные параметры управления процессом для осуществления перехода так, что продукт, производимый во время перехода, становится несортовым вследствие первичного свойства в первый момент времени и становится несортовым вследствие каждого из, по меньшей мере, одного непервичного свойства продукта в момент времени, равный (или по существу равный) первому моменту времени, первичное свойство впервые соответствует набору целевых требований во второй момент времени, и каждое непервичное свойство впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, по меньшей мере, по существу равный, но не более поздний, чем второй момент времени. В результате осуществления перехода, в соответствии с такими переменными параметрами управления процессом, каждое непервичное свойство может относительно медленно изменяться во время перехода (например, постоянная времени для изменения каждого непервичного свойства максимизирована), к которому применимы другие ограничения (например, уменьшение или минимизация количества производимого несортового материала), налагаемые изобретением.

В типичных вариантах воплощения во время начальной и целевой реакций производят смолу. Количество несортовой смолы, образующейся во время перехода от производства начального продукта-смолы (имеющего свойства, определяемые набором начальных требований) к конечному продукту-смоле (имеющему свойства, определяемые набором целевых требований), может быть значительно уменьшено (а предпочтительно - минимизировано) в соответствии с изобретением путем производства смолы с выбранным набором начальных свойств продукта-смолы (в пределах интервала, допускаемого набором начальных требований) в начале перехода. В типичных вариантах воплощения выбранные начальные свойства продукта-смолы (в начале перехода) включают в себя плотность смолы и свойство текучести смолы (например, ИР или ИТ). За счет оптимального выбора начальных свойств продукта-смолы в начале перехода объем несортового продукта может обычно быть снижен на целых 35% ниже того количества, которое было бы произведено при определенных случайным образом свойствах начального продукта-смолы (в пределах интервала, допускаемого набором начальных требований) в начале перехода. Выбранные свойства начального продукта-смолы (в начале перехода) могут быть заранее определены на основе накладываемых реактором ограничений, динамики процесса и свойств конечного (целевого) продукта. Накладываемые реактором ограничения, динамика процесса и свойства целевого продукта могут быть смоделированы с использованием аналитических и численных методов. Оптимальные свойства начального продукта-смолы (в начале перехода), определенные в соответствии с изобретением (например, с помощью численных, графических и/или аналитических методов), обычно являются не интуитивными, а наоборот обычно являются не согласующимися с общепринятым мышлением.

В некоторых вариантах воплощения в способе по изобретению определяют параметры для перехода от первой реакции по производству продукта (имеющего свойства, определяемые набором начальных требований) к целевой реакции по производству целевого продукта (имеющего свойства, определяемые набором целевых требований), включая параметры начальной реакции для начала перехода и постоянные времени для изменения параметров продукта во время перехода. Способ включает в себя стадии:

(a) определения первичного свойства продукта (из свойств, предписанных набором начальных требований и набором целевых требований);

(b) определения первоначального значения первичного свойства (в начале перехода), которое минимизирует или по существу минимизирует количество несортового продукта, производимого во время перехода, и является причиной того, что производимый во время перехода продукт перестает соответствовать набору начальных требований в первый момент времени (в начале или во время перехода) вследствие несоответствия первичного свойства набору начальных требований, и является причиной того, что первичное свойство продукта, производимого во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований во второй момент времени (в конце перехода); и

(c) определения первоначального значения для каждого из, по меньшей мере, одного непервичного свойства продукта (причем каждое непервичное свойство является одним из свойств помимо первичного свойства, предписанных набором начальных требований и набором целевых требований) в начале перехода, и определения постоянной времени для изменения каждого упомянутого непервичного свойства во время перехода, так что продукт, производимый во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого упомянутого непервичного свойства набору начальных требований в момент времени во время перехода, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени.

Предпочтительно - стадия (c) также включает в себя стадию определения постоянной времени для изменения каждого упомянутого непервичного свойства так, что каждое упомянутое непервичное свойство продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает со вторым моментом времени. В одном примере первоначальные условия (и постоянную времени) для каждого из вторичного свойства и третичного свойства продукта (а необязательно - также и для дополнительных свойств продукта) определяют так, что продукт, произведенный во время перехода, перестает (в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени) соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого из первичного свойства, вторичного свойства и третичного свойства (а необязательно - также и дополнительных свойств) набору начальных требований, и каждое из первичного свойства, вторичного свойства и третичного свойства (а необязательно - также и дополнительных свойств) продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает со вторым моментом времени. Каждое непервичное свойство предпочтительно становится «несортовым» в (или по существу в) такой же момент времени, что и первичное свойство, и каждое непервичное свойство достигает значения в соответствии с набором целевых требований как можно позже (но не позже, чем тот момент времени, в который первичное свойство достигает значения в соответствии с набором целевых требований) с тем, чтобы максимизировать постоянную времени для изменения каждого непервичного свойства. Обычно является предпочтительным (например, для упрощения регулирования реакции) относительно медленно изменять каждое непервичное свойство продукта во время перехода без увеличения количества производимого несортового продукта.

Необязательно упомянутый выше способ, включающий в себя стадии (a), (b) и (c), также включает в себя стадию:

(d) осуществления перехода путем регулирования переменных параметров управления процессом так, что первичное свойство имеет первоначальное значение, определенное на стадии (b), в начале перехода, и так, что продукт, произведенный во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований в упомянутый первый момент времени вследствие несоответствия первичного свойства набору начальных требований и перестает соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого упомянутого непервичного свойства набору начальных требований в момент времени во время перехода, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени.

В некоторых вариантах воплощения способа по изобретению, который включает в себя стадию идентификации первичного свойства продукта, произведенного в реакторе (из свойств, предписанных набором начальных требований и набором целевых требований), стадия идентификации первичного свойства может включать в себя стадии:

получения данных (например, «исторических» данных о предшествующем протекании процесса, данных математического или физического моделирования), указывающих на мгновенные и средние свойства продукта (например, средние по слою свойства, когда продукт производят в реакторе с псевдоожиженным слоем) для каждого из ряда различных свойств продукта до, во время и после перехода, когда каждое из различных свойств соответствует набору начальных требований в начале переноса; и

идентификации в качестве первичного свойства, исходя из этих данных, одного из свойств продукта, которое может быть причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое другое из свойств. Это может быть сделано следующим образом: определяют, что переход может быть осуществлен так, чтобы производить первое количество несортового продукта, который оказывается не соответствующим ни набору начальных требований, ни набору целевых требований вследствие несоответствия первичного свойства (набору начальных требований и набору целевых требований), и также определяют, что переход не может быть осуществлен так, чтобы производить количество, равное или большее, чем первое количество несортового продукта, который оказывается не соответствующим ни набору начальных требований, ни набору целевых требований вследствие несоответствия любого другого из свойств продукта набору начальных требований и набору целевых требований.

В других вариантах воплощения способ включает в себя стадии:

(a) определения оптимальных первоначальных значений (в начале реакционного перехода) и начальных моментов времени изменения (для начала изменения каждого свойства продукта), и постоянных времени (для изменения каждого свойства продукта во время перехода) для первичного свойства продукта (например, одного из ИР и плотности), вторичного свойства продукта (например, другого одного из ИР и плотности) и, необязательно, также одного или более дополнительных (например, третичного) свойств продукта; и

(b) определения технологических параметров (например, температуры, состава газа, состава сомономера, парциального давления этилена и/или состава катализатора) для установления мгновенных значений свойств продукта на оптимальные первоначальные значения, определенные на стадии (a), и определения того, как варьировать каждый из этих технологических параметров в зависимости от времени для осуществления перехода таким образом, который согласуется с начальными моментами времени изменения и постоянными времени, определенными на стадии (a).

Обычно стадию (b) осуществляют путем использования модели реакционного процесса, которая связывает свойства продукта с мгновенными значениями технологических параметров. Предпочтительно способ также включает в себя стадию:

(c) осуществления перехода путем регулирования технологических параметров для установления мгновенных свойств продукта на оптимальные первоначальные значения, определенные на стадии (a), и изменения мгновенных свойств продукта таким образом, который согласуется с каждым упомянутым начальным моментом времени изменения и постоянной времени, определенными на стадии (a).

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан упрощенный вид в поперечном разрезе системы, включающей в себя реактор (10) с псевдоожиженным слоем, работа которого может регулироваться в соответствии с изобретением.

На фиг.2 показан упрощенный вид в поперечном разрезе другого реактора с псевдоожиженным слоем, работа которого может регулироваться в соответствии с изобретением.

На фиг.3 показан упрощенный вид в поперечном разрезе другого реактора с псевдоожиженным слоем, работа которого может регулироваться в соответствии с изобретением.

На фиг.4 приведен график смоделированного мгновенного и среднего по слою индекса расплава (ИР) в единицах грамм за 10 минут полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем.

На фиг.5 приведен график смоделированной мгновенной и средней по слою плотности (в единицах грамм/см³) полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем.

На фиг.6 приведен график смоделированного мгновенного и среднего по слою ИР полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем, предполагая другое начальное значение, чем на фиг.4.

На фиг.7 приведен график смоделированной мгновенной и средней по слою плотности полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем, предполагая другое начальное значение, чем на фиг.5.

На фиг.8 приведен график смоделированной мгновенной и средней по слою плотности полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем, предполагая другое начальное значение, чем на фиг.7.

На фиг.9 приведен график смоделированной мгновенной и средней по слою плотности полиолефина, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем, предполагая другое начальное значение и постоянную времени для изменения, чем на фиг.7 или 8.

На фиг.10 приведена блок-схема одного варианта воплощения способа по изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

Реакторная система, работа которой может регулироваться в соответствии с изобретением, будет описана далее со ссылкой на фиг.1. Система по фиг.1 включает в себя реактор 10 с псевдоожиженным слоем. Реактор 10 имеет нижний конец 11, верхнюю секцию 19, цилиндрическую (прямую) секцию 14 между нижним концом 11 и верхней секцией 19 и распределительную плиту 12 внутри секции 14. Диаметр каждого горизонтального сечения секции 19 является большим, чем диаметр прямой секции 14. В процессе работы плотнофазная поверхность 18 является границей между бедно-фазным материалом, присутствующим внутри реактора 10 (выше плотнофазной поверхности 18), и плотнофазным материалом 16 внутри реактора 10 (в объеме, ограниченном секцией 14, плитой 12 и поверхностью 18). В процессе работы «надводная» поверхность 20 реактора 10 включает в себя внутреннюю поверхность верхней секции 19 и часть внутренней поверхности секции 14 над поверхностью 18.

Система по фиг.1 также имеет контур регулирования охлаждения, который включает в себя холодильник 30 с циркулирующим газом и компрессор 32, подсоединенный к реактору 10, как показано на чертеже. Во время работы охлажденный циркулирующий газ протекает из холодильника 30 через вход 34 в реактор 10, затем распространяется вверх через упомянутый слой и выходит из реактора 10 через выход 33. Охлаждающую текучую среду (температура которой повысилась во время ее протекания через реактор 10) прокачивают с помощью компрессора 32 из выхода 33 назад в холодильник 30. Датчики температуры (не показаны) на входе и на выходе из холодильника 30 обеспечивают обратную связь с холодильником 30 и/или компрессором 32 для регулирования той степени, до которой холодильник 30 понижает температуру текучей среды, входящей в его вход и/или расход через компрессор 32.

Реактор 10 может быть реализован как реактор получения мЛПЭНП (линейного полиэтилена низкой плотности на металлоценовом катализаторе) с прямой секцией 14, имеющей высоту 47 футов и шесть дюймов (от точки A до точки B), и распределительной плитой 12, расположенной на три фута и один дюйм выше точки A.

Система по фиг.1 также включает в себя датчики 5, 6, 7 и 8 температуры поверхностного слоя (обычно реализованные как термопарные датчики с малым временем отклика), установленные в положениях вдоль прямой секции 14 стенки реактора так, чтобы выступать из стенки реактора в псевдоожиженный слой на небольшое расстояние (например, на одну восьмую дюйма). Датчики 5-8 выполнены и расположены с возможностью измерения температуры поверхностного слоя (т.е. температуры псевдоожиженного слоя очень близко к стенке реактора 10) во время работы реактора.

Система по фиг.1 также включает в себя резистивный датчик 9 температуры, который расположен и выполнен с возможностью измерения температуры псевдоожиженного слоя во время работы реактора в некотором месте внутри реактора 10 далеко от стенки реактора. Резистивный датчик 9 температуры устанавливается так, чтобы выступать в псевдоожиженный слой (например, от 8 до 18 дюймов от стенки реактора) на большее расстояние вглубь, чем выступают датчики 5, 6, 7 или 8. Обычно резистивный датчик 9 температуры устанавливают внутри подходящего термокармана, который выступает в псевдоожиженный слой на достаточное расстояние. Такой термокарман может защищать датчик 9 от абразивных воздействий, которым он мог бы в противном случае подвергаться во время работы реактора, и позволяет удалять и заменять датчик 9 без необходимости в остановке реактора.

Для измерения других характеристик системы по фиг.1 во время работы могут также быть использованы другие датчики, и различные датчики и другие приборы могут быть использованы для измерения мгновенных и средних по слою свойств продукта, производимого с помощью системы по фиг.1.

Хорошо известно, как регулировать переменные параметры управления процессом (например, для регулирования состава газовой фазы внутри реактора 10, концентрации сомономера, вводимого в реактор 10, парциального давления, по меньшей мере, одного реагента (например, этилена), вводимого в реактор, и типа и свойств каждого катализатора, вводимого в реактор 10, и для использования элементов 30 и 32 описанным выше образом для регулирования температуры) для управления различными реакциями, осуществляемыми с помощью системы по фиг.1. В некоторых вариантах воплощения изобретения переход во время работы реактора (например, реактора по фиг.1, 2 или 3) осуществляется путем регулирования переменных параметров управления процессом так, что первичное свойство продукта имеет оптимальное первоначальное значение в начале перехода, продукт, произведенный во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований в первый момент времени вследствие несоответствия мгновенного значения первичного свойства набору начальных требований, и продукт, произведенный во время реакции, перестает соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия мгновенного значения каждого из, по меньшей мере, одного непервичного свойства набору начальных требований в момент времени во время перехода, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени.

На фиг.2 показан упрощенный вид в поперечном разрезе другого реактора с псевдоожиженным слоем, работа которого может регулироваться в соответствии с изобретением. Реактор по фиг.2 имеет цилиндрическую (прямую) секцию между его нижним концом и его верхней секцией и распределительную плиту 12 внутри прямой секции. В процессе работы плотнофазная поверхность 88 является границей между бедно-фазным материалом, присутствующим внутри реактора (выше плотнофазной поверхности 88), и плотнофазным материалом 86 внутри реактора (в объеме, ограниченном прямой секцией, плитой 12 и поверхностью 88).

На фиг.3 показан упрощенный вид в поперечном разрезе другого реактора с псевдоожиженным слоем, работа которого может регулироваться в соответствии с изобретением. Реактор по фиг.3 имеет цилиндрическую (прямую) секцию между его нижним концом и его верхней секцией и распределительную плиту 12 внутри прямой секции. Диаметр каждого горизонтального поперечного сечения верхней секции является большим, чем диаметр прямой секции, но верхняя секция реактора по фиг.3 выполнена имеющей иную форму, чем верхняя секция реактора 10 по фиг.1. При работе реактора по фиг.3 плотнофазная поверхность 98 является границей между бедно-фазным материалом, присутствующим внутри реактора (выше плотнофазной поверхности 98), и плотнофазным материалом 96 внутри реактора (в объеме, ограниченном прямой секцией, плитой 12 и поверхностью 98).

Далее будет описано несколько вариантов воплощения изобретения со ссылкой на фиг.4-9. Каждая из фиг.4-9 является графиком данных, которые моделируют переход (при производстве полиолефина в реакторе с псевдоожиженным слоем) от начальной реакции, в которой продукт имеет ИР (индекс расплава) и плотность, определяемые набором начальных требований, к целевой реакции, в которой продукт имеет ИР и плотность, определяемые набором целевых требований. В частности, набор начальных требований требует ИР в интервале от 22 до 26 граммов за 10 минут и плотность в интервале от 0,922 до 0,926 грамм/см³, а набор целевых требований требует ИР в интервале от 0,80 до 1,20 грамма за 10 минут и плотность в интервале от 0,916 до 0,920 грамм/см³. Моделирование предполагает, что во время перехода выход за этот интервал ИР недопустим, что максимально допустимый выход за интервал плотности во время перехода составляет 0,915 грамм/см³, и что производительность составляет 7,0 тысяч фунтов/час и масса слоя составляет 30 тысяч фунтов.

Кривая 50 на фиг.4 изображает средний по слою ИР (в единицах грамм за 10 минут), а кривая 51 на фиг.4 изображает мгновенный ИР (в единицах грамм за 10 минут), при этом для обоих предполагается, что начальное среднее по слою значение ИР (в начале перехода) составляет 22,00 грамма за 10 минут. Кривые 50 и 51 показывают, что переход начинается (и что ИР впервые перестает соответствовать начальному требованию) в момент времени t=450 минут, и кривая 50 показывает, что ИР продукта впервые соответствует целевому требованию при t=1345 минут. На фиг.4 предполагается, что мгновенное значение ИР изменяется во время перехода с постоянной времени 0,5 часа.

Кривая 52 на фиг.5 показывает среднюю по слою плотность (в единицах грамм на см³), а кривая 53 на фиг.5 показывает мгновенную плотность (в единицах грамм на см³), при этом для обоих предполагается, что начальное среднее по слою значение плотности (в начале перехода) составляет 0,922 грамма на см³. Кривая 52 показывает, что плотность продукта впервые перестает соответствовать начальному требованию при t=580 минут, и что плотность продукта впервые соответствует целевому требованию при t=735 минут. Кривые 52 и 53 показывают, что мгновенные и средние по слою значения плотности впервые начинают изменяться при t=450 минут. На фиг.5 предполагается, что мгновенное значение плотности изменяется во время перехода с постоянной времени 0,75 часа.

Кривая 54 на фиг.6 показывает среднее по слою ИР (в единицах грамм за 10 минут), а кривая 55 на фиг.6 показывает мгновенный ИР (в единицах грамм за 10 минут), при этом для обеих предполагается, что начальное значение среднего по слою ИР (в начале перехода) составляет 26,00 граммов за 10 минут. Кривая 54 показывает, что ИР впервые перестает соответствовать начальному требованию при t=560 минут, и что ИР впервые соответствует целевому требованию при t=1370 минут. Кривые 54 и 55 показывают, что мгновенные и средние по слою значения ИР впервые начинают изменяться в некоторый момент времени до t=560 минут. На фиг.6 предполагается, что мгновенное значение ИР изменяется во время перехода с постоянной времени 0,5 часа.

Кривая 56 на фиг.7 показывает среднюю по слою плотность (в единицах грамм на см³), а кривая 57 на фиг.7 показывает мгновенную плотность (в единицах грамм на см³), при этом для обеих предполагается, что начальное среднее по слою значение плотности (в начале перехода) составляет 0,926 грамма на см³. Кривая 56 показывает, что плотность впервые перестает соответствовать начальному требованию при t=730 минут, и что плотность продукта впервые соответствует целевому требованию при t=855 минут. На фиг.7 предполагается, что мгновенное значение плотности изменяется во время перехода с постоянной времени 0,75 часа.

Кривая 60 на фиг.8 показывает среднюю по слою плотность (в единицах грамм на см³), а кривая 61 на фиг.8 показывает мгновенную плотность (в единицах грамм на см³), при этом для обеих предполагается, что начальное среднее по слою значение плотности (в начале перехода) составляет 0,9228 грамма на см³. Кривая 60 показывает, что плотность впервые перестает соответствовать начальному требованию при t=560 минут, и что плотность продукта впервые соответствует целевому требованию при t=725 минут. На фиг.8 предполагается, что мгновенное значение плотности изменяется во время перехода с постоянной времени 0,75 часа.

Кривая 64 на фиг.9 показывает среднюю по слою плотность (в единицах грамм на см³), а кривая 65 на фиг.9 показывает мгновенную плотность (в единицах грамм на см³), при этом для обоих предполагается, что начальное среднее по слою значение плотности (в начале перехода) составляет 0,9221 грамма на см³. Кривая 64 показывает, что плотность впервые перестает соответствовать начальному требованию при t=560 минут, и что плотность продукта впервые соответствует целевому требованию при t=1370 минут. На фиг.9 предполагается, что мгновенное значение плотности изменяется во время перехода с постоянной времени 7,40 часа.

В одном классе вариантов воплощения изобретение представляет собой способ определения начальных условий для перехода (от начальной реакции к целевой реакции) так, чтобы уменьшить (или минимизировать или по существу минимизировать) количество несортового материала, производимого во время перехода. В некоторых вариантах воплощения способа по изобретению также определяют предпочтительные переменные параметры управления процессом для осуществления перехода. Некоторые варианты воплощения также включают в себя стадии установления условий реакции на предпочтительные условия начальной реакции (до осуществления перехода) и затем осуществления перехода (определенным в соответствии с изобретением образом) для достижения условий целевой реакции в конце перехода.

В типичных вариантах воплощения изобретения одно из свойств продукта (предписанное как набором начальных требований, так и набором целевых требований), которое может быть причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое другое из свойств, идентифицируют в качестве «первичного» свойства. Например, для осуществления перехода, начальные и целевые требования к которому изложены на фиг.4-9 в соответствии с вариантом воплощения изобретения, первичное свойство может быть идентифицировано путем определения того, что большее количество продукта, производимого во время перехода (осуществляемого многообразием различных путей), может оказаться не соответствующим как набору начальных требований, так и набору целевых требований вследствие несоответствия одного свойства (т.е. первичного свойства) набору начальных свойств и набору целевых свойств, чем вследствие несоответствия любого другого из свойств продукта набору начальных требований и набором целевых требований.

Рассмотрим следующий конкретный пример, в котором ИР идентифицируют в качестве первичного свойства для перехода, начальные и целевые требования к которому изложены на фиг.4-9. Моделирования, лежащие в основе фиг.4-9, показывают следующее:

моделирование в предположении, что ИР изменяется так, как показано на фиг.4, и плотность изменяется так, как показано на фиг.5, демонстрирует, что суммарное количество несортового продукта, произведенного во время перехода, составляет 104,4 тысяч фунтов, и эти 104,4 тысяч фунтов являются количеством несортового по ИР продукта (количеством несортового продукта, произведенного во время перехода, который не соответствует набору как начальных требований, так и целевых требований вследствие несоответствия его ИР любому набору требований), и что 18,1 тысяч фунтов являются количеством несортового по плотности продукта (количеством несортового продукта, произведенного во время перехода, который не соответствует набору как начальных требований, так и целевых требований вследствие несоответствия его плотности любому набору требований);

моделирование в предположении, что ИР изменяется так, как показано на фиг.6, и плотность изменяется так, как показано на фиг.7, демонстрирует, что суммарное количество несортового продукта, произведенного во время перехода, составляет 94,5 тысяч фунтов, и эти 94,5 тысяч фунтов являются количеством несортового по ИР продукта, и что 14,6 тысяч фунтов являются количеством несортового по плотности продукта;

моделирование в предположении, что ИР изменяется так, как показано на фиг.6, и плотность изменяется так, как показано на фиг.8, демонстрирует, что суммарное количество несортового продукта, произведенного во время перехода, составляет 94,5 тысяч фунтов, и эти 94,5 тысяч фунтов являются количеством несортового по ИР продукта, и что 19,3 тысяч фунтов являются количеством несортового по плотности продукта; и

моделирование в предположении, что ИР изменяется так, как показано на фиг.6, и плотность изменяется так, как показано на фиг.9, демонстрирует, что суммарное количество несортового продукта, произведенного во время перехода, составляет 94,5 тысяч фунтов, и эти 94,5 тысяч фунтов являются количеством несортового по ИР продукта, и что 94,5 тысяч фунтов являются количеством несортового по плотности продукта.

Таким образом, моделирования, которые лежат в основе фиг.4-9, показывают, что большее количество продукта, произведенного во время перехода (осуществляемого многообразием различных путей), не соответствует ни набору начальных требований, ни набору целевых требований вследствие несоответствия ИР обоим наборам требований, а не вследствие несоответствия плотности обоим наборам требований. Это означает, что ИР, а не плотность, является первичным свойством продукта. В соответствии с изобретением, идентификация ИР в качестве первичного свойства продукта может (и обычно могла бы) быть подтверждена дополнительным моделированиям, которые предполагают другие начальные условия в начале перехода, и другие значения постоянной времени для изменения ИР и плотности во время перехода.

В некоторых вариантах воплощения изобретения (в которых одно свойство продукта идентифицируют в качестве первичного свойства) идентифицируют предпочтительные переменные параметры управления процессом для осуществления перехода, являющиеся причиной того, что произведенный во время перехода продукт становится «несортовым» вследствие первичного свойства и вследствие каждого из, по меньшей мере, одного другого свойства продукта в это же самое время (или по существу в это же самое время). Также предпочтительно, чтобы предпочтительные переменные параметры управления процессом заставляли каждое непервичное свойство достигать значения, которое соответствует набору целевых требований, как можно позже во время перехода (но не позже чем тот момент времени, когда первичное свойство достигает значения, соответствующего набору целевых требований). В результате осуществления перехода с использованием таких переменных параметров управления процессом каждое непервичное свойство изменяется относительно медленно во время перехода (т.е. постоянная времени для изменения каждого непервичного свойства максимизирована), при учете других ограничений, налагаемых в соответствии с изобретением.

Например, рассмотрим вариант воплощения, в котором ИР идентифицируют в качестве первичного свойства для перехода, наборы начальных и целевых требований к которому изложены на фиг.4-9 (как показано на фиг.4-9, набор начальных требований требует, чтобы 22,00 грамма за 10 минут≤ИР≤26,00 граммов за 10 минут, и чтобы 0,922 грамма на см³≤плотность≤0,926 грамма на см³, а набор целевых требований требует, чтобы 0,80 грамма за 10 минут≤ИР≤1,20 грамма за 10 минут, и чтобы 0,916 грамма на см³≤плотность≤0,920 грамма на см³). Начальные условия, указываемые кривой 54 на фиг.6 и кривой 56 на фиг.7 для этого перехода (т.е. начальный средний по слою ИР=26,00 граммов за 10 минут, и начальная средняя по слою плотность=0,926 грамма на см³), минимизируют количество несортового материала, производимого во время перехода. Однако хотя осуществление перехода, соответствующего фиг.6 и 7 (включая выбор начальных условий, указанных кривыми 54 и 56), и минимизирует производство несортового материала в соответствии с изобретением (производится в результате только 94,5 тысяч фунтов несортового продукта), оно требует, чтобы как ИР, так и плотность изменялись бы быстро (т.е. с постоянными времени 0,5 и 0,75 часа соответственно) во время перехода.

Осуществление перехода, соответствующего фиг.6 и 8 (включая выбор начальных условий, указанных кривыми 54 и 60) или фиг.6 и 9 (включая выбор начальных условий, указанных кривыми 54 и 64), также минимизирует производство несортового материала в соответствии с изобретением (производится в результате только 94,5 тысяч фунтов несортового продукта). Осуществление перехода, соответствующего фиг.6 и 9 (а не фиг.6 и 8 или фиг.6 и 7), является предпочтительным, так как оно не только минимизирует производство несортового материала в соответствии с изобретением, но также исключает потребность в быстром изменении плотности (т.е. оно предписывает значительно более медленное изменение плотности с постоянной времени 7,40 часа) во время перехода. В отличие от этого, осуществление перехода, соответствующего любой паре из фиг.6 и 9, фиг.6 и 8, или фиг.6 и 7, требует изменения ИР с постоянной времени 0,5 часа во время перехода.

Предпочтительный способ идентификации предпочтительных начальных условий и переменных параметров управления процессом, соответствующих фиг.6 и 9, уже идентифицировавший начальные условия и переменные параметры управления процессом (т.е. указанные на фиг.6 и 7), которые минимизируют производство несортового материала, включает в себя следующие стадии:

определение начальных условий и переменных параметров управления процессом, которые являются причиной того, что продукт, производимый во время перехода, становится несортовым вследствие каждого рассматриваемого непервичного свойства продукта (т.е. плотности) в то же самое (или по существу то же самое) время, когда производимый продукт становится несортовым вследствие первичного свойства. Таким образом, определяют начальные условия и переменные параметры управления процессом, соответствующие фиг.6 и 8. На фиг.6 продукт, произведенный во время перехода, становится «несортовым» вследствие первичного свойства (ИР) при t=560 минут. Определив это время (t=560 минут), определяют начальные значения и переменные параметры управления процессом, которые приводят к фиг.8, вызывая превращение производимого при переходе продукта в несортовой вследствие плотности в то же самое время (t=560 минут) без увеличения суммарного количества несортового продукта, производимого во время перехода; и

затем определение предпочтительных начальных условий и переменных параметров управления процессом (т.е. тех, которые соответствуют фиг.6 и 9), которые приводят к тому, что каждое рассматриваемое непервичное свойство (т.е. плотность) достигает значения, которое соответствует набору целевых требований, как можно позже (но не позже, чем тот момент времени, когда первичное свойство достигает значения, которое соответствует набору целевых требований), и приводят к тому, что продукт, произведенный во время перехода, становится несортовым вследствие каждого рассматриваемого непервичного свойства продукта (т.е. плотности) в то же самое (или по существу то же самое) время, когда производимый продукт становится несортовым вследствие первичного свойства и без увеличения суммарного количества несортового продукта, произведенного во время перехода. На фиг.8 плотность продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований при t=725 минут, а на фиг.6 ИР продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований при t=1370 минут. Определив эти моменты времени, определяют начальные значения и переменные параметры управления процессом (включая постоянную времени для изменения плотности), которые приводят к фиг.9, так что плотность продукта, производимого во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований при t=1370 минут (без увеличения суммарного количества несортового продукта, произведенного во время перехода).

В более общем смысле, в некоторых вариантах воплощения способа по изобретению определяют параметры для перехода от первой реакции по производству продукта (имеющего свойства, определяемые набором начальных требований) к целевой реакции по производству целевого продукта (имеющего свойства, определяемые набором целевых требований), включая начальные параметры реакции для начала перехода и постоянные времени для изменения параметров продукта во время перехода. Как показано на фиг.10, этот способ может включать в себя стадии:

(a) определения первичного свойства продукта из свойств, предписанных набором начальных требований и набором целевых требований (стадия 300 на фиг.10);

(b) определения начального значения первичного свойства (в начале перехода), которое минимизирует или по существу минимизирует количество несортового продукта, производимого во время перехода, служит причиной того, что продукт, произведенный во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований в первый момент времени (в начале или во время перехода) вследствие несоответствия первичного свойства набору начальных требований, и служит причиной того, что первичное свойство продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований во второй момент времени в конце перехода (стадия 302 на фиг.10); и

(c) определения начального значения для каждого из, по меньшей мере, одного непервичного свойства продукта (каждого непервичного свойства, являющегося одним из свойств помимо первичного свойства, предписываемых набором начальных требований и набором целевых требований) в начале перехода, и определения постоянной времени для изменения каждого упомянутого непервичного свойства во время перехода так, что продукт, производимый во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого упомянутого непервичного свойства набору начальных требований в такой момент времени во время перехода, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени (стадия 304 на фиг.10).

Предпочтительно - стадия (c) также включает в себя стадию определения постоянной времени для изменения каждого упомянутого непервичного свойства так, что каждое упомянутое непервичное свойство продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает со вторым моментом времени. В одном примере первоначальные условия (и постоянную времени) для каждого из вторичного свойства и третичного свойства продукта (а необязательно - также для дополнительных свойств продукта) определяют так, что продукт, произведенный во время перехода, перестает (в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени) соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого из первичного свойства, вторичного свойства и третичного свойства (а необязательно - также дополнительных свойств) набору начальных требований, и каждое из первичного свойства, вторичного свойства и третичного свойства (а необязательно - также дополнительных свойств) продукта, произведенного во время перехода, впервые соответствуют набору целевых требований в момент времени, который, по меньшей мере, по существу совпадает со вторым моментом времени. Каждое непервичное свойство предпочтительно становится «несортовым» в (или по существу в) тот же момент времени, что и первичное свойство, и каждое непервичное свойство достигает значения в соответствии с набором целевых требований как можно позже (но не позже, чем тот момент времени, когда первичное свойство достигает значения в соответствии с набором целевых требований), так чтобы максимизировать постоянную времени для изменения каждого непервичного свойства. Обычно является предпочтительным (например, для упрощения регулирования реакции) изменять каждое непервичное свойство продукта относительно медленно во время перехода без увеличения количества производимого несортового продукта.

Необязательно способы, включающие в себя стадии 300, 302 и 304 на фиг.10, также включают в себя стадию:

(d) осуществления перехода путем регулирования переменных параметров управления процессом так, что первичное свойство и каждое упомянутое непервичное свойство в начале перехода имеют начальные значения, определенные на стадиях (b) и (c), и продукт, произведенный во время перехода, перестает соответствовать набору начальных требований в упомянутый первый момент времени вследствие несоответствия первичного свойства набору начальных требований и перестает соответствовать набору начальных требований вследствие несоответствия каждого упомянутого непервичного свойства набору начальных требований в такой момент времени во время перехода, который, по меньшей мере, по существу совпадает с первым моментом времени (стадия 306 на фиг.10). Модель процесса реакции может быть использована для определения переменных параметров управления процессом (например, температуры, состава газа, состава сомономера, давления в реакторе и/или состава катализатора), регулируемых на стадии (d) так, что все «мгновенные» свойства продукта имеют начальные значения, определенные на стадиях (b) и (c), и так, что каждый из переменных параметров управления процессом (также называемых здесь технологическими параметрами) изменяется как функция времени для осуществления перехода согласующимся со стадиями (b) и (c) образом.

В некоторых вариантах воплощения способа по изобретению, которые включают в себя стадию идентификации первичного свойства продукта, производимого в реакторе (из свойств, предписанных набором начальных требований и набором целевых требований), стадия идентификации первичного свойства может включать в себя стадии:

получения данных (например, данных о предшествующем протекании процесса, данных математического или физического моделирования), указывающих на мгновенные и средние свойства продукта (например, средние по слою свойства, когда продукт производят в реакторе с псевдоожиженным слоем) для каждого из N различных свойств продукта (где N является любым положительным целым числом) до, во время и после перехода, для ряда различных начальных свойств продукта (соответствующих набору начальных требований) в начале перехода; и

идентификации в качестве первичного свойства одного из свойств продукта, которое может быть причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое другое из свойств. Это может быть сделано следующим образом: определяют, что переход может быть осуществлен так, что при этом производится первое количество несортового продукта, который не соответствует ни набору начальных требований, ни набору целевых требований вследствие несоответствия первичного свойства (набору начальных требований и набору целевых требований), и также определяют, что переход не может быть осуществлен так, что при этом производится количество, равное или большее, чем первое количество несортового продукта, который не соответствует ни набору начальных требований, ни набору целевых требований вследствие несоответствия любого другого из свойств продукта набору начальных требований и набору целевых требований.

В других вариантах воплощения способ включает в себя стадии:

(a) определения оптимальных первоначальных значений (в начале реакционного перехода) и начального момента времени изменения (для начала изменения каждого свойства продукта) и постоянных времени (для изменения каждого свойства продукта во время перехода) для первичного свойства продукта (например, одного из ИР и плотности), вторичного свойства продукта (например, другого одного из ИР и плотности) и, необязательно, также одного или более дополнительных (например, третичного) свойств продукта; и

(b) определения технологических параметров (например, температуры, состава газа, состава сомономера, давления в реакторе и/или состава катализатора) для установления мгновенных значений свойств продукта на оптимальные первоначальные значения, определенные на стадии (a), и определения того, как варьировать каждый из технологических параметров в зависимости от времени для осуществления перехода образом, соответствующим начальным моментам времени изменения и постоянным времени, определенным на стадии (a).

Обычно стадию (b) осуществляют путем использования модели процесса реакции, которая связывает свойства продукта с мгновенными значениями технологических параметров. Предпочтительно способ также включает в себя стадию:

(c) осуществления перехода путем регулирования технологических параметров для установления мгновенных свойств продукта на оптимальные первоначальные значения, определенные на стадии (a), и изменения мгновенных свойств продукта образом, соответствующим каждому(ой) упомянутому(ой) начальному моменту времени изменения и постоянной времени, определенным на стадии (a).

В типичных вариантах воплощения изобретения продуктом, производимым во время протекания начальной и целевой реакций, является смола. Количество несортовой смолы, образующейся во время перехода от производства начального продукта-смолы (имеющего свойства, определяемые набором начальных требований) к конечному продукту-смоле (имеющему свойства, определяемые набором целевых требований), может быть значительно уменьшено (а предпочтительно - минимизировано) в соответствии с изобретением путем производства смолы с выбранным набором начальных свойств продукта-смолы (в пределах интервала, допускаемого набором начальных требований) в начале перехода. В типичных вариантах воплощения выбранные начальные свойства продукта-смолы (в начале перехода) включают в себя плотность смолы и свойство текучести смолы (например, ИР или ИТ). В результате оптимального выбора начальных свойств продукта-смолы в начале перехода объем несортового продукта может быть обычно снижен на целых 35% ниже того количества, которое было бы произведено при случайным образом определенных начальных свойствах продукта-смолы (в пределах интервала, допускаемого набором начальных требований) в начале перехода. Выбранные начальные свойства продукта-смолы (в начале перехода) могут быть предварительно определены на основе накладываемых реактором ограничений, динамики процесса и свойств целевого продукта. Накладываемые реактором ограничения, динамика процесса и свойства целевого продукта могут быть смоделированы с использованием аналитических и численных методов. Оптимальные свойства начального продукта-смолы (в начале перехода), определенные в соответствие с изобретением (например, с помощью численных, графических и/или аналитических методов), обычно не являются интуитивными, а наоборот, являются обычно не согласующимися с общепринятым мышлением.

Далее описываются примеры реакций, осуществляемых в промышленном масштабе (например, осуществляемые в промышленном масштабе газофазные реакции полимеризации в псевдоожиженном слое), протекание которых может регулироваться в соответствии с изобретением. Некоторые такие реакции могут проходить в реакторе, имеющем конфигурацию реактора 10 по фиг.1 или конфигурацию реактора по фиг.2 или 3. В различных вариантах воплощения изобретения рабочие характеристики любых разновидностей различных реакторов регулируют в соответствии с изобретением.

В некоторых вариантах воплощения газофазный реактор с псевдоожиженным слоем непрерывного действия регулируют в соответствии с изобретением в то время, когда он эксплуатируется для проведения полимеризации следующим образом. Псевдоожиженный слой состоит из гранул полимера. Вводимые газовые потоки первичного мономера и водорода вместе с жидким или газообразным сомономером смешивают вместе в смесительной установке с T-образным профилем и вводят ниже псевдоожиженного слоя реактора в линию рециркулируемого газа. Например, первичным мономером является этилен, а сомономером является гексен. Индивидуальные расходы этилена, водорода и сомономера регулируют для поддержания фиксированных целевых составов. Для поддержания постоянного парциального давления этилена регулируют концентрацию этилена. Для поддержания постоянного мольного отношения водорода к этилену регулируют водород. Для поддержания постоянного мольного отношения гексена к этилену регулируют гексен. Концентрацию всех газов измеряют работающим в режиме реального времени (on-line) газовым хроматографом для обеспечения относительно постоянного состава в потоке рециркулируемого газа. Твердый или жидкий катализатор вдувают непосредственно в псевдоожиженный слой с использованием очищенного азота в качестве носителя. Его скорость корректируют для поддержания постоянной производительности. Реакционный слой растущих частиц полимера поддерживают в псевдоожиженном состоянии с помощью непрерывного потока подпитывающего сырья и рециркулируемого газа через реакционную зону. В некоторых вариантах воплощения для достижения этого используют приведенную скорость газа 1-3 фут/сек, и реактор эксплуатируют при суммарном манометрическом давлении 300 фунтов на квадратный дюйм (psig). Для поддержания постоянной температуры в реакторе температуру рециркулируемого газа непрерывно корректируют, повышая или понижая, для компенсации любых изменений скорости выделения тепла вследствие полимеризации. Псевдоожиженный слой поддерживают с постоянной высотой путем отвода части этого слоя при скорости, равной скорости образования дисперсного продукта. Продукт выводят полунепрерывно через ряд клапанов в камеру с фиксированным объемом, которая одновременно имеет выход назад в реактор. Это позволяет с высокой эффективностью выводить продукт и в то же время рециркулировать большую часть непрореагировавших газов назад в реактор. Этот продукт продувают для удаления захваченных углеводородов и обрабатывают небольшим потоком увлажненного азота для дезактивации любых следовых количеств остаточного катализатора.

В других вариантах воплощения реактор регулируют в соответствии с изобретением в то время, когда он эксплуатируется для проведения полимеризации с использованием любых из множества различных способов (например, способов в растворе, в суспензии или газовой фазе). Например, реактором может быть реактор с псевдоожиженным слоем, эксплуатирующийся для производства полиолефиновых полимеров с помощью способа полимеризации в газовой фазе. Этот тип реактора и средства для эксплуатации такого реактора хорошо известны. При эксплуатации таких реакторов для проведения процесса полимеризации в газовой фазе среда полимеризации может механически перемешиваться или псевдоожижаться с помощью непрерывного потока газообразного мономера и разбавителя.

В некоторых вариантах воплощения реакцию полимеризации регулируют в соответствии с изобретением. Этой реакцией может быть непрерывный газофазный процесс (например, процесс в псевдоожиженном слое). Реактор с псевдоожиженным слоем для проведения такого процесса обычно содержит реакционную зону и так называемую зону снижения скорости. Реакционная зона содержит слой растущих частиц полимера, образовавшихся частиц полимера и незначительное количество частиц катализатора, ожижаемый непрерывным потоком газообразного мономера и разбавителя для отвода тепла полимеризации из реакционной зоны. Необязательно некоторые из рециркулируемых газов могут быть охлаждены и сжаты с образованием жидкостей, которые повышают способность отвода теплоты потоком циркулирующего газа, когда его повторно вводят в реакционную зону. Этот способ работы называют «конденсированным режимом». Соответствующая скорость потока газа может быть легко определена из простого эксперимента. Подпитка газообразного мономера к циркулирующему потоку газа осуществляется при скорости, равной скорости, с которой дисперсный полимерный продукт и связанный с ним мономер выводят из реактора, и состав газа, проходящего через реактор, корректируют для поддержания по существу установившегося газового состава внутри реакционной зоны. Газ, покидающий реакционную зону, направляют в зону снижения скорости, где удаляют захваченные частицы. Более тонкие захваченные частицы и пыль могут быть удалены в циклоне и/или на тонком фильтре. Газ пропускают через теплообменник, где удаляют тепло полимеризации, сжимают в компрессоре и затем возвращают в реакционную зону.

Температура в реакторе при процессе с псевдоожиженным слоем может составлять в интервале от 30°C, или 40°C, или 50°C до 90°C, или 100°C, или 110°C, или 120°C, или 150°C. Обычно реактор эксплуатируют при самой высокой температуре, которая только возможна, принимая во внимание температуру спекания полимерного продукта внутри реактора. Температура полимеризации или температура реакции обычно должна быть ниже температуры плавления или «спекания» образующегося полимера. Таким образом, верхним температурным пределом в одном варианте воплощения является температура плавления полиолефина, производимого в реакторе.

В других вариантах воплощения в реакторе, работу которого регулируют в соответствии с изобретением, осуществляет полимеризацию на основе процесса суспензионной полимеризации. Процесс суспензионной полимеризации обычно использует давления в интервале от 1 до 50 атмосфер или даже выше и температуры в интервале от 0 до 120°C, а более предпочтительно - от 30 до 100°C. При суспензионной полимеризации суспензия твердого дисперсного полимера образуется в среде жидкого разбавителя полимеризации, к которой добавляют, наряду с катализатором, мономер и сомономеры и часто водород. Суспензию, включающую в себя разбавитель, периодически или непрерывно выводят из реактора, там летучие компоненты отделяют от полимера и рециркулируют, необязательно после ректификации, в реактор. Жидкий разбавитель, используемый в среде полимеризации, является обычно алканом, имеющим от 3 до 7 атомов углерода, в одном варианте воплощения - разветвленным алканом. Используемая среда должна быть при условиях полимеризации жидкой и относительно инертной. Когда используют среду на основе пропана, процесс должен проводиться выше критической температуры и давления реакционного разбавителя. В одном варианте воплощения в качестве среды используют гексан, изопентан или изобутан.

В других вариантах воплощения реакция, регулируемая в соответствии с изобретением, представляет собой или включает в себя полимеризацию в форме частиц или суспензионный процесс, в котором температуру поддерживают ниже температуры, при которой полимер переходит в раствор. В других вариантах воплощения реакция, регулируемая в соответствии с изобретением, происходит в петлевом реакторе или одном из множества реакторов с мешалкой последовательных параллельных или их комбинаций. Неограничивающие примеры суспензионных процессов включают в себя процессы с непрерывным циклом или процессы в емкости с мешалкой.

Реакция, регулируемая в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения, может давать гомополимеры олефинов, например этилена, и/или сополимеры, тройные сополимеры и другие подобные сополимеры олефинов, в частности - этилена, и, по меньшей мере, одного другого олефина. Олефины, например, могут содержать от 2 до 16 атомов углерода в одном варианте воплощения; а в другом варианте воплощения - этилен и сомономер, содержащий от 3 до 12 атомов углерода; и этилен и сомономер, содержащий от 4 до 10 атомов углерода - в еще одном варианте воплощения; и этилен и сомономер, содержащий от 4 до 8 атомов углерода - в еще одном варианте воплощения. С помощью реакции, регулируемой в соответствии с изобретением, можно получать полиэтилены. Такие полиэтилены могут быть гомополимерами этилена и интерполимерами этилена и, по меньшей мере, одного α-олефина, в которых содержание этилена составляет, по меньшей мере, примерно 50% массы от суммарной массы используемых мономеров. Примерными олефинами, которые могут быть использованы в вариантах воплощения изобретения, являются этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гептен, 1-октен, 4-метилпент-1-ен, 1-децен, 1-додецен, 1-гексадецен и им подобные. Также применимыми в данном случае являются полиены, такие как 1,3-гексадиен, 1,4-гексадиен, циклопентадиен, дициклопентадиен, 4-винилциклогекс-1-ен, 1,5-циклооктадиен, 5-винилиден-2-норбомен и 5-винил-2-норбомен, и олефины, образующиеся in situ в среде полимеризации. Когда олефины образуются in situ в среде полимеризации, может протекать образование полиолефинов, содержащих длинные боковые цепи.

При производстве полиэтилена или полипропилена в реакторе полимеризации могут присутствовать сомономеры. Если он присутствует, то сомономер может присутствовать в любом количестве вместе с этиленовым или пропиленовым мономером, при котором будет достигаться желаемое массовое введение сомономера в готовую смолу. В одном варианте воплощения производства полиэтилена сомономер присутствует с этиленом в интервале мольного отношения от 0,0001 (сомономер:этилен) до 50, и от 0,0001 до 5 - в другом варианте воплощения, и от 0,0005 до 1,0 - в еще одном варианте воплощения, и от 0,001 до 0,5 - в еще одном варианте воплощения. Выраженное в абсолютных единицах при получении полиэтилена количество этилена, присутствующего в реакторе полимеризации, может достигать давления до 1000 атмосфер в одном варианте воплощения, и до 500 атмосфер - в другом варианте воплощения, и до 200 атмосфер - в еще одном варианте воплощения, и до 100 атмосфер - в еще одном варианте воплощения, и до 50 атмосфер - в еще одном варианте воплощения.

Для регулирования конечных свойств полиолефина при полимеризации олефина часто используют газообразный водород. Для некоторых типов каталитических систем известно, что повышение концентраций (парциальных давлений) водорода увеличивает текучесть расплава (ТР) и/или индекс расплава (ИР) образующегося полиолефина. Таким образом, на ТР или ИР может влиять концентрация водорода. Количество водорода при полимеризации может быть выражено в виде мольного отношения относительно суммарного полимеризуемого мономера, например этилена, или смеси этилена и гексена или пропена. Количество водорода, используемое в некоторых процессах полимеризации, является количеством, необходимым для достижения желаемых ТР или ИР конечной полиолефиновой смолы. В одном варианте воплощения мольное отношение водорода к суммарному мономеру (H₂:мономер) составляет больше чем 0,00001. Мольное отношение составляет больше чем 0,0005 в другом варианте воплощения, больше чем 0,001 - в еще одном варианте воплощения, меньше чем 10 - в еще одном варианте воплощения, меньше чем 5 - в еще одном варианте воплощения, меньше чем 3 - в еще одном варианте воплощения, и меньше чем 0,10 - в еще одном варианте воплощения, причем желаемый интервал может содержать любую комбинацию любого верхнего предела мольного отношения с любым нижним пределом мольного отношения, описанными здесь. Выраженное другим путем количество водорода в реакторе в любое время может составлять до 10 миллионных долей (ppm) в одном варианте воплощения, или до 100, или 3000, или 4000, или 5000 миллионных долей - в других вариантах воплощения, или между 10 миллионными долями и 5000 миллионных долей - в еще одном варианте воплощения, или между 500 миллионными долями и 2000 миллионных долей - в другом варианте воплощения.

Реактор, регулируемый в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения, может быть элементом многоступенчатого реактора, использующего два или более последовательных реакторов, причем один реактор может производить, например, высокомолекулярный компонент, а другой реактор может производить низкомолекулярный компонент.

В реакторе, регулируемом в соответствии с изобретением, может осуществляться суспензионный процесс или газофазный процесс в присутствии каталитической системы металлоценового типа с объемным лигандом и в отсутствие, или, по существу, без любых поглотителей, таких как триэтилалюминий, триметилалюминий, триизобутилалюминий и три-н-гексилалюминий и диэтилалюминийхлорид, дибутилцинк и им подобные. Термин «по существу без» означает, что эти соединения специально не добавляют в реактор или любые компоненты реактора, и если они присутствуют, то они присутствуют в реакторе на уровне меньше чем 1 миллионная доля.

В реакторе, регулируемом в соответствии с изобретением, может использоваться один или более катализаторов, объединенных с вплоть до 10 мас.% соединения металла с жирной кислотой, такого как, например, стеарат алюминия, в расчете на массу каталитической системы (или ее компонентов). Другие металлы, которые могут оказаться подходящими, включают в себя другие металлы группы 2 и группы 5-13. В других вариантах воплощения в реактор подают раствор соединения металла с жирной кислотой. В других вариантах воплощения соединение металла с жирной кислотой смешивают с катализатором и подают в реактор раздельно. Эти агенты могут быть смешаны с катализатором или могут быть поданы в реактор в растворе или суспензии с каталитической системой или ее компонентами или без нее/них.

В реакторе, регулируемом в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения, катализатор(ы) на носителе может(могут) быть объединен(ы) с активаторами и может(могут) быть объединен(ы) с помощью обработки в барабане и/или других подходящих средств с вплоть до 2,5 мас.% (от массы каталитической композиции) антистатика, такого как этоксилированный или метоксилированный амин, примером которого является Kemamine AS-990 (ICI Specialties, Bloomington, Delaware). Другие антистатические композиции включают в себя семейство соединений Octastat, более конкретно - Octastat 2000, 3000 и 5000.

Соединения металлов с жирными кислотами и антистатики могут быть добавлены в реактор в виде либо твердых частиц суспензии, либо растворов в качестве раздельных подаваемых потоков. Одним преимуществом этого способа добавления является то, что он позволяет проводить корректировку содержания добавки в режиме реального времени.

Примеры полимеров, которые могут производиться в соответствии с изобретением, включают в себя следующие: гомополимеры и сополимеры C₂-C₁₈ альфа-олефинов; поливинилхлориды, этиленпропиленовые каучуки (ЭПК); тройные этиленпропиленовые каучуки с диеновым сомономером (ЭПДМ); полиизопрен; полистирол; полибутадиен; полимеры бутадиена, сополимеризованные со стиролом; полимеры бутадиена, сополимеризованные с изопреном; полимеры бутадиена с акрилонитрилом; полимеры изобутилена, сополимеризованные с изопреном; этиленбутеновые каучуки и этиленбутендиеновые каучуки; и полихлоропрен; гомополимеры и сополимеры норборнена с одним или более C₂-C₁₈ альфа-олефинами; тройные сополимеры одного или более C₂-C₁₈ альфа-олефинов с диеном.

Мономеры, которые могут присутствовать в реакторе, регулируемом в соответствии с изобретением, включают в себя один или более из следующих: C₂-C₁₈ альфа-олефины, такие как этилен, пропилен и, необязательно, по меньшей мере, один диен, например гексадиен, дициклопентадиен, октадиен, включая метилоктадиен (например, 1-метил-1,6-октадиен и 7-метил-1,6-октадиен), норборнадиен и этилиденнорборнен; и легкоконденсируемые мономеры, например изопрен, стирол, бутадиен, изобутилен, хлоропрен, акрилонитрил, циклические олефины, такие как норборнены.

Реакции полимеризации в псевдоожиженном слое (например, псевдоожижаемом механическим перемешиванием или газом) могут регулироваться в соответствии с некоторыми вариантами воплощения изобретения. Реакция может быть реакцией полимеризации любого типа в псевдоожиженном слое и может проводиться в одном единственном реакторе или множестве реакторов, например двух или более последовательных реакторах.

В различных вариантах воплощения в процессе полимеризации, регулируемом в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы любые из многих различных типов катализаторов полимеризации. Может быть использован один единственный катализатор или же, если это желательно, может быть использована смесь катализаторов. Катализатор может быть растворимым или нерастворимым, нанесенным на носитель или не нанесенным на носитель. Он может быть форполимером, высушенным распылительной сушкой, с наполнителем или без наполнителя, жидкостью или раствором, пульпой/суспензией или дисперсией. Эти катализаторы используют с сокатализаторами и промоторами, хорошо известными в данной области техники. Обычно они являются алкилалюминием, галогенидами алкилалюминия, гидридами алкилалюминия, а также алюминоксанами. Примеры подходящих катализаторов, которые приведены только в целях иллюстрации, включают в себя катализаторы Циглера-Натта, катализаторы на основе хрома, катализаторы на основе ванадия (например, оксихлорид ванадия и ацетилацетонат ванадия), металлоценовые катализаторы и другие одноцентровые или одноцентрово-подобные катализаторы, катионные формы галогенидов металлов (например, тригалогенидов алюминия), анионные инициаторы (например, бутиллитий), кобальтовые катализаторы и их смеси, никелевые катализаторы и их смеси, катализаторы с редкоземельными металлами (т.е. те, которые содержат металл с атомным номером в Периодической таблице с 57 по 103), такие как соединения церия, лантана, празеодима, гадолиния и неодима.

В различных вариантах воплощения в реакции полимеризации, регулируемой в соответствии с изобретением, могут быть использованы другие добавки, такие как, например, инертные дисперсные частицы.

Следует понимать, что хотя здесь были иллюстрированы и описаны некоторые варианты воплощения настоящего изобретения, изобретение не должно ограничиваться приведенными и описанными конкретными вариантами воплощения.

Группа изобретений относится к регулированию протекания реакций для осуществления переходов от начальной реакции к целевой реакции применительно к снижению количества несортового продукта. Способ определения параметров для перехода в реакторе полимеризации от начальной реакции по производству продукта, свойства которого удовлетворяют набору начальных требований, к целевой реакции по производству продукта со свойствами, которые удовлетворяют набору целевых требований, включает в себя стадии: (a) идентификации первичного свойства путем получения данных, указывающих на мгновенные и средние значения для каждого из по меньшей мере двух различных свойств продукта до, во время и после перехода, причем каждое из упомянутых различных свойств является соответствующим набору начальных требований в начале перехода, и идентификации в качестве первичного свойства, исходя из упомянутых данных, одного из свойств продукта, которое может являться причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое из других свойств; (b) определения начальных условий для перехода, включая начальное значение первичного свойства, которые значительно снижают количество несортового продукта, производимого во время перехода; и определения переменных параметров управления процессом для осуществления перехода, начинающегося с упомянутых начальных условий. Также представлен способ идентификации первичного свойства производимого в реакторе полимеризации продукта со свойствами, удовлетворяющими набору начальных требований. Достигается повышение надежности регулирования. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ определения параметров для перехода в реакторе полимеризации от начальной реакции по производству продукта, свойства которого удовлетворяют набору начальных требований, к целевой реакции по производству продукта со свойствами, которые удовлетворяют набору целевых требований, включающий в себя стадии:
(a) идентификации первичного свойства путем получения данных, указывающих на мгновенные и средние значения для каждого из по меньшей мере двух различных свойств продукта до, во время и после перехода, причем каждое из упомянутых различных свойств является соответствующим набору начальных требований в начале перехода, и идентификации в качестве первичного свойства, исходя из упомянутых данных, одного из свойств продукта, которое может являться причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем любое из других свойств;
(b) определения начальных условий для перехода, включая начальное значение первичного свойства, которые значительно снижают количество несортового продукта, производимого во время перехода, и определения переменных параметров управления процессом для осуществления перехода, начинающегося с упомянутых начальных условий.

2. Способ по п.1, в котором начальные условия, определенные на стадии (b), по меньшей мере, по существу, минимизируют количество несортового продукта, производимого во время перехода.

3. Способ по п.1, также включающий в себя стадии:
во время протекания начальной реакции, установления начальных условий, определенных на стадии (b); и
затем осуществления перехода к целевой реакции.

4. Способ по п.1, в котором каждая из начальной реакции и целевой реакции является реакцией полимеризации.

5. Способ по п.4, в котором продуктом является полиолефин.

6. Способ по п.1, в котором продуктом, производимым во время начальной реакции и целевой реакции, является смола, и первичным свойством является одно из плотности смолы и свойства текучести смолы.

7. Способ по п.1, в котором переменные параметры управления процессом определяют таким образом, что продукт, производимый во время перехода, становится несортовым вследствие первичного свойства в первый момент времени и становится несортовым вследствие каждого из по меньшей мере одного непервичного свойства продукта в момент времени, по меньшей мере, по существу, равный первому моменту времени, первичное свойство впервые соответствует набору целевых требований во второй момент времени, и по меньшей мере одно упомянутое непервичное свойство впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, по меньшей мере, по существу, равный, но не более поздний, чем второй момент времени.

8. Способ по п.1, в котором параметры включают в себя параметры начальной реакции для начала перехода и параметры для изменения параметров продукта во время перехода, и в котором стадия (b) включает в себя стадии:
(c) определения постоянной времени для изменения первичного свойства во время перехода, которая является причиной того, что продукт, производимый во время перехода, становится несортовым вследствие первичного свойства в первый момент времени, и является причиной того, что первичное свойство впервые соответствует набору целевых требований во второй момент времени; и
(d) определения начального значения для каждого из по меньшей мере одного непервичного свойства продукта и постоянной времени для изменения каждого упомянутого непервичного свойства во время перехода, которые являются причиной того, что продукт, производимый во время перехода, становится несортовым вследствие каждого упомянутого непервичного свойства в момент времени, по меньшей мере, по существу, равный первому моменту времени.

9. Способ по п.8, в котором каждое упомянутое начальное значение и каждая упомянутая постоянная времени, определенные на стадии (d), являются причиной того, что каждое упомянутое непервичное свойство впервые соответствует набору целевых требований в момент времени, по меньшей мере, по существу, равный, но не более поздний, чем второй момент времени.

10. Способ по п.8, также включающий в себя стадию
(e) определения технологических параметров для осуществления перехода.

11. Способ по п.10, в котором технологические параметры включают в себя по меньшей мере один из температуры, состава газа, состава сомономера, давления в реакторе, состава катализатора и модификатора катализатора.

12. Способ идентификации первичного свойства производимого в реакторе полимеризации продукта со свойствами, которые удовлетворяют набору начальных требований, причем после перехода продукт должен производиться в этом реакторе со свойствами, которые удовлетворяют набору целевых требований, причем переход представляет собой переход в реакторе полимеризации от начальной реакции по производству продукта, свойства которого удовлетворяют набору начальных требований, к целевой реакции по производству продукта со свойствами, которые удовлетворяют набору целевых требований, включающий в себя стадии:
(a) получения данных, указывающих на мгновенные и средние значения для каждого из по меньшей мере двух различных свойств продукта до, во время и после перехода, причем каждое из упомянутых различных свойств является соответствующим набору начальных требований в начале перехода; и
(b) идентификации в качестве первичного свойства, исходя из упомянутых данных, одного из различных свойств, которое может являться причиной производства большего количества несортового продукта во время перехода, чем может любое другое из этих свойств.

13. Способ по п.12, в котором реактором является реактор с псевдоожиженным слоем, предназначенный для осуществления реакции полимеризации.

14. Способ по п.13, в котором продуктом является полиолефин.