СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТЯХ РЕАКТОРА Российский патент 2015 года по МПК B01J8/24 C08F2/34 G05B1/00 G01N27/00 

Уровень техники

При полимеризации в газовой фазе поток газа, содержащий один или несколько мономеров, пропускается в присутствии катализатора через псевдоожиженный слой в режиме, обеспечивающем протекание реакции. Полимерный продукт извлекается из реактора, в реактор вводится свежий мономер, замещающий удаленный полимерный продукт, и некоторое количество непрореагировавшего мономера возвращается обратно в реактор. Протекающий в реакторе процесс часто связан с накоплением или наплывом частиц катализатора и (или) полимера ("накоплением частиц") на стенках и (или) других поверхностях в реакторе, например на распределительной тарелке. Накопление частиц часто называют наслаиванием, формированием фрагментов, излишками или закупоркой. Достаточно большое накопление частиц может привести к разрушению псевдоожиженного слоя, при котором может потребоваться остановка реактора.

Для измерения величины накопления частиц и (или) оценки вероятности того, что может происходить накопление частиц в реакторе, используются различные методы. Один из подходов включает измерение статического заряда, образуемого на катализаторе или полимере, производимом в реакторе. Основной причиной образования статического заряда в реакторе является фрикционный контакт разнородных материалов в физическом процессе, известном как фрикционная электризация или трибоэлектрический эффект. В газофазных полимеризационных реакторах статический заряд образуется при фрикционном контакте между частицами катализатора и полимера и стенками реактора. Однако обнаружение статического заряда не обязательно означает, а зачастую и не означает накопления частиц, часто происходящего в реакторе и, в частности, накопления частиц катализатора. Обычные системы измерения статического заряда не могут провести различия между присутствием статического заряда, связанным с накоплением частиц, и присутствием статического заряда, не приводящим к накоплению частиц.

Поэтому существует необходимость в усовершенствованных системах и способах измерения накопления частиц катализатора и (или) полимера в полимеризационном реакторе.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предлагается система и способ мониторинга смеси частиц и текучей среды (частицы/текучая среда). Способ может включать пропускание смеси, содержащей заряженные частицы и текучую среду, обтекая детектор накопления частиц. Способ может также включать измерение электрических сигналов, зарегистрированных детектором в то время, как некоторые заряженные частицы проходят мимо детектора без контакта с ним, а другие заряженные частицы контактируют с детектором. Измеренные электрические сигналы могут обрабатываться с получением выходных данных. Способ может также включать определение по выходным данным, имеют ли в среднем заряженные частицы, контактирующие с детектором, заряд, отличный от заряженных частиц, проходящих мимо детектора без контакта с ним.

Система мониторинга смеси частицы/текучая среда может содержать устройство транспортирования текучей среды, имеющее путь течения смеси, содержащей заряженные частицы и текучую среду, через устройство транспортирования текучей среды. Детектор накопления частиц может сообщаться с путем течения смеси и быть выполненным с возможностью регистрации по меньшей мере одного электрического сигнала, формируемого при прохождении заряженных частиц у детектора без контакта с ним и при контакте заряженных частиц с детектором. Электрометр может взаимодействовать с детектором накопления частиц и быть выполненным с возможностью измерения электрического сигнала, зарегистрированного детектором. С электрометром может взаимодействовать процессор. Процессор может воспринимать измеренный электрический сигнал, обрабатывать электрический сигнал и обеспечивать выходные данные, показывающие, имеют ли в среднем заряженные частицы, контактирующие с детектором, положительный или отрицательный заряд.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематически, представленная в качестве примера система регистрации накопления частиц, выполненная с возможностью детектирования частиц, отделившихся от смеси частицы/текучая среда;

на фиг.2 - схематически, представленная в качестве примера система полимеризации в газовой фазе, имеющая детектор накопления частиц, выполненный с возможностью регистрации накопления катализатора на внутренних поверхностях системы полимеризации;

на фиг.3 - графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора в установившемся режиме работы;

на фиг.4 - увеличенное графическое представление значений абсолютной автокорреляции данных, представленных на фиг.3, для переносимого электростатического заряда, которое более подробно изображает область нулевого временного лага;

на фиг.5 - графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора в режиме запуска;

на фиг.6 - графическое представление данных абсолютной автокорреляции переносимого статического заряда с фиг.5;

на фиг.7 - в увеличенном виде графическое представление с фиг.6, которое более подробно изображает область нулевого временного лага;

на фиг.8 - другое графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора в режиме запуска;

на фиг.9 - графическое представление данных абсолютной автокорреляции переносимого статического заряда с фиг.8;

на фиг.10 - в увеличенном виде графическое представление с фиг.9, которое более подробно изображает область нулевого временного лага.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически изображена представленная в качестве примера система 100 регистрации накопления частиц, выполненная с возможностью детектирования частиц 107, 109, отделившихся от смеси 105 частицы/текучая среда. Система 100 регистрации накопления частиц может содержать один или несколько детекторов 103 накопления частиц или сенсоров (показан один), электрометры 140 (показан один) и процессоры 150 (показан один). Детектор накопления частиц или "пробник" 103 может быть выполнен с возможностью регистрации одного или нескольких электрических сигналов от заряженных частиц или их характеристик (показаны две частицы 107, 109), присутствующих в смеси 105 частицы/текучая среда. Например, головка 104 детектора 103 может быть расположена или установлена во внутреннем объеме 117 устройства 115 транспортирования текучей среды, так что при прохождении смеси 105 частицы/текучая среда через это устройство электрические сигналы или характеристики заряженных частиц 107, 109 могут регистрироваться детектором 103. Согласно фиг.1 на ней изображены две отдельные заряженные частицы 107, 109, каждая из которых проходит по своей траектории 108, 110, соответственно, через устройство 115 транспортирования текучей среды. Каждая из частиц 107, 109 может быть отдельной частицей, как показано, и (или) слипшейся группой или конгломератом нескольких частиц (не показано).

Детектор 103 может регистрировать электрический сигнал от частиц 107, 109 при их приближении и прохождении мимо детектора и (или) при приближении и контакте с детектором 103. Например, при движении по траектории 108 заряженная частица 107 проходит детектор 103 без контакта с ним. При приближении частицы 107 к детектору 1-3 им может быть зарегистрирован электрический сигнал приближения или "передний выброс". После прохождения частицей 107 детектора 103 и при удалении от него головкой 104 детектора может быть зарегистрирован электрический сигнал удаления или "лаговый выброс". Зарегистрированный электрический сигнал по линии 106 передачи может быть направлен в электрометр 140 и затем в землю. Электрометр 140 может измерять или иным образом оценивать электрический сигнал, зарегистрированный головкой 104 при прохождении частицей 107 детектора 103. В другом примере на траектории 110 движения заряженная частица 109 приходит в непосредственный контакт с детектором 103. Электрический сигнал от частицы 109 может быть передан головке 104. Например, заряженная частица 109 может сообщить свой заряд головке 104 детектора, и переданный заряд по линии 106 передачи может быть направлен в электрометр 140 и затем в землю. Электрометр 140 может измерить или другим образом оценить заряд, переданный от частицы 109 детектору 103. Иными словами, детектор 103 может регистрировать один или несколько электрических сигналов от частиц 107, проходящих мимо детектора 103 без контакта с ним, и один или несколько сигналов от частиц 109, приближающихся к детектору 103 и вступающих с ним в контакт. По существу, электрометр может измерять или другим образом оценивать электрические сигналы, регистрируемые детектором 103 при прохождении некоторыми заряженными частицами 107 мимо детектора без контакта с ним, в то время как другие заряженные частицы 109 вступают в контакт с детектором 103.

Заряженные частицы 107, 109 могут нести положительный или отрицательный заряд. Например, частицы 107 могут быть заряжены положительно, а частицы 109 могут быть заряжены отрицательно. В другом примере частицы 107 могут быть заряжены отрицательно, а частицы 109 могут быть заряжены положительно. В еще одном примере заряженные частицы 107, 109 обе могут нести положительный или отрицательный заряд.

Удивительно и неожиданно было обнаружено, что один или несколько электрических сигналов или характеристик, регистрируемых детектором 103, могут быть использованы для определения того, должны, или вероятно должны, или нет частицы 107, 109, присутствующие в смеси 105 частицы/текучая среда, отделиться от этой смеси и аккумулироваться на внутренней поверхности 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. С удивлением и неожиданно было обнаружено, что один или несколько электрических сигналов, создаваемых частицами 107, проходящими мимо детектора 103, то есть не контактирующими с ним, можно отличить от электрических сигналов, создаваемых частицами 109, контактирующими с детектором 103 или ударяющимися об него. Определение различия между частицами 107 и 109, то есть частицами, проходящими мимо детектора 103, и частицами, ударяющимися об него, может обеспечить определение того, должны, или вероятно должны, или нет частицы 107, 109, присутствующие в смеси 105 частицы/текучая среда, отделиться от этой смеси и аккумулироваться на внутренней поверхности 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. Например, большее число частиц 109, ударяющихся о детектор 103, по сравнению с частицами 107, проходящими мимо детектора, может обозначать, что частицы должны, или вероятно должны, отделиться от этой смеси и аккумулироваться на внутренней поверхности 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. В другом примере, если частицы 109, ударяющиеся о детектор 103, имеют в среднем заряд, отличный от заряда частиц 107, приближающихся к детектору 103, то определение этого также может показать, что частицы 109 отделяются от смеси 105 частицы/текучая среда и аккумулируются на внутренней поверхности 116 устройства 115 транспортирования текучей среды.

Детектор 103 может регистрировать как положительные, так и отрицательные электрические сигналы. Например, детектор 103 может быть способен регистрировать положительный ток и отрицательный ток. По существу по меньшей мере в одном примере детектор 103 может рассматриваться как "биполярный" детектор. Подходящим и доступным на рынке детектором 103 может быть электростатический измерительный преобразователь (модель ESM3400), поставляемый фирмой Progression, Inc.

Электрометр 140 может измерять или оценивать, например, ток и (или) напряжение, регистрируемые детектором 103. Измеренный ток и (или) напряжение могут также называться "переносимым статическим зарядом", создаваемым заряженными частицами, увлеченными текучей средой или переносимыми ею. Электрометр 140, регистрирующий силу тока с головки 104 детектора в землю, может содержать, но не ограничиваться этим, амперметр, пикоамперметр (высокочувствительный амперметр) или мультиметр. В другом примере электрометр 140 может также регистрировать силу тока посредством измерения или оценки напряжения, создаваемого током при прохождении через резистор. По существу, детектор 103 может включать любой детектор, сенсор или другое устройство, приспособленные для наблюдения за ним посредством электрометра 140 с целью измерения, оценки или другим образом обнаружения одного или нескольких электрических сигналов, таких как ток и (или) напряжение.

Электрометр 140 может иметь время отклика, составляющее приблизительно 0,05 секунды ("с"), приблизительно 0,01 с или менее, приблизительно 0,009 с или менее, приблизительно 0,007 с или менее или приблизительно 0,005 с или менее. Например, электрометр 140 может иметь время отклика, лежащее в диапазоне приблизительно от 0,0001 до 0,01 с, приблизительно от 0,001 до 0,008 с или приблизительно от 0,003 до 0,006 с. Электрометр 140 может также содержать передающее устройство, работающее в диапазоне приблизительно от 4 до 20 мА. Передающее устройство может также работать при времени отклика, составляющем приблизительно от 0,0001 до 0,01 с.

Детектор 103 накопления частиц и электрометр 140 могут регистрировать и измерять электрический сигнал(ы) с любым интервалом дискретизации или частотой. Например, детектор 103 и электрометр 140 могут регистрировать и измерять электрический сигнал(ы) при частоте дискретизации, составляющей приблизительно 90 Гц, приблизительно 100 Гц, приблизительно 150 Гц или приблизительно 200 Гц или более.

Электрический сигнал(ы), зарегистрированный детектором 103 и измеренный электрометром 140, может быть передан как "исходные данные" по линии связи 142 в процессор 150. Процессор 150 может обработать зарегистрированный электрический сигнал(ы) или исходную информацию, полученную по линии связи 142, и обеспечить выходные данные или обработанный электрический сигнал(ы) по линии связи 152. Выходные данные в линии связи 152 могут обеспечить информацию об одном или нескольких параметрах смеси 105 твердые частицы/текучая среда, находящейся в устройстве 115 транспортирования текучей среды. Выходные данные, поступающие по линии связи 152, могут быть выведены на устройство индикации, например монитор, сигнальный звонок, автоматизированная система управления или аналогичное устройство, а также их комбинацию. Выходные данные, поступающие по линии связи 152, могут показывать, отделяются ли, или вероятно должны отделяться, или нет частицы 107, 109 от смеси 105 частицы/текучая среда и аккумулироваться на внутренней поверхности(ях) 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. Например, выходные данные, поступающие по линии связи 152, могут показывать в среднем заряд конкретных частиц, контактирующих или ударяющихся о детектор 103. В зависимости от конкретной смеси 105 частицы/текучая среда положительный или отрицательный знак заряда частиц (в среднем), контактирующих или ударяющихся о детектор 103, может свидетельствовать о том, что частицы накапливаются на внутренней поверхности(ях) 116 устройства 115 транспортирования текучей среды.

Процессор 150 может обрабатывать электрический сигнал или исходные данные, полученные по линии связи 142, с использованием любого выбранного метода или комбинации методов. Например, к электрическому сигналу, поступающему по линии связи 142, могут быть применены одна или несколько математических операций для получения выходных данных или обработанного электрического сигнала в линии связи 152. В одном из примеров процессор 150 может обрабатывать или воздействовать на электрический сигнал, полученный по линии связи 142 с электрометра 140, с использованием метода абсолютной автокорреляции. Например, данные, поступившие в процессор 150 по линии связи 142 с электрометра 140, могут подвергнуться определенной корреляционной процедуре, соотносящей центрированные по среднему значению. Корреляционная обработка центрированного по среднему электрического сигнала, поступившего с линии связи 142, может обеспечить инструмент обработки сигнала, пригодный для извлечения из этого сигнала информации, которая может показывать отделяются ли, или вероятно должны отделяться, или нет частицы 107, 109 от смеси 105 частицы/текучая среда и накапливаться на внутренних поверхностях 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. Выход или выходные данные, обеспеченные по линии связи 152, могут быть представлены в визуально понятной форме, которая может быть использована операционным персоналом, в автоматизированной системе управления или в технологическом процессе, в котором смесь 105 частицы/текучая среда вырабатывается или используется, либо в аналогичном процессе.

Главные или основные параметры абсолютной автокорреляции измеренного электрического сигнала, например тока, в линии связи 142, которые представляются как выходные данные в линии связи 152, могут включать, но не ограничиваться этим, кривую приближения или "передний выброс", кривую удаления или "лаговый выброс" и пик при нулевом лаге или пик у нулевого временного лага. Передний и лаговый выбросы могут нести информацию о заряде частиц 107 по мере того, как они приближаются к детектору 103 и проходят мимо детектора 103, удаляясь от него. Пик при нулевом временном лаге может нести информацию о заряде частиц 109, ударяющихся или контактирующих с детектором 103. Заряд ударяющихся или контактирующих с детектором 103 частиц 109, в среднем отличающийся от заряда частиц 107, приближающихся к детектору 103, может свидетельствовать о том, что частицы 109 отделяются от смеси 105 твердые частицы/текучая среда.

Корреляционные вычисления могут быть выполнены с использованием функции "xcorr", входящей в доступный на рынке программный пакет Matlab, поставляемый фирмой The Math Works. Альтернативно корреляционные вычисления могут быть выполнены на компьютере или другой обрабатывающей системе (например, процессоре 150), запрограммированной другим подходящим образом. Для вычисления корреляции векторов x и y (с одинаковыми координатами n) с использованием программного пакета Matlab может быть выполнена команда "output=xcott(x,y)" в операционной среде Matlab. Автокорреляция самого вектора x выполняется как частный случай использования команды "output=xcorr(x)". Другое подходящее программное обеспечение, которое может быть использовано для вычислений абсолютной автокорреляции может включать, но не ограничиваться этим, программы Labview, Mathematica и MathCad. Мы нашли корреляционный метод, особенно подходящий для анализа данных и включающий: а) центрирование по среднему значению вектора данных x (путем вычитания среднего для вектора из каждого значения), б) вычисление вектора y (включающее абсолютные значения каждого элемента данных в векторе x), и в) вычисление выходного вектора z (с использованием корреляционной функции z=xcorr(x,y)). Эта общая процедура для данных задач далее будет называться "абсолютной автокорреляцией". Вектор z (вектор абсолютной корреляции) имеет 2n-1 параметров с n-ым параметром, включающим абсолютное автокоррелированное значение, соответствующее нулевому временному лагу. Ковариация представляет собой известный параметр, относящийся к автокорреляции и взаимной корреляции. В некоторых вариантах выполнения изобретения лучше могут быть определены значения ковариации, а не значения взаимной корреляции. Аналогично функция "detrend" пакета Matlab ближе относится к процедуре центрирования по среднему значению, описанной выше, и может быть использована в некоторых вариантах выполнения изобретения.

Данные абсолютной автокорреляции или выходные данные в линии связи 152 могут показывать, отрицательный или положительный средний заряд частиц 107, 109 в смеси 105 частицы/текучая среда, контактирующих с детектором. В зависимости от конкретной смеси 105 частицы/текучая среда, характеристик устройства транспортирования текучей среды, например температуры и давления, и других параметров в среднем положительный заряд контактирующих с детектором 103 заряженных частиц может служить индикатором того, что частицы 107 и (или) 109 накапливаются (или вероятно должны накапливаться) на внутренних поверхностях 116 устройства 115 транспортирования текучей среды. Аналогично в зависимости от конкретных характеристик, например конкретной смеси 105 частицы/текучая среда, отрицательный заряд может служить индикатором того, что частицы 107 и (или) 109 накапливаются (или вероятно должны накапливаться) на внутренних поверхностях 116 устройства 115 транспортирования текучей среды.

Система 100 регистрации накопления частиц может применяться для мониторинга любых процессов или систем, содержащих, производящих, использующих, возможно могущих содержать, возможно могущих производить, возможно могущих использовать или другим образом содержащих или могущих содержать смесь 105 частицы/текучая среда. Представленная в качестве примера система может включать, но не ограничиваться этим, системы полимеризации, работающие на суспензии, системы полимеризации, работающие на растворах, системы полимеризации в газовой фазе, газификацию угля, каталитический реформинг, каталитический крекинг, обработку цемента, технологии обработки шлака или углерода и т.п.

Соответственно, частицы 107, 109, содержащиеся в смеси 105 частицы/текучая среда, могут включать частицы полимера, частицы катализатора, угля, шлака, цеолита и т.п. Текучая среда может находиться в газообразной фазе, жидкой фазе или их комбинации. Иллюстративные текучие среды могут содержать, но не ограничиваться этим, углеводороды, например алканы или алкены, жидкую воду, пар, азот, диоксид углерода, оксид углерода, водород, кислород, воздух или любую их комбинацию.

Смесь 105 частицы/текучая среда может также содержать комбинацию из двух или нескольких разных частиц, например, система или процесс полимеризации может включать смесь частицы/текучая среда, содержащую как частицы полимера, так и частицы катализатора.

В качестве примера процесс, в котором система регистрации накопления частиц может использоваться для мониторинга электрического сигнала, создаваемого заряженными частицами, присутствующими в смеси частицы/текучая среда, может протекать в системе полимеризации в газовой фазе. В системе полимеризации в газовой фазе может использоваться один или несколько металлорганических катализаторов, например, для полимеризации одного или нескольких олефинов. По измеренным электрическим сигналам или данным может быть определено относительное количество переносимых твердых частиц (то есть частиц катализатора и полимера), проходящих мимо детектора, а также ударяющихся о него (так же как средний их заряд). Например, может быть измерен ток через электрометр, и процессор может обеспечить выходные данные, отражающие абсолютную автокорреляцию тока.

Смесь 105 частицы/текучая среда, проходящая у детектора 103, может иметь высокую скорость, например приблизительно 15 м/с, и поэтому акты прохождения и соударения могут происходить за малое время, например менее 1 секунды. Кроме того, может существовать значительное число частиц 107, 109, взаимодействующих с детектором 103. Способ абсолютной автокорреляции может обеспечить действенное средство получения усредненного описания этих многократных, быстрых взаимодействий между движущимися заряженными частицами 107, 109 и детектором 103. Так как взаимодействия происходят за такое короткое время, их наблюдение производится по абсолютной автокорреляции данных в области, соответствующей секундному промежутку у переднего/лагового выбросов.

Как упомянуто выше, основные параметры абсолютной автокорреляции измеренного тока в линии связи 142, представляемые как выходные данные в линии связи 152, могут включать передний выброс, лаговый выброс и пик при нулевом лаге или пик у нулевого временного лага. Для типичной системы полимеризации в газовой фазе передний выброс может быть расположен приблизительно у координаты -0,11 с, и лаговый выброс может представлять собой, как правило, зеркальное отображение переднего выброса и располагаться приблизительно у координаты +0,11 с. Для системы полимеризации в газовой фазе с использованием металлорганического катализатора было установлено, что передний выброс почти всегда является пиком минимума, и лаговый выброс почти всегда является пиком в положительную сторону. Это наблюдение корреспондируется с типичными измерениями, проведенными с помощью детектора переносимого статического заряда, которые показали, что увлеченный полимерный продукт обычно имеет отрицательный заряд. По существу, "отрицательный" или типа минимум передний выброс обычно свидетельствует об отрицательно заряженных полимерных частицах, приближающихся к детектору, и лаговый выброс обычно свидетельствует об отрицательно заряженных полимерных частицах, удаляющихся или уходящих от детектора. Поэтому в большинстве данных, полученных для полимеризации в газовой фазе с применением металлорганического катализатора, передний и лаговый выбросы имеют вид минимума и максимума, соответственно, что свидетельствует о том, что в циркулирующем газе заряженные частицы преимущественно являются отрицательно заряженными частицами полимера.

Пик у нулевого временного лага описывает частицы, соударяющиеся с детектором. При нормальных или типичных условиях работы пики у нулевого временного лага представляют собой минимумы (аналогично переднему выбросу). Не вдаваясь в теорию, можно положить, что этот факт вызван тем, что при типичных наблюдениях средняя частица, ударяющаяся о детектор, имеет тот же знак заряда, что средние частицы, приближающиеся к детектору. Для случая полимеризации в газовой фазе с применением металлорганического катализатора с удивлением и неожиданно было обнаружено нетипичное событие, в котором передний выброс и пик при нулевом временном лаге отличаются друг от друга. Например, передний выброс представляет собой минимум, и пик при нулевом временном лаге - максимум. Нетипичное событие происходит, когда частицы, соударяющиеся с детектором, отличаются (в среднем) от частиц, приближающихся к детектору. Как используется в данном описании, термин "отделение" относится к событию, в котором частицы, ударяющиеся о детектор, отличаются в среднем от частиц, приближающихся к детектору.

Способность регистрировать отделение частиц очень важна для процесса полимеризации в газовой фазе и других процессов, в которых присутствуют или могут присутствовать заряженные частицы. В частности, при полимеризации в газовой фазе отделение служит известным предвестником остановки реактора. Другими словами, отделение заряженного металлорганического катализатора (почти всегда положительно заряженного) от заряженных полимерных частиц (почти всегда отрицательно заряженных) приводит к образованию агломераций и (или) засорений внутри реактора, вызывающих его остановку.

По мере отделения металлорганического катализатора от обычного потока смеси частицы/текучая среда и накопления на детекторе (или любых других внутренних поверхностях, таких как стенки реактора и (или) внутренние стенки циркуляционной магистрали), скопившийся осадок активных частиц катализатора при продолжении реакции полимеризации перегревается, и полученный полимер плавится, образуя агломерации. Эти горячие точки расплавленного полимера могут увеличиваться в размерах в сотни, тысячи или даже в десятки тысяч раз, образуя агломерации большого размера, которые могут закупорить трубопровод, реактор и (или) связанное с ним оборудование, что требует остановки. Соответственно, обнаружение того, когда частицы катализатора должны отделиться от смеси частицы/текучая среда, обеспечивает раннее предупреждение или индикацию, что происходит или скоро произойдет агломерация и (или) засорение внутри системы полимеризации в газовой фазе, и могут быть предприняты корректирующие воздействия для уменьшения вероятности или предотвращения образования агломераций.

Размер частиц 107, 109 может изменяться для различных систем или процессов и (или) в процессе действия любой конкретной системы или процесса. Например, частицы 107, 109 в зависимости от конкретного процесса или системы могут иметь диаметр или протяженность в поперечном сечении, лежащую в диапазоне от нижних значений, составляющих приблизительно 0,01 мкм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 1 мкм или приблизительно 10 мкм, до высших значений, лежащих в диапазоне приблизительное, 1 мм, приблизительно 1 мм или приблизительно 5 мм. В другом примере в конкретном процессе или системе смесь 105 частицы/текучая среда может содержать две или несколько различных частиц, и эти две или несколько разных частиц могут иметь одинаковый средний диаметр или протяженность поперечного сечения или разный диаметр или протяженность поперечного сечения. В конкретном примере в содержащей как частицы полимера, так и частицы катализатора смеси 105 частицы/текучая среда, находящейся в системе полимеризации, частицы полимера могут иметь средний диаметр или протяженность поперечного сечения, лежащую в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 0,1 мм, приблизительно 0,5 мм или приблизительно 1 мм, до высших значений, составляющих приблизительно 2 мм, приблизительно 2,5 мм или приблизительно 3 мм, и частицы катализатора могут иметь средний диаметр или протяженность поперечного сечения, лежащую в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм или приблизительно 20 мкм, до высших значений, составляющих приблизительно 80 мкм, приблизительно 100 мкм или приблизительно 125 мкм.

Смесь 105 частицы/текучая среда может иметь концентрацию частиц, лежащую в диапазоне приблизительно от 0,001 масс.% до 5 масс.%, или приблизительно от 0,01 масс.% до 1 масс.%, или приблизительно от 0,05 масс.% до 0,5 масс.%, определяемых от общей массы смеси частицы/текучая среда. Например, концентрация частиц в смеси 105 частицы/текучая среда может лежать в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 0,01 масс.%, приблизительно 0,05 масс.%, приблизительно 0,07 масс.% или приблизительно 0,1 масс.%, до высших значений, составляющих приблизительно 0,2 масс.%, приблизительно 0,3 масс.%, приблизительно 0,4 масс.% или приблизительно 0,5 масс.%, определяемых от общей массы смеси частицы/текучая среда.

Скорость прохождения смеси 105 частицы/текучая среда через устройство 115 транспортирования текучей среды может изменяться в зависимости от конкретного процесса или системы. В качестве иллюстрации скорости смеси 105 частицы/текучая среда или скорости потока через устройство 115 транспортирования текучей среды могут лежать в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 15 м/с, до высших значений, составляющих приблизительно 20 м/с, приблизительно 30 м/с, приблизительно 40 м/с или приблизительно 50 м/с. Например, в системе полимеризации в газовой фазе смесь частицы/текучая среда может протекать от верха полимеризационного реактора, через циркуляционную или рециркуляционную магистраль к низу полимеризационного реактора со скоростью, обычно лежащей в диапазоне приблизительно от 5 м/с до 30 м/с, или приблизительно от 10 м/с до 20 м/с, или приблизительно от 12 м/с до 18 м/с.

В зависимости от конкретной системы или процесса смесь 105 частицы/текучая среда может контролироваться с помощью системы 100 регистрации накопления частиц, помещенной в устройство транспортирования текучей среды различного вида. Представленное в качестве иллюстрации устройство 115 транспортирования текучей среды может содержать, но не ограничиваться этим, трубы, патрубки, рукава, реакторы, например полимеризационные реакторы, каталитические реакторы с псевдоожиженным слоем и т.п., короба, каналы, выхлопные или вентиляционные трубы, передаточные или транспортные трубы или трубопроводы и т.п. Например, устройство 115 транспортирования текучей среды может представлять собой газофазный полимеризационный реактор и (или) одну или несколько технологических магистралей, соединенных с газофазным полимеризационным реактором, например циркуляционную магистраль текучей среды, магистраль отведения продукта и (или) вентиляционную магистраль.

На фиг.2 схематически изображена представленная в качестве примера система 200 полимеризации в газовой фазе, имеющая детектор 103 накопления частиц, выполненный с возможностью регистрации аккумулирования катализатора на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации. Система 200 полимеризации может включать один или несколько полимеризационных реакторов 201, приемных резервуаров 255 (показан только один), рециркуляционных компрессоров 270 (показан только один) и теплообменников 275 (показан только один). Система 200 полимеризации может включать более чем один, реакторы 210, расположенные последовательно, параллельно или сформированные независимо от других реакторов, причем каждый реактор имеет свой соединенный с ним приемный резервуар 255, рециркуляционный компрессор 270 и теплообменник 275 или альтернативно совместно с другими использует один или несколько приемных резервуаров 255, рециркуляционных компрессоров 270 и теплообменников 275. Для ясности и простоты изложения варианты выполнения изобретения далее описаны в контексте одного последовательно расположенного набора реакторного оборудования.

Реактор 201 может содержать цилиндрическую секцию 203, переходную секцию 205 и зону снижения скорости или купол 207. Цилиндрическая секция 203 примыкает к переходной секции 205. Переходная секция 205 может расширяться от первого диаметра, соответствующего диаметру цилиндрической секции 203 до большего диаметра у купола 207. Местоположение или переход, где цилиндрическая секция 203 соединяется с переходной секцией 205 может быть названо "горловиной" или "реакторной горловиной" 204.

Цилиндрическая секция 203 может содержать активную зону 212. Активная зона может представлять собой псевдоожиженный активный слой или псевдоожиженный слой. В одном или нескольких вариантах выполнения в цилиндрической секции 203 может находиться распределительная тарелка 219, в основном расположенная ближе к краю цилиндрической секции, противоположному краю, прилегающему к переходной секции 205. Активная зона 212 может содержать слой накапливающихся полимерных частиц, сформированный частицами полимера и частицами катализатора, псевдоожиженными непрерывным потоком полимеризуемых и модифицируемых газообразных компонент в виде подпиточного потока и рециркуляционной текучей среды, проходящих через активную зону 212.

С куполом 207 реактора 201 могут сообщаться одна или несколько магистралей 215 циркуляции текучей среды и вентиляционных магистралей 218. Полимерный продукт может отводиться от реактора 201 по магистрали 217. Подпитка реактора по магистрали 210 может вводиться в систему 200 полимеризации в любом местоположении или в комбинации местоположений. Например, подпитка реактора по магистрали 210 может вводиться в цилиндрическую секцию 203, переходную секцию 205, зону 207 снижения скорости, в любой точке магистрали 215 циркуляции текучей среды или в их комбинации. Предпочтительно подпитка 210 ректора вводится в магистраль 215 циркуляции текучей среды или после теплообменника 275. Подпитка катализатором по магистрали 213 может вводиться в систему 200 полимеризации в любой точке. Предпочтительно подпитки катализатором через магистраль 213 вводится в псевдоожиженный слой 212 в цилиндрической секции 203.

Детектор 103 накопления частиц может быть соединен с системой 200 полимеризации в любом наборе местоположений. Как показано на фиг.2, детектор 103 подключен к циркуляционной магистрали 215 между реактором 201 и теплообменником 275. Другие подходящие местоположения, где детектор 103 может быть подключен к системе 200 полимеризации, могут включать, но не ограничиваться этим, цилиндрическую секцию 203, переходную секцию 205 и купол 207. Например, детектор 103 может быть подключен к цилиндрической секции 203 между входом циркуляционной магистрали 215 в реактор 201 и распределительной тарелкой 219 или между распределительной тарелкой 219 и переходной секцией 205. В другом примере детектор 103 может подключаться к циркуляционной магистрали 215 между теплообменником 275 и компрессором 270. Детектор 103 может подключаться к циркуляционной магистрали 215 между куполом 207 реактора 201 и компрессором 270.

К системе 200 полимеризации может подключаться любое число детекторов 103. Например, к ней могут подключаться 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или большее число детекторов 103. Если к системе 200 подключаются два или более детекторов 103, то они могут располагаться в разных местоположениях, в одинаковых или сходных местоположениях или в комбинации разных и сходных местоположений.

При подключении к системе 200 полимеризации двух или более детекторов они могут передавать зарегистрированный электрический сигнал(ы) по линии связи 106 в один электрометр 140. В другом примере при подключении к системе 200 полимеризации двух или более детекторов они могут передавать зарегистрированный электрический сигнал(ы) по линии связи 106 в отдельные или независимые электрометры 140. В еще одном примере несколько детекторов 103 могут передавать зарегистрированный электрический сигнал(ы) по линии связи 106 в один электрометр 140, и один или несколько других детекторов 103 могут передавать зарегистрированный сигнал(ы) по линии связи 106 в отдельный электрометр 140. Аналогично любое число процессоров 150 может быть использовано для обработки данных, поступающих по линии связи 142 от одного или нескольких электрометров 140.

Детектор 103 накопления частиц может использоваться в заданные или выбранные периоды процесса полимеризации, непрерывно, случайно или в любой комбинации вышеназванного. Например, детектор 103 накопления частиц может использоваться для регистрации одного или нескольких сигналов, вырабатываемых при прохождении мимо него и (или) при контакте с ним частиц 107, 109, во время запуска полимеризационного реактора. Запуск полимеризационного реактора может быть особенно критическим периодом времени для всего процесса, так как наиболее вероятно может происходить накопление катализатора на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации, например поверхностях реактора 201, циркуляционной магистрали 215 и т.п. При накоплении частиц катализатора на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации образуются горячие точки, что может приводить к растеканию и расплавлению полимерных частиц. Расплавленные и (или) растекшиеся полимерные частицы являются предшественниками образования покрытий, формирования фрагментов, закупорки и т.п. На внутренних поверхностях цилиндрической секции 203, переходной секции 205, купола 207, циркуляционной магистрали 215, под распределительной тарелкой 219 в теплообменнике 271 и т.п. могут возникать скопления частиц. Возникновение таких скоплений может быть особенно вероятным при использовании металлорганического катализатора, так как возникает значительно больше статического электричества по сравнению с другими полимеризационными катализаторами, такими как катализатор Циглера-Натта. Другие временные периоды процесса полимеризации, в которые особенно вероятно образование агломераций или загрязнение, могут включать переходные периоды, то есть когда совершается переход от одного полимерного продукта к другому полимерному продукту, сверхконденсированный режим работы, вхождение в конденсированный режим работы, работу при низких уровнях конденсации, потерю контроля над уровнем псевдоожиженного слоя и т.п.

Соответственно, по выбору детектор 103 накопления частиц может запускаться в заданные временные периоды протекания процесса, например при запуске полимеризационного реактора. В другом примере при работе системы 200 полимеризации детектор 103 накопления частиц может действовать непрерывно или в основном непрерывно.

Одним из особо предпочтительных временных периодов процесса полимеризации, в который для регистрации электрического сигнала(ов) от прохождения и (или) контакта частиц 107, 109 может быть использован детектор 103, является запуск реактора. Загрязнение распределительной тарелки 219 при запуске полимеризационного реактора обычно называется "избыточным загрязнением". Избыточное загрязнение начинается с отделения частиц катализатора (или обогащенных катализатором частиц) от циркулирующего газа и накопления их на внутренних поверхностях реактора 201, циркуляционной магистрали 215 и т.п. Перенос статического заряда фактически всегда наблюдается при запуске полимеризации. Однако не любой перенос статического заряда приводит к избыточному загрязнению.

Например, переносимый статический заряд, создаваемый частицами, присутствующими в потоке проходящей по циркуляционной магистрали 215 текучей среды, может быть большим, например ±200 наноампер (нА в импульсе) или даже ±400 нА в импульсе, но избыточного загрязнения не происходит. В других случаях ток или переносимый статический заряд, создаваемый частицами, присутствующими в потоке проходящей по циркуляционной магистрали 215 текучей среды и регистрируемый детектором 103 может быть большим, и при этом все же происходит избыточное загрязнение. Вероятность определяет, что заряженные частицы, как частицы полимера, так и частицы катализатора, ударяются или контактируют с детектором 103 при их прохождении к детектору. Не вдаваясь в теорию, можно предположить, что, когда некоторое число заряженных частиц, контактирующих с детектором 103, в среднем представляет собой частицы катализатора, условия в системе 200 полимеризации таковы, что происходит или вероятно происходит отделение катализатора от смеси 105 частицы/текучая среда. Аналогично, можно предположить, что, когда число заряженных частиц, контактирующих с детектором 103, в среднем представляет собой полимерные частицы, условия в системе 200 полимеризации таковы, что частицы катализатора не отделяются от смеси 105 частицы/текучая среда, или по меньшей мере отделяются в недостаточном количестве, чтобы вызвать накопление катализатора, приводящее, или вероятно приводящее к избыточному загрязнению и другому накоплению полимера в системе 200 полимеризации.

Соответственно, не вдаваясь в теорию, можно предположить, что для предотвращения избыточного загрязнения при запуске полимеризации параметры процесса должны быть скорректированы, когда в среднем заряженные частицы, ударяющиеся о детектор 103, представляют собой частицы катализатора. Кроме того, из экспериментов и измерений установлено, что для полимеризации в присутствии металлорганического катализатора частицы катализатора заряжены положительно, и частицы полимера заряжены отрицательно. Фактически результаты измерения по абсолютно коррелированным данным среднего числа положительно заряженных частиц, контактирующих с детектором 103, могут быть интерпретированы, как свидетельствующие о том, что частицы катализатора отделяются от циркулирующей текучей среды и накапливаются на внутренних поверхностях системы полимеризации. Однако в других системах результаты измерения по абсолютно коррелированным данным среднего числа отрицательно заряженных частиц, контактирующих с детектором 103, могут показывать, что частицы катализатора отделяются от циркулирующей текучей среды и накапливаются на внутренних поверхностях системы полимеризации. Фактически, в зависимости от параметров конкретной реакции полимеризации конкретные результаты измерений, то есть являются ли в среднем ударяющиеся частицы положительными или отрицательными, могут свидетельствовать о накоплении частиц катализатора на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации.

Если приблизительно определено, что нежелательное количество частиц катализатора накапливается или вероятно начинает накапливаться на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации, например на внутренних поверхностях реактора 201, циркуляционной магистрали 215 и т.п., могут быть предприняты одна или несколько технологических регулировок или операций, приводящих к снижению накопления или тенденции к накоплению частиц. Например, в реактор могут быть введены одна или несколько постоянно поступающих добавок и (или) антистатиков для снижения в нем уровня статического заряда на полимерном продукте. В другом примере могут быть отрегулированы или изменены количество катализатора и (или) поступление подпитки, например увеличены или уменьшены. Еще в одном примере реактор 201 может быть на некоторое время переведен на холостой ход, то есть полимеризация в нем остановлена, но текучие среды могут продолжать циркулировать, и во время холостого хода в реакторе может поддерживаться неактивный псевдоожиженный слой. Иллюстративные технологии работы на холостом ходу могут включать раскрытые и описанные в патентной заявке US 60/305623. В еще одном примере реактор 201 может быть остановлен или "заглушен". Другие действия или регулировки, которые могут быть предприняты для снижения количества заряда на полимерном продукте в реакторе 201, могут включать, но не ограничиваться этим, замену источника катализатора, вводимого по магистрали 213 в реактор 201, на другой источник катализатора с измененным видом катализатора, вводимого по магистрали 213 в реактор 201, регулирование концентрации конденсационного агента, если он используется, в реакторе 201, перевод полимеризационного реактора 201 на получение другого полимерного продукта и т.п. Любая одна или несколько из технологических регулировок или операций может быть предпринята отдельно, в любом сочетании и (или) в любом порядке для снижения количества заряда на полимерном продукте в реакторе 201.

Другие иллюстративные технологии, которые могут быть использованы для снижения или устранения накопления частиц катализатора на внутренних поверхностях системы 200 полимеризации, могут включать введение тонко помолотого корпускулярного материала для предотвращения образования агломераций, как описано в патентах US 4,994,534 и 5,200,477. Конденсированный режим работы, такой как раскрытый в патентах US 4,543,399 и 4,588,790, также может способствовать отводу тепла из полимеризационного реактора с псевдоожиженным слоем.

Непрерывное введение добавки(ок) может включать добавление химикатов, способствующих образованию отрицательно заряженных частиц, для компенсации положительного напряжения или добавление химикатов, способствующих образованию положительно заряженных частиц, для нейтрализации отрицательного потенциала, как раскрыто в патенте US 4,803,251. Могут быть также добавлены антистатики, непрерывно или периодически, для предотвращения или нейтрализации образования электростатического заряда. Непрерывная добавка и (или) антистатики, если они используются, могут вводиться вместе с подпиткой по магистрали 210, через магистраль 213 подачи катализатора, через отдельный вход (не показан) или через любую их комбинацию.

Непрерывная добавка может взаимодействовать с частицами и другими компонентами в псевдоожиженном слое. Например, непрерывная добавка может уменьшить или нейтрализовать статические заряды, связанные с фрикционным взаимодействием катализатора и полимерных частиц. Непрерывная добавка может также реагировать или составлять комплексы с различными несущими заряд соединениями, которые могут присутствовать или образовываться в реакторе. Непрерывная добавка может также реагировать или составлять комплексы с окислителями или другими антикатализаторами. Непрерывная добавка может также называться регулятором статического заряда.

Термин "непрерывная добавка", как он используется в данном описании, относится к веществу или смеси веществ, которые при введении в газофазный реактор с псевдоожиженным слоем могут в псевдоожиженном слое влиять на статический заряд или изменять его (на положительный, отрицательные или нулевой). Непрерывная добавка или комбинация непрерывных добавок может зависеть по меньшей мере частично от природы статического заряда. Конкретная непрерывная добавка или комбинация непрерывных добавок может зависеть по меньшей мере частично от конкретного полимера, производимого в полимеризационном реакторе, конкретной системы впрыскивания сухого катализатора, комбинации используемых каталитических систем или от сочетания вышеназванного. Подходящие непрерывные добавки и их использование могут быть такими же, как рассмотренные и описанные в патентах EP 0229368, US 5,283,278, 4,803,251 и 4,555,370, а также в патентных публикациях WO 2009/023111 и WO 01/44322.

Продолжая рассматривать фиг.2, следует отметить, что отношение высоты к диаметру цилиндрической секции 203 может изменяться в диапазоне приблизительно от 2:1 до 5:1. Диапазон, конечно, может изменяться в сторону увеличения или уменьшения и зависит по меньшей мере частично от желательной производительности и (или) размеров реактора. Площадь поперечного сечения купола 207 обычно лежит в диапазоне приблизительно от 2 до 3, умноженных на площадь поперечного сечения цилиндрической секции 203.

Зона снижения скорости или купол 207 имеет больший внутренний диаметр, чем цилиндрическая секция 203. Как следует из названия, в зоне 207 снижения скорости уменьшается скорость газа благодаря увеличению площади поперечного сечения. Это снижение скорости газа делает возможным падение частиц, увлеченных восходящим газом, в псевдоожиженный слой, обеспечивающее преимущественный выход только газа через верхнюю часть реактора 201 в циркуляционную магистраль 215. Циркулирующая текучая среда, возвращенная по магистрали 215, может содержать приблизительно менее 10 масс.%, приблизительно менее 8 масс.%, приблизительно менее 5 масс.%, приблизительно менее 4 масс.%, приблизительно менее 3 масс.%, приблизительно менее 2 масс.%, приблизительно менее 1 масс.%, приблизительно менее 0,5 масс.% или приблизительно менее 0,2 масс.% частиц, вовлеченных в псевдоожиженный слой 212. В другом примере циркулирующая текучая среда, возвращенная по магистрали 215, может иметь концентрацию частиц, лежащую в диапазоне приблизительно от нижнего значения 0,001 до 5 масс.%, приблизительно от 0,01 до 1 масс.% или приблизительно от 0,05 до 0,5 масс.%, определяемых от общей массы смеси частицы/текучая среда в магистрали 215. Например, концентрация частиц в циркулирующей по магистрали 215 текучей среде может лежать в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 0,01 масс.%, приблизительно 0,05 масс.%, приблизительно 0,07 масс.% или приблизительно 0,1 масс.%, до высших значений, составляющих приблизительно 0,5 масс.%, приблизительно 1,5 масс.%, приблизительно 3 масс.% или приблизительно 4 масс.%, определяемых от общей массы циркулирующей текучей среды и частиц в магистрали 215.

Соответствующие процессы полимеризации в газовой фазе, в которых получается отводимый по магистрали 217 полимерный продукт, описываются в патентах US 3,709,853, 4,003,712, 4,011,382, 4,302,566, 4,543,399, 4,588,790, 4,882,400, 5,028,670, 5,352,749, 5,405,922, 5,541,270, 5,627,242, 5,665,818, 5,677,375, 6,255,426 и в патентах EP 0802202, 0794200, 0649992, 0634421. Другие подходящие процессы полимеризации, которые могут использоваться для получения полимерного продукта, могут включать, но не ограничиваться этим, полимеризационные процессы с растворами, суспензиями и при высоком давлении. Примеры полимеризационных процессов с растворами или суспензиями приводятся в патентах US 4,271,060, 4,613,484, 5,001,205, 5,236,998 и 5,589,555.

Питание реактора по магистрали 210 может содержать любой полимеризуемый углеводород или сочетание углеводородов. Например, питание реактора может производиться любым мономером, включая замещенные и незамещенные алкены, имеющие от двух до 12 атомов углерода, такие как этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гептен, 1-октен, 4-метилпентан, 1-декан, 1-додекан, 1-гексадекан и т.п. Питание реактора может также содержать не углеводородный газ(ы), например азот и (или) водород. Питание реактора может поступать в него в нескольких разных местоположениях. Например, мономеры могут вводиться в псевдоожиженный слой различными способами, включая направленное впрыскивание в этот слой через сопло (не показано). Таким образом полимерный продукт может быть гомополимером или сополимером, включая тройной сополимер, имеющий один или несколько мономерных элементов. Например, полиэтиленовый продукт может содержать один или несколько других олефинов и (или) сополимеров.

Питание реактора по магистрали 210 может также содержать один или несколько модифицированных сополимеров, таких как один или несколько агентов индуцированной конденсации. В качестве примера агенты индуцированной конденсации могут включать, но не ограничиваться этим, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, гексан, их изомеры и производные, а также их сочетания. Агенты индуцированной конденсации могут вводиться в реактор так, чтобы обеспечивать в подаваемом в него питании концентрацию, лежащую в диапазоне от низших значений, составляющих приблизительно 1 мол.%, приблизительно 5 мол.%, приблизительно 10 мол.%, до высших значений, составляющих приблизительно 25 мол.%, приблизительно 35 мол.% или приблизительно 45 мол.%. Типичные концентрации агентов индуцированной конденсации могут лежать в диапазоне приблизительно от 14 мол.%, приблизительно от 16 мол.% или приблизительно от 18 мол.% до высших значений, составляющих приблизительно 20 мол.%, приблизительно 22 мол.% или приблизительно 24 мол.%. Питание реактора может также содержать другие не углеводородные газы, например азот и (или) водород. Дополнительные подробности, касающиеся агентов индуцированной конденсации, могут быть раскрыты и рассмотрены в патентах US 5,352,749, 5,405,922, 5,436,304 и 7,122,607, а также в патентной публикации WO 2005/113615(A2).

Подаваемый по магистрали 213 катализатор может включать любой катализатор или комбинацию катализаторов. В качестве примера катализатор может содержать, но не ограничиваться этим, катализатор Циглера-Натта, катализатор на основе хрома, металлоценовый катализатор и другие катализаторы с одним центром, включая катализаторы, содержащие элементы 15-й группы, биметаллические катализаторы и смешанные катализаторы. Катализаторы могут также содержать AlCl₃, кобальт, железо, палладий, оксид хрома или катализатор Филипса. Любой катализатор может использоваться сам по себе или в сочетании с другим катализатором.

Соответствующие металлоценовые каталитические соединения могут содержать, но не ограничиваться этим, металлоцены, описанные в патентах US 7,179,876, 7,169,864, 7,157,531, 7,129,302, 6,995,109, 6,958,306, 6,884748, 6,689,847, 5,026,798, 5,703,187, 5,747,406, 6,069,213, 7,244,795, 7,579,415, в публикации патентной заявки US 2007/0055028, а также в WO 97/22635, WO 00/699/22, WO 01/30860, WO 01/30861, WO 02/46246, WO 02/50088, WO 04/022230, WO 04/026921 и WO 06/019494.

Катализатор, содержащий элементы 15-й группы, может включать комплексные соединения металлов групп 3-12, в которых металлы находятся на позициях 2-8, причем координирующая часть или части включают по меньшей мере два атома 15-й группы и вплоть до четырех атомов 15-й группы. Например, компонент катализатора, содержащий элементы 15-й группы, может быть комплексным соединением металла 4-й группы и от одного до четырех лигандов, так что металл 4-й группы представляет собой по меньшей мере 2 координаты, причем координирующая часть или части включают по меньшей мере два азота. Представители соединений, содержащих элементы 15-группы, раскрыты в публикациях WO 99/01460, EP 0893454 A1, EP 0894005 A1 а также в патентах US 5,318,935, 5,889,128, 6,333,389 и 6,271,325.

В качестве примера каталитические соединения Циглера-Натта раскрыты в патентах EP 0103120, EP 1102503, EP 0231102, EP 0703246, патентах US RE 33,683, 4,115,639, 4,077,904, 4,302,565, 4,302,566, 4,482,687, 4,564,605, 4,721,763, 4,879,359, 4,960,741, 5,518,973, 5,525,678, 5,288,933, 5,290,745, 5,093,415 и 6,562,905, а также в патентной публикации US 2008/0194780. Примеры таких катализаторов включают те, которые содержат оксиды переходных металлов групп 4, 5 или 6, алкоксиды и галогениды или оксиды, алкоксидные и галогенидные соединения титана, циркония или ванадия; необязательно в сочетании с соединениями магния, внутренние и (или) внешние доноры (спирты, эфиры, силоксаны и др.), алюминийалкил или боралкил и галоалкилы, и носителями неорганическими оксидами.

Соответствующие хромовые катализаторы могут включать двухзамещенные хроматы, такие как CrO₂(OR)₂, где R есть трифенилсилан или третичный полиалициклический алкил. Система хромового катализатора может также включать CrO₃, хромоцен, силил хромат, хромил хлорид (CrO₂Cl₂), хром-2-этил-циклогексанон, хром ацетилацетонат (Cr(AcAc)₃) и т.п. Другие не служащие ограничением примеры хромовых катализаторов описаны в патенте US 6,989,344.

Смешанный катализатор может быть биметаллической каталитической композицией или мульти-каталитической композицией. Термины "биметаллическая каталитическая композиция" и "биметаллический катализатор", как они используются в данном описании, включают любое соединение, смесь или систему, содержащую два или несколько разных каталитических компонентов, относящихся к разным группам металлов. Термины "мульти-каталитическая композиция" и "мульти-катализатор" включают любое соединение, смесь или систему, содержащую два или несколько каталитических компонентов вне зависимости от конкретных металлов. Поэтому термины "биметаллическая каталитическая композиция", "биметаллический катализатор" "мульти-каталитическая композиция" и "мульти-катализатор" далее объединяются термином "смешанный катализатор", до тех пор, пока специально не оговорено иное. В одном из примеров смешанный катализатор содержит по меньшей мере один металлоценовый каталитический компонент и по меньшей мере один не металлоценовый компонент.

В некоторых вариантах выполнения вместе с каталитическим соединением может использоваться активатор. Термин "активатор", как он используется в данном описании, относится к любому соединению или сочетанию соединений, с носителем или без него, которые могут активировать каталитическое соединение или компоненту, так что образуются катионные соединения каталитического компонента. В качестве примера активаторы включают, но не ограничиваются этим, алюминоксан (например, метилалюминоксан "МАО"), модифицированный алюминоксан (например, модифициорованный метилалюминоксан "ММАО"и (или) тетраизобутилдиалюминоксан "ТИВАО"), а также могут быть использованы алкилалюминиевые соединения, ионизирующие активаторы (нейтральные или ионные), такие как три (n-бутил)аммониум тетракис(пентафторфенил)бор, и их комбинации.

Каталитические композиции могут содержать материал-носитель или переносчик. Термины "носитель" и "переносчик" используются взаимозаменяемо и относятся к любому материалу-носителю, включая пористый носитель, например тальк, неорганические оксиды и неорганические хлориды. Каталитическая компонента(ы) и (или) активатор(ы) могут быть осажены на одном или нескольких носителях или переносчиках, контактировать с ними, испарены вместе с ними, склеены с ними или введены в состав, адсорбированы на них или абсорбированы в них. Другие материалы-носители могут включать смолистые носители, такие как полистирол, функционированные или сшитые органические носители, такие как полистирен дивинил бензол полиолефин или полимерные соединения, цеолиты, отбеленная земля или любые другие органические или неорганические носители и т.п., а также их смеси.

Соответствующие носители катализатора описаны в патентах US 4,701,432, 4,808,561, 4,912,075, 4,925,821, 4,937,217, 5,008,228, 5,238,892, 5,240,894, 5,332,706, 5,346,925, 5,422,325, 5,466,649, 5,466,766, 5,468,702, 5,529,965, 5,554,704, 5,629,253, 5,639,835, 5,625,015, 5,643,847, 5,665,665, 5,698,487, 5,714,424, 5,723,400, 5,723,402, 5,731,261, 5,759,940, 5,767,032, 5,770,664 и 5,972,510, а также в патентных публикациях WO 95/32995, WO 95/14044, WO 96/06187, WO 97/02297, WO 99/47598, WO 99/48605 и WO 99/50311.

Циркулирующая по магистрали 215 текучая среда может быть сжата в компрессоре 270 и затем пропущена через теплообменник 275, в котором может происходить обмен тепла между циркулирующей текучей средой и теплопередающим агентом. Например, в стандартном режиме работы охлажденный или холодный теплопередающий агент может быть по магистрали 271 введен в теплообменник 275, в котором от циркулирующей по магистрали 215 текучей среды может быть отведено тепло с получением нагретого теплопередающего агента в магистрали 277 и охлажденной текучей среды в магистрали 215. В другом примере при работе реактора 201 на холостом ходу подогретый или горячий теплопередающий агент может быть по магистрали 271 введен в теплообменник 275, в котором от теплопередающего агента тепло может быть передано циркулирующей по магистрали 215 текучей среде с получением охлажденного теплопередающего агента в магистрали 277 и нагретой циркулирующей текучей среды в магистрали 215. Термины "охлажденный теплопередающий агент" и "холодный теплопередающий агент" относятся к агенту, имеющему температуру, ниже температуры псевдоожиженного слоя 212 в реакторе 201. Термины "подогретый теплопередающий агент" и "горячий теплопередающий агент" относятся к агенту, имеющему температуру, больше температуры псевдоожиженного слоя 212 в реакторе 201. Теплообменник 275 может использоваться для охлаждения псевдоожиженного слоя 212 или его нагрева в зависимости от конкретного режима работы системы 200 полимеризации, например режима запуска, стандартного режима работы и остановки. В качестве примера теплопередающие агенты могут включать, но не ограничиваться этим, воду, воздух, этиленгликоли и т.п. Возможно также размещение компрессора 270 ниже по потоку теплообменника 275 или в промежуточном положении между несколькими теплообменниками.

После охлаждения всей или части циркулирующей по магистрали 215 текучей среды она может быть возвращена в реактор 201. Охлажденная текучая среда, циркулирующая по магистрали 215, может поглощать тепло, выделяющееся в реакции полимеризации. Теплообменник 275 может быть теплообменником любого типа. В качестве примера теплообменник может содержать, но не ограничиваться этим, корпус и трубопровод, пластину и раму, U-образную трубу и т.п. Например, теплообменник 275 может представлять собой теплообменник, содержащий корпус и трубу, в котором циркулирующая по магистрали 215 текучая среда может подводиться со стороны трубы, и теплопередающий агент может подводиться со стороны корпуса теплообменника 275. При желании могут использоваться два или несколько теплообменников, подключенных последовательно, параллельно или в комбинации последовательного и параллельного подключения, понижая или повышая температуру циркулирующей текучей среды в несколько этапов.

Предпочтительно циркулирующий по магистрали 215 газ возвращается в реактор 201 и подводится к псеводожиженному слою 212 через тарелку распределения текучей среды ("тарелку") 219. Тарелка 219 может предотвращать осаждение частиц полимера и их слипание в твердую массу. Тарелка 219 может также предотвращать или снижать накопление жидкости у дна реактора 201. Тарелка 219 может также облегчать переход от процессов, в которых в циркулирующем по магистрали 215 паре содержится жидкость, к процессам, в которых жидкости не содержится, и наоборот. Хотя это не показано, циркулирующий по магистрали 215 газ может вводиться в реактор 201 через дефлектор, расположенный или установленный между торцом реактора 201 и распределительной тарелкой 219. Примеры дефлекторов и распределительных тарелок, пригодных для этой цели, описаны в патентах US 4,877,587, 4,933,149 и 6,627,713.

Подаваемый по магистрали 213 катализатор может вводиться в псевдоожиженный слой в реакторе 201 через одно или несколько инжекционных сопел (не показаны), сообщающихся с магистралью 213. Подача катализатора предпочтительно осуществляется в виде заранее сформированных частиц в одном или нескольких носителях (то есть в суспензии катализатора). Соответствующие жидкие носители могут содержать минеральное масло и (или) жидкие или газообразные углеводороды, включающие, но не ограничивающиеся этим, пропан, бутан, изопентан, гексан, гептан октан или их смеси. Для переноса суспензии катализатора в реактор 201 может также использоваться газ, инертный к суспензии катализатора, например азот или аргон. В одном из примеров катализатор может представлять собой сухой порошок. В другом примере катализатор может быть растворен в жидком носителе и введен в реактор 201 в виде раствора. Поступающий по магистрали 213 катализатор может вводиться в реактор 201 со скоростью, достаточной для поддержания полимеризации мономера(ов) в реакторе.

Поступающий по магистрали 217 полимерный продукт может выводиться из реактора 201 путем открывания клапана 257, в то время как клапаны 259, 267 находятся в закрытом состоянии. Продукт и текучая среда поступают в приемный резервуар 255 продукта. Клапан 257 закрывается, и продукт получает возможность осаждения в приемном резервуаре 255. Затем открывается клапан 259, давая возможность текучей среде пройти по магистрали 261 из приемного резервуара 255 продукта в реактор 201. В другом примере отделенная текучая среда по магистрали 261 может вводиться в циркуляционную магистраль 215. Отделенная текучая среда в магистрали 261 может содержать непрореагировавший мономер(ы), водород, агент(ы) индуцированной конденсации и (или) инертные компоненты. Клапан 259 может быть затем закрыт, и открыт клапан 267, в результате чего продукт, находящийся в приемном резервуаре 255 продукта, может вытечь из него. Затем клапан 267 может быть закрыт. Хотя это не показано, полимерный продукт по магистрали 268 может быть направлен в группу очистных емкостей или разделительных блоков, установленных последовательно, параллельно или смешанно, для дальнейшего отделения газов и (или) жидкостей от продукта. Конкретная временная последовательность работы клапанов 257, 259, 267 может выдерживаться за счет использования обычных программируемых контроллеров, широко известных в предшествующем уровне техники.

Другая система вывода продукта, которая может быть использована в качестве альтернативы, раскрыта в патенте US 4,621,952. В такой системе используется по меньшей мере одна пара резервуаров, включающая отстойный резервуар и промежуточный резервуар, установленные последовательно и содержащие отделенную газовую фазу, возвращаемую от верха отстойного резервуара в некоторое местоположение в реакторе, лежащее вверху псевдоожиженного слоя. Другие подходящие системы отвода продукта описаны в патентных публикациях WO 2008/045173 и WO 2008/045172.

Реактор 201 может быть снабжен одной или несколькими вентиляционными магистралями 218, обеспечивающими возможность продувки слоя во время запуска, работы и (или) остановки. В реакторе 201 могут не использоваться встряхивание и (или) зачистка стенок. Циркуляционная магистраль 215 и входящие в нее элементы (компрессор 270, теплообменник 275) могут иметь гладкие поверхности, свободные от препятствий, задерживающих поток циркулирующей текучей среды или переносимые частицы.

Режимы полимеризации изменяются в зависимости от мономеров, катализаторов, каталитических систем и возможностей оборудования. Конкретные режимы известны или легко определяемы специалистами в данной области техники. Например, температуры могут лежать в диапазоне приблизительно от -10 до 140°C, часто приблизительно от 15 до 120°C, и более часто приблизительно от 70 до 110°C. Давления могут лежать в диапазоне приблизительно от 10 до 10000 кПа, например приблизительно от 500 до 5000 кПа или приблизительно от 1000 до 2200 кПа. Другие детали полимеризации могут быть найдены в патенте US 6,627,713.

Кроме детектора 103 накопления частиц могут использоваться различные другие системы и (или) способы мониторинга и (или) регулирования степени или уровня загрязнения в реакторе 201. Например, при работе системы 200 полимеризации в конденсированном режиме общеизвестная техника мониторинга полимеризации может включать отслеживание параметра регулирования вязкости, такого как пониженное значение температуры начала растворения, которое может обеспечить оценку степени вязкости полимера в реакторе 201. Другой способ мониторинга полимеризации может включать оценку акустической эмиссии в реакторе 201, что также может обеспечить оценку степени вязкости полимера в реакторе 201. Дополнительные детали мониторинга параметра регулирования вязкости могут быть как рассмотрены, так и описаны в патентных публикациях US 2008/0065360 и WO 2008/030313. Другой способ мониторинга полимеризации может включать оценку акустической эмиссии в реакторе, что также может обеспечить оценку степени вязкости полимера в реакторе. Дополнительные детали мониторинга полимеризационного реактора через акустическую эмиссию описаны в публикации US 2007/0060721.

Примеры

Для лучшего понимания предшествующего рассмотрения приводятся следующие примеры, не служащие ограничением объема изобретения. Хотя в этих примерах рассматриваются частные варианты выполнения, они не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения в любом конкретном смысле.

Данные, накопленные во время работы в установившихся режимах газофазного полимеризационного реактора, приведены на фиг.3 и 4 (Пример 1). Данные, накопленные во время запуска газофазного полимеризационного реактора, при котором не наблюдалось избыточного загрязнения, приведены на фиг.5-7 (Пример 2). Данные, накопленные во время запуска реактора полимеризации в газовой фазе, при котором наблюдалось избыточное загрязнение, приведены на фигурах 8-10 (Пример 3).

Во всех примерах для измерения тока ("переносимого статического заряда") использовался детектор марки Progression Correflux модели 3400 со специальной "быстрой", "биполярной", электронной аппаратурой, имеющей время отклика 5 миллисекунд. Детектор модели 3400 устанавливался в системе газофазного реактора, описанного в связи с фиг.2 типа, причем детектор монтировался в реакторной системе циркуляции газа приблизительно в 5 метрах ниже по потоку, чем компрессор. Детектор выдвигался приблизительно на 18 дюймов (45,7 см) в циркуляционную трубу диаметром 36 дюймов (91,4 см) к осевой линии трубы. В общем корпусе, расположенном снаружи фланца, находились электрометр и быстродействующий преобразователь. Электронная аппаратура имела защиту, устраняющую влияние внешних блуждающих электромагнитных полей на детектор.

Детектор накопления частиц производил регистрацию данных о переносимом статическом заряде с частотой 100 Гц в течение 5 минут во всех экспериментах. Фактически, число точек отсчета за 5 минут составляло 30000. Во всех экспериментах измеренный электрический ток регистрировался во время запуска полимеризации в системе полимеризации в газовой фазе.

Во всех экспериментах измеренные данные по переносимому статическому заряду вводились в процессор, сконфигурированный для работы с программным пакетом Matlab (поставляемым фирмой The Math Works). Для обработки измеренного переносимого статического заряда с использованием методики абсолютной автокорреляции, приложенной к данным по переносимому статическому заряду, измеренному электрометром, применялась функция "xcorr" пакета Matlab.

Для Примера 1 на фиг.3 дано графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора, в установившемся режиме работы. На фиг.4 дано увеличенное графическое представление значений абсолютной автокорреляции данных, представленных на фиг.3, для переносимого электростатического заряда, которое более подробно изображает область нулевого временного лага. Представленные на фиг.3 и 4 данные отражают данные, набранные для многих типичных газофазных реакторов при их работе в установившихся режимах. Иными словами Пример 1 обеспечивает представление типичных данных, полученных для газофазных полимеризационных реакторов, действующих в некотором диапазоне технологических режимов и параметров, например при разных температурах реактора, давлениях, скоростях подачи, участвующих в реакции компонентах и т.п.

Как показано на фиг.4, передний выброс 403 соответствует координате приблизительно -0,11 секунд и представляет собой "отрицательный" пик или пик минимума. Лаговый выброс 410 в основном представляет собой зеркальное отображение переднего выброса 403 и появляется на координате +0,11 секунд, являясь "положительным" пиком или пиком максимума. Пик 405 у нулевого временного лага также представляет собой "отрицательный" пик или пик минимума, как передний выброс 403. Так как передний выброс 403 и пик 405 у нулевого временного лага оба являются пиками минимума, можно предположить, что в среднем частица, ударяющаяся о детектор, имеет тот же знак заряда, что и в среднем частица, приближающаяся к детектору. Соответственно, Пример 1 представляет типичный газофазный полимеризационный реактор, работающий в условиях отсутствия загрязнения, в установившихся режимах, в которых не обнаружено, чтобы частицы катализатора отделялись от смеси частицы/текучая среда, протекающей по циркуляционной магистрали.

Для Примера 2 на фиг.5 дано графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора. Время, в которое в полимеризационный реактор вводился катализатор, соответствовало приблизительно 0,5×10⁴ точкам отсчета на оси X или приблизительно 50 секундам после начала измерения электрического тока.

В Примере 2 полимерный продукт получался в результате полимеризации этилена и гексана в газофазном полимеризационном реакторе. При этом использовался металлорганический катализатор. Газовый состав в реакторе представлял собой приблизительно 57,1 мол.% этилена, приблизительно 0,95 мол.% гексана, приблизительно 0,02 мол.% водорода, приблизительно 35,1 мол.% азота и приблизительно 7,0 мол.% изопентана (использованного в качестве агента индуцированной конденсации). Парциальное давление этилена составляло приблизительно 151,8 psia (74,1 г/см²). Реактор действовал при температуре приблизительно 181°F (82,8°C) и давлении приблизительно 263 psig (1,8 МПа). Так как данные были получены во время запуска реактора, изпентан не конденсировался. Поверхностная скорость газа, циркулирующего в полимеризационном реакторе, составляла приблизительно 2,3 фут/с (0,7 м/с). После введения катализатора (приблизительно 0,5×10⁴ точек отсчета) наблюдался общий рост или расширение значения статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц, что ясно видно по увеличению значений измеренного статического заряда на фиг.5.

На фиг.6 дано графическое представление данных абсолютной автокорреляции переносимого статического заряда с фиг.5. Данные абсолютной автокорреляции, представленные на фиг.6, показывают, что в среднем заряженные частицы в циркулирующей среде имеют отрицательный заряд. Из экспериментов и практических наблюдений известно, что отрицательные заряды в смеси частицы/текучая среда при процессе полимеризации в газовой фазе с использованием металлорганического катализатора получаются от частиц полимера. Другими словами, полимерные частицы в циркулирующей текучей среде при полимеризации в газовой фазе заряжены отрицательно. По существу преобладающий заряд, измеренный электрометром, создается отрицательно заряженными полимерными частицами.

На фиг.7 дано в увеличенном виде графическое представление с фиг.6, которое более подробно изображает область нулевого временного лага. У нулевого временного лага имеется слабый сигнал 705, показывающий, что о детектор ударяется относительно мало заряженных частиц. Сигнал 705 у нулевого лага мал и лежит в диапазоне значений по оси Y, определяемом минимумом и максимумом переднего выброса 703 и лагового выброса 710, соответственно. Сигнал 705 при нулевом лаге более представляется как плато, чем как отдельный пик, что, возможно, указывает на то, что очень мало вещества ударялось о детектор (независимо от заряда). Соответственно, данные измеренного переносимого статического заряда на фиг.7 показывают, что положительно заряженные частицы катализатора не отделялись от циркулирующей текучей среды и не накапливались на внутренних поверхностях системы полимеризации. В Примере 2 избыточного загрязнения при запуске полимеризационного реактора не наблюдалось.

Для Примера 3 на фиг.8 дано графическое представление измеренного переносимого статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц при мониторинге циркулирующей текучей среды, проходящей через циркуляционную магистраль газофазного полимеризационного реактора. Время, в которое в полимеризационный реактор вводился катализатор, соответствовало приблизительно 1,6×10⁴ точкам отсчета на оси X или приблизительно 2 минутам и 40 секундам после начала измерения электрического тока.

В Примере 3 полимерный продукт также получался в результате полимеризации этилена и гексана в газофазном полимеризационном реакторе 101. При этом использовался металлорганический катализатор. Параметры полимеризации были аналогичны параметрам, использованным в Примере 2. После введения катализатора (приблизительно 1,6×10⁴ точек отсчета) наблюдался общий рост или расширение значения статического заряда, зарегистрированного детектором накопления частиц, что ясно видно по увеличению значений измеренного статического заряда на фиг.8.

На фиг.9 дано графическое представление данных абсолютной автокорреляции переносимого статического заряда с фиг.8. Данные абсолютной автокорреляции, представленные на фиг.9, показывают, что в среднем заряженные частицы в циркулирующей среде имеют отрицательный заряд. Однако в среднем частицы, контактирующие с детектором накопления частиц, представляли собой положительно заряженные частицы. На фиг.10 дано в увеличенном виде графическое представление с фиг.9, которое более подробно изображает область нулевого временного лага. У временного лага, составляющего 0 (ноль) секунд, наблюдался мощный пик 1005 сигнала, свидетельствующий о том, что с детектором соударяется большое число заряженных частиц, и частицы, столкнувшиеся с детектором, в среднем представляют собой положительно заряженные частицы катализатора. "Проходящие частицы" формируют передний выброс 1003 и лаговый выброс 1010 (имеющие значение ординаты приблизительно 2,1 и 5,3, соответственно), связанные с типичными отрицательно заряженными частицами полимера. Для данного примера "существенное отделение заряженного вещества" на детектор (в данном случае отделение положительно заряженного катализатора от в основном положительно заряженных полимерных частиц) может быть отнесено к пику величины абсолютной автокорреляции у нулевого временного лага, значение которого лежит вне границ диапазона, определяемого передним выбросом и лаговым выбросом, а сам пик имеет тот же вид (максимум или минимум), что и лаговый выброс. Соответственно, данные измеренного переносимого статического заряда на фиг.10 показывают, что положительно заряженные частицы катализатора отделялись от циркулирующей текучей среды и накапливались на внутренних поверхностях системы полимеризации. Во время запуска этого полимеризационного реактора наблюдалось его избыточное загрязнение.

Переносимый статический заряд, зарегистрированный при нормальной газофазной полимеризации в установившемся режиме, как в Примере 1, дает ясное указание на то, что наблюдаемый переносимый статический заряд определяется отрицательно заряженными частицами полимера, преимущественно контактирующими с детектором накопления частиц, и раз так, то ни накопления частиц катализатора, ни избыточного загрязнения не происходит. Переносимый статический заряд, зарегистрированный во время запуска полимеризационного реактора, как в Примере 2, обеспечивает свидетельство того, что наблюдаемый переносимый статический заряд определяется небольшим числом частиц (если они вообще имеются), соударяющихся с детектором, или возможно некоторым числом положительно заряженных частиц катализатора, сталкивающихся с детектором, но в количестве, не достаточном для того, чтобы вызвать избыточное загрязнение. Другими словами, сигнал 705 у нулевого временного лага (плато) указывает на то, что в среднем количество положительно заряженных частиц катализатора, сталкивающихся с детектором накопления частиц, как в Примере 2, не достаточно для того, чтобы привести к избыточному загрязнению в системе полимеризации. Это заключение основывается на том факте, что сигнал 705 у нулевого временного лага (плато) не выходит за границы или диапазон, определяемый передним и лаговым выбросами 703, 710. Например, лаговый выброс 710 имеет пиковое значение, составляющее приблизительно 11, в то время как сигнал 705 у нулевого временного лага (плато) имеет значение, составляющее приблизительно 9, что не выходит за границу или диапазон, определяемый лаговым выбросом 710.

Напротив, переносимый статический заряд, зарегистрированный при запуске полимеризационного реактора, как в Примере 3, ясно указывает на то, что наблюдаемый переносимый статический заряд определяется положительно заряженными частицами, преимущественно контактирующими с детектором накопления частиц, и раз так, то избыточное загрязнение происходит. Сигнал 1005 у нулевого временного лага (пик) имеет значение абсолютной автокорреляции, составляющее приблизительно 7,5 и значительно превосходящее значение абсолютной автокорреляции в лаговом выбросе 1010, равное приблизительно 5,3. Соответственно, с удивлением и неожиданно был раскрыт способ мониторинга статического заряда, переносимого при работе системы полимеризации в газовой фазе, например при работе в установившемся режиме, режиме запуска, в переходные периоды и т.п., основанный на измерении переносимого статического заряда с использованием детектора накопления частиц. Кроме того, был создан способ определения того, что переносимый статический заряд определяется преимущественно положительно заряженными частицами катализатора, соударяющимися с детектором накопления частиц, и этот способ может быть использован для мониторинга системы полимеризационного реактора. Абсолютная автокорреляция значений переносимого статического заряда может обеспечить визуально понятный и полезный индикатор того, накапливаются ли, или вероятно должны накапливаться, либо нет частицы катализатора на внутренних поверхностях системы полимеризации.

Все численные значения находятся "вблизи" или "около" показанных величин, принимая во внимание экспериментальную погрешность и флуктуации, которые должны учитываться специалистом в данной области. Все доли, пропорции и процентные содержания относятся к массовым показателям до тех пор, пока не оговорено иное.

Различные термины определены выше. Содержанию термина, использованного в формуле и не определенного выше, должно придаваться наиболее широкое толкование для данной области техники, в которой данный термин определен по меньшей мере в одной печатной публикации или выданном патенте. Кроме того, цитированные в данной заявке патенты, тестовые процедуры и другие документы полностью включены путем ссылки на их содержание, так что их описание не входит в противоречие с данной заявкой согласно любой юрисдикции, в которой такое включение допустимо.

Хотя вышесказанное относится к нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты могут быть предложены без отклонения от основной идеи изобретения, объем которого определяется нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к способу измерения накопления частиц на поверхностях реактора. Способ мониторинга смеси частиц и текучей среды включает пропускание смеси, содержащей заряженные частицы и текучую среду, обтекая детектор накопления частиц, измерение электрического сигнала, зарегистрированного детектором в то время, как некоторые заряженные частицы проходят мимо детектора без контакта с ним, а другие заряженные частицы контактируют с детектором, обрабатывание измеренного электрического сигнала, обеспечивая выходные данные, и определение по выходным данным, имеют ли заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем заряд, отличный от заряженных частиц, проходящих мимо детектора без контакта с ним. Изобретение обеспечивает эффективный мониторинг смеси частиц и текучей среды на поверхностях реактора. 15 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 пр.

1. Способ мониторинга смеси частиц и текучей среды, в котором: пропускают смесь, содержащую заряженные частицы и текучую среду, обтекая детектор накопления частиц;
измеряют электрические сигналы, зарегистрированные детектором в то время, как некоторые заряженные частицы проходят мимо детектора без контакта с ним, а другие заряженные частицы контактируют с детектором;
обрабатывают измеренный электрический сигнал, обеспечивая выходные данные; и
определяют по выходным данным, имеют ли заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем заряд, отличный от заряженных частиц, проходящих мимо детектора без контакта с ним.

2. Способ по п.1, в котором обработка измеренного электрического сигнала включает применение метода абсолютной автокорреляции к измеренному электрическому сигналу и определение вектора абсолютной автокорреляции электрического сигнала.

3. Способ по п.2, в котором абсолютная автокорреляция электрического сигнала включает кривую приближения, кривую удаления и кривую у нулевого временного лага.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором заряженные частицы включают частицы катализатора и частицы полимера, а текучая среда включает один или несколько углеводородов.

5. Способ по любому из пп.1-3, в котором заряженные частицы включают в большей части частицы полимера, имеющие в среднем отрицательный заряд, и в меньшей части частицы катализатора, имеющие в среднем положительный заряд, причем выходные данные показывают, что заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем являются заряженными частицами полимера, и что частицы катализатора не отделяются от смеси в количестве, достаточном для формирования агломераций.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором заряженные частицы включают в большей части частицы полимера, имеющие в среднем отрицательный заряд, и в меньшей части частицы катализатора, имеющие в среднем положительный заряд, причем выходные данные показывают, что заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем являются положительно заряженными частицами катализатора, и что частицы катализатора отделяются от смеси в количестве, достаточном для формирования агломераций.

7. Способ по любому из пп.1-3, в котором заряженные частицы включают в большей части частицы полимера, имеющие в среднем положительный заряд, и в меньшей части частицы катализатора, имеющие в среднем отрицательный заряд, причем выходные данные показывают, что заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем являются положительно заряженными частицами полимера, и что частицы катализатора не отделяются от смеси в количестве, достаточном для формирования агломераций.

8. Способ по любому из пп.1-3, в котором заряженные частицы включают в большей части частицы полимера, имеющие в среднем положительный заряд, и в меньшей части частицы катализатора, имеющие в среднем отрицательный заряд, причем выходные данные показывают, что заряженные частицы, контактирующие с детектором, в среднем являются отрицательно заряженными частицами катализатора, и что частицы катализатора отделяются от смеси в количестве, достаточном для формирования агломераций.

9. Способ по п.1, в котором заряженные частицы включают частицы катализатора, содержащие один или несколько металлорганических катализаторов.

10. Способ по любому из пп.1-3, в котором проходящая текучая среда находится внутри системы полимеризации.

11. Способ по любому из пп.1-3, в котором проходящая текучая среда находится в циркуляционной магистрали газофазного полимеризационного реактора.

12. Способ по любому из пп.1-3, в котором детектор накопления частиц сообщается с внутренним объемом полимеризационного реактора или циркуляционной магистралью полимеризационного реактора.

13. Способ по любому из пп.1-3, включающий изменение одного или нескольких технологических параметров, если заряженные частицы, контактирующие с детектором, имеют в среднем положительный заряд.

14. Способ по любому из пп.1-3, включающий введение в смесь одной или нескольких непрерывных добавок, если заряженные частицы, контактирующие с детектором, имеют в среднем отрицательный заряд.

15. Способ по любому из пп.1-3, в котором обработку измеренного электрического сигнала выполняют с использованием процессора.

16. Способ по любому из пп.1-3, в котором электрический сигнал измеряют при частоте дискретизации, составляющей приблизительно 100 Гц или более.