Способ управления процессом каталитической (со)полимеризации этилена в газовой фазе Советский патент 1992 года по МПК G05D27/00 C08F10/02 

2

Изобретение относится к способам управления каталитическим процессом газофазной (со)полимеризации этилена в присутствии водорода и может быть использовано в химической промышленности. Изобретение позволяет получать стабильный по зольности полимер при сохранении постоянной производительности реактора в процессе каталитической (со)полимеризации этилена в газовой фазе в присутствии хро- моксидного катализатора с содержанием хрома 0,5 ±0,05 мас.% за счет стабилизации соотношения производительности реактора и расхода катализатора пропорциональным изменением молярного соотношения водорода и этилена, подаваемых в реактор. 2 ил

Изобретение относится к способам управления процессом каталитической полимеризации этилена в газовой фазе, в частности процессом (со)полимеризации этилена в присутствии хромокисного катализатора и водорода.

Известен способ управления процессом полимеризации этилена на хромокис- ном катализаторе состава СгОз/5 02 А120з, при котором регулируют активность катализатора изменением температуры полимеризации (Тп). При этом изменение Тп приводит не только к изменению активности катализатора, но и к изменению показателя текучести расплава (ПТР) полимера.

Известен также способ управления процессом (со)полимеризации этилена на хро- мокисном катализаторе СгОз/ЗЮ2-ТЮ2 регулированием свойств полимера (ПТР. плотность) изменением Тп и молярного соотношения сомономер этилен. При этом невозможно поддержание активности катализатора на постоянном уровне при увеличении концентрации в реакторе каталитических ядов, вводимых сырьевыми потоками.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ управления процессом каталитической (со)полимеризации оолефинов в газовой

ib.

фазе, включающий регулирование давления в реакторе путем изменения расхода мономера, регулирование ПТР полимера, размера частиц полимера и активности катализатора изменением концентрации микропримеси - двуокисиуглерода. Способ позволяет постоянно поддерживать размер частиц полимера на их заданном значении, при котором происходит теплосъем экзотермической реакции, уменьшается унос частиц полимера и забивка ими трубопроводов, улучшается работа системы выгрузки полимера, что в свою очередь приводит к увеличению производительности реактора за счет ликвидации его вынужденных остановок.

Недостатком данного способа является неизбежное при наличии микропримеси двуокиси углерода снижение активности катализатора. Кроме того, активность катализатора также изменяется в процессе в зависимости от колебаний концентрации в реакционной массе всех прочих микропримесей каталитических ядов (кислород, вода и пр.). Все это приводит к получению нестабильного по зольности полимера.

Целью изобретения является получение стабильного по зольности полимера при сохранении постоянной производительности реактора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления непрерывным процессом каталитической (со)полимеризации этилена в газовой фазе в присутствии водорода, включающем регулирование давления в реакторе изменением расхода мономера и регулирование активности катализатора, активность катализатора регулируют поддержанием на постоянном уровне соотношения производительности реактора и расхода катализатора пропорциональным изменением молярного соотношения водорода и этилена в реакторе и используют хромокисный катализатор с содержанием хрома 0,5 ± 0,05 мас.%,

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего заявляемый способ управления; на фиг.2 - график линейной зависимости между изменением соотношения производительность реактора (6)/расход катализатора (д) и изменением молярного соотношения концентраций водород/эти- лен (Н2/Са) в реакторе, которая описывается уравнением

Д(Н2/С2),

где А G/g, ДА - изменение соотношения G/g;

Ki - коэффициент пропорциональности, определяется типом катализатора и условиями полимеризации. Для хромокисного катализатора Ki 38 (кривая 1), для модифицированного хромокисного катализатора Ki 44 (кривая 2);

А Н2/С2 - изменение величины молярного соотношения водород/этилен.

В реактор подают этилен, в случае сопо- лимеризации - сомономер, водород. Вместе с компонентами в реактор 1 подают

0 микропримеси каталитических ядов. Циркуляция реакционного газа осуществляется с помощью компрессора 2. Производительность реактора замеряется датчиком 3. Расход катализатора задается регулятором 4.

5 Сигнал с датчика 3 поступает на регулятор 4 расхода катализатора через вычислительное устройство (ВУ) 5. Соотношение водород-этилен замеряют датчиком 6, информация от которого передается на ВУ

0 5 и на регулятор расхода водорода 7. Количество подаваемого этилена изменяют регулятором 8 в зависимости от изменения давление в реакторе 1. Расход катализатора измеряют датчиком 9, информация от кото5 рого передается на ВУ 5. В ВУ 5 вводят заданную величину соотношения производительности реактора и расхода катализатора (Аз) и заданную величину производительности реактора (G3).

0 Пример1.В реакторе 1 проводят полимеризацию этилена на модифицированном хромокисном катализаторе (Сг 0,5 ± 0,05%) при заданной производительности реактора G3 10 т/ч, которая

5 обеспечивается расходом катализатора дэ 1 кг/ч. Соотношение Н2/С2 0,02 моль/моль. Зольность полимера составляет

0,01%. ПТРб полимера (определенный при

/

Q нагрузке 5 кг) - 0,6 г/10 мин. А 3 10 т/кг кат.

Датчик 3 фиксирует снижение GT реактора до 8 т/ч, вызванное падением активности катализатора в связи с увеличением

5 концентрации микропримесей каталитических ядов. Сигналы от датчиков 3, 6, 9 поступают в ВУ 5. ВУ 5 поступившую информацию обрабатывает в следующей последовательности:

0 определяет текущую зеличину соотношения

Ат -- -- 8 т/кг, кат; 9т 1

определяет отклонение текущего значения 5 А от заданного (ДА);

Д А Аз - Ат 10-8 2 т/кг кат; определяет величину требуемого изменения соотношения водород/этилен (Д Н2/Са) из уравнения

9з

AA KvA(H2/C2), гдеК1 44; (H2/C2) AA/Ki -- 0,045;

определяет новое значение соотношения Н2/С2:

(Н2/С2) 0,02 + 0,045 0,065; выдает задание на регулятор расхода водорода, что приводит к увеличению подачи водорода в реактор для поддержания соотношения Н2/С2 на уровне 0,065. Это в свою очередь приводит к увеличению активности катализатора и росту производительности реактора до 10 т/ч.

Таким образом, реактор вновь работает при заданном соотношении GT/QT 10 т/кг кат., а полимер имеет постоянную зольность 0,01%. ПТРб полимера остается на уровне 0,6 г/10 мин.

Пример 2. В реакторе 1 проводят сополимеризацию этилена с бутеном-1 на хромокисном катализаторе (Сг 0,5 ± 0,05%) при G3 10 т/ч, которая обеспечивается 9з 1 кг/ч. Соотношение Н2/С2 0,02 моль/моль. Зольность полимера составляет 0,01 %, ПТРб - 0,7 г/10 мин, Аз 10 т/кг кат.

Датчик 3 фиксирует снижение GT реактора до 9 т/ч, вызванное падением активности катализатора в связи с увеличением концентрации микропримесей каталитических ядов. Сигналы от датчиков 3, 6, 9 по- ступают в ВУ 5. ВУ 5 поступившую информацию обрабатывает в следующей последовательности:

определяет текущую величину соотношения

g

Ат - Gr/gT -у 9 т/кг кат.;

определяет отклонение (ДА) текущего значения А от заданного:

Д А Аз - Ат 10-9 1 т/кг кат.;

определяет величину изменения соотношения водород/этилен

А(Н2/С2) из уравнения:

AA Ki А (Н2/Сг), Ki 38,

А(н2/с2)

0,026;

определяет новое значение соотношения:

(Н2/С2)3 0,02 + 0,026 0,046;

выдает задание на регулятор расхода водорода 7, что приводит к увеличению подачи Й2 в реактор для поддержания соотношения Н2/С2 на уровне 0,046. Это приводит к увеличению активности катализатора и росту производительности реактора до Ют/ч. Таким образом, реактор вновь работает при заданном соотношении GT/QT 10 кг/г-кат, а сополимер имеет постоянную зольность

0,01 %. ПТРб сополимера при этом остается на уровне 0,7 г/10 мин.

Пример 3. В реакторе 1 проводят полимеризацию этилена на модифицированном катализаторе (Сг 0,5 ± 0,05%) при G3 10 т/ч, которая обеспечивается 9з 1 кг/ч. Соотношение Н2/С2 0,065 моль/моль. Зольность полимера составляет 0,01 %, ПТР - 0,6 г/10 мин, Аз 10 т/кг кат

Датчик 3 фиксирует повышение GT реактора до 12 т/ч, вызванного возрастанием активности катализатора в связи с уменьшением концентрации микропримесей ядов.

Сигналы от датчиков 3, 6, 9 поступают в ВУ 5. ВУ 5 поступившую информацию обрабатывает в следующей последовательности:

определяет текущую величину соотношения Ат

19

Ат Ст/дт -у- 12т/кгкат.;

определяет отклонение текущего значения А от заданного (ДА):

А А Аз-Ат 10-12 -2 т/кг кат.; определяет величину изменения соотношения водород/этилен Д(Н2/С2);

А А KiA (H2/C2), Ki 44,

А(Н2/С2) - Г Ж ° °45;

определяет новое значение соотношения:

(Н2/С2)3 0,065 + (-0,045) 0,020; выдает задание на регулятор расхода водорода 7, что приводит к уменьшению

подачи водорода в реактор для поддержания соотношения Н2/С2 на уровне 0,020. В результате происходит уменьшение активности катализатора и снижение производительности реактора до 10 т/ч.

Таким образом, реактор вновь работает при заданном соотношении Ст/9т 10 т/кг кат. и постоянной зольности 0,01%.

П р и м е р 4. Проводят полимеризацию этилена на модифицированном

катализаторе (Сг 0,5 ± 0,05%) при заданной производительности реактора G3 10 т/ч, которая обеспечивается расходом катализатора д3 1 кг/ч, Соотношение Н2/С2 0,02 моль/моль. Концентрация

С02 равна 0,0005 мол.%. Зольность полимера при этих условиях составляет 0,01 мас.%, ПТРб полимера равен 0,8 г/10 мин. С увеличением концентрации микропримесей каталитических ядов происходит увеличение

зольности полимера до 0,025 мас.% и его ПТРб до i,4 г/10 мин. Согласно заявляемому способу увеличивают в реакторе соотношение Н2/С2 до 0,034 моль/ноль. В результате зольность и ПТР синтезируемого полимера возвращаются к заданным значениям 0,01 мас.% и 0,8 г/10 мин соответственно.

П р и м е р 5 (контрольный). В реакторе 1 проводят полимеризацию этилена на мо- дифицированном хромокисном катализаторе (Сг 0,5 ± 0,05%) при заданной G3 10 т/ч, которая обеспечивается да 1 кг/ч. Соотношение Н2/С2 0,02 моль/моль. Зольность полимера при этом равна 0,01 %. Про- изводительность реактора в этом способе регулируют изменением расхода катализатора в соответствии с зависимостью:

G К2д,

Р

где Кг -- - удельный выход полимера с 9з

единицы катализатора, определенный как отношение текущей производительности реактора к заданному расходу катализато

ра.

Датчик 3 фиксирует снижение GT реактора до 8 т/ч, обусловленное падением активности катализатора в связи с увеличением концентрации микропримесей каталитических ядов. Сигналы от датчиков 3,9 поступа- ют в ВУ 5. ВУ 5 на основании поступившей информации определяет новую величину расхода катализатора

---е-V -V-

и выдает задание на регулятор 4 для изменения расхода катализатора до 1,25 кг/ч. Расход катализатора поддерживается на уровне 1,25 кг/ч и производительность реактора растет до 10 т/ч. Зольность полиме- ра при этом увеличивается до 0,125%.

П р и м е р 6 (контрольный). В реакторе 1 проводят полимеризацию этилена на хромокисном катализаторе (Gr 2,5 ± 0,25%) при Сз Ю т/ч, которая обеспечивается 0, кг/ч. Соотношение Н2/Сг 0,02 моль/моль. Зольность полимера при этих условиях составляет 0,01%, ПТР - 0,6 г/10 мин, А3 10 т/кг кат.

Датчик 3 фиксирует снижение GT реак- тора До 8 т/ч, обусловленное падением активности катализатора в связи с увеличением концентрации микропримесей каталитических ядов. Сигналы от датчиков 3, 6, 9 поступают в ВУ 5, после чего поступившую информацию ВУ 5 обрабатывает в следующей последовательности:

определяет текущую величину соотношения

G ft

AT -- г 8 т/кг кат.; 9т 1

5 0

5

0

5

5

0

5 0

5

определяет отклонение (А А) текущего значения А от заданного:

А А Аз - AT 10-8 2 т/кг кат.;

определяет величину требуемого изменения соотношения во до род /этилен A(Hz/C2) из уравнения:

ДА Ki Д(Н2/С2), где Ki 38,

А(Н2/С2) -gg- 0,053;

определяет новое значение соотношения:

(Н2/С2)з - 0,02 + 0,053 - 0,073;

выдает задание на регулятор расхода водорода 7, что приводит к увеличению подачи Й2 в реактор для поддержания соотношения Н2/С2 на уровне 0,073.

В результате происходит увеличение активности катализатора и рост производительности реактора, но не до заданной производительности 10 т/ч, а лишь до 9,4 т/ч. Зольность полимера при этом составляет 0,0106%, а его ПТР 0,9 г/10 мин, в то время как заданные значения золености и ПРТ составляют соответственно 0,0100% и 0,6 г/10 мин.

Из примеров видно, что заявленный способ управления процессом (со)полиме- ризации этилена в газовой фазе на катализаторах хромокисного типа с содержанием хрома 0,5 ± 0,05 мас.% при изменении концентрации микропримесей каталитических ядов в реакторе позволяет стабилизировать качество полиэтилена по показателю зольность при сохранении постоянной производительности реактора.

Формула изобретения

Способ управления процессом каталитической (со)полимеризации этилена в газовой фазе в присутствии хромокисного катализатора водорода путем регулирования давления в реакторе изменением расхода мономера и регулирования активности катализатора, отличающийся тем, что, с целью получения стабильного по зольности полимера при сохранении постоянной производительности реактора, активность катализатора регулируют поддержанием на постоянном уровне соотношения производительности реактора и расхода катализатора пропорциональным изменением молярного соотношения водорода и этилена в реакторе и используют хромокисный катализатор с содержанием хрома 0,5 ± ±0,05 мас.%.

5-0чДоS-A

40

и А, т/w-r

20

о

0.1

0.3

фиг. 2

Составитель К. Колина М. Самерханова Техред М.Моргентал

в

Я

3

-®

7

Фиг. 1

0.5 А(Н2/Сг)тм/мо/ б

Корректор М. Кучерявая