一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法技术

本发明专利技术公开了一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法。该方法包括：检测步骤，利用压力检测装置检测冷箱中流股的压力变化，并将信息传输至计算装置；计算分析步骤，通过计算装置分析来自检测步骤的压力信息，计算进入冷箱流股水含量，间接计算聚烯烃反应器中水含量，对异常情况进行预警，同时发送调节指令至控制步骤；控制步骤，接收来自计算分析步骤的指令信息，控制阀门v1调节杀活蒸汽的流量，控制阀门v2调节进入脱水塔的流股流量，进而降低反应器的水含量，提高产率。本发明专利技术的方法通过检测步骤、计算分析步骤和控制步骤的协调配合，不仅能够快速检测反应器水含量，而且还可以实时调节除水操作的流量和杀活蒸汽流量，提升整体的生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法
本专利技术属于聚烯烃生产领域，具体涉及一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法。
技术介绍
在烯烃聚合物生产过程中，从反应系统排出的聚烯烃树脂中溶解有未反应的烃类物质(乙烯、乙烷、丙烯、丁烯、丁烷、异戊烷、己烯等)、氮气、残留的催化剂等。这些未反应的烃类必须除去，并使聚烯烃树脂中残留的催化剂失活，以达到环境保护的标准，并保证下游工序和产品的安全。目前气相法聚合工艺以其工艺流程简单、操作灵活方便、产品范围广泛、投资成本较低等优点，被工厂广泛使用，与之匹配的排放气膨胀深冷回收系统已在多篇专利(CN103520946B，CN104792117B等)中公开。为了使树脂中残留的催化剂失活，通常需要在脱气仓中加入杀活蒸汽，并在侧线排出，通常不应该有任何蒸汽混合在排放气中进入压缩冷凝工段；但是当出现阀门故障等不容易被发现的异常情况时，会有少量水蒸汽混合在排放气中进入压缩冷凝工段，并随低碳烃回用流股返回聚烯烃反应器。然而聚烯烃反应使用的高效催化剂对水含量极为敏感，水含量较高时，催化剂活性快速下降，产率下降，并会在反应器中产生结块，严重影响后续生产过程，目前新型高效聚烯烃催化剂要求反应原料中水含量低于1ppm。GB/T2366-2008采用气相色谱热导检测器配合耐水填充柱进行分离，可检测液体有机化工产品中0.01％(w)的水含量，达不到1ppm的要求。部分工厂采用静电信号波动检测的方法来监测反应器中的水含量，但只有当反应器中水含量大于10ppm时，才能接收到较为明显的静电波动信号，然后再由操作人员进行手动操作调节，整个监测过程中，监测系统灵敏度低，反应周期长，操作滞后。因此专利技术一种快速间接监测和控制聚烯烃反应器水含量的方法，具有重大的经济利益和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控方法，具体包括：检测步骤，利用压力检测装置检测冷箱中流股进出口的压差变化，并将信息传输至计算装置。计算分析步骤，通过计算装置分析来自检测步骤的压差变化信息，计算进入冷箱流股水含量，间接计算聚烯烃反应器中水含量，对异常情况进行预警，同时发送调节指令。控制步骤，用于接收来自计算控制步骤的调节指令信息，控制阀门v1开度调节杀活蒸汽的流量，控制阀门v2调节进入脱水塔的流股流量，进而降低反应器的水含量，提高产率。本专利技术通过检测步骤、计算分析步骤和控制步骤的协调配合，不仅能够快速检测冷箱中流股水含量和反应器中水含量，而且还可以实时调节进入脱水塔的流量和杀活蒸汽的流量，提升整体的生产效率。针对具体的气相法聚烯烃生产和排放气深冷回收过程，聚合单体和氢气经过压缩机加压和冷却器降温后，进入聚烯烃流化床反应器进行聚合反应，未反应的气相聚合单体和氢气从反应器顶部循环流入压缩机，反应生成的聚烯烃树脂从反应器底部流出，进入脱气仓进行脱挥操作。新鲜氮气从脱气仓侧线进料，吹走聚烯烃树脂内的未反应低碳烃和气相低聚物，杀活蒸汽从侧线进料，对流入脱气仓的催化剂进行杀活，并在侧线由氮气吹扫流出脱气仓。聚烯烃树脂从脱气仓底部排出，排放气从脱气仓顶部排出进入压缩冷凝单元。排放气在压缩冷凝单元中经过压缩机加压和冷凝器冷凝，部分低聚物液化，经气液分离器分离，液相返回聚烯烃反应器，气相主要为氮气和聚合单体流入冷箱继续分离，并分别回收氮气和聚合单体，冷箱中为深冷机构，在专利CN104792117B中有详细描述。其中排放气源自聚烯烃反应的脱气仓，其温度范围为70～120℃，压力范围为100～200kPa，组成为氮气、聚合单体、氢气、低聚物、水等，其中氮气含量范围为50％～90％。冷箱的入口温度范围为-20～50℃，入口压力范围为1500～2500kPa，出口温度范围为-150～-90℃。对于该系统，催化剂对微量水异常敏感，微量水会造成催化剂失活，对聚烯烃反应过程危害巨大，并且ppm级别的水含量会在深冷单元形成结冰，严重时需要停车更换冷箱。系统中微量水主要源自脱气仓的杀活蒸汽，少量杀活蒸汽随排放气流出脱气仓，随循环流股和气相流股进入反应器和冷箱，微量水的不断累积会造成水含量超标。微量水的检测和脱除都是目前面临的难题，如果将所有进入反应器的流股进行脱水塔脱水处理，需要消耗大量的能源。本专利技术利用冷箱中微量结冰造成压差波动的现象，建立冷箱进出口压力变化和冷箱内微量水含量以及聚烯烃反应器内微量水含量的数学关系，将该问题转化为间接检测微量水含量的手段，并通过控制装置，实现反应器稳定生产。本专利技术首先通过模拟建立了微量水在冷箱中的气液固相态的变化。根据本专利技术的某一具体实施例，排放气经过压缩冷凝气液分离后，进入冷箱的气相流股压力为16.8bar,组成为氮气81％(摩尔分数)、乙烯单体11％、氢气4％、其余低碳烃4％，进入冷箱的流股水含量在10ppm以下变化时，冷箱中水的气液固相态区域由图1所示，即通常在-40℃以下时出现微量的固态水，并在实验的验证下发现入口水含量在6ppm以下时，微量的固态水不会在冷箱换热器表面形成结冰，进出口压降无明显变化。当冷箱中流股水含量高于6ppm时，排放气在连续运转2天的时间内会在换热器表面形成少量结冰，入口水含量高于8ppm时会明显观察到进出口压降的变化。本专利技术通过实验构建了冷箱中流股进出口压差变化随流股水含量的定量关系：其中ΔP指连续运行10小时前后冷箱进出口压差变化值，kPa；Cvap指冷箱中流股入口的水含量，ppm。即可由压降变化值计算出冷箱中流股微量水含量。本专利技术通过PengRobinson方程构建混合物气液平衡模拟，关联出冷箱中流股微量水含量与低聚物回用流股中水含量的定量关系：其中Cvap指冷箱中流股入口的水含量，ppm；Cliq指低聚物回用流股中水含量，ppm；x指气液分离器中液相占比；T指气液分离器中排放气温度，℃；P指气液分离器中排放气压力，kPa。本专利技术进一步计算出低聚物回用流股中水含量和聚烯烃反应器内水含量的数学关系：其中Cin指反应器内水含量，ppm；Cliq指低聚物回用流股中水含量，ppm；Fliq指低聚物回用流股摩尔流量，kmol/hr；Ffresh指新鲜聚合单体和氢气的总摩尔流量，kmol/hr。本专利技术的计算分析装置可通过上述方程，由测得的冷箱进出口压降数据间接监测冷箱内和反应器内水含量。监测到反应器水含量大于正常值时，计算装置发送调节指令到控制单元。本专利技术控制步骤通过控制杀活蒸汽阀门v1开度和进入脱水塔流量阀门v2开度，实现对系统中水含量的控制。其中：1)当监测水含量在正常范围时，阀门v1开度为1，阀门v2控制流入脱水塔流量为0。2)当监测水含量高于正常值时，阀门v1开度z1和阀门v2控制流入脱水塔流量比率z2满足以下方程：其中z1指阀门v1开度；z2指流入脱水塔流量比率，z1、z2均取上式计算得到的数值作为开度或比率，无量纲；Cin指反应器内水含量，ppm；Cliq指低聚物回用流股中水含量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法，其特征在于，包括：/n检测步骤，利用压力检测装置检测冷箱中流股进出口的压差变化，并将信息传输至计算装置；/n计算分析步骤，通过计算装置分析来自检测步骤的压差信息，计算进入冷箱流股水含量，间接计算聚烯烃反应器中水含量，对异常情况进行预警，同时发送调节指令；/n控制步骤，接收来自计算分析步骤的调节指令信息，调节杀活蒸汽的流量，以及调节进入脱水塔的流股流量，降低聚烯烃反应器的水含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚烯烃反应器微量水间接监测与调控的方法，其特征在于，包括：
检测步骤，利用压力检测装置检测冷箱中流股进出口的压差变化，并将信息传输至计算装置；
计算分析步骤，通过计算装置分析来自检测步骤的压差信息，计算进入冷箱流股水含量，间接计算聚烯烃反应器中水含量，对异常情况进行预警，同时发送调节指令；
控制步骤，接收来自计算分析步骤的调节指令信息，调节杀活蒸汽的流量，以及调节进入脱水塔的流股流量，降低聚烯烃反应器的水含量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冷箱中流股为聚烯烃反应的脱气仓排放气经压缩冷凝、气液分离后的气相，所述排放气的温度范围为70～120℃，压力范围为100～200kPa，其中氮气含量范围为50％～90％。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于冷箱的入口温度范围为-20～50℃，入口压力范围为1500～2500kPa，出口温度范围为-150～-90℃。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过监测冷箱中流股进出口的压差变化值，计算进入冷箱流股水含量，并进一步计算聚烯烃反应器中水含量。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异常情况为聚烯烃反应器中水含量大于设定值。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脱水塔设置在低聚物回用流股管线上，其设有旁路；由阀门v2控制流入脱水塔的流量比率，脱水塔为间歇操作，当聚烯烃反应器水含量低于设定值时进入脱水塔流量为0。


7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于所述的计算分析步骤具体为：根据冷箱中流股进出口的压差变化，通过定量关系计算进入冷箱流股水含量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖祖维，董轩，阳永荣，王靖岱，黄正梁，包崇龙，蒋斌波，孙婧元，杨遥，张浩淼，张池金，林渠成，王瑞航，沈煜栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33