一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备和方法技术

本发明专利技术提供了一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备，所述设备包括：聚合釜；与聚合釜相连的在线红外光谱仪，所述在线红外光谱仪定时分析得到聚合釜内丙烯和惰性组分的含量比；与在线红外光谱仪电连接的控制器，所述控制器能够丙烯和惰性组分的含量比计算丙烯聚合速率、聚合放热速率和丙烯转化率；与聚合釜相连的温控系统。本发明专利技术还提供了使用上述设备利用间歇液相本体法生产聚丙烯的方法。利用本发明专利技术提供的方法和设备可以控制温度在聚合初始阶段较低，后期较高，因此降低了反应初期的温度波动，提升了反应后期的聚合活性；有效提高间歇液相法生产聚丙烯的控制稳定性和装置产量；由丙烯转化率来确定出料时间，解决了出料时间难以掌握的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚丙烯生产エ艺技术，进ー步地说，是涉及间歇液相本体法生产聚丙烯的设备和方法，能够控制聚合反应速率，且易于控制出料时间。
技术介绍
间歇液相本体法聚丙烯生产装置是我国自行开发的ー种聚丙烯生产エ艺，其装置主要包括原料精制、聚合反应、闪蒸去活、造粒与包装等エ艺单元。在聚合单元中，聚合釜均采用釜式反应器，聚合釜撤热是依靠夹套和内冷管来实现(參见李玉贵，陈宁观等，液相本体法聚丙烯生产及应用，中国石化出版社，1992，第一版)。普遍的操作方法是将聚合釜置换干净后，依次向其中加入丙烯、活化剂、催化剂和氢气，然后打开蒸汽阀门，通过热水泵用热水给反应器升温；当聚合釜内反应比较激烈、放热量比较大时，关闭蒸汽并打开冷水开始给聚合釜撤热，反应过程中通过调节冷水量使聚合釜的温度控制在一定范围内；反应一定时间后，当聚合釜内出现“干锅”的迹象，即通过回收丙烯结束反应，然后出料。所谓“干锅”是指聚合釜内液相単体基本消失，聚合釜处于气固体系的ー种状态。间歇式液相本体法聚丙烯エ艺早期普遍使用络合II催化剂。由于络合II催化剂活性和等规度均较低，只能用于做编制袋等低档产品；目前间歇式液相本体法聚丙烯エ艺已经普遍使用高效催化剂替代络合II催化剂。高效催化剂活性和等规度高，产品质量好，可用于纺丝及注塑等高档产品。从络合II催化剂与高效催化剂丙烯液相本体聚合反应动カ曲线(见附图1)可知，络合II催化剂反应初期反应较弱，中后期反应平稳，放热较均匀，但反应时间较长；高效催化剂在反应初期存在一个反应高峰，而高峰过后反应急剧减弱，因此初期放热量较大，后期放热量小，放热波动较大。现在的间歇式液相本体法聚丙烯エ艺(尤其在使用高效催化剂的情况下)生产控制存在如下问题1、加冷水的时机不易把握。一般认为聚合釜内温度在65°C左右即可加冷水。在丙烯毒性杂质较少或催化剂加入量较多的情况下，在65°C时活性已经很高，而夹套冷水的撤热能力有限，此时加冷水时机已晩，导致反应温度无法控制而被迫回收丙烯，结果使氢气被回收掉，对最终产品的性能造成不利影响。在丙烯毒性杂质较多或催化剂加入量较少的情况下在65°C时活性还比较低，此时加冷水导致反应温度升不起来而影响最终聚合活性(參见杨玉梅，辽宁化工2009(9)，647)。2、由于该控制方法维持聚合釜温度稳定在一定范围内，而高效催化剂恒温下的聚合特性都是衰减型的(见附图1)，因此导致反应过程中催化剂的前期聚合活性高，后期聚合活性低甚至无活性；由于反应釜撤热能力的限制只能減少催化剂的用量，从而影响产量。3、出料时机不易把握。反应器“干锅”是借助温度、压力、搅拌电流等反应过程中物理參数的变化来判断清楚的，虽然这些物理參数的变化只是在反应末期比较明显，但仍是ー个渐变的过程，并无突变点；若出料时间早，则导致回收丙烯量大而增加能耗；若出料时间晚，则有可能出现反应器内局部过热、聚合物结块等现象。专利公开CN1467228A公布了一种间歇式液相本体法聚丙烯聚合釜撤热的方法，其在聚合釜的上方设置ー个冷凝器，让冷凝下来的液相丙烯自流回聚合反应釜，而气相(未冷凝的丙烯和不凝气氢气)则用ー气体循环装置将其送回釜内。该方法提高了聚丙烯聚合釜的撤热能力，能够提高装置的聚丙烯产率，但没有解决后期活性低的问题。在高产量下运行时，仍然存在冷水加入量和时机不易把握的问题。专利公开CN101618310A公开了ー种聚合釜及其撤热方式。其撤热方式为聚合釜的上端部出气ロ释放丙烯蒸汽经聚合釜外侧外循环冷凝系统进行冷凝，冷凝后的液相、气相丙烯靠自重和循环风机的作用流回聚合反应釜内。该方法解决了聚合釜大型化、间歇本体法生产共聚聚丙烯撤热能力不够的问题，使单釜产量和产品质量均得到提高。该方法也存在后期活性低的问题。在高产量下运行时，仍然存在冷水加入量和时机不易把握的问题。还有ー些报道在间歇式液相本体法聚丙烯エ艺采用先进的控制方法。通过采用复杂的先进控制方法来控制聚合反应釜升温，加入冷水和恒温过程。一般采用先进控制后都能解决反应釜快速升温、加入冷水、恒温的问题，实现自动控制。但由于这些方法本身的缺陷，仍存在后期活性低的问题。宝塔石化结合间歇式液相本体法的エ艺特点，将控制过程分为3个阶段。升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段。根据操作经验，在升温升压阶段采用位式控制的方式实现快速升温。在过渡阶段采用模糊控制系统仿照人工控制的经验，设计出合理的參数实现快速平稳过渡，解决了压力和稳定超调的问题。在正常反应阶段，采用PID控制方式。通过这种方式实现了反应釜的快速升温和平稳控制，实现了自动化。但由于催化剂后期活性降低，仍存在后期活性低的问题。也有ー些文献指出Shinskey与Weinstein提出的双模控制(dual-mode),采用bang-bang+PID控制(可參 见栾志业,黄德先等，天津大学学报2007 (3), 346),其大致步骤为过程开始时，全力加热，直至反应釜温度距其设定值为tl ;然后，全力冷却，持续时间为TDl ;此后，将夹套水温设定值定在某个合适的中间温度，持续时间为TD2 ;最后，用串级PID控制器控制夹套水温度；最終发现如果參数选择得当，双模控制是最优的。ArthurJutan与Ashok Uppal提出将反应放热作为一种扰动,采用适当的方法估计出来,用前馈控制抵消；余下的部分近似为线性系统，可以用PID控制.Barry与Somdro采用一般模型控制(generic model contiol,GMC)方法控制放热间歇反应爸温度,得到了很好的仿真结果，并且进一歩考察了操作条件与过程參数变动时被控过程的鲁棒性，发现GMC的鲁棒性明显强于双模控制，Ni等人采用模糊控制与PID混合的策略控制间歇放热聚合反应釜的温度，采用模糊控制器的输出调整PID控制器的设定值，从而补偿反应放热对过程温度造成的扰动；将此方案应用于乳液聚合的试验设备上，发现能明显提高控制性能。Nagy等人采用非线性预测控制控制间歇PVC聚合釜的温度；Xia等人采用基于小波神经网络的预测控制算法控制间歇聚丙烯反应器温度；栾志业等人采用基于模型分解的预测控制算法也取得了很好的結果。通过这种方式实现了反应釜的快速升温和平稳控制，实现了自动化。但其聚合放热数据一般根据催化剂的动力学推算，难以反映装置上原料和催化剂改变频繁的状況；或由聚合放热估算，则存在很大的滞后性。同样由于正常反应阶段恒温控制的特点，仍存在后期活性低的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种间歇液相本体法生产聚丙烯的方法和装置，能够有效地控制聚合速率，在聚合反应后期仍有较高的反应活性，而且易于控制出料时间。本专利技术提供了一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备，所述设备包括聚合釜；与聚合釜相连的在线红外光谱仪，所述在线红外光谱仪定时分析得到聚合釜内丙烯和惰性组分的含量比；与在线红外光谱仪电连接的控制器，所述控制器能够丙烯和惰性组分的含量比计算丙烯聚合速率、聚合放热速率和丙烯转化率；与聚合釜相连的温控系统。上述设备中，所述惰性组分为惰性气体、饱和烷烃或者其他在聚合釜中不參加反应的物质中的ー种或多种。该惰性组分可以是原料中的杂质，也可以是聚合前単独加入反应器中的。所述惰性组分优选饱和烷烃。在ー个具体实施例中，所述惰性组分为丙烷。上述设备中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备，所述设备包括：聚合釜；与聚合釜相连的在线红外光谱仪，所述在线红外光谱仪定时分析得到聚合釜内丙烯和惰性组分的含量比；与在线红外光谱仪电连接的控制器，所述控制器能够丙烯和惰性组分的含量比计算丙烯聚合速率、聚合放热速率和丙烯转化率；与聚合釜相连的温控系统。

【技术特征摘要】
1.一种间歇液相本体法生产聚丙烯的设备，所述设备包括 聚合釜； 与聚合釜相连的在线红外光谱仪，所述在线红外光谱仪定时分析得到聚合釜内丙烯和惰性组分的含量比； 与在线红外光谱仪电连接的控制器，所述控制器能够丙烯和惰性组分的含量比计算丙烯聚合速率、聚合放热速率和丙烯转化率； 与聚合釜相连的温控系统。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温控系统与所述控制器电连接，所述控制器能够通过温控系统控制聚合速率。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述惰性组分为惰性气体、饱和烷烃或者其他在聚合釜中不参加反应的物质中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述惰性组分为饱和烷烃。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述惰性组分为丙烷。6.一种根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨芝超，杜亚锋，刘旸，仝钦宇，陈江波，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：