BR112016030090B1

BR112016030090B1 - Método para monitorar um cromatógrafo usado para controlar produção de um produto químico, método para monitorar a produção de um produto químico formado a partir de componentes químicos e método para monitorar a produção de um produto químico

Info

Publication number: BR112016030090B1
Application number: BR112016030090-4A
Authority: BR
Inventors: Dale Duespohl; Robert Reib; John Parrish
Original assignee: Union Carbide Corporation
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2022-07-12
Also published as: US10048238B2; EP3161475A1; CA2952428C; CN106662557B; CN106662557A; BR112016030090A2; WO2015200019A1; CA2952428A1; EP3161475B1; ES2713071T3; US20170146499A1

Abstract

MÉTODO DE MONITORAR PRODUÇÃO DE UM PRODUTO QUÍMICO E UM CROMATÓGRAFO USADO COM O MESMO. Um método para monitorar um cromatógrafo usado para controlar a produção de um produto químico. O método envolve amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico, medir a composição da amostra com um cromatógrafo e ajustar a quantidade dos componentes químicos com base na composição medida. O método também envolve medir parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor, determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado, e detectar uma falha no cromatógrafo por comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos.

Description

Antecedentes

[0001] A presente revelação refere-se em geral a técnicas para produzir produtos, como polímeros ou outros produtos químicos. Mais especificamente, a presente revelação refere- se a técnicas para monitorar processos químicos e equipamento.

[0002] Polímeros podem ser produzidos por passar certos produtos químicos através de um processo de produção. Produtos químicos, como etileno, hidrogênio, e nitrogênio e comonômeros podem ser purificados e passados através de um reator e combinados com um catalisador para formar uma resina. A resina pode ser então embalada em um produto para uso em produtos, como filmes. Em alguns casos, aditivos podem ser incorporados na resina para obter o produto desejado.

[0003] Técnicas foram desenvolvidas para produzir polímeros. Os exemplos de vários aspectos de produção de polímero são fornecidos nas patentes US nos. 8032328, 6365681, 8354481, e 8742035, cujo teor na íntegra é pelo presente incorporado a título de referência na presente invenção.

Sumário

[0004] Pelo menos em um aspecto, a revelação refere-se a um método para monitorar um cromatógrafo usado para controlar a produção de um produto químico. O método envolve amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico, medir a composição da amostra com um cromatógrafo e ajustar a quantidade dos componentes químicos com base na composição medida, medir parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor, determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado, e detectar uma falha no cromatógrafo por comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos.

[0005] Em outro aspecto, a revelação refere-se a um método para monitorar produção de um produto químico formado de componentes químicos. O método envolve formar uma mistura química por passar os componentes químicos através de um reator, controlar a formação e monitorar o controle. O controle envolve coletar uma amostra da mistura química durante a formação, determinar uma composição da amostra com um cromatógrafo durante a formação e ajustar a passagem de pelo menos um dos componentes químicos através do reator com base na determinação. O monitoramento envolve medir parâmetros efetivos da amostra, determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição determinada e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado, comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos da amostra e ajustar o controle com base na comparação.

[0006] Finalmente, em outro aspecto, a revelação refere-se a um método para monitorar a produção de um produto químico. O método envolve a formação de uma mistura química por passar componentes químicos através de um reator, controlar produção de um produto químico e detectar falha no cromatógrafo. O controle envolve amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico, medir uma composição da amostra com um cromatógrafo, e ajustar a quantidade dos componentes químicos baseados na composição medida. A detecção envolve medir parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor, determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação do estado, comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos, ajustar o controle com base na detecção.

Breve descrição dos desenhos

[0007] Para fins de ilustrar a revelação, é mostrada nos desenhos uma forma que é exemplar, sendo entendido, entretanto, que essa revelação não é limitada às disposições precisas e meios mostrados.

[0008] A figura 1 é um diagrama esquemático representando produção de um produto químico e um monitor usado com o mesmo;

[0009] A figura 2 é um diagrama esquemático representando um reator da figura 1 em maior detalhe;

[0010] A figura 3 é um diagrama esquemático representando o monitor da figura 1 em maior detalhe;

[0011] A figura 4 é um diagrama esquemático representando um purgador da figura 1 em maior detalhe;

[0012] A figura 5 é um diagrama esquemático representando um formador de pelota da figura 1 em maior detalhe; e

[0013] A figura 6 é um fluxograma representando um método de monitorar a produção de um produto químico, envolvendo monitorar um cromatógrafo.

Descrição detalhada

[0014] A descrição que segue inclui aparelho, métodos, técnicas e/ou sequências de instrução exemplares que incorporam técnicas da presente matéria. Entretanto, é entendido que as modalidades descritas podem ser postas em prática sem esses detalhes específicos.

[0015] A presente revelação refere-se ao monitoramento de produção de um produto químico (por exemplo, um polímero) e/ou monitoramento de um cromatógrafo usado com o mesmo. O processo de produção pode envolver reação de componentes químicos, como produtos químicos (por exemplo, etileno, nitrogênio, hidrogênio), um comonômero, e um catalisador, para formar uma mistura química. Durante reação, uma amostra da mistura química pode ser tirada para detectar uma composição da mesma usando um cromatógrafo. O termo cromatógrafo como usado aqui se refere em geral a todos os dispositivos capazes de medir composição de uma mistura química, como um cromatógrafo a gás ou analisador de composição de gás.

[0016] Com base nesse monitoramento, o processo de produção e/ou composição química pode ser alterado, por exemplo, por ajustar taxas de fluxo de componentes químicos na entrada. Parâmetros efetivos da amostra também podem ser medidos e comparados com parâmetros esperados determinados a partir da composição detectada. A comparação pode ser usada para detectar uma falha no cromatógrafo. Em casos onde o cromatógrafo é usado para controlar a produção, o cromatógrafo pode ser ajustado onde uma falha é detectada, ou um controle alternativo pode ser usado.

[0017] A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando a produção 100 de um produto químico, como um polímero, e monitoramento de tal produção. No exemplo da figura 1, componentes químicos específicos, como gases (por exemplo, etileno, nitrogênio, hidrogênio), comonômeros, catalisadores e aditivos, são representados como entradas usadas para formar o produto químico. O monitoramento usado na figura 1 pode ser usado com a produção mostrada, ou outros processos químicos.

[0018] Como mostrado na figura 1, a produção envolve a purificação por um purificador 102, reação por um reator 104 e empacotamento por um empacotador 106. A purificação envolve o recebimento de vários componentes químicos, como etileno 108a, hidrogênio 108b, nitrogênio 108c, e um comonômero 108d, através de admissões respectivas (por exemplo, válvulas) 110a- d. embora componentes químicos específicos sejam mostrados, uma variedade de componentes químicos podem ser entrados para purificação, como um agente de condensação (por exemplo, isopentano). A purificação pode ser realizada usando um ou mais purificadores convencionais 102, como um purificador de hidrogênio ou unidade de filtração, para remover contaminantes e/ou itens indesejáveis a partir dos componentes químicos e/ou gerar um componente químico purificado, coletivamente mencionado pelo número de referência 112.

[0019] O reator 104 envolve o recebimento dos componentes químicos purificados 112 a partir do purificador 102 e um catalisador 114. Os componentes químicos purificados 112 e o catalisador 114 podem ser fornecidos ao reator 104 através de controladores 116a, b. o reator 104 pode ser, por exemplo, um reator de leito fluidificado de fase gasosa usado para reagir moléculas dos componentes químicos 112 enquanto gera uma reação química com o catalisador 114 para formar uma mistura química (por exemplo, uma resina) 118. Os exemplos de reatores são fornecidos nas patentes US nos. 8742035 e 8354481, anteriormente incorporados por referência na presente invenção.

[0020] A mistura química 118 é passada para o empacotador 106 para embalar e processar para uso. A empacotamento 106 pode envolver, por exemplo, alterar o formato e estrutura da mistura química em um produto usável. Como mostrado, a empacotamento pode envolver um ou mais de: purgação com um purgador 120, manipulação granular com um manipulador 122, peletização com um peletizador 124, mistura de pelota com um misturador 126 e carregamento com um carregador 128. A purgação 120 pode envolver a limpeza da mistura química 118. Componentes químicos adicionais, como nitrogênio 130, podem ser adicionados na purgação 120. Manipulação granular 122 pode envolver a moldagem da mistura química em grânulos para transporte ou uso.

[0021] A peletização 124 pode envolver a moldagem dos grânulos em pelotas. Durante peletização 124, aditivos, como aditivos secos 132a e/ou aditivos líquidos 132b podem ser opcionalmente adicionados. A mistura de pelotas 126 pode envolver mistura de uma ou mais pelotas e/ou outros aditivos. O produto final pode ser então carregado 128 para transporte. O carregamento 128 pode envolver empacotamento em recipientes, latas de armazenagem, transportadores, ou outros dispositivos para uso posterior.

[0022] Como também mostrado na figura 1, a produção 100 pode também incluir um monitor 134 e pelo menos um controlador 136. O(s) controlador(es) 136 podem fazer parte do monitor 134 e/ou separado a partir do mesmo. O monitor 134 é operativamente conectado ao reator 104 para receber uma amostra 118’ da mistura química 118. O monitor 134 é operativamente conectável ao controlador 136 para passar dados para o mesmo. O controlador 136 é operativamente conectável às várias metades 110a-d e 116a-b para enviar sinais de comando para as mesmas com base nos dados recebidos a partir do monitor 134. Comunicação com o controlador 136 e vários componentes, como metades 110a-d, 116a-b, 138a-c, e monitor 134, é esquematicamente representada por linhas tracejadas.

[0023] Válvulas adicionais 138a, b, c podem ser fornecidas em torno da produção 100 para permitir controle da mesma pelo controlador 136. Meios de inspeção 140a, b são também mostrados como fornecendo dados para o controlador 136. Os meios de inspeção 140a, b, podem ser, por exemplo, sensores ou outros dispositivos capazes de medir parâmetros de produto do polímero produzido em seus vários formatos. Por exemplo, um meio de inspeção 140a pode ser fornecido para medir peso, tamanho, conteúdo ou outros parâmetros do polímero granulado gerado a partir da manipulação granular 122. Essa informação pode ser alimentada de volta para o controlador 136 para análise e/ou ajuste.

[0024] O controlador 136 como mostrado é um computador com um monitor 141a, unidade de processamento central (CPU) 141b, comunicador 141c, teclado 141d, mouse 141e, e banco de dados 141f. O controlador 136 pode ser operativamente conectado a várias porções da produção 100 como mostrado para comunicação com a mesma através do comunicador 141c. o comunicador 141c pode ser, por exemplo, redes, cabos, links sem fio, transceptores ou outro dispositivo de comunicação. Dados coletados podem ser armazenados no banco de dados 141f e passados para a CPU 141b para processamento.

[0025] O controlador 136 pode ser usado para receber e analisar dados, e enviar comandos de controle em resposta aos mesmos. O controlador 136 pode funcionar, por exemplo, com software preexistente capaz de ativar os controles das várias válvulas 110a-d, 116a-b, 138a-c, ou outras porções do processo com base em dados de entrada. Os exemplos de software usáveis para controlar um processo de produção incluem APC+™ comercialmente disponível junto a UNIVATION (vide: www.univation.com) e UNIPOL UNIPPAC™ Advanced Process Controle software comercialmente disponível junto a W.R. GRACE & CO.™ (vide: www.grace.com).

[0026] A figura 2 é um diagrama esquemático mostrando reação pelo reator 104 da figura 1, e monitorando o uso de monitor 134. Embora a figura 2 mostre um exemplo de um reator 104, o monitor 134 pode ser usado com vários reatores ou outras porções da produção 100. Os exemplos de reatores e aparelhos associados e métodos são fornecidos no pedido de patente US 8742035, anteriormente incorporada a título de referência na presente invenção.

[0027] Como mostrado nesse diagrama, a reação 104 inclui uma unidade de reator 242 e um circuito de fluxo 244. O circuito de fluxo 244 provê um percurso de fluido para passagem dos componentes químicos purificados 112 (componentes químicos purificados 108a-d) na unidade de reator 242. Os componentes químicos purificados 112 são recirculados através da unidade de reator 242 através do circuito de fluxo 244 e misturados com o catalisador 114 para formar a mistura química. A unidade de reator 242 pode ser usada para criar uma reação na mistura química para formar uma resina.

[0028] Um compressor de gás de ciclo 246 e um resfriador de gás de ciclo 248 são fornecidos ao longo do circuito de fluxo 244. O compressor de gás 246 pode ser um compressor de gás convencional capaz de seletivamente pressurizar e/ou aquecer os componentes químicos 112. O resfriador de gás de ciclo 248 pode ser um resfriador convencional, como um permutador de calor com uma bomba para circular um fluido de resfriamento através do mesmo.

[0029] O monitor 134 é operativamente conectável ao circuito de fluido 244 para tirar amostras 118’ dos componentes químicos recirculados 112 que é formado na mistura química 118. Como mostrado, o monitor 134 é acoplado em torno do compressor de gás de ciclo 246 para seletivamente extrair do circuito de fluido 244 e lançar o fluido de volta no circuito de fluido 244, conforme mostrado pelas setas.

[0030] Como também mostrado na figura 2, o monitor 134 pode ser acoplado a um ou mais controladores internos e/ou externos 136a, b para executar análise e/ou enviar comandos. Nesse exemplo, o controlador interno 136a é usado para coletar medições e executar análise, e o controlador externo 136b é fornecido para receber dados e enviar comandos de controle para as válvulas 110a-d para controlar o fluxo dos produtos químicos no reator 104. Esse controle pode ser usado, por exemplo, para ajustar a composição dos componentes químicos recirculados 112 quando são formados na mistura química 118.

[0031] A reação 104 pode incluir também um tanque de retenção de catalisador 252 para armazenar o catalisador 114 no mesmo e um alimentador de catalisador (ou controlador) 116b para seletivamente dispersar o catalisador para a unidade de reator 242. Uma câmara de produto 254 e um sopro de produto 256 podem ser fornecidos para coletar, armazenar e resfriar a mistura química 118 produzida pela reação 104. A válvula 258 pode ser fornecida para seletivamente liberar a mistura química 118 para o empacotador 106.

[0032] A figura 3 é um diagrama esquemático representando outra vista da produção 100 com o monitor 134 mostrado em maior detalhe. Como mostrado nessa vista, o monitor 134 é operativamente conectado ao reator 104 para receber uma amostra 118’ da mistura química 118 a partir daí. O monitor 134 inclui um cromatógrafo 358, medidores 360a-c, e os controladores 136a, b. O cromatógrafo 358 pode ser, por exemplo, um cromatógrafo de gás convencional capaz de detectar a composição de um fluido. O cromatógrafo 358 é operativamente conectado ao reator 104 para receber a amostra 118’ a partir daí e determinar composição da mesma.

[0033] Os medidores 360a-c incluem um indicador de pressão, um medidor de densidade (ou densitômetro), e um medidor de temperatura, respectivamente. Embora medidores específicos sejam mostrados, será reconhecido que qualquer número de sensores e/ou medidores capazes de medir parâmetros da amostra 118’ pode ser fornecido. Dados a partir do cromatógrafo 358 e medidores 360a-c podem ser passados para os controladores 136a, b.

[0034] Os medidores 360a-c podem ser medidores de temperatura, pressão, convencionais, ou outros. O medidor de densidade 360b usado para medir a densidade de fluxo da amostra 118’ pode ser, por exemplo, um densitômetro de pressão elevada (por exemplo, como um medidor de densidade Coriolis Effect), um instrumento de medição de densidade (Por exemplo, um densitômetro de cilindro de vibração, densitômetro de forquilha de vibração, medidor de densidade de radiação, densitômetro ultrassônico, medidor de medição de deslocamento ou medidor de pressão de diferencial de coluna de líquido), e/ou um amostrador de densidade (por exemplo, um testador de deslocamento ou medição de peso de cilindro, como um hidrômetro).

[0035] O controlador 136a pode ser usado para coletar e analisar dados recebidos a partir do cromatógrafo 358, medidores 360a-c, ou outras fontes. Por exemplo, como mostrado na figura 1, outras entradas, como dados a partir da inspeção 140a, b, podem ser alimentadas para dentro do controlador 136a para analisar aspectos da produção 100, como o produto, equipamento e processo. Por exemplo, parâmetros de produção, como velocidade de gás, densidade de gás, taxa de fluxo de massa de gás de ciclo, percentagem de gás de ciclo condensado no resfriador, temperatura, indicadores de confiabilidade para o compressor de gás de ciclo, indicadores de entupimento para equipamento de processo, perdas de sangria de matéria prima, etc., também podem ser monitorados e/ou inferidos.

[0036] O controlador 136a pode coletar, separar, analisar e/ou de outro modo processar os dados em uma forma usável. Dados de produção podem ser coletados para confirmar operações de produção, como a operação de reação. Por exemplo, medições a partir do cromatógrafo 358 podem ser coletadas pelo controlador 136a, e os dados usados para controlar a produção 100. O cromatógrafo 358 pode ser, por exemplo, um cromatógrafo de reator online 358 que pode fornecer leituras para assegurar que composições do reator 104 estejam compreendidas em faixas de operação predefinidas necessárias para fabricar produtos nos limites de especificação de produto, para calcular uma taxa de produção precisa onde a taxa de produção não pode ser medida diretamente, determinar alterações de composição necessárias para controlar e maximizar a taxa de produção, calcular parâmetros operacionais usados para assegurar que o reator seja operado eficiente e seguramente, e/ou determinar fluxos de gás de purga necessários na seção de purgação de resina da usina. O cromatógrafo 358 pode ser usado para controlar a produção por fornecer medições de composição para os controladores 136a, b que são usados para seletivamente ativar as válvulas 110a-d para ajustar o fluxo de componentes químicos 110a-d, desse modo alterando a composição da mistura química 118.

[0037] O monitor 134 é também dotado de medidores 360a-c para monitorar a operação do cromatógrafo 358. O controlador 136a pode também executar cálculos para determinar parâmetros esperados da mistura química 118 com base nas composições da amostra 118’ determinadas pelo cromatógrafo 358 e os parâmetros medidos gerados pelos medidores 360a-c. Em um exemplo, os dados medidos, como densidade a partir do medidor de densidade 360b e composição detectada pelo cromatógrafo 358, podem ser combinados usando uma equação de estado para calcular parâmetros esperados, como uma densidade esperada, da mistura química 118.

[0038] Uma equação de estado é usada para calcular várias propriedades termodinâmicas de misturas de líquido e vapor de multicomponentes como a densidade molar, a compressibilidade ideal de gás, entalpia molar, e fugacidade. Por exemplo, a seguinte equação de estado Benedict-Webb-Rubin(BWR) pode ser usada para calcular densidade molar e o fator de compressibilidade correspondente, coeficientes de fugacidade e entalpia molar de uma mistura de líquido ou vapor de multicomponentes:

onde P é pressão absoluta, T é temperatura absoluta, R é a constante ideal de gás, e é densidade molar. Bo, Ao, Co, a, b, c, , são constantes da Equação BWR relacionadas à composição como a seguir:

onde Xm representa um parâmetro de constante de equação BWR para a mistura, xj é um parâmetro de constante de equação BWR para o componente j, yj é uma fração de mol do componente j na mistura, e r é o valor de expoente mostrado na seguinte tabela: Tabela 1: valores de expoente

[0039] O parâmetro de constante Co para cada componente é feito como uma função de temperatura. A dependência de temperatura é expressa como um polinômio em temperatura como a seguir:

onde CZj, C1j, ..., C5j são parâmetros de constante para o componente j, e TLOj, THIj são limites de temperatura na equação Co para o componente j.

[0040] O termo “equação de estado" como usado aqui é qualquer relação que relaciona propriedades de mistura com composição. Embora a equação de estado BWR seja descrita acima como uma relação de exemplo que pode ser usada, será reconhecido que outras equações de estado, como a equação de estado Redlich-Kwong podem ser usadas. Também, outros métodos que relacionam medições de composição a uma medição secundária podem ser usados. Uma relação diferente pode ser usada se uma medição secundária diferente, como capacidade de calor ou viscosidade, for fornecida. Por exemplo, o método de Ely e Hanley para calcular a viscosidade de uma mistura de multicomponentes pode ser usado se a medição da viscosidade de líquido for fornecida.

[0041] Após os parâmetros esperados, como densidade, serem determinados, os parâmetros esperados podem ser comparados com medições efetivas feitas por medidores 360a-c, como densidade efetiva. Os exemplos de técnicas para monitorar e comparar dados são fornecidos na patente US 8032328, anteriormente incorporada por referência na presente invenção. Onde a comparação mostra que os parâmetros efetivos e esperados estão compreendidos em uma faixa aceitável e/ou predeterminada, então a produção 100 pode ser validada. Onde a comparação mostra uma diferença fora de faixas aceitáveis e/ou predeterminadas, o controlador 136b pode ser ativado para fazer um ajuste na produção 100, por exemplo, por ajustar uma ou mais das válvulas 110a-c para alterar a composição. Outras correções no processo podem ser também previstas.

[0042] O controlador 136b pode ser dotado de software, como APC+™ ou UNIPOL UNIPPAC™ e/ou lógica, e hardware associado para implementar comandos com base nos dados analisados. O controlador 136b pode receber dados brutos e/ou analisados a partir do controlador 136a e/ou a partir de fontes de dados, como o cromatógrafo 358 e medidores 360a-c. o controlador 136b pode ser acoplado a várias porções da produção 100 para implementar comandos com base nos dados e de acordo com lógica predeterminada. Por exemplo, o controlador 136b pode ser acoplado a válvulas 110a-d para seletivamente ajustar a taxa de fluxo do mesmo com base em dados medidos e/ou analisados, desse modo controlando a composição dos componentes químicos 110a-d e/ou resina 118 gerada a partir daí. Os exemplos de técnicas para controlar um reator são fornecidos nas patentes US nos.8742035 e 8354481, anteriormente incorporadas a título de referência na presente invenção.

[0043] As figuras 4 e 5 mostram exemplos de porções do empacotador 106 da figura 1. A figura 4 mostra a purgação pelo purgador 120 em maior detalhe. Como mostrado nessa figura, a purgação 120 inclui um recipiente de purga de produto 464, um filtro 466, armazenagem 468, um sistema de transporte 470, e uma tremonha 472. A mistura química 118 a partir do reator 104 é passada para dentro do recipiente de purga de produto 464 para armazenagem. Um componente químico 465, como nitrogênio, pode ser aplicado ao recipiente de purga de produto 464, e uma porção da mistura química 118 pode ser descarregada por queima 474. A mistura química restante 118 pode ser filtrada com o filtro 466.

[0044] A mistura química filtrada 118 pode passar para a armazenagem intermediária 468. Pelo menos uma porção da mistura química filtrada 118 (por exemplo, uma porção de gás pode passar através do sistema de transporte 470 e ser recirculado de volta para dentro da armazenagem intermediária 468. O sistema de transporte 470 pode incluir vários componentes de resfriamento, como filtro 476a, unidade de resfriamento 476b, soprador 476c, e aftercooler 476d. A mistura química armazenada 118 pode ser seletivamente passada pela válvula 478 para dentro da tremonha de surgência 472. A tremonha de surgência 472 pode seletivamente passar a mistura química 118 para outras porções da empacotamento 106, como peletizador 124. Como mostrado, a inspeção 140a pode ser opcionalmente fornecida em torno da purgação 120 para fornecer dados ou outras entradas para o controlador 136a.

[0045] A figura 5 é um diagrama esquemático mostrando peletização 124 em maior detalhe. A mistura química purgada 118 é passada a partir da purgação 120 para a peletização 124 para remoldagem em um produto usável. Como mostrado, a peletização 124 inclui um alimentador 480, um tanque de água 482, e recipientes de carregamento 484. O alimentador 480 inclui uma tremonha de alimentação 486a, bomba de engrenagem 486b, pack de filtro 486c, e unidade de pelota 486d para transferir e moldar a mistura química purgada 118 em pelotas 418. Os aditivos secos 132a e aditivos líquidos 132b são aplicados para formar as pelotas 418 ao longo do alimentador 480.

[0046] As pelotas 418 são circuladas através do tanque de água 482 e resfriadas por água circulada com uma bomba 488a e resfriador 488b. Um secador de pelota 488c também é fornecido para secar as pelotas 418 antes de carregar nos recipientes de carga 484. As pelotas 418 podem ser inspecionadas em 140b e os dados alimentados para dentro do controlador 136a.

Detecção de falha e validação

[0047] Em operação, o monitor 134 pode ser usado para monitorar a produção 100 como mostrado nas figuras 1 e 3. Componentes químicos, como gases reagentes purificados (por exemplo, 108a, b) e catalisador (por exemplo, 112) são alimentados para o reator 104 onde o polímero é gerado. A composição do gás reagente é medida usando o cromatógrafo 358. Verificações também podem ser feitas pelo monitor 134 para validar a medição de composição. Se validada, as medições de composição podem ser usadas como entradas para um controlador (por exemplo, 136b) que ajusta as alimentações de reator (por exemplo, admissões 110a-d, 116a, b) como necessário para manter o gás reagente na composição desejada. Um processo de polimerização contínuo (por exemplo, produção 100) pode ser realizado no reator 104 onde as propriedades do produto de polímero e a taxa de polimerização podem ser controladas por ajustar a composição dos componentes químicos (por exemplo, gases reagentes) 110a-d através de válvulas 110a-d.

[0048] O monitor 134 pode ser usado para validar as medições feitas pelo cromatógrafo 358. Essa validação pode ser realizada por tirar medições efetivas, como a densidade de fluxo de processo, para comparação com as medições esperadas calculadas com base em medições feitas pelo cromatógrafo 358. A densidade de fluxo ou outros parâmetros podem ser medidas usando um instrumento (Por exemplo, medidores 360a-c) projetado para tais parâmetros. As medições de composição a partir do cromatógrafo 358, juntamente com medições efetivas, como pressão e temperatura de fluxo, da amostra 118’ podem ser analisadas no controlador 136a usando uma equação de estado adequada, como a equação de estado BWR, para determinar os parâmetros esperados, como densidade de fluxo.

[0049] O valor de densidade de fluxo esperado calculado pode ser comparado com a leitura de densidade medida para detectar mau funcionamento do cromatógrafo 358. A densidade medida é comparada com a densidade esperada para determinar se a discrepância entre os dois valores está compreendida em limites predefinidos. Os resultados da análise de comparação podem ser também usados, por exemplo, para disparar alarmes, enviar mensagens apropriadas e/ou executar ações automatizadas usando o controlador 136b.

[0050] Os limites são selecionados usando métodos estatísticos. A comparação pode usar uma diferença absoluta ou relativa entre a densidade esperada e medida. A comparação pode também detectar erros em potencial usando, por exemplo, uma verificação delimite nesses valores, uma verificação de limite sobre a razão desses valores, métodos de controle de processo estatístico estabelecidos, e/ou uma variedade de metodologias de detecção de falha usando técnicas convencionais.

[0051] O uso das leituras de medidor de densidade provê um meio para validar as leituras a partir do cromatógrafo 358, e portanto, ajustar desempenho do monitor 134. Se houver pouca a nenhuma discrepância entre a densidade medida e calculada, as medições de composição de gás são consideradas precisas e são usadas como entradas para o controlador 136b que mantém composição de gás reagente por manipular alimentações de reator (por exemplo, 110a-d). Onde uma diferença entre a densidade prevista e medida está além de um nível predeterminado, a diferença pode ser uma indicação de que uma falha é detectada.

[0052] Se a verificação indicar que as medições de composição podem estar errôneas (por exemplo, há uma discrepância fora de limites dados), ações manuais e automatizadas predeterminadas podem ser acionadas. Ações manuais que podem ser acionadas incluem localização de defeito para determinar a causa da falha, substituição de filtros potencialmente obstruídos, recalibragem do cromatógrafo, verificação da funcionalidade adequada de outras leituras de instrumento (por exemplo, pressão, temperatura e densidade), e verificação em relação a outros problemas que podem causar medição errônea de composição. Ações manuais podem também incluir procedimentos para operar manualmente o reator 104, desse modo eliminando o uso de controles avançados de processo e cálculos que podem se basear em leituras errôneas do cromatógrafo.

[0053] Ações automatizadas de controle também podem ser iniciadas e alarmes gerados que acionam intervenção predeterminada. Alguns exemplos de intervenção podem incluir: eliminar o uso de leituras de cromatógrafo que causaram a falha para fins de controle, ou usar o último valor confirmado tirado do cromatógrafo até a falha ser eliminada. Etapas automatizadas também podem incluir alterar o modo de controlador de composição de gás para um estado de controle degradado projetado para manter a composição perto do alvo por um tempo limitado na ausência de medições confiáveis de composição. Em alguns casos, a produção pode ser ajustada de modo que a quantidade dos componentes químicos possam ser entrados de acordo com um alvo predeterminado (por exemplo, por válvulas de controle 110a, b), de modo que uma composição predeterminada seja gerada.

[0054] Se a falha não for eliminada, o uso do cromatógrafo para um controle de nível mais elevado pode ser automaticamente desligado (mencionado como ‘controle de supressão). Tais controles de nível mais elevado podem ser aplicações avançadas de controle de processo que controlam taxa de produção de reator e qualidade de produto de resina com base na composição medida. Quando esses controles são suprimidos, as variáveis manipuladas subjacentes, como temperatura de reator, pressão e taxas de alimentação de matéria prima, podem ser colocadas em um modo de operação manual para evitar usar o cromatógrafo 358 como um controlador.

[0055] A análise (por exemplo, comparação) realizada durante o monitoramento pode ser adicionalmente analisada usando outras técnicas de detecção de falha ou análise, como aquelas envolvendo avaliar dados históricos e resultados previstos, filtragem de desvios fora de faixa, métodos de modelagem estocástica que executam um equilíbrio de material em torno do reator (por exemplo, para usinas de polietileno de fase gasosa), eliminar valores elevado e baixo para resultados de análise, e/ou detectar resultados de medição de analisador que estejam compreendidos fora dos limites alto e baixo. Os exemplos de detecção de falha que podem ser usados com o presente monitoramento são fornecidos por APC+™ ou UNIPOL™ software e literatura relacionada; Qiongson Yan, “Model-based and data driven fault diagnosis method with applications to process monitoring,” Case Western Reserve University, maio de 2004; e pedidos/patentes US nos. 20130069792, 7720641, 8121817, 7346469, cujos teores na íntegra são pela presente incorporados a título de referência na presente invenção.

[0056] Embora os métodos fornecidos aqui descrevam técnicas referentes a um processo químico, como polimerização, será reconhecido que os métodos da presente invenção podem ser usados com outros processos químicos. Adicionalmente, embora medições primárias sejam descritas como medições de composição por um cromatógrafo e medições secundárias sejam descritas como densidade, tais medições primárias podem ser realizadas por outros dispositivos de detecção de composição, e tais medições secundárias podem ser executadas usando medidores ou dispositivos capazes de medir vários parâmetros, como capacidade de calor, condutividade térmica, condutividade elétrica, propriedades ópticas, etc.

Exemplo

[0057] Um processo de polimerização operado continuamente realizado em um reator de leito fluidificado de fase gasosa usa um catalisador à base de titânio para produzir polietileno. Os monômeros polimerizados são etileno e 1-hexeno. O reator estava sendo operado com a pressão total de reator de aproximadamente 1,86 MPa (270 psig (18.62 bar)) e uma temperatura de leito de reator de aproximadamente 84°C. A composição de gás de reator média aproximada era 0,3 % em mol de hidrogênio, 71 % em mol de nitrogênio, 15 % em mol de etileno, 1,0 % em mol de etano, 0,4 % em mol de metano, 11,6 % em mol de isopentano, 0,5 % em mol de 1-hexeno e 0,3 % em mol de outros hidrocarbonetos diversos. A densidade gás de amostra medida foi 0,0238 g/cm3 (1,488 lbs/pés cúbicos) e a densidade esperada calculada usando a equação de estado Benedict Webb Rubin foi 0,0232 g/cm3 (1,446 lbs/pés cúbicos). A razão dessas duas densidades estava e média de 0,972. A análise estatística da razão de densidade mostrou que esperava- se que a razão se situasse normalmente na faixa de 0,965 a 0,985.

[0058] Em um ponto, as medições de composição de isopentano, 1-hexeno e nitrogênio desviaram da média, alterando para valores de aproximadamente 14,1 % em mol de isopentano, 0,7 % em mol de 1-hexeno, e 68,0 % em mol de nitrogênio. A densidade de gás calculada usando essas medições foi de 0,0240 g/cm3 (1,499 lbs/pés cúbicos) e a densidade medida foi de 0,0237 g/cm3 (1,478 lbs/pés cúbicos). A razão dos dois valores de densidade foi de 1,025 que estava fora dos limites esperados normais.

[0059] A manutenção do analisador foi realizada e a composição de isopentano, 1-hexeno, e nitrogênio retornou para valores de funcionamento próximo à medida. A densidade medida permaneceu em 0,0237 g/cm3 (1,478 lbs/pés cúbicos), porém a densidade calculada mudou para 0,0231 g/cm3 (1,442 lbs/pés cúbicos). A razão dos dois valores de densidade era então 0,976, um valor compreendido na faixa normalmente esperada.

[0060] A figura 6 é um fluxograma mostrando um método 600 para monitorar um cromatógrafo usado para controlar a produção de um produto químico, como um polímero. O método envolve 690 - amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico, 691 - medir uma composição da amostra com um cromatógrafo e ajustar a quantidade dos componentes químicos com base na composição medida, 692 - medir os parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor, 693 - determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado, e 694 - detectar uma falha no cromatógrafo por comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos.

[0061] O método também pode envolver, onde uma diferença entre os parâmetros esperados efetivos está compreendida em uma faixa predeterminada, validar o cromatógrafo com base na comparação; ou onde uma diferença entre os parâmetros esperados e efetivos está fora de uma faixa predeterminada, seletivamente ajustar o cromatógrafo com base na comparação. O ajuste pode envolver cessar o ajuste da quantidade dos componentes químicos com base na composição medida pelo cromatógrafo, ajustar a quantidade dos componentes químicos de acordo com um alvo predeterminado, e/ou recalibrar o cromatógrafo. O método pode ser realizado em qualquer ordem e repetido como desejado. Um filme pode ser produzido pelo método como descrito. A presente invenção pode ser incorporada em outras formadas sem se afastar do espírito e atributos essenciais da mesma, e, por conseguinte, referência deve ser feita às reivindicações apensas, ao invés de ao relatório descritivo supra, como indicando o escopo da invenção.

Claims

1. Método para monitorar um cromatógrafo usado para controlar produção de um produto químico, o método caracterizado pelo fato de compreender: - amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico; - medir uma composição da amostra com um cromatógrafo e ajustar a quantidade dos componentes químicos com base na composição medida; - medir os parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor; - determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado; e - detectar uma falha no cromatógrafo por comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos; sendo que a equação de estado é a equação Benedict-Webb-Rubin.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os parâmetros esperado e efetivo compreendem, individualmente, pelo menos um entre densidade, capacidade de calor, condutividade térmica, condutividade elétrica e propriedades ópticas da amostra.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda, onde uma diferença entre os parâmetros esperado e efetivo está compreendida em uma faixa predeterminada, validar o cromatógrafo com base na comparação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda, onde uma diferença entre os parâmetros esperado e efetivo está fora de uma faixa predeterminada, seletivamente ajustar o cromatógrafo com base na comparação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o ajuste seletivo compreender cessar o ajuste da quantidade dos componentes químicos com base na composição medida pelo cromatógrafo e ajustar a quantidade dos componentes químicos de acordo com um alvo predeterminado.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a produção compreender a polimerização usando um reator e sendo que a amostra é tirada da mistura química passando através do reator.

7. Método para monitorar a produção de um produto químico formado a partir de componentes químicos, o método caracterizado pelo fato de compreender: - formar uma mistura química por passar os componentes químicos através de um reator; - controlar a formação, o controle compreendendo: - coletar uma amostra da mistura química durante a formação; - determinar uma composição da amostra com um cromatógrafo durante a formação, e - ajustar a passagem de pelo menos um dos componentes químicos através do reator com base na determinação; e - monitorar o controle, o monitoramento compreendendo: - medir parâmetros efetivos da amostra; - determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição determinada e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado; - comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos da amostra; e - ajustar o controle com base na comparação; sendo que a equação de estado é a equação Benedict-Webb-Rubin.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda detectar uma falha no cromatógrafo com base na comparação.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda purificar os componentes químicos.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda recircular a mistura química através do reator.

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda empacotar a mistura química, o empacotamento compreende purgar, manipulação granular, peletização, adição de aditivos, ligação de pelotas e carregamento.

12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o ajuste compreender seletivamente ajustar a composição determinada ajustando uma taxa de fluxo de pelo menos um dos componentes químicos e do catalisador.

13. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda inspecionar a mistura química e sendo que o ajuste do controle é adicionalmente com base na inspeção.

14. Método para monitorar a produção de um produto químico, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender: - formar uma mistura química por passar componentes químicos através de um reator; e - controlar produção de um produto químico, o controle compreendendo: - amostrar uma mistura química de componentes químicos usados durante a produção para formar o produto químico; - medir uma composição da amostra com um cromatógrafo; e - ajustar a quantidade dos componentes químicos com base na composição medida; - detectar falha no cromatógrafo, a detecção compreendendo: - medir parâmetros efetivos da amostra com pelo menos um medidor; - determinar parâmetros esperados da amostra com base na composição medida e os parâmetros efetivos medidos usando uma equação de estado; e - comparar os parâmetros esperados com os parâmetros efetivos, e ajustar o controlar com base na detecção; sendo que a equação de estado é a equação Benedict-Webb-Rubin.