CN101410422A - 在各聚合物等级之间进行切换的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在聚合过程中在各聚合物等级之间进行切换的方法，该聚合过程包括在彼此串联连接的至少第一反应器和第二反应器中聚合至少一种单体，其中在切换期间进入第一反应器中的单体进料保持基本上恒定。

Description

在各聚合物等级之间进行切换的方法
技术领域
本发明涉及在聚合过程中各聚合物等级(polymer grade)间切换(transition)的方法，该聚合过程包括在彼此串联连接的至少第一反应器和第二反应器中聚合至少一种单体。
背景技术
聚合物等级是落在一组给定的规格范围内的聚合物，所述一组给定的规格限定了聚合物必须具有的特定性质，例如对于聚乙烯为落在给定范围内的熔体流动指数和密度。在以连续工艺生产聚合物的聚合过程中，在生产聚合物的同时，通过改变反应条件进行从聚合物的一种等级向相同聚合物的另一种等级的转变，或从均聚物向共聚物的转变，或进行相反的转变。这种转变称作切换并在本说明书中被认为在时间0(t＝0)时开始，该时间是为了生产第二种聚合物等级而最初改变反应条件的时间。在t＝0时，该反应仍然在生产第一种等级的聚合物产物，也就是说，反应器正在生产在针对该第一种等级所设定的规格范围内的聚合物等级。在t＝0之后，逐渐改变反应条件，并且因此如果第二种等级与第一种等级非常不同等级，则生产出不符合规格(即，不在第一种等级或第二种等级的规格范围之内)的聚合物。
当反应器生产出第二种等级(即在针对所述第二种等级所设定的规格范围内的等级聚合物)时，认为完成了切换。在例如烯烃聚合情况下的切换期间，通常所改变的参数选自温度、单体进料、共聚单体进料、氢气进料、助催化剂进料或催化剂进料。这里物质的“进料”是指进入反应器中的以kg/h计的物质的流速。
在包括两个或多个串联反应器的方法中，单体首先在第一反应器中聚合然后进入其中继续进行聚合的第二反应器内。这种类型的方法中的切换目前是通过同时改变两个反应器中的反应条件而进行的。然而，同时在两个反应器中进行的转变导致聚合物产物性能的大幅波动(例如聚合物熔体指数的波动)，以及大量不符合规格的聚合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种进行切换同时减少切换所需时间的方法。本发明的另一目的是提供一种其中使所形成的聚合物性能的波动最小化的切换方法。本发明的进一步目的是提供一种能够减少不符合规格的聚合物的量的切换方法。
通过本发明，即在聚合过程中各聚合物等级间的切换方法，实现上述目的中的至少一个，等级所述聚合过程包括在彼此串联连接的至少第一反应器和第二反应器中聚合至少一种单体，其中在切换期间进入第一反应器内的单体进料保持基本上恒定。本发明特别适用于各聚烯烃等级间的切换。
附图说明
图1是根据现有技术的第一反应器中的单体进料的实例。横坐标表示时间(单位为h:min)，纵坐标表示单体进料(单位为kg/h)。
图2是根据本发明的第一反应器中的单体进料的实例。横坐标表示时间(单位为h:min)，纵坐标表示单体进料(单位为kg/h)。
具体实施方式
本发明涉及一种在聚合过程中各聚合物等级之间的切换方法，该聚合过程包括在彼此串联连接的至少第一反应器和第二反应器中聚合至少一种单体，其中在切换期间进入第一反应器内的单体进料保持基本上恒定。
因此，本发明提供以如下方式进行切换的方法：使反应器中的波动最小化、显著降低不符合规格的量并且还减少切换所需的时间。
本发明中使用的反应器数目可为2、3、4、5、6或更多。不改变第一反应器中的单体进料，但可改变其它进料。例如在烯烃聚合的情况下，其它进料基于己烷/单体比或氢气/单体比。
根据本发明，在切换期间第一反应器中的单体进料保持基本上恒定。基本上恒定是指在切换期间第一反应器中的单体进料至多变化5％。该百分比变化是对于切换期间第一反应器中的平均单体进料而言的。根据另一个实施方式，在切换期间第一反应器中的单体进料至多变化2％。根据优选的实施方案，在切换期间第一反应器中的单体进料至多变化1％。
根据一个实施方式，聚合过程是使用茂金属催化剂、铬型催化剂和/或齐格勒-纳塔催化剂进行的烯烃聚合过程。优选齐格勒-纳塔催化剂。
本发明可用于任何期望的单体的聚合。然而，根据本发明的一个实施方式，聚合物等级是聚烯烃等级。在这种情况下，单体是烯烃，例如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯。也可使用这些单体的任何混合物。因此，这里术语聚合是指均聚和共聚两者。还可使用不同于上述那些单体的包含3-10个碳原子的α-烯烃共聚单体。
根据另一个实施方式，该聚烯烃等级是多峰聚烯烃等级，也就是说，在彼此串联连接的不同反应器中形成不同的树脂。所谓多峰是指双峰、三峰等。当制造多峰聚合物时，根据本发明的方法也可以如下方式使用：当进入第一反应器内的单体进料保持基本上恒定时，根据最终聚合物产物中两种树脂的比的所需变化，增加或减少第二反应器中形成的聚合物的量。
在特别优选的实施方式中，本发明涉及一种在聚合过程中进行切换的方法，其中制备聚乙烯，优选双峰聚乙烯等级。
当聚合乙烯和/或丙烯时，本发明中的聚合过程优选在液相(淤浆法)或气相中进行。
在液相淤浆法中，液相包括在惰性稀释剂中的乙烯和/或丙烯，以及如果需要的一种或多种包含3-10个碳原子的α-烯烃共聚单体。所述共聚单体可选自1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯和1-辛烯。所述惰性稀释剂优选是异丁烷。可将其它化合物(例如烷基金属或氢气)引入聚合反应中以调节活性和聚合物性质例如熔体流动指数。在本发明的一种优选方法中，在两个环流反应器(也称作双环流反应器)中，优选在两个满液体环流反应器中进行聚合过程。
本发明的方法也适用于烯烃气相聚合。所述气相聚合可在两个或多个流化床或搅拌床反应器中进行。所述气相包含乙烯和/或丙烯，和如果需要的含有3-10个碳原子的α-烯烃共聚单体(例如1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯或者其混合物)以及惰性气体(例如氮气)。任选地，还可将烷基金属以及其它反应控制剂(例如氢气或氧气)注入到聚合介质内。任选地，可使用烃稀释剂，例如戊烷、异戊烷、己烷、异己烷、环己烷或其混合物。
在聚乙烯等级的切换的情况下，在切换期间，可改变的参数例如是注入第一反应器中的己烯的量，所述己烯的量可在10千克/(吨生产的聚合物)与120千克/(吨生产的聚合物)变化。而且，乙烯出口气(off-gas)(在第一反应器和第二反应器中)可变化最高达20％。注入的氢气与出口气(大部分在第二反应器中)的比可变化最高达35％，反应器温度可变化最高达约5％且反应器的比(第二反应器对第一反应器中制造的吨数)可变化最高达10％。这些数值仅作为大体指标(general indication)给出，并且本领域的技术人员清楚对于任意给定的切换应使用哪些数值。
如果第一反应器中的单体出口气/单体进料保持恒定，也就是说，其它注料(例如氢气、共聚单体等)计量为与单体的比，则可获得更好的稳定性。保持单体流量即单体进料恒定，因此使得在注料中能够进行其它参数的的变化而没有大的扰动和波动。
例如，可提及的是，当在具有约30t/h的生产速率的聚合过程中进行根据现有技术的切换时，所形成的不符合规格的量约为200-500吨且所需时间约为12-20小时。采用根据本发明的方法，这些数值可减少到100吨的不符合规格和8小时的切换时间。
实施例
下列实施例在两个彼此串联连接的满液体环流反应器(双环流反应器)R1和R2中的连续聚合过程期间齐格勒-纳塔聚乙烯从等级A向等级B的切换方面说明本发明。等级等级。根据现有技术进行第一种切换，其中第一反应器R1中的单体进料不是恒定的。根据本发明进行第二种切换。表1显示了针对各个等级的所设定的规格。
表1
  等级A   等级B
  MI5范围(g/10min)   0.40-0.55   1.87-2.53
  密度范围(g/cm3)   0.947-0.949   0.958-0.960
在两种切换中均以0.00346kg/h的恒定速率将共聚单体己烯加入两个反应器内。在两次切换中第一反应器R1中的温度均保持在约87℃的温度且第二反应器R2中的温度保持在约95℃的温度。R1中的压力维持在4.2MPa和R2中的压力维持在约4MPa。为获得聚合物等级B，从改变氢气进料的时刻开始进行切换。
根据标准测试ASTM 1505方法在23℃的温度下测定密度。根据标准测试ASTM D 1238方法在5kg的负载和190℃的温度下测定熔体指数MI5。
现有技术实施例
在时间0h00时开始切换，该时间是为生产第二种聚合物等级B而最初增加氢气进料的时间。在该点处，仍在生产符合规格的等级A。在19小时30分钟后获得期望的等级B。进料和产物性质示于下表2中。
表2：现有技术切换
  时间/   第一反应器中的单体进料/   第二反应器中的单体进料/   第一反应器中的氢气进料/   第二反应器中的氢气进料/   产物密度/   产物熔体流动指数/
  h:min   kg/h   kg/h   kg/h   kg/h   g/cm3   g/10min
  0:00   7127   7354   103   13   0.9472   0.414
  0:15   7119   7395   319   13   0.9472   0.414
  0:30   7110   7424   377   13   0.9472   0.414
  0:45   7102   7465   379   13   0.9472   0.414
  1:00   7093   7463   382   13   0.9472   0.544
  1:15   7085   7492   385   13   0.9472   0.544
  1:30   7076   7500   380   13   0.9472   0.544
  1:45   7067   7550   383   13   0.9472   0.682
  2:00   7045   7561   396   13   0.9485   0.682
  2:15   7022   7606   389   13   0.9485   0.682
  2:30   6998   7609   384   13   0.9485   0.682
  2:45   6975   7657   385   13   0.9485   0.682
  3:00   6951   7658   380   15   0.9485   0.682
  3:15   6928   7714   380   16   0.9485   1.096
  3:30   6914   7714   386   16   0.9485   1.096
  3:45   6900   7728   379   16   0.9485   1.096
  4:00   6886   7718   376   16   0.9508   1.096
  4:15   6872   7769   375   16   0.9508   1.739
  4:30   6839   7878   378   15   0.9508   1.739
  4:45   6642   7705   373   14   0.9508   1.739
  5:00   6767   7947   370   14   0.9535   1.739
  5:15   6880   7903   382   14   0.9535   2.761
  5:30   6650   7836   367   13   0.9535   2.761
  5:45   6648   7873   368   12   0.9535   2.761
  6:00   6646   7865   369   12   0.9558   2.761
  6:15   6644   7845   365   12   0.9558   2.761
  6:30   6750   7878   366   11   0.9558   3.620
  6:45   6773   7850   372   11   0.9558   3.620
  7:00   6699   7877   369   11   0.9545   3.620
  7:15   6685   7859   368   12   0.9545   4.003
  7:30   6645   7868   367   12   0.9545   4.003
  7:45   6652   7836   365   13   0.9545   4.003
  8:00   6769   7860   370   13   0.9566   4.003
  8:15   6778   7861   371   14   0.9566   3.765
  8:30   6761   7886   369   14   0.9566   3.765
  8:45   6744   7866   368   15   0.9566   3.765
  9:00   6727   7850   373   15   0.9579   3.765
  9:15   6710   7863   366   15   0.9579   3.728
  9:30   6693   7862   365   16   0.9579   3.728
  9:45   6680   7855   366   16   0.9579   3.728
  10:00   6689   7853   365   16   0.9585   3.728
  10:15   6697   7856   366   16   0.9585   3.810
  10:30   6706   7859   369   16   0.9585   3.810
  10:45   6715   7870   370   16   0.9585   3.810
  11:00   6651   7901   367   16   0.9585   3.810
  11:15   6745   7888   357   16   0.9585   3.680
  11:30   6737   7867   351   16   0.9585   3.680
  11:45   6729   7850   348   16   0.9587   3.680
  12:00   6721   7861   348   16   0.9587   3.680
  12:15   6713   7862   348   16   0.9587   3.620
  12:30   6704   7852   343   15   0.9587   3.620
  12:45   6694   7862   340   15   0.9587   3.620
  13:00   6685   7865   342   15   0.9587   3.620
  13:15   6675   7864   341   15   0.9587   3.805
  13:30   6665   7846   340   14   0.9587   3.805
  13:45   6656   7850   340   14   0.9587   3.805
  14:00   6646   7850   342   14   0.9595   3.805
  14:15   6636   7853   338   14   0.9595   3.805
  14:30   6645   7850   339   13   0.9595   3.690
  14:45   6660   7862   339   13   0.9595   3.690
  15:00   6675   7851   342   13   0.9595   3.690
  15:15   6689   7849   342   13   0.9595   3.620
  15:30   6704   7847   335   13   0.9595   3.620
  15:45   6719   7858   329   13   0.9595   3.620
  16:00   6734   7853   329   14   0.9595   3.620
  16:15   6749   7858   326   14   0.9595   3.620
  16:30   6745   7835   324   14   0.9595   3.150
  16:45   6737   7849   322   14   0.9595   3.150
  17:00   6729   7849   322   15   0.9595   3.150
  17:15   6721   7856   313   15   0.9595   3.150
  17:30   6712   7848   309   15   0.9595   2.841
  17:45   6692   7866   306   15   0.9595   2.841
  18:00   6671   7863   294   15   0.9595   2.841
  18:15   6649   7869   290   15   0.9595   2.841
  18:30   6627   7814   288   15   0.9595   2.841
  18:45   6539   7674   282   15   0.9595   2.841
  19:00   6777   8158   287   16   0.9595   2.841
  19:15   6696   7944   287   16   0.9595   2.841
  19:30   6657   7888   277   16   0.9595   2.520
图1显示反应器R1中的单体进料。切换期间R1中的平均单体进料计算为6772kg/h。在6705kg/h和6840kg/h处的灰色虚线分别显示单体平均进料-1％和单体平均进料+1％。这表明进入第一反应器内的的进料不在这些范围内，因此不是的恒定的。从开始到完成，该切换进行了19小时30分钟。产生了总量457吨的不符合规格的产物。
根据本发明的实施例
在时间0h00时开始切换，该时间是为生产第二种聚合物等级B而最初增加氢气进料的时间。在该点处仍在生产符合规格的等级A。从14小时15分钟以后获得期望的等级B。进料和产物性质示于表3中。
表3：根据本发明的切换
  时间/   第一反应器中的单体进料/   第二反应器中的单体进料/   第一反应器中的氢气进料/   第二反应器中的氢气进料/  产物密度/   产物熔体流动指数/
  h:min   kg/h   kg/h   kg/h   kg/h  g/cm3   g/10min
  0:00   15780   16540   194   25  0.9483   0.575
  0:15   15658   16680   247   25  0.9486   0.553
  0:30   15792   16790   277   25  0.9486   0.553
  0:45   15849   16827   301   25  0.9486   0.553
  1:00   15759   16887   310   25  0.9486   0.553
  1:15   15782   16893   326   25  0.9495   0.674
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  2:45   15709   17354   495   24  0.9481   0.555
  3:00   15766   17334   495   24  0.9481   0.555
  3:15   15741   17348   495   23  0.9503   0.864
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  4:15   15735   17332   495   23  0.9536   1.402
  4:30   15733   17313   495   23  0.9536   1.402
  4:45   15852   17339   495   22  0.9536   1.402
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  5:15   15852   17311   495   22  0.9541   1.895
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  6:45   15646   17299   495   23   0.9541   1.796
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  7:15   15740   17332   495   25   0.9558   2.137
  7:30   15703   17299   495   26   0.9558   2.137
  7:45   15818   17347   495   26   0.9558   2.137
  8:00   15677   17340   495   27   0.9558   2.137
  8:15   15788   17318   495   27   0.9562   1.809
  8:30   15787   17329   495   27   0.9562   1.809
  8:45   15817   17327   495   27   0.9562   1.809
  9:00   15767   17328   495   28   0.9562   1.809
  9:15   15667   17328   495   28   0.9566   2.128
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  9:45   15720   17330   495   29   0.9566   2.128
  10:00   15765   17328   495   28   0.9566   2.128
  10:15   15780   17354   495   28   0.9559   2.160
  10:30   15751   17329   495   28   0.9559   2.160
  10:45   15795   17334   495   28   0.9559   2.160
  11:00   15687   17313   495   28   0.9559   2.160
  11:15   15802   17344   495   28   0.9570   2.175
  11:30   15759   17329   495   28   0.9570   2.175
  11:45   15768   17322   495   28   0.9570   2.175
  12:00   15730   17339   495   28   0.9570   2.175
  12:15   15759   17334   495   28   0.9570   2.165
  12:30   15797   17351   495   28   0.9570   2.165
  12:45   15737   17338   495   28   0.9573   2.165
  13:00   15803   17333   495   28   0.9573   2.165
  13:15   15856   17317   495   28   0.9573   2.158
  13:30   15812   17328   495   28   0.9573   2.158
  13:45   15791   17322   495   28   0.9573   2.158
  14:00   15820   17313   495   28   0.9573   2.158
  14:15   15810   17349   495   28   0.9579   2.219
图2显示反应器R1中的单体进料。在切换期间R1中的平均单体进料计算为15757kg/h。在15599kg/h和15914kg/h处的灰色虚线分别显示单体平均进料-1％和单体平均进料+1％。这表明进入第一反应器中的进料是恒定的，相对于切换期间的总平均进料，在切换期间进料未变化超过1％。
该切换进行了14小时15分钟。产生了总量为122吨的不符合规格的产物。因此，尽管本发明方法中单体进料大于现有技术实施例中单体进料的两倍，但是本发明的方法将切换时间从19小时30分钟减少到14小时15分钟，并且将不符合规格的产物从457吨减少到122吨。

Claims (8)

1.一种在聚合过程中在各聚烯烃等级之间切换的方法，所述聚合过程包括在彼此串联连接的至少第一反应器和第二反应器中聚合至少一种单体，所述方法的特征在于在所述切换期间进入所述第一反应器内的单体进料保持基本上恒定。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述聚烯烃等级是多峰聚烯烃等级。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于所述聚烯烃等级是聚乙烯等级。
4.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述聚合反应器是环流反应器。
5.前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在所述切换期间，进入所述第一反应器中的单体进料变化至多5％，该百分比变化是对于所述切换的第一反应器中的平均单体进料而言的。
6.权利要求5的方法，其特征在于进入所述第一反应器中的单体进料变化至多2％。
7.权利要求6的方法，其特征在于进入所述第一反应器中的单体进料变化至多1％。
8.权利要求1到7中任一项的方法，其特征在于使用齐格勒-纳塔催化剂进行所述聚合过程。
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