CN101517500B - 用于控制聚烯烃中挥发性有机物含量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及聚烯烃生产和降低与聚烯烃有关的挥发性有机物含量(VOC)。技术包括吹洗塔模型的构建和实施以计算或估算从吹洗塔出来的聚烯烃中的VOC含量。该技术有利于聚烯烃制造工艺的设计和操作。

Description

用于控制聚烯烃中挥发性有机物含量的方法和装置
发明背景
相关申请
本申请按照35U.S.C.§119(e)要求2006年8月25日提交的美国临时专利申请No.60/840,163的权益。
技术领域
本发明总体上涉及聚烯烃生产和涉及降低与聚烯烃有关的挥发性有机物含量(VOC)。该技术包括吹洗塔模型的构建和实施以计算或估算从吹洗塔出来的聚烯烃料流中的VOC含量。该技术有利于聚烯烃制造工艺的设计和操作。
相关技术描述
该部分意欲向读者介绍可能与在以下描述和/或要求保护的本发明的各方面相关的现有技术内容。这种讨论据信有助于给读者提供背景技术信息以利于更好地理解本发明的各个方面。因此，应理解，这些陈述应按此目的进行阅读，而不是作为对现有技术的确认。
随着化学和石化技术的发展，这些技术的产品在社会中已变得日益普遍。特别地，因为将简单的分子构建块结合成较长的链(或聚合物)的技术已经取得进展，聚合物产品(典型地呈各种塑料的形式)已经被越来越多地纳入到各种日常生活物品中。例如，聚烯烃聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和它们的共聚物，被用于零售和药物包装、食品和饮料包装(如果汁和汽水瓶)、家用容器(如桶和盒)、家用物品(如用具、家具、地毯和玩具)、汽车部件、管道、导管和各种工业产品。
具体类型的聚烯烃，如高密度聚乙烯(HDPE)，在制备吹塑和注塑物品如食品和饮料容器、薄膜和塑料管中具有特殊的用途。其它类型的聚烯烃，如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、全同立构聚丙烯(iPP)和间同立构聚丙烯(sPP)，也适合于类似应用。所述应用的机械要求如拉伸强度和密度，和/或化学要求如热稳定性、分子量和化学反应性，典型地决定了何种类型的聚烯烃是合适的。
如从以上所列用途中可推论出的，聚烯烃构造的一个益处是，它通常不与它所接触的物品或产品反应。这允许聚烯烃产品用于居住、商业和工业范围，包括食品和饮料贮存及运输、消费电子产品、农业、海运和车辆制造。聚烯烃的广泛的居住、商业和工业应用已转化为对可挤出、注塑、吹塑或以其它形成最终消费产品或部件的原料聚烯烃的相当大的需求。
为满足这种需求，存在可将烯烃聚合来形成聚烯烃的各种方法。这些方法在可容易地获得短链烯烃分子(单体和共聚单体)如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯、癸烯和长得多的聚烯烃聚合物的其它构建块的石化设备处或接近所述石化设备处来实施。这些单体和共聚单体可在液相聚合反应器和/或气相聚合反应器中聚合，以形成包含聚合物(聚烯烃)固体微粒(典型地被称为松散物((fluff)或颗粒)的产物。所述松散物可以具有一种或多种令人感兴趣的熔融、物理、流变学和/或机械性能，例如密度、熔体指数(MI)，熔体流动速率(MFR)，共聚物含量、共聚单体含量、模量和结晶度。反应器内的反应条件，如温度、压力、化学品浓度、聚合物生产率等等，可以进行选择，以获得到所希望的松散物性能。
除所述一种或多种烯烃单体以外，可以向所述反应器中添加促进单体聚合的催化剂。例如，所述催化剂可以是经反应器进料料流添加的颗粒，且一旦被添加，则悬浮在反应器内的流体介质中。这样的催化剂的一个例子是在二氧化硅载体上的含有六价铬的氧化铬。
另外，可向所述聚烯烃反应器中引入稀释剂。所述稀释剂可以是在反应条件下为液体的惰性溶剂和/或惰性烃，例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和正己烷。然而，某些聚合方法可以不采用单独的稀释剂，例如在其中丙烯单体本身充当稀释剂的聚丙烯生产的所选例子的情况下。通常，稀释剂可以促进反应器中聚合物浆料的流通、从反应器中的聚合物浆料移除热等。
反应器的浆料排出物典型地包括聚合物松散物以及非聚合物组分例如未反应的烯烃单体(和共聚单体)、稀释剂等。在聚乙烯生产的情况下，非聚合物组分典型地主要包含稀释剂例如异丁烷，具有少量未反应的乙烯(如5wt.％)。通常将这种排出物料流进行处理，例如通过稀释剂/单体回收系统(例如闪蒸器或分离容器、吹洗塔等)，以将非聚合物组分与聚合物松散物分离。
可以处理从回收系统回收的稀释剂、未反应的单体和其它非聚合物组分，例如通过处理床和/或分馏系统，并最终作为纯化或处理过的进料返回到反应器。组分中的一些可以被烧掉(flare)或返回给提供者，例如烯烃制造厂或炼油厂。至于回收的聚合物(固体)，在将该聚合物发送给消费者之前，可将所述聚合物进行处理以使残余的催化剂失活、除去夹带或溶解的烃、干燥所述聚合物、和在挤出机中将所述聚合物造粒等。
竞争的聚烯烃生产业驱动制造者不断改进其方法以降低生产成本，从而解决环境问题等。在每年生产数十亿磅聚烯烃产品的工业中，小的增量的改进可产生显著的经济效益、环境进步等。
聚烯烃生产中的特殊问题是与从聚烯烃制造工艺的“湿端”出来(例如从单体/稀释剂回收系统中的吹洗塔出来)的聚合物松散物颗粒一起或在其中的挥发性有机物的不希望的携带。通常将从湿端出来的这种松散物颗粒料流转移到“干端”(例如通过气动输送系统)，在该干端可将松散物以贮存在料仓中，挤出成粒料，然后作为粒料负载到容器或有轨车中，等等。从湿端出来(例如从吹洗塔出来)的聚合物松散物料流中的烃可随聚合物松散物被夹带、溶解在聚合物松散物内、吸收和/或吸附在聚合物松散物上、包含在聚合物松散物的孔内、等等。烃在干端工艺(例如在挤出和产品装载(loadout)系统中)的各个位置不希望地被释放到大气中，导致烃的损失、超过环境容限、等等。
附图简述
通过阅读下面的详细说明及通过参考附图后，本发明的优点科变得明显，其中：
图1是描述用于依照本技术的一个实施方案的用于生产聚烯烃的示例性聚烯烃制造系统的方框流程图；
图2是依照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的示例性进料系统的工艺流程图；
图3是依照本技术一个实施方案的图2的示例性催化剂制备系统的工艺流程图；
图4是依照本技术一个实施方案的示例性催化剂活化系统的工艺流程图；
图5是依照本技术一个实施方案的图1的聚烯烃制造系统的示例性反应器系统和稀释剂/单体回收系统的工艺流程图；
图6是依照本技术一个实施方案的图5的示例性聚合反应器的图示，所述图5显示冷却介质通过反应器夹套的流动；
图7是依照本技术一个实施方案的图5的聚合反应器的示例性连续取料口排出物的图示；
图8是沿图7的8-8线的横截面，显示依照本技术一个实施方案的连续取料口排出物组件中的柱塞阀布置；
图9是依照本技术一个实施方案的连续取料口组件切向定位的图示；
图10是依照本技术一个实施方案的图1的挤出/装载系统的工艺流程图。
图11是依照本技术一个实施方案的从吹洗塔出来的聚合物松散物料流中的VOC(份/百万份或ppm)相对于吹洗塔中聚合物松散物温度(°F)的示意图；
图12是依照本技术一个实施方案的从吹洗塔出来的聚合物松散物料流中的VOC(ppm)相对于在吹洗塔中以分钟计的吹洗时间(或停留时间)的示例图；
图13是依照本技术一个实施方案的从吹洗塔出来的聚合物松散物料流中的VOC(ppm)相对于进入的吹洗气体与聚合物松散物之比(磅气体/磅聚乙烯)的示例图；
图14是依照本技术一个实施方案的从吹洗塔出来的聚合物松散物料流中的VOC(ppm)相对于吹洗塔中聚合物松散物以微米(μm)计的平均颗粒尺寸的示例图；
图15是依照本技术一个实施方案的从吹洗塔出来的聚合物松散物料流中的VOC(ppm)相对于进入到吹洗塔的吹洗气体的压力(磅/平方英寸或psig)的示例图；
图16是依照本技术一个实施方案的吹洗塔中的吹洗气体温度(°F)相对于吹洗时间(分钟)的示意图；
图17是依照本技术一个实施方案的图5中描述的稀释剂/单体回收系统的模型工艺示意图；
图18是依照本技术一个实施方案的示例性吹洗塔的物料平衡示意图；和
图19是依照本技术一个实施方案的吹洗塔模型的示例性界面的示意图。
本发明的最佳实施方式
以下将描述本发明的一个或多个具体的实施方案。为了努力提供对这些实施方案的简要描述，在说明书中没有描述实际实施中的所有特征。应理解，在任何这样的实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施专一的决定以获得开发者的特定目标，例如顺应与系统相关和与商业相关的限制，这些限制在一种实施与另一种实施间可以不同。此外，应理解，这样一种开发努力可能是复杂的和耗时的，但对那些具有本公开内容的益处的普通技术人员来说，这样一种开发努力不过是设计、制备和制造的常规事务。
本技术提供了聚烯烃制造工艺中吹洗塔的模型。可以使用吹洗塔的模型的实施方案来设计吹洗塔，以及改善作为吹洗塔性能函数的上游和下游系统的设计。还可以使用吹洗塔模型来管控和改善吹洗塔的操作，包括提供对降低从吹洗塔出来的聚合物料流的VOC的条件的察析(insight)。
应注意，虽然讨论有时可能集中在聚乙烯及其共聚物的生产上，但所公开的技术在其它聚烯烃例如聚丙烯、聚丁烯等的生产中吹洗塔或吹洗分离器的设计和操作上提供了益处。最后，应显见的是，可按多重组合实施各种技术。
I.前言
如所述，聚烯烃工艺通常在聚烯烃聚合物的生产中使用烃(稀释剂、单体等)。例如，在反应器(环管反应器、气相反应器)中可使用稀释剂(例如，惰性烃溶剂如异丁烷)作为聚合物的载体，以促进反应器中的流通(或床流化)和热移除。惰性溶剂或其它烃(例如，单体如乙烯)可被夹带或溶解在聚合物中，并且典型地与惰性气体(例如氮气)一起在吹洗分离器或吹洗塔中从聚合物吹洗走。该吹洗系统减少原料或反应器中产生的原始聚合物(即松散物、薄片对等)(例如在挤出成粒料之前)中烃(VOC′s)的携带。出于环境和经济原因，回收和再使用吹洗的烃、吹洗气体(例如氮气)。
在利用一个或多个环管反应器的示例性聚烯烃生产系统中，在反应器使用稀释剂异丁烷作为载体。在吹洗塔中用氮气将异丁烷从聚合物吹洗出，达到可容许的烃或VOC(挥发性有机化合物)限度。如下所述，将具有从吹洗塔排出的烃的富含氮气气体送至用于回收和再使用烃和氮气的异丁烷-氮气回收单元(INRU)。本技术的实施方案促进吹洗塔的设计和操作，特别是在降低从吹洗塔出来的聚烯烃料流的VOC含量的设计和操作中。然后例如可将这些聚合物送至挤出和/或产品装填区。通常经由本技术确定和证实的是，影响从吹洗塔出来的聚合物料流的VOC的因素包括，例如，松散物温度、吹洗时间、氮气流量(flow)和纯度、松散物颗粒尺寸、吹洗压力、和树脂密度(或非晶形部分)等。应强调，本技术还可应用于其它聚烯烃系统，这些系统包括使用其它类型的液相聚合反应器以及还使用气相反应器的那些。
本发明提供了例如用于对聚烯烃吹洗塔(或分离器)进行设计、评定、操作等和用于评价工艺参数对于吹洗塔性能的影响的一种或多种模型和其它技术。所述模型的实施方案可基于传质理论并且通常预测离开吹洗塔的聚合物料流的烃VOC。在一个实施例中，用Excel工作表作为模型输入和输出的界面以Visual Basic Application程序编写模型。应注意，已经用来自现有聚烯烃工艺(聚乙烯和它们的共聚物)的数据验证了模型的实施方案。可以使用该验证了的模型来建立影响吹洗塔中聚合物松散物脱气的工艺变量的大致重要性顺序。
在对于给定树脂密度的某些实施例中，降低离开吹洗塔的聚合物料流中的VOC的变量按效力逐渐降低的顺序可以为如下：吹洗塔温度、停留时间或吹洗塔中聚合物的料位(bed level)；吹洗氮气的流速和烃纯度；聚合物松散物的颗粒尺寸；和吹洗塔的操作压力。工厂工程师和操作员可在选择用于降低离开吹洗塔的聚合物料流以及吹洗塔中的氮气废料中的VOC时依靠该示例性表单。
最后应注意，包括吹洗塔模型的本技术还提供吹洗塔工艺上游和/或下游的察析和改进。例如，如吹洗塔模型所示，可努力调节上游催化剂系统和/或反应器系统的操作以产生所需的颗粒尺寸分布。在另一个实施例中，可调节配接至环管反应器的排出部的闪蒸管线的设计和/或操作。在该特定实施例中，本技术提供了在到闪蒸管线的蒸汽管线上的通风口布置，以促进不可冷凝组分的除去。
II.聚烯烃生产方法-综述
在聚烯烃生产中，将单体聚合成聚烯烃的聚合反应器和将聚烯烃转变成聚烯烃粒料的的挤出机典型地是连续操作的。然而，在整个聚烯烃工艺中可以使用各种既连续又分批的系统。典型的聚烯烃工厂的示例性标称容量为每年生产约600-800百万磅的聚烯烃。示例性性的每小时设计速率为约每小时约85,000-90,000磅的聚合的聚烯烃和每小时90,000-95,000磅的挤出的聚烯烃。然而，应强调的是，前述数值仅作为例子给出。此外，还应强调的是，下面示例性制造方法10的讨论不表示限制本吹洗塔模型和相关技术的应用。
A.进料
现转向附图，并且首先参照图1，即描述生产聚烯烃例如聚乙烯均聚物、聚丙烯均聚物和/或它们的共聚物的示例性制造方法10的方框图。各种提供装置12可通过管线、货车、泵体、鼓筒等向制造系统10提供反应器原料14。提供装置12可以包含场外和/或现场的设备，包括烯烃工厂、精炼厂、催化剂厂等。可能的原料14的例子包括烯烃单和共聚单体(例如乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯和癸烯)，稀释剂(例如丙烷、异丁烷、正己烷和正庚烷)、链转移剂(例如氢)、催化剂(例如Ziegler催化剂、Ziegler-Natta催化剂、铬催化剂和茂金属催化剂)、助催化剂(例如三乙基烷基铝、三乙基硼和甲基铝氧烷)，和其它添加剂。在乙烯单体的情况下，可在45-65°F下通过管线以每平方英寸规格(psig)约800-1450磅提供示例性的乙烯进料。还可以通过管线但在90-110°F下以约900-1000psig提供示例性的氢气进料。当然，对于乙烯、氢气和其它原料14可存在各种供给条件。
B.进料系统
供给装置12通常提供原料14到反应器进料系统16，在此所述原料14可以被贮存在例如单体贮存和进料罐、稀释剂容器、催化剂罐、助催化剂筒和罐等中。在系统16中，原料14可以在作为进料18引入到聚合反应器之前进行处理或加工。例如，原料14例如单体、共聚单体和稀释剂可以被经处理床(如分子筛床、铝填料等)传送以除去催化剂毒物。这样的催化剂毒物可以包括例如水，氧，一氧化碳，二氧化碳，和含硫、氧或卤素的有机化合物。根据进行进料的反应器的类型，烯烃单体和共聚单体可以是液体、气体或超临界流体。还应注意的是，通常仅利用相对少量的新补加稀释剂作为原料14，进料到聚合反应器的大部分稀释剂由反应器流出物中回收。进料系统16可以制备或调节其它原料14例如催化剂，用于添加到聚合反应器中。例如，可在催化剂制备罐中活化催化剂并然后与稀释剂(例如异丁烷或己烷)或矿物油混合。
另外，进料系统16通常用于计量和控制加入到聚合反应器中的原料14的添加速率，以维持所需的反应器稳定和/或实现所需的聚烯烃性能或生产率。此外，在操作中，进料系统16还可以贮存、处理和计量用于循环到反应器而被回收的反应器流出物。实际上，进料系统16中的操作通常接受原料14和回收的反应器流出物料流。总体上，在进料系统16中处理原料14和回收的反应器流出物并将其作为进料料流18(例如单体、共聚单体、稀释剂、催化剂、助催化剂、氢、添加剂或它们的组合的料流)进料到反应器系统20中。应注意的是，进料系统16是从吹洗塔出来的聚合物松散物中的挥发性有机化合物的来源。此外，可响应本吹洗塔模型提供的各种结果来调节进料系统的设计和/或操作。
C.反应器系统
反应器系统20可以包含一个或多个反应器容器，如液相或气相反应器。所述反应器系统20还可以包含液相和气相反应器的组合。如果多个反应器构成反应器系统20，则所述反应器可以按串联、并联或任何其它适当的组合或配置来布置。在聚合反应器容器中，将一种或多种烯烃单体聚合形成包含聚合物微粒(通常被称为松散物或颗粒)的产物。所述松散物可以具有一种或多种令人感兴趣的熔融、物理、流变学和/或机械性能，例如密度、熔体指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、聚物或共聚单体含量、模量和结晶度。可以选择反应条件例如温度、压力、流速、机械搅拌、产物取出、组分浓度、聚合物生产率等以实现所需的松散物性能。
除一种或多种烯烃单体以外，通常向反应器中添加促进单体聚合的催化剂。所述催化剂可以是悬浮在反应器内流体介质中的颗粒。一般地，可以使用Ziegler催化剂、Ziegler-Natta催化剂、金属茂和其它公知的聚烯烃催化剂以及助催化剂。这样的催化剂的例子是在二氧化硅载体上的含有六价铬的氧化铬催化剂。
另外，可以将稀释剂进料到反应器中，通常是液相反应器中。所述稀释剂可以是在反应条件下为液体的惰性烃，例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、环己烷、环戊烷、甲基环戊烷、乙基环己烷等。稀释剂的目的通常是使催化剂颗粒和聚合物悬浮在反应器内。一些聚合方法可以不采用单独的稀释剂，例如在其中丙烯单体本身可充当稀释剂的所选聚丙烯生产的情形中。
在反应器系统20中的反应器内可存在动力装置(motive device)。例如，在液相反应器如环管浆料反应器内，叶轮可以在流体介质内产生湍动混合区。所述叶轮可以由电动机驱动，来推动流体介质以及悬浮在流体介质内的任何催化剂、聚烯烃松散物或其它固体微粒通过所述反应器的封闭环管。类似地，在气相反应器例如流化床反应器或活塞流反应器内，可以使用一个或多个桨叶或搅拌器来混合在反应器内的固体颗粒。此外，可响应由本吹洗塔模型提供的各种结果来调节反应器系统的设计和/或操作。
D.稀释剂/单体回收、处理和循环
系统20内的反应器的排出物22可以包括聚合物松散物以及非聚合物组分例如稀释剂、未反应的单体/共聚单体和残余催化剂。随后可例如通过稀释剂/单体回收系统24处理所述排出物22，以将非聚合物组分26(例如稀释剂和未反应的单体)与所述聚合物松散物28分离。可进一步处理所述未反应的回收的非聚合物组分26，例如通过分馏系统30，以除去不希望的重组分和轻组分。分馏的产物料流32然后可以经由进料系统16返回到反应器系统20。另一方面，所述非聚合物组分26可以更直接地循环到进料系统16(如参考数字34所示)，旁路经过分馏系统30。实际上，在某些实施方案中，从反应器排出的最高80-95％的稀释剂在通到聚合反应器的路径中旁路经过分馏系统。
关于松散物28，可以在回收系统24内和在挤出/装载系统36中将其进一步处理，以为典型地作为粒料38运输到消费者40做好准备。虽然未说明，但在回收系统24中且通常含有活性残余催化剂的聚合物颗粒中间体可以返回到反应器系统20中用于进一步的聚合，例如在不同类型的反应器中或在不同的反应条件下。聚烯烃制备方法10的聚合和稀释剂回收部分可称作方法10的“湿”端42或“反应”侧，而聚烯烃方法10的挤出/装载36部分可称作聚烯烃方法10的“干”端44或“完成(finishing)”侧。
E.挤出/装载系统
在挤出/装载系统36中，通常对松散物28进行挤出以生产具有所需的机械、物理和熔融特性的聚合物粒料38。挤出机进料可包含添加剂例如UV抑制剂和过氧化物，可将它们添加到所述松散物产物28中以赋予挤出的聚合物粒料32以所需的特性。挤出机/造粒机接收挤出机进料，包含一种或多种松散物产物28以及任何已被添加的添加剂。挤出机/造粒机使挤出机进料加热并且熔融，所述挤出机进料然后可以在压力下经造粒机模头而被挤出(如通过双螺杆挤出机)来形成聚烯烃粒料。这样的粒料通常在设置在或接近造粒机排出口的水系统中冷却。一种示例性的节约能量的技术包括使用粒料水泵(例如具有15-50马力电动机)来将在粒料水中的挤出机粒料输送到装载区。这与传统做法相反，所述传统做法是使用常规的传输环路，该环路通常使用在约250-500马力下运转的粒料鼓风机。
一般地，然后将所述聚烯烃粒料输送到产物装载区，在该装载区贮存所述粒料、与其它粒料共混和/或装载到有轨车、卡车、袋子等中，以便分销给消费者40。在聚乙烯的情况下，运送给消费者40的粒料38可以包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和增强聚乙烯。各种类型和等级的聚乙烯粒料38可例如以Woodlands，Texas，USA的Chevron-Phillips Chemical Company，LP，的商标名Marlex
Figure GSB00000429167600111
聚乙烯或MarFlexTM聚乙烯来销售。
F.消费者、应用和最终用途
聚烯烃(如聚乙烯)粒料38可被用于制造多种产品、组件、家用物品和其它物品，包括粘合剂(例如热熔粘合剂应用)、电线和电缆、农用薄膜、收缩薄膜、拉伸薄膜、食品包装薄膜、软质食品包装、奶容器、冷冻食品包装、垃圾和罐衬里、食品杂货袋、重包装袋、塑料瓶、安全设备、涂料、玩具和大量容器及塑料产品。另外，还应强调的是，除聚乙烯以外的聚烯烃例如聚丙烯，可以通过以下讨论的方法形成这样的组件和产品。
最终，可进一步加工和组装由聚烯烃(例如聚乙烯)粒料38形成的产品和组件，用以发送和销售给消费者。例如，聚乙烯奶瓶可用奶装填以分销给消费者，或者可以将燃料箱组装在汽车中用以发送和销售给消费者。
为了由粒料38形成最终产品或组件，一般将粒料进行进一步的加工，例如吹塑、注塑、旋转模塑、吹塑薄膜、流延薄膜、挤出(如片材挤出、管和波纹件挤出、涂层/层压挤出等)等。吹塑是用来生产中空塑料元件的方法。该方法通常采用吹塑设备，例如往复式螺杆机、储料缸式机头吹塑机(accumulator head machines)等。可对吹塑方法进行调节以满足消费者的需要，和制造出上述从塑料奶瓶到汽车燃料箱的产品。类似地，在注塑方法中，可模塑出用于广范围应用的产品和组件，仅举几例，包括容器、食品和化学品包装、玩具、汽车、板条箱、盖帽和封闭物。
还可以使用挤出方法。例如聚乙烯管可以由聚乙烯粒料树脂挤出，并由于其耐化学品性、相对容易安装、耐久性和成本优势等而用于很多种应用。实际上，仅举几例应用，塑料聚乙烯管路已实现了在供水总管、气体分配、暴雨和生活污水排水管、内部管件、电缆、电源和通讯导管、冷却水管路、套筒中重要的应用。特别地，通常构成管道用塑料的聚烯烃组的最大部分的高密度聚乙烯(HDPE)是坚韧的、耐磨的和柔性的(甚至在冰点以下温度)。此外，HDPE管道可按小直径管材来使用也可按直径高至大于8英尺的管道来使用。一般地，聚乙烯粒料(树脂)可被提供给压力管道市场例如天然气分配，以及无压力管道市场例如导管和波纹管。
旋转模塑是用于通过对双轴旋转模具施加热而形成中空部件的高温、低压方法。通常可应用于该方法的聚乙烯粒料树脂是当熔融时在不存在压力下一起流动而形成无泡部件的那些树脂。粒料38例如某些
Figure GSB00000429167600131
HDPE和MDPE树脂提供了这种流动特性以及宽的加工窗口。此外，适合于旋转模塑的这些聚乙烯树脂可表现出所需的低温冲击强度、良好的承载性能和良好的紫外线(UV)稳定性。因此，旋转模塑的
Figure GSB00000429167600132
树脂的应用包括农用罐、工业化学品罐、便携式贮水罐、工业废物容器、娱乐设备、航海产品以及许多其它应用。
片材挤出是用于由各种粒料38树脂来制备平的塑料片材的技术。相对薄规格的片材通常热成型成包装用途例如饮料杯、熟食品容器、制品盘、婴儿擦布容器和人造黄油桶。聚烯烃片材挤出的其它市场包括利用较厚的片材用于工业和娱乐应用的那些，例如卡车座(truckbed)衬垫、货架、汽车垫板、运动场设备和船。挤出片材的第三种用途例如是在土工用膜中，其中将平板状聚乙烯材料焊接成用于采矿应用和城市废物处理的大的容器系统。
吹塑薄膜方法是用于聚乙烯的一种相对变化多的转化系统。美国试验与材料协会(ASTM)将薄膜定义为厚度小于0.254毫米(10mils)。然而，吹塑薄膜方法可制备出厚至0.5毫米(20mils)和更高的材料。此外，与单层和/或多层共挤出技术相结合的吹塑法构成了数种应用的基础。仅举几例，吹塑产品的有利的性能可以包括透明度、强度、易撕裂性、光学性能和韧性。应用可包括食品和零售包装、工业包装和非包装用途，例如农用薄膜、卫生用薄膜等。
流延薄膜方法与吹塑薄膜方法的不同可在于快速骤冷和实质上的单向取向能力。这些特性使得流延薄膜生产线例如可在产生有益的光学性的同时以较高的生产率进行操作。在食品和零售包装中的应用利用了这些强度。最后，还可以将聚烯烃粒料提供给挤出涂层和层压工业。
III.聚合反应器进料系统
参考图2，其描述了(图1的)一种示例性反应器进料系统16的工艺流程图。在该实施方案中，单体50(例如乙烯)经单体处理器52进料到反应器系统20中的液相反应器(例如环管浆料反应器)中。此外，可使用质量流量计53代替孔板流量计来测量到反应器的乙烯的流速。实际上，通常测量(和控制)到反应器的乙烯单体50的流速，以有利于所述反应器中的所需操作条件(例如浆料密度、共聚单体/单体比、生产率等)以及提供在所述反应器中形成的聚乙烯的所需性能。用来测量乙烯单体流量的示例性质量流量计53可以是孔板型差压计、Coriolis质量计等。
具有相对少量夹带的单体的循环稀释剂54(例如异丁烷)可从稀释剂/单体回收系统24返回(例如对应于图1的料流34)，并且被送至聚合反应器。在“直接”循环到反应器的实施例中，可以冷却循环的稀释剂54并且使其通过重物质分离罐56，其中将重组分从底部排出物除去，并且经离心泵58例如作为进料60送至分馏系统30。分离罐56的塔顶馏出物62可以在热交换器66中进一步被冷却并被收集在循环稀释剂缓冲罐68中，用于进料到反应器。在下游，离心泵70可以将稀释剂72经由循环稀释剂处理器74输送到环管浆料反应器中。应指出的是，在分馏系统30中可添加较少量的新鲜稀释剂(未示出)，例如，来补充在生产方法10中稀释剂的损失。此外，可将共聚单体76(例如1-己烯)添加到泵70的吸入口或在循环稀释剂回路中的其它位置添加，用以添加到所述反应器中。单体处理器52和循环稀释剂处理器58可以包括例如配置成从单体、循环稀释剂、共聚单体原料和其它进料中除去催化剂毒物的分子筛或铝填料。
可以向环管浆料反应器中添加其它进料组分。例如，可以添加氢60来控制在反应器中形成的聚烯烃的分子量。此外，可以将其它添加剂如抗静电物质注入到反应器中，如参考数字78所示。各种组分料流可以合并成单一进料料流80，用以进料到环管浆料反应器中。另外，如以下所讨论的，基本上不含烯烃的稀释剂82可以从分馏系统30经由处理器84循环，以用于进料到反应器的催化剂的制备。实际上，稀释剂82可以充当由催化剂制备系统86排出的、流向环管浆料反应器的催化剂料流88的载体。最后，可传统地使用反应器来处理各种进料，例如以从共聚单体、新鲜异丁烷和氢气除去催化剂毒物。
参考图3，描述了催化剂制备区86的工艺流程图。催化剂混合罐140接收例如来自移动式容器的催化剂142。无烯烃的单体82与催化剂在催化剂混合罐140中混合。具有电动机和驱动装置146及叶片148的搅拌器144可以促进稀释剂82与催化剂142在混合罐140中的混合。工艺催化剂150从混合罐140中排出，并且可以进入例如催化剂运行罐152，用以计量加入到环管浆料反应器中。运行罐152也可以具有搅拌器154，该搅拌器具有电动机/驱动装置156和搅拌器叶片158，以维持催化剂与稀释剂的混合。所述催化剂可例如通过正排代泵160作为进料料流88计量加入到环管浆料反应器中。另外，添加剂如助催化剂(如三乙基铝)162可以添加到进料到反应器的催化剂88中。最后，应指出的是，在混合和计量加入所述催化剂之前，可以活化所述催化剂。例如，在三氧化二铬催化剂的情况下，催化剂活化器可以将铬Cr3+转化为Cr6+，用以注入到聚合反应器中。而在处于反应器中并且与乙烯单体进行接触时，例如，格Cr6+可还原为Cr2+。此外，可响应本吹洗塔模型提供的各种结果来调节催化剂系统的设计和/或操作。
参考图4，描述了催化剂活化器系统170的工艺流程图。系统170的活化催化剂产物被进料到图3的催化剂混合罐140(催化剂142)中。在图4中，催化剂活化器包括含有催化剂的内部容器172和外部加热炉174。例如，来自提供装置的催化剂可以保持在存贮容器176中并且经由开/关阀178进料到所述内部容器中。可以经由例如喷淋器或导向器(pilot)182将燃料180加入到加热炉180中，且燃料180可与经由空气过滤器186和空气鼓风机188注入到加热炉中的空气184合并。燃烧可以在加热炉内部在例如区域190发生。围绕内部容器172的区域192可以经历示例性范围为800至1700°F的操作温度。来自该区域192的加热了的流体可以排出到大气194中，如箭头196所示。
除高热以外，可以提供氧来活化催化剂。可将空气198注入到内部容器172的底部，以提供容器内氧的存在，具有由环绕的加热炉174提供的热。进入容器172的空气可以经由例如内部空气过滤器200在顶部离开，然后排出到大气中，如参考数字202所示。活化了的催化剂可以由容器172排出到催化剂搬运箱206或其它容器中。此外，氮气208可以促进活化了的催化剂到所述搬运箱206中的排放，并且还在所述搬运箱206中提供惰性气氛。一般地，催化剂活化方法包括，在施加热的同时，使干燥的空气以恒定速率流动通过催化剂床，直到催化剂达到所需的温度，在该点将所述催化剂保持在活化温度下适当的时间长度。此外，可响应本吹洗塔模型提供的各种结果来调节催化剂活化系统的设计和/或操作。
IV.聚合反应器系统
参考图5，描述了示例性聚合反应器系统20(图1的)和稀释剂/单体回收系统24(也为图1的)的工艺流程图。如以上所讨论的，反应器系统20可以包含一个或多个聚合反应器，所述反应器又可以为相同或不同类型。此外，在多反应器系统中，所述反应器可以串联或并联安排。无论构成反应器系统20的反应器类型如何，生产本文统称作“松散物”的聚烯烃颗粒产物。为了利于说明，以下实施例在范围上限于相信为本领域普通技术人员所熟悉的特定的反应器类型，并限于单一反应器或简单的组合。然而，对使用本公开内容的本领域普通技术人员来说，本技术可简单和容易地应用于更复杂的反应器安排，例如涉及附加反应器、不同反应器类型、和/或交替顺序的反应器或反应器类型的那些。认为这些安排完全在本发明的范围内。
一种反应器类型包含其中聚合在液相中发生的反应器。这样的液相反应器的例子包括高压釜、沸腾液池反应器(boiling liquid-poolreactors)、环管浆料反应器(垂直的或水平的)等。为简化起见，将在本技术上下文中讨论生产聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯和它们的共聚物的环管浆料反应器42，但应理解，本技术可类似地适用于其它类型的液相反应器。
环管浆料反应器210一般由通过平滑弯头或肘管连接的管段组成。示例性的反应器210构造包括八个带夹套的垂直管柱，所述管柱直径为约24英寸和长度为约200英尺，由在管柱顶部和底部的肘管连接。如以下所讨论的，通常提供反应器夹套212以经由冷却介质如经处理的水通过反应器夹套212中的循环从放热的聚合中除去热量。
反应器210可以用来在浆料条件下进行聚烯烃的聚合，其中在流体介质中形成聚烯烃的不溶性颗粒并且悬浮成浆料，直到被除去。驱动装置例如泵214使流体浆料在所述反应器210中循环。泵214的例子是在线轴流泵，该泵的叶轮设置在所述反应器210的内部，以在流体介质内产生湍动混合区。所述叶轮还可以有助于推进所述流体介质以足够的速度通过所述反应器的封闭环路，以保持固体颗粒如催化剂或聚烯烃产物悬浮在所述流体介质中。所述叶轮可以由电动机216或其它驱动力来驱动。
反应器210内的流体介质可以包括烯烃单体和共聚单体、稀释剂、助催化剂(例如烷基化物、三乙基硼、甲基铝氧烷(methylaluminoxane)等)、分子量控制剂(如氢)和任何其它所需的共反应物(co-reactants)或添加剂。这样的烯烃单体和共聚单体一般是每分子具有至多10个碳原子且通常没有比4-位更接近双键发生支化的1-烯烃。单体和共聚单体的例子包括乙烯、丙烯、丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯。再次地，典型的稀释剂是呈惰性且在反应条件下为液体的烃，并且包括例如异丁烷、丙烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、环己烷、环戊烷、甲基环戊烷、乙基环己烷等。这些组分经由在特定位置的入口或导管添加到反应器内部，例如在进料料流80中所示，其一般对应于图1的进料料流18之一。类似地，催化剂(例如前面所讨论的那些)可以经由在适当位置的导管添加到反应器210中，例如在进料料流88中所示，其可以包括稀释剂载体并且其也通常对应于图1的进料物流18之一。总之，添加的组分一般包括反应器210内的流体介质，在该介质内催化剂是悬浮的颗粒。
调节反应条件例如温度、压力和反应物浓度，以有利于反应器中聚烯烃的所需性能和生产率，控制反应器的稳定性等。通常将温度保持在低于聚合物产物进入溶液的水平。如所指出的，由于聚合反应的放热性质，可以使冷却流体循环通过围绕环管浆料反应器210部分的夹套212以除去过量的热量，从而将温度保持在所需范围内，通常在150°F至250°F(65℃至121℃)。同样，可以将压力调节在所需的压力范围内，通常为100至800psig，典型的范围是450-700psig。
当在反应器210中进行聚合反应时，单体(例如乙烯)和共聚单体(例如1-己烯)聚合而形成聚烯烃(如聚乙烯)聚合物，所述聚合物在反应温度下基本上不溶于流体介质中，从而形成在所述介质中的固体颗粒的浆料。这些固体聚烯烃颗粒可以经由沉降柱(settling leg)或其它装置如连续取料口从所述反应器210中除去，如排出物流22所示。在下游处理中，可以将从反应器排出的聚乙烯从浆料中提取并纯化。
图6描述了图5的示例性聚合反应器210并且显示了冷却介质通过反应器夹套212A-H的逆流流动方案。再次地，环管反应器210一般由通过光滑弯头或肘管连接的管段组成。驱动装置例如泵214使流体浆料在反应器210中循环。泵214的例子是在线轴流泵，其中泵叶轮设置在反应器210的内部。冷却剂系统250经由反应器夹套212A-H从环管反应器210中除去热。冷却剂系统250提供冷却剂供给物252(例如经处理的水)并且处理冷却剂返回物254。
当聚合反应在反应器210内进行时，可以控制反应条件以促进所需的聚合度和所需的反应速度，同时保持温度低于聚合物产物进入溶液的温度。如所提及的，由于聚合反应的放热性质，可以围绕部分封闭的环路系统提供冷却夹套212A-H，冷却流体按需要循环通过所述冷却夹套以除去过量的热(反应热)，由此将温度维持在所需的范围内，通常为150°F至250°F(65℃至121℃)。
一般地，反应器温度随反应器系统操作条件的变化而线性地改变。在本领域中的被接受的假说是，由放热聚合在反应器中产生的热与聚烯烃生产率(即每小时聚合的聚烯烃的磅数)呈线性关系。因此，作为反应器中能量或热表示的反应器温度随生产率线性地变化。如本领域普通技术人员所理解的，典型的反应器温度控制可能涉及比例积分微分(PID)算法。
V.稀释剂/单体回收系统
A.闪蒸室
回到图5，来自反应器210的排出物22可以流动通过在线闪蒸加热器222并进入到闪蒸室224中。在线闪蒸加热器222可以是使用例如蒸汽或蒸汽冷凝物作为加热介质来对排出物22提供间接加热的环绕的导管。因此，将环管浆料反应器210的流出物(排出物22)在其引入到闪蒸室224之前进行加热。另外，在排出物22进入到闪蒸室224之前，可以将水或其它催化剂毒物注入到所述排出物22中，以使所述排出物22料流中的任何残余催化剂失活。因为这些注入的组分从定义上来说是催化剂毒物，所以它们通常被从循环到反应器210的任何回收的物质(例如单体或稀释剂)中完全除去或至少基本上除去。
在闪蒸室224中，反应器排出物22的大部分非固体组分作为在闪蒸气体226中的蒸气由塔顶取回。注意，正是这种循环的闪蒸气体226可以旁路通过分馏系统而通到反应器210中(即经由进料系统16)。在聚乙烯生产中，该蒸气通常主要是稀释剂，例如异丁烷或前面提及的其它稀释剂。它还可以含有大部分未反应的单体(如乙烯)和其它轻组分，以及未反应的共聚单体(例如1-己烯、丁烯、1-戊烯、1-辛烯和1-癸烯)和其它重组分(例如己烷和低聚物)。一般地，轻组分或“轻物质”可以被定义为具有比所使用的稀释剂低的沸点的那些轻组分。相反，重组分或“重物质”可以被定义为具有比稀释剂高的沸点的那些组分。闪蒸气体226的示例性近似组成为94wt.％的异丁烷、5wt.％的乙烯和lwt.％的其它组分。在闪蒸室224中可以维持一定量或体积的松散物，以得到松散物在所述室224中附加的停留时间，从而有利于多孔松散物颗粒中夹带的液体和蒸气的分离。
可以在例如旋风分离器、袋过滤器等的设备中处理闪蒸气体226，其中夹带的松散物颗粒被除去并返回到闪蒸室224或返回到下游设备例如以下要讨论的吹洗塔。闪蒸气体226还可以穿过例如脱氧床。此外，在其循环到进料系统16或分馏系统30之前，闪蒸气体226可以在热交换器(如管壳式结构)中被冷却或被冷凝。
至于在闪蒸室224中的固体(聚合物)，它们连带少量夹带的稀释剂(和单体)经由固体排出物230被取回并被送至吹洗塔228。如本领域普通技术人员所可理解，固体排出物230导管可以包括阀门构造，其允许聚合物向下流动通过导管，同时减少蒸气在吹洗塔228和闪蒸室56之间流动的可能性。例如，可以在固体排料230导管上设置一个或多个旋转或循环阀。此外，还可以在所述导管上设置相对小的松散物室，以将松散物固体由闪蒸室224排出到吹洗塔228。这种向吹洗塔228的排出可以包括适当的阀构造、缓冲室或简单的导管等。此外，闪蒸/吹洗系统中的其它配安排也是适用的。例如，在将松散物固体引入到吹洗塔228之前，可将来自闪蒸室224的松散物固体排出到较低压力的闪蒸室(具有较低压力的压缩闪蒸气体，用于循环到分馏系统30和反应器)。
最后，如所讨论的，系统10可提供从单体/回收系统24中回收的80至95wt.％的稀释剂和未反应的单体到进料和反应器系统16和20的直接循环。例如，从闪蒸室224塔顶排出且一般对应于图1的循环料流34的闪蒸气体226(图7)可以作为循环稀释剂54料流(图2)经由缓冲罐68直接输送到反应器210。这种直接再循环显著地减少了分馏系统30的负荷，包括系统30中分馏塔和再沸器的负荷(与没有直接循环的相比)。因此，对于相同能力的聚烯烃装置，分馏塔和相关再沸器(例如蒸汽再沸器)的尺寸可得以显著减小(例如减少常规尺寸的80-95％)。蒸汽用量显著减少，并且通过采用较小的塔显著节约了能量。最后，应注意的是，可响应本吹洗塔模型的产量来调节分馏系统30的设计和/或操作。
B.吹洗塔
到吹洗塔228的主要固体进料通常是从闪蒸室224出来的固体排出物230(聚烯烃松散物)。吹洗塔228的用途是从进入的固体物流中除去残余的烃并提供基本上清洁的聚合物松散物232，该松散物具有相对少量的夹带的挥发性有机物含量(VOC)。可以将所述松散物232输送或运输到挤出/装载系统36以转变为粒料38，并且作为聚烯烃粒料树脂分配和销售到消费者40。一般地，作为聚合物松散物232从吹洗塔228排出的处理了的聚合物颗粒可以在挤出/装载系统36(图1)中以常规的完成工序例如在螺杆挤出机中进行加工。
在所说明的示例性吹洗塔系统中，氮气循环通过吹洗塔228，以经由塔顶排出物234除去残余的烃。可以将这种排出物234输送通过分离单元236例如膜回收单元、变压吸附单元、冷冻单元等，以经由氮气料流238回收氮气，并且将分离的烃料流240作为进料排出到分馏系统30。在本领域中，分离单元236可以是被称为异丁烷氮气回收单元(INRU)或稀释剂氮气回收系统(DNRU)。此外，可以向氮气回路中添加新鲜氮气242，来补偿吹洗塔228系统中的氮气损失。最后，应注意的是，烃料流240可以向分馏系统30有益地提供进料(参见图13)。例如，从分离单元236排出的烃料流240使得可得到烃进料，该烃原料可以被加工而产生在催化剂制备中使用的不含烯烃的稀释剂。
示例性吹洗塔228可以是圆柱形容器，该容器具有相对高的纵断面、在顶部的盖或头、在底部具有用于聚合物松散物排出的开口的倾斜侧或圆锥形状。待对挥发性烃脱气的聚合物松散物可以在顶部进入容器，而典型地是氮气的吹洗气体可以在倾斜的底侧引入到容器。容器中吹洗气体和聚合物松散物之间可逆向流动。再次地，在某些实施方案中，富烃的吹洗气体通过顶部的开口离开容器，而脱气的松散物在容器的底部离开。
容器中的脱气有效性可基于容器中聚合物松散物和吹洗气体的均匀栓塞流的维持进行预测，从而确保二者之间的良好接触。容器的直径典型地为5至6英尺，但对其长度(L/D比)进行选择以获得足以对聚合物松散物脱气的停留时间(例如30至180分钟)。L/D比的例子可以为4至8，或在该范围外。最后，应注意的是，可在该吹洗塔中使用内部构件，例如用于引入吹洗气体(氮气)的分配板、用于促进聚合物的塞式流动(例如减少聚合物松散物的桥接或沟流)的反向锥等。
C.稀释剂/单体回收系统的备择构造
如本领域普通技术人员所可理解的，在稀释剂/单体回收系统24中可以采用许多种构造。例如，可以将来自闪蒸室224的固体排出物230送至另一反应器(例如气相反应器)而不是送至吹洗塔228或低压闪蒸室。聚合物则可稍后进入吹洗塔228(即从气相反应器或低压闪蒸室)。如果从闪蒸室224排出到另一反应器中，可以不在排出物22中上游注入催化剂毒物，且因此残余的活性催化剂得以保留，用于进一步的聚合。在另一种构造中，可以将吹洗塔228与下游的挤出机进料罐组合。例如，然后可以使与吹洗塔228有关的分离单元236适应新的吹洗塔/挤出机进料罐组合。
VI.反应器流出物排出的连续取料口
图7-9说明了反应器排出物22的连续取料口机构。参考图7，描述了设置在环管浆料反应器210的管道肘管上的连续取料口机构280。连续取料口机构280包括取料口圆筒282、浆料取回管线284、紧急关闭阀285、调节流量的比例电动机阀286和冲洗管线287。反应器210可以充满“液体”来操作，且因为反应器液体内含物是略可压缩的，通过所述系统的液体的压力控制可以由阀门来实现。另外，在稀释剂的输入保持基本恒定的情况下，可以使用所述比例电动机阀58来控制连续取回的速率并且维持总反应器压力在特定的设定点内。
参考沿图7的8-8截面线取得的图8，描述了具有连续取料口机构280的光滑弯曲的管道弯头。因此，所说明的管道弯头可以被认为是带有附属物的弯头。如所示，所述机构包括取料口圆筒282，在这种情况下，该圆筒以与弯头外表面的切线成直角的方式连接。另外，与所述圆筒282配接的是浆料取回管线284。设置在取料口圆筒282内的是柱塞阀288，其可用于至少两种目的。首先，如果取料口圆筒例如被聚合物阻塞，其可对该取料口圆筒提供清洁机构。其次，它可充当整个连续取料口组件的关闭阀。
图9显示了取料口圆筒282的连接取向，所述取料口圆筒282切向固定在弯头弯曲部位并且刚好在浆料流向向上转之前的位置。开口对于内表面来说可以是例如椭圆形，并且可以进一步扩大来改进固体取料。最后，应指出的是，可以实施取料口圆筒282连结的各种取向。
在惰性稀释剂存在下用环管反应器进行的烯烃聚合反应的产物浆料的连续取料，允许反应器在比采用用来排出聚合物的常规沉降柱时高得多的固体浓度下进行操作。例如，采用沉降柱构造，在异丁烷稀释剂中主要是乙烯聚合物(聚乙烯)的生产一般限于37-40重量％(wt.％)的反应器中最大固体浓度。然而，已发现连续取料(CTO)允许显著增加固体浓度。其结果是，采用连续取料口，可以在反应器中实现大于50wt.％的固体浓度。应强调的是，在商业操作中，小至1个百分点的固体浓度增加都有很大意义。例如，这种增加允许更高的聚乙烯生产率。
VII.挤出/装载系统
参考图10，描述了图1的挤出/装载系统36的工艺流程图。来自吹洗塔228(图5)的聚烯烃松散物232可以使用例如稀相鼓风机通过在挤出机/装载系统36中的阀340来气动输送，并进入导管342至松散物料仓344或者进入导管346至挤出机进料罐348。松散物料仓344可以用来在挤出/装载系统36中的挤出机停车(或其它操作停止)期间提供缓冲能力。另一方面，松散物料仓344还可以积累松散物，以允许在反应器210起动期间上游的聚合反应器210“赶上”的同时所述挤出机全速操作。所述料仓344中的聚烯烃松散物可以通过旋转阀350借助于鼓风机系统351来气动输送到挤出机进料罐。
然而，典型地，聚烯烃松散物232(其一般可对应于图1的松散物28)的主要流动是经由导管346到挤出机进料罐348。在下游，松散物旋转阀352可以将聚烯烃松散物354进料到挤出机356，在此所述挤出机对聚烯烃松散物354进行加热、熔融和加压。如本领域普通技术人员所可理解的，来自挤出机进料罐348的松散物354可以用各种计量器如灵敏流量计型、主进料器(master-feeder)型等计量加入到挤出机356。其中，可以将添加剂注入到松散物354料流中，添加速率可以基于与松散物354的质量流速的特定比值。该比值或添加剂到松散物354中“从动”进料可以被规定在一定值，以产生例如各聚烯烃等级或产品的所需配方并且给出下游聚烯烃粒料的所需性能。此外，所述添加剂的添加可以用液体添加剂系统、失重式进料器(loss-in-weight-feeders)等来实现。在某些实施方案中，可以使用一个或多个失重式进料器来计量预混合的添加剂包，所述添加剂包从散料容器例如经由松散物354料流、挤出机354进料斗进料到挤出机356，直接进料到挤出机354，等等。
一般地，挤出机356可以将聚烯烃聚合物和添加剂熔融、均化和泵送通过造粒机358，该造粒机358可以包括例如筛网叠置物(pack)和加热的模头，其将松散物与添加剂的混合物造粒。另外，造粒机刀片(即在水下)可以将通过模头熔融挤出的聚烯烃切割成粒料。所述粒料通常用水360骤冷，并可以在粒料-水浆料362中从造粒机358行进到粒料脱水干燥器364。所述干燥器364可以分离出游离的水，然后通过离心力将残余的表面水从粒料上干燥去。干燥过的粒料366可以排出到例如粗粒筛368上，其从符合规格的粒料370中除去过大和过小的粒料。
可以从水槽372经由离心泵374和冷却器376(如管壳式热交换器)向造粒机358提供水360。从粒料干燥器364脱除的水378可返回到水槽372。由粗粒筛368出来的聚烯烃粒料370可以通过旋转阀380利用重力下落到例如密相气动输送管线382，并运送到粒料料仓384。该粒料料仓可以包括存贮槽、混合器、不合规格(off-specification)的存贮罐等。在所说明的实施方案中，鼓风机组件385提供氮气和/或空气388来将粒料370经由输送管线382输送到粒料料仓386。可以将聚烯烃粒料390装载到例如有轨车392、漏斗车、卡车、搬运箱、袋等中。可以使用例如重力型、空气辅助型、多口型装载系统来将粒料390装载到漏斗车中。这种系统可允许漏斗车以高于聚合和挤出生产率的速率自动装载。因此，由较高的装载速率所产生的额外“时间”可被利用来提供时间以在装填后移动漏斗车或有轨车以及安置下一空车。最后，应注意的是，可在挤出/装载系统36内的各个位置收集来自吹洗塔228(图5)的聚烯烃松散物料流232中的VOC。此外，该VOC可由挤出/装载系统36内的各个位置逸出或排放到大气中。
VIII.吹洗塔模型
A.示例性结果
图11-16显示了以示例性模型研究的敏感性的例子结果，来评价吹洗参数(例如松散物温度、停留时间、氮气流量、颗粒尺寸和压力)对离开吹洗塔的聚烯烃聚合物(即松散物)料流的VOC的影响。该示例性模型基于下面部分详细讨论的传质理论。如所预期的，对于较高的松散物温度、较长的停留时间、较高的吹洗气体流量(例如惰性气体、氮气、空气等)、较小的聚合物颗粒尺寸和较低的吹洗压力，聚合物料流的VOC降低。认为这些参数通常趋于增强来自聚合物的吸收或吸附的烃组分的扩散。下面讨论示例性结果的突出部分。
图11是以ppm计的VOC402的模型结果(百万分之-离开吹洗塔的聚烯烃松散物料流中的挥发性有机物)相对于聚烯烃(松散物)以华氏度数计的温度404的示意图400。曲线406说明VOC 402和松散物温度404之间的例示反比关系。在该例子中，吹洗塔中聚烯烃松散物的温度从160°F提高到176°F(变化10％)导致VOC降低约80％，从128ppm到25ppm，如图11的示意图400所示。
图12是从吹洗塔(例如吹洗塔228)排出的聚烯烃(松散物)料流以ppm计的VOC412的模型结果相对于以分钟计的吹洗时间414的示意图410。在该实施方案中，吹洗时间414是聚烯烃松散物在吹洗塔中的停留时间。曲线416说明了VOC 412和吹洗时间414之间的例示反比关系。在该例子中，吹洗时间414从60分钟增加到75分钟(提高25％)导致VOC 412降低约73％，从34ppm到9ppm。然而，对于吹洗时间414的这种所需的增加，模型中从上游聚合反应器(例如环管反应器210)排出的聚烯烃松散物的生产率降低20％，从而说明了吹洗塔中的存量控制。
图13是离开吹洗塔的聚烯烃中VOC422的模型结果相对于去到吹洗塔的吹洗气体(在该例子中是氮气)的流速与离开吹洗塔的聚烯烃聚合物的流速之比424的示意图420。关于前述变量，曲线426说明VOC422相对于流速比424的例示反比关系。在所述模型的该实施方案中，吹洗气体从694磅/小时(lb/hr)提高至810lb/hr(提高17％)导致VOC从50ppm到30ppm降低约40％。在该计算中，吹洗塔中的停留时间和松散物温度维持恒定。
图14是从吹洗塔排出的聚烯烃(松散物)料流中的VOC 432的模型结果相对于聚烯烃(松散物)以10-6米(微米或μm)计的平均颗粒尺寸434的示意图430。VOC 432和聚合物颗粒尺寸434之间存在比例关系，如示例性曲线436所示。在该模型的一个敏感性例子中，随着松散物颗粒尺寸从800微米降至600微米(降低25％)，VOC 432从47ppm到26ppm降低约43％。
图15是从吹洗塔排出的聚烯烃(松散物)料流中VOC442的模型结果相对于进入吹洗塔的吹洗气体(例如惰性气体)的压力444的示意图440。曲线446说明了VOC 442和吹洗压力444之间的示例比例关系。在该示例性模型中，吹洗压力444从5磅/平方英尺(psig)降至3psig即降低40％，导致VOC从44ppm到28ppm降低约36％。
图16是吹洗温度452(即吹洗塔中聚烯烃的温度)的示例性模型结果相对于吹洗时间454(即聚烯烃在吹洗塔中的停留时间)的示意图450。曲线456表示在维持聚烯烃料流和吹洗塔内的存量中的恒定VOC的同时，吹洗温度454(松散物温度)和吹洗时间454(停留时间)之间的权衡。在吹洗塔模型的这些例示结果中，吹洗(松散物)温度从170°F到153°F的约10％下降通常对应于吹洗塔中的吹洗时间(停留时间)需要从59分钟到88分钟的约50％提高，以维持从吹洗塔排出的聚烯烃料流中的VOC(不增加)。
表1汇总了在该情况研究中就例示树脂而言参数对VOC降低作用的示例性顺序。例示树脂是从Woodlands，Texas的Chevron PhillipsChemical Company LP获得的TR-418F等级。树脂TR-418F通常具有0.90-0.97磅/立方英尺的松散物堆密度。这样的树脂的最终应用可以包括膜、管、吹塑品等。用树脂进行的分析仅作为例子给出，且不意欲将本技术限制于特定的树脂或特定的树脂等级。此外，本技术和吹洗塔模型可适应于各种单峰或双峰聚烯烃聚合物或树脂、用单反应器或串联的多个反应器生产的树脂等。
表1.吹洗参数对聚合物的VOC降低的示例性影响/顺序
  参数(Par)   ΔPar/Par   ΔVOC/VOC   /ΔVOC/VOC/ΔPar/Par/
  温度(F)   1.4％   -21.2％   15.0
  停留时间(分)   7.3％   -30.2％   4.2
  吹洗气体流量(lb/hr)   3.2％   -8.7％   2.8
  颗粒尺寸(μm)   5.2％   13.3％   2.5
  吹洗压力(psig)   -15.9％   -15.4％   1.0
在TR-418F聚乙烯树脂的该例子中，降低从吹洗塔出来的聚烯烃聚合物料流中的VOC的大致显著性顺序是松散物温度、停留时间、吹洗气体(例如氮气)流量、松散物颗粒尺寸和吹洗压力。在该实施方案中，高松散物温度对聚合物的VOC降低具有最大的影响。因此，在该情况下，最高可能的吹洗塔松散物温度实现了INRU中最高可能的烃回收并且降低工厂中潜在的VOC排放。通常可通过在遇到温度有关操作问题(例如受限于聚烯烃的软化点或熔融点)之前在最高可能的闪蒸气体温度下操作来获得最高可能的吹洗塔温度。应注意的是，通常通过上游闪蒸管线加热器控制闪蒸气体温度。在该例子中，加热吹洗气体对脱气具有相对小的影响，这是因为吹洗气体(例如氮气)的热容量典型地小并且吹洗气体的质量流量相比于聚合物的质量流量是极小的。
对于较小的松散物颗粒尺寸所观察到的减少的VOC暗示，使用用于生产具有较小颗粒尺寸的聚合物的催化剂或反应器技术可能是有益的。除这样的较小颗粒树脂在上游聚合反应器中潜在的较好循环外，小颗粒可导致吹洗塔中树脂、特别是低密度类型树脂的的较好脱气。可通过反应器中循环的需要、聚烯烃松散物传输系统的沉降效率确定聚合物颗粒尺寸的所选最小值或低端。
总之，本技术的示例性吹洗塔模型可表示对用于支持聚烯烃生产的手段系列(array of tools)的显著贡献。该模型可用于工厂支持和用于评价吹洗塔设计和操作。该模型是一般性的并且适用于非熔融聚乙烯树脂的脱气，而通常与它们的生产技术(液相聚合气相聚合、环管反应器、高压釜反应器、流化床反应器、搅拌反应器等)无关。
B.模型的示例性工艺示意图
图17是吹洗塔模型的一个实施方案的示例性工艺示意图。图17显示包括闪蒸管线加热器22、闪蒸器224和吹洗塔228的示例性稀释剂/单体回收系统24。将烃或富含稀释剂的聚烯烃聚合物浆料从上游聚合反应器210取回(例如通过经由反应器210的连续取料口)。在闪蒸管线加热器222中用蒸汽加热浆料以将与聚合物有关的烃液体(例如稀释剂和未反应的单体及共聚单体)煮沸成蒸气。蒸汽458进入闪蒸管线加热器222的夹套(即内导管上的外导管的环面)并且作为蒸汽冷凝物459出来。对于给定的反应器210，可以使用多于一个取料口(和多于一个相关的闪蒸管线加热器222)。
在闪蒸罐224中闪蒸聚合物-蒸气混合物以将烃蒸气(闪蒸气体226)从聚合物松散物(作为聚烯烃料流230排出)分离出。如所讨论的，在该实施方案中，将包括聚合物松散物和任何夹带的烃的蒸汽230送至吹洗塔228，用以用循环的吹洗气体(氮)238(和新鲜吹洗气体(氮)242)吹洗，以将聚烯烃聚合物的烃含量(或挥发性有机物含量)降至所需或允许的限度。应注意的是，可用袋过滤器464(或旋风分离器)处理闪蒸气体226并然后将闪蒸气体226A送至例如分馏系统30中的重物质塔。可将经由袋滤器464回收的任何固体颗粒送至例如吹洗塔。同样，可在袋过滤器466处理从吹洗塔228的顶部出来的塔顶富含烃的吹洗气体234，其中固体470(例如聚合物固体)被除去并返回到吹洗塔228。
本模型的工艺构造可包含从闪蒸器224的聚烯烃聚合物的排出物以行经通过旋转阀460以及通过其它设备例如松散物缓冲室。同样，可在例如利用蒸汽474的热交换器472中加热进入吹洗塔的氮气。另外，从吹洗塔的底部出来的聚烯烃松散物可行经通过装置的挤出部分中的一个或多个旋转阀462和232。
如所示，若干因素可影响吹洗塔228对聚合物脱气的有效性，即吹洗温度、吹洗时间、吹洗气体(氮气)纯度和流速、颗粒尺寸、吹洗压力、聚合物密度等。本技术提供用于设计和评定吹洗塔228以选择用于聚合物树脂的有效吹洗的各种参数混合的一种或多种模型。再次地，虽然本讨论的部分可能集中在环管浆料聚乙烯装置中吹洗塔228的模型的结构和使用，但通常该模型可易于适用和适调以解决聚合物的吹洗，例如在环管聚丙烯装置、气相装置等中。
C.模型描述
假定在吹洗塔模型的实施方案中吹洗时间为聚合物在吹洗塔中的停留时间(Tres)。因此，如果装置的生产率是WPE，则聚合物在塔中的存量(Winv)是，
Winv＝WPE*Tres                    (1).
于是，考虑到塔中聚合物堆密度(ρb)和塔直径(Dbed)下，塔中存量(Hbed)的高度变为，
Hbed＝Winv/(0.25πDbed 2ρb)       (2).
对于运转的装置，吹洗塔的存量通常表示为塔的最小存量水平(HLL)和最大存量水平(HHL)之间操作窗口的分数(fbed)。在该情况下塔的存量水平变为，
Hbed＝HLL+fbed*(HHL-HLL)          (3).
因此，可由方程式1-2就运转的装置估算对于吹洗塔而言的停留时间和物质存量。对于吹洗塔已经确定停留时间和存量后，模型中的下一步可以是估算塔的分离塔板的高度(HETP)和塔板数目(N)，
N＝Hbed/HETP     (4).
在一个例子中，在模型中使用Oanda等(Kister，1992)的方法来估算塔的HETP和其分离塔板数目。图18就吹洗塔中组分i(例如特定的烃如异丁烷)描述了具有塔板484的逐级物料流动480。如所示，塔板1(486)是塔的底部，塔板N(482)是塔的顶部，被吹洗的聚合物在塔的顶部进料(在492)，且吹洗气体(例如氮气)在塔的底部(在488)进料。烃吹洗气体离开塔的顶部(在490)而聚合物离开塔的底部(在494)。因此塔中就塔板(k)而言组分(i)的物料平衡为，
Fik+1+Gik-1＝Fik+Gik；k＝1，..，N    (5).
术语Fik+1和Fik分别是进入和离开塔板的聚合物中的组分质量流量。类似地，Gik-1和Gik是进入和离开塔板的气体的组分质量流量。方程式5中的质量平衡可按如下以塔板(Eik)的组分脱气速率表示，
Eik＝Fik+1-Fik＝WPE(Xik+1-Xik)；k＝1，..，N；i＝1..NC     (6a)
Eik＝Gik-Gik-1＝GkYik-Gk-1Yik-1；k＝1，..，N；i＝1..NC    (6b).
方程式6a给出了塔中聚合物相的物料平衡，而方程式6b给出了塔中气相的物料平衡。Xik+1和Xik(方程式6a)是进入和离开塔板的聚合物中组分的质量分数，而Yik-1和Yik(方程式6b)是该塔板的吹洗气体的相应质量分数。方程式6a假定溶解在聚合物中的烃的量相比于聚合物的量是小的。
在这些实施方案中，上述物料平衡方程式假定吹洗塔中用以脱气的聚合物的烃含量(FiN+1和XiN+1)是已知的。在环管工艺中，假定闪蒸气体和聚合物之间的平衡时，可由任一上游闪蒸室(例如闪蒸器224、高压闪蒸、中压闪蒸器、低压闪蒸器等)的上游闪蒸气体(例如闪蒸气体226)组成来估算FiN+1和XiN+1。当然，吹洗气体的流量和组成通常是已知的(即Gi0和Yi0)。因此，在该例子中，到塔的材料进料受到限定。该模型估算离开塔的物料料流(流量和组成)：对于聚合物为Fi1和Xi1，而对于气体为GiN和YiN。
在该例子中，假定聚合物是球形颗粒并且使用Qi等(1996)的相互关系时，可如下估算塔中塔板的聚合物组分的质量分数，
Xik＝(Xik+1-Xisk)Φik+Xisk    (7)
Φ ik = Σ n = 1 ∞ 6 n 2 π 2 exp ( - n 2 π 2 D i t k R p 2 ) - - - ( 8 a )
tk＝Tres/N                    (8b)
其中：
Xisk＝聚合物颗粒组分的表面质量分数
Di＝聚合物组分的扩散系数(sqcm/s)
tk＝塔板k的聚合物停留时间(s)
Rp＝聚合物颗粒的平均半径(cm)。
如果假定离开塔板的气体中的组分与离开塔板的聚合物表面上的组分平衡，可由例如如下的Hutchinson和Ray比关系式(1987)估算聚合物中组分的表面浓度，
Xisk＝αv*KVLEi*Patm*yik*MWi/(1000*ρPE)    (9)
Log(KVLEi)＝-2.38+1.08(Tci/T)2              (10a)
αv＝(ρcr-ρPE)/(ρcr-ρam)               (10b)
其中：
αv＝聚合物的非晶态相分数
KVLEi＝聚乙烯组分的平衡常数
Patm＝吹洗塔压力(atm)
yik＝离开塔板k的吹洗气体组分的摩尔分数
MWi＝组分的摩尔重量
ρPE＝聚合物密度(g/cc)
Tci＝组分的临界温度
T＝吹洗塔的温度
ρam＝聚合物的非晶态密度(～0.852g/cc)
ρcr＝聚合物的晶态密度(～1.01g/cc)。
Hutchinson和Ray关系式(方程式9-10)可适应从非晶态(例如LLDPE)到不太非晶态(例如HDPE)的广范围的聚乙烯树脂。因此这些示例性关系适合于从自环管浆料工艺或其它工艺估算所有聚乙烯树脂中烃或非烃溶解度。
D.模型解决方案
在某些实施方案中，如以下所示，通过闭合塔的总物料平衡可求解该模型，
DFi＝FiN+1+GiO-FiI-GiN    (11).
术语DFi是就组分而言到和来自塔的物料流量的差值。在该例子中，模型解决方案意思是指在塔中对于所有组分而言驱动该差值(DFi)至零或者至可忽略的值(例如10-6)。塔的该解决方法对于到和来自塔对流的进料流量通常是迭代的(iterative)，进料料流(聚合物和吹洗气体)是已知的，而产品料流(经脱气的聚合物和富含烃的蒸气)通常假定是未知的。因此，在该例子中，对来自塔的产物料流之一的初始值、蒸气(GiN)或聚合物(Fi1)进行估算(例如基于操作实验的初始猜测)以产生塔解决方案。反复改变估算的料流直到通常塔的所有物料平衡得以闭合为止。作为例子，可假定离开的塔顶部的蒸气料流并且接着进行表2中的运算法则步骤以求解塔的物料平衡。
表2.用于解答吹洗塔模型的示例性运算法则
1.假定来自塔的蒸气流量(即GiN，yiN)。
2.由yiN和方程式9估算离开塔板N的聚合物颗粒组分的表面浓度(XisN)。
3.由XisN和方程式7估算离开塔板N的聚合物组分的容积浓度(XiN)、仍吸附在聚合物中的量(FiN＝WPEXiN)和塔板N的脱气的量(即EiN＝WPE(XiN+i-XiN)。注意，到塔的聚合物的进料组成(XiN+1)是已知的。
4.由方程式6(a，b)中的物料平衡估算从塔板N-1到塔板N的蒸气进料(即GiN-i＝GiN-EiN)及其摩尔分数(yiN-1)。
5.对于塔板k＝N-1，n-2，...，2，1重复步骤2-4。
6.评价DFi(方程式11)以检查塔的物料平衡闭合。
a.如果|DFi|＝0(或10-6)，模型得以求解并且停止迭代。
b.如果|DFi|＞0(或10-6)，则通过调节来自塔的蒸气流量(GiN和yiN)并且重复步骤2-6继续迭代直到6a步骤得以满足。
E.模型结构和界面
作为例子，用Excel工作表作为模型输入和输出的界面以VisualBasic Application编写模型(参见例如图19)。可将运行模型的指令提供给用户或自动运行该模型。图19描述了吹洗塔模型的示例性界面500。该界面500是具有用于输入数据(例如输入到逻辑框(box)的电子表格单元中)的部分(part)或逻辑框502、504、506、508、510、512、514、516、518和520的电子表格。这些部分或逻辑框还可在电子表格单元中提供模型输出。例如可用与输出单元不同的颜色突出输入单元。输入和输出可以是单独的烃组分浓度和总VOC。可在逻辑框522中提供VOC结果。可在该示例性界面中于逻辑框424中输入或输出吹洗气体结果。如图19的模型界面所示，除到塔228的底部的主要吹洗气体进料516外；该模型还可模拟吹洗时次级吹洗气体518的使用对塔228中塔板的影响。
在可显示在个人计算机的监视器上的该示例性界面中，例如，逻辑框502通过510提供模型输入。模型结果还可显示在这些逻辑框中并且由模型自动计算。最后，可选择或点击按钮526、528和530(例如具有基础的Visual Basic命令)以基于不同类型的输入和约束运行该模型。在该例子中，基于用户在逻辑框506和508中提供的数据，可选择按钮526来估算到吹洗塔的松散物进料中单独烃组分的ppm组成(显示在逻辑框510中)。
在该示例性界面中，为运行模型，用户可在逻辑框504中提供料位数据，然后选择或点击(例如用鼠标指针)按钮528来运行命令“对于给定料位的吹洗松散物(Purge Fluff for Given Bed Level)”以估算吹洗塔的停留时间和吹洗该时间长度后的松散物VOC。在另一方面，用户可在逻辑框504中提供吹洗时间并然后选择按钮530来运行命令“对于给定吹洗时间的的吹洗松散物(Purge Fluff for GivenPurge Time)以估算吹洗该时间长度后的松散物VOC。
如果已知，则预测的松散物VOC可不同于装置数据。在该情况下，可将已知装置数据放入该界面中的逻辑框512中，并且选择按钮532来运行命令“将吹洗模型与工厂数据拟合(Fit Purge Model to PlantData)”以调节模型中的扩散参数，从而将模型预测与装置数据拟合。考虑到所需的聚合物VOC，模型可估算吹洗气体流量以实现该目标。为这样，可将VOC目标数据输入逻辑框524中的界面内，然后选择按钮534来运行命令“给定VOC时估算吹洗气体(Estimate Purge GasGiven VOC)”，以估算吹洗气体速率组成，从而满足从吹洗塔228出来的聚合物松散物的VOC目标。
F.模型确认
从聚乙烯操作设备收集装置数据以确认该模型。收集成对的样品数据，从闪蒸罐到吹洗塔的进料的样品和离开吹洗塔的聚合物松散物的样品。用于测试制造设备中VOC的取样程序可包括将样品筒连接至在吹洗塔的顶部或底部的取样口以及打开和闭合所述口和筒上的阀以收集样品。可记录各样品收集的日期和时间，用于在后来时期从装置数据恢复塔的工艺数据。然后可在工厂设施中的实验室中分析样品，以在例如收集的10分钟内测量各聚合物松散物样品的烃含量。可就各样品估算有机物或烃夹带量。示例性夹带量计算包括估算到吹洗塔的进料中聚合物颗粒间的空隙体积和将包含在该体积中的来自闪蒸罐的闪蒸气体质量，如下，
Enti＝yi*P*MWi*WPE(1/ρb-1/ρPE)/RT    (12)
其中：
Enti＝组分的夹带量(lb/hr)
MWi＝组分的分子量
P＝闪蒸罐压力(atm)
R＝气体常数(0.7304atm.cuft/lb-mole.R)
T＝闪蒸罐温度(F)
WPE＝反应器生产率(lb/hr)
yi＝闪蒸气体组分摩尔分数
ρb＝松散物堆密度(lb/cuft)
ρPE＝聚合物实密度(lb/cuft)
夹带量修正可包括也可不包括来自工艺泄露的烃，其难以测量或甚至估算。取决于闪蒸罐和吹洗塔之间的压差等，可将用于计算工艺泄露的策略添加到从闪蒸罐到夹带气体的气体分数。在某些例子中，认为这样的泄露可占装置中的吹洗塔周围物料流量的约4％。
下面列出了方程式变量的汇总。
符号
Dbed 吹洗塔直径(ft)
Di   组分的扩散系数(m2/s)
DFi  组分的物料平衡误差(lb/hr)
Eik  聚合物组分的脱气速率(lb/hr)
Enti 组分的夹带量(lb/hr)
fbed 吹洗塔中的料位分数(％)
Fik  吸附的聚合物组分的流速(lb/h)
Gk   吹洗气体的塔板流速(lb/h)
Gik    吹洗气体组分的塔板流速(lb/h)
HETP   吹洗塔中塔板的高度(in)
Hbed   吹洗塔中聚合物的存量位(ft)
HLL    吹洗塔中的最小存量位(ft)
HHL    吹洗塔中的最大存量位(ft)
MWi    组分的分子量
KVLEi  聚合物组分的平衡常数
N      吹洗塔的塔板数目
NC     吹洗塔中物料组分的数目
P      闪蒸罐压力(atm)
Patm   吹洗塔压力(atm)
PPM    聚合物中组分的质量分数
R      理想气体常数(0.7304atm.cuft/lbmol.R)
Rp     聚合物颗粒半径(m)
Tci    床中乳液相的温度(F)
T      吹洗塔或闪蒸罐温度(F)
tk     塔板的聚合物的吹洗塔停留(s)
Tres   吹洗塔聚合物停留时间(h)
Winv   吹洗塔存量(lb)
WPE    反应器的聚合物取回速率(lb/h)
Xik    聚合物组分的平均质量分数
Xisk   在聚合物颗粒表面的组分的质量分数
yik    塔板的吹洗气体组分的摩尔分数
希腊字母
αv    聚合物的非晶态相分数
ρam   非晶态聚合物的密度(g/cc)
ρcr   晶态聚合物的密度(g/cc)
ρb    聚合物的堆密度(lb/cuft)
ρPE  聚合物密度(g/cc)
Фik  方程8a中塔板的参数
索引
i     吹洗塔或闪蒸罐中的组分
k     吹洗塔中的塔板

Claims (16)

1.用于模拟从聚烯烃聚合系统的吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的模型，该模型包含：
界面组件，该界面组件经配置以提供到该模型的输入和从该模型的输出；和
迭代计算组件，该迭代计算组件至少基于传质理论，并且经配置以表示从流经吹洗塔的聚烯烃料流的挥发性有机物组分的除去以及提供从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流中的挥发性有机物含量的值；
其中到该模型的输入包含所述流经吹洗塔的聚烯烃料流的流速和所述流经吹洗塔的吹洗气体的流速，该吹洗气体与该聚烯烃料流逆向流动，或者
其中到该模型的输入包含从置于吹洗塔上游的闪蒸器顶部排出的闪蒸气体的温度，并且其中所述闪蒸气体的温度表示进入吹洗塔的聚烯烃料流的温度。
2.权利要求1中所述的模型，其中所述模型估算吹洗塔中分离塔板的高度和吹洗塔中分离塔板的数目。
3.权利要求1中所述的模型，其中到迭代组件的输入是从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流中烃组分浓度的初始估算。
4.权利要求1中所述的模型，其中到迭代组件的输入是从吹洗塔出来的富含烃的吹洗气体中烃组分浓度的初始估算。
5.用于操作聚烯烃制造工艺的方法，其包含：
从聚烯烃反应器排出浆料，其中该浆料包含聚烯烃和烃；
通过从所述浆料闪蒸至少大部分烃而从所述浆料回收聚烯烃，该回收的聚烯烃具有残余烃；
在吹洗塔中用吹洗气体吹洗回收的聚烯烃，以从回收的聚烯烃除去第一部分残余烃；
从吹洗塔排出聚烯烃产物料流，该聚烯烃产物料流具有第二部分残余烃，其中该第二部分包含聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量；和
通过传质模型估算聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的值，包含：
通过界面组件提供到传质模型的输入和从传质模型的输出，和
至少基于传质理论、流经吹洗塔的聚烯烃料流的流速和流经吹洗塔的吹洗气体的流速用传质模型而迭代计算挥发性有机物含量的估算值，其中传质模型经配置以表示从所述流经吹洗塔的聚烯烃料流的挥发性有机物组分的除去。
6.权利要求5中所述的方法，其包含响应从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的估算值来调节回收的聚烯烃在吹洗塔中的停留时间。
7.权利要求5中所述的方法，其包含响应从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的估算值来调节到吹洗塔的吹洗气体的流速。
8.权利要求5中所述的方法，其包含响应从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的估算值来调节吹洗塔中回收的聚烯烃的温度。
9.权利要求8中所述的方法，其中调节吹洗塔中回收的聚烯烃的温度包括调节上游闪蒸器的操作温度，所述闪蒸器将闪蒸的烃与从聚烯烃反应器排出的浆料分离。
10.权利要求8中所述的方法，其中调节吹洗塔中回收的聚烯烃的温度包括调节上游闪蒸管线加热器的操作温度，所述闪蒸管线加热器将烃从聚烯烃反应器排出的浆料中闪蒸出。
11.权利要求5中所述的方法，其包含响应从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的估算值来改变聚烯烃反应器中烯烃单体的聚合所使用的催化剂类型。
12.用于操作聚烯烃制造工艺的方法，其包括：
从聚合反应器排出产物浆料，该产物浆料包含聚烯烃颗粒和烃；
在闪蒸器中接受产物浆料并将闪蒸的烃从闪蒸器中的产物浆料中分离出；
从闪蒸器排出聚烯烃颗粒的第一料流，该第一料流包含残余烃；
在吹洗塔中用吹洗气体吹洗该第一料流，以除去残余烃；
从吹洗塔排出聚烯烃颗粒的第二料流；和
通过传质模型估算该第二料流的挥发性有机物含量的值，包含：
通过界面组件提供到传质模型的输入和从传质模型的输出，和
至少基于传质理论、流经吹洗塔的聚烯烃料流的流速和流经吹洗塔的吹洗气体的流速用传质模型而迭代计算挥发性有机物含量的估算值，其中传质模型经配置以表示从所述流经吹洗塔的聚烯烃料流的挥发性有机物组分的除去。
13.权利要求12中所述的方法，其包含响应挥发性有机物含量的估算值来调节吹洗塔的操作条件。
14.聚烯烃生产系统，其包含：
聚合反应器，该反应器经配置以在催化剂的存在下将烯烃单体在稀释剂中聚合来生产聚烯烃；
分离器，该分离器经配置以接受从聚合反应器排出的产物浆料并从该产物浆料分离至少稀释剂蒸气，所述产物浆料包含聚烯烃；
吹洗塔，该吹洗塔经配置以接受来自分离器的聚烯烃并从该聚烯烃除去至少残余的稀释剂；和
模型，该模型经配置以提供从吹洗塔排出的聚烯烃产物料流的挥发性有机物含量的值，所述模型包含：
界面组件，该界面组件经配置以提供到该模型的输入和从该模型的输出；和
迭代计算组件，该迭代计算组件至少基于传质理论，并且经配置以表示从流经吹洗塔的聚烯烃料流的挥发性有机物组分的除去以及提供挥发性有机物含量的值，
其中到该模型的输入包含所述流经吹洗塔的聚烯烃料流的流速和所述流经吹洗塔的吹洗气体的流速，该吹洗气体与该聚烯烃料流逆向流动，或者
其中到该模型的输入包含从置于吹洗塔上游的闪蒸器顶部排出的闪蒸气体的温度，并且其中所述闪蒸气体的温度表示进入吹洗塔的聚烯烃料流的温度。
15.权利要求1中所述的模型，其中所述迭代计算组件对于吹洗塔的所有组分通过将到和来自吹洗塔的物料流量的值的差迭代地驱动至零来计算聚烯烃产物料流中的挥发性有机物含量的值。
16.权利要求1中所述的模型，其中所述迭代计算组件对于吹洗塔的所有组分通过估算来自吹洗塔的具体产物料流的初始值和迭代地改变所述初始值直到到和来自吹洗塔的物料流量的差大约等于零来计算聚烯烃产物料流中的挥发性有机物含量的值。
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