CN105102115B - 用于催化剂制备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于催化剂制备的技术。一种用于催化剂制备的系统可以包括搅拌器，所述搅拌器被设置在聚合催化剂罐内部并且被配置成将聚合催化剂和溶剂混合以产生聚合催化剂溶液。所述系统还可以包括加热系统，所述加热系统与所述聚合催化剂罐连接并且被配置成维持所述聚合催化剂溶液的温度高于阈值。所述系统还可以包括预接触器，所述预接触器被配置成从所述聚合催化剂罐接收包含活化剂和所述聚合催化剂溶液的进料流以产生催化剂络合物。所述系统还可以包括转送管线，所述转送管线被配置成将所述催化剂络合物从所述预接触器的出口转送到反应器中。

Description

用于催化剂制备的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及催化剂的制备，并且更具体地说，涉及茂金属催化剂的制备。
背景技术
这一部分意在向读者介绍本领域中可能与在下文中所描述的和/或要求保护的本公开的各方面相关的方面。这一论述被认为有助于为读者提供背景信息以促进对本公开的各个方面的更好的理解。因此，应当了解的是，这些陈述将从这个角度被解读而并非被视作对现有技术的承认。
催化剂可以被用于促进产物经由化学反应形成。常常期望的是，以某种方式制备催化剂以实现催化剂和/或产物的所需特性。举例来说，在某些聚合制造设施中，催化剂由供应商在场外制备，然后被运送到聚合反应设施中。在供应商的设施处，可以将催化剂溶解在溶剂中以形成催化剂溶液，所述催化剂溶液可以由聚合制造设施直接使用或在进行一些另外的加工或处理的情况下使用。然而，催化剂在溶剂中的浓度可能受催化剂在该溶剂中的溶解度限制。换句话说，试图将更大量的催化剂溶解在溶液中可能会引起催化剂从溶液中沉淀出来，这可能是不希望有的。此外，催化剂在溶剂中的溶解度可能受温度的影响。举例来说，催化剂的溶解度在低温下可能会降低。因此，催化剂在溶剂中的浓度可能会低于所期望的浓度，从而导致以高流动速率供送催化剂溶液。此外，现在已认识到的是，在溶剂中的催化剂浓度方面的问题可能会迫使与处理催化剂溶液相关的储罐、转送管线、泵以及其它设备的尺寸增大以有助于对催化剂溶液的高流动速率进行管理。这可能会增加聚合制造设施的资本支出和操作支出这两者。此外，现在已认识到的是，与输送催化剂溶液相关的成本和其它考虑因素可能大于与仅输送催化剂相关的那些。
附图说明
在阅读以下详细说明后并且在参考附图后，本公开的优势可以变得显而易见，其中：
图1是具有根据本发明实施方案的催化剂制备系统的聚烯烃制造系统的一个实施方案的框图；
图2是根据本发明实施方案，可以用于图1的聚烯烃制造系统中的催化剂制备系统的一个实施方案的示意性流程图；
图3是根据本发明实施方案，可以用于图1的聚烯烃制造系统中的具有多于一个催化剂罐的催化剂制备系统的一个实施方案的示意性流程图；
图4是根据本发明实施方案，可以用于图1的聚烯烃制造系统中的具有多于一个催化剂混合/运转罐的催化剂制备系统的一个实施方案的示意性流程图；
图5是根据本发明实施方案，可以用于图1的聚烯烃制造系统中的具有分开的混合催化剂罐和运转催化剂罐的催化剂制备系统的一个实施方案的示意性流程图；以及
图6是描绘根据本发明实施方案用于制备催化剂的方法的流程图。
具体实施方式
本公开的一个或多个具体实施方案将描述于下文中。为了提供对这些实施方案的简明的说明，在本说明书中并未对实际实施方式的所有特征进行描述。应当了解的是，在任何这种实际实施方式的研发中，如同在任何工程项目或设计项目中那样，必须作出很多的实施方式特有的决定以实现研发人员的特定目标，如符合系统相关的和业务相关的限制条件，这些特定目标可能在实施方式之间不同。此外，应当了解的是，这种研发工作可能是复杂并且耗时的，但是尽管如此，对于得益于本公开的本领域普通技术人员来说，仍将是设计、制作以及制造的例行工作。
本公开涉及用于催化剂溶液制备的技术。更确切地说，本公开涉及通过现场的催化剂制备系统制备催化剂溶液的技术。如本文所用的术语“现场”指的是与聚合制造设施和任何相邻的相关制造设施处在相同的位置处和/或构成整体。聚合制造设施可以在多种不同的反应器中生产各种聚合物，所述反应器诸如但不限于流化床反应器、气相反应器、环管浆液反应器或其任何组合。这些反应器系统可以使用连续理想搅拌罐式反应器(CISTR)模型来建模。
聚合制造设施的反应器可以接收单体、稀释剂以及由根据本发明实施方案的催化剂制备系统制备的催化剂络合物以生产聚合物。在某些实施方案中，催化剂制备系统的聚合催化剂罐使用搅拌器将聚合催化剂和溶剂混合以产生聚合催化剂溶液。与聚合催化剂罐连接的加热系统可以帮助维持聚合催化剂溶液的温度高于阈值。举例来说，可以确定所述阈值以有助于防止聚合催化剂从聚合催化剂溶液中沉淀出来。然后，催化剂制备系统的预接触器可以接收助催化剂、活化剂以及来自聚合催化剂罐的聚合催化剂溶液以产生催化剂络合物。所述预接触器也可以包括加热系统。可以使用转送管线将催化剂络合物从预接触器转送到聚合制造设施的反应器中。
通过现场制备聚合催化剂溶液，聚合催化剂可以从供应商以固体形式(例如干粉)被运送到聚合制造设施中，从而简化了聚合催化剂的输送并且降低了与聚合催化剂的输送相关的成本。此外，用于溶解聚合催化剂的溶剂可以经过选择以对于在聚合制造设施的反应器中的使用来说是特别相容的和/或理想的。举例来说，在某些实施方案中，所述溶剂可以是已被送到反应器中的材料，如共聚单体。此外，通过在催化剂制备系统中加热聚合催化剂溶液，聚合催化剂的浓度可以大于由供应商运送到聚合制造设施中的催化剂溶液的浓度。因此，与聚合催化剂溶液相关的储罐和其它设备相较于与供应商供应的催化剂溶液相关的设备可以是更小的并且不太昂贵。此外，制备催化剂溶液的批料的频率可以降低。此外，使用高浓度的催化剂溶液可以改进对聚合反应的控制。举例来说，高分子量聚合物与低分子量聚合物的比率可以通过使用高浓度的催化剂溶液来促成。
图1描绘了使用催化剂经由化学反应生产聚合物产品的制造系统10的一个实施方案。具体来说，图1是用于生产聚烯烃，如聚乙烯均聚物、共聚物和/或三元共聚物等等的制造方法的示意图。尽管就聚烯烃的生产大体上描述了本文所述的催化剂制备技术，但所述技术可以被应用于可以使用连续理想搅拌罐式反应器模型建模的任何化学反应器系统。举例来说，所述催化剂制备技术可以被应用于其它类型的聚合物生产。
如图1中所示，制造系统10包括反应器系统12，该反应器系统12接收各种原料，如催化剂络合物14、单体16和/或稀释剂18。催化剂络合物14和它的制备详细描述于下文中。单体16可以包括一种或多种单体和/或共聚单体，诸如但不限于乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯、癸烯等。稀释剂18可以包括一种或多种稀释剂，诸如但不限于在反应条件下是液体的惰性烃，如异丁烷、丙烷、正丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、环戊烷、甲基环戊烷或乙基环己烷等等。在某些实施方案中，可以使用稀释剂18来使催化剂粒子和聚合物粒子在反应器系统12的反应容器内悬浮。在另外的实施方案中，反应器系统12还可以接收其它材料，诸如但不限于链转移剂(例如氢气)、催化剂、助催化剂以及其它添加剂。
反应器系统12可以包括一个或多个聚合反应器，如液相反应器、气相反应器或其组合。多个反应器可以被串联、并联、或以任何其它合适的组合或配置形式布置。在聚合反应器内，单体16(例如一种或多种单体和/或共聚单体)可以被聚合以形成含有通常被称作绒毛或颗粒的聚合物粒子20的产品。根据某些实施方案，单体16可以包括每个分子具有最多10个碳原子并且通常在比4-位更接近双键处无支链的1-烯烃。举例来说，单体16可以包括单体和共聚单体，如乙烯、丙烯、丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯或其任何组合。聚合物粒子20可以具有一种或多种所关注的熔体特性、物理特性、流变学特性和/或机械特性，如密度、熔体指数(MI)、熔体流动速率(MFR)、共聚物或共聚单体含量、模量以及结晶度。诸如温度、压力、流动速率、机械搅拌、产品输出、组分浓度、聚合物生产速率等反应条件可以经过选择以实现聚合物粒子20的所需特性。
包括所形成的聚合物粒子20在内的产品流出物以及诸如稀释剂18、未反应的单体16以及残留的催化剂等非聚合物组分离开反应器系统12并且进入诸如产品回收系统、挤出系统和/或卸载系统等各种系统中以生产挤出的聚合物粒料。可以通过制造系统10生产的聚合物粒料的实例包括但不限于低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、以及增强聚乙烯，如双峰级。各种类型和等级的聚乙烯粒料可以是例如以美国德克萨斯州伍德兰市(The Woodlands,Texas,USA)的雪佛龙菲利浦化学公司(Chevron-Phillips Chemical Company,LP)的商标名称
Figure BDA0000700404770000061
聚乙烯或
Figure BDA0000700404770000062
聚乙烯销售的。
所生产的聚合物(例如聚乙烯)粒料可以被用于制造多种产品、部件、家用物品和其它物品，包括粘合剂(例如热熔性粘合剂应用)、电线和电缆、农用膜、收缩膜、拉伸膜、食品包装膜、柔性食品包装、奶容器、冷冻食品包装、垃圾桶和罐头内衬、食品杂货袋、重载包装袋、塑料瓶、安全设备、涂层、玩具以及一系列容器和塑料产品。此外，由聚合物粒料形成的产品和部件在被分销和销售给消费者之前可以被进一步加工和组装。举例来说，一般对聚合物粒料进行进一步加工，如吹塑、注塑、旋转模塑、吹塑膜、流延膜、挤出(例如片材挤出、管材和波纹挤出、涂布/层合挤出等)等等。
回到图1，催化剂络合物14可以通过将催化剂溶液22、助催化剂24以及活化剂26组合来制备。助催化剂24的实例包括但不限于有机金属化合物，如三异丁基铝、三乙基铝或三乙基硼、烷基铝化合物、甲基铝氧烷等。活化剂26的实例包括但不限于固体超强酸和化学处理过的固体氧化物。在一个实施方案中，固体氧化物可以具有约100至约1000m2/g的表面积。在又另一个实施方案中，固体氧化物可以具有约200至约800m2/g的表面积。在再另一个实施方案中，固体氧化物可以具有约250至约600m2/g的表面积。
当活化剂26是化学处理过的固体氧化物时，它可以包括固体无机氧化物，所述固体无机氧化物包括氧和选自周期表的第2族、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、第14族或第15族的一种或多种元素，或包括氧和选自镧系元素或锕系元素的一种或多种元素(参见：《霍利简明化学词典》(Hawley's CondensedChemical Dictionary),第11版,John Wiley&Sons,1995；Cotton,F.A.,Wilkinson,G.,Murillo,C.A.以及Bochmann,M.,《高等无机化学》(Advanced Inorganic Chemistry),第6版,Wiley-Interscience,1999)。举例来说，所述无机氧化物可以包括氧和选自以下各项的一种元素或多种元素：Al、B、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、La、Mn、Mo、Ni、Sb、Si、Sn、Sr、Th、Ti、V、W、P、Y、Zn以及Zr。
可以被用于形成用作活化剂26的化学处理过的固体氧化物的固体氧化物材料或化合物的合适的实例可以包括但不限于Al2O3、B2O3、BeO、Bi2O3、CdO、Co3O4、Cr2O3、CuO、Fe2O3、Ga2O3、La2O3、Mn2O3、MoO3、NiO、P2O5、Sb2O5、SiO2、SnO2、SrO、ThO2、TiO2、V2O5、WO3、Y2O3、ZnO、ZrO2等，包括其混合氧化物、一种氧化物涂有另一种氧化物的涂层、以及其组合。举例来说，固体氧化物可以包括二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、涂有二氧化硅的氧化铝、磷酸铝、铝磷酸盐、杂多钨酸盐、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化硼、氧化锌、其混合氧化物或其任何组合。
回到图1，催化剂溶液22可以通过将催化剂28与溶剂30组合来制备。确切地说，可以将催化剂28溶解在溶剂30中。在一个实施方案中，催化剂28可以基本上是固体材料。催化剂28的实例包括但不限于茂金属催化剂、齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta catalyst)、基于铬的催化剂、基于钒的催化剂、基于镍的催化剂、或其组合等等。基于铬的催化剂的实例包括但不限于铬、二茂铬、铬钛、铬二氧化硅、磷酸铬铝等等。溶剂30的实例包括但不限于共聚单体(如上列的那些)、1-己烯、环己烷、庚烷、烯烃、烷烃、环烯烃、环烷烃、或其任何组合。在某一个实施方案中，溶剂30是1-己烯并且不包括甲苯。使用1-己烯可能比甲苯更理想，这是因为1-己烯比甲苯具有更少的环境问题。此外，1-己烯是在聚合期间被使用的(即化学消耗或反应)并且因此将以少于并非在聚合期间被使用的甲苯的量作为残留物出现在聚合物粒子20中。某些催化剂28在1-己烯中的溶解度可能小于在甲苯中的溶解度。因此，如下文所详细描述的对催化剂溶液22进行加热可以促进1-己烯替代甲苯的使用并且有助于防止催化剂28沉淀。
图2描绘了可以用于制备被送到反应器系统12中的催化剂络合物14的催化剂制备系统40的一个实施方案。具体来说，催化剂制备系统40可以包括催化剂罐42以储存催化剂28。在一个实施方案中，可以使用催化剂控制阀44作为转送装置以控制催化剂28从催化剂罐42向催化剂混合/运转罐46中的转送。也可以在存在或不存在催化剂控制阀44的情况下使用其它催化剂转送装置。举例来说，可以将催化剂28加压(例如经由使用氮气)、泵送、传送或以其它方式输送到催化剂混合/运转罐46中。催化剂制备系统40还可以包括溶剂罐48以储存溶剂30。在一个实施方案中，可以使用溶剂控制阀50来控制溶剂30向催化剂混合/运转罐46中的转送。也可以在存在或不存在溶剂控制阀50的情况下使用其它溶剂转送装置。举例来说，可以将溶剂30从溶剂罐48中压出，或在某些实施方案中，可以使用泵将溶剂30从溶剂罐48中转送。实际上，在一些实施方案中，泵可以代替溶剂控制阀50或与溶剂控制阀50配合。
如图2中所示，催化剂混合/运转罐46包括搅拌器52，该搅拌器52由马达54提供动力。搅拌器52可以用于在催化剂混合/运转罐46中将催化剂28和溶剂30溶解和/或混合。因此，搅拌器52可以帮助加速催化剂28与溶剂30的混合和/或提高催化剂溶液22的一致性。在某些实施方案中，催化剂混合/运转罐46可以包括加热系统56以加热催化剂溶液22。加热系统56的实例包括但不限于加热调温水夹套、加热调温水盘管、电夹合式夹套、或任何其它合适的加热系统。通过使用加热系统56加热催化剂溶液22，可以实现催化剂28的更大浓度而不会导致催化剂28沉淀。此外，每当同时存在催化剂28和溶剂30这两者时可以使用加热系统56以有助于防止催化剂28在低温下沉淀。可以使用转送管线58将催化剂溶液22从催化剂混合/运转罐46中转送。转送管线58可以包括管道加热系统60，诸如但不限于加热调温水夹套、电伴热、或任何其它合适的加热系统，所述管道加热系统可以用于在催化剂溶液22行进穿过转送管线58时维持催化剂溶液22的温度高于阈值。催化剂溶液泵62可以与转送管线58连接并且用于将催化剂溶液22从催化剂混合/运转罐46中转送。此外，转送管线58可以包括催化剂溶液控制阀64以在存在或不存在催化剂溶液泵62的情况下控制催化剂溶液22从催化剂混合/运转罐46向预接触器66中的转送。
除了来自催化剂混合/运转罐46的催化剂溶液22之外，预接触器66还可以经由助催化剂泵70从助催化剂罐68中接收助催化剂24。在其它实施方案中，可以将助催化剂24加压到预接触器66中或以其它方式转送。在另外的实施方案中，可以将助催化剂24从助催化剂罐68中直接转送到反应器系统12中的一个或多个反应器中而绕过预接触器66。在将活化剂26经由加压、泵等转送到预接触器66中之前，活化剂罐72可以储存活化剂26。预接触器66包括预接触器搅拌器74，该预接触器搅拌器74由预接触器马达76提供动力。预接触器搅拌器74可以用于将催化剂溶液22与助催化剂24和活化剂26充分地混合。预接触器66还可以包括预接触器加热系统78以将催化剂络合物14在预接触器66中加热。预接触器加热系统78可以类似于用于上述催化剂混合/运转罐46的加热系统56。在一个实施方案中，预接触器加热系统78可以仅在制备催化剂络合物14期间被使用，然后之后关闭。可以使用预接触器转送管线80将催化剂络合物14从预接触器66中转送。在某些实施方案中，可以使用一个或多个预接触器泵82将催化剂络合物14从预接触器66中转送到反应器系统12中的一个或多个反应器中。
不考虑所使用的具体催化剂28，可以对催化剂制备系统40内的操作条件进行控制以产生具有所需特性的催化剂络合物14。举例来说，可以使用控制系统90来控制制造系统10，如催化剂制备系统40内的操作条件。举例来说，可以使用控制系统90来调整催化剂28、溶剂30、催化剂溶液22、助催化剂24、活化剂26和/或催化剂络合物14的流动速率、温度和/或其它特性。此外，可以使用控制系统90以从向反应器系统12中供送一种类型的催化剂络合物14转换成向反应器系统12中供送另一种类型的催化剂络合物14。此外，可以使用控制系统90来监测和/或调整制造系统10内的操作条件，如温度、压力、反应速率以及固体浓度等等。根据某些实施方案，控制系统90可以接收来自制造系统10内的传感器(如温度传感器、压力传感器和/或流量传感器等等)的指示操作条件的输入信号92，然后可以产生控制信号102以调整制造系统10的操作条件。
确切地说，如图2中所示，控制系统90可以接收来自催化剂制备系统40内所设置的各种传感器的输入信号92，所述传感器诸如但不限于催化剂混合/运转罐温度传感器94、催化剂混合/运转罐浓度传感器96、预接触器温度传感器98、催化剂络合物流量传感器100等。在其它实施方案中，控制系统90可以接收来自催化剂制备系统40和/或制造系统10中所设置的其它传感器的输入信号92。基于输入信号92，控制系统90可以将控制信号102传输到催化剂制备系统40中所设置的各种器件和设备，诸如但不限于任何催化剂转送装置、催化剂控制阀44、任何溶剂转送装置、溶剂控制阀50、催化剂混合/运转罐马达54、催化剂混合/运转罐加热系统56、转送管加热系统60、催化剂溶液转送泵62、催化剂溶液控制阀64、助催化剂泵70、预接触器马达76、预接触器泵82、预接触器加热系统78等。
在某些实施方案中，由控制系统90接收的输入信号92可以指示催化剂混合/运转罐46中对催化剂28的需求。举例来说，输入信号92可以指示催化剂溶液22中催化剂28的浓度低于设定点并且可以通过催化剂混合/运转罐浓度传感器96传输。在响应中，控制系统90可以启动输出端，如催化剂控制阀44的致动器以向催化剂混合/运转罐46和/或其它催化剂转送装置中供应催化剂28。控制系统90可以接收指示预接触器66中对催化剂溶液22的需求的另外的输入信号92。举例来说，输入信号92可以指示预接触器66中催化剂络合物14中催化剂28的浓度或催化剂络合物14的水平低于设定点。在响应中，控制系统90可以启动输出端，如催化剂溶液泵62和/或催化剂溶液控制阀64的致动器，以向预接触器66中供应催化剂溶液22。在其它实施方案中，控制系统90可以接收指示反应器系统12中对催化剂络合物14的需求的另外的输入信号92。举例来说，输入信号92可以指示流向反应器系统12的催化剂络合物14的流动速率低于设定点并且可以通过催化剂络合物流量传感器100来传输。在响应中，控制系统90可以启动输出端，如预接触器泵82的致动器，以向反应器系统12中供应更多的催化剂络合物14。在另外的实施方案中，控制系统90可以接收指示催化剂混合/运转罐46中催化剂溶液22的温度的另外的输入信号92。举例来说，输入信号92可以通过催化剂混合/运转罐温度传感器94传输并且指示催化剂溶液22的温度低于设定点。在响应中，控制系统90可以启动输出端，如加热系统56的致动器，以向催化剂混合/运转罐46供应额外的热。控制系统90可以类似的方式操作以基于经由来自预接触器温度传感器98的输入信号92所采集的数据向预接触器66供热。
根据某些实施方案，控制系统90可以是分布式控制系统(DCS)。控制系统90可以包括一个或多个自动化控制器、微处理器、指令集处理器、图形处理器、模拟-数字转换器、接口板和/或相关的芯片组。此外，控制系统90可以与存储用于控制系统90的可执行代码、数据以及指令的存储器配合。举例来说，存储器可以存储非瞬时性机器可读的代码以基于所测量的过程变量维持催化剂溶液22的温度高于阈值。存储器可以包括易失性存储器，如随机存取存储器，和/或非易失性存储器，如只读存储器、闪速存储器、硬盘驱动器、或任何其它合适的光学、磁性或固态计算机可读介质，以及其组合。控制系统90还可以包括显示器和用户界面。根据某些实施方案，显示器和用户界面可以是操作员工作站的一部分。显示器可以显示多种有关制造系统10的信息。举例来说，显示器可以显示有助于用户监测和控制制造系统10的图表、趋势、质量平衡、能量平衡、过程数据(如所测量的过程变量)和/或预测数据等等。
根据某些实施方案，显示器可以显示用户界面的有助于录入用户输入的画面。举例来说，用户可以录入所需的操作参数(例如设定点)或应当对制造系统10作出的调整。在某些实施方案中，用户可以查看在显示器上显示的基本上瞬时的反应速率或趋势并且可以录入所需的催化剂进料速率值或催化剂进料速率调整。在另一个实施例中，用户可以经由用户界面调整反应器系统12的温度或进料速率中的一个或多个。然而，在其它实施方案中，操作条件中的至少一些可以通过控制系统90自动地调整。举例来说，在某些实施方案中，控制系统90可以基于催化剂溶液22中催化剂28的所测量的浓度自动地调整催化剂28流向催化剂混合/运转罐46的流动速率。
在某些实施方案中，可以使用控制系统90维持催化剂溶液22和/或催化剂络合物14的温度高于阈值。所述阈值可以经过选择以帮助防止催化剂28从催化剂溶液22和/或催化剂络合物14中沉淀出来。在某些实施方案中，所述阈值可以是约40摄氏度至约50摄氏度。在一个实施方案中，所述阈值可以是约45摄氏度。不可超出的温度阈值，如约60摄氏度或约65摄氏度可以基于所用的具体催化剂28来加以选择以避免催化剂28降解。在一个实施方案中，所述阈值可以是约40摄氏度至约65摄氏度。催化剂混合/运转罐温度传感器94可以指示催化剂溶液22的温度并且预接触器温度传感器98可以指示催化剂络合物14的温度。基于从温度传感器96和/或98所接收的输入信号92，控制系统90可以向催化剂混合/运转罐加热系统56和/或预接触器加热系统78发送控制信号102以分别维持催化剂溶液22和/或催化剂络合物14的温度高于阈值。
在其它实施方案中，可以使用控制系统90来维持催化剂溶液22和/或催化剂络合物14中催化剂28的浓度高于阈值。所述阈值可以经过选择以有助于使得所需量的催化剂28到达反应器系统12中。在某些实施方案中，催化剂浓度阈值可以高于溶剂30中的约0.40重量％。这个浓度阈值可能大于由场外的供应商提供的催化剂溶液22的浓度，这是因为场外的供应商可能会受到输送问题的限制。因此，相对于传统的操作，本发明的实施方案可以使得催化剂混合/运转罐46和相关设备以及管线的尺寸能够被缩减。在某一个实施方案中，催化剂浓度阈值可以是溶剂30中的约0.47重量％。催化剂混合/运转罐浓度传感器96可以向控制系统90提供指示催化剂溶液22中催化剂28的浓度的输入信号92。响应于来自催化剂混合/运转罐浓度传感器96的输入信号92，控制系统90可以向催化剂控制阀44和/或溶剂控制阀50传输控制信号102以维持催化剂溶液22中催化剂28的浓度高于阈值。举例来说，如果所指示的催化剂溶液22中催化剂28的浓度低于阈值，那么控制信号102可以打开催化剂控制阀44和/或关闭溶剂控制阀50。类似地，如果催化剂溶液22中催化剂28的浓度高于阈值，那么控制系统90可以关闭催化剂控制阀44和/或打开溶剂控制阀50。以类似的方式，可以使用控制系统90调整催化剂溶液转送泵62、催化剂溶液控制阀64和/或助催化剂泵70中的一个或多个以对预接触器66中催化剂络合物14中催化剂28的浓度进行调整或维持。在这些实施方案中，预接触器66可以包括与催化剂混合/运转罐浓度传感器96类似的浓度传感器以向控制系统90提供输入信号92。此外，控制系统90可以向预接触器泵82传输控制信号102以调整或维持催化剂络合物14流向反应器系统12的流动速率。在其它实施方案中，还可以使用控制系统90来控制催化剂混合/运转罐马达54和/或预接触器马达76。
图2中所示的浓度传感器96可以使用各种技术，如分光光度测定法来测定催化剂溶液22中催化剂28的浓度。在一个实施方案中，浓度传感器96可以是紫外-可见光光度分析器(即UV-Vis分析器)，它可以利用比尔-朗伯定律(Beer-Lambert law)来测定催化剂28的浓度。具体来说，UV-Vis分析器可以使一定波长的光通过催化剂溶液22并且测量对所选波长的光的吸光度。然后可以将所测量的吸光度与校准曲线相比较以确定催化剂28的浓度。光的具体波长可以经过选择以很少被或不被溶剂30所吸收，从而减小所测定的浓度的误差。因此，对所选波长的光的吸光度可以基本上随催化剂溶液22中催化剂28的浓度而变。UV-Vis分析器可以各种方式被使用，诸如但不限于提供对催化剂溶液22和/或催化剂络合物14中催化剂28的浓度的连续在线指示、分析催化剂溶液28和/或催化剂络合物14的批料等等。在某些实施方案中，催化剂溶液22可能包括可能会影响分光光度分析的粒子或其它颗粒物质。因此，在某些实施方案中，UV-Vis分析器可以包括过滤器或类似器件以从催化剂溶液22中去除粒子和/或其它物质。此外，在其它实施方案中，可以定期地，例如每天对UV-Vis分析器的测量单元进行冲洗以减少可能影响测量的准确性的物质积聚。在另外的实施方案中，可以使用其它技术来测定催化剂溶液22中催化剂28的浓度。
图3描绘了可以被用于图1中所示的制造系统10中的催化剂制备系统40的一个实施方案。具体来说，图3描绘了使用两种催化剂的系统。举例来说，可以使用第一催化剂罐120来储存第一催化剂122并且可以使用第一催化剂控制阀124来控制第一催化剂122向催化剂混合/运转罐46的流动。催化剂制备系统40还可以包括第二催化剂罐126以储存第二催化剂128并且可以使用第二催化剂控制阀130来使第二催化剂128流向催化剂混合/运转罐46。使用第一催化剂122和第二催化剂128可以促进与使用单一催化剂生产的聚合物粒子20相比具有某些所需特征的聚合物粒子20的生产。在其它方面，图3中所示的催化剂制备系统40类似于图2中所示的系统40。
图4描绘了具有两个催化剂混合/运转罐的催化剂制备系统40的一个实施方案。具体地说，第一催化剂控制阀136可以控制催化剂28流向第一催化剂混合/运转罐140的流动速率并且第一溶剂控制阀138可以控制溶剂30流向第一催化剂混合/运转罐140的流动速率。第一催化剂混合/运转罐140可以包括由第一马达144驱动的第一搅拌器142并且可以使用第一加热系统146加热。此外，第一催化剂混合/运转罐140可以包括第一温度传感器148和第一浓度传感器149。类似地，第二催化剂控制阀145可以控制催化剂28流向第二催化剂混合/运转罐150的流动速率并且第二溶剂控制阀147可以控制溶剂30流向第二催化剂混合/运转罐150的流动速率。第二催化剂混合/运转罐150可以包括由第二马达154驱动的第二搅拌器152、第二加热系统156、第二温度传感器158以及第二浓度传感器160。来自第一催化剂混合/运转罐140的催化剂溶液122可以经由第一转送管线162被转送到预接触器66中，并且来自第二催化剂混合/运转罐150的催化剂溶液22可以经由第二转送管线164被转送。第一催化剂混合/运转罐140和第二催化剂混合/运转罐150可以被用作彼此的在线备用。举例来说，可以使用第一催化剂混合/运转罐140向预接触器66供应催化剂溶液22直到第一催化剂混合/运转罐140大致排空、低于最低水平阈值或以其它方式停止运行为止。此时，可以使用第二催化剂混合/运转罐150向预接触器66供应催化剂溶液22，而第一催化剂混合/运转罐140不可供使用。类似地，当第二催化剂混合/运转罐150大致排空、低于最低水平阈值或以其它方式停止运行时，可以使用第一催化剂混合/运转罐140向预接触器66供应催化剂溶液22。在其它方面，图4中所示的催化剂制备系统40类似于图2中所示的系统40。
图5描绘了包括分开的混合罐和运转罐的催化剂制备系统40的一个实施方案。具体地说，催化剂制备系统40包括催化剂混合罐180，该催化剂混合罐180包括由催化剂混合罐马达184驱动的催化剂混合罐搅拌器182。催化剂混合罐180可以包括催化剂混合罐加热系统186、催化剂混合罐浓度传感器187以及催化剂混合罐温度传感器188。可以使用催化剂混合罐泵191经由催化剂混合罐转送管线189将催化剂溶液22从催化剂混合罐180转送到催化剂运转罐190中。催化剂运转罐190可以包括由催化剂运转罐马达194驱动的催化剂运转罐搅拌器192、催化剂运转罐加热系统196、催化剂运转罐浓度传感器197以及催化剂运转罐温度传感器198。可以使用催化剂运转罐转送管线200将催化剂溶液22从催化剂运转罐190转送到预接触器66中。如图5中所示，可以使用催化剂混合罐180来制备催化剂溶液22并且可以使用催化剂运转罐190向预接触器66供应催化剂溶液22。当催化剂运转罐190大致排空或低于最低水平阈值时，可以使用来自催化剂混合罐180的催化剂溶液22再填充催化剂运转罐190。然后可以在催化剂罐180中制备额外的催化剂溶液22以随后向催化剂运转罐190转送。在其它方面，图5中所示的催化剂制备系统40类似于图2中所示的系统40。
图6描绘了用于制备催化剂络合物14的方法210。方法210可以开始于将催化剂28和溶剂30在催化剂混合/运转罐46中混合以产生催化剂溶液22(方框212)。举例来说，控制系统90可以启动催化剂混合/运转罐搅拌器52以混合催化剂混合/运转罐46的内容物而产生催化剂溶液22。也可以例如在第一催化剂混合/运转罐140、第二催化剂混合/运转罐150或催化剂混合罐180中制备催化剂溶液22。方法210然后可以通过将催化剂溶液22加热以维持催化剂溶液22的温度高于阈值来继续(方框214)。举例来说，可以使用控制系统90基于由催化剂混合/运转罐温度传感器94所感测到的温度来控制经由催化剂混合/运转罐加热系统56向催化剂溶液22提供的热。在其它实施方案中，可以使用控制系统90来维持例如第一催化剂混合/运转罐140、第二催化剂混合/运转罐150、催化剂混合罐180或催化剂运转罐190中催化剂溶液22的温度高于阈值。方法210然后可以通过将加热了的催化剂溶液22与助催化剂24和活化剂26在预接触器66中混合以产生催化剂络合物14来继续(方框216)。举例来说，控制系统90可以使用预接触器搅拌器74将预接触器66的内容物混合以产生催化剂络合物14。
方法210然后可以通过加热催化剂络合物14以维持温度高于阈值来继续(方框218)。举例来说，控制系统90可以使用预接触器加热系统78来维持催化剂络合物14的温度高于阈值，如通过预接触器温度传感器98所测定。该方法然后可以通过将加热了的催化剂络合物14转送到反应器系统12中来继续(方框220)。在某些实施方案中，可以使用控制系统90来控制预接触器泵82以调整催化剂络合物流向反应器系统12的流动速率，如通过催化剂络合物流量传感器100所测量。
附加说明
已描述了用于催化剂制备的系统和方法。提供以下条项作为对本公开的进一步说明。
实施方案1.一种系统，所述系统包括：搅拌器，所述搅拌器被设置在聚合催化剂罐内部并且被配置成将至少一部分或全部的聚合催化剂和溶剂混合或溶解以产生聚合催化剂溶液；加热系统，所述加热系统与聚合催化剂罐连接并且被配置成维持聚合催化剂溶液的温度高于阈值；预接触器，所述预接触器被配置成从聚合催化剂罐接收包含活化剂和聚合催化剂溶液的进料流以产生催化剂络合物；以及转送管线，所述转送管线被配置成将催化剂络合物从预接触器的出口转送到反应器中。
实施方案2.实施方案1的系统，其中所述预接触器包括：第二搅拌器，所述第二搅拌器被设置在预接触器内部并且被配置成将活化剂和聚合催化剂溶液混合；以及第二加热系统，所述第二加热系统与预接触器连接并且被配置成维持催化剂络合物的温度高于第二阈值。
实施方案3.任何前述实施方案中所限定的系统，所述系统包括反应器，所述反应器被配置成使单体在催化剂络合物存在下聚合成聚合物固体。
实施方案4.任何前述实施方案中所限定的系统，所述系统包括多个反应器，所述多个反应器被配置成使单体在催化剂络合物存在下聚合成聚合物固体。
实施方案5.任何前述实施方案中所限定的系统，其中以串联配置或以并联配置操作所述多个反应器。
实施方案6.任何前述实施方案中所限定的系统，其中聚合催化剂包括茂金属催化剂。
实施方案7.任何前述实施方案中所限定的系统，其中溶剂包括共聚单体。
实施方案8.任何前述实施方案中所限定的系统，其中共聚单体包括1-己烯。
实施方案9.任何前述实施方案中所限定的系统，其中进料流包含助催化剂。
实施方案10.任何前述实施方案中所限定的系统，其中助催化剂包括三异丁基铝、三乙基铝或其任何组合。
实施方案11.任何前述实施方案中所限定的系统，其中活化剂包括固体超强酸。
实施方案12.任何前述实施方案中所限定的系统，其中加热系统被配置成对第二转送管线进行加热，所述第二转送管线被配置成将聚合催化剂溶液从聚合催化剂罐转送到预接触器中。
实施方案13.任何前述实施方案中所限定的系统，所述系统包括传感器，所述传感器被配置成提供对聚合催化剂溶液中聚合催化剂的浓度的指示。
实施方案14.一种方法，所述方法包括：通过在被加热的聚合催化剂罐中使用一种或多种溶剂溶解聚合催化剂来制备聚合催化剂溶液；通过在预接触器中将聚合催化剂溶液的至少一部分与活化剂组合来制备聚合催化剂络合物；以及将聚合催化剂络合物从预接触器转送到反应器中。
实施方案15.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括在预接触器中将助催化剂与聚合催化剂溶液和活化剂组合。
实施方案16.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括在预接触器中加热聚合催化剂络合物。
实施方案17.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括将聚合催化剂罐中的聚合催化剂溶液维持在约40摄氏度至50摄氏度的温度。
实施方案18.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括在反应器中使单体在催化剂络合物存在下聚合以生产聚合物固体。
实施方案19.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括使用紫外-可见光光度分析器测量聚合催化剂溶液中聚合催化剂的浓度。
实施方案20.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括维持聚合催化剂溶液中聚合催化剂的浓度高于溶剂中的约0.40重量％。
实施方案21.一种系统，所述系统包括：一个或多个自动化控制器，所述自动化控制器被配置成：接收指示茂金属催化剂罐中对茂金属催化剂的需求的第一输入；启动第一输出端以向茂金属催化剂罐供应茂金属催化剂，从而使得茂金属催化剂和溶剂在茂金属催化剂罐中混合以形成茂金属催化剂溶液；接收指示预接触器中对茂金属催化剂溶液的需求的第二输入；以及启动第二输出端以向预接触器供应茂金属催化剂溶液，从而使得茂金属催化剂溶液和活化剂在预接触器中混合以形成茂金属催化剂络合物。
实施方案22.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，其中所述一个或多个自动化控制器被配置成：接收指示反应器中对茂金属催化剂络合物的需求的第三输入；以及启动第三输出端以向反应器中供应茂金属催化剂络合物。
实施方案23.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，其中所述第一输出端和所述第二输出端包括控制阀致动器、泵致动器或其任何组合。
实施方案24.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，其中所述第二输入包含茂金属催化剂罐中茂金属催化剂的浓度。
实施方案25.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，所述方法或系统包括被配置成产生第二输入的传感器，其中所述传感器包括紫外-可见光光度分析器。
实施方案26.任何前述实施方案中所限定的方法或系统，其中所述一个或多个自动化控制器被配置成：接收指示茂金属催化剂罐中茂金属催化剂溶液的温度的第四输入；以及启动第四输出端以向茂金属催化剂罐供热。
实施方案27.一种催化剂络合物，所述催化剂络合物包含：茂金属催化剂溶液，所述茂金属催化剂溶液包含茂金属催化剂和溶剂的混合物，其中茂金属催化剂溶液中茂金属催化剂的浓度大于溶剂中的约0.40重量％；以及活化剂。
实施方案28.任何前述实施方案中所限定的方法、系统或催化剂络合物，其中溶剂包括共聚单体、1-己烯、环己烷、庚烷、烯烃、烷烃、环烯烃、环烷烃或其组合。
实施方案29.任何前述实施方案中所限定的方法、系统或催化剂络合物，所述方法、系统或催化剂络合物包含助催化剂。
实施方案30.任何前述实施方案中所限定的方法、系统或催化剂络合物，其中助催化剂包括三异丁基铝、三乙基铝或其任何组合。
实施方案31.任何前述实施方案中所限定的方法、系统或催化剂络合物，其中活化剂包括固体超强酸。
虽然本公开可以容许各种改动方案和替代形式，但具体实施方案已通过举例方式在附图和表中示出并且已详细描述于本文中。然而，应当了解的是，这些实施方案并不意图局限于所公开的具体形式。相反，本公开涵盖落入如由以下所附权利要求书所限定的本公开的精神和范围内的所有改动方案、等同方案以及替代方案。此外，尽管在本文中论述了单个实施方案，但本公开意在涵盖这些实施方案的所有组合。

Claims (13)

1.一种用于催化剂制备的系统，所述系统包括：
聚合催化剂罐，所述聚合催化剂罐包含聚合催化剂和溶剂；
搅拌器，所述搅拌器被设置在所述聚合催化剂罐内部并且被配置成将至少一部分或全部的所述聚合催化剂和所述溶剂混合或溶解以产生聚合催化剂溶液；
加热系统，所述加热系统与所述聚合催化剂罐连接并且被配置成维持所述聚合催化剂溶液的温度高于阈值；
预接触器，所述预接触器被配置成从所述聚合催化剂罐接收包含活化剂和所述聚合催化剂溶液的进料流以产生催化剂络合物，所述预接触器包含活化剂和所述聚合催化剂溶液，其中所述预接触器包括：
第二搅拌器，所述第二搅拌器被设置在所述预接触器内部并且被配置成将所述活化剂和所述聚合催化剂溶液混合；以及
第二加热系统，所述第二加热系统与所述预接触器连接并且被配置成维持所述催化剂络合物的温度高于第二阈值；以及
转送管线，所述转送管线被配置成将所述催化剂络合物从所述预接触器的出口转送到反应器中。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述反应器被配置成使单体在所述催化剂络合物存在下聚合成聚合物固体。
3.如权利要求1所述的系统，所述系统包括多个反应器，所述多个反应器被配置成使单体在所述催化剂络合物存在下聚合成聚合物固体。
4.如权利要求3所述的系统，其中以串联配置或以并联配置操作所述多个反应器。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述聚合催化剂包括茂金属催化剂。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述溶剂包括共聚单体。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述共聚单体包括1-己烯。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述进料流包含助催化剂。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述助催化剂包括三异丁基铝、三乙基铝或其任何组合。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述活化剂包括固体超强酸。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述加热系统被配置成加热第二转送管线，所述第二转送管线被配置成将所述聚合催化剂溶液从所述聚合催化剂罐转送到所述预接触器中。
12.如权利要求1所述的系统，所述系统包括传感器，所述传感器被配置成提供对所述聚合催化剂溶液中所述聚合催化剂的浓度的指示。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述溶剂包括共聚单体、1-己烯、环己烷、庚烷、烯烃、烷烃、环烯烃、环烷烃或其组合。
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