CN109526223B - 用于制造多峰高密度聚乙烯的控制方法和系统 - Google Patents

用于制造多峰高密度聚乙烯的控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种控制多峰高密度聚乙烯制造过程的方法，所述方法包括在第一反应器中进行第一聚合以形成第一浆料，将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到第二反应器中，在所述第二反应器中进行第二聚合以形成第二浆料，将所述第二浆料的至少一部分从所述第二反应器转移到另一个处理阶段，将第三反应器保持在备用模式，监测所述第二反应器中的所述第二聚合以检测反应器中的过程扰乱，在检测到反应器中的过程扰乱时，中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第二反应器中，将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第三反应器中，在所述第三反应器中进行第二聚合以形成所述第二浆料。在将所述第二反应器从操作中除去后清洁所述第二反应器，并将所述第二反应器置于备用模式，以防在反应器三中检测到扰动。

Description

用于制造多峰高密度聚乙烯的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及一种控制多峰高密度聚乙烯(HDPE)制造过程的方法以及一种用于制造多峰高密度聚乙烯(HDPE)的系统。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)可以在两阶段反应器系统中生产，其中第一聚合阶段在第一反应器中通过混合催化剂、助催化剂、稀释剂、乙烯和任选地共聚单体和氢气来进行。使用通常为齐格勒-纳塔型的催化剂和助催化剂进行聚合以获得具有相对低重量中值的分子量分布的HDPE颗粒。第一聚合步骤在浆料中进行，将所述浆料冷却并再循环回所述第一反应器。
在第二聚合阶段，可以将来自所述第一反应器的浆料进料到第二反应器中，其中来自所述第一阶段的相对低中值重量的HDPE颗粒可以通过进一步聚合来生长(根据分子量分布，具有更高重量中值)。进一步的聚合可以通过将稀释剂、乙烯和任选地共聚单体和氢气进料并混合到来自第一阶段的第一浆料中来进行。因此，在第二反应器浆料中得到的HDPE颗粒获得具有两个峰的分子量分布，所述峰对应于聚合中相应阶段的第一中值和第二中值。因此，所获得的具有两个峰的分子量分布的HDPE称为双峰HDPE。
在第三阶段中，后处理可以在第三反应器中进行，其中可以获得浆料中甚至更高的单体转化率。后处理反应器是任选的，并且可以可替代地保持备用模式。
WO 2015197558A中提供了用于控制乙烯聚合过程的方法的实例，其中示出了用于生产多峰HDPE的级联反应器。
当如上所述在三相(浆料)反应器系统中生产HDPE时，已知的障碍是聚合物块的形成(如WO 2015177014A1中所提及的)。尤其是其中进行聚合的第二阶段(具有较高的中值的分子量分布)的第二反应器易于出现这种障碍。这些块可能导致反应器内旋转机械的损坏，并且需要最终的清洁和/或维护。目前这种清洁只能在系统不生产聚合物时进行，因为标准清洁程序需要关闭反应器。
发明内容
本发明的目的是在不关闭多峰HDPE制造过程下，允许清洁和/或修理第二反应器。
所述目的在一种控制双峰高密度聚乙烯制造过程的方法中实现，所述方法包括在第一反应器中进行第一聚合以形成第一浆料，将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到第二反应器中，在所述第二反应器中进行第二聚合以形成第二浆料，将所述第二浆料的至少一部分从所述第二反应器转移到出口，将第三反应器保持在备用模式，监测所述第二反应器中的所述第二聚合以检测所述反应器中的过程扰乱，在检测到反应器中的过程扰乱时，中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第二反应器中，将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第三反应器中，在所述第三反应器中进行所述第二阶段聚合。
所述第一浆料具有相对低的重量中值的HDPE分子量分布，而所述第二浆料具有双峰分子量分布的HDPE，如以上所述。
所述过程扰乱可以是目视检查结果，或由传感器检测到的异常，例如过热或用于结合在第二反应器中的搅拌器的驱动器的振动。所述方法的控制可以手动进行或借助于控制系统进行，所述控制系统被安排成用于进行以下步骤：中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第二反应器中、将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第三反应器、在所述第三反应器中进行第二聚合以形成所述第二浆料。
通过调试所述第三反应器，可以将面临问题的所述第二反应器从操作中除去，并且在不强制关闭系统的情况下进行清洁和维护。
可以将在系统出口处的具有双峰HDPE的浆料转移到另外的阶段以冷却所述浆料并分离液体和聚合物颗粒。
在实施例中，进行第一聚合以形成第一浆料包括进料并混合催化剂、助催化剂、稀释剂、乙烯和任选地共聚单体和氢气，并且冷却并再循环所述第一浆料。因此，实现了具有相对低重量中值的分子量分布的HDPE聚合。
在另一个实施例中，在第二反应器中进行第二聚合以形成第二浆料包括将稀释剂、乙烯和任选地共聚单体和氢气进料并混合到所述第一浆料中，并且冷却并再循环第二浆料。
因此，实现了具有两个峰(即，低和相对高的重量中值)的分子量分布的HDPE聚合。
在实施例中，所述过程进一步包括将稀释剂进料到第二反应器中，将第二反应器内含物排放(排出)到另外的处理阶段，进行第二反应器的维护，并使第二反应器进入备用模式。
可以将所述内含物排出到冷却浆料并将液体与浆料中的固体聚合物颗粒分离的另外阶段。
这允许第二反应器停止进行第二聚合，并且进行修理或允许维护，其中在第二反应器置于备用模式之后，以便在需要时允许重新开始第二聚合。
在实施例中，所述方法进一步包括监测第三反应器中的第二聚合阶段以便检测第三反应器中的过程扰乱，检测到反应器中的过程扰乱时中断将第一浆料的至少一部分从第一反应器转移到第三反应器中，将第一浆料的所述至少一部分从第一反应器转移到第二反应器中，并在第二反应器中进行第二聚合阶段以形成第二浆料。
这允许将过程配置回其原始状态。
在实施例中，所述过程包括在第二反应器与第三反应器之间相互轮流进行第二聚合和备用模式。
这允许第二和第三反应器在需要时轮流使用。
在实施例中，所述方法进一步包括在备用模式期间从反应器(B、C)外部再循环第二浆料。可以进行再循环以促进加热反应器。
在实施例中，所述方法进一步包括将第二浆料从第二反应器转移至第三反应器，其中第三反应器被安排成用于在反应器中的第二聚合之后对第二浆料进行后处理。这允许实现更高的乙烯转化率。
在实施例中，第三反应器具有与第二反应器等同的几何形状和尺寸。这允许从使用第三反应器代替第二反应器的无缝切换而无HDPE产率变化的任何中断。
在实施例中，备用模式包括将温度保持在40℃与95℃之间并且包括二者的范围内。这允许第二或第三反应器变得迅速可操作。
在实施例中，另外的处理阶段包括冷却阶段和分离阶段中的至少一个。这允许HDPE与第二浆料分离并且再循环稀释剂、乙烯单体和共聚单体。
所述目的还在一种用于生产双峰高密度聚乙烯(HDPE)的系统中实现，所述系统包括第一反应器(所述第一反应器被安排成用于进行第一聚合以形成第一浆料)、被安排成用于进行第二聚合以形成第二浆料的第二反应器、被安排成用于保持备用模式的第三反应器。所述系统进一步包括第一导管，所述第一导管用于将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第二反应器中。所述第三反应器被进一步安排成用于进行第二聚合以形成第二浆料。所述系统进一步包括第二导管，所述第二导管用于将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器转移到所述第三反应器中。所述系统进一步包括用于检测反应器中的过程扰乱的过程监测器，用于中断将第一浆料的至少一部分从第一反应器转移到第二反应器中的第一阀装置，以及用于替代将第一浆料的至少一部分从第一反应器转移到第二反应器中而将第一浆料的至少一部分从第一反应器转移到第三反应器中的第二阀装置。所述系统进一步包括控制单元，其被安排成用于控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，并且用于控制所述第一反应器中的聚合、控制所述第二反应器和所述第三反应器中的聚合。所述系统进一步包括连接到控制单元上的传感器装置，其中控制单元被安排成用于根据来自传感器装置的数据检测过程扰乱。所述控制单元被安排成用于在检测到过程扰乱时关闭所述第一阀装置并打开所述第二阀装置。
在实施例中，所述控制单元进一步被安排成用于在检测到过程扰乱时控制所述第二反应器停止所述第二聚合，并且所述控制单元进一步被安排成用于在检测到过程扰乱时控制所述第三反应器进行第二聚合。
本发明还涉及一种用于生产三峰高密度聚乙烯的系统，其中所述系统可以根据如用于生产双峰高密度聚乙烯的所述想法进行设计。
附图说明
将用下面所述的附图进一步阐明本发明。
图1显示了根据本发明的实施例的用于生产双峰高密度聚乙烯的系统的示意性概图。
图2显示了根据本发明的实施例的用于生产双峰高密度聚乙烯的系统的框图。
图3显示了控制双峰高密度聚乙烯制造过程的方法的框图。
具体实施方式
图1显示了用于生产双峰高密度聚乙烯的系统100的示意性概图。在第一反应器‘A’中，将用于第一聚合步骤的成分引入至少一个入口128中。这些成分包括催化剂、助催化剂、稀释剂、乙烯和任选地共聚单体和氢气。所述催化剂可以是齐格勒-纳塔型催化剂，如钛卤化物和/或醇盐。稀释剂可以是己烷或庚烷。使用例如反应器容器内的搅拌器将成分在反应器‘A’101中混合，并使其聚合，从而使聚乙烯在催化剂颗粒周围形成。聚合过程是众所周知的，并且例如在引用的现有技术WO 2015197558A1中进行描述。将所形成的浆料使用泵104经由导管106a、106b泵送循环或在再循环路径中再循环，使用至少一个冷却器105冷却并进料回反应器‘A’101。在此过程中，形成具有相对低分子量分布的HDPE颗粒，其中聚乙烯链相对短。
通过闪蒸单元109去除挥发性气体，将在反应器‘A’101中形成的浆料经由导管110和泵111转移到反应器‘B’102。挥发性气体通过排气装置108离开系统。在反应器‘B’102中，通过至少一个入口129引入另外的成分，所述另外的成分包含稀释剂、乙烯单体和任选地共聚单体和氢气。使用例如反应器容器内的搅拌器将这些成分与来自第一反应器‘A’101的浆料混合，并且进行进一步聚合以与反应器‘A’101中产生的浆料的分子量分布相比由于不同的反应器条件而形成具有相对高分子量分布的HDPE颗粒。随着将来自反应器‘A’的浆料与反应器‘B’102中的浆料混合，形成所谓的双峰HDPE，其具有分子量分布中的两个峰。
像反应器‘A’101中的聚合过程一样，在反应器‘B’102中形成的浆料使用导管114a、114b和泵112通过再循环路径进行再循环。使用冷却器113冷却浆料。
如下面关于图2将进一步描述的，在反应器‘B’102中形成的浆料可以经由导管115转移到出口117以进行进一步处理。
第三反应器(反应器‘C’103)保持备用模式，这意指它保持含有在40℃至95℃之间并且包括二者的范围内的温度的某种溶剂。
监测反应器‘B’102中的过程是否有任何扰乱或故障。可以将传感器安装在反应器‘B’102中以检测在反应器容器中形成的团块。可替代地，可以检测搅拌器驱动器的功率消耗。当形成团块时，搅拌器驱动器的功率消耗将增加并且可能由于搅拌器叶片上的不均匀重量分布而振荡。可替代地，可以监测泵的功率消耗或反应器‘B’下游的泵的振动。此外，可以监测诸如反应温度和/或压力的其他扰乱。一旦这些参数中的一个超出其正常范围，就可以检测到过程扰乱。
当在反应器‘B’中检测到过程扰乱时，可以通过导管122绕开所述反应器而到反应器‘C’103，使得来自反应器‘A’101的浆料流到反应器‘C’而不是反应器‘B’103。与反应器‘B’102一样，反应器‘C’103配备有至少一个入口130用于进料包含稀释剂、乙烯单体和任选地共聚单体和氢气的另外的成分。与反应器‘B’102中一样，使用例如反应器容器内的搅拌器将这些成分与来自第一反应器‘A’101的浆料混合，并且进行进一步聚合以形成具有相对高分子量分布的HDPE颗粒。
与反应器‘B’102一样，反应器‘C’配备有通过导管125a、125b、泵123和冷却器124的再循环路径。通过导管126，可以将来自反应器‘C’103的浆料转移到出口117。
为了控制绕开反应器‘B’102，阀120、121在适当的位置。在反应器‘B’102中的过程扰乱的情况下，关闭阀121，这使反应器‘B’103中的聚合停止。通过打开阀120，将来自反应器‘A’101的浆料进料到反应器‘C’103中。同时，停止乙烯、共聚单体等进料到反应器‘B’中并开始进入反应器‘C’103。这同样适用于在反应器‘B’102中的浆料再循环，将其停止而开始反应器‘C’103中的浆料的再循环。
在将反应器‘B’102从生产中除去之后，所述反应器可能需要清洁。
清洁程序的一部分将是将新鲜稀释剂进料到反应器‘B’102，目的是稀释反应器内含物，并将聚合物送至出口导管117。
将其稀释后，将反应器‘B’102排干。然后可以将其用新鲜稀释剂填充，并加热至热沸腾温度。在将所述温度保持数小时后，可以将反应器内含物排出(到污泥部分)。
当将反应器‘B’102从操作中除去时以关闭阀116以防止回流，但是打开阀127确保反应器‘C’103可以产生浆料并将浆料递送到出口导管117。当反应器‘C’处于备用模式时，阀127关闭。
为了控制HDPE生产过程，控制单元(未示出)可以处理传感器信息，并检测过程扰乱(如上所述)。控制单元可以控制阀120、121、116、127、以及反应器A、B和C 101-103中的进一步聚合以及相应的反应器A、B、C 101-103中的浆料的相关再循环。阀120、121、116、127可以例如由控制单元电控制。
当将反应器‘B’102从生产中除去并且反应器‘C’103处于生产模式时，反应器“B”102可以经受维护和修理。当维护和/或修理完成时，可以将反应器‘B’设定为备用模式，即保持含有在40℃至95℃之间并且包括二者的范围内的温度的某种稀释剂。以这种方式，当在反应器‘C’103中发生过程扰乱时，反应器‘B’102周围的旁路可以反转。以这种方式，反应器‘B’102和‘C’103作为相互替代物进行操作。当反应器‘C’103具有与反应器‘B’102类似的监测传感器时，这是可行的。此外，反应器‘C’103可以具有与反应器‘B’102类似的几何形状和尺寸。
图2示出了用于生产双峰HDPE的系统200，所述系统包括图1的系统100与以下附加步骤：用于冷却来自聚合过程(即，来自反应器‘B’102或反应器‘C’)的浆料的‘D’201，以及通过导管203连接的用于分离通过出口117递送的液体和双峰HDPE颗粒的‘E’202。
图3显示了控制双峰高密度聚乙烯制造过程的方法300的框图。在参考图1和2中描述的系统时，方法300包括以下步骤：
步骤301：在反应器A 101中进行聚合以形成第一浆料。所述聚合包括进料并混合包含催化剂、助催化剂、稀释剂、乙烯单体和任选地共聚单体和氢气的成分。
步骤302：将所述第一浆料的至少一部分从反应器‘A’101转移到反应器‘B’102中
步骤303：在所述第二反应器‘B’102中进行聚合以形成浆料。所述聚合包括进料并混合包含稀释剂、乙烯单体和任选地共聚单体和氢气的另外的成分。
步骤304：将所述浆料的至少一部分从所述第二反应器‘B’102转移到出口117。
步骤305：保持反应器‘C’103处于备用模式。所述备用模式可以包括将所述反应器中的稀释剂或浆料保持在40℃与95℃之间并且包括二者的范围内的温度。
步骤306：监测所述反应器B’102中的聚合，以检测反应器‘B’102中的过程扰乱；
步骤307：在检测到反应器‘B’102中的过程扰乱时，中断将所述第一浆料的至少一部分从所述反应器‘A’101转移到所述第二反应器‘B’102中，并且随后进行：
步骤308：将所述第一浆料的至少一部分从所述反应器‘A’101转移到所述反应器‘C’103中，并且：
步骤309：在所述反应器‘C’103中进行聚合以形成第二浆料。
仅以举例方式给出上述实施例。
在不背离以下所述权利要求的范围的情况下，可以设想这些实例的变体。

Claims (14)

1.一种控制多峰高密度聚乙烯制造过程的方法，所述方法包括
·在第一反应器(A)中进行第一聚合步骤(I)以形成第一浆料；
·将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到第二反应器(B)中；
·在所述第二反应器(B)中进行第二聚合步骤(II)以形成第二浆料；
·将所述第二浆料的至少一部分从所述第二反应器(B)转移到出口(117)；
·保持在呈备用模式(III)的第三反应器(C)中的稀释剂或浆料；
·监测所述第二反应器(B)中的所述第二聚合(II)以检测反应器(B)中的过程扰乱；
·在检测到反应器(B)中的过程扰乱时，中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第二反应器(B)中；
·将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第三反应器(C)中；
·在所述第三反应器(C)中进行第二聚合(II)以形成所述第二浆料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述第一聚合(I)以形成第一浆料包括
·进料并混合催化剂、助催化剂、稀释剂、乙烯和任选的共聚单体和氢气；
·冷却并再循环所述第一浆料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述第二反应器(B)中进行所述第二聚合(II)以形成第二浆料包括：
·将稀释剂、乙烯和任选的共聚单体和氢气进料并混合到所述第一浆料中；
·冷却并再循环所述第二浆料。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，进一步包括
·将稀释剂进料到所述第二反应器(B)中；
·将第二反应器(B)内含物排放(排出)至另外的处理阶段(D、E)，以冷却所述浆料并从所述浆料中分离气体和聚合物颗粒；
·进行所述第二反应器(B)的维护；
·使所述第二反应器(B)进入备用模式。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括
·监测所述第三反应器(C)中的所述第二聚合(II)以检测反应器(C)中的过程扰乱；
·在检测到所述第三反应器(C)中的过程扰乱时，中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第三反应器(C)中；
·将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第二反应器(B)中；
·在所述第二反应器(B)中进行第二聚合步骤(II)以形成所述第二浆料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二反应器(B)和第三反应器(C)在进行第二聚合步骤(II)与备用模式之间相互轮流。
7.根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的方法，进一步包括在备用模式期间从所述反应器(B，C)外部再循环所述第二浆料或稀释剂。
8.根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的方法，进一步包括
·将所述第二浆料从所述第二反应器(B)转移到所述第三反应器(C)；
·其中所述第三反应器(C)被安排成用于在反应器(B)中的所述第二聚合(II)之后对所述第二浆料进行后处理。
9.根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的方法，其中所述第三反应器(C)具有的几何形状与所述第二反应器(B)的几何形状等同。
10.根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的方法，其中备用模式包括保持所述反应器具有至少在40℃与95℃之间并且包括二者的范围内的温度的某种稀释剂。
11.根据权利要求4所述的方法，其中所述另外的处理阶段(D，E)包括冷却阶段(D)和分离阶段(E)中的至少一个。
12.一种用于生产多峰高密度聚乙烯(HDPE)的系统，所述系统包括：
·第一反应器(A)，其被安排成用于进行第一聚合(I)以形成第一浆料；
·第二反应器(B)，其被安排成用于进行第二聚合(II)以形成第二浆料；
·第三反应器(C)，其被安排成用于保持稳定的备用模式；
·第一导管，其用于将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第二反应器(B)中；
其特征为·所述第三反应器(C)被进一步安排成用于进行第二聚合(II)以形成所述第二浆料；
·第二导管，其用于将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第三反应器(C)中；
·过程监测器，其用于检测反应器(B)中的过程扰乱；
·第一阀装置，其用于中断将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第二反应器(B)中；
·第二阀装置，其用于替代将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第二反应器(B)中而将所述第一浆料的至少一部分从所述第一反应器(A)转移到所述第三反应器(C)中
·控制单元，其被安排成用于控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，并且用于控制所述第一反应器(A)中的聚合、控制所述第二反应器(B)和所述第三反应器(C)中的聚合；
·传感器装置，其连接到所述控制单元上；
·其中所述控制单元被安排成用于根据来自所述传感器装置的数据来检测过程扰乱；
·其中所述控制单元被安排成用于在检测到过程扰乱时关闭所述第一阀装置并打开所述第二阀装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制单元进一步被安排成用于在检测到过程扰乱时控制所述第二反应器(B)停止所述第二聚合，并且其中所述控制单元进一步被安排成用于在检测到过程扰乱时控制所述第三反应器进行第二聚合。
14.根据权利要求1、2、5或6中任一项所述的方法和根据权利要求12至13中任一项所述的系统，其中多峰高密度聚乙烯是双峰高密度聚乙烯。
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