DD301246A7

DD301246A7 - Verfahren zur Prozeßsteuerung für Ethylenpolymerisate hoher Homogenität

Info

Publication number: DD301246A7
Application number: DD32984889A
Authority: DD
Inventors: Willi Dipl Chem Linck; Gerd Dipl Chem Fritzsche; Michael Dipl Chem Poetzsch; Heinz-Juergen Dr Dipl Chem Kerrinnes
Original assignee: Buna Ag
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1992-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Polymerisationsprozesses bei der Herstellung von Polyethylen definierter Homogenität mittels Gasphasenpolymerisation in Gegenwart bekannter Schwermetallkatalysatoren und Wasserstoff als Kettenregler bei kontinuierlicher Prozeßregelung in Polymerisationsreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationsprozeß durch die Prozeßparameter: Reaktoreingangstemperatur, Reaktorregeltemperatur, Temperatur an der Verteilerplatte des Reaktors, Katalysatorförderrate, Bettstand im Reaktor, Wasserstoffkonzentration im Reaktionsgemisch und der Konzentration der eingesetzten Comonomeren bei allmählicher Veränderung eines oder mehrerer Prozeßparameter nur dann gesteuert wird, wenn die stochastische Schwankungsbreite dieser Prozeßparameter einen Sicherheitswert a ind i überschreitet, dabei gilt (Formal) und die Unschärfemächtigkeit N aller Prozeßparameter einen Normwert von 0,45 n übersteigt, dabei gilt (Formel) wobei der Steuereingriff in differentiell kleinen Schritten so erfolgt, daß der Quotient (Formel) 0,01/h beträgt und die aus der Polymerprozeßführung resultierenden Änderungen der Prozeßparameter (Formel) gegen 0 gehen, wobei prinzipiell davon auszugehen ist, daß auch außerhalb der in Tabelle 1 aufgeführten Parameter weitere Intervalle einer regelfreien Fahrweise existieren können, was aber die Aussagen über regelfreie Fahrperioden nach obigen Beziehungen nicht in Frage stellt.

Description

-2- 301 24C

Charakterisierung des bekannten Standes der Technik

Es Ist bekannt) den Polymerisationsprozeß zur Herstellung von Polyethylen nach unterschiedlichen physikalischen Kennwerten zu steuern (DDR-Standard 1975 TGL 29979/67 bis 69, DDR-Standard 1980 TGL 26244). Die entsprechenden Größen werden sowohl als „online'-Prozeßparameter als auch aus Handanalysen gewonnen (SCHRÖDER, E., MÜLLER, G., ARNDT, K.-F.: Leitfaden derPolymercharakterisierung.Akademle-Verlag Berlin 1982, S. 193 und SCHRÖDER, E.; FRANZ₁J.; HAGEN, E.: Ausgewählte Methoden der Plastanalytik/Akademie-Verlag Berlin 1976_;S. 78). Bei Abweichung der aktuellen Parameter von ihren vorgegebenen Normwerten erfolgt nach dominant manueller Emscheidungsfindung ein Eingriff in den Polymerisationsprozeß, indem einige Prozeßparameter gezielt verändert werden

Nachteile an dieser Verfahrensweise sind:

- der Probenahmefehler bei der Handanalyse durch Entmischungsvorgänge bei statistisch verteilten Produkten,

- die mangelnde Präzision der Laboranalysen, wie z. B. der Dichtebestimmung, der Siebanalyse und des Fließindex,

- vor allem aber die generell nicht zeitrelevante Steuerung bei Verwendung von Labordaten und

- die „harte" manuelle Beurteilung der Einzelparameter z.B. in Form einer sogenannten Strichfahrweise, die die normal stochastische Schwankung des Prozesses ignoriert.

Die negativen Auswirkungen dieser obengenannten Prozeßbeurteilung lassen sich wie folgt beschreiben:

- Übersteuerungen des Prozesses durch Nichtbeachten von Ausreißerfehlern der Laboranalytik bzw. durch Probenahmefehlern und nicht zeitrelevanter Regelung,

- Steuerung auf der Basis unpräziser Laborwerte in eigentlich nicht zu steuernden Fahrperioden (Meßfehlersteuerung).

- Steuerung bei ebenfalls nicht notwendigerweise steuerbaren stochastischen Abweichungen von Einzelwerten (sogenannten Strichfahrweisen).

Im Ergebnis der Übersteuerung treten Polymerisate breiter Verteilung auf, die sich auf automatisierten Verarbeitungsstraßen schlechter verarbeiten lassen als Polymerisate enger Eigenschaftsverteilungen. Es können sich ferner Polymerisate mit Eigenschaften ergeben, die nicht mehr im Lioferintervall liegen, also Produktionsverluste. Es entstehen Polymerisate mit Inhomogenitäten, den sogenannten Stippen, deren Weiterverarbeitung nur durch unökonomische Zusatzoperationen wie der Siebung oder erhöhtem Energieeintrag beim Extrudierprozeß in eine für den Kunden gewünschte Form gebracht wurden können. Fortlaufende Eingriffe in den Prozeß führen zu zusätzlichen technischen Inhomogenitäten und damit verbunden zu einer erhöhten Beanspruchung der Bedienmannschaft.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, den Polymerisationsprozeß bei gleicher Sicherheit mit geringerem Aufwand an Laboranalytik zu steuern und gleichzeitig mehr Produkte höherer Homogenität zu erzeugen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Prozeßsteuerung für die Polyethylenherstellung zu entwickeln, das eine zeitrelevante Steuerung der stationären Polymerisation in der Gasphase ermöglicht und Polymerisate hoher Homogenität erzeugt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Steuerung des Polymerisationsprozesses eingesetzt wird, was dadurch gekennzeichnet ist, daß der Polymerisationsprozeß durch die Prozeßparameter: Reaktoreingangstemperatur, Reaktorregeltemperatur, Temperatur an der Verteilerplatte des Reaktors, Katalysatorförderrate, Bettstand im Reaktor, Wasserstoffkonzentration im Reaktionsgemisch und der Konzentration der eingesetzten Comonomeren bei allmählicher Veränderung eines oder mehrerer Prozeßparameter nur dann gesteuert wird, wenn die stochastische Schwankungsbreite dieser Prozeßparameter einen Sicherheitswert ai überschreitet, dabei gilt

I I_n - i, I = Δ, < a„ · ' M)

in Normbereich des Parameters!

ii Wert des Parameters! zur Zeit t

Δι Abweichung des Meßwertes i vom Optimum zur Zeit t

ai Sicherheitsintervall für die Größe i,

und die Unschärfemächtigkeit N aller Prozeßparameter einen Normwert von 0,45n übersteigt, dabei gilt

'n

N= Σ f(j_t), (2)

ι = 1

η Gesamtzahl der Meßparameter (Merkmale),

f(ii) Wert der Unschärfefunktion des Merkmals i für den aktuellen Meßwert i_t (zur Zeit t, mit Ii₁) = 1 für i„)

wobei der Steuereingriff in differentiell kleinen Schritten so erfolgt, daß der Quotient

—L_ (3)

i-Δ, 0,01/h beträgt,

dabei gilt

i Absolutparameter

Δ, Regelzeit,

und die aus der Polymerprozeßführung resultierenden Änderungen der Prozeßparameter

ΣΔ| -!»min

gegen 0 gehen, wobei prinzipiell davon auszugehen ist, daß auch außerhalb der in Tabelle 1 ausgeführten Parameter weitere Intervalle einer regelfreien Fahrweise existieren können, was aber die Aussage über regelfreie Fahrperioden nach obigen Beziehungen nicht in Frage stellt.

Ein weiterer Vorteil obengenannter Steuerung besteht darin, daß in Fahrperioden, die allein durch stochastische Schwankungen geprägt sind, keine Handanalysen benötigt werden, da die Laborworte zur Produktcharakterisierung aus technischen Parametern ähnlicher Fahrperioden prognistizierbar sind.

Ausführungsbeispiel

Aus Fahrperioden vorangegangener Polymerisationen werden für 8 ausgewählte nicht miteinand?r korrelierte Parameter für 386 Komplexe der S 9- und 948 Komplexe für die S 2-Fahrweise (Tab. 1, Zeile 2 und 3 sowie Zeile 4 und 5) morphologische Unschärfefunktionen ermittelt (Bild 1). Sie bilden den Prozeß einer guten Fahrweise mit homogenen Produkten ab. Das Maximum der Unschärfefunkti t\ stellt den optimalen Fahrbereich eines jeden Parameter i dar; auf V₂ i„ ergibt sich über die Unschärfefunktion der Bereich ungeregelter Fahrweise gemäß Gl. (1). Außerhalb dieser Bereiche, im Bild 1 mit-><gekennzeichnet, erfolgt dann eine Zwangsregelung, wenn Gl. (2) nicht erfüllt ist. Prinzipiell ist davon auszugehen, daß auch außerhalb der in Tabelle 1 aufgeführten Parameter für eine ruhige Fahrweise weitere ähnlich brauchbare Intervalle existieren könnten. Zum Beispiel müßte für eine höhere Produktionsrate Merkmal 2,4 und 8 höhere Werte besitzen, wobei aber die anderen Werte gleich bleiben. Die morphologische Unschärfefunktion dieser Merkmale verschiebt sich dann um einen konstanten Betrag zu höherer, Werten, bleiben aber in ihrer Aussage identisch.

Wie das Ausführungsbeispiel in Tabelle 2 zeigt, besitzen Chargen stochastisch schwankender Polymerisate hohe Unschärfemächtigkeiten (Zeile 1 und 2). Umgekehrt weisen sehr kleine Mächtigkeitswerte auf eine instabile Fahrweise der Polymerisation hin.

Ausführungsbeispiel Tabelle 3 zeigt, daß bei ungestörter Fahrweise Proben hoher Ähnlichkeit in den technischen Parametern diese auch in den Laborwerten zwangsläufig übereinstimmen müssen (Zeile 2). Der Prognosefehle^r Zeile 3 liegt etwa in der Größenordnung der Präzision der Laborwerte Zeile 4 und korrespondiert mit dem Lieferintervall Zeile 5.

Tabelle 1. Parameter zur Steuerung der Polymerisation für S 9- und S 2-Typen

Type	Parameter	technische Parameter i	Verteiler	Mengendosierung	H₂	C3/C4	wirklicher	Katalysator
	gemäß	Temperaturen°C	platte	C₂H₄	Nm³/h	%"	Bettstand	förderrate
	Ql-Il)	Reaktor- Reaktor	97,9	NmVh	3,23	14,34	m	kg/h
		regelung eingang		2736			9,9	0,27
	ι 2) n	102 65,9
S9			±0,5		±0,4	±0,7
(386 Meß				271			±0,2	-tO,18
daten)	8\|	± 0,1 ± 4,4

(948 Meßdaten)

94,4 97,4

±0,6

51,9 93,9 2825 1,53 0,26

±3,7 ±2,1 ±203 ±0,77 ±0,05 ±0,12

0,53 0,98

±0,13

" bezogen auf % Kreisgas. ²¹ Symbolerläuterung im Text.

Tabelle 2. Ausführungsbeispiele der Charakterisierung von Polymerisaten nach technischen Parametern

Charge

Datum

8.7.88

Durchschnittsmenge Bemerkung

7,22

Homogenitätstest (s)"

9.7.88

5,88

außerhalb des Maximums, aber ungeregelt

" β -♦ 0 homogenes Produkt, S -» 100 stark inhomogenes Produkt.

61	10.7.88	0,53	EndederTypenfahrt (Überfahrtprodukt)	»100
38	> 30.4.88	2,86	inhomogenes Produkt	»100

Tabelle 3. Prognose von Labordaten aus technischen Parametern bei ungestörter Fahrweise

Charge	Abweichung	Ij	Laborwerte Xi	P	Bemerkung
46 50		0,47 0.5	23,4 24,3	0,948 0,950	Labormeßwerte
	Xi	0,03	0,9	0,002	Prognosefehler
	3 O₁	0,054	0,45	0,003	Präzision des Laborverfahrens
	I T₀ - T₁₁ I	0,2	β	0,002	vereinbartes Lieferintervall

Bild 1. Verteilung von 948 Objekten der S 2-Fahrweise beim Merkmal „wirklicher Bettstand" -»«- Bereich ohne Regelung

1.O *

H X

0.5 4<<Mt

X ΧΧΛ K

χ < κ κ ^x

X XxXX X K XKXKK

KK X* HX H K

VX^-Kn χ\k\xXX¹VXXkX k **> I

1,

Claims

Verfahren zur Steuerung des Polymerisationsprozesses bei der Herstellung von Polyethylen definierter Homogenität mittels Gasphasenpolymerisation in Gegenwart bekannter Schwermetallkatalysatoren und unter Verwendung von Propen oder Buten bzw. deren Gemische und Wasserstoff als Kettenregler bei kontinuierlicher Prozeßregelung in Polymerisationsreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationsprozeß durch die Prozeßparameter: Reaktoreingangstemperatur, Reaktorregeltemperatur, Temperaturen der Verteilerplatte des Reaktors, Katalysatorförderrate, Bettstand im Reaktor, Wasserstoffkonzentration im Reaktionsgemisch und der Konzentration der eingesetzten Comonomeren bei allmählicher Veränderung eines oder mehrerer Prozeßparameter nur dann gesteuert wird, wenn die stochastische Schwankungsbreite dieser Prozeßparameter einen Sicherheitswert a, überschreitet, dabei gilt

I i_n - i, I = Δι < a_i#

i_n Normbereich des Parameters!

i_t Wert des Parameters! zur Zeit t

Δι Abweichung des Meßwertes i vom Optimum zurZeitt

8j Sicherheitsintervall für die Größe i,

und die Unschärfemächtigkeit N aller Prozeßparameter einen Normwert von 0,45η übersteigt, dabei gilt

η Gesamtzahl der Meßparameter (Merkmale),
f (it) Wert der Unschärfefunktion des Merkmals i

fürden aktuellen Meßwerti_t(zurZeitt, mit (i_t) = 1füri_n),

wobei der Steuereingriff in differentiell kleinen Schritten so erfolgt, daß der Quotient

i
i-Δ,

0,01/h beträgt,
daoei gilt

i Absolutparameter
A_t Regelzeit,

und die aus der Polymerprozeßführung resultierenden Änderungen der Prozeßparameter

gegen 0 gehen.

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Polymerisationsprozesses bei der Herstellung von Polyethylen definierter Homogenität mittels Gasphasenpolymerisation in Gegenwart bekannter Schwermetallkatalysatoren und unter Verwendung von Propen oder Buten bzw, deren Gemische und Wasserstoff als Kettenregler bei kontinuierlicher Prozeßregelung in Polymerisationsreaktoren mittels Unschärfefunktionen.