Pierwszenstwo: 06.V.1965 Francja i Opublikowano: 15. IX. 1973 f B8478 KI. 39b«,3/04 MKP C08f 3/04 Wspóltwórcy wynalazku: Alfred Servasier, Bernard Louvel, Jean Paul Ferre Wlasciciel patentu: Societe Nationale des Petroles d'Aquitaine, Paryz (Francja) Sposób samoczynnego sterowania procesu polimeryzacji etylenu oraz uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób samoczynne¬ go sterowania procesu polimeryzacji etylenu pro¬ wadzonego pod cisnieniem w obecnosci katalizato¬ rów w reaktorze rurowym, wyposazonym w zawór rozprezny oraz uklad do stosowania tego sposobu.Z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2396791 i 2449489 wiadomo, ze polime¬ ryzacje etylenu prowadzaca do polietylenu, prowa¬ dzi sie w temperaturze umiarkowanej pod wyso¬ kim cisnieniem w obecnosci katalizatora, takiego jak na przyklad tlen, nadtlenki i zwiazki azowe, w stezeniu rzedu od 5 do 2000 czesci na milion (pjp.m.). Reaktor do polimeryzacji stanowi ogólnie rure, u wylotu której iznajduje sie zawór rozprez¬ ny polaczony z separatorem wysoko cisnieniowym.Produkt polimeryzacji odprowadzany jest z reakto¬ ra za posrednictwem zaworu rozpreznego i splywa w stanie stopionym do separatora, skad mozna go odprowadzac za pomoca odpowiednich zaworów spustowych.Jakosc otrzymanego polietylenu od róznych pa¬ rametrów prowadzenia reakcji polimeryzacji, a zwlaszcza cisnienie, temperatury, czasu przebywa¬ nia w reaktorze i ilosci katalizatora.Warunki produkcji przemyslowej wymagaja re¬ gularnosci i równomiernosci wytwarzania w okre¬ slonym czasie i dlatego szukano sposobu prowadze¬ nia polimeryzacji warunkujacego otrzymywanie produktów o jednolitej jakosci przy optymalnych warunkach ekonomicznych. 15 20 25 30 2 I tak w opisie patentowym Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki nr 2852501 opisano sposób polime¬ ryzacji etylenu pod wysokim cisnieniem. W sposo¬ bie tym zawór rozprezny polaczony z reaktorem rurowym otwiera sie recznie lub automatycznie w ustalonych odstepach czasu, celem wytworzenia wewnatrz reaktora pulsacji cisnienia, które umozli¬ wia regularne opróznianie reaktora, odprowadza¬ jac takze mieszanine reakcyjna vt nienormalnych warunkach polimeryzacji, powstalych na Skutek tworzenia sie korków wewnatrz reaktora.Sposób ten jest niezadawalajacy, poniewaz otwie¬ ranie zaworu rozpreznego dokonuje sie bez uwzgle¬ dniania warunków chwilowych {panujacych w ida- nej chwili), które kieruja polimeryzacja, co powo¬ duje, ze otrzymuje sie produkt o niejednolitej ja¬ kosci i z niedostateczna wydajnoscia.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu samoczynnego sterowania procesem polimeryzacji etylenu prowadzonego pod cisnieniem w obecnosci katalizatorów w rurowym reaktorze, wyposazonym w zawór rozprezny, którego otwieranie jest stero¬ wane za pomoca wielkosci bedacej funkcja para¬ metrów kierujacych reakcja polimeryzacji, oraz ukladu do stosowania tego sposobu.Wedlug wynalazku sposób samoczynnego stero¬ wania procesu polimeryzacji etylenu prowadzone¬ go pod cisnieniem w obecnosci katalizatorów w re¬ aktorze rurowym wyposazonym w zawór rozprez¬ ny, za pomoca którego odprowadza sie polimer, 6847868478 3 4 a czas trwania polimeryzacji reguluje sie przez otwieranie i zamykanie zaworu polega na tym, ze zawór rozprezny otwiera sie kazdorazowo, gdy cal¬ ka czasowa cisnienia panujacego w danej chwili u wylotu reaktora osiaga z góry ustalona wartosc.Czas trwania otwarcia zaworu rozpreznego jest odwrotnie proporcjonalny do cisnienia panujacego u wylotu reaktora w momencie poprzedzajacym bezposrednie otwarcie tego zaworu.Uklad do stosowania sposobu wedlug wynalazku zawiera czujnik cisnieniowy do pomiaru cisnienia panujacego u wylotu reaktora, wytwarzajacy na¬ piecie proporcjonalne do mierzonego cisnienia, któ¬ ry jest polaczony z glównym licznikiem cyfrowym poprzez przetwornik * napieciowo-czestotliwosciowy i bramke „i" sterowana obwodem logicznym, który równiez jest polaczony^ z drugim wejsciem glówne¬ go licznika i pamiecia licznika. Jedno wyjscie glów¬ nego licznika jest polafczone z pomocniczym liczni¬ kiem poprzez dekoder, przerzutnik i bramke ste¬ rowana multiwibratorem wielkiej czestotliwosci.Drugie wyjscie glównego licznika jest polaczone z jednej strony z wejsciami dwóch przerzutników, z których jeden powoduje odblokowanie bram¬ ki podczas okresów czasu oddzielajacych dwa ostatnie impulsy otrzymywane przez glówny licz- n:k, a drugi przerzutnik jest polaczony z drugim wejsciem pomocniczego licznika przez bramke ste¬ rowana multiwibratorem o malej czestotliwosci, która mozna regulowac. Z drugiej strony to wyj¬ scie glównego licznika jest polaczone z wejsciem przerzutnika dolaczonego równiez do wyjscia po¬ mocniczego licznika, a wyjscie tego przerzutnika sprzegniete jest z zaworem rozpreznym.Uklad wedlug wynalazku zawiera czujnik cisnie¬ niowy umieszczony u wylotu reaktora, przetwornik napieciowo-czestotliwosciowy umozliwiajacy prze¬ twarzanie na wielkosc cyfrowa napiecia wytwarza- rego na wyjsciu czujnika cisnieniowego, glówny licznik cyfrowy otrzymujacy impulsy z przetwor¬ nika przesylane przez bramke „i" sterowana obwo¬ dem logicznym, pamiec licznika sprzegnieta z glów¬ nym licznikiem w ten sposób, ze impulsy przecho¬ wywane w pamieci mozna przesylac do licznika glównego na poczatku cyklu pomiarowego umozli¬ wiajac równiez zmiane pojemnosci tego licznika, zespól skladajacy sie z dekodera i przerzutnika, do sterowania odblokowywaniem bramki podczas prze¬ dzialów czasowych oddzielajacych dwa ostatnie im¬ pulsy otrzymywane przez glówny licznik, czlon wy¬ znaczajacy czas trwania otwarcia zaworu rozprez¬ nego i zawierajacy pomocniczy licznik, do którego impulsy z multiwibratora o stalej, wielkiej czesto¬ tliwosci sa przesylane przez bramke i licznik ten odbiera odliczane potem impulsy, które sa wysy¬ lane przez multiwitorator o malej, dajacej sie na¬ stawiac czestotliwosci, przy czym powyzsze odli¬ czanie jest sterowane przez inma bramke odbloko¬ wana po przekroczeniu pojemnosci glównego licz¬ nika za posrednictwem dolaczonego przerzutnika i blokowana impulsem zakonczenia odliczania wy¬ sylanym przez pomocniczy licznik oraz przerzutnik bedacy organem sterowniczym ustawiania pozycji zaworu rozpreznego i przerzutnik ten otrzymuje pierwszy impuls pobudzajacy po przekroczeniu po¬ jemnosci glciwnego licznika wywolujacy otwarcie zaworu rozpreznego i otrzymuje drugi impuls po¬ budzajacy wysylany z pomocniczego licznika na koncu odliczania i to pobudzanie powoduje zam¬ kniecie zaworu rozpreznego i skasowanie stanu ukladu przygotowujace do nastepujacej potem ko¬ lejnej operacji.W celu lepszego zrozumienia wynalazku opisano bardziej szczególowo przyklad jego wykonania z powolaniem sie na rysunek, na którym fig. 1 przedstawia zespól urzadzen do wytwarzania poli¬ etylenu, fig. 2 — blokowy schemat ukladu stero¬ wania do stosowania sposobu wedlug wynalazku.Na fig. 1 oznaczono odnosnikiem 1 rurociag do¬ prowadzajacy etylen, który jest sprezany w pom¬ pach 3. Katalizator jest wtryskiwany rurociagiem 2.Na wejsciu do znanego w zasadzie reaktora ruro¬ wego 4 jest umieszczony czujnik cisnieniowy 5 po¬ laczony z ukladem elektronicznym 6, które steruje zaworem rozpreznym 7. Zawór ten umozliwia prze¬ kazywanie polietylenu do separatora 8, skad jest on odprowadzany przez rurociag 9.Na fig. 2 oznaczono odnosnikiem 5 czujnik cisnie¬ niowy, który dostarcza sygnal analogowy do prze¬ twornika analogowo-cyfrowego 10, który na przy¬ klad jest przetwornikiem napieciowo-czestotliwo- sciowym, (taki jak opisano we francuskim opisie patentowym nr 14580195). Wytwarzane impulsy sa doprowadzane do bramki 11, odblokowywanej za pomoca obwodu logicznego 15, który wykonuje te czynnosc po skasowaniu glównego licznika 12 i po przekazaniu do tego licznika 12 zawartosci pamieci licznikowej 14, Impulsy przepuszczane przez bram¬ ke 11 sa liczone w glównym liczniku 12 o okreslo¬ nej uzytecznej pojemnosci, która mozna zmieniac za pomoca modyfikowania pojemnosci pamieci licz¬ nikowej 14.Glówny licznik 12 zapelnia sie, nastepnie przed¬ ostatni impuls ulega doszyfrowaniu w dekoderze 16 i sygnal wypadkowy doprowadza sie do prze¬ rzutnika 17. Ostatni impuls podaje sie jednoczesnie na drugie wejscie przerzutnika 17, na weljscie prze¬ rzutnika 13 i na wejscie przerzutnika 23 powodu¬ jac zmiane ich stanu. Przerzutnik 17 steruje odblo¬ kowaniem bramki 18, która umozliwia multiwibra- torowi 19 o stalej wielkiej czestotliwosci przesyla¬ nie impulsów zliczanych w pomocniczym liczniku 20. Przerzutnik 23 steruje odblokowaniem bramki 21, które umozliwia multiwibratorowi 22 o recznie nastawianej, malej czestotliwosci przesylanie do pomocniczego licznika 20 impulsów o przeciwnej biegunowosci, gdzie sa one odliczane od impulsów otrzymanych przez bramke 18. Multiwibrator 19 o wielkiej czestotliwosci zapelnia licznik 20 w prze¬ dziale czasowym pomiedzy przedostatnim i ostat¬ nim impulsem, podczas gdy kasowanie za pomoca multiwibratora 22 trwa dluzej. Impuls zakonczenia odliczania wysylany przez pomocniczy licznik 20 jest jednoczesnie podawany na drugie wejscie prze¬ rzutnika 23 i na drugie wejscie przerzutnika 13 i w ten sposób blokuje bramke 21 i zamyka zawór rozprezny 7.Dzialanie tego urzadzenia jest nastepujace: Im¬ pulsy przychodzace z przetwornika analogowo-cy¬ frowego 10 sa zliczane w glównym liczniku 12,. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6068478 6 gdzie nastepuje ich sumowanie. Gdy licznik 12 jest juz prawie zapelniony przedostatni impuls zmienia stan przerziutniika 17 i odblokowuje bramke 18. Po¬ tem pomocniczy licznik 20 zapelnia sie do okreslo¬ nej wartosci. Ostatni impuls daje sygnal, który zmienia stan przerzutndka 13 i powoduje otwarcie rozpreznego zaworu 7. Sygnal ten blokuje bramke 18 i odblokowuje bramke 21. W ten sposób ustala sie zawartosc pomocniczego licznika 20 i rozpoczy¬ na sie odliczanie. Gdy to odliczanie skonczy sie do drugiego wejscia przerzutniika 13 jest przesylany sygnal zakonczenia zliczania, co daje w wyniku zamkniecie rozpreznego zaworu 7.Czas trwania otwarcia rozpreznego zaworu 7 jest proporcjonalny do przedzialu czasowego jaki uply¬ wa miedzy dwoma ostatnimi impulsami i jest od¬ wrotnie proporcjonalny do cisnienia. Odstep czasu pomiedzy dwoma otwarciami rozpreznego zaworu jest regulowany uzyteczna pojemnoscia glównego licznika 12. W ten sposób w pewnym szczególnym zastosowaniu wynalazku mozna bylo stosowac licz¬ nik o 14 elementach majacy pojemnosc — 16 384 impulsów, który byl czesciowo zapelniany za po¬ moca pamieci 14 o pojemnosci 1,384 impulsów. Uzy¬ teczna pojemnosc licznika glównego 12 wynosila zatem H5O0O impulsów. Pracujacy przy okreslonym cisnieniu reaktor dostarcza okreslonej ilosci impul¬ sów na sekunde i na bar. Czas trwania cyklu otwarcia jest w ten sposób wyznaczony w funkcji cisnienia, przy czym uwzglednia sie w szczególno¬ sci predkosc wzrastania cisnienia i spadku cisnie¬ nia. Dla orientacji mozna podac, ze czas trwania przerwy miedzy dwoma otwarciami, wyznaczany ukladem wedlug wynalazku w szczególnym zasto¬ sowaniu, mógl zmieniac sie w granicach od 20 do 40 sekund a czas trwania otwarcia zmienial sie w granicach od 0 do 10 sekund.Opisany wyzej uklad do samoczynnego sterowa¬ nia jest w szczególnosci przydatny do reaktora po¬ limeryzujacego etylen pod ,duzym cisnieniem, ale rozumie sie samo przez sie, ze mozna go zastosowac do kazdego reaktora przeprowadzajacego polimery¬ zacje pod cisnieniem i do kazdego zespolu chemicz¬ nego albo i niecheroicznego, w których trzeba utrzy¬ mywac stala wartosc calki czasowej cisnienia i pod¬ porzadkowac cisnieniu czas pracy jakiegos ele¬ mentu.Wynikajace ze sposobu wedlug wynalazku zalety polegaja na tym, ze przy ustalaniu czasu polimery¬ zacji uwzglednia sie stan mieszaniny podczas re¬ akcji. Cykl roboczy ma przebieg nastepujacy: w chwili nastepujacej po zamknieciu zaworu rozprez¬ nego cisnienie jest niskie. Wskutek zamkniecia za¬ woru sprezarki, które stale zasilaja reaktor, powo¬ duja zwiekszenie tego cisnienia wedlug zaleznosci, która uwzglednia scisliwosc mieszaniny umieszczo¬ nej w reaktorze. Podczas wzrostu cisnienia calkuje sie wielkosc cisnienia i skoro tylko pole zawarte pod krzywa, która przedstawia cisnienie w funkcji czasu, osiagnie zadana wielkosc, otwiera sie zawór rozprezny. Nastepnie pozostaje on otwarty przez przeciag czasu, który jest funkcja odwrotnosci ci¬ snienia panujacego w chwali poprzedzajacej otwar¬ cie zaworu rozprezonego. Nastepnie zawór zamyka sie i cykl roboczy rozpoczyna sie ponownie.Korzysc tego sposobu polega na tym, ze czat uplywajacy pomiedzy dwoma otwarciami zaworu rozpreznego jest regulowany w funkcji calki czaso¬ wej cisnienia, które samo jest funkcja jakosci pro* 5 duktów, a to w szczególnosci intensywnosci poli¬ meryzacji etylenu.Przyklad. Do reaktora rurowego zaopatrzo¬ nego w zawór rozprezny oraz uklad wedlug wyna¬ lazku kontrolujacy otwieranie i zamykanie tego za- io woru, wtryskuje sie etylen sprezony do 2000 barów i zawierajacy 150 czesci na milion tlenu. Tempera¬ ture wewnatrz reaktora utrzymuje sie na pozio¬ mie 230 °C przez posrednia wymiane ciepla.Glówny licznik ukladu kontrolnego jest liczni- 15 kiem binarnym, zawierajacym czternascie elemen¬ tów odpowiadajacych pojemnosci calkowitej 16 384 impulsów. Pojemnosc licznika jest ograniczona do 15 000 impulsów na poczatku kazdego cyklu ope¬ racyjnego przez przeniesienie z tego licznika 1384 20 impulsów do licznika pamieciowego. Skuteczna po¬ jemnosc licznika glównego, zawierajaca 15 000 im¬ pulsów odpowiada czasowi napelniania wynoszace¬ mu 30 sekund dla równomiernego cisnienia w re¬ aktorze wynoszacego 2000 barów, a czas otwarcia 25 zaworu, odwrotnie proporcjonalny do wartosci ci¬ snienia w reaktorze w momencie poprzedzajacym jego otwarcie, wynosi 1 sekunde dla cisnienia 2000 barów.Po kilkugodzinnym okresie trwania reakcji stwier- 30 dzono, ze czas pomiedzy dwoma otwarciami zaworu rozpreznego lezy w granicach 26—31 sekund, a czas trwania otwarcia zaworu wynosi 0,8—0,95 sekundy.Sredni czas pobytu mieszaniny reakcyjnej w re¬ aktorze wynosi 15 minut 35 w wyniku reakcji otrzymuje sie polietylen dobrej jakosci, o charakterystykach stalych w czasie. PL PL