RU2738657C2

RU2738657C2 - Control methods and systems intended for purification of polymer product by blowing

Info

Publication number: RU2738657C2
Application number: RU2018117677A
Authority: RU
Inventors: Дэвид Дж. СЭНДЕЛЛ
Original assignee: Эксонмобил Кемикэл Пейтентс Инк.
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2020-12-15
Also published as: RU2018117677A; RU2018117677A3

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to methods and systems intended for purification of polymer product by blowing or degassing. Described is a method for purifying a polymer product from volatile substances by blowing in at least one purging vessel to obtain a purified polymer product. Dependence of cleaning purification efficiency is determined with its further adjustment for improvement of purification efficiency. Also described is a polymer product purification system.

EFFECT: technical result is simulation of operation of system purposed for purging, and model, which more accurately predicted efficiency of purging by blow and effect of changes on corresponding variables.

15 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

По настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке №62/251446, поданной 5 ноября 2015 г., и заявке ЕР №16150559.9, поданной 8 января 2016 г., которые во всей их полноте включены в настоящее изобретение в качестве ссылки.This application claims priority from application No. 62/251446, filed November 5, 2015, and EP application No. 16150559.9, filed January 8, 2016, which are incorporated by reference in their entirety into the present invention.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способам и системам, предназначенным для очистки полимерного продукта продувкой или дегазированием. Способы и системы являются особенно подходящими для очистки продувкой содержащего полиэтилен полимерного продукта, полученного в реакторе с псевдоожиженным слоем.The present invention relates to methods and systems for purifying a polymer product by blowing or degassing. Methods and systems are particularly suitable for purification by blowing a polyethylene-containing polymer product obtained in a fluidized bed reactor.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Полиолефиновые смолы, включая полиэтилен, можно получить в разных реакторных системах, включая системы, в состав которых входит реактор с псевдоожиженным слоем. В таких методиках полимерный продукт, извлекаемый из зоны реакции, содержит твердые полимерные гранулы и летучие вещества, включая непрореагировавшие углеводороды, входящие в состав мономера, сомономера, и катализатор. Летучие вещества могут быть растворены в полимерных гранулах, связаны с полимерными гранулами или присоединены к ним иным образом, и/или могут находиться в паровом пространстве вне полимерных гранул. Тяжелые олефиновые мономеры, часто использующиеся в качестве сомономеров в реакциях полимеризации с получением полиэтилена, такие как 1-гексен, являются особенно хорошо растворимыми в полиэтилене низкой плотности. Процедура уменьшения содержания летучих веществ в полимерном продукте до приемлемого значения в данной области техники называется очисткой дегазированием или продувкой.Polyolefin resins, including polyethylene, can be made in a variety of reactor systems, including systems that include a fluidized bed reactor. In such procedures, the polymer product recovered from the reaction zone contains solid polymer granules and volatiles, including unreacted hydrocarbons that are part of the monomer, comonomer, and catalyst. Volatiles can be dissolved in the polymer beads, bound to or otherwise attached to the polymer beads, and / or may be in the vapor space outside the polymer beads. Heavy olefinic monomers often used as comonomers in polymerization reactions to form polyethylene, such as 1-hexene, are particularly readily soluble in low density polyethylene. The procedure for reducing the volatiles content of the polymer product to an acceptable value is referred to in the art as degassing or purging.

Полимерный продукт можно очистить продувкой путем уменьшения давления, при котором находится смола, и ее очистки с помощью легкого продувочного газа, такого как азот. В этих методиках полимерный продукт переносят в продувочный сосуд (бункер для продувания), обладающий более низким давлением. Полимерный продукт загружают в верхнюю часть сосуда и обрабатывают продувочным газом, входящим в сосуд через патрубки или отверстия, расположенные в нижней части сосуда и, возможно, вдоль стенок и в других частях сосуда. Газ проходит через гранулированную смолу и выходит из продувочного сосуда. Очищенный продувкой полимерный продукт выгружают и затем направляют на следующие технологические стадии, тогда как извлеченные углеводороды, вынесенные продувочным газом, можно рециркулировать обратно в реактор. Литература предшествующего уровня техники, в которой описаны системы для очистки полимера продувкой, включает патенты U.S. №№3797707; 4286883; 4372758; 4731438; 4758654; 5292863; 5462351; 8470082, публикацию заявки на патент U.S. №2011/0201765 и ЕР 2172494 А.The polymer product can be purged by purging by reducing the pressure at which the resin is located and purging it with a light purge gas such as nitrogen. In these procedures, the polymer product is transferred to a purge vessel (purge bin) having a lower pressure. The polymer product is charged to the top of the vessel and is treated with a purge gas entering the vessel through nozzles or openings located at the bottom of the vessel and possibly along the walls and other parts of the vessel. The gas passes through the granular resin and exits the purge vessel. The purged polymer product is discharged and then sent to the next process steps, while the recovered hydrocarbons carried away by the purge gas can be recycled back to the reactor. Prior art literature describing systems for purifying polymer by purging includes U.S. patents. No. 3797707; 4286883; 4372758; 4731438; 4758654; 5292863; 5462351; 8470082, U.S. Patent Application Publication. No. 2011/0201765 and EP 2172494 A.

Эффективная и достаточная очистка продувкой является важной по соображениям безопасности и по экологическим соображениям. До попадания полимерного продукта в атмосферу необходимо удалить летучие вещества или уменьшить их концентрацию до соответствующего значения. Кроме того, экономически выгодным является извлечение как можно большего количества углеводородов, чтобы свести к минимуму использование дополнительных исходных веществ и затраты энергии, связанные со сжатием и прокачкой. Однако в реакторной системе для получения полиолефина могут происходить непредсказуемые и скрытые процессы и оказывать влияние на эффективность очистки продувкой. Например, во время нарушения работы реактора в реакторе с псевдоожиженным слоем могут образоваться пленки или комки полимера и они могут переноситься из реактора в продувочный сосуд. Присутствие внутри продувочного сосуда этих пленок и комков может привести к плохому распределению продувочного газа, что снижает эффективность очистки продувкой. При отсутствии хорошего способа или системы, предназначенной для моделирования проведения очистки продувкой, эти процессы могут оставаться нераспознанными и приводить к существенным затруднениям, возникающим в использующихся последующем оборудовании и технологиях, а также связанным с качеством продукта и его транспортировкой.Effective and sufficient purging by blowing is important for safety and environmental reasons. Before the polymer product enters the atmosphere, it is necessary to remove volatiles or reduce their concentration to an appropriate value. In addition, it is economically beneficial to recover as much hydrocarbon as possible to minimize the use of additional feeds and energy costs associated with compression and pumping. However, in the polyolefin reactor system, unpredictable and latent processes can occur and affect the purge efficiency. For example, during a reactor outage, films or lumps of polymer may form in a fluidized bed reactor and be transferred from the reactor to a purge vessel. The presence of these films and lumps within the purge vessel can result in poor purge gas distribution, which reduces the purge efficiency. In the absence of a good method or system for simulating blowdown cleaning, these processes can remain unrecognized and lead to significant difficulties in the downstream equipment and technologies used, as well as associated with the quality of the product and its transportation.

Довольно затруднительно разработать пригодные и точные модели систем, предназначенных для очистки, определить переменные, которые влияют на очистку продувкой, и определить скрытый процесс, протекающий в реакторной системе, влияющий на проведение очистки продувкой. На основании хорошо известных механизмов диффузии обычно предполагали, что эффективность очистки продувкой зависит от размера полимерных гранул в полимерном продукте и что эффективность очистки продувкой, таким образом, можно повысить путем уменьшения диаметра полимерных гранул. Однако уменьшение диаметра получаемых полимерных гранул часто является нежелательным или невозможным. Кроме того, показано, что модели, включающие предположение о зависимости эффективности очистки продувкой от размера полимерных гранул, не являются точными для моделирования эффективности очистки продувкой в некоторых системах.It is difficult to develop suitable and accurate models of purification systems, to determine the variables that affect purge purification, and to identify a hidden process in the reactor system that affects purge purification. On the basis of well-known diffusion mechanisms, it has generally been assumed that the purification efficiency by blowing depends on the size of the polymer granules in the polymer product and that the efficiency of blowing cleaning can thus be increased by reducing the diameter of the polymer granules. However, reducing the diameter of the resulting polymer granules is often undesirable or impossible. In addition, it is shown that models that include the assumption of the dependence of the purification efficiency by blowing on the size of polymer granules are not accurate for modeling the efficiency of blowing cleaning in some systems.

В других моделях очистки продувкой уделяли внимание определению зависимости концентрации летучих веществ на входе в продувочный сосуд от концентрации на выходе из продувочного сосуда. Результаты, полученные с помощью этих моделей, обычно показывали, что на эту зависимость лишь незначительно влияет массовая скорость потока продувочного газа в продувочном сосуде. Таким образом, в этих моделях обычно показано, что для обеспечения заданной эффективности очистки продувкой необходим очень большой продувочный сосуд, а не получение полезной информации о других переменных, которые можно легче изменить для воздействия на эффективность очистки продувкой.In other purge purge models, attention has been paid to determining the dependence of the concentration of volatiles at the entrance to the purge vessel on the concentration at the exit from the purge vessel. The results obtained with these models have generally shown that this relationship is only marginally affected by the mass flow rate of the purge gas in the purge vessel. Thus, these models typically show that a very large purge vessel is needed to achieve a given purge purge efficiency rather than useful information about other variables that can be more easily changed to affect purge performance.

Необходимы более подходящие и точные методики, предназначенные для моделирования работы системы, предназначенной для очистки продувкой, и модели, в которых более точно предсказана эффективность очистки продувкой и влияние изменений на соответствующие переменные. Необходимы модели, которые могут предоставить полученную в реальном времени информацию о процессах, протекающих внутри реакторной системы, которые влияют на эффективность очистки продувкой, и предназначенные для очистки продувкой улучшенные системы, применимые для этих моделей.Better and more accurate methodologies are needed to simulate the operation of a blowdown cleaning system and models that more accurately predict blowdown efficiency and the effect of changes on associated variables. Models are needed that can provide real-time information about the processes within the reactor system that affect purge efficiency, and improved systems for purge purification that are applicable to these models.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В настоящем изобретении раскрыты способы, предназначенные для очистки полимерного продукта от летучих веществ продувкой, способы включают получение полимерного продукта в реакторе, перенос полимерного продукта из реактора по меньшей мере в один продувочный сосуд, введение продувочного газа по меньшей мере в один продувочный сосуд с получением очищенного продувкой полимерного продукта, извлечение очищенного продувкой полимерного продукта по меньшей мере из одного продувочного сосуда, и определение зависимости эффективности очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P)/G для одного или большего количества типов летучих веществ, извлеченных продувкой из полимерного продукта. Параметр X_o обозначает выраженную в мас. част./млн концентрацию летучих веществ, содержащихся в извлеченном очищенном продувкой полимерном продукте, и X_i обозначает выраженную в мол. % концентрацию углеводородных соединений в газовой фазе, находящихся в реакторе, расположенном выше по потоку от продувочного сосуда. Параметр S обозначает производительность реактора, выраженную в единицах (килофунт полимера)/ч, тогда как Р обозначает абсолютное давление внутри продувочного сосуда, выраженное в единицах фунт-сила/дюйм² абс, и G обозначает массовую скорость потока, подаваемого в продувочный сосуд, выраженную в единицах (фунт продувочного газа)/ч. Хотя для согласованности и удобства в настоящее изобретение включены специальные единицы измерения, специалист с общей подготовкой в данной области техники без труда поймет, что зависимость эффективности очистки продувкой от (S×P)/G и другие величины, раскрытые в настоящем изобретении, можно определить с использованием других единиц измерения, входящих в объем заявленного изобретения.The present invention discloses methods for purifying a polymer product from volatiles by blowing, the methods include producing a polymer product in a reactor, transferring a polymer product from the reactor to at least one blowing vessel, introducing a blowing gas into at least one blowing vessel to obtain a purified by purging the polymer product, recovering the purified by blowing polymer product from at least one purge vessel, and determining the dependence of the purification efficiency of the purge, X _o / X _i , on (S × P) / G for one or more types of volatiles recovered by the purge from polymer product. The parameter X _o denotes expressed in wt. part./million the concentration of volatiles contained in the recovered purified by blowing polymer product, and X _i denotes expressed in mol. % concentration of hydrocarbon compounds in the gas phase in a reactor located upstream of the purge vessel. The parameter S represents a reactor productivity expressed in units (polymer kp) / h, while P represents an absolute pressure within the purge vessel, expressed in units of lbf / ⁱⁿ² absolute, and G denotes the mass flow rate fed into the purge vessel, expressed in units (pounds of purge gas) / hr. Although specific units of measure are included for consistency and convenience in the present invention, one of ordinary skill in the art will readily understand that the dependence of purge efficiency on (S × P) / G and other values disclosed in the present invention can be determined from using other units of measurement included in the scope of the claimed invention.

В настоящем изобретении также раскрыты системы, предназначенные для очистки полимерного продукта от летучих веществ продувкой, системы включают реакторную систему, подходящую для получения полимерного продукта, систему, предназначенную для переноса полимерного продукта из реакторной системы по меньшей мере в один продувочный сосуд, систему, предназначенную для введения продувочного газа по меньшей мере в один продувочный сосуд с получением очищенного продувкой полимерного продукта, первый анализатор, предназначенный для определения концентрации летучих веществ в паровом пространстве очищенного продувкой полимерного продукта, и второй анализатор, предназначенный для определения концентрации по меньшей мере одного летучего вещества в газовой фазе, находящегося в реакторе, расположенном выше по потоку от продувочного сосуда.The present invention also discloses systems for purifying a polymer product from volatiles by purging, the systems include a reactor system suitable for producing a polymer product, a system for transferring a polymer product from the reactor system to at least one purge vessel, a system for introducing a purge gas into at least one purge vessel to obtain a purged polymer product, a first analyzer for determining the concentration of volatiles in the vapor space of a purged polymer product, and a second analyzer for determining the concentration of at least one volatile substance in the gas phase in the reactor located upstream of the purge vessel.

Способы и системы, предлагаемые в настоящем изобретении, являются особенно подходящими для очистки продувкой содержащего полиэтилен полимерного продукта, полученного в реакторе полимеризации с псевдоожиженным слоем.The methods and systems of the present invention are particularly suitable for purification by blowing a polyethylene-containing polymer product obtained in a fluidized bed polymerization reactor.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

На фиг. 1 представлена реакторная система с псевдоожиженным слоем и система для очистки продувкой, предназначенная для применения вместе со способами и системами, предлагаемыми в настоящем изобретении, раскрытыми в настоящем изобретении.FIG. 1 depicts a fluidized bed reactor system and a purge purge system for use in conjunction with the methods and systems of the present invention disclosed in the present invention.

На фиг. 2 представлена зависимость эффективностью очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P)/G для соединений С₆, извлеченных продувкой из содержащей сополимер полиэтилена смолы, полученной в реакторе с псевдоожиженным слоем с использованием сомономера 1-гексена и металлоценового катализатора.FIG. 2 depicts purge efficiency, X _o / X _i , versus (S × P) / G for C ₆ compounds purged from a polyethylene copolymer-containing resin produced in a fluidized bed reactor using 1-hexene comonomer and a metallocene catalyst.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Термин "очистка продувкой" при использовании в настоящем изобретении означает способ удаления нежелательных растворенных и нерастворенных газов, включая углеводороды и/или другие летучие вещества, из твердой гранулированной полимерной смолы, пространство между частицами которой заполнено газом. В дополнение к наличию углеводородов в остаточном газе, они могут быть растворены в смоле. Процедура очистки продувкой включает создание движущей силы, достаточной для обеспечения диффузии абсорбированного углеводорода из смолы.The term "purge by blowing" as used in the present invention means a method for removing unwanted dissolved and undissolved gases, including hydrocarbons and / or other volatiles, from a solid granular polymer resin, the space between the particles of which is filled with gas. In addition to the presence of hydrocarbons in the tail gas, they can be dissolved in the resin. The purge cleaning procedure involves creating sufficient driving force to diffuse absorbed hydrocarbon from the resin.

Термин "летучие вещества" при использовании в настоящем изобретении означает вещества или соединения, которые обладают низкой температурой кипения по сравнению с окружающими его веществами или соединениями. Иллюстративные летучие вещества включают, но не ограничиваются только ими, углеводороды, азот, воду, аммиак, метан, диоксид углерода и все соединения кислорода, углерода и водорода.The term "volatile substances" as used in the present invention means substances or compounds that have a low boiling point compared to the substances or compounds around it. Illustrative volatiles include, but are not limited to, hydrocarbons, nitrogen, water, ammonia, methane, carbon dioxide, and all oxygen, carbon, and hydrogen compounds.

Летучие вещества, содержащиеся в полимерном продукте, могут включать непрореагировавшие мономер и сомономер и другие примеси, введенные в реакторную систему вместе с мономером, сомономером или с другим сырьем, или полученные в качестве побочных продуктов при реакции полимеризации. Эффективность очистки продувкой часто ограничена содержащимися в полимерном продукте более тяжелыми летучими веществами. В методиках получения сополимера полиэтилена, например, в которых в качестве сомономера используют гексен, полиолефиновый продукт содержит непрореагировавшие этилен и гексен, а также другие примеси, которые введены в реакторную систему вместе с этиленом и гексеном или с другим сырьем. Эти летучие примеси могут являться насыщенными или ненасыщенными, инертными или неинертными и могут содержать гетероатомы. В методике получения сополимера полиэтилена с использованием в качестве сомономера гексена эффективность очистки продувкой часто ограничена содержанием внутри полимерного продукта больших количеств более тяжелых инертных и неинертных соединений С₅ и С₆, включая алканы, алкены, спирты и другие вещества.Volatiles contained in the polymer product may include unreacted monomer and comonomer and other impurities introduced into the reactor system with the monomer, comonomer or other feed, or obtained as by-products from the polymerization reaction. Purge cleaning performance is often limited by the heavier volatiles contained in the polymer product. In polyethylene copolymer processes, for example, in which hexene is used as a comonomer, the polyolefin product contains unreacted ethylene and hexene, as well as other impurities that are introduced into the reactor system together with ethylene and hexene or other raw materials. These volatile impurities can be saturated or unsaturated, inert or non-inert, and can contain heteroatoms. In the method of obtaining a copolymer of polyethylene using hexene as a comonomer, the purification efficiency by blowing is often limited by the content inside the polymer product of large amounts of heavier inert and non-inert C ₅ and C ₆ compounds, including alkanes, alkenes, alcohols, and other substances.

Согласно настоящему изобретению разработаны полезные и точные методики, предназначенные для оценки эффективности очистки продувкой при очистке полимерного продукта от летучих веществ продувкой. Эти методики включают определение зависимости эффективности очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P)/G для одного или большего количества типов летучих веществ, извлеченных продувкой из полимерного продукта. Параметр X_o обозначает выраженную в мас. част./млн концентрацию летучих веществ, содержащихся в извлеченном очищенном продувкой полимерном продукте, и X_i обозначает выраженную мол. % концентрацию летучих веществ в газовой фазе, находящихся в реакторе, расположенном выше по потоку от продувочного сосуда. Параметр S обозначает производительность реактора, выраженную в единицах (килофунт полимера)/ч, тогда как Р обозначает абсолютное давление внутри продувочного сосуда, выраженное в единицах фунт-сила/дюйм² абс, и G обозначает массовую скорость потока, подаваемого в продувочный сосуд, выраженную в единицах (фунт продувочного газа)/ч. Эту модель успешно использовали для очистки продувкой полимерных продуктов, включая сополимеры полиэтилена, полученные в реакторе с псевдоожиженным слоем. Хотя для согласованности и удобства в настоящее изобретение включены конкретные единицы измерения, специалист с общей подготовкой в данной области техники без труда поймет, что зависимость эффективности очистки продувкой от (S×P)/G и другие величины, раскрытые в настоящем изобретении, можно определить с использованием других единиц измерения, входящих в объем заявленного изобретения.The present invention provides useful and accurate techniques for evaluating the purification efficiency of a purge in purging a polymer product from volatiles by purging. These techniques include determining the relationship of purge efficiency, X _o / X _i , on (S × P) / G for one or more types of volatiles recovered by purging from the polymer product. The parameter X _o denotes expressed in wt. part./million the concentration of volatiles contained in the recovered purified by blowing polymer product, and X _i denotes expressed mol. % concentration of volatiles in the gas phase present in the reactor located upstream of the purge vessel. The parameter S represents a reactor productivity expressed in units (polymer kp) / h, while P represents an absolute pressure within the purge vessel, expressed in units of lbf / ⁱⁿ² absolute, and G denotes the mass flow rate fed into the purge vessel, expressed in units (pounds of purge gas) / hr. This model has been successfully used for purification by blowing polymer products, including polyethylene copolymers prepared in a fluidized bed reactor. Although specific units are included in the present invention for consistency and convenience, one of ordinary skill in the art will readily understand that the relationship of purge efficiency versus (S × P) / G and other values disclosed in the present invention can be determined from using other units of measurement included in the scope of the claimed invention.

В модели, раскрытой в настоящем изобретении, также может учитываться молекулярная масса использующегося продувочного газа. Если использующимся продувочным газом всегда является одно и то же соединение в случае разных типов продуктов или систем (например, им всегда является азот), то модель может быть упрощена путем исключения этого параметра. Если продувочными газами являются разные соединения в случае разных типов продуктов или систем, то модель может включать определение зависимости эффективности очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P×M)/G для одного или большего количества типов летучих веществ, извлеченных продувкой из полимерного продукта. В этом случае X_o, X_i, S, Р, и G являются такими, как описано выше, и М обозначает молекулярную массу продувочного газа, выраженную в единицах фунт/фунт-моль.The model disclosed in the present invention can also take into account the molecular weight of the purge gas used. If the purge gas used is always the same compound for different product types or systems (for example, it is always nitrogen), then the model can be simplified by eliminating this parameter. If the purge gases are different compounds for different types of products or systems, then the model may include determining the relationship between purge purge efficiency, X _o / X _i , on (S × P × M) / G for one or more types of volatiles recovered. blowing from the polymer product. In this case, X _o , X _i , S, P, and G are as described above and M is the molecular weight of the purge gas expressed in lb / lb-mol.

Согласно настоящему изобретению также разработаны улучшенные системы, предназначенные для очистки полимерного продукта от летучих веществ продувкой. Системы включают реакторную систему, подходящую для получения полимерного продукта, по меньшей мере в один продувочный сосуд, систему, предназначенную для переноса полимерного продукта из реакторной системы по меньшей мере в один продувочный сосуд, систему, предназначенную для введения продувочного газа по меньшей мере в один продувочный сосуд с получением очищенного продувкой полимерного продукта, первый анализатор, предназначенный для определения концентрации летучих веществ в паровом пространстве очищенного продувкой полимерного продукта, и второй анализатор, предназначенный для определения концентрации по меньшей мере одного летучего вещества в газовой фазе, находящегося в реакторе, расположенном выше по потоку от продувочного сосуда.The present invention also provides improved systems for purging a polymer product from volatiles by blowing. The systems include a reactor system suitable for producing a polymer product into at least one purge vessel, a system for transferring a polymer product from the reactor system to at least one purge vessel, a system for introducing a purge gas into at least one purge vessel. a vessel for obtaining a blown-off polymer product, a first analyzer for determining the concentration of volatiles in the vapor space of a blown-off polymer product, and a second analyzer for determining the concentration of at least one volatile substance in the gas phase located in a reactor located upstream of flow from the purge vessel.

Системы могут дополнительно включать сито для просеивания очищенного продувкой полимерного продукта. Первый анализатор может быть приспособлен для определения полной концентрации летучих веществ в паровом пространстве очищенного продувкой полимерного продукта, когда очищенный продувкой полимерный продукт проходит через сито. Такие системы являются особенно подходящими в случае, если реакторная система включает реактор с псевдоожиженным слоем, включающий петлю для рециклового газа. В таких системах второй анализатор может быть приспособлен для определения концентрации по меньшей мере одного летучего вещества в рецикловом газе, содержащемся в реакторе с псевдоожиженным слоем. Системы могут дополнительно включать нагревательное устройство или теплообменник, предназначенный для нагревания полимерного продукта, где нагревательное устройство или теплообменник расположен между реактором и по меньшей мере одним продувочным сосудом. В качестве первого и второго анализаторов можно использовать любое подходящее оборудование. Например, каждый анализатор может включать газовый хроматограф, газовый хроматограф для анализа свободного пространства над продуктом или масс-спектрометр. Один из анализаторов или и первый, и второй анализатор может быть приспособлены для определения концентрации в режиме реального времени.The systems can further include a sieve for sieving the purged polymer product. The first analyzer can be adapted to determine the total concentration of volatiles in the vapor space of the blown polymer product as the blown polymer product passes through the sieve. Such systems are particularly suitable when the reactor system includes a fluidized bed reactor including a recycle gas loop. In such systems, the second analyzer can be adapted to determine the concentration of at least one volatile substance in the recycle gas contained in the fluidized bed reactor. The systems may further include a heating device or heat exchanger for heating the polymer product, where a heating device or heat exchanger is located between the reactor and at least one purge vessel. Any suitable equipment can be used as the first and second analyzers. For example, each analyzer can include a gas chromatograph, a headspace gas chromatograph, or a mass spectrometer. One of the analyzers or both the first and the second analyzer can be adapted to determine the concentration in real time.

На основании хорошо известных механизмов диффузии обычно предполагали, что эффективность очистки продувкой зависит от размера полимерных гранул в полимерном продукте и что эффективность очистки продувкой, таким образом, можно повысить путем уменьшения диаметра полимерных гранул. Уменьшение диаметра полимерных гранул часто является невозможным или нежелательным. С помощью способов и систем, раскрытых в настоящем изобретении, с успехом установлено, что путем соответствующего регулирования переменных, которые определены, как вносящие существенный вклад в эффективность очистки продувкой, при использовании более крупных полимерных гранул можно обеспечить эффективности очистки продувкой, сходные с эффективностями при использовании более мелких полимерных гранул.On the basis of well-known diffusion mechanisms, it has generally been assumed that the purification efficiency by blowing depends on the size of the polymer granules in the polymer product and that the efficiency of blowing cleaning can thus be increased by reducing the diameter of the polymer granules. Reducing the diameter of the polymer beads is often not possible or desirable. Using the methods and systems disclosed in the present invention, it has been successfully found that by appropriately adjusting variables that are determined to significantly contribute to purge efficiency, using larger polymer granules, purge purification efficiencies similar to those of smaller polymer granules.

В моделях для очистки продувкой предшествующего уровня техники также уделялось большое внимание определению отношения концентраций летучих веществ на входе в продувочный сосуд к концентрациям на выходе из продувочного сосуда и в этих моделях результатом обычно являлся тот факт, что на это отношение лишь незначительно влияет массовая скорость потока продувочного газа в продувочном сосуде. В модели, предлагаемой в настоящем изобретении, установлено, что эффективность очистки продувкой, X_o/X_i, существенным образом зависит от (S×P)/G или (S×P×M)/G.Prior art purge models have also placed great emphasis on determining the ratio of volatiles entering the purge vessel to those leaving the purge vessel, and in these models the result has typically been that this ratio is only marginally affected by the purge mass flow rate. gas in the purge vessel. In the model of the present invention, it has been found that the purge efficiency, X _o / X _i , is substantially dependent on (S × P) / G or (S × P × M) / G.

Кроме того, полагали, что модели систем для очистки продувкой предшествующего уровня техники не являлись точными или пригодными отчасти вследствие того, что при определении концентрации летучих веществ на входе в продувочный сосуд затруднительно определить концентрацию каждого вещества. Кроме того, вследствие требований, предъявляемых к предоставлению экологической информации, определяют полную концентрацию летучих веществ и предоставляют информацию о полной концентрации, а не о концентрации каждого вещества. Модель, раскрытая в настоящем изобретении, применима для определения концентрации каждого одного или большего количества летучих веществ, которые извлекают из полимерного продукта путем очистки продувкой. Термин "вещества" при использовании в настоящем изобретении означает любое одно летучее соединение или группу летучих соединений, содержащихся в полимерном продукте, количество которых меньше, чем полное количество летучих веществ, которые извлекают из полимерного продукта очисткой продувкой. Например, веществом может являться одно соединение, такое как 1 -гексен. В таком варианте осуществления настоящего изобретения эффективность очистки продувкой, X_o/X_i, для этих веществ рассчитывают таким образом, что X_o обозначает выраженную в мас. част./млн концентрацию 1-гексена в извлеченном очищенном продувкой полимерном продукте и X_i обозначает выраженную мол. % концентрацию 1-гексена в газовой фазе, находящегося в реакторной системе, расположенной выше по потоку от продувочного сосуда. Термин "вещества" при использовании в настоящем изобретении также может означать более, чем одно соединение, или группу соединений. Соединения в группе могут являться некоторым образом родственными соединениями или не являться ими, но их можно рассматривать, как вещества, при условии, что их количество является меньшим, чем полное количество летучих веществ, которые извлекают очисткой продувкой. Например, веществами могут являться "инертные соединения С₆", которые включают все летучие вещества, содержащиеся в очищаемом продувкой полимере, содержащие 6 атомов углерода, которые являются инертными при проведении реакции полимеризации. С учетом настоящего раскрытия специалист с общей подготовкой в данной области техники может легко выбрать конкретные летучие веществ, для которых применение модели наиболее пригодно при проведении конкретной процедуры. Предпочтительно, если выбор веществ включает выбор конкретных летучих веществ, для которых установлено, что они в наибольшей степени ограничивают эффективность очистки продувкой, и ими часто являются тяжелые вещества, содержащиеся в системе при проведении заданной процедуры.In addition, it was believed that prior art purge systems models were not accurate or useful, in part because it is difficult to determine the concentration of each material when determining the concentration of volatiles at the entrance to the purge vessel. In addition, due to environmental reporting requirements, the total concentration of volatile substances is determined and information is provided on the total concentration rather than the concentration of each substance. The model disclosed in the present invention is applicable to determine the concentration of each one or more volatiles that are recovered from the polymer product by purification by blowing. The term "substances" as used in the present invention means any one volatile compound or group of volatile compounds contained in the polymer product, the amount of which is less than the total amount of volatiles that are recovered from the polymer product by purification by blowing. For example, the substance can be one compound, such as 1-hexene. In such an embodiment of the present invention, the purification efficiency by blowing, X _o / X _i , for these substances is calculated so that X _o denotes expressed in wt. part./million the concentration of 1-hexene in the recovered purified by blowing polymer product and X _i denotes the expressed mol. % the concentration of 1-hexene in the gas phase in the reactor system upstream of the purge vessel. The term "substances" when used in the present invention can also mean more than one compound, or group of compounds. The compounds in a group may or may not be related in some way, but they can be considered as substances, provided that their amount is less than the total amount of volatiles that are recovered by purification by blowing. For example, the substances can be "inert C ₆ compounds", which includes all volatiles contained in the purge polymer containing 6 carbon atoms, which are inert during the polymerization reaction. In view of the present disclosure, one of ordinary skill in the art can easily select the specific volatiles for which the model is most suitable for a particular procedure. Preferably, the choice of materials includes the choice of specific volatiles that have been found to most limit the purification efficiency of the purge, and these are often the heavy substances contained in the system during a given procedure.

Известно, что разные полимерные продукты можно очистить продувкой при разных эффективностях очистки продувкой в зависимости от плотности полимера, размера полимерных гранул, температуры, использующегося катализатора и других факторов. Если для конкретной смолы известна зависимость эффективности очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P)/G или (S×P×M)/G, то можно узнать какие условия проведения процедуры следует установить для обеспечения необходимой эффективности очистки этой смолы продувкой. Если конкретная смола определена, как смола, для которой эффективность очистки продувкой является сравнительно низкой, то можно изменить по меньшей мере один из параметров S, Р, М или G для повышения эффективности очистки продувкой. Например, для повышения эффективности очистки продувкой можно увеличить значение G, массовую скорость потока продувочного газа, подаваемого в продувочный сосуд. Дополнительно или альтернативно, для повышения эффективности очистки продувкой можно увеличить значение S, производительность реактора при получении полимера, или уменьшить значение Р, абсолютное давление внутри продувочного сосуда. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения во время очистки смолы конкретного типа значение (S×P)/G или (S×P×M)/G поддерживают постоянным и/или поддерживают равным или меньшим, чем целевое значение. Предпочтительно, если массовую скорость потока продувочного газа, G, поддерживают ниже значения, соответствующего минимальной скорости псевдоожижения для продувочного сосуда, которую можно легко определить с использованием подходящей методики.It is known that different polymer products can be purged by purging at different purging efficiencies depending on polymer density, polymer granule size, temperature, catalyst used, and other factors. If, for a specific resin, the dependence of the purification efficiency by blowing, X _o / X _i , on (S × P) / G or (S × P × M) / G is known, then you can find out what procedure conditions should be set to ensure the required purification efficiency of this resin by blowing. If a particular resin is defined as a resin for which the purge purification efficiency is relatively low, then at least one of the parameters S, P, M, or G can be changed to improve the purification efficiency of the purge. For example, the G value, the mass flow rate of the purge gas supplied to the purge vessel, can be increased to improve purge purge efficiency. Additionally or alternatively, to improve purification efficiency by purging, you can increase the S-value, the throughput of the reactor for polymer production, or decrease the P-value, the absolute pressure within the purge vessel. In a preferred embodiment of the present invention, during purification of a particular type of resin, the value of (S × P) / G or (S × P × M) / G is kept constant and / or kept equal to or less than the target value. Preferably, the mass flow rate of the purge gas, G, is kept below a value corresponding to the minimum fluidization rate for the purge vessel, which can be readily determined using a suitable technique.

При практическом осуществлении настоящего изобретения, раскрытом в настоящем изобретении, важными даже являются распределение потока газа и смолы внутри продувочного сосуда, поскольку неправильное распределение любого из них может сильно влиять на фактор (S×P)/G или (S×P×M)/G. Важными являются массовый расход или режим идеального вытеснения. Возможность обеспечения массового расхода или режима идеального вытеснения зависит от конструкции продувочного сосуда, характеристик смолы (таких как липкость и содержание мелких частиц) и наличия препятствий, затрудняющих течение. Обычно продувочный газ хорошо распределен в продувочном сосуде, если сосуд сконструирован соответствующим образом и условия проведения процедуры выбраны соответствующим образом, а также, если отсутствуют затрудняющие течение препятствия, такие как большие пленки или комки полимера или другого материала.In the practice of the present invention disclosed in the present invention, even the distribution of the flow of gas and resin within the purge vessel is important, since an irregular distribution of any of them can greatly affect the factor (S × P) / G or (S × P × M) / G. Mass flow or plug flow is important. Whether mass flow or plug flow can be achieved depends on the design of the purge vessel, resin characteristics (such as stickiness and fines content), and obstructions to flow. Typically, the purge gas is well distributed in the purge vessel if the vessel is appropriately designed and the procedure conditions selected, and if there are no obstructions such as large films or lumps of polymer or other material obstructing the flow.

Согласно настоящему изобретению также установлено, что температура полимерного продукта существенным образом влияет на эффективность очистки продувкой, причем более высокая температура обычно повышает эффективность очистки продувкой. Эффективность очистки продувкой можно существенно повысить путем повышения температуры полимерного продукта всего на несколько градусов Цельсия. Таким образом, способы и системы, предлагаемые в настоящем изобретении, включают нагревание полимера после его извлечения из реактора и перед его переносом в продувочный сосуд. Это нагревание можно провести по любой подходящей методике, например путем использования нагревательного устройства, теплообменника, паровой рубашки, или по другой методике.In accordance with the present invention, it has also been found that the temperature of the polymer product has a significant effect on the purification efficiency of the purge, with a higher temperature generally increasing the purification efficiency of the purge. Purge cleaning efficiency can be significantly improved by raising the polymer product temperature by only a few degrees Celsius. Thus, the methods and systems of the present invention include heating the polymer after it has been removed from the reactor and before it is transferred to a purge vessel. This heating can be carried out by any suitable technique, for example by using a heating device, heat exchanger, steam jacket, or other technique.

Часть продувочного газа можно извлечь и рециркулировать в продувочный сосуд. Если рецикловый продувочный газ используют в дополнение к использованию свежего продувочного газа, то рецикловый продувочный газ не должен содержать значительного количества тяжелых летучих веществ. Таким образом, до рециркулирования извлеченного продувочного газа в продувочный сосуд его можно обработать для удаления по меньшей мере части летучих углеводородных веществ, содержащих 4, 5, 6 или большее количество атомов углерода. Эту процедуру удаления можно провести вне продувочного сосуда, например, в регенерационной установке с выпускным отверстием. Извлеченный продувочный газ также можно обработать для удаления по меньшей мере части легких летучих веществ, таких как углеводороды, содержащие 3 или меньшее количество атомов углерода. Удаление легких летучих веществ можно провести в самом продувочном сосуде. Обычно используют многоступенчатые продувочные сосуды, включающие верхнюю секцию и нижнюю секцию (и необязательно дополнительные секции). В многоступенчатом продувочном сосуде удаление легких летучих веществ из извлеченного продувочного газа можно провести в нижней секции продувочного сосуда с использованием быстрого потока свежего чистого продувочного газа.Some of the purge gas can be removed and recirculated to the purge vessel. If recycle purge gas is used in addition to the use of fresh purge gas, the recycle purge gas should not contain significant amounts of heavy volatiles. Thus, prior to recycling the recovered purge gas to the purge vessel, it may be treated to remove at least a portion of the volatile hydrocarbon species containing 4, 5, 6 or more carbon atoms. This removal procedure can be carried out outside the purge vessel, for example in a regeneration unit with an outlet. The recovered purge gas can also be treated to remove at least a portion of light volatiles such as hydrocarbons containing 3 or fewer carbon atoms. Removal of light volatiles can be carried out in the purge vessel itself. Typically, multi-stage purge vessels are used, including an upper section and a lower section (and optional additional sections). In a multi-stage purge vessel, the removal of light volatiles from the recovered purge gas can be carried out in the lower section of the purge vessel using a rapid stream of fresh clean purge gas.

Для некоторых полимерных продуктов простая очистка сухим газом недостаточна для удаления связанных летучих веществ. Эти летучие вещества можно высвободить путем введения в продувочных сосуд небольших количеств пара. Полагают, что пар способствует нейтрализации реакционноспособных компонентов, содержащихся в полимерном продукте, таких как частицы катализатора или алюминийалкилы (последние часто используют в качестве активаторов в определенных реакциях полимеризации), что способствует высвобождению летучих веществ. Введение пара в продувочный сосуд можно провести по любой подходящей методике. В предпочтительном варианте осуществления пар добавляют в нагретый азот для предупреждения конденсации. Если происходит конденсация, может понизиться эффективность очистки продувкой во влажном состоянии.For some polymer products, simple dry gas scrubbing is not sufficient to remove bound volatiles. These volatiles can be released by introducing small amounts of steam into the purge vessel. It is believed that the steam helps to neutralize the reactive components contained in the polymer product, such as catalyst particles or aluminum alkyls (the latter are often used as activators in certain polymerization reactions), which promotes the release of volatiles. The introduction of steam into the purge vessel can be carried out using any suitable technique. In a preferred embodiment, steam is added to heated nitrogen to prevent condensation. If condensation occurs, wet blasting performance may be impaired.

СИСТЕМА ОЧИСТКИ ПРОДУКТАPRODUCT CLEANING SYSTEM

На фиг. 1 представлена реакторная система с псевдоожиженным слоем 101, включающая сосуд высокого давления 102 с псевдоожиженным слоем. Газ или смесь газ/жидкость поступает в сосуд высокого давления 102 с псевдоожиженным слоем через впускное отверстие 103 и через газораспределитель 104 и выходит из сосуда высокого давления 102 с псевдоожиженным слоем через циклический трубопровод для жидкости 105. Сосудом высокого давления 102 с псевдоожиженным слоем может являться реактор, реактор полимеризации, сосуд, способный удерживать псевдоожиженные материалы, или любой сосуд высокого давления, из которого можно извлечь гранулированный, порошкообразный или находящийся в форме частиц твердый продукт. Через трубопровод 105 циркулирующая жидкость выходит из верхней части реактора и ее сжимают в компрессоре 106 и затем пропускают через теплообменник 107, где из циркулирующей жидкости отводят тепло. После охлаждения всю циркулирующую жидкость из трубопровода 105 или ее часть можно вернуть в реактор.FIG. 1 shows a fluidized bed reactor system 101 including a fluidized bed pressure vessel 102. The gas or gas / liquid mixture enters the fluidized bed pressure vessel 102 through inlet 103 and through the gas distributor 104 and exits the fluidized bed pressure vessel 102 through the liquid loop 105. The fluidized bed pressure vessel 102 may be a reactor , a polymerization reactor, a vessel capable of holding fluidized materials, or any pressure vessel from which a granular, powdery, or particulate solid product can be recovered. Through conduit 105, the circulating liquid leaves the top of the reactor and is compressed in compressor 106 and then passed through heat exchanger 107 where heat is removed from the circulating liquid. After cooling, all or part of the circulating liquid from line 105 can be returned to the reactor.

Полимерный продукт извлекают из реактора через линию 108 и направляют в систему для выгрузки продукта 109. Системой для выгрузки продукта 109 может являться любая подходящая система. Системы для выгрузки продукта и методики их эксплуатации, особенно подходящие для применения в настоящем изобретении, раскрыты в патенте U.S. 9039333. Полимерный продукт выходит из системы для выгрузки продукта 109 через линию 110 и его загружают в продувочный сосуд 111. Хотя на фиг. 1 показано только одно впускное отверстие 110 продувочного сосуда 111, может содержаться множество впускных и выпускных отверстий в любой подходящей конфигурации. Продувочным сосудом 111 может являться любой подходящий сосуд или контейнер, включая многоступенчатые продувочные сосуды, содержащие верхнюю зону, нижнюю зону и необязательно одну или большее количество промежуточных зон, такие как описанные в патенте U.S. 4758654, который полностью включен в настоящее изобретение в качестве ссылки. Продувочные сосуды других конструкций, подходящие для использования, могут включать описанные в патенте U.S. 8470082, который полностью включен в настоящее изобретение в качестве ссылки. Продувочный сосуд 111 может включать одну или большее количество вставок для распределения газа (не показаны), которые могут представлять собой обратные конусы или обладать другой подходящей формой. Обратный конус может обладать профилем любой формы, такой как круг, овал, многоугольник или другая форма, и может содержать заостренный наконечник, скругленный наконечник или квадратный наконечник.The polymer product is withdrawn from the reactor via line 108 and is directed to a product discharge system 109. The product discharge system 109 can be any suitable system. Product discharge systems and operating procedures particularly suitable for use in the present invention are disclosed in U.S. 9039333. Polymer product exits the product discharge system 109 via line 110 and is charged to a purge vessel 111. Although FIG. 1 shows only one inlet 110 of the purge vessel 111, a plurality of inlets and outlets may be included in any suitable configuration. The purge vessel 111 can be any suitable vessel or container, including multi-stage purge vessels comprising an upper zone, a lower zone, and optionally one or more intermediate zones, such as described in U.S. Pat. 4758654, which is fully incorporated into the present invention by reference. Other designs of purge vessels suitable for use may include those described in U.S. 8470082, which is fully incorporated into the present invention by reference. The purge vessel 111 may include one or more gas distribution inserts (not shown), which may be inverted cones or other suitable shapes. The inverted taper can have any shape, such as a circle, oval, polygon, or other shape, and can include a pointed tip, a rounded tip, or a square tip.

Поток свежего продувочного газа 112 загружают в нижнюю часть продувочного сосуда 111 из источника продувочного газа 113. Потоком свежего продувочного газа 112 может являться поток азота или другого подходящего для способа газа. Поток летучих веществ 114 удаляют из нижней части продувочного сосуда 111 и его можно дополнительно обработать или направить на сжигание (не показано). Этот поток летучих веществ 114 может содержать легкие летучие вещества, такие как углеводороды, содержащие 3 или меньшее количество атомов углерода, попавшие в продувочный сосуд при использовании рециклового продувочного газа.Fresh purge gas stream 112 is fed to the bottom of purge vessel 111 from purge gas source 113. Fresh purge gas stream 112 may be a stream of nitrogen or other suitable gas for the process. The stream of volatiles 114 is removed from the bottom of the purge vessel 111 and may be further processed or fed to incineration (not shown). This volatile stream 114 may contain light volatiles, such as hydrocarbons having 3 or fewer carbon atoms, which have entered the purge vessel using recycle purge gas.

Продувочный газ быстро проходит через полимерный продукт в продувочном сосуде 111 и его удаляют через отводящий трубопровод 115. Его направляют в систему для извлечения продувочного газа 116. В системе для извлечения продувочного газа 116 по меньшей мере часть продувочного газа отделяют и рециркулируют обратно в продувочный сосуд 111 через линию рециркуляции продувочного газа 117. В линию рециркуляции продувочного газа 117 необязательно подают свежий продувочный газ. Извлеченный продувочный газ, находящийся в линии рециркуляции продувочного газа 117, может также содержать часть легких летучих веществ, как это описано выше. Легкие летучие вещества можно отделить и удалить из извлеченного продувочного газа в нижней секции продувочного сосуда 111. Некоторые компоненты использованного продувочного газа могут попадать в систему для извлечения продувочного газа 116 в жидком виде через отводящий трубопровод для жидкости 118 и их можно направить на последующую обработку или соответствующим образом уничтожить. Кроме того, некоторые компоненты использованного продувочного газа можно направить непосредственно на сжигание через линию отвода газа для сжигания 119.The purge gas rapidly passes through the polymer product in the purge vessel 111 and is removed through the vent line 115. It is directed to the purge gas recovery system 116. In the purge gas recovery system 116, at least a portion of the purge gas is separated and recirculated back to the purge vessel 111. through a purge gas recirculation line 117. Fresh purge gas is optionally supplied to a purge gas recirculation line 117. The recovered purge gas in the purge gas recycle line 117 may also contain a portion of the light volatiles as described above. Light volatiles can be separated and removed from the recovered purge gas in the lower section of the purge vessel 111. Some components of the used purge gas may enter the purge gas recovery system 116 in liquid form through the liquid outlet line 118 and may be sent to further processing or appropriate destroy in a way. In addition, some components of the used purge gas can be sent directly to combustion through the combustion gas outlet line 119.

Очищенный продувкой полимерный продукт выходит из нижней части продувочного сосуда 111 через линию выгрузки полимерного продукта 120. Очищенный продувкой полимерный продукт необязательно пропускают через сито 121 после его выхода их продувочного сосуда 111 и до его направления на последующую обработку через линию выгрузки очищенного продувкой полимерного продукта 122.The purged polymer product exits the bottom of the purge vessel 111 through a polymer product discharge line 120. The purged polymer product is optionally passed through a sieve 121 after it exits the purge vessel 111 and before being sent to further processing through the purge polymer product discharge line 122.

Первый анализатор 123 может быть приспособлен для определения полной концентрации летучих веществ в паровом пространстве очищенного продувкой полимерного продукта, когда очищенный продувкой полимерный продукт проходит через сито. Предпочтительно, если этот первый анализатор 123 представляет собой встроенный анализатор, предназначенный для получения данных о концентрации летучих веществ в паровом пространстве в режиме реального времени. Второй анализатор 124 может быть приспособлен для определения концентрации по меньшей мере одного летучего вещества в рецикловом газе, содержащемся в реакторе с псевдоожиженным слоем. Предпочтительно, если этот второй анализатор 124 также представляет собой встроенный анализатор, предназначенный для получения данных в режиме реального времени. В качестве первого и второго анализаторов можно использовать любое подходящее оборудование. Например, каждый анализатор может включать газовый хроматограф, газовый хроматограф для анализа свободного пространства над продуктом или масс-спектрометр. Образец очищенного продувкой полимерного продукта можно отобрать в положении отбора образца полимерного продукта 125 и направить в лабораторию для определения X_o, выраженной в мас. част./млн концентрации одного или большего количества летучих веществ, содержащихся в извлеченном очищенном продувкой полимерном продукте, как это более подробно описано ниже.The first analyzer 123 can be adapted to determine the total concentration of volatiles in the vapor space of the blown polymer product as the blown polymer product passes through the sieve. Preferably, this first analyzer 123 is an in-line analyzer for obtaining real-time data on the concentration of volatiles in the vapor space. The second analyzer 124 can be adapted to determine the concentration of at least one volatile substance in the recycle gas contained in the fluidized bed reactor. Preferably, this second analyzer 124 is also an in-line analyzer for real-time data acquisition. Any suitable equipment can be used as the first and second analyzers. For example, each analyzer can include a gas chromatograph, a headspace gas chromatograph, or a mass spectrometer. A sample of the purged polymer product can be taken at the polymer product sampling position 125 and sent to the laboratory for determination of the X _o expressed in wt. ppm concentration of one or more volatiles contained in the recovered, purified, blown polymer product, as described in more detail below.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Методика многократного отбора газа из свободного пространства над продуктомThe technique of multiple gas sampling from the headspace above the product

Параметр, X_o, выраженную в мас. част./млн концентрацию одного или большего количества летучих веществ, содержащихся в извлеченном очищенном продувкой полимерном продукте, можно определить с помощью постадийного отбора газа, проводимого через одинаковые промежутки времени, называющегося "многократным отбором газа из свободного пространства над продуктом" (МОП), с непосредственным анализом свободного пространства над продуктом, как это более подробно описано ниже. Полное содержание летучих веществ в сосуде с образцом (соответствует количеству веществ, изначально растворенных в очищенном продувкой образце полимерного продукта) определяют путем сложения площадей пиков, полученных для образцов на каждой стадии отбора. Дополнительные сведения об этой методике приведены в публикации Ettre et al., American Laboratory, 15 (19), 76-83 (1983), которая полностью включена в настоящее изобретение в качестве ссылки. Также можно использовать любую другую методику, для которой показано, что она является точной для определения концентрации типов летучих веществ в полимерном продукте.Parameter, X _o , expressed in wt. ppm, the concentration of one or more volatiles contained in the recovered blown polymer product can be determined using a staged sampling at regular intervals, called headspace gas sampling (PMS), with direct analysis of headspace as described in more detail below. The total volatiles in the sample vessel (corresponding to the amount initially dissolved in the blown-cleaned polymer sample) is determined by adding the peak areas obtained for the samples at each sampling step. For more information on this technique, see Ettre et al., American Laboratory, 15 (19), 76-83 (1983), which is hereby incorporated by reference in its entirety. You can also use any other technique that has been shown to be accurate for determining the concentration of types of volatiles in a polymer product.

Использование методики описано ниже для анализа 1-гексена в качестве летучего вещества. Небольшой (1-2 г) образец очищенного продувкой полимерного продукта отбирают из выпускного отверстия продувочного сосуда и помещают в сосуд для анализа свободного пространства над продуктом (например, объемом 20 мл, выпускающийся фирмой Perkin Elmer, Inc.), который затем быстро герметично закрывают мембраной и ее закрывают алюминиевой крышкой для обеспечения отсутствия давления. Калибровочный образец готовят путем введения 2 мкл 1-гексена в другой сосуд для анализа свободного пространства над продуктом.The use of the procedure is described below for the analysis of 1-hexene as a volatile substance. A small (1 to 2 g) sample of the purge-purified polymer product is taken from the vent of the purge vessel and placed in a headspace analysis vessel (e.g., 20 ml from Perkin Elmer, Inc.), which is then quickly sealed with a septum. and it is closed with an aluminum lid to ensure no pressure. A calibration sample is prepared by injecting 2 μl of 1-hexene into another vessel for headspace analysis.

Для анализа свободного пространства над продуктом в режиме МОП используют автоматическое устройство для отбора проб из свободного пространства над продуктом, такое как устройство для отбора проб из свободного пространства над продуктом Agilent 7694Е, выпускающееся фирмой Agilent Technologies. Сосуды для анализа свободного пространства над продуктом, содержащие очищенный продувкой полимерный продукт и калибровочный образец, нагревают примерно при 100°С в течение примерно 30 мин. Повышение температуры приводит к проходящей в сосуде десорбции из смолы значительной части 1-гексена, содержащегося в образце очищенного продувкой полимерного продукта, и переходу в газовую фазу. Затем газовые фазы, содержащиеся в обоих сосудах, вводят в газовый хроматограф, проводя 4 стадии отбора газа для каждого сосуда, и определяют содержание 1-гексена. Таким образом, для образца очищенного продувкой полимерного продукта и для калибровочного образца получают по четыре площади пиков, из которых рассчитывают полную площадь пиков.For headspace analysis in MOS mode, use an automatic headspace sampling device such as the Agilent 7694E headspace sampling device from Agilent Technologies. Headspace vials containing the purged polymer product and the calibration sample are heated at about 100 ° C for about 30 minutes. An increase in temperature leads to a significant portion of the 1-hexene contained in the sample of the purged polymer product from the resin to be desorbed from the resin into the gas phase. Then, the gas phases contained in both vessels are introduced into the gas chromatograph, carrying out 4 stages of gas sampling for each vessel, and the 1-hexene content is determined. Thus, four peak areas are obtained for the blown polymer sample and for the calibration sample, from which the total peak areas are calculated.

Анализ с помощью хроматографии можно провести с использованием газового хроматографа Sigma 2000, выпускающегося фирмой Perkin Elmer, Inc., снабженного пламенным ионизационным детектором (ПИД), или другого подходящего оборудования для проведения хроматографии. Вместе с хроматографом можно использовать систему обработки полученных с помощью хроматографии данных Hewlett Packard Model 3357, или другую подходящую систему. Полны перечень условий проведения анализа с помощью хроматографии и свободного пространства над продуктом, подходящих для этого анализа, приведен в представленной ниже в таблице 1.Analysis by chromatography can be performed using a Sigma 2000 gas chromatograph available from Perkin Elmer, Inc. equipped with a flame ionization detector (FID), or other suitable chromatographic equipment. A Hewlett Packard Model 3357 chromatographic data processing system or other suitable system may be used with the chromatograph. For a complete listing of chromatographic conditions and headspace analysis suitable for this analysis, see Table 1 below.

Теоретические основы методики МОП объяснены следующим образом. Если в сосуде для образца жидкий или твердый образец находится в равновесии с находящейся над ним газовой фазой (свободным пространством над продуктом), то отношение концентрации летучих компонентов в газовой фазе, C_V, к концентрации в образце, C_S, соответствует коэффициенту распределения, k, компонента между двумя фазами:The theoretical foundations of the MOS technique are explained as follows. If a liquid or solid sample in a sample vessel is in equilibrium with the gas phase above it (free space above the product), then the ratio of the concentration of volatile components in the gas phase, C _V , to the concentration in the sample, C _S , corresponds to the distribution coefficient, k , a component between two phases:

Если из сосуда отбирают образец газовой фазы из свободного пространства над продуктом, то затем после повторного установления равновесия между двумя фазами концентрация конкретного соединения в обеих фазах станет меньше первоначальной концентрации. Однако отношение их концентраций (коэффициент распределения) остается постоянным. Если из свободного пространства над продуктом отбирают другой образец, то соответствующая площадь пика будет меньше, чем площадь пика, соответствующая первому образцу. При продолжении этой процедуры для каждого следующего образца получают пик меньшей площади до тех пор, пока не отобрано все летучее соединение. Сумма площадей всех пиков, соответствующих конкретному соединению, соответствует полному количеству этого соединения, содержащегося в исходном образце. Таким образом, путем проводимого отдельно соотнесения площади пика, соответствующего известному количеству соединения, можно рассчитать полное количество соединения в неизвестном образце.If a sample of the gas phase is taken from the vessel from the headspace above the product, then after re-establishment of equilibrium between the two phases, the concentration of the particular compound in both phases will become less than the initial concentration. However, the ratio of their concentrations (distribution coefficient) remains constant. If another sample is taken from the headspace, the corresponding peak area will be less than the peak area of the first sample. By continuing this procedure, for each subsequent sample, a peak of a smaller area is obtained until all the volatile compound has been collected. The sum of the areas of all peaks corresponding to a particular compound corresponds to the total amount of this compound contained in the original sample. Thus, by separately correlating the peak area corresponding to a known amount of compound, the total amount of compound in an unknown sample can be calculated.

Однако проведение отбора образцов до полного удаления конкретного соединения не является необходимым. Причиной является тот факт, что уменьшение концентрации описывается математической зависимостью для реакции первого порядка. Поэтому, сумма площадей пиков, соответствующая полному количеству содержащегося соединения, можно рассчитать из результатов нескольких проводимых последовательно измерений. В соответствии с математическим описанием реакции первого порядка уменьшение концентрации со временем пропорционально преобладающей концентрации:However, sampling until complete removal of a particular compound is not necessary. The reason is the fact that the decrease in concentration is described by a mathematical relationship for a first order reaction. Therefore, the sum of the peak areas corresponding to the total amount of the compound contained can be calculated from the results of several measurements taken in succession. According to the mathematical description of a first-order reaction, the decrease in concentration over time is proportional to the prevailing concentration:

где С обозначает концентрацию, t обозначает время и m является постоянной.where C is concentration, t is time and m is constant.

Таким образом, концентрация в любой момент времени, t, зависит от исходной концентрации, C_o, и показателя степени т:Thus, the concentration at any point in time, t, depends on the initial concentration, C _o , and the exponent t:

Если отбор газа проводят в пошаговом режиме, таком как методика МОП, через одинаковые промежутки времени, то время t можно заменить на n, число стадий отбора. Поскольку площадь пика пропорциональна концентрации, исходную концентрацию, C_o, можно заменить на площадь пика, соответствующую образцу, полученному на первой стадии отбора (A₁ при n=1) и t можно заменить на n - 1. Другими словами, если t=0, то n=1:If the gas sampling is carried out in a stepwise mode, such as the MOS technique, at regular intervals, then the time t can be replaced by n, the number of sampling stages. Since the peak area is proportional to the concentration of the initial concentration, C _o, can be replaced by the peak area corresponding to the sample obtained at the first sampling stage (A _1, with n = 1) and t can be replaced by n - 1. In other words, if t = 0 , then n = 1:

В уравнении 4 постоянную т, включенную в уравнение 3, заменяют на постоянную m*, которая также включает некоторые параметры оборудования. Уравнение 4 можно записать в следующей форме:In Equation 4, the constant m included in Equation 3 is replaced by a constant m *, which also includes some equipment parameters. Equation 4 can be written in the following form:

Уравнение 5 является уравнением первой степени типа y=ах+b, в котором у=lnA_i и х=m*. Таким образом, с помощью регрессионного анализа из результатов нескольких, т.е. 3-4 измерений, можно рассчитать значение m* (угол наклона линейной зависимости).Equation 5 is a first-degree equation of the type y = ax + b, in which y = lnA _i and x = m *. Thus, using regression analysis from the results of several, i.e. 3-4 measurements, you can calculate the value of m * (slope of the linear relationship).

Полное количество летучего компонента, содержащегося в образце, получают из сумы площадей всех пиков. Сумма площадей пиков соответствует следующей геометрической прогрессии:The total volatile component contained in the sample is obtained from the sum of the areas of all the peaks. The sum of the peak areas corresponds to the following geometric progression:

которую также можно записать, как:which can also be written as:

Регрессионный анализ следует проводить с использованием результатов по меньшей мере трех измерений.Regression analysis should be performed using results from at least three measurements.

Содержание растворенного 1-гексена можно определить по приведенному ниже уравнению:The dissolved 1-hexene content can be determined using the equation below:

где:Where:

S_A обозначает площадь пика, соответствующая 1-гексену, в образце очищенном продувкой полимерного продукта,S _A denotes the peak area corresponding to 1-hexene in the sample purified by the blowing polymer product,

I_W обозначает массу 1-гексена (мг) в калибровочном образце,I _W represents the mass of 1-hexene (mg) in the calibration sample,

I_A обозначает площадь пика, соответствующая 1-гексену, в калибровочном образце, иI _A represents the 1-hexene peak area in the calibration sample, and

S_W обозначает массу образца очищенного продувкой полимерного продукта.S _W denotes the mass of the sample of the purged polymer product.

Специалист с общей подготовкой в данной области техники без труда поймет, что в зависимости от анализируемых летучих веществ в эту процедуру можно внести подходящие и соответствующие изменения.One of ordinary skill in the art will readily understand that, depending on the volatiles to be analyzed, suitable and appropriate changes can be made to this procedure.

Исследование сополимеров полиэтиленаStudy of polyethylene copolymers

Два сополимера полиэтилена получали в газофазном реакторе с псевдоожиженным слоем с использованием в качестве сомономера 1-гексена и с использованием двух разных металлоценовых катализаторов. Первый сополимер полиэтилена обладал плотностью, равной 0,916 г/см³, и его получали с использованием нанесенного на подложку из диоксида кремния бис(пропилциклопентадиенил)диметилгафниевого катализатора, активированного метилалюминоксаном ("катализатор А"). Второй сополимер полиэтилена обладал плотностью, равной 0,920 г/см³, и его получали с использованием нанесенного на подложку из диоксида кремния катализатора - диметилсилил-бис(инденил)цирконийдихлорида, активированного метилалюминоксаном ("катализатор В").Two copolymers of polyethylene were prepared in a gas phase fluidized bed reactor using 1-hexene as a comonomer and using two different metallocene catalysts. The first polyethylene copolymer had a density of 0.916 g / cm ³ and was prepared using a silica-supported bis (propylcyclopentadienyl) dimethylhafnium catalyst activated with methylaluminoxane ("Catalyst A"). The second polyethylene copolymer had a density of 0.920 g / cm ³ and was prepared using a silica-supported dimethylsilyl-bis (indenyl) zirconium dichloride catalyst activated with methylaluminoxane ("Catalyst B").

Образцы очищенного продувкой полимерного продукта отбирали при разных условиях работы продувочного сосуда и их анализировали. Определяли зависимость эффективности очистки продувкой, X_o/X_i, от (S×P)/G для разных типов летучих веществ, извлеченных продувкой из смеси, содержащей полимерный продукт, и наносили на график, представленный на фиг. 2. Для каждого из этих образцов в качестве продувочного газа использовали азот, поэтому модель была упрощена таким образом, что не учитывали параметр М, молекулярную массу продувочного газа, выраженную в единицах фунт/фунт-моль. Анализировали два типа летучих веществ. Одним типом являлось отдельное соединение, 1-гексен ("1-С₆" на фиг. 2). Вторым типом являлась группа соединений, которая включала все соединения, содержащие 6 атомов углерода, являющиеся инертными при реакции полимеризации ("инертные соединения С₆" на фиг. 2). Инертные соединения С₆ включают такие соединения, как гексан, 3-метил-2-пентен, цис- и транс-2-гексен, цис- и транс-3-гексен, 4-метил-2-пентен и 2-этил-1-бутен.Samples of the purified by blowing polymer product were taken under different operating conditions of the blowing vessel and analyzed. Determined the dependence of the purification efficiency by blowing, X _o / X _i , on (S × P) / G for different types of volatiles recovered by blowing from the mixture containing the polymer product, and plotted on the graph presented in Fig. 2. For each of these samples, nitrogen was used as the purge gas, so the model was simplified to disregard the parameter M, the molecular weight of the purge gas expressed in lb / lb-mol. Analyzed two types of volatiles. One type was a single compound, 1-hexene (“1-C ₆ ” in FIG. 2). The second type was a group of compounds that included all compounds containing 6 carbon atoms, which are inert to the polymerization reaction ("inert C ₆ compounds" in Fig. 2). Inert C ₆ compounds include compounds such as hexane, 3-methyl-2-pentene, cis- and trans-2-hexene, cis- and trans-3-hexene, 4-methyl-2-pentene and 2-ethyl-1 -butene.

На фиг. 2 X_VOC обозначает X_o и X_RX обозначает X_i. Таи обозначает время пребывания полимерного продукта в продувочном сосуде. Фактор tau необязательно может быть включен и умножен на X_o/X_i для обеспечения возможности определения эффективности очистки продувкой для разных продувочных сосудов, обладающих разными размерами и временами удерживания, и возможности их относительного сравнения. На фиг 2 показано, что два сорта полимерных продуктов, полученных с использованием катализатора А, очищали продувкой в продувочном сосуде, характеризующемся временем пребывания, примерно равным 1,75 ч, тогда как два сорта полимерных продуктов, полученных с использованием катализатора В, очищали продувкой в продувочном сосуде меньшего размера, характеризующемся временем пребывания, примерно равным лишь 0,86 ч. Если проведение относительного сравнения разных продувочных сосудов не представляет интерес, то в самой модели нет необходимости использовать фактор tau и его можно не учитывать. При сравнении разных продувочных сосудов без учета фактора tau продувочный сосуд большего размера будет обладать лучшими рабочими характеристиками при условии, что все остальные параметры являются одинаковыми, просто потому, что он обладает более значительным размером.FIG. 2 X _VOC stands for X _o and X _RX stands for X _i . Ta is the residence time of the polymer product in the purge vessel. The factor tau can optionally be included and multiplied by X _o / X _i to allow the purge efficiency to be determined for different purge vessels having different sizes and retention times and can be compared relative to them. Figure 2 shows that two grades of polymer products obtained using catalyst A were purified by blowing in a purge vessel having a residence time of approximately 1.75 hours, while two varieties of polymer products obtained using catalyst B were purified by purging in a purge vessel. a smaller purge vessel with a residence time of only about 0.86 hours. If it is not of interest to make a relative comparison between different purge vessels, then the tau factor does not need to be used in the model itself and can be ignored. When comparing different purge vessels without considering the tau factor, a larger purge vessel will perform better, provided all other parameters are the same, simply because it is larger.

Как показано на фиг. 2 очистка продувкой содержащей сополимер полиэтилена смолы, полученной с использованием катализатора А сравнительно менее эффективна, чем очистка продувкой содержащей сополимер полиэтилена смолы, полученной с использованием катализатора В. Таким образом, для обеспечения такой же эффективности очистки продувкой для смол, полученных с использованием катализатора А, необходимо меньшее значение фактора (S×P)/G. Другими словами, для обеспечения такой же эффективности очистки продувкой этих смол можно увеличить значение G, массовую скорость продувочного газа, подаваемого в продувочный сосуд, или и/или уменьшить значение S, производительность реактора при получении полимера, или Р, абсолютное давление внутри продувочного сосуда. Как можно видеть из фиг. 2, для обеих полученных содержащих сополимер полиэтилена смол эффективность очистки продувкой от инертных соединений С₆ ниже, чем эффективность очистки продувкой от 1-гексена.As shown in FIG. 2, purging by purging the polyethylene copolymer-containing resin prepared using Catalyst A is comparatively less efficient than purging by purging the polyethylene copolymer-containing resin prepared using Catalyst B. Thus, to provide the same purging performance by purging the resin prepared using Catalyst A, a smaller value of the factor (S × P) / G is required. In other words, to provide the same purification efficiency by blowing these resins, it is possible to increase the G value, the mass velocity of the purge gas supplied to the purge vessel, or / or decrease the S value, the polymer production capacity of the reactor, or P, the absolute pressure within the purge vessel. As can be seen from FIG. 2, for both obtained polyethylene copolymer-containing resins, the purification efficiency of purging from inert C ₆ compounds is lower than the purification efficiency of purging from 1-hexene.

Все числовые значения являются "примерными" или "приблизительными" указанными значениями и при этом учтены экспериментальные погрешности и отклонения, которые может ожидать специалист с общей подготовкой в данной области техники. Если в настоящем изобретении раскрыты и заявлены единицы измерения, то это сделано лишь для согласованности расчета. Специалист с общей подготовкой в данной области техники без труда поймет, что при измерениях и в формулах, раскрытых в настоящем изобретении, могут быть приемлемы другие единицы измерения и их можно использовать соответствующим образом. Хотя приведенное выше описание относится к вариантам осуществления настоящего изобретения, без отклонения от основного объема настоящего изобретения можно разработать другие и дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения и объем настоящего изобретения определяется приведенной ниже формулой изобретения.All numerical values are “approximate” or “approximate” values indicated and take into account experimental uncertainties and variances that might be expected by one of ordinary skill in the art. If units of measurement are disclosed and claimed in the present invention, this is done only for consistency of calculation. One of ordinary skill in the art will readily understand that in the measurements and formulas disclosed in the present invention, other units of measurement may be acceptable and may be used appropriately. Although the foregoing description relates to embodiments of the present invention, other and additional embodiments of the present invention may be devised without departing from the general scope of the present invention, and the scope of the present invention is defined by the following claims.

Claims

1. A method for purifying a polymer product from volatile substances by blowing, the method includes:

obtaining a polymer product in a reactor;

transferring the polymer product from the reactor to at least one purge vessel;

introducing a purge gas into at least one purge vessel to obtain a purged polymer product;

recovering purified by blowing the polymer product from at least one blowing vessel;

determination of the dependence of the purification efficiency by blowing, Xo / Xi, on (SˣPˣM) / G for one or more types of volatiles recovered by blowing from the polymer product, where:

Xo denotes the concentration of volatiles contained in the recovered, purified, blown polymer product, expressed in ppmw;

Xi represents the concentration of volatiles in the gas phase, expressed in mol%, in the reactor located upstream of the purge vessel;

S denotes the capacity of the reactor, expressed in units (kilopound of polymer) / h;

P represents an absolute pressure within the purge vessel, expressed in units of lbf / in ² abs .;

M is the molecular weight of the purge gas expressed in lb / lb-mol; and

G denotes the mass flow rate supplied to the purge vessel, expressed in units (pounds of purge gas) / hr,

and adjusting at least one of the parameters S, P, M, or G to improve the purge cleaning efficiency.

2. A process according to claim 1, wherein the reactor is a fluidized bed reactor containing a recycle gas loop, and Xi is the mol% concentration of volatiles in the recycle gas.

3. A process according to claim 1, wherein the reactor is a fluidized bed reactor and Xi is the mol% concentration of volatiles in the gas phase at a position within the fluidized bed reactor.

4. A method according to any one of claims. 1-3, in which the dependence is a power dependence.

5. The method according to any one of claims. 1-4, in which at least one purge vessel comprises an upper section and a lower section.

6. The method according to any one of claims. 1-5, further comprising recovering at least a portion of the used purge gas and recycling it to the purge vessel.

7. The method of claim 6, further comprising removing at least a portion of volatiles containing 4 or more carbon atoms from the recovered purge gas prior to being recirculated to at least one purge vessel.

8. The method of claim 6, further comprising removing at least a portion of volatiles containing 3 or fewer carbon atoms from the recovered purge gas, wherein removal is carried out in the lower section of the at least one purge vessel.

9. A method according to any one of claims. 1-8, further comprising determining a minimum fluidization rate for at least one purge vessel and maintaining the flow rate of the purge gas within the purge vessel below the minimum fluidization rate.

10. The method according to any one of claims. 1-9, further comprising maintaining the (SˣPˣM) / G value equal to or less than the target value.

11. The method according to any one of claims. 1-10, further comprising the selection of one or more volatiles selected from the group consisting of 1-hexene, 3-methyl-2-pentene, cis- and trans-2-hexene, cis- and trans-3-hexene, 4-methyl-2-pentene and 2-ethyl-1-butene.

12. The method according to any one of claims. 1-11, further comprising introducing steam into at least one purge vessel.

13. The method according to any one of claims. 1-12, in which the purge gas is nitrogen.

14. A system designed to purify a polymer product from volatile substances by blowing a method according to any one of claims. 1-13, the system includes:

a reactor system suitable for producing a polymer product;

at least one purge vessel;

a system for transferring the polymer product from the reactor system to at least one purge vessel;

a system for introducing a purge gas into at least one purge vessel to produce a purged polymer product;

the first analyzer designed to determine the concentration of volatile substances in the vapor space of the purged polymer product;

and

a second analyzer for determining the concentration of at least one volatile substance in the gas phase located in a reactor located upstream of the purge vessel.

15. The system of claim 14, further comprising a sieve for sieving the purged polymer product.