CZ95399A3

CZ95399A3 - Náplň pro biologický filtr ke zpracování fluidních látek a způsob výroby této náplně

Info

Publication number: CZ95399A3
Application number: CZ99953A
Authority: CZ
Inventors: Hans-Joachim Bittner
Original assignee: Norddeutsche Seekabelwerke Gmbh
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-12-15
Also published as: BG62923B1; DE19821577A1; NO316851B1; NO991362D0; TR199900629A2; EP0949208B1; EP0949208B8; NO991362L; HUP9900704A3; PL332014A1; SI0949208T1; PL192939B1; HUP9900704A2; PT949208E; CZ297705B6; TR199900629A3; ATE218117T1; HU9900704D0; DK0949208T3; HU221409B1

Description

Způsob řízeni polymeračního reaktoru s fluidnim ložem a plynnou fází.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řízení činnosti polymeračního reaktoru s fluidnim ložem za účelem zkrácení doby a snížení množství přechodových operací při přechodu z jednoho typu produktu do jiného nebo při kontrolování výkyvů v ustáleném stavu výroby.

Dosavadní stav techniky

Technologie fluidního lože u polymeračních reaktorů v současnosti užívaných může být přizpůsobena k produkci široké škály produktů. To platí zvláště pro výrobu polyethylenu. Není neobvyklé požadovat, aby jeden systém produkoval pryskyřice, které mohou být užívány při tvarování produktů vstřikováním, vyfukováním nebo rotací, povlékání drátů, výrobě trubek, hadic a filmů. Technologie fluidního lože může být použita při výrobě široké škály polyolefinových produktů, například homopolymerů a ... kopolymerů polyethylenu, polypropylenu, alfa, olefinů . . obsahujících 4 až 12 atomů uhlíku, monomeru ethylenpropylen-dien (EPDM), polybutadienu, polyisoprenu a jiných pryží. Obecně polymerní produkty vyrobené daným reaktorovým systémem užívají stejných reaktantů, ale v rozdílných poměrech a při odlišných teplotách. Každý z těchto vyrobených polymerních produktů může být různého druhu s .

- 2 řadou různých vlastnosti. Každý druh polymerniho produktu má úzký rozsah vlastnosti, například hustotu a index toku taveniny.

Doba, po kterou je reaktor používán k výrobě určitého typu polymeru, závisí na požadavcích trhu na tento produkt. Některé produkty mohou být vyráběny řadu týdnů beze změn. Jiné produkty jsou vyráběny daleko kratší dobu. Průmyslové reaktory však bohužel potřebují určitou dobu k nastavení nových podmínek (například teploty, reakčních tlaků a poměru reaktantů), při které je vyráběn produkt, jehož vlastnosti se stále mění, ale nemá požadované vlastnosti (například index toku taveniny a hustotu) ani předchozího, ani nového produktu. Nový produkt nemůže být vyráběn okamžitě a vyžaduje určitou přechodnou dobu, než se nastaví na nové, žádané podmínky. Obdobně reaktory pracující za fixních podmínek, to je v ustáleném stavu, mohou vykazovat výchylky, které vedou k produkci nestandardních látek. Tyto nestandardní látky představují ekonomické ztráty a je žádoucí jejich tvorbu minimalizovat.

Obecně jsou průmyslové řídící systémy pro polymerační reaktory s fluidním ložem s plynovou fází navrhovány tak, aby umožňovaly obsluze řídit reaktor tím, že umožňují obsluze výběr požadované hodnoty indexu toku taveniny a hustoty. Korelace mezi těmito faktory je běžně známá obsluze a odborníkům v oboru pro konkrétní typ reaktoru a použitý katalyzátor.

Ve stavu techniky je popsáno množství metod, jak snížit množství přechodného, nestandardního materiálu. Tyto metody obvykle představují nějakou kombinaci nastavení automatických řídících prvků průtoku/poměru na nové hodnoty, buď na úroveň nebo nad konečné požadované hodnoty

- 3 (nastaveni změny a nadsazeni), úplného odstraněni reaktantového plynu (vyfouknuti zásoby plynu) sníženi úrovně katalyzátoru (nízké lože) a přidání nereaktivního plynu (přídavek dusíku).

Patentový spis DE 4 241 530 popisuje použití ukončovacího plynu pro zastavení polymerační reakce, _ +- 1-ί1 i- r\ razaVrÍ ·7 rQpVtnrn p OriPtné

ULiO L. -L cnicin pjujxxux yxo ^u vytvoření zásoby plynu pro nový produkt. Tato metoda snižuje množství přechodného materiálu. Náklady spojené s odstraněním staré zásoby plynu a vytvořením nové zásoby jsou příliš vysoké pro komerční přechody mezi velmi podobnými druhy. Proto se většina přechodů mezi různými druhy stejného materiálu provádí nastavením reakčních podmínek.

McAuley a kolektiv (Optimal Grade Transitions in a Gas Phase Polyethylene Reactor, AIChE J., svazek 38, číslo 10: 1992, strany 1564-1576) popisuje tři manuální, na práci náročné přechodové strategie pro reaktory na výrobu polyethylenu v plynné fázi. První je nastavení řídících prvků tak, že se nadsadí hodnoty indexu toku taveniny a hustoty. Přívod vodíku a komonomeru je zvýšen, aby bylo dosaženo stanovených vlastností. Skutečně požadované hodnoty nastavení jsou zadány, když čidlo indikuje, že je produkován žádaný produkt. Druhá představuje zvýšení teploty a manipulaci s odvzdušňovacim ventilem tak, .aby_ došlo k posunutí indexu toku taveniny vyráběného produktu. Třetí je pokles úrovně katalyzátoru nižšího lože, zatímco doba zádrže pryskyřice se udržuje konstantní, aby se snížila produkce nestandardních produktů.

Debling a kol., Dynamic Modeling of Product Grade Transitions for Olefin Polymerization Processes, AIChE J.‘,

- 4 svazek 40, číslo 3: 1994, strany 506-520) srovnává prováděni přechodu různých typů polyethylenových reaktorů. Článek pojednává o sedmi oddělených manuálních přechodových pracovně náročných strategiích: (1) nastavení konečné cílové změny; (2) vyfouknutí zásoby plynu a jednoduché nastavení změny; (3) nízké lože a jednoduché nastavení změny; (4) vyfouknutí zásoby plynu a nadsazení změněných hodnot indexu toku taveniny a hustoty; (5) nízké lože, vyfouknutí zásoby plynu a nadsazení změněných hodnot; (6) nízké lože a nadsazení změněných hodnot; a (7) vyfouknutí zásoby plynu, nadsazení a přídavek dusíku.

I přes tyto široké možnosti dosažitelných postupů, přetrvává potřeba a požadavek redukovat množství nestandardních látek produkovaných během přechodu k novému druhu produktu nebo během výroby za ustáleného stavu.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je poskytnout metodu redukce množství nestandardních látek produkovaných během přechodu mezi druhy nebo během výroby za ustáleného stavu.

Dalším úkolem vynálezu je poskytnout metodu redukce doby přechodu a objemu materiálů tvořených při přechodu od jednoho polymerniho produktu k druhému produktu podobného chemického s 1 o žení al e odlišných vlastností.

V souladu s těmito a jinými úkoly vynálezu, které jsou dále ozřejměny, je způsob podle vynálezu použit v reaktoru s nastavitelnými hodnotami indexu toku taveniny, reakční teploty, parciálních tlaků reaktantů a úrovně katalyzátoru v reaktoru produkujícím polymerni produkt ve fluidním loži katalyzátoru při přechodu od prvního produktu vyráběného

- 5 při první teplotě a prvním souboru podmínek ke druhému produktu vyráběnému při druhé teplotě a souboru podmínek, ať už při přechodu mezi produkty nebo během výroby specifického produktu za ustáleného stavu vykazujícího standardní výchylky, a zahrnuje tyto kroky:

a) porovnání první a druhé reakční teploty, změnu nastavení reakční teploty produktu na reakcm teplotu druhého produktu, pokud je reakční teplota druhého produktu nižší než reakční teplota prvního produktu,

b) nastavení zvoleného indexu toku taveniny, který je buď o 0 až 150 % vyšší, nebo o 0 až 70 % nižší, než požadovaná hodnota indexu toku taveniny druhého produktu,

c) nastavení zvolené reakční teploty, která je 1 až 15 °C nad žádanou reakční teplotou druhého produktu, pokud je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu vyšší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu, nebo 1 až 15 °C pod skutečnou reakční teplotou druhého produktu, pokud je index toku taveniny druhého produktu nižší, než index toku taveniny prvního produktu,

d) nastavení parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce, který je: o 1 až 25 psig (6,9 až 172,4 kPa) buď pod parciálním tlakem reaktantu limitujícího rychlost tvorby prvního produktu, jestliže je hodnota indexu toku_tayeniny druhého__produktu vyšším než hodnota _ _ indexu toku taveniny prvního produktu, nebo nad parciálním tlakem reaktantu limitujícího rychlost tvorby prvního produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu nižší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu;

e) udržováni takto nastavených hodnot indexu toku taveniny, teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce, dokud uvedený polymeračni produkt nevykazuje průměrný index toku taveniny a průměrnou hodnotu hustoty produktu v přijatelném rozmezí požadovaných hodnot indexu toku taveniny druhého produktu a hustoty druhého produktu;

f) změnu uvedeného nastavení indexu toku taveniny na požadovanou hodnotu indexu toku taveniny druhého produktu;

g) změnu nastavení uvedené reakční teploty produktu na hodnotu, která je: (i) o 0 až 15 °C nad uvedenou požadovanou hodnotou reakční teploty druhého produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu vyšší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu, nebo (ii) o 0 až 15 °C pod uvedenou požadovanou hodnotou reakční teploty druhého produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu nižší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu;

h) změnu uvedeného nastavení parciálního tlaku limitujícího reakční rychlost na hodnotu, která je: (i) o 0 až 25 psig (0 až 172,4 kPa) buď pod parciálním tlakem limitujícím rychlost reakce druhého produktu, jestliže je hodnota druhého indexu toku taveniny vyšší než hodnota prvního indexu toku taveniny, nebo (ii) o 0 až 25 psig (0 až 172,4 kPa) nad parciálním tlakem limitujícím rychlost reakce druhého produktu, jestliže je hodnota druhého indexu toku taveniny nižší než hodnota prvního indexu toku taveniny; a

i) změnu nastavení hodnot reakční teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce na žádanou hodnotu reakční teploty druhého produktu a hodnotu

- 7 parciálního tlaku druhého reaktantu limitujícího rychlost reakce, když reakční produkt vykazuje průměrnou hodnotu indexu toku taveniny v přijatelném rozmezí hodnot indexu toku taveniny druhého produktu.

Způsobem podle vynálezu se doba přechodu zkrátí a množství nestandardního materiálu produkovaného během přechodového období se sníží pomocí řízeného nastavení reakční teploty a nastavení tlaku monomeru limitujícího rychlost reakce. Řídící systém může dále redukovat dobu přechodu učiněním opatření pro odstranění vodíku v reakčním plynu. Způsob řízení podle vynálezu je vhodný pro automatické řízení reakce v polymeračním reakčním systému, který užívá počítačového monitorování vlastností produktu a úpravy nastavených hodnot.

Stručný popis nákresů

Obrázky 1 a 2 jsou vývojové diagramy ilustrující kroky používané ve stavu techniky k provedení manuálního přechodu od prvního produktu ke druhému produktu.

Obrázky 3 až 5 jsou vývojové diagramy srovnávající manuální řízení a automatický způsob přechodu využívající vazby na existující dynamický model reaktorového systému.

’Děťailnípbpis””” ' =—- ’ · - .. — ·· ·

Vynález je veden na způsob snížení objemu nestandardního materiálu v reaktoru určeném k polymeraci olefinů, který využívá plynného olefinu limitujícího rychlost reakce. Konkrétně je objem nestandardního materiálu produkovaného při přechodu z prvního typu produktu na druhý typ produktu nebo při výkyvech v rámci

- 8 výroby za ustáleného stavu určitého typu produktu redukován nastavením zvolené teploty stejně jako nastavením parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce. Kombinace těchto dvou řídících prvků zvyšuje rychlost, se kterou reaktor přechází k výrobě požadovaného produktu. Objem nestandardního materiálu je samozřejmě v přímém vztahu k době, která je u reaktoru zapotřebí pro přechod od prvního souboru podmínek (teplota, parciální tlak, poměr monomerů atd.) do druhého souboru požadovaných podmínek. Parciální tlak reaktantu limitujícího rychlost je jednou z indicií.

Ke zkrácení doby přechodu je možno také použít koncentraci vodíku v zásobě plynu v reaktoru. Jelikož vodík ukončuje polymerační reakci, může mít i malé množství vodíku v reaktoru výrazný vliv na hodnotu průměrného indexu toku taveniny. Koncentrace vodíku může být přizpůsobena odpuštěním relativně malého množství, například 1 až 8 hmotnostních procent, výhodně kolem 3 až 6 hmotnostních procent, ze zásoby plynu nebo vedením části celkové zásoby plynu přes hydrogenační katalyzátor v paralelním systému s fixním nebo fluidním ložem. Hydrogenace převede určité množství olefinu na inertní alkan, který pak vytváří zředění.

Uvedený řízený proces může být prováděn pomocí řady různých reaktorových září zení vhodných k.,provádění __ katalytických polymerací v plynné fázi ve fluidním loži. Je možné použít jednoho nebo více reaktorů v sériovém nebo paralelním uspořádání. Obvykle jsou takové reaktory konstruovány pro komerční využití a mají vhodné řídící systémy dovolující nastavení zvolených hodnot indexu toku taveniny, reakční teploty produktu, poměru reaktantů.

poměru přívodu, parciálního tlaku reaktantů a úrovní katalyzátoru v reaktoru. Nejvýhodnější reaktor je dodáván pod značkou UNIPOL® firmou Union Carbide Coproration, Danbury, Connecticut. Viz také patentový spis US 4 302 565 a US 4 482 687, na které se tímto odkazuje.

Řídícím postupem podle vynálezu lze řídit jakýkoli polymerační katalyzátor, který může být užit v reaktoru. Mezi vhodné katalyzátory patří katalyzátory ZieglerNattovy, katalyzátory obsahující přechodné kovy, metaloceny a sloučeniny prvků vzácných zemin. Katalyzátor může být rozpustný, nerozpustný, na nosiči i bez nosiče.

Polymery, které mohou být produkovány způsobem podle vynálezu jsou obecně olefinické polymery. Mezi takové produkty patří například homopolymery ethylenu; homopolymery propylenu; kopolymery ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 uhlíkových atomů; terpolymery ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 atomů uhlíku a dienu. Jako příklady konkrétních polymerních produktů, které mohou být připraveny, lze uvést kopolymer ethylen-propylen, kopolymer ethylen-buten, kopolymer ethylen-hexan a ethylenpropylendienové pryže, kopolymery propylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 4 až 12 uhlíkových atomů (jako je kopolymer propylen-buten a propylenhexanový kopolymer), , polybutadien.....a.„polyi.sopren...

Reakční podmínky a katalyzátory užité v řízeném procesu jsou běžně užívané pro výrobu těchto produktů. Obecně se zásoba plynu v reaktoru kompletně vymění až asi 5 krát za hodinu (< 5 GHSV), výhodně je GHSV asi 0,5 až 3. Zásoba katalyzátoru ve fluidním loži se obmění každé 2 až 4 hodiny (0,25 - 0,5 CSV).

- 10 Řízený proces podle vynálezu užívá nastavení parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce k urychlení přechodu na požadovaný produkt. Pro každý určitý produkt je reaktant limitující rychlost reakce odborníkovi v oboru známý. Obecně je však ethylen reaktant limitující rychlost reakce při polymeraci s butenem, hexenem, oktenem nebo kombinací butenu a hexenu; propylen je reaktantem limitujícím rychlost reakce při polymeraci s butenem, hexenem, oktenem nebo kombinací butenu a hexenu; ethylen je reaktantem limitujícím rychlost reakce při polymeraci s propylenem při výrobě ethylenpropylenových pryží (EPR). Pro homopolymery je faktorem limitujícím rychlosti reakce koncentrace monomerů. Vynález je zde dále popsán ve vztahu ke kopolymerům ethylenu a hexenu, u kterých je reaktantem limitujícím rychlost reakce ethylen.

Přechod obecně vychází z původních pracovních podmínek, při kterých je vyráběn první produkt, vykazující první hodnotu indexu toku taveniny (nebo jiné vyjádření změny molekulové hmotnosti, například index toku, tokové poměry a příbuzné standardní metody) při nastavení první reakční teploty a nastavení první koncentrace reaktantu limitujícího rychlost reakce. Požadovaný druhý produkt bude mít odlišné hodnoty indexu toku taveniny a poměru přívodu reaktantů, které jsou buď menší nebo větší. Změn hodnot teploty a p.arcialniho^tjaku_ reaktantu limitujícího rychlost reakce je užito ke zkrácení doby potřebné pro to, aby katalyzátorové lože začalo produkovat nový produkt. Důležité je, že přechod může nastat mezi ustáleným stavem pracovních podmínek a nebo při zvoleném souboru podmínek v rámci přijatelné horní a dolní hranice daného ustáleného stavu výrobního procesu.

- 11 Určité změny nastavených hodnot jsou použitelné k vyvoláni a k řízení přechodu od jednoho produktu k druhému. V závislosti na specifickém systému a na rozsahu dostupného počítačového řízení procesu je obsluha schopna měnit nastavené hodnoty indexu toku taveniny, reakční teploty, rychlosti přívodu vodíku, rychlosti přívodu a/nebo parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce, rychlosti přívodu a/nebo parciálního tlaku komonomeru a úrovně katalyzátoru v reaktoru.

Obecně závisí změny v požadovaném indexu toku taveniny na rychlosti, kterou je do systému zaváděn vodík, a jsou přímo úměrné změnám nastavených hodnot reakční teploty. Naopak parciální tlak reaktantu limitujícího rychlost reakce a rychlost odvádění vodíku jsou nepřímo úměrné změnám indexu toku taveniny. Jinak řečeno, zvýšení hodnoty indexu toku taveniny je doprovázeno zvýšením teploty, ale snížením parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce a rychlosti odvádění vodíku.

Pro řídící proces podle vynálezu může být nastavení teploty změněno před nebo současně se změnou nastavení parciálního tlaku ethylenu a rychlosti přívodu vodíku, aby došlo ke změně průměrné hodnoty indexu toku taveniny reakčního produktu v katalyzátorovém loži. Změna nastavení indexu toku taveniny, nezávisle na tom, zda je nastaven přímo nebo vypočten, by měla být o 0 až 150 % vyšší, než · cílové nastavení pro nový produkt, jestliže je index toku taveniny druhého produktu vyšší než index toku taveniny prvního produktu, nebo o 0 až 70 % nižší, jestliže je index toku taveniny druhého produktu nižší než index toku taveniny prvního produktu. Změny indexu toku taveniny budou doprovázeny změnami koncentrace vodíku.

- 12 Průměrná hodnota indexu toku taveniny může být stanovena analýzou odebraných vzorků nebo in-line pomocí automatických analyzátorů. Konkrétní odběr vzorků může být prováděn každé 2 až 4 hodiny. In line analyzátory provádí takovéto testy 3 až 4 krát za hodinu.

Řízení pomocí nastavení teploty a parametrů u reaktantu limitujícího rychlost reakce může být užito k urychlení rychlosti přechodu k novému produktu bez narušení požadovaných vyvážených reakčních poměrů uvnitř katalyzátorového lože. Poté, co je nastavena nová hodnota indexu toku taveniny, nastavená hodnota teploty se změní na hodnotu v rozsahu od 1 do 15 °C od cílového nastavení pro výrobu nového produktu v ustáleném stavu (nad starou hodnotu nastavení, jestliže index toku taveniny roste, nebo pod starou hodnotu nastavení, jestliže index toku taveniny klesá) a hodnota nastavení parciálního tlaku ethylenu se změní na hodnotu v rámci asi 1 až 25 psig (6,9 až 172,4 kPa) od cílového nastavení (pod starou hodnotu nastavení, jestliže index toku taveniny roste, nebo nad starou hodnotu nastavení, jestliže index tou taveniny klesá). Konkrétní provedení těchto změn bude záviset na existujícím zařízení (hardwaru), přičemž změny se mohou provádět pomocí řady diskrétních kroků nebo.spojitě.

Když je dosaženo nastavených hodnot teploty a = parciálního tlaku ethylenu, reaktor se udržuje v- rozsahu ± 10 %, výhodně ± 5 %, od nastavených hodnot, dokud produkt v katalyzátorovém loži nezačne dosahovat cílové hodnoty indexu toku taveniny nového produktu. Celkový tlak v reaktoru se může také nechat pohybovat ve stanoveném rozmezí horní a dolní hranice, obecně asi v rozmezí ± 20 % a výhodně asi ± 10 %. Další seřízení nastavení cílové

- 13 reakční teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce zvyšuje rychlost přechodu a zkracuje dobu potřebnou pro začátek výroby produktu v přijatelném rozmezí vlastností (to je index toku taveniny a hustota).

Je třeba mít na paměti, že složení zásoby plynu v polymeračním reaktoru může být změněno na nové daleko dříve, než začne katalytické lože produkovat nový produkt. Složení plynu může být například nastaveno během asi 15 minut, ale tento reaktor nezačne obecně produkovat nový produkt dříve než za 2 až 6 hodin, dokonce ani při použití způsobu podle tohoto vynálezu. Tuto setrvačnost lože lze kvantitativně popsat příslušnými známými diferenciálními rovnicemi popisujícími přechod hmoty, kterých se používá k tvorbě počítačových modelů reakčních systémů. Změny teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce tedy fungují jako faktory způsobující změny v reakčním systému.

Když index toku taveniny zjištěný na základě analýzy vzorků dosáhne hodnoty, kdy setrvačnost lože naznačuje změnu, nebo leží uvnitř přijatelného rozmezí pro žádaný produkt, nastavené hodnoty jsou změněny na hodnoty odpovídající cílovým hodnotám nového produktu za ustáleného stavu, takže reaktor může začít pracovat ustáleně a produkovat shodný typ polymeru. Stav techniky popisuje toto snížení rychlosti změn jako zpětnou fázi přechodu, to - -- — znamená návrat k ustálenému stavu.

Během zpětné fáze jsou nastaveny teplota a parciální tlak reaktantu limitujícího rychlost reakce na hodnoty odpovídající cílovým hodnotám, čímž se sníží intenzita změn v loži a dosáhne se ustáleného stavu. Hodnota reakční teploty se přestaví na hodnotu, která je 0 až 15 °C bůď pod

- 14 cílovou hodnotou, jestliže index toku taveniny směrem ke své nové cílové hodnotě roste, nebo nad cílovou hodnotu, jestliže index toku taveniny ke své nové cílové hodnotě klesá. Obdobně parciální tlak ethylenu je nastaven o 0 až 25 psig (0 až 172,4 kPa) pod cílovou hodnotou, jestliže index toku taveniny směrem ke své nové cílové hodnotě roste, nebo o 0 až 25 psig (0 až 172,4 kPa) nad cílovou hodnotu, jestliže index toku taveniny ke své nové cílové hodnotě klesá. Jelikož rychlost změn indexu toku taveniny produktu se zpomaluje a dosahuje hodnot v rámci přijatelného rozmezí kolem hodnoty cílového indexu toku taveniny, je třeba častého a pečlivého sledování indexu toku taveniny. Když index toku taveniny produktu začne spadat do přijatelného rozmezí mezi horní a dolní hranicí, nastaví se hodnoty teploty a parciálního tlaku ethylenu na své cílové hodnoty. Reaktor je pak řízen tak, aby se udržoval v ustáleném stavu.

V některých případech může být použito k určení doby změny nastavených hodnot zkušeností obsluhy nebo počítačových modelů, ovšem s tím rizikem, že změna nastavení hodnot, která přišla příliš brzy nebo příliš pozdě, prodlouží zpětnou fázi přechodu, prodlouží dobu přechodu a zvýší množství vyprodukovaného nestandardního materiálu.

Řízení přechodu pomocí počítačových modelů

Další snížení objemu přechodového nestandardního materiálu a snížení pracovní náročnosti řízení při výrobě za ustáleného stavu může být dosaženo řízením nastavení teploty, parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce a odvodu vodíku pomocí existujících počítačových

- 15 modelů reaktoru. Takovýto model může být užit jako expertní databáze, která bude řídit strategii přechodu a určovat kritické body vstupů. Takovýto systém bude obecně zahrnovat sérii rozhodovacích bloků jestliže-pak a větvení hledající detailní odpověď v databázi předem určených odpovědí v závislosti na použitém specifickém systému. Detaily vytváření počítačového modelu reaktorového přechodu a pracovních podmínek za ustáleného stavu patří ke stávající úrovni praktických znalostí odborníka v oboru, takže není třeba poskytovat vyčerpávající informace o potřebných technikách a matematických vztazích. Viz publikaci Ignizio, Introduction to Expert Systems: The Development and Implementation of Rule-Based Expert Systems, McGraw-Hill (1991), na kterou se tímto odvolává.

Expertní řídící systém je zvláště vhodný pro automatické řízení hodnot teploty, reaktantu limitujícího rychlost reakce, odvodu vodíku a načasování jakýchkoli změn. Pro jednoduchost je expertní systém popsán s odkazem na přechod k produktu s vyšším indexem toku taveniny, který vyžaduje snížení nastavení hodnoty teploty (podsazení) a zvýšení (nadsazení) nastavení hodnot pro reaktant limitující rychlost reakce a odvod vodíku. Ve skutečnosti je rychlost odvodu vodíku obecně nastavená na 0, aby se veškerý přebytečný vodík zadržel. Stejné zásady a vztahy lze aplikovat v opačném případě, to znamená v případě přechodu k nižšímu indexu toku taveniny, který vyžaduje snížení nastavení hodnoty teploty a zvýšení nastavení hodnot parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce a odvodu vodíku na začátku přechodu.

Stejné principy řízení a kontroly jako pro přechod mezi druhy polymerů jsou užity také pro řízení výroby za

- 16 ustáleného stavu pomoci sledování vlastností produktu a úpravou podmínek, pokud se jeví, že se vlastnosti produktu začínají posouvat od střední hodnoty k extrémům přijatelných hranic. Automatické porovnávání vyráběného produktu se zadaným souborem přijatelných horních a dolních hranic stejně jako se střední hodnotou požadovaných vlastností (například oblast na grafu objem -vlastnosti, kam spadá alespoň 50 % objemu produktu) dovoluje počítači provádět korekce před tím, než je produkován nestandardní materiál. Systém bude monitorovat vlastnosti produktu a, pokud to bude nezbytné, měnit nastavení původních hodnot na nové hodnoty, jako způsob dosažení výroby standardního materiálu ustálené kvality v reaktoru.

Použití počítače má oproti manuálnímu řízení řadu výhod. Automatické řízení přinejmenším snižuje požadavky na obsluhu a zjednodušuje proces řízení. Důležité je, že počítačové řízení dovoluje obsluze přímo zadávat nové cílové hodnoty indexu toku taveniny a hustoty. S náležitými databázemi vztahujícími tyto hodnoty na konkrétní reaktor, katalyzátor, přívodní poměry atd. bude počítač interpretovat potřebné nadsazení/podsazení nastavených hodnot teploty, parciálních tlaků reaktantů, poměrů reaktantů, stejně jako rychlosti odvodu vodíku.

Jak bylo uvedeno výše, udržování nadsazených hodnot — příliš dlouhou nebo příliš krátkou dobu prodlužuje dobu - přechodu a zvyšuje objem produkovaného nestandardního materiálu. Pomocí řídícího systému navázaného na přesný počítačový model reaktoru vhodnou sérií rozhodovacích bloků jestliže-pak může být automaticky řízeno načasování a doba trvání jakýchkoli nadsazených nebo podsazených nastavených hodnot. Zvláště vhodné je mít model pracující.

- 17 na stejném počítači jako řídící systém, takže data mohou být zapisována více méně kontinuálně do společného datového souboru, který je načítán řídícím systémem pro provádění změn v nastavení a aktualizaci informací o době trvání. Takovýto model řízeného přechodu je schopen seřídit nastavení hodnot na základě informací modelu reakčního produktu častěji, než je to možné při manuálním nastavení, i když je založeno na měření vlastností in-line. Doba přechodu a množství nestandardního materiálu se tak snižuje na minimum.

Obrázky

Vynález může být také popsán s odkazem na připojené obrázky. Obrázky 1 a 2 popisují typické schéma manuálního řízení, které tvoří stav techniky, při přechodu od prvního produktu ke druhému produktu, který má vyšší index toku taveniny a hustotu.

Reaktor na počátku pracuje za ustáleného stavu a vyrábí první produkt. Poté je učiněno rozhodnutí přejít na produkt 2 o nové receptuře, to znamená poměru reaktantů, reakční teplotě, poměru vodík/monomer atd. Operátor poté sníží úroveň katalytického lože na nízkou, přechodovou úroveň. Dále jsou provedeny více či méně současně 4 operace.

Za prvé, katalytické lože je udržováno na nízké, přechodové úrovni po dobu 2 hodin a poté se zvyšuje postupně na svou normální, výrobní úroveň. Za druhé, na řídícím panelu teploty je zadáno nové nastavení teploty pro výrobu druhého produktu a ponechává se proběhnout změna na novou nastavenou hodnotu a dále se udržuje konstantní. Za. třetí a za čtvrté, operátor vybírá nové poměry vodíku ku

- 18 ethylenu, vodíkový poměr, a pro komonomery nadsazeni požadované hodnoty, to znamená, že nastavená hodnota je nad hodnotou v ustáleném stavu - cílovou hodnotou - nového produktu. Výběr míry nadsazení se provádí na základě zkušenosti a udržuje se pak asi 2 hodiny. Poměry jsou pak znovu nastaveny na cílové hodnoty pro nový produkt a jsou na této úrovni udržovaný, dokud reakční produkt nevykazuje požadovanou hodnotu indexu toku taveniny a hustoty. Doba přechodu je asi 12 hodin.

Na obrázcích 3 až 5 je uveden diagram způsobu řízení podle vynálezu. Úvodní kroky jsou stejné: reaktor na počátku pracuje v ustáleném stavu, úroveň lože je snížena na přechodovou úroveň a udržována zde po dobu 2 hodin.

Na rozdíl od předchozího způsobu, kde se přímo nastavuje teplota příslušící novému produktu, u tohoto postupu se posuzuje, zda nová teplota je nad nebo pod teplotou prvního reakčního produktu. Jestliže je druhá teplota nižší, nastavené hodnoty vlastností se nezmění a teplota reaktoru sjíždí v postupných krocích nebo mírným gradientem. Jestliže je druhá teplota vyšší než první, nastavené hodnoty vlastností se změní současně s nastavením nové teploty. Tato analýza je zvláště užitečná při reaktorových operacích. Jelikož jsou pryskyřice vyráběny blízko teplot, při kterých lepí, manipulace při přechodu v reaktorů žá^neměnných teplot pomáhá’zabraňovat nalepování.

Při expertním způsobu 2 je užito počítačového modelu k nastavení podsazených nebo nadsazených hodnot teploty, parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce (například parciálního tlaku ethylenu nebo C2PP) a rychlosti odvodu vodíku (například odvzdušňovacího ventilu) a doby jejich trvání podle hodnot indexu toku taveniny a

- 19 hustoty zadaných do počítačového modelu ve vztahu k původním podmínkám za ustáleného stavu. Změny reakčního produktu a reakčních podmínek jsou monitorovány a upravovány tak, aby bylo dosaženo optimální cesty přechodu podle reaktorového modelu. Nastavené hodnoty jsou měněny tak, jak je nezbytné pro minimalizaci doby přechodu.

Počítačem řízený system muže být také použit jako systém kontroly kvality při monitorování vyráběného produktu a vedení přechodu zpět k požadovanému ustálenému operačnímu rozmezí, to je první produkt (produkt měněný) a druhý produkt (cílový produkt) jsou v přijatelných hranicích určitého stejného požadovaného typu produktu. Takové systémy mohou být řízeny na základě zásad, které jsou zde popsány, za účelem změny použitých nastavení a dosažení toho, aby systém vyráběl produkty v přijatelném rozmezí požadovaných vlastností.

Vynález může být vysvětlen ve vztahu k následujícím příkladům provedení.

Příklady provedení

Příklad 1

Řídící metoda podle vynálezu byla aplikována na polymerační reakci v plynné fázi mezi ethylenem a hexenem v .... _{reaktoru s f}luidnim ložem. Přechod od prvního typu produktu · .

ke druhému typu produktu vyžadoval následující změny: zvýšení indexu toku taveniny o 56 %, nárůst hustoty o 0,023 g/cm³ a snížení teploty o 20 °C. Došlo ke změně katalyzátoru z kapaliny na bázi titanu na suchý katalyzátor na bázi titanu, zatímco úroveň lože byla udržována konstantní.

- 20 Přechod byl zahájen změnou řady řídicích nastavených hodnot. Index toku taveniny byl nastaven na hodnotu o 25 % vyšší, než cílová hodnota požadovaného nového produktu. Hustota byla nastavena na hodnotu o 0,002 g/cm³ pod cílovou hodnotou nového produktu. Teplota byla nastavena tak, aby překračovala o 2 °C cílovou teplotu pro výrobu nového produktu za ustáleného stavu. Parciální tlak ethylenu byl snížen o 46 psig (317,2 kPa) . Molárni poměry vodíku ku ethylenu (H2/C2) a hexenu ku ethylenu (C6/C2) byly současně vypočteny z těchto nových nastavených hodnot. Do reaktoru bylo přidáno značné množství vodíku a hexenu.

Po 5 hodinách dosáhl průměrný index toku taveniny v loži cílového stupně. V tomto bodě byla nastavená hodnota indexu toku taveniny změněna na konečnou cílovou hodnotu produktu. Nastavená hodnota teploty byla snížena o zbývající 2 °C na konečnou hodnotu reakční teploty cílového produktu. Parciální tlak ethylenu byl zvýšen o 3 psig (20,7 kPa). Odvzdušňovací ventil byl otevřen na dobu 45 minut, aby se umožnil odchod přebytku vodíku z reaktorové zásoby.

Po 6 hodinách byla průměrná hustota v loži v přijatelném rozmezí cílové hustoty. Nastavení hustoty bylo potg změněno na cílovou hodnotu pro konečný produkt. Index toku taveniny zůstal na své cílové hodnotě, a tak bylo u všech řídicích veličin dosaženo ustáleného stavu. « =- = .=^, =„ .

Příklad 2

U reakce v plynné fázi podle příkladu 1 byl proveden přechod manuální metodou popsanou ve stavu techniky. Katalyzátorem jak pro původní, tak pro konečný produkt, byl suchý katalyzátor na bázi titanu.

- 21 Přechod byl započat zvýšením rychlosti vodíku přiváděného do reaktoru až do okamžiku dosažení okamžitého indexu toku taveniny o 25 % nad konečnou cílovou hodnotou. Přívod hexenu byl manuálně otevřen, dokud nebylo dosaženo cílové hodnoty hustoty. Nastavení teploty bylo sníženo na konečnou cílovou hodnotu. Celkový tlak v reaktoru byl udržován v zásadě konstantní. Bylo přidáno značné množství hexenu a vodíku.

Poté, co došlo k překročení hodnoty indexu toku taveniny, poměr H2/C2 byl udržován. Obdobně byl po dosažení hodnoty hustoty v přijatelném rozmezí od cílové hodnoty udržován poměr C6/C2.

Po 5 hodinách bylo nastavení H2/C2 změněno na odhad konečné hodnoty potřebné k tomu, aby indexu toku taveniny spadal do požadovaného rozmezí. Nebyly prováděny žádné změny nebo úpravy ani teploty ani odvzdušňovacího ventilu. Parciální tlak ethylenu byl upravován tak, aby se zhruba udržel konstantní celkový tlak.

Po 12 hodinách byla průměrná hodnota hustoty v loži v požadovaném cílovém rozmezí. Poměry H2/C2 a C6/C2 byly nastaveny do ustáleného stavu.

Tento starý způsob řízení poskytoval zhruba dvojnásobné množství nestandardního materiálu ve srovnání se způsobem podle nároku 1.

Příklad 3

Řízení přechodu podle vynálezu bylo použito na fluidní lože s následujícími změnami produktu: a) změna indexu toku taveniny: -71 %; b) změna hustoty:

0,011 g/cm³; a c) snížení teploty o 2 °C. Pro výrobu nového typu produktu nebylo nutné změnit typ katalyzátoru a úroveň lože. Přechod byl proveden pomocí následujících změn:

a) nastavení indexu toku taveniny o 23 % pod hodnotu cílového produktu;

b) nastavení hodnoty hustoty o 0,002 g/cm³ nad hustotou cílového produktu;

c) udržování nastavení teploty na stejné hodnotě, jako vyžadoval původní produkt;

d) zvýšení parciálního tlaku ethylenu o 6 psig (41,4 kPa) za současného výpočtu nastavení poměrů H2/C2 a C6/C2 na základě nastavených hodnot indexu toku taveniny a hustoty; a

e) otevření odvzdušňovacího ventilu tak, aby se odpouštělo 8 % ze zásoby plynu reaktoru za hodinu.

Po 2,5 hodinách dosáhl index toku taveniny a hustota svých nastavených hodnot. Odvzdušňovací ventil byl poté uzavřen. Byly udržovány nastavené hodnoty indexu toku taveniny a hustoty. Byly udržovány také poměry H2/C2 a C6/C2.

Hodnota indexu toku taveniny byla pak nastavena na hodnotu odpovídající novému produktu. Teplota byla poté snížena o 2 °C na cílovou reakční teplotu. Parciální tlak ethylenu byl zvýšen o 3 psig (20,7 kPa). Odvzdušňovací ventil byl otevřen na 45 minut, aby se odpustilo 8 % zásoby plynu za hodinu, čímž se odstraní přebytek vodíku z reaktoru.

Po 6 hodinách byla průměrná hustota produktu vyráběného ve fluidním loži v přijatelném rozmezí cílových hodnot. Hodnota hustoty byla nastavena na hodnotu nového

- 23 produktu. Všechny řidiči parametry byly nastaveny na ustálený stav.

Příklad 4

Způsob řízení podle vynálezu byl aplikován na reaktor pracující v ustáleném stavu. Produkt vyráběný za ustáleného stavu měl nastavený cílový index toku taveniny 104 dg/min a přípustnou odchylku indexu toku taveniny ± 10 dg/min od nastavené hodnoty. Žádoucí rozložení vlastností produktu je takové, aby 50 % produktu mělo index toku taveniny v rozsahu 99 až 109 dg/min.

V jedné fázi výroby byl na zařízení měřícím in-line index toku taveniny zaznamenán vzrůst hodnoty indexu toku taveniny nad 109 dg/min. Automatický řídící systém změnil nastavení indexu toku taveniny na 99 dg/min. a kalkuloval, reaktor obsahuje přebytek vodíku. Odvzdušňovaci ventil byl otevřen tak, aby odpouštěl 8 % zásoby plynu v reaktoru za hodinu.

Po 45 minutách byl odvzdušňovací ventil uzavřen. Index toku taveniny, jak byl měřen in-line čidlem, se vrátil do okruhu 50 % oblasti střední hodnoty. Nastavení hodnoty indexu toku taveniny se vrátilo na 104 dg/min. Během doby regulace nebylá produkóváná zadna nestandardní pryskyřice.

Claims

1. Způsob řízení polymerační reakce v plynné fázď-^v-^ __ reaktoru při přechodu od prvního produktu vyráběného při prvním souboru podmínek ke druhému produktu vyráběnému při druhém souboru podmínek, vyznačující se tím, že sestává

a) reakční teploty z těchto kroků:

porovnání reakční teploty prvního produktu a teploty druhého produktu, změnu nastavení reakční produktu na reakční teplotu druhého produktu, pokud je uvedená reakční teplota druhého produktu nižší než uvedená reakční teplota prvního produktu,

b) nastavení zvoleného indexu toku taveniny, který je buď o 0 až 150 % vyšší, nebo o 0 až 70 % nižší, než požadovaná hodnota indexu toku taveniny druhého produktu, c) nastavení zvolené reakční teploty, která je 1 až 15 °C nad žádanou reakční teplotou druhého produktu, pokud je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu vyšší než hodnota indexu toku

15 °C pokud index pod skutečnou je index toku toku taveniny taveniny prvního reakční teplotou taveniny druhého prvního produktu.

produktu, nebo 1 až druhého produktu, produktu nižší, než

d) nastavení parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce, který je: o 1 až 25 psig (6,9 až

172,4 kPa) buď pod parciálním tlakem reaktantu limitujícího rychlost tvorby prvního produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu vyšší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu, nebo nad parciálním tlakem reaktantu limitujícího rychlost tvorby prvního produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu nižší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu;

e) udržováni takto nastavených hodnot indexu toku taveniny, teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce, dokud uvedený polymerační produkt nevykazuje průměrný index toku taveniny a průměrnou hodnotu hustoty produktu v přijatelném rozmezí požadovaných hodnot indexu toku taveniny druhého produktu a hustoty druhého produktu;

g) změnu nastavení uvedené reakční teploty produktu na hodnotu, která je: (i) o 0 až 15 C nad uvedenou požadovanou hodnotou reakční teploty druhého produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu vyšší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu, nebo (ii) o 0 až 15 °C pod uvedenou požadovanou hodnotou reakční teploty druhého produktu, jestliže je hodnota indexu toku taveniny druhého produktu nižší než hodnota indexu toku taveniny prvního produktu;

h) změnu uvedeného nastavení parciálního tlaku limitujícího reakční rychlost na hodnotu, která je: (i) o 0 až 25 psig (0 až 172,4 kPa) buď pod parciálním tlakem limitujícím rychlost reakce druhého produktu, jestliže je hodnota druhého indexu tóku taveniny vyšší než hodnota prvního indexu toku taveniny, nebo (ii) o 0 až 25 psig (0 až 172, 4__kPa)_ nad_parci_álním tlakem limitujícím rychlost reakce druhého produktu, jestliže je hodnota druhého indexu toku taveniny nižší než hodnota prvního indexu toku taveniny; a

i) změnu nastavení hodnot reakční teploty a parciálního tlaku reaktantu limitujícího rychlost reakce na žádanou hodnotu reakční teploty druhého produktu a hodnotu parciálního tlaku druhého reaktantu limitujícího rychlost

- 26 reakce, když reakční produkt vykazuje průměrnou hodnotu indexu toku taveniny v přijatelném rozmezí hodnot indexu toku taveniny druhého produktu.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že index toku taveniny prvního produktu je vyšší než indexu toku taveniny druhého produktu a uvedený proces dále zahrnuj e:

odstranění vodíku ze zásoby plynu uvnitř zmíněného reaktoru.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že vodík je odstraněn pomocí:

odpuštění 1 až 8 % hmotnostních za hodinu ze zmíněné zásoby plynu.

4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že vodík je odstraněn pomocí:

vedení alespoň části zmíněné zásoby plynu přes hydrogenační katalyzátor.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že reaktant limitující rychlost reakce je ethylen.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený první produkt a uvedený druhý produkt jsou v přijatelných mezích těchže požadovaných produktů a polymerační reakce je v ustáleném stavu výroby.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že uvedený první produkt je vybrán ze skupiny sestávající z homopolymerů ethylenu; homopolymerů propylenu; kopolymerů

- 27 ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 uhlíkových atomů; terpolymerů ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 atomů uhlíku a dienu.

8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že uvedený první produkt je vybrán ze skupiny sestávající z kopolymerů ethylen-propylen, kopolymerů ethylen-buten, kopolymerů ethylen-hexan a ethylenpropylen-dienových pryží, kopolymerů propylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 4 až 12 uhlíkových atomů, propylenhexanových kopolymerů, polybutadienu a polyisoprenu.

9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený první produkt a uvedený druhý produkt náleží k rozdílným typům produktu a polymerační reakce mění podmínky, za kterých se vyrábí první produkt, na podmínky, za kterých se vyrábí druhý produkt.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený první produkt je vybrán ze skupiny sestávající z homopolymerů ethylenu; homopolymerů propylenu; kopolymerů ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 uhlíkových atomů; terpolymerů ethylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 3 až 12 atomů uhlíku a dienu.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, žě uvedený první produkt je vybrán ze skupiny sestávající z kopolymerů ethylen-propylen, kopolymerů ethylen-buten, kopolymerů ethylen-hexan a ethylenpropylen-dienových pryží, kopolymerů propylenu a alespoň jednoho alfa olefinu obsahujícího 4 až 12 uhlíkových atomů, polybutadienu a polyisoprenu.