JPH1036412A - 気相流動床重合反応器の制御方法 - Google Patents

気相流動床重合反応器の制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 等級過渡の間又は定常状態製造の間に製造さ
れる等級外物質の量を減らす方法或いはあるポリマー製
品から化学的に同様であるが性質が異なる別の製品にス
イッチする時の過渡期間及び過渡物質の容量を減らす方
法を提供すること。 【解決手段】 気相重合反応基の制御は、製品メルトイ
ンデックス、反応温度、及び制御性反応体の分圧によっ
て行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、あるタイプの製
品から別のタイプの製品にスイッチする時の過渡操作の
時間及び容量を減らすために又は定常状態の製造におけ
る変動を制御するに当たって気相流動床反応器の操作を
制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日用いられているオレフィン重合反応
器における流動床技術は、広範な製品を製造するために
調節することができる。これは特にポリエチレン製造に
ついて真実である。射出成形品、吹込成形品、回転成形
品、電線被覆、パイプ及びチューブ、並びにフィルムに
用いることができる樹脂を１つのシステムが製造するこ
とを要求することは珍しくない。流動床技術は、広範な
ポリオレフィン製品、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、Ｃ4 〜Ｃ12α−オレフィンのホモポリマー及びコ
ポリマー；エチレン−プロピレン−ジエンモノマー（Ｅ
ＰＤＭ）ゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴ
ム及びその他のゴムを作るのに用いることができる。一
般的に、所定の反応器システムによって作られるポリマ
ー製品は、同じ反応体をしかし異なる比及び異なる温度
において用いる。これらのポリマー製品のそれぞれは、
多くの異なる樹脂特性又は等級で作ることができる。そ
れぞれの等級のポリマー製品は、その特性、例えば密度
及びメルトインデックスについて狭い制限を有する。
【０００３】特定タイプのポリマーを作るために反応器
が用いられる時間の長さは、製品に対する市場の要求に
依存する。ある製品は何週間もの間で変化することなく
生産されることができる。別の製品ははるかに短い時間
期間で作られる。残念ながら、工業的反応器は、新しい
条件（例えば温度、反応体圧力及び反応体比）に調節す
るのに時間を要し、その間には、絶えず変化していてし
かし古い製品の特性（例えばメルトインデックス及び密
度）内にも新しい製品の特性内にもない物質を製造す
る。新しい製品は即座に作ることができず、新しい望ま
れる条件に調節されるのに、かなり長い過渡期間を必要
とする。同様に、一定条件、即ち「定常状態」で操作す
る反応器は変動をこうむることがあり、これは「等級外
（offgrade）」物質の製造をもたらすことがある。この
等級外物質は経済上の損失を示し、最小限にするのが望
ましい。
【０００４】一般的に、気相流動床重合反応器のための
工業的制御システムは、作業者が望まれるメルトポイン
トインデックス及び密度を選択することを可能にするこ
とによって作業者が反応器を調節できるように設計され
る。これらの特性の相関関係は、通常、特定の反応器設
計及び用いられる触媒についての作業者及び当業者によ
く知られている。
【０００５】従来技術は過渡期の等級外物質を減らすた
めの数多くの方法を考案している。これらの方法は、典
型的には、自動流れ／比調整装置を最終的な望まれる値
又はそれ以上の新しい値に調節すること｛「ダイヤルイ
ン(dial-in) 過渡」及び「行き過ぎ（overshoot)」｝、
反応体ガスを完全に除去すること｛「インベントリー
（ガス分）排出（inventory blow down)」｝、触媒のレ
ベル（高さ）を低下させること｛「低床（low bed)」｝
並びに非反応性ガスを添加すること（「窒素添加」）の
中のある組合せを伴う。
【０００６】ドイツ特許第４２４１５３０号明細書に
は、重合反応を止めるためにキルガスを用い、その反応
のためのガスインベントリー（ガス分）を反応器から排
出させ、新しい製品のための新しいガスインベントリー
を再構築することが記載されている。この方法は、過渡
期物質を減少させる。古いガスインベントリーを捨てて
新しいインベントリーを再構築することに関連する費用
は、密接に関連した等級間での商業上の過渡について
は、高過ぎる。従って、同じ物質の等級間での大抵の過
渡は、反応条件を調節することによって行なわれる。
【０００７】McAuley らは、気相ポリエチレン反応器に
ついての３つの手動の大きな労働力を要する過渡戦略を
開示している（『気相ポリエチレン反応器における最適
等級過渡（Optimal Grade Transitions in a Gas Phase
Polyethylene Reactor)』、「AIChE J.」、第３８巻、
第１０号、１９９２年、第１５６４〜１５７６頁）。第
一のものは、メルトインデックス及び密度値の行き過ぎ
をもたらすように制御装置を調節することである。指定
された特性に適合するように炭化水素供給量及びコモノ
マー供給量を増加させる。センサーが所望の製品が製造
されていることを示した時に、実際の望まれる設定値に
する。第二のものは、製造される製品のメルトインデッ
クスを動かすために、温度を上昇させ且つ低速通気孔(s
olw vent) を巧みに操作することである。第三のもの
は、等級外生産を減らすために、床樹脂滞留時間を一定
に保ちながら、より低い床の触媒レベルを下げることで
ある。
【０００８】Debling らは、様々なタイプのポリエチレ
ン反応器の過渡期性能を比較している（『オレフィン重
合法のための製品等級過渡の動的モデリング（Dynamic
Modeling of Product Grade Transitions for Olefin P
olymerization Processes)』、「AIChE J.」、第４０
巻、第３号、１９９４年、第５０６〜５２０頁）。この
論文は、７つの別々の手動の大きな労力を要する過渡戦
略を開示している：（１）最終目的過渡のダイヤルイ
ン；（２）ガスインベントリー排出及び簡単なダイヤル
イン過渡；（３）低床及び簡単なダイヤルイン過渡；
（４）ガスインベントリー排出並びにメルトインデック
ス及び密度過渡の行き過ぎ；（５）低床、ガスインベン
トリー排出及び行き過ぎ過渡；（６）低床及び行き過ぎ
過渡；並びに（７）ガスインベントリー排出、行き過ぎ
及び窒素添加過渡。
【０００９】これらの広範な利用可能な方法にも拘ら
ず、新しい製品等級への過渡期の間又は定常状態製造の
間に製造される等級外物質の量を減らすことの引き続い
ての要求及び要望がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、等級
過渡の間又は定常状態製造の間に製造される等級外物質
の量を減らす方法を提供することにある。
【００１１】本発明の別の目的は、あるポリマー製品か
ら化学的に同様であるが性質が異なる別の製品にスイッ
チする時の過渡時間及び過渡期物質の容量を減らす方法
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明のこれらの目的及び本明細書において明らかにな
るであろうその他の目的に従えば、本発明に従う方法
は、製品と製品との間の過渡においてか「等級内（with
in grade）」変動をこうむる特定製品の定常状態製造の
間であるかに拘らず、最初の温度及び最初の組合せ条件
において作られる第一の製品から２番目の温度及び組合
せ条件において作られる第二の製品にスイッチする時
に、メルトインデックスについての設定値、製品反応温
度についての設定値、反応体分圧についての設定値、及
び触媒の流動床中で重合製品を製造している反応器中の
触媒レベルについての設定値が調節可能である反応器中
で用いられるものであり、この方法は、次の工程を含
む： （ａ）第一製品の反応温度と第二製品の反応温度とを比
較し、第二製品の反応温度が第一製品の反応温度よりも
低い場合には製品反応温度設定値を第二製品の反応温度
に変え、 （ｂ）メルトインデックスを、望まれる第二製品のメル
トインデックス値よりも０〜１５０％高い又は０〜７０
％低い値に設定し、 （ｃ）反応温度を、第二製品のメルトインデックス値が
第一製品のメルトインデックス値よりも高い場合には望
まれる第二製品の反応温度よりも１〜１５℃高い値に、
第二製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトイ
ンデックス値よりも低い場合には実際の第二製品の反応
温度よりも１〜１５℃低い値に設定し、 （ｄ）製品速度制限性反応体分圧を、第二製品のメルト
インデックス値が第一製品のメルトインデックス値より
も高い場合には第一製品の速度制限性反応体分圧よりも
１〜２５ｐｓｉｇ低い値に、第二製品のメルトインデッ
クス値が第一製品のメルトインデックス値よりも低い場
合には第一製品の速度制限性反応体分圧よりも１〜２５
ｐｓｉｇ高い値に設定し、 （ｅ）前記メルトインデックス設定値、温度設定値及び
速度制限性反応体分圧設定値を、重合製品が望まれる第
二製品のメルトインデックス値及び第二製品の密度値か
らの許容範囲にある平均メルトインデックス及び平均製
品密度を示すまで、保ち、 （ｆ）前記メルトインデックス設定値を望まれる第二製
品のメルトインデックス値に変え、 （ｇ）前記の製品反応温度設定値を、(i) 第二製品のメ
ルトインデックス値が第一製品のメルトインデックス値
よりも高い場合には望まれる第二製品の反応温度よりも
０〜１５℃高い値に、(ii)第二製品のメルトインデック
ス値が第一製品のメルトインデックス値よりも低い場合
には望まれる第二製品の反応温度よりも０〜１５℃低い
値に変え、 （ｈ）前記の速度制限性反応体分圧設定値を、(i) 第二
製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトインデ
ックス値よりも高い場合には望まれる第二製品の速度制
限性反応体分圧よりも０〜２５ｐｓｉｇ低い値に、(ii)
第二製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトイ
ンデックス値よりも低い場合には第二製品の速度制限性
反応体分圧よりも０〜２５ｐｓｉｇ高い値に変え、そし
て （ｉ）反応製品が第二製品のメルトインデックス値の許
容限度内の平均メルトインデックス値を示す時に、反応
温度設定値及び速度制限性反応体分圧設定値を、望まれ
る第二製品の反応温度及び第二の速度制限性反応体分圧
値に変える。
【００１３】本発明の方法によれば、反応温度設定値及
び速度制限性モノマー濃度の設定値圧力を制御すること
によって、過渡時間及び過渡期間の間に製造される等級
外物質の量が減らされる。この制御システムは、反応体
ガス中の水素の除去をもたらすことによって、過渡時間
をさらに減らすことができる。本発明の制御方法は、製
品特性のコンピューター監視及び設定値の調節を用いた
重合反応システムに対する自動制御に非常に適してい
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】詳しい説明 本発明は、速度制限性オレフィンガスを用いてオレフィ
ン重合反応器における等級外物質の容量を減らす方法に
関する。特に、第一製品等級から第二製品等級にスイッ
チする時に、又は定常状態製造の間の指定された製品等
級内での変動から製造される等級外物質の容量は、温度
設定値及び速度制限性反応体についての分圧設定値を調
節することによって減らされる。これら２つの制御の組
合せは、反応器が望まれる製品の製造に近づく速度を促
進する。もちろん、等級外物質の容量は、反応器が第一
の組合せ条件（温度、分圧、モノマー比等）から第二の
望まれる組合せ条件に変化するのに要する時間に直接関
連する。速度制限性反応体の分圧は１つの指標である。
【００１５】反応器ガスインベントリー（ガス分）中の
水素濃度もまた、過渡時間を減らすために用いることが
できる。水素は重合反応を停止させるので、反応器中の
水素は少量だけでも平均製品メルトインデックスの等級
に対して著しい影響を持つことがある。水素濃度は、比
較的少量、例えば１〜８重量％、好ましくは約３〜６重
量％のガスインベントリーを抜き取ることによって、又
は固定床若しくは流動床を持つ衛星システム中の水素化
触媒上に全ガスインベントリーの内のある割合を通すこ
とによって、調節することができる。水素化は、少量の
オレフィンを非反応性アルカンに転化させ、これは希釈
剤を構成するだろう。
【００１６】本発明の制御方法は、接触気相流動床重合
を実施するのに適した様々な反応器装置について実施す
ることができる。１個の反応器を用いることもでき、２
個以上の反応器を順々に又は並列で用いることもでき
る。通常は、かかる反応器は、商業的操作のために設計
され、メルトインデックス、製品反応温度、反応体比、
供給比、反応体分圧及び反応器中の触媒レベルについて
の設定値を調節可能にする好適な制御装置を有するもの
である。特に好ましい反応器は、商品名「UNIPOL（登録
商標）」の下で販売され、米国コネティカット州ダンバ
リー所在のユニオン・カーバイド・コーポレイションか
ら入手できるものである。また、米国特許第４３０２５
６５号及び同第４４８２６８７号の両明細書の開示も参
照されたい。
【００１７】前記の反応器中で用いることができる任意
の重合触媒を、本発明のプロセス制御シーケンスで制御
することができる。好適な触媒には、遷移金属成分のも
の、チーグラー・ナッタ成分のもの、メタロセン成分の
もの及び希土類成分のものが包含される。触媒は、可溶
性であっても不溶性であってもよく、担持されていても
担持されていなくてもよい。
【００１８】本発明の方法を用いて製造することができ
るポリマーは、一般的にオレフィンポリマーである。例
示的な製品には、エチレンホモポリマー；プロピレンホ
モポリマー；エチレンと少なくとも１種のＣ3 〜Ｃ12α
−オレフィンとのコポリマー；エチレンと少なくとも１
種のＣ3 〜Ｃ12α−オレフィンとジエンとのターポリマ
ーが包含される。作ることができる特定的な製品ポリマ
ーの例には、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレ
ン−ブテンコポリマー、エチレン−ヘキセンコポリマ
ー、及びエチレンプロピレン−ジエンゴム、プロピレン
と少なくとも１種のＣ4 〜Ｃ12α−オレフィンとのコポ
リマー（例えばプロピレン−ジエンコポリマー及びプロ
ピレンヘキサンコポリマー）、ポリブタジエン、並びに
ポリイソプレンが包含される。
【００１９】制御されたプロセスに用いられる反応条件
及び触媒は、指定された製品を作るために慣用的に用い
られているものである。一般的に、反応器中のガスイン
ベントリーは、約５回／時間まで（＜５ＧＨＳＶ）、好
ましくは約０．５〜３ＧＨＳＶ、完全に置き換えられる
だろう。流動床中の触媒インベントリーは、２〜４時間
毎（０．２５〜０．５ＣＳＶ）に置き換わる。
【００２０】本発明の制御方法は、望まれる製品への過
渡を促進するために速度制限性反応体の設定値分圧を用
いる。任意の特定的な製品についての速度制限性反応体
は、当業者に知られているだろう。しかし、一般的に
は、エチレンをブテン、ヘキセン、オクテン又はブテン
とヘキセンとの組合せと共に重合させる時には、エチレ
ンが速度制限性反応体である。プロピレンをブテン、ヘ
キセン、オクテン又はブテンとヘキセンとの組合せと共
に重合させる時には、プロピレンが速度制限性反応体で
ある。エチレンをプロピレンと共に重合させてエチレン
−プロピレンゴム（ＥＰＲ）を作る時には、エチレンが
速度制限性反応体である。ホモポリマーについては、速
度制限性反応体（因子）はそのモノマー濃度である。本
明細書においては、便宜上、エチレンが速度制限性反応
体であるエチレンとヘキセンとのコポリマーに関して本
発明を説明する。
【００２１】過渡は一般的に、最初の製品反応温度設定
値及び最初の速度制限性反応体濃度設定値において第一
製品のメルトインデックス値（又は任意のその他の分子
量の変化の現れ、例えばフローインデックス、流れ比及
び関連した標準的方法）を示す第一の製品が作られる初
期操作条件から始まる。望まれる第二の製品は、もっと
高いかもっと低いかのいずれかの、異なるメルトインデ
ックス値及び反応体供給比値を有するだろう。触媒床が
新しい製品を製造し始めるのに必要な時間を短縮するた
めには、温度値及び速度制限性反応体分圧値の変化が用
いられる。重大なことに、定常状態操作条件の間で、又
は所定の定常状態製造法の許容できる上限及び下限内の
一部の条件内で、過渡が起こることがある。
【００２２】ある製品から別の製品への過渡を開始させ
且つ制御するためには、ある設定値を変化させることが
適切である。システムの種類及びプロセスに対する利用
できるコンピューター制御の程度に応じて、作業者は、
メルトインデックス、反応温度、水素供給速度、速度制
限性反応体供給速度及び（又は）分圧、コモノマー供給
速度及び（又は）分圧並びに反応器中の触媒レベルにつ
いての設定値を変えることができるだろう。
【００２３】一般的に、望まれるメルトインデックスの
変化は、システムに水素を導入する速度に依存し、反応
温度設定値の変化に比例する。逆に、速度制限性反応体
分圧及び水素除去速度は、メルトインデックスの変化に
反比例する。別の態様で述べると、温度の上昇に伴っ
て、しかし速度制限性反応体分圧及び水素除去速度の低
下に伴って、メルトインデックス値が増大する。
【００２４】本発明の制御方法については、触媒床内の
反応製品の平均メルトインデックスの変化をもたらすた
めに、エチレンの分圧及び水素供給速度設定値の変化に
先立って又はそれと同時に温度設定値を変えることがで
きる。メルトインデックス設定値が直接設定されるか計
算されるかに拘らず、メルトインデックス設定値の変化
は、第二製品のメルトインデックスが第一製品のメルト
インデックスよりも高い場合には新しい製品についての
目標設定値よりも約０〜１５０％高いべきであり、第二
製品のメルトインデックスが第一製品のメルトインデッ
クスよりも低い場合には０〜７０％低いべきである。水
素濃度の変化に伴って、メルトインデックスが変化する
だろう。
【００２５】平均メルトインデックスは、取り出されて
試験された試料についての測定値で、又はインラインの
自動化試料採取器によって、決定することができる。実
際の試料採取は、２〜４時間毎に行なうことができる。
インライン試料採取器はかかる試験を毎時３〜４回行な
うだろう。
【００２６】次いで、触媒床内の望まれる平衡反応条件
を越えることなく新しい製品への過渡の速度を促進する
ために、温度及び速度制限性反応体分圧設定値の制御を
用いることができる。新しいメルトインデックス設定値
が設定された後に、温度設定値を、新しい製品の定常状
態製造のための目標設定値から約１〜１５℃の範囲内
（メルトインデックスが増大している場合には古い設定
値より上、メルトインデックスが減少している場合には
古い設定値より下）の値に変え、エチレン分圧設定値を
目標設定値から約１〜２５ｐｓｉｇの範囲内（メルトイ
ンデックスが増大している場合には古い設定値より下、
メルトインデックスが減少している場合には古い設定値
より上）の値に変える。かかる変化の実際の実施は、存
在するハードウェアに依存するだろうが、しかし不連続
の段階的な増加によって又は円滑に変わる変化で変化を
行なうことができる。
【００２７】温度設定値及びエチレン分圧設定値に達し
た時に、触媒床内の反応製品が新しい製品についての目
標メルトインデックス値に近づき始めるまで反応器を設
定値の±１０％の範囲内、好ましくは±５％の範囲内に
保つ。また、反応器全圧も、指定された上限及び下限内
で、一般的には約±２０％、好ましくは約±１０％内で
変動させることができる。目標反応温度設定及び速度制
限性反応体分圧設定値に対する追加の制御は、過渡の速
度を増大させ、許容限度内（即ちメルトインデックス及
び密度）の製品を作り始めるのに必要な時間量を減らす
だろう。
【００２８】重合反応器中のガスインベントリーは、触
媒床が新しい製品を製造し始めることができるよりもは
るかに迅速に、新しい目標組成に変えることができると
いうことを想起すべきである。例えば、ガス組成は、約
１５分で調節することができるが、しかし反応器は一般
的に、本発明の方法によって制御する場合でさえ、２〜
６時間は新しい製品を製造しないだろう。この床による
慣性は、反応システムのコンピューター処理モデルを生
み出すのに用いられる適切な既知の物質移動微分方程式
によって定量化することができる。従って、温度及び速
度制限性反応体分圧の変化は、反応システムに変化を引
き起こさせる力としての働きをする。
【００２９】試料採取によって反映されるような製品メ
ルトインデックスが床慣性が変化を示す点又は望まれる
製品の許容できる上限及び下限内にある時に、設定値を
変えて新しい製品についての定常状態目標設定値に戻し
て、反応器が首尾一貫したポリマーの製品等級での定常
状態操作を達成し始めることができるようにする。当技
術分野では、この変化速度の低下を、過渡の「戻り」段
階、即ち定常状態への戻りと称する。
【００３０】戻り段階の間に、床に対する変化の力を減
らし且つ定常状態に近づくために、温度及び速度制限性
反応体分圧を定常状態目標値に向けて調節する。設定値
反応温度は、メルトインデックスが新しい目標値に向け
て上昇する場合には目標値よりも０〜１５℃低い値に、
メルトインデックスが新しい目標値に向けて低下する場
合には目標値よりも０〜１５℃高い値に調節する。同様
に、エチレン分圧は、メルトインデックスが新しい目標
値に向けて上昇する場合には目標値よりも０〜２５ｐｓ
ｉｇ低い値に、メルトインデックスが新しい目標値に向
けて低下する場合には目標値よりも０〜２５ｐｓｉｇ高
い値に調節する。製品メルトインデックスの変化の速度
はゆっくりになっていって目標メルトインデックス値に
ついての許容できる上限及び下限内の値に近づくので、
瞬間的なメルトインデックスの読取値をしばしば注意深
く監視すべきである。反応製品メルトインデックスが許
容できる上限及び下限内になった時に、温度及びエチレ
ン分圧設定値を目標値に設定する。次いで定常状態操作
を維持するために反応器を制御する。
【００３１】ある場合には、早すぎる又は遅すぎる設定
値の変化は戻り時間を延ばし、過渡時間を増大させ、等
級外物質の製造量を増大させるという危険を認識しなが
ら、作業者の経験又はコンピューターモデルによって設
定値を変化させるための時間を決定することができる。
【００３２】コンピューターモデルによる過渡制御 過渡容量のさらなる低減及び定常状態製造についての要
する労力がより小さい制御は、反応器の現存のコンピュ
ーターモデルから、温度、速度制限性反応体分圧及び水
素除去設定値を調節することによって達成することがで
きる。そのモデルは、過渡戦略及び臨界供給スケジュー
ルを制御する専門的データベースとして用いることがで
きる。このようなシステムは一般的に、用いられる特定
システムに基づく予め同定された答えのデータベースか
ら詳細な応答を捜す一連の「IF-THEN 」記述及び条件選
択肢を伴うだろう。反応器の過渡及び定常状態操作特性
のコンピューターモデルを生み出す詳細は、当業者の現
在の技術レベル内にあり、その技術及び数学的関係の詳
細にわたる議論はここではしない。Ignizio の「Introd
uction to Expert System: The Development and Imple
mentation of Rule-Based Expert Systems」、McGraw-H
ill （１９９１年）を参照されたい。
【００３３】温度、速度制限性反応体及び水素除去値の
制御並びに任意の変化のタイミングを自動化するために
は、専門的な制御システムが特に有用である。説明を容
易にするために、控えめな(understated) 温度設定値
（不足した（undershoot））並びに過剰な（overstate
d）（行き過ぎの）速度制限性反応体及び水素除去設定
値を必要とするより高いメルトインデックスを有する製
品への過渡を参照して専門的システムを説明する。実
際、全ての過剰の水素を保つために、水素除去速度は一
般的に「０」に設定する。同じ原理及び関係が、反対の
場合、即ち、過渡の始まり時において、控えめな温度設
定値並びに過剰な速度制限性反応体分圧及び水素除去設
定値を必要とするより低いメルトインデックスへの過渡
に、当てはまるだろう。
【００３４】また、等級間の過渡に用いられる同じ制御
原理及び制御は定常状態製造を制御するのにも用いら
れ、この場合には、製品特性を監視し、製品特性が望ま
れる中央値から許容できる限度の極端の一方に向けて移
行し始めているように見えたら条件を補正する。特性値
の許容できる上限及び下限並びに中央値組合せ（例えば
製品容量−特性グラフ中の製品容量の少なくとも５０％
が入る領域）のデータテーブルによる製造される製品の
自動化監視は、等級外物質が製造される前にコンピュー
ターが補正値を採ることを可能にするだろう。システム
は製品特性を監視し、必要ならば設定値を初期値から反
応器に一定品質の「等級内（in grade）」物質を作らせ
るような新しい値に再設定するだろう。
【００３５】コンピューターの使用は手動操作を越える
数多くの利点を有する。最小限において、自動化された
制御は、補正の措置を講じるための注意深い人間の必要
性を減らし、設定値プロセスをより容易にする。重要な
ことに、コンピューター処理制御は、作業者が直接新し
い目標メルトポイントインデックス及び密度値を入れる
ことを可能にする。これらの値を反応器、触媒、供給比
等に相関させる適切なデータベースによって、コンピュ
ーターは、温度、反応体分圧及び反応体比並びに水素除
去速度値の必要な行き過ぎ／不足を判断するだろう。
【００３６】前述のように、行き過ぎ値の長すぎる又は
短すぎる維持は、過渡時間及び製造される等級外物質の
容量を増大させる。適切な一連の「IF-THEN 」記述によ
って反応器の正確なコンピューターモデルに結びつけら
れた制御システムについては、任意の過剰な又は控えめ
な設定値のタイミング及び期間を自動的に制御すること
ができる。モデルを制御システムと同じコンピューター
についてランさせて、設定値の変化及び更新された継続
期間の情報のための制御システムによって読み取られる
システムデータが共通データテーブルに多少なりとも連
続的に書き込まれるようにするのが、特に有用である。
このようなモデル制御過渡は、手動制御（インライン特
性測定に基づくものでさえ）について実行可能であるよ
りも頻繁にモデル反応製品情報からの設定値を調節する
ことができる。それによって、過渡時間及び等級外物質
が最小限に減らされる。
【００３７】図面 本発明はまた、添付された図面を参照して説明すること
もできる。図１及び２は、第一製品からより高メルトイ
ンデックス及び高密度の第二製品への過渡の手動制御の
ための典型的な従来技術のフローチャートを示す。
【００３８】反応器は初めは定常状態で操作して第一製
品を作る。次いで新しい「レシピ」、即ち反応体比、反
応温度、水素／モノマー比等での製品２への過渡に対す
る決定を行なう。次いで作業者は触媒床レベルを低い過
渡状態レベルに下げる。次いで、４つの操作を多少なり
とも同時的に行なう。
【００３９】最初に、触媒床をその低い過渡状態レベル
に２時間保ち、次いで徐々にその正常な生産レベルに上
昇させる。２番目に、第二製品を作るための新しい温度
設定を温度制御パネルに入れ、その新しい設定値に変化
させ、一定に保つ。３番目及び最後に、作業者は望まれ
る値を「行き過ぎる」水素対エチレン（「水素比」）及
びコモノマーについての新しい比を選択する。即ち、設
定値は新しい製品についての定常状態目標値より上であ
る。行き過ぎ量の選択は経験によって行なわれ、約２時
間その設定値に保たれる。次いでその比を新しい製品に
ついての目標値に再調節し、反応製品が望まれるメルト
インデックス及び密度値を示すまでその値に保つ。過渡
のための経過時間は約１２時間である。
【００４０】図３〜５は、本発明のプロセス制御のフロ
ーチャートを示す。初期工程は同様である。反応器は初
めは定常状態で操作され、触媒床が過渡レベルに下げら
れ、そこに２時間保たれる。
【００４１】単に新しい製品温度が設定されるだけの従
来の方法とは違って、第二製品温度が第一製品温度より
も高いか低いかを見るために、第二製品温度がチェック
される。もしも第二の温度が低ければ、特性設定値は変
化させず、反応温度を段階的に又は滑らかな勾配で下降
させる。もしも第二の温度が第一の温度よりも高けれ
ば、特性設定値を変化させると同時に、新しい温度設定
を入れる。この分析は、特に反応器操作において役に立
つ。樹脂はその粘着温度付近において作られるので、過
渡の間控えめな温度において操作することが、粘着を防
止するのに役立つ。
【００４２】専門的なプロセス２においては、温度、速
度制限性反応体分圧（例えばエチレン分圧又は「Ｃ２Ｐ
Ｐ」）及び水素除去速度（例えば低速通気孔）不足又は
行き過ぎ値、並びに初期の定常状態条件と比較したコン
ピューターモデルに入るメルトインデックス及び密度設
定値からの持続時間を設定するために、コンピューター
モデルが用いられる。反応製品及び反応器条件の変化を
監視し、反応器モデルからの最適過渡経路を維持する値
に調節する。設定値は、過渡時間を最小限にするのに必
要なように変化させる。
【００４３】また、コンピューター制御システムを品質
制御システムとして用いて、製造される製品を監視し、
過渡を望まれる定常状態操作範囲に導いて戻す、即ち第
一製品（逸脱時の製品）と第二製品（目標製品）とが同
じ特定の望まれる製品等級の許容限度内にあるようにす
ることもできる。このようなシステムは、利用できる設
定値を変化させてシステムに望まれる製品の許容限度内
の製品を製造させるための本明細書に記載した原理によ
って制御することができる。
【００４４】
【実施例】以下、実施例を参照して本発明を説明する。
【００４５】例１ 本発明の制御方法を、エチレンとヘキセンとの間の流動
床反応器中での気相重合反応に適用した。第一製品等級
から第二製品等級への過渡は次の変化を必要とした：５
６％のメルトインデックスの増大、０．０２３ｇ／ｃｍ
3 の密度の増大、及び２０℃の温度の低下。触媒は、チ
タンを基とする液体からチタンを基とする乾燥触媒へと
変化させ、しかし触媒レベルは一定に保った。
【００４６】数多くの制御設定値を変化させることによ
って過渡を開始させた。メルトインデックスは、望まれ
る新しい等級についての目標値よりも２５％上に設定し
た。密度設定は、新しい等級についての目標値よりも
０．００２ｇ／ｃｍ3 下に設定した。温度は、定常状態
において新しい等級を作るための目標温度よりも２℃上
の増分で低下させた。エチレン分圧は、４６ｐｓｉｇだ
け低下させた。これらの新しい設定値から、水素対エチ
レン（Ｈ2 ／Ｃ2 ）及びヘキセン対エチレン（Ｃ6 ／Ｃ
2 ）モル比を連続的に計算した。大量の水素及びヘキセ
ンを反応器に添加した。
【００４７】５時間後に、床平均メルトインデックスは
目標等級にあった。この時点において、メルトインデッ
クス設定値を最終製品の目標値に変化させた。温度設定
を、最終製品の目標反応温度までの残りの２℃分、下げ
た。エチレン分圧は３ｐｓｉｇ上昇させた。反応器イン
ベントリーから過剰の水素を排気するために、低速通気
孔を４５分間開いた。
【００４８】６時間後に、床平均密度は目標密度の許容
限度内だった。次いで密度設定値を最終製品についての
目標値に変化させた。メルトインデックスをその目標値
に保って、全ての制御を定常状態態様にスイッチさせ
た。
【００４９】例２ 従来技術の方法を示す手動過渡制御を例１の気相反応に
適用した。初期製品及び最終製品のための触媒は、チタ
ンを基とする乾燥触媒だった。
【００５０】最終目標値よりも２５％上の一時的メルト
インデックスに達するまで反応器に供給される水素の速
度を増大させることによって、過渡が始まった。密度が
目標値になるまで、ヘキセン供給を手動で開いた。温度
設定値を最終目標値に下げた。反応器全圧は、実質的に
一定に保った。大量のヘキセン及び水素を添加した。
【００５１】メルトインデックス行き過ぎに達した後
に、Ｈ2 ／Ｃ2 比を保った、同様に、密度が目標値の許
容限度内になった時にＣ6 ／Ｃ2 比を保った。
【００５２】５時間後に、Ｈ2 ／Ｃ2 設定を、メルトイ
ンデックスを目標限度内に入らせるのに必要な最終値の
見積もりに変化させた。温度又は低速通気孔に対しては
何ら変化や操作を行なわなかった。だいたい一定の全圧
を維持するために、エチレン分圧を調節した。
【００５３】１２時間後に、床平均密度は目標限度内だ
った。Ｈ2 ／Ｃ2 及びＣ6 ／Ｃ2 調節を定常状態に設定
した。
【００５４】この古い制御方法は、等級外物質を例１の
方法における量のおおよそ２倍の量で製造した。
【００５５】例３ 本発明の過渡制御方法を次の製品変化で流動床に適用し
た：（ａ）メルトインデックス変化：−７１％；密度変
化：−０．０１１ｇ／ｃｍ3 ；及び（ｃ）温度低下２
℃。新しい製品等級を作るための触媒のタイプ及び床レ
ベルは変えなかった。過渡は、次の変化で行なった： （ａ）メルトインデックスを目標製品値よりも２３％下
に設定； （ｂ）密度設定値を目標製品密度よりも０．００２ｇ／
ｃｍ3 上に設定； （ｃ）温度設定を初期製品について必要とされるものと
同じ値に保つ； （ｄ）メルトインデックス及び密度設定値に基づいてＨ
2 ／Ｃ2 及びＣ6 ／Ｃ2設定値を連続的に計算しながら
エチレン分圧を６ｐｓｉｇ上げる；並びに （ｅ）反応器ガスインベントリーを毎時８％の割合で放
出させるために低速通気孔を開く。
【００５６】２．５時間後に、メルトインデックス及び
密度がそれらの設定値に達した。次いで低速通気孔を閉
じた。メルトインデックス及び密度設定値を保った。Ｈ
2 ／Ｃ2 及びＣ6 ／Ｃ2 比もまた保った。
【００５７】次いでメルトインデックスを新しい製品の
値に設定した。次いで温度を２℃下げて目標反応温度に
した。エチレン分圧を３ｐｓｉｇだけ上昇させた。低速
通気孔を４５分間開いて、ガスインベントリーを毎時８
％の割合で放出させ、反応器から過剰の水素を除去し
た。
【００５８】６時間後に、床中で作られている製品の平
均密度は、目標値の許容限度内だった。次いで密度設定
値を新しい製品の値に設定した。全ての制御を定常状態
にスイッチした。
【００５９】例４ 本発明の制御方法を定常状態で操作する反応器に適用し
た。定常状態製品は、１０４ｄｇ／分の目標メルトイン
デックス設定値及びその設定値周辺の±１０ｄｇ／分の
許容製品メルトインデックスを有していた。望まれる製
品特性分布は、メルトインデックス９９〜１０９ｄｇ／
分の範囲内の製品５０％を有するべきである。
【００６０】製造の一期間において、製品のメルトイン
デックスがインラインメルトインデックス装置によって
測定して１０９ｄｇ／分よりも上の値に上昇した。自動
制御システムは、メルトインデックス設定値を９９ｄｇ
／分に変化させ、反応器が過剰の水素を含有することを
計算した。反応器ガスインベントリーを毎時８％の割合
で放出させるために低速通気孔を開いた。
【００６１】４５分後に、低速通気孔を閉じた。インラ
インセンサーによって測定したメルトインデックスは、
５０％中心等級領域内に戻った。メルトインデックス設
定値は１０４ｄｇ／分に戻された。制御期間の間、等級
外樹脂は何ら製造されなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一製品から第二製品への手動過渡を実施する
ために用いられる従来技術の工程を図示したフローチャ
ートである。
【図２】第一製品から第二製品への手動過渡を実施する
ために用いられる従来技術の工程を図示したフローチャ
ートである。
【図３】手動制御と反応器システムの存在する動的モデ
ルへの結びつきを用いる自動化された過渡方法とを比較
するフローチャートである。
【図４】手動制御と反応器システムの存在する動的モデ
ルへの結びつきを用いる自動化された過渡方法とを比較
するフローチャートである。
【図５】手動制御と反応器システムの存在する動的モデ
ルへの結びつきを用いる自動化された過渡方法とを比較
するフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キウ・ヒー・リー アメリカ合衆国ウエストバージニア州サウ ス・チャールストン、ラストリング・ロー ド1002 (72)発明者 ジョン・ロバーツ・パリッシュ アメリカ合衆国ウエストバージニア州クロ ス・レインズ、デムジー・ドライブ5002

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 最初の組合せ条件において作られる第一
    の製品から２番目の組合せ条件において作られる第二の
    製品に変わる時に反応器中の気相重合反応を制御する方
    法であって、次の工程： （ａ）第一製品の反応温度と第二製品の反応温度とを比
    較し、第二製品の反応温度が第一製品の反応温度よりも
    低い場合には製品反応温度設定値を第二製品の反応温度
    に変える工程； （ｂ）メルトインデックスを、望まれる第二製品のメル
    トインデックス値よりも０〜１５０％高い又は０〜７０
    ％低い値に設定する工程； （ｃ）反応温度を、第二製品のメルトインデックス値が
    第一製品のメルトインデックス値よりも高い場合には望
    まれる第二製品の反応温度よりも１〜１５℃高い値に、
    第二製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトイ
    ンデックス値よりも低い場合には実際の第二製品の反応
    温度よりも１〜１５℃低い値に設定する工程； （ｄ）製品速度制限性反応体分圧を、第二製品のメルト
    インデックス値が第一製品のメルトインデックス値より
    も高い場合には第一製品の速度制限性反応体分圧よりも
    １〜２５ｐｓｉｇ低い値に、第二製品のメルトインデッ
    クス値が第一製品のメルトインデックス値よりも低い場
    合には第一製品の速度制限性反応体分圧よりも１〜２５
    ｐｓｉｇ高い値に設定する工程； （ｅ）前記メルトインデックス設定値、温度設定値、及
    び速度制限性反応体分圧設定値を、重合製品が望まれる
    第二製品のメルトインデックス値及び第二製品の密度値
    からの許容範囲にある平均メルトインデックス及び平均
    製品密度を示すまで、保つ工程； （ｆ）前記メルトインデックス設定値を望まれる第二製
    品のメルトインデックス値に変える工程； （ｇ）前記の製品反応温度設定値を、(i) 第二製品のメ
    ルトインデックス値が第一製品のメルトインデックス値
    よりも高い場合には望まれる第二製品の反応温度よりも
    ０〜１５℃高い値に、(ii)第二製品のメルトインデック
    ス値が第一製品のメルトインデックス値よりも低い場合
    には望まれる第二製品の反応温度よりも０〜１５℃低い
    値に変える工程； （ｈ）前記の速度制限性反応体分圧設定値を、(i) 第二
    製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトインデ
    ックス値よりも高い場合には望まれる第二製品の速度制
    限性反応体分圧よりも０〜２５ｐｓｉｇ低い値に、(ii)
    第二製品のメルトインデックス値が第一製品のメルトイ
    ンデックス値よりも低い場合には第二製品の速度制限性
    反応体分圧よりも０〜２５ｐｓｉｇ高い値に変える工
    程；並びに （ｉ）反応製品が第二製品のメルトインデックス値の許
    容限度内にある平均メルトインデックス値を示す時に、
    反応温度設定値及び速度制限性反応体分圧設定値を、望
    まれる第二製品の反応温度及び第二の速度制限性反応体
    分圧値に変える工程：を含む、前記方法。
  2. 【請求項２】 第一製品のメルトインデックスが第二製
    品のメルトインデックスよりも高く且つさらに前記反応
    器内のガスインベントリーから水素を除去することを含
    む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ガスインベントリーを毎時１〜８％
    の割合で排気することによって水素を除去する、請求項
    ２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ガスインベントリーの少なくとも一
    部を水素化触媒上に通すことによって水素を除去する、
    請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記速度制限性反応体がエチレンであ
    る、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第一製品及び前記第二製品が同じ望
    まれる製品の許容限度内にあり且つ重合反応が定常状態
    製造である、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第一製品がエチレンホモポリマー、
    プロピレンホモポリマー、エチレンと少なくとも１種の
    Ｃ3 〜Ｃ12α−オレフィンとのコポリマー、エチレンと
    少なくとも１種のＣ3 〜Ｃ12α−オレフィンとジエンと
    のターポリマーより成る群から選択される、請求項６記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第一製品がエチレン−プロピレンコ
    ポリマー、エチレン−ブテンコポリマー、エチレン−ヘ
    キセンコポリマー、及びエチレンプロピレン−ジエンゴ
    ム、プロピレンと少なくとも１種のＣ4 〜Ｃ12α−オレ
    フィンとのコポリマー、プロピレンヘキサンコポリマ
    ー、ポリブタジエン、並びにポリイソプレンより成る群
    から選択される、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記第一製品と前記第二製品とが異なる
    製品等級のものであり且つ重合反応が第一製品を作るた
    めの条件から第二製品を作るための条件に変化する、請
    求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第一製品がエチレンホモポリマ
    ー、プロピレンホモポリマー、エチレンと少なくとも１
    種のＣ3 〜Ｃ12α−オレフィンとのコポリマー、エチレ
    ンと少なくとも１種のＣ3 〜Ｃ12α−オレフィンとジエ
    ンとのターポリマーより成る群から選択される、請求項
    １記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第一製品がエチレン−プロピレン
    コポリマー、エチレン−ブテンコポリマー、エチレン−
    ヘキセンコポリマー、及びエチレンプロピレン−ジエン
    ゴム、プロピレンと少なくとも１種のＣ4 〜Ｃ12α−オ
    レフィンとのコポリマー、ポリブタジエン、並びにポリ
    イソプレンより成る群から選択される、請求項１０記載
    の方法。
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