(57)【要約】（ａ）反応器内の圧力に対する反応器内でのポリマー生成物の製造速度の比を求め；（ｂ）工程（ａ）の比に基づいて、反応器内の所望の圧力に対応する反応器内でのポリマー生成物の製造速度を設定し；（ｃ）かかる設定点製造速度にしたがって反応器中へのモノマーの供給速度を調節する；工程を含む、所定のポリマー生成物の製造において流動床重合反応器を制御するための制御方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）反応器内の圧力に対する反応器内でのポリマーの製造速度の比を求め；
（ｂ）工程（ａ）の比に基づいて、反応器内の所望の圧力に対応する反応器内でのポリマーの製造速度を設定し；
（ｃ）かかる設定点製造速度にしたがって反応器中へのモノマーの供給速度を調節する；
工程を含む、ポリマーの製造において流動床重合反応器を制御するための制御方法。
【請求項２】
工程（ａ）が、かかる比として、反応器内のモノマーの分圧の合計（Ｐｍ）に対する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ）の比（Ｙ／Ｐｍ）を求めることを含み、かかる比（Ｙ／Ｐｍ）を予め設定した時間間隔における瞬間値として検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予め設定した時間間隔が３０秒間〜５分間の範囲である。請求項２に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｂ）によって、かかる比（Ｙ／Ｐｍ）に値（Ｐ＊−Ｐｉ）（ここで、Ｐ＊は反応器内の設定点圧力であり、Ｐｉ＝反応器内の不活性成分の分圧の合計である）をかけて反応器内での設定点製造速度（Ｙ＊）を求める、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
工程（ｃ）を、設定点製造速度（Ｙ＊）から出発して気相反応器へ供給するモノマーの供給速度を自動的に調節する製造速度制御装置を用いて運転する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
（Ａ）反応器内の圧力（Ｐ；Ｐｍ）に対する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ）の比（Ｙ／Ｐ；Ｙ／Ｐｍ）を求める手段；
（Ｂ）工程（Ａ）の比に基づいて、反応器内の所望の圧力（Ｐ＊）に対応する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ＊）を設定する手段；
（Ｃ）反応器内でのポリマーの設定製造速度（Ｙ＊）にしたがって反応器中へのモノマーの供給速度を調節する手段；
を含む、ポリマーの製造において流動床気相重合反応器を制御するためのプロセス制御器。
【請求項７】
手段（Ａ）によって予め設定した時間間隔における瞬間値としてかかる比（Ｙ／Ｐｍ）を検出する、請求項６に記載のプロセス制御器。
【請求項８】
予め設定した時間間隔が３０秒間〜５分間の範囲である、請求項７に記載のプロセス制御器。
【請求項９】
手段（Ｂ）が、比（Ｙ／Ｐｍ）に値（Ｐ＊−Ｐｉ）（ここで、Ｐ＊は反応器内の設定点圧力であり、Ｐｉ＝反応器内の不活性成分の分圧の合計である）をかけることによって反応器内での設定点製造速度（Ｙ＊）を算出するＧＰＲ圧力制御装置である、請求項６に記載のプロセス制御器。
【請求項１０】
手段（Ｃ）が、設定点製造速度（Ｙ＊）に基づいて気相反応器へ供給するモノマーの供給速度を自動的に調節する製造速度制御装置である、請求項６に記載のプロセス制御器。
【請求項１１】
コンピューター上で実行した際に、請求項１に記載の方法にしたがってポリマーの製造において流動床気相重合反応器のプロセス制御を与えるコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーの製造において流動床気相重合反応器を制御する方法に関する。
特に、本発明方法は、モノマーの１つ又は複数の供給流の流速に基づく反応器製造速度の制御を、流動床反応器の内部の圧力制御と組み合わせるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、ＷＯ−００／２２４８９は、被制御変数、制約被制御変数、操作変数、及び外乱変数を含む制御行列に基づいて、ループ反応器、及び場合によっては１つ又は複数の気相反応器内で製造するポリプロピレン及びそのコポリマーのプラントを数学モデルを用いてオンライン制御するためのシステムに関する。かかる制御システムによって製造プロセスの製造速度及び触媒収率を最大にすることができたと示唆されている。プロセス制御に関する関連する問題点は、一般に経済的な面においてはプロセスをプラントの容量限界付近で運転することが求められることであるということに留意されたい。しかしながら、触媒の流速を操作して反応器の製造速度を制御することができるが、重合熱が反応器の熱交換容量の限界値を超えると、熱安定性のために製造を更により増加させる目標を制限しなければならないことも留意されたい。
【０００３】
ＷＯ−００／２２４８９においては、制御する変数は気相反応器の圧力であってよいことが言及されており、気相反応器の圧力を制御するための数学モデルにおいて入力変数として以下のもの：１つ又は複数の反応器に供給する触媒の流速；１つ又は複数のループ反応器の反応媒体の密度；気相反応器に供給する１つ又は複数のコモノマーの流速；気相反応器の床のレベル；分離塔から戻される気体の流速；を用いることができることが示されている。
【０００４】
従来技術においては、重合反応を制御するための種々の他の提案がなされている。
例えば、ＳＵ−１２８１５６６においては、触媒、Ｈ、及びＣＯ２の存在下でのα−オレフィンの気相重合又は共重合を、反応器圧力を調節することによって、及びモノマー供給速度を変化させることによって制御し、異なる負荷におけるメルトフローインデックスを、ＣＯ２及びＨの濃度を変化させることによって制御することが開示されている。反応器での生産性は、触媒の活性を考慮して、ＣＯ２の濃度を直線比例的に変化させることにより得られるポリマーの粒径を調節することによって増加させる。
【０００５】
ＵＳ−２，９６４，５１１においては、液相及び気相が装填され、それに重合触媒及びモノマーが別々の流れで連続的に供給される加圧反応区域内での液相接触重合反応（即ちエチレンの重合）において、反応の制御に、反応区域内の圧力を検知し、反応区域の気相内の圧力の変化を補償して反応器へのモノマー供給流の流れを調節することを含ませることが提案されている。更に、制御信号を圧力の関数として生成させ、制御信号を印加して、圧力の上昇に応答して反応区域へ触媒を供給する速度を増加させ、及び圧力の低下に応答して反応区域へ触媒を供給する速度を減少させ、それによって圧力を所定の限界値内に保持することができる。
【０００６】
ＵＳ−６，５２１，８０５は、製造されるポリイソブテンの特性Ｐ（粘度又は平均分子量）を一定に保持するイソブテン重合プロセスに関する。重合は、反応器中に触媒、及びモノマーを含むＣ４炭化水素供給混合物を連続的に導入し、反応器から液体反応相を連続的に排出することによって、気相と平衡の沸騰液体反応相を含む反応器内で連続的に行う。このプロセスは、製造されるポリイソブテンの特性ＰとＰｉＣ４との間で前もって規定した経験的関係によって、特性Ｐの所望の値に対応する反応器気相中のイソブテンの分圧ＰｉＣ４の目標値Ｖを決定することを含む。重合中に、ＰｉＣ４を測定し、ＰｉＣ４の補正値：（ＰｉＣ４）ｃを算出し、触媒の流速Ｑｃ及び／又はＣ４炭化水素供給混合物の流速Ｑｈに基づいて作動させることによって、目標値Ｖ付近に一定に保持する。
【０００７】
ＵＳ−６，２６３，３５５は、化学反応器の現在の状態を表し、化学反応器内の反応物質のそれぞれの構成成分を反映する複数の信号を発生させ；かかる複数の信号に応答して、且つ化学反応器内の反応物質の質量残留量を参照して化学反応器の将来の状態を算出し；化学反応器に関する少なくとも１つのパラメーターを制御して、化学反応器の将来の状態を制御するようにする；工程を含む、非線形予測制御を用いて気相反応器のような化学反応器を制御する方法に関する。設定点、例えば圧力設定点の優先順位を付けるプロセス制御方法が与えられると示唆されている。
【０００８】
ＷＯ−９６／４１８２２においては、制御変数によってプロセスを制御できるようにして、被制御変数として知られており、生成物の特性及び／又はプロセスの運転に関係する複数の変数を対応する設定値に合致させるようにすることができる、完全混合反応器と考えることができる少なくとも１つの反応器（Ｒ）を含むプラントにおいて少なくとも１種類の化学物質を合成する方法を制御する方法が示唆されている。この方法は、（ａ）被制御変数に関する設定値を入力し；（ｂ）予測ユニットを用いて、プロセス制御変数の測定値に基づいて被制御変数の予測値を算出し；（ｃ）制御ユニットを用いて、被制御変数の設定値及び予測値に基づいてプロセス制御変数に関する設定値を算出し；そして（ｄ）プロセス制御変数に関する設定値をプロセス制御作動装置に送る；工程を含む。制御するそれぞれのプロセス制御変数、例えば温度、流速、又は圧力に関して、その実際の値を連続的又は断続的に測定して、ＰＩＤ制御装置を用いてこの実際の値を設定値と比較することができる。
【０００９】
従来技術からの上記の例から、重合反応において分圧制御などの反応器の圧力制御に関して種々の提案がなされていることが理解されるであろう。
従来技術（上記記載のＳＵ−１２８１５６６、ＵＳ−２，９６４，５１１、ＵＳ−６，５２１，８０５、ＵＳ−６，２６３，３５５、ＷＯ−９６／４１８２２を参照）においては、圧力制御のために、供給流の流速に加えて触媒の流速を用いることもできることが示されている。従来技術（ＷＯ−００／２２４８９）においても、反応器製造速度の制御のために触媒の流速を用いることができることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第００／２２４８９号
【特許文献２】ソビエト連邦特許第１２８１５６６号明細書
【特許文献３】米国特許第２，９６４，５１１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５２１，８０５号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２６３，３５５号明細書
【特許文献６】国際公開第９６／４１８２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術においては、流動床気相重合反応器内において、１つ又は複数の供給流の流速に基づく反応器製造速度の制御を圧力制御とどのように組み合わせることができるかについては示されていない。
【００１２】
本発明者らは、製造速度制御を圧力制御と競合させない、即ち、製造速度の制御及び圧力制御がＧＰＲへのモノマー供給速度の調節に対して別々に影響を及ぼさないという改良点を有する、１つ又は複数の供給流の流速に基づく反応器製造速度の制御を圧力制御と組み合わせる、流動床気相重合反応器の制御のための実際的で簡単な方法を提供することができるという認識を有した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、
（ａ）反応器内の圧力に対する反応器内でのポリマーの製造速度の比を求め；
（ｂ）工程（ａ）の比に基づいて、反応器内の所望の圧力に対応する反応器内でのポリマーの製造速度を設定し；
（ｃ）かかる設定点製造速度にしたがって反応器中へのモノマーの供給速度を調節する；
工程を含む、ポリマーの製造において流動床重合反応器を制御するための制御方法が提供される。
【００１４】
而して、本発明は、１つ又は複数の供給流の流速に基づく反応器製造速度の制御を圧力制御と有効に組み合わせるものである。
本発明は、気相反応器（ＧＰＲ）内での製造を向上させるか又は最大にするように働かせることができることが見出された。これは、気相反応器の内部の圧力を所望の値に一定か又はほぼ一定に保持するように働かせることができる。したがって、本発明は、ＧＰＲを操作して、最大のＧＰＲ製造（平均してより高い圧力においてＧＰＲを運転する）を達成することを容易にするのに役立たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の代表的な態様にしたがって制御する気相重合反応器の制御を示す概要ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の代表的な態様にしたがって制御する気相重合反応器の制御を示す概要ブロック図である添付の図１を参照されたい。
代表的な態様の方法によれば、図１に図示するＧＰＲ圧力制御装置２００によって、気相反応器（ＧＰＲ）の所望の製造速度（Ｙ＊）が与えられる。
【００１７】
図１の３００において、ＧＰＲ圧力制御装置２００の入力値を図示する。ＧＰＲ圧力制御装置２００のための入力値として、ＧＰＲ内の圧力（Ｐ）を検出する。
また、ＧＰＲ圧力制御装置２００のための入力値として、気相反応器内のモノマー及び不活性成分の組成及びモル分率も検出する。
【００１８】
製造速度（Ｙ）は本発明のこの態様においては直接的には検出されないが、これは下記においてより良好に説明するように質量バランス又はエネルギーバランスに関する等式を用いて算出される。
【００１９】
本発明のＧＰＲ圧力制御装置２００は、製造速度（Ｙ）、気相反応器内の圧力（Ｐ）、及び気相反応器内のモノマーのモル組成の上記の入力値から出発して、反応器製造速度に関する設定点（Ｙ＊＝Ｙ／Ｐ）を自動的に生成する。
【００２０】
所望のＧＰＲポリマー製造速度１３０（Ｙ＊）は、図１において１００で図示するＧＰＲ製造速度制御装置のための入力値を表す。
ＧＰＲ製造速度制御装置１００は、ＧＰＲ圧力制御装置２００によって生成した値Ｙ＊に基づいて、気相反応器に供給する新しいモノマー（例えば、図１に示すＣ２−、Ｃ３−、Ｃ４−）の供給速度を自動的に調節することができる。ＧＰＲ製造速度制御装置１００は、製造されるポリマー中に結合したモノマーの割合に関する設定点１２０も考慮に入れて、それぞれのモノマー供給速度制御器によって新しいモノマーの供給速度を調節する。例えば、反応させるモノマーがエチレン及び／又はプロピレン及び／又はブテン−１である場合には、図１は、以下の意味：
・ＦＲＣ  Ｃ２−＝エチレン供給速度制御；
・ＦＲＣ  Ｃ３−＝プロピレン供給速度制御；
・ＦＲＣ  Ｃ４−＝ブテン−１供給速度制御；
・結合Ｃ２％＝ポリマー中に結合したエチレンのパーセントに関する設定点；
・結合Ｃ３％＝ポリマー中に結合したプロピレンのパーセントに関する設定点；
・結合Ｃ４％＝ポリマー中に結合したブテン−１のパーセントに関する設定点；
を有するこれらのモノマーの制御を示す。
【００２１】
本発明の制御方法は以下の工程を含む。
工程（ａ）：この工程は、反応器内のモノマーの分圧の合計（ｐｍ）に対する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ）の比（Ｙ／Ｐｍ）を求めることを含む。ＧＰＲ内のモノマーの分圧の合計（ｐｍ）及び不活性成分の分圧の合計（ｐｉ）は、ＧＰＲ内で検出される気相の組成（モノマー及び不活性成分のモル分率）から求めることができる。
【００２２】
一般に３０秒間〜５分間の範囲である予め設定した時間間隔における瞬間値として比（Ｙ／Ｐｍ）を検出するので、この予め設定した時間間隔においてＹ＊の新しい値が与えられる。
【００２３】
工程（ｂ）：この工程は、比（Ｙ／Ｐｍ）に値（Ｐ＊−Ｐｉ）（ここで、Ｐ＊は反応器内の設定点圧力であり、Ｐｉ＝反応器内の不活性成分の分圧の合計である）をかけることによって設定点製造速度（Ｙ＊）を求めることを含む。
【００２４】
｛（Ｙ／Ｐｍ）×（Ｐ＊−Ｐｉ）｝の値は、比（Ｙ／Ｐｍ）を検出するものと同じ予め設定した時間間隔においてＧＰＲ圧力制御装置２００によって算出することができる。このようにして、設定点製造速度（Ｙ＊）に関する新しい値が自動的に与えられる。
【００２５】
工程（ｃ）：この工程は、設定点製造速度（Ｙ＊）から出発して、気相反応器に供給するモノマーの供給速度を自動的に調節することができる製造速度制御装置を用いて運転することを含む。
【００２６】
図１に示すように、設定点製造速度１３０（Ｙ＊）をＧＰＲ製造速度制御装置１００へ入力し、これにより値Ｙ＊にしたがって反応器中へ供給するモノマーの供給速度を調節して、流動床反応器の内部の所望の設定点圧力を達成するようにする。
【００２７】
簡単な例として、本発明者らは、ＧＰＲを不活性重合成分（例えば窒素、プロパン）の不存在下で運転して、反応性モノマーの分圧の合計Ｐｍが反応器内の合計絶対圧Ｐに一致するようにすることを想定することができる。
【００２８】
現時点での気相反応器の製造速度がＹ＝４トン／時のポリマーであり、現時点での反応器圧力がｐ＝１７ｂａｒである場合には，図１のＧＰＲ圧力制御装置２００は比Ｙ／ｐ＝０．２３５トン／（時・ｂａｒ）を検出し、次にこの比に設定点圧力Ｐ＊をかける。Ｐ＊＝１８ｂａｒと仮定すると、これは圧力制御装置２００によって（０．２３５×１８）＝４．２３トン／時の設定点製造速度Ｙ＊が設定されることを意味する。
【００２９】
圧力制御装置２００によって生成したこの値Ｙ＊に基づいて、製造速度制御装置１００は、気相反応器に供給するオレフィンモノマー（例えば、図１に示すＣ２−、Ｃ３−、Ｃ４−）の供給速度を自動的に調節する。上述したように、ＧＰＲ製造速度制御装置１００は、製造されるポリマー中に結合したモノマーのパーセントの設定点１２０も考慮に入れて、新しいオレフィンモノマーの供給速度を調節する。
【００３０】
例示の場合においては、値Ｙ＊＝４．２３トン／時にしたがって、製造速度制御装置３００は、反応器の内部の圧力が１８ｂａｒの設定点値付近に増加するまで反応器へのモノマーの供給速度を増加させる。
【００３１】
適当な圧力を再設定する場合には、上記に記載のようにして本発明の制御方法を繰り返す。
上記の例においては、明確にするために、制御装置は反応器内の全圧を基準として働くように記載されている。これは、反応器内の不活性成分（例えばプロパン）の分圧の合計が、反応器内のモノマーの分圧の合計に比べて実質的に無視できるものである場合に適当である。これは少なくとも理論的には起こりうるが、実際には、重合熱（重合反応は発熱性である）の部分的な除去を助けるために無視できない量の不活性成分（窒素、プロパン等）を流動床反応器内に存在させる可能性がある。
【００３２】
本発明はまた、コンピューター上で実行した際に、上記に記載の方法にしたがってポリマーの製造において流動床気相重合反応器のプロセス制御を与えるコンピュータープログラムにも関する。
【００３３】
本発明の他の形態は、ポリマーの製造において流動床気相重合反応器を制御するためのプロセス制御器を提供する。代表的な態様においては、制御器は、
（Ａ）反応器内の圧力（Ｐ；Ｐｍ）に対する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ）の比（Ｙ／Ｐ；Ｙ／Ｐｍ）を求める手段；
（Ｂ）工程（Ａ）の比に基づいて、反応器内の所望の圧力（Ｐ＊）に対応する反応器内でのポリマーの製造速度（Ｙ＊）を設定する手段；
（Ｃ）反応器内でのポリマーの設定製造速度（Ｙ＊）にしたがって反応器中へのモノマーの供給速度を調節する手段；
を含む。
【００３４】
図１から理解することができるように、手段（Ｂ）は、比（Ｙ／Ｐｍ）に値（Ｐ＊−Ｐｉ）（ここで、Ｐ＊は反応器内の設定点圧力であり、Ｐｉ＝反応器内の不活性成分の分圧の合計である）をかけることによって反応器内での設定点製造速度（Ｙ＊）を算出するＧＰＲ圧力制御装置であってよい。
【００３５】
手段（Ｃ）は、設定点製造速度（Ｙ＊）に基づいて気相反応器に供給するオレフィンモノマーの供給速度を自動的に調節する製造速度制御装置であってよい。
ＧＰＲ内の圧力が設定点圧力（Ｐ＊）よりもある量、例えば０．５ｂａｒ超高い場合には、制約が加えられる可能性がある。この場合には、ＧＰＲ内の圧力を減少させるために製造速度を速やかに減少させる。更に、ポリマーレベルの大きな変化がしばらくの間は制御装置内で行われる計算に影響を与える可能性があるので、上記に記載の制御装置はプラントの始動中には作動状態にしてはならない。
【００３６】
ＧＰＲ内での所定のポリマーの製造を最大にするために、ＧＰＲ内のポリマーレベル及び圧力の両方を可能な最大値に保持しなければならない。ＧＰＲ内のポリマーレベルは、例えばＧＰＲのポリマー排出バルブを動かすＰＩＤ（比例−積分−微分）制御器によって調節することができる。圧力は、ＧＰＲ製造制御装置の製造速度設定点に作用し、次に新しいモノマーの供給速度に作用する本発明の制御装置によって調節する。
【実施例】
【００３７】
本出願人によって、図１の態様によるＧＰＲ圧力制御装置を、流動床反応器を含む重合プラントにおいて実施した。ＧＰＲ圧力制御装置によって、ＧＰＲ圧力設定点値Ｐ＊に密接にしたがう反応器内の圧力Ｐの有効値（ｂａｒ）を伴う非常に満足できる結果が与えられた。本発明の制御方法は、反応器の内部の圧力を所望の設定点に近接して保持することができることが分かった。
【図１】
2012514086.tif 000003
【国際調査報告】
2012514086.tif 000004
2012514086.tif 000005