УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ, ХРАНЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области химической промышленности и предназначена для использования в технологических узлах подготовки, хранения и дозирования жидких компонентов каталитической системы в реакторы полимеризации для суспензионных технологических процессов производства полипропилена в среде алифатических растворителей.
Суспензионные технологические процессы получения полипропилена, применяющие алифатические растворители и менее эффективные каталитические системы предыдущих поколений (треххлористый титан и диэтилалюминийхлорид), сталкиваются с проблемой конкурентоспособности из-за относительно высокой себестоимости продукции. Повышение конкурентоспособности подобных процессов достигается при их модернизации с целью адаптации производственных мощностей к использованию более эффективных современных каталитических систем.
Известна «Установка для полимеризации пропилена и этилена при низком давлении» /Полипропилен. Под редакцией В.И.Пилиповского и др., Л., Издательство «Химия», 1967, с.52-53, рис.3.9/. В аппаратах 1 и 2 приготавливают катализатор и хранят чистый растворитель. Отсюда компоненты катализатора дозирующими насосами 8 и 9 подаются в заданном соотношении в полимеризатор проточного типа 3, куда одновременно загружают мономер.
Известна «Установка для полимеризации пропилена» /Полипропилен. Под редакцией В.И.Пилиповского и др., Л., Издательство «Химия», 1967, с.53-55, рис.3.11/. Оба компонента катализатора загружают в аппарат 1 для приготовления каталитического комплекса, а затем каталитический комплекс и мономер загружается в полимеризационный автоклав.
Известна «Установка для полимеризации пропилена» /Технология полимерных материалов. Под редакцией В.К.Крыжановского, С-Петербург, издательство «Профессия», 2008, с.118-121, рис.5.4/. Оба компонента (треххлористый титан и диэтилалюминийхлорид) и растворитель загружают в аппарат 1 для приготовления каталитического комплекса, а затем каталитический комплекс и пропилен загружают в реактор 2.
Современные промышленные каталитические системы полимеризации пропилена включают, как правило, три компонента: (а) твердый компонент - титанмагниевый катализатор (ТМК) и жидкие компоненты: (б) сокатализатор - триэтилалюминий (ТЭА), (в) стереорегулирующая добавка - кремнийорганическое соединение, обладающее электронодонорными свойствами и далее по тексту называемое «донором».
В условиях непрерывного и стационарного режима полимеризации пропилена в реакторы полимеризации непрерывно дозируют растворитель, пропилен, водород и компоненты каталитической системы. На практике, как правило, применяется раздельная дозировка компонентов каталитической системы, что гарантирует сохранение высокого уровня свойств каталитической системы.
Для перевода действующего производства полипропилена на использование современной более эффективной каталитической системы, включающей титанмагниевый катализатор, сокатализатор и донор, необходимо создание установки подготовки, хранения и непрерывного раздельного дозирования компонентов каталитической системы в реакторы полимеризации.
Наиболее близкой технологической схемой подготовки, хранения и непрерывного раздельного дозирования компонентов каталитической системы является установка подготовки и дозирования сокатализатора и донора, описанная в «Постоянный технологический регламент №101-1-02 отделения полимеризации, цеха полимеризации, ОАО «Томский нефтехимический завод», г.Томск, 2002». Технологическая схема данной установки показана на фигуре 1 (прототип).
Согласно технологической схемы прототипа (фиг.1) в условиях непрерывного и стационарного режима полимеризации пропилена в реакторы полимеризации R51 и R52 непрерывно раздельно дозируют растворитель, пропилен, водород и компоненты каталитической системы: раствор сокатализатора, раствор донора и суспензию предполимеризованного титанмагниевого катализатора (далее по тексту - «суспензия ТМК»).
Операция предполимеризации для ТМК, как и катализаторов предшествующих поколений на основе треххлористого титана, необходима для защиты частиц катализатора от дробления при полимеризации в условиях промышленного реактора.
Суспензию ТМК готовят в среде алифатического растворителя в емкости D2B. Для этого в D2B последовательно вводят расчетные количества растворителя из емкости D209, сокатализатора из емкости D57, донора из специального мерника (на схеме не показан), пропилена из коллектора пропилена и порошкообразного ТМК из контейнера D1, затем в D2B проводят полимеризацию расчетного количества пропилена. Далее суспензия предполимеризованного ТМК (суспензия ТМК) порциями подается в емкость D2А, где каждая порция суспензии разбавляется растворителем до расчетной концентрации и поступает в расходную емкость D3А. Дозирование суспензии ТМК из D3A в реакторы полимеризации R51 и R52 производится дозировочными насосами G1B и G2B (G2S - резервный).
В емкости D732 производится подготовка и хранение раствора сокатализатора (ТЭА). Для этого в данную емкость подаются расчетные количества концентрированного раствора сокатализатора из емкости D729 насосом G712 и растворитель из емкости D209 (на схеме D209 не показана). Раствор сокатализатора из емкости D732 насосом G714 подается в емкость D57. Из емкости D57 раствор сокатализатора дозируется в реакторы полимеризации R51 и R52 дозировочными насосами G50А и G50B (насос G50S - резервный).
Концентрированный донор (кремнийорганическое соединение) из контейнера D2 погружным насосом Н-3 подается в емкость D78А. Из емкости D78А дозировочным насосом G49A, G49B производится дозировка донора в реакторы полимеризации R51 и R52 (насос G49S - резервный).
Падение уровней в емкостях D57 и D78А компенсируется периодической подкачкой раствора сокатализатора и донора соответственно. Таким образом, в прототипе емкости D57 и D78А одновременно выполняют функцию как приемных, так и расходных аппаратов.
Недостатками рассмотренной схемы для технологических узлов подготовки, хранения и дозирования жидких компонентов каталитической системы являются:
1. Погрешности в измерении расходов жидких компонентов каталитической системы при дозировании, обусловленные влиянием гидродинамических пульсаций дозировочных насосов на показания датчиков, и совмещением во времени функций приема и расхода жидких компонентов для каждого из аппаратов: D57 и D78А, что снижает стабильность работы контуров каскадного автоматического регулирования и, как следствие, приводит к формированию в реакторах не оптимальных соотношений концентраций сокатализатора и донора, снижающих активность и стереоспецифичность титанмагниевого катализатора.
2. Высокие рыночные цены и эксплуатационные затраты (энергия, обслуживание, ремонт) на дозировочные насосы. Для обслуживания дозирования сокатализатора и донора в два параллельно работающих реактора полимеризации пропилена необходимо шесть дозировочных насосов (два рабочих и один резервный для каждого компонента).
Задачей полезной модели является создание менее затратной и более эффективной в эксплуатации технологической схемы подготовки, хранения и дозирования жидких компонентов каталитической системы (сокатализатора и донора) в реакторы полимеризации пропилена, обеспечивающей надежное регулирование и стабилизацию в реакционной среде реактора полимеризации оптимальных соотношений концентраций «титанмагниевый катализатор: сокатализатор» и «сокатализатор: донор».
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является формирование в реакторах полимеризации пропилена оптимального соотношения концентраций сокатализатора и донора, поддерживающего активность и стереоспецифичность титанмагниевого катализатора.
Данная задача решается за счет того, что установка подготовки, хранения и дозирования компонентов каталитической системы в реакторы полимеризации пропилена, включающая взаимосвязанные между собой узлы: узел подготовки, хранения и дозирования катализатора, узел подготовки, хранения и дозирования сокатализатора и узел подготовки, хранения и дозирования донора, при этом, что каждый из узлов: узел подготовки, хранения и дозирования сокатализатора и узел подготовки, хранения и дозирования донора, - содержит емкость для подготовки и хранения соответствующего компонента (далее - приемная емкость), две функционально эквивалентные и параллельно установленные расходные емкости и два регулирующих клапана, соединенные трубопроводами и арматурой таким образом, что расходные емкости работают на прием и дозирование соответствующего компонента каталитической системы поочередно, но обеспечивая непрерывное раздельное дозирование растворов сокатализатора и донора в реакторы полимеризации пропилена за счет передавливания их азотом, подаваемого из ресивера; а регулирующие клапаны, установленные на линиях раздельной подачи жидких компонентов каталитической системы в реакторы полимеризации пропилена, контролируются массовыми расходомерами и управляются контуром каскадного регулирования.
Установка содержит ресивер, являющийся общим для узлов подготовки, хранения и дозирования растворов сокатализатора и донора, обеспечивающий запас и расход азота для передавливания на стадии дозирования растворов сокатализатора и донора из расходных емкостей в реакторы полимеризации и оборудованный контуром автоматического регулирования давления и предохранительным клапаном.
На фигуре 2 представлена схема технологических узлов подготовки, хранения и дозирования компонентов каталитической системы, соответствующая предлагаемой полезной модели. В предполагаемой полезной модели технологический узел подготовки, хранения и непрерывного раздельного дозирования суспензии ТМК соответствует прототипу и не имеет отличительных признаков, поэтому на фигуре 2 данный узел не показан.
1-2
Согласно технологической схемы (фиг.2) в условиях непрерывного и стационарного режима полимеризации пропилена в реакторы полимеризации R-7/ непрерывно раздельно дозируют растворитель, пропилен, водород и компоненты каталитической системы: суспензию ТМК, растворы сокатализатора и донора.
1-2
1-2
1
1
1
1-2
1-2
1
1-2
1
2
1
2
1-2
Рабочий раствор сокатализатора (ТЭА) готовится в емкости Е-1, для этого в Е-1 подаются расчетные количества концентрированного сокатализатора из емкости Е-2 и растворителя из коллектора Е-3 (Е-3 на схеме не показан). Приготовленный в емкости Е-1 раствор сокатализатора, насосом Н-3/ подается в одну из расходных емкостей Е-5/, например в Е-5/. При достижении заданного верхнего уровня жидкой фазы завершается стадия приема раствора в Е-5/ и в газовую фазу Е-5/ подается азот из ресивера Е-6 до заданного значения давления и начинается стадия дозировки раствора сокатализатора в реакторы полимеризации пропилена R-7/ через регулирующие клапаны К-8/ под действием перепада давления между газовыми фазами емкости Е-5/ и реактором R-7/. Перед началом дозирования из Е-5/ завершилась стадия дозирования из параллельно установленной емкости Е-5/. Во время дозирования в реакторы полимеризации раствора сокатализатора из емкости Е-5/, производится наполнение емкости Е-5/ раствором сокатализатора из Е-1. Все технологические операции, выполняемые для каждой емкости Е-5/ являются одинаковыми и периодически повторяются.
1-2
Контур каскадного автоматического регулирования (с коррекцией по расходу растворителя в реакторы полимеризации) поддерживает массовое отношение «сокатализатор: растворитель» на входе в реакторы полимеризации R-7/ (контур на схеме не показан).
1-2
1-2
1-2
1
1-2
1-2
1
1-2
1
1-2
2
1-2
Подготовка раствора донора (кремнийорганическое соединение) осуществляется в приемной емкости Е-9, в которую подаются растворитель из коллектора растворителя Е-3 и донор из контейнера D-2 насосом Н-10. Раствор гомогенизируют перемешиванием по линии рецикла насосом Н-11/, а затем этим же насосом раствор через фильтр Ф-12/ подается в одну из расходных емкостей Е-13/. После заполнения раствором донора одной из расходных емкостей, например Е-13/, в нее подается азот из ресивера Е-6 до заданного значения давления и начинается дозировка раствора донора в реакторы полимеризации R-7/ через регулирующие клапаны К-14/ под действием перепада давления между газовыми фазами емкости Е-13/ и реакторами R-7/. Во время дозирования донора из емкости Е-13/ в реакторы полимеризации R-7/, производится наполнение емкости Е-13/ раствором донора, подаваемым из Е-9. Все действия, выполняемые для каждой емкости Е-13/ являются одинаковыми и периодически повторяются.
Коэффициент соотношения между расходами компонентов (сокатализатора и донора) задается оператором с центрального пульта управления и регулируется контуром каскадного регулирования (контур на схеме не показан).
Таким образом, существенные отличительные признаки предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу определяются отличиями в аппаратурно-технологическом оформлении узлов подготовки, хранения и непрерывного раздельного дозирования жидких компонентов каталитической системы - растворов сокатализатора и донора.
1-2
Приемная емкость (Е-1) используется для подготовки и хранения растворов сокатализатора для чего она снабжается перекачивающим насосом (Н-3/) и схемой рецикла для гомогенизации раствора.
1-2
Расходная емкость (Е-5/) предназначена для дозирования раствора сокатализатора в реакторы полимеризации с чередующимися режимами работы для каждой: «рабочий» - при дозировании раствора, «резервный» - при приеме очередной порции раствора.
1-2
Приемная емкость (Е-9) используется для подготовки и хранения растворов донора, для чего она снабжается перекачивающим насосом (Н-11/) и схемой рецикла для гомогенизации раствора.
1-2
Расходная емкость (Е-13/) предназначена для дозирования раствора донора в реакторы полимеризации с чередующимися режимами работы для каждой: «рабочий» - при дозировании раствора, «резервный» - при приеме очередной порции раствора.
1-2
1-2
Ресивер (Е-6) предназначен для создания запаса азота и подачи азота в расходные емкости (Е-5/ и Е-13/) при заданном давлении. Ресивер оборудован контуром автоматического регулирования давления азота.
1-2
1-2
Монтаж двух расходных емкостей для приема и дозирования сокатализатора (Е-5/) и двух регулирующих клапана К-8/ позволил наладить работу так, что расходные емкости работают на прием и дозирование сокатализатора по очереди, но непрерывно дозируя сокатализатор в реакторы полимеризации.
1-2
1-2
Монтаж двух расходных емкостей для приема и дозирования донора (Е-13/) и двух регулирующих клапанов К-14/ позволил наладить работу так, что расходные емкости работают на прием и дозирование донора по очереди, но непрерывно дозируя донор в реакторы полимеризации.
1-2
1-2
В предлагаемой полезной модели технологическая схема дозирования жидких компонентов каталитической системы (сокатализатора и донора) в реакторы полимеризации пропилена содержит (вместо дозировочных насосов) два регулирующих клапана (К-8/) на линиях дозирования сокатализатора и два регулирующих клапана (К-14/) на линиях дозирования донора в реакторы полимеризации. Управление работой клапанов производится с помощью массовых расходомеров, установленных до регулирующих клапанов и управляемых контуром каскадного регулирования.
Дозировка жидких компонентов каталитической системы из расходных емкостей (сокатализатора и донора) происходит под действием постоянного перепада давления азота (между газовыми фазами расходных емкостей и реакторов полимеризации), который подается в расходные емкости из ресивера.
Все аппараты, связанные с подготовкой, хранением и дозированием жидких компонентов каталитической системы (сокатализатора и донора) оборудованы необходимым контрольно-измерительным и регулирующим оборудованием.
Предлагаемая модель соответствует критерию «промышленная применимость», обеспечивает возможность подготовки рабочих растворов жидких компонентов каталитической системы, хранения данных растворов в течение необходимого времени и непрерывного, регулируемого и раздельного дозирования их в реакторы полимеризации пропилена, обеспечивая надежное регулирование и стабилизацию в реакционной среде реактора полимеризации оптимальных соотношений концентраций «титанмагниевый катализатор: сокатализатор» и «сокатализатор: донор».
Данная полезная модель позволит снизить затраты на приобретение и эксплуатацию дорогостоящего оборудования.