УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПРИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ЧАСТИЦ ПОЛИОЛЕФИНОВ
TEMPERATURE CONTROL DURING POLYMERISATION OF POLYOLEFIN PARTICLES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к передаче тепла в системе реактора полимеризации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, могут быть получены различными способами полимеризации, такими как газофазные реакции, суспензионная полимеризация, растворная полимеризация и тому подобное. В способе суспензионной полимеризации сырьевые материалы, такие как разбавитель, мономер и катализатор, вводятся в реакционную зону, образуя суспензию в реакционной зоне. В непрерывных петлевых реакторах суспензия циркулирует через реакционную зону, а мономер вступает в реакцию с катализатором в ходе реакции полимеризации. Реакция полимеризации дает твердые полиолефины в суспензии. Продукт полимеризации, содержащий твердые полиолефины, затем передается из реактора и отделяется для извлечения твердых полиолефинов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В варианте реализации изобретения, способ выбора рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации включает контактирование олефина с катализатором в реакторе полимеризации, полимеризацию олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции, обнаружение, с помощью датчика, условия в реакторе полимеризации, определение, с помощью процессора, средней температуры частиц олефинового полимера на основании условия, определение порога рабочей температуры частиц с использованием кривой обрастания, сравнение, с помощью процессора, средней температуры частиц олефинового полимера с порогом рабочей температуры частиц, изменение одного или более рабочих параметров в ответ на сравнение, а также поддержание средней температуры частиц олефинового полимера не выше порога рабочей температуры частиц в ответ на изменение одного или более рабочих параметров. Альфа-олефиновый продукт реакции находится в виде частиц олефинового полимера, а реактор полимеризации содержит реакционную смесь, содержащую олефин, катализатор, разбавитель и альфа-олефиновый продукт реакции. Условие может включать среднемассовую температуру текучей среды. Изменение одного или более рабочих параметров может включать по меньшей мере одно из двух изменений: температуры или расхода охлаждающей жидкости, а охлаждающая жидкость может обеспечивать источник охлаждения на по меньшей мере части внешней поверхности реактора полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать по меньшей мере одно из двух: понижения температуры охлаждающей жидкости или увеличения расхода охлаждающей жидкости. Условие может включать концентрацию олефинов в реакционной смеси, а изменение одного или более рабочих параметров может включать изменение концентрации олефинов в реакционной смеси. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать уменьшение концентрации олефинов в реакционной смеси. Катализатор может содержать частицы катализатора, а условие может включать средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации. Изменение одного или более рабочих параметров может включать изменение среднего размера частиц катализатора в реакторе полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать уменьшение среднего размера частиц катализатора в реакторе полимеризации. Условие может включать средний размер частиц олефинового полимера в реакторе полимеризации, а изменение одного или более рабочих параметров может включать изменение среднего размера частиц олефинового полимера в реакторе полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать увеличение среднего размера частиц олефинового полимера, подаваемого в реактор полимеризации. Условие может включать рабочее давление в реакторе полимеризации, а изменение одного или более рабочих параметров может включать изменение давления в реакторе полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать увеличение рабочего давления в реакторе полимеризации до давления выше давления паров реакционной смеси при средней температуре частиц олефинового полимера. Определение средней температуры частиц олефинового полимера также может быть основано по меньшей мере на одном из следующих параметров: состав катализатора, состав олефина, состав альфа-олефинового продукта реакции, отношение площади поверхности катализатора к объему катализатора, плотность альфа-олефинового продукта реакции, состав разбавителя, размер частиц олефинового полимера, размер реактора полимеризации, кинетический профиль катализатора, начальный размер частиц катализатора, мера множества реакционноспособных центров, связанных с катализатором, давление внутри реактора полимеризации, средняя температура реакционной смеси, расход реакционной смеси или любая их комбинация. Способ также может включать введение олефина в реактор полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать прекращение введения олефина в реактор полимеризации. Сравнение может включать определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, а изменение одного или более рабочих параметров может включать введение воды в реактор полимеризации. Изменение одного или более рабочих параметров может включать введение в реактор полимеризации углеводорода, содержащего одну или более гидроксильных групп. Реактор полимеризации может представлять собой петлевой реактор.
[0004] В варианте реализации изобретения, способ полимеризации включает контактирование альфа-олефина с катализатором в реакторе полимеризации, полимеризацию олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции и управление средней температурой одной или более частиц в реакторе полимеризации. Альфа-олефиновый продукт реакции находится в виде одной или более частиц, а реактор полимеризации содержит реакционную смесь, содержащую олефин, катализатор, разбавитель и альфа-олефиновый продукт реакции. Средняя температура одной или более частиц меньше, чем температура плавления альфа-олефинового продукта реакции, а отношение средней температуры одной или более частиц к температуре плавления альфа-олефинового продукта реакции больше, чем около 0,9. Частица может содержать каталитический центр полимеризации, имеющий альфа-олефиновый продукт реакции, расположенный вокруг каталитического центра полимеризации, а температура каталитического центра полимеризации может находиться в пределах около 5% от температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции. Температура каталитического центра полимеризации может быть равна или быть выше температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции. Управление средней температурой частиц может включать: управление отношением средней температуры реакционной смеси к средней температуре одной или более частиц, при этом отношение составляет меньше, чем около 0,95, управление концентрацией олефинов в реакционной смеси и/или эксплуатацию реактора полимеризации при первом давлении, где первое давление больше давления паров реакционной смеси при средней температуре частиц. Катализатор может содержать частицы катализатора, а управление средней температурой частиц может включать разрушение частиц катализатора на две или более частицы меньшего размера и/или образование альфа-олефинового продукта реакции в первом реакторе. Альфа-олефиновый продукт реакции, образованный в первом реакторе, может содержать множество первых частиц, разделение множества первых частиц и ввод множества первых частиц в реактор полимеризации. Управление средней температурой частиц может включать: управление количеством активных центров на катализаторе и/или полимеризацию олефина с использованием катализатора, где катализатор содержит кинетический профиль, который изменяется во время процесса полимеризации. Катализатор может содержать частицу катализатора, а управление средней температурой частиц может включать: управление отношением площади поверхности катализатора к объему катализатора до превышения порога.
[0005] В варианте реализации изобретения, способ полимеризации включает расчет внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта на основании одного или более свойств частиц альфа-олефинового продукта и средней температуры объемной текучей среды, окружающей частицу альфа-олефинового продукта, определение одного или более рабочих параметров реактора полимеризации на основании внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта, управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации и поддержание отношения температуры плавления частиц альфа-олефинового продукта к внутренней температуре частиц альфа-олефинового продукта при значении, меньшем, чем около 1,0 в ответ на управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации. Одно или более свойств частиц альфа-олефинового продукта могут содержать первый диаметр частиц альфа-олефинового продукта и второй диаметр частиц альфа-олефинового продукта. Расчет внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта может включать: расчет первой внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при первом диаметре частиц альфа-олефинового продукта, расчет второй внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при втором диаметре частиц альфа-олефинового продукта и получение кривой обрастания на основании первой внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта, второй внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта, первого диаметра частиц альфа-олефинового продукта и второго диаметра частиц альфа-олефинового продукта. Полученная кривая обрастания может связывать диаметр частиц альфа-олефинового продукта с температурой обрастания частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации. Управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации может включать: управление средней температурой объемной текучей среды с использованием кривой обрастания. Один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать концентрацию олефинов в реакторе полимеризации, а управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации может включать поддержание концентрации олефинов не выше заданного порогового значения. Один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать давление в реакторе полимеризации, а управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации может включать поддержание давления не ниже давления паров объемной текучей среды при внутренней температуре частиц альфа-олефинового продукта. Один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать средний размер частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации, а управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации может включать поддержание среднего размера частиц альфа-олефинового продукта выше заданного порога. Один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации, а управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации может включать поддержание условий потока в реакторе полимеризации для разрушения частиц катализатора и поддержания среднего размера частиц катализатора ниже заданного порога. Поддержание условий потока в реакторе полимеризации может включать поддержание скорости текучей среды в реакторе полимеризации выше порога. Этот процесс также может включать перекачку объемной текучей среды через реактор полимеризации с использованием насоса, а поддержание условий потока в реакторе полимеризации может включать поддержание нагрузки насоса выше порога.
[0006] Эти и другие признаки настоящего изобретения станут более понятны благодаря приведенному ниже подробному описанию, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми графическими материалами и формулой изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Приведенные ниже фигуры являются частью настоящего описания и включены для дополнительной иллюстрации некоторых аспектов данного изобретения. Изобретение станет понятнее благодаря ссылкам на одну или более из этих фигур, а также подробному описанию конкретных вариантов реализации изобретения, представленных в данном документе.
[0008] Фиг. 1 схематически иллюстрирует вариант реализации способа полимеризации.
[0009] Фиг. 2 иллюстрирует технологическую блок-схему варианта реализации способа петлевой полимеризации.
[0010] Фиг. 3 иллюстрирует технологическую блок-схему другого варианта реализации способа петлевой полимеризации.
[0011] Фиг. 4 схематически иллюстрирует в увеличенном масштабе частичный вид в поперечном сечении полимерной частицы в реакторе полимеризации.
[0012] Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему варианта реализации способа полимеризации.
[0013] Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему другого варианта реализации способа полимеризации.
[0014] Фиг. 7 иллюстрирует блок-схему еще одного варианта реализации способа полимеризации.
[0015] Фиг. 8 иллюстрирует схему компоновки компьютерной системы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ, ниже приведено краткое описание, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми чертежами и подробным описанием.
[0017] В данном документе описаны варианты реализации системы реактора полимеризации и способ работы системы реактора полимеризации при определенных условиях передачи тепла. Более конкретно, системы и способы, описанные в данном документе, полезны для выбора рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации, что позволяет управлять температурой процесса полимеризации.
[0018] Фиг. 1 иллюстрирует обобщенную схему варианта реализации системы полимеризации 100. Система 100 может содержать впускную линию 102, ведущую к реактору полимеризации 101, который формирует продукт полимеризации, содержащий полимерные частицы. Линия продукта 120 принимает продукт полимеризации из реактора полимеризации 101 и передает продукт полимеризации в систему сепарации 103, где продукт полимеризации может быть извлечен. Впускная линия 102 может снабжать реактор полимеризации 101 одним или более компонентами, такими как реагенты (например, мономер, сомономер, водород и т.п.), каталитическая система, разбавители, любые инертные компоненты и тому подобное. Как подробнее описано ниже, реактор полимеризации может содержать один или более типов реакторов, таких как петлевые суспензионные реакторы, газофазные реакторы, автоклавные реакторы, трубчатые реакторы и тому подобное. Реактор полимеризации 101 может содержать любую емкость или комбинацию емкостей, выполненных соответствующим образом с возможностью обеспечения среды для химической реакции (например, зоны контакта) между мономерами (например, этиленом) и/или полимерами (например, «активной» или растущей полимерной цепью) и, необязательно, между сомономерами (например, 1-бутеном, 1-гексеном) и/или сополимерами, в присутствии катализатора, чтобы получить полимер (например, полиэтиленовый полимер) и/или сополимер. Кроме того, система сепарации 103 может содержать устройство любого типа, способное разделять полимерные частицы и/или один или более дополнительных компонентов из полученной реакционной смеси.
[0019] Используемые в данном документе термины «реактор полимеризации» или «реактор» могут включать по меньшей мере один петлевой реактор суспензионной полимеризации, газофазный реактор, автоклавный реактор или трубчатый реактор, способные полимеризовать олефиновые мономеры или сомономеры для получения гомополимеров или сополимеров в виде частиц. Такие гомополимеры и сополимеры могут называться смолами или полимерами.
[0020] Термины «контакт» или «контактирование», используемые в данном документе, относятся к процессу приведения в соприкосновение по меньшей мере двух раздельных частиц таким образом, чтобы они могли вступить между собой в реакцию. Тем не менее, следует понимать, что результирующий продукт реакции может быть получен непосредственно из реакции между добавленными реагентами и/или из промежуточного соединения из одного или более добавленных реагентов, которые могут быть получены в реакционной смеси.
[0021] Кроме того, диапазоны, указанные в данном документе, включают их конечные значения, если явно не указано иное. Также, когда количество, концентрация или другое значение или параметр заданы как диапазон, один или более предпочтительных диапазонов или как список предпочтительных верхних значений и предпочтительных нижних значений, это следует рассматривать как конкретное раскрытие всех диапазонов, образованных из любой пары любого верхнего предела диапазона или предпочтительного значения и любого нижнего предела диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, раскрыты ли такие пары отдельно. Объем изобретения не ограничивается конкретными значениями, приведенными при определении диапазона.
[0022] Способы полимеризации, выполняемые в реакторе (реакторах) (например, реакторе 101) могут включать периодический или непрерывный способы. Непрерывные способы могут использовать дозированный или непрерывный слив продукта. Способы могут также включать частичную или полную прямую рециркуляцию непрореагировавшего мономера, непрореагировавшего сомономера, и/или разбавителя.
[0023] Фиг. 2 иллюстрирует технологическую блок-схему варианта реализации системы полимеризации 170. Система 170 может содержать петлевой реактор суспензионной полимеризации 110, который формирует продукт полимеризации, линию продукта 120, которая принимает продукт полимеризации (например, суспензию продукта полимеризации) из петлевого реактора суспензионной полимеризации 110, и сепарационную емкость 140, которая принимает продукт полимеризации (например, в виде суспензии продукта полимеризации) из линии продукта 120. Из сепарационной емкости 140 может быть извлечен твердый полимер. Петлевой реактор суспензионной полимеризации 110 может содержать вариант реализации реактора полимеризации (например, реактор полимеризации 101 по фиг. 1), а сепарационная емкость 140 может содержать вариант реализации системы сепарации (например, систему сепарации 103 по фиг. 1). И хотя в варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2, показан один реактор 110, специалисту в данной области техники, благодаря этому описанию, будет понятно, что может быть использовано любое подходящее количество реакторов и/или их конструкций, как описано более подробно в данном документе.
[0024] Как проиллюстрировано на фиг. 2, петлевой реактор суспензионной полимеризации 110 может содержать вертикальные трубы 112 и/или горизонтальные трубы 114, соединенные между собой плавными изгибами или коленями 115, которые вместе образуют петлю. Части петлевого реактора суспензионной полимеризации 110, например, трубы 112, могут иметь рубашки охлаждения 113, расположенные вокруг них для удаления избытка тепла, выделяющегося в результате экзотермических реакций полимеризации. Например, через кольцевое пространство между рубашками 113 и наружной поверхностью реактора 110 может циркулировать охлаждающая жидкость. Циркуляция охлаждающей жидкости может отводить тепло от петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 через стенку реактора. Охлаждающая жидкость может циркулировать в системе охлаждения, чтобы сбросить тепло перед возвращением в кольцевой зазор в цикле охлаждения. Рубашка (-ки) охлаждения 113 может покрывать только часть петлевого реактора суспензионной полимеризации 110, а промежуточные области могут не подвергаться теплопередаче (например, отвод тепла). В одном варианте реализации изобретения, по меньшей мере около 10%, по меньшей мере около 20%, по меньшей мере около 30%, по меньшей мере около 40%, по меньшей мере около 50%, или по меньшей мере около 60% наружной поверхности петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 может иметь теплообмен.
[0025] Двигательное устройство, такое как насос 150, может обеспечивать циркуляцию текучей суспензии в петлевом реакторе суспензионной полимеризации 110. Примером насоса 150 является линейный осевой насос с импеллером насоса 152, расположенным во внутренней части реактора 110. Импеллер 152 может, во время работы, создавать зону турбулентного перешивания в жидкой среде, циркулирующей через реактор 110, чтобы обеспечить достаточный контакт между различными компонентами полимеризации в суспензии. Импеллер 152 может также помогать продвигать суспензию через замкнутый контур реактора 110 с достаточной скоростью, чтобы твердые частицы, такие как катализатор или продукт полимеризации, оставались взвешенными в суспензии. Импеллер 152 может приводиться в движение двигателем 154 или другой движущей силой.
[0026] Система 170 может дополнительно содержать любое оборудование, относящееся к реактору полимеризации, включая, но не ограничиваясь ими, насосы, устройства управления (например, ПИД-контроллеры), измерительные приборы (например, термопары, преобразователи и расходомеры), и альтернативные впускные и выпускные линии, а также их комбинации.
[0027] Мономер, разбавитель, катализатор и, необязательно, любой сомономер, которые могут подаваться в петлевой реактор 110 (например, посредством сырьевого потока 102), могут циркулировать через петлю во время полимеризации. Как правило, непрерывные способы могут включать непрерывное введение мономера, необязательного сомономера, катализатора и разбавителя в петлевой реактор суспензионной полимеризации 110, а также непрерывное удаление (например, через линию продукта 120) суспензии, содержащей твердый полимер (например, полиэтилен) и жидкую фазу разбавителя.
[0028] В одном или более вариантах реализации изобретения, сомономер может содержать ненасыщенные углеводороды, имеющие от 3 до 20 атомов углерода. Например, сомономер может содержать альфа-олефины, такие как, например, пропен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-октен, 1-нонен, 1-децен, и тому подобное, или их комбинации.
[0029] В вариантах реализации изобретения, подходящие разбавители, использующиеся в способах суспензионной полимеризации, могут включать, но не ограничиваться ими, полимеризующиеся мономер и, необязательно, сомономер, а также углеводороды, которые в условиях реакции являются жидкими. Примеры подходящих разбавителей включают, но не ограничиваются ими, углеводороды, такие как пропан, циклогексан, изобутан, н-бутан, н-пентан, изопентан, неопентан и н-гексан. В вариантах реализации изобретения, разбавители могут содержать ненасыщенные углеводороды, имеющие от 3 до 12 атомов углерода. Дополнительные примеры подходящих разбавителей включают, но не ограничиваются ими, пропен, 1-бутен, 1-гексен, октены, такие как 1-октен, децены, такие как 1-децен, или их комбинации. Некоторые реакции петлевой полимеризации могут происходить в объемных условиях, когда разбавитель не используется. Примером является полимеризация мономера пропилена, как описано в патенте США №5455314, который включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
[0030] Дополнительная информация о типичных способах петлевой полимеризации приведена, например, в патентах США №3248179, 4501885, 5565175, 5575979, 6239235, 6262191 и 8883940, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
[0031] В варианте реализации изобретения система 170 также может содержать или дополнительно содержать газофазный реактор. Газофазные реакторы могут включать реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора или многоступенчатые горизонтальные реакторы. Газофазные реакторы могут использовать непрерывный рециркулируемый поток, содержащий один или более мономеров, непрерывно циркулирующих через псевдоожиженный слой в присутствии катализатора в условиях полимеризации. Инертный газ, такой как азот, может вводиться вместе с реагентами в качестве разбавителя для поддержания реакции в газовой фазе. Рециркулируемый поток может отбираться из псевдоожиженного слоя и возвращаться обратно в реактор. Одновременно с этим, из реактора может отбираться полимерный продукт и добавляться новый или свежий мономер, чтобы заменить полимеризованный мономер. Аналогичным образомиз реактора опционно может отбираться сополимерный продукт и добавляться новый или свежий сомономер, чтобы заменить полимеризованный сомономер, полимеризованный мономер или их комбинации. Такие газофазные реакторы могут содержать способ многостадийной газофазной полимеризации олефинов, в котором олефины полимеризуются в газовой фазе по меньшей мере в двух независимых зонах газофазной полимеризации, при одновременной подаче содержащего катализатор полимера, образованного в первой зоне полимеризации, во вторую зону полимеризации. Один тип газофазного реактора описан в патентах США №5352749, 4588790 и 5436304, каждый из которых включен в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
[0032] В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 3, в системе реакции полимеризации 180 может содержаться множество реакторов. В вариантах реализации изобретения, имеющих множество реакторов, получение продукта полимеризации во множестве реакторов 110,190 может включать несколько этапов по меньшей мере в двух отдельных реакторах полимеризации 110, 190, соединенных между собой посредством устройства передачи или линии 172, что позволяет передавать полученный продукт полимеризации из первого реактора полимеризации 110 во второй реактор 190. Нужные условия полимеризации в одном реакторе могут отличаться от условий полимеризации в другом реакторе (реакторах). В качестве альтернативы, полимеризация во множестве реакторов может включать ручную передачу продукта полимеризации (например, в виде суспензии продукта полимеризации, в виде смеси, в виде твердого полимера или их комбинаций) из одного реактора в последующие реакторы для продолжения полимеризации. Кроме того, для передачи некоторой части продукта полимеризации во второй реактор 190, один или более компонентов сырья (например, разбавитель, катализатор, мономеры, сомономеры и т.п.) могут подаваться через впускную линию в качестве сырьевого потока 174 во второй реактор 190. Несмотря на то, что на фиг. 3 проиллюстрировано множество петлевых реакторов суспензионной полимеризации, системы с множеством реакторов могут содержать любую комбинацию, включая, но не ограничиваясь ими, множество петлевых реакторов, множество газофазных реакторов, комбинацию петлевых и газовых реакторов, а также комбинацию реакторов высокого давления с петлевыми и/или газовыми реакторами. Когда присутствует множество реакторов, по меньшей мере один реактор может давать продукт полимеризации. Множество реакторов может работать последовательно, параллельно, или в их комбинации.
[0033] В вариантах реализации изобретения, имеющих множество реакторов, различные типы реакторов, которые могут быть включены в систему 180, могут содержать петлевые реакторы суспензионной полимеризации и газофазные реакторы, включая любой из описанных выше реакторов. Петлевые реакторы суспензионной полимеризации могут иметь петлевую конструкцию, такую как конструкция петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 из фиг. 2. Газофазные реакторы могут содержать реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора или многоступенчатые горизонтальные реакторы, такие как конструкции, описанные в данном документе.
[0034] В вариантах реализации изобретения, имеющих множество реакторов, различные типы реакторов, которые могут быть дополнительно включены в систему 180, могут содержать реакторы высокого давления. Реакторы высокого давления могу содержать автоклавные или трубчатые реакторы. Трубчатые реакторы могут иметь несколько зон, в которые могут добавляться свежий мономер (опционно, сомономер), инициаторы или катализаторы. Мономер (опционно, сомономер) может захватываться потоком инертных газов и вводиться в одну зону реактора. Инициаторы, катализаторы и/или каталитические компоненты могут захватываться потоком газов и вводиться в другую зону реактора. Для полимеризации, потоки газов могут перемешиваться. Для получения оптимальных условий реакции полимеризации соответствующим образом могут использоваться тепло и давление.
[0035] Аналогично, автоклавные реакторы могут содержать реактор, снабженный смесительным устройством, и питающий коллектор, имеющий линии ответвления, каждая из которых оборудована регулирующим клапаном. Типичный автоклавный реактор может быть разделен на множество реакционных зон (например, на три реакционные зоны: верхнюю зону, среднюю зону и нижнюю зону). Давление в каждой зоне реактора поддерживается за счет использования коллектора, регулирующих клапанов и выпускного клапана. Свежий мономер (необязательно, сомономер), инициаторы или катализаторы могут добавляться в каждую зону при контролируемых условиях температуры и давления для обеспечения необходимой скорости реакции.
[0036] В вариантах реализации изобретения, имеющих множество реакторов, различные типы реакторов, которые могут быть дополнительно включены в систему 180, могут содержать реактор растворной полимеризации, в котором контакт мономера (необязательно, сомономера) с каталитическим составом может обеспечиваться путем подходящего перемешивания или другими способами. Может использоваться носитель, содержащий инертный органический разбавитель или избыточный мономер (необязательно, сомономер). При необходимости, мономер и/или необязательный сомономер могут подаваться в паровой фазе для контакта с продуктом каталитической реакции, в присутствии или в отсутствии жидкого вещества. В зоне полимеризации поддерживается температура и давление, при которых в реакционной среде образуется раствор полимера. Для лучшего контроля температуры и поддержания однородности полимеризационных смесей по всей зоне полимеризации может применяться перемешивание. Для рассеивания тепла экзотермической полимеризации могут использоваться соответствующие средства.
[0037] Возвращаясь к системам 170 и 180 на фиг. 1 и фиг. 2, условия реактора полимеризации (например, петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 и/или газофазного реактора), которые можно выбрать, и которыми можно управлять для обеспечения эффективности полимеризации и получения выбранных свойств смолы, включают температуру, давление и концентрации различных реагентов. Например, температура полимеризации может влиять на производительность катализатора, молекулярный вес полимера и молекулярно-весовое распределение. В соответствии с уравнением свободной энергии Гиббса, подходящей температурой полимеризации может быть любая температура ниже температуры деполимеризации. Как правило, этот диапазон включает температуры, например, от около 60°С (140°F) до около 280°С (536°F), и от около 70°С (158°F) до около 110°С (230°F), в зависимости от типа реактора полимеризации.
[0038] В зависимости от типа реактора и типа полимеризации, также будет изменяться и подходящее давление. Давление для жидкофазной полимеризации в петлевом реакторе, таком как петлевой реактор суспензионной полимеризации 110, как правило меньше, чем около 1000 фунт/кв. дюйм изб. (около 6,9 МПа), например, около 650 фунт/кв. дюйм изб. (около 4,5 МПа). Давление для газофазной полимеризации может составлять от около 200 фунт/кв. дюйм изб. до около 500 фунт/кв. дюйм изб. (от около 1,4 МПа до около 3,5 МПа). Как правило, полимеризация под высоким давлением в трубчатых или автоклавных реакторах осуществляется при давлениях в диапазоне от около 20000 фунт/кв. дюйм изб. до около 75000 фунт/кв. дюйм изб. (от около 138 МПа до около 517 МПа). Реакторы полимеризации могут также работать в сверхкритической области, возникающей обычно при еще больших температурах и давлениях. Работа выше критической точки фазовой диаграммы температура-давление (в сверхкритической фазе) может иметь ряд преимуществ. В одном варианте реализации изобретения, полимеризация может происходить в среде, имеющей подходящую комбинацию температуры и давления. Например, полимеризация может происходить при давлении в диапазоне от около 400 фунт/кв. дюйм до около 1000 фунт/кв. дюйм (от около 2,8 МПа до около 6,9 МПа);или же от около 550 фунт/кв. дюйм до около 650 фунт/кв. дюйм (от около 3,8 МПа до около 4,5 МПа), или же от около 600 фунт/кв. дюйм до около 625 фунт/кв. дюйм (от около 4,1 МПа до около 4,3 МПа); и температуре в диапазоне от около 65°С (150°F) до около 110°С (230°F), или же от около 90°С (195°F) до около 104°С (220°F). Например, полимеризация может происходить в петлевом реакторе при давлении в диапазоне от около 400 фунт/кв. дюйм до около 1000 фунт/кв. дюйм (от около 2,8 МПа до около 6,9 МПа) и при температуре в диапазоне от около 65°С (150°F) до около 110°С (230°F).
n
w
w
n
g
[0039] Для получения твердого полимера с определенными физическими и/или механическими свойствами можно контролировать концентрацию различных реагентов. Предлагаемый продукт конечного использования, который будет изготовлен из твердого полимера, и способ получения такого продукта определяет требуемые свойства. Механические свойства включают предел прочностина на разрыв, модуль упругости при изгибе, ударную вязкость, сопротивление раздиру и/или пробою, сопротивление распространению трещин, ползучесть, релаксацию напряжений и твердость. Физические свойства включают плотность, молекулярную массу (среднечисленную молекулярную массу M и средневесовую молекулярную массу M), молекулярно-массовое распределение (ММР, M/M), температуру плавления, вязкость расплава, температуру стеклования (T), температуру кристаллизации из расплава, стереорегулярность, рост трещин, длинноцепочечную разветвленность и реологические измерения.
[0040] Концентрации и/или парциальные давления мономера, сомономера, водорода, сокатализатора, модификаторов и доноров электронов играют важную роль при получении этих свойств смолы. Сомономер может использоваться для контроля плотности продукта. Водород может использоваться для контроля молекулярной массы продукта. Сокатализаторы могут использоваться для алкилирования, удаления ядов и контроля молекулярной массы. Активатор-носитель может использоваться для активирования катализатора и в качестве носителя катализатора. Модификаторы могут использоваться для контроля свойств конечного полимерного продукта, а доноры электронов могут влиять на стереорегулярность, молекулярно-массовое распределение или молекулярную массу. Кроме того, желательно свести к минимуму концентрацию ядов, так как яды влияют на реакции и на свойства продукта, часто отрицательным образом.
[0041] Компоненты реакционной смеси внутри реактора (реакторов), описанного в данном документе (например, петлевого реактора суспензионной полимеризации 110), могут включать олефиновые мономеры (например, этилен) и сомономеры (например, 1-гексен), разбавитель (например, изобутан, гексан, пропан или их комбинации), агенты контроля молекулярной массы (например, водород), а также любые другие желаемые сореагенты или присадки. Реакционная смесь может дополнительно включать катализатор и, необязательно, сокатализатор. Катализаторы, подходящие для полимеризации мономеров и любых сомономеров, могут включать, но не ограничиваются ими, катализатор (катализаторы) и, необязательно, сокатализатор (сокатализаторы) и/или промотор (промоторы). Неограничивающие примеры подходящих каталитических систем включают катализаторы Циглера-Натта, катализаторы Циглера, хромовые катализаторы, хромоксидные катализаторы, хромоценовые катализаторы, металлоценовые катализаторы, никелевые катализаторы или их комбинации. Неограничивающие примеры сокатализатора включают триэтилбор (ТЭБ), метилалюмоксан (МАО), алкилы, такие как триэтилалюминий, или их комбинации. Подходящие активаторы-носители могут содержать твердое вещество, которое может вести себя как кислота Льюиса или кислота Бренстеда, такие, как описаны в патенте США №8703886, включенный в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Каталитические системы, подходящие для использования в данном изобретении, были описаны, например, в патенте США №7619047, 7332543, 7790820, 7163906 и 7960487, каждый из которых включен в соответствующую часть данного документа посредством ссылки.
[0042] Реакционная смесь может вводиться внутрь реактора через впускные патрубки или каналы в определенных местах, таких как линия подачи 102. Любая комбинация реакционной смеси, указанная выше (и другие, известные специалистам в данной области техники), включая любой катализатор и/или сокатализатор, описанный в данном документе, может образовывать суспензию (например, суспензию в петлевом реакторе суспензионной полимеризации или псевдоожиженную смесь в газофазном реакторе), которая циркулирует через реактор во время процесса полимеризации. Например, суспензия в петлевом реакторе суспензионной полимеризации во время процесса полимеризации может циркулировать через петлю, образованную петлевым реактором суспензионной полимеризации 110. Суспензия циркулирующая через реактор и мономеры (и, необязательно, сомономеры) может полимеризоваться с образованием продукта полимеризации. Продукт полимеризации может содержать суспензию продукта полимеризации, реакционную смесь или их комбинации.
[0043] В вариантах реализации изобретения, реакционная смесь включает продукт полимеризации, содержащий твердый полимер и жидкую или газовую фазу. В варианте реализации изобретения, реакционная смесь может содержать непрореагировавший мономер, любой непрореагировавший сомономер, катализатор и/или разбавитель. В дополнительных или альтернативных вариантах реализации изобретения, реакционная смесь обычно может содержать различные твердые частицы, полутвердые частицы, летучие и нелетучие жидкости или их комбинации. В варианте реализации изобретения, реакционная смесь может содержать один или более компонентов, таких как водород, азот, метан, этилен, этан, пропилен, пропан, 1-бутен, бутан, изобутан, пентан, изопентан, гексан, 1-гексен и более тяжелые углеводороды. В варианте реализации изобретения, этилен может присутствовать в диапазоне от около 0,1% до около 15%, в качестве альтернативы, от около 1,5% до около 5%, в качестве альтернативы, от около 2% до около 4% от общей массы жидкости в линии продукта. Этан может присутствовать в диапазоне от около 0,001% до около 4%, в качестве альтернативы, от около 0,2% до около 0,5% от общей массы материала в линии продукта. Изобутан может присутствовать в диапазоне от около 80% до около 98%, в качестве альтернативы, от около 92% до около 96%, в качестве альтернативы, составлять около 95% от общей массы материала в линии продукта.
[0044] В вариантах реализации изобретения, реакционная смесь может содержать твердый полимер и газовую фазу по меньшей мере части разбавителя. В дополнительных или альтернативных вариантах реализации изобретения, смесь может содержать непрореагировавшие газообразные мономеры или необязательные сомономеры (например, непрореагировавшие мономеры этилена, непрореагировавшие мономеры 1-бутена), газообразные побочные продукты, газообразные загрязняющие вещества или их комбинации. Используемый в данном документе термин «непрореагировавший мономер», например, этилена, относится к мономеру, который был введен в реактор полимеризации во время реакции полимеризации, но не был включен в полимер. Используемый в данном документе термин "непрореагировавший сомономер", например, 1-бутена, относится к сомономеру, который был введен в реактор полимеризации во время реакции полимеризации, но не был включен в полимер. Такие реакционные смеси в газовой фазе могут присутствовать, когда вместо петлевых суспензионных реакторов, или в дополнение к ним, используются газофазные реакторы.
3
3
3
3
3
3
3
[0045] В вариантах реализации изобретения, твердый полимерный продукт может содержать гомополимер, сополимер или их комбинации. Гомополимер и/или полимеры сополимера могут содержать мультимодальный (например, бимодальный) полимер (например, полиэтилен). Например, твердый полимер может содержать как полиэтиленовый полимерный компонент с относительно высоким молекулярным весом и низкой плотностью (HMWLD), так и полиэтиленовый полимерный компонент с относительно низким молекулярным весом и высокой плотностью (LMWHD). Различные типы подходящих полимеров могут характеризоваться как имеющие различные плотности. Например, полимер I типа можно охарактеризовать как имеющий плотность в диапазоне от около 0,910 г/см до 0,925 г/см; в альтернативном варианте, полимер II типа можно охарактеризовать как имеющий плотность от около 0,926 г/см до около 0,940 г/см; в качестве альтернативы, полимер III типа можно охарактеризовать как имеющий плотность от около 0,941 г/см до 0,959 г/см; и, в качестве альтернативы, полимер IV типа можно охарактеризовать как имеющий плотность больше, чем около 0,960 г/см. Твердый полимер может содержать другие полиолефиновые полимеры.
[0046] Возвращаясь к фиг. 2, продукт полимеризации (например, суспензия продукта полимеризации) может отбираться из одного или более реакторов, представленных в системе 170, например, петлевого реактора суспензионной полимеризации 110, через линию продукта 120. Отобранный продукт полимеризации может передаваться через линию продукта 120 в сепарационную емкость 140. В варианте реализации изобретения, продукт полимеризации в реакционной смеси может преобразовываться в по меньшей мере частичную газофазную смесь в линии продукта 120. Таким образом, в выбранных вариантах реализации изобретения, продукт полимеризации, передаваемый через линию продукта 120, может иметь вид жидкой суспензии продукта полимеризации (например, суспензии твердого полимера и жидкофазного разбавителя и/или непрореагировавшего мономера/сомономера), газофазной смеси (например, твердого полимера и газофазного разбавителя и/или непрореагировавшего мономера/сомономера), или их комбинаций (например, трехфазной смеси жидкого и газообразного разбавителя и/или непрореагировавшего мономера/сомономера и твердого полимера), и форма продукта полимеризации может быть функцией условий (например, температуры и давления), имеющихся в данном месте в линии продукта 120.
[0047] В варианте реализации изобретения, полимерный продукт, отобранный из петлевого реактора суспензионной полимеризации 110, может передаваться через линию продукта 120 за счет общего перепада давления между рабочим давлением петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 и сепарационной емкости 140. В варианте реализации изобретения, продукт полимеризации (например, суспензия продукта полимеризации, реакционная смесь или их комбинации) может передаваться через линию продукта 120, чтобы дать по меньшей мере частичную газофазную смесь (например, смесь газофазного разбавителя и/или непрореагировавшего мономера/сомономера и твердого полимера). В варианте реализации изобретения, в линии продукта 120 могут иметься один или более клапанов (непоказаны). Положение сепарационной емкости 140 относительно петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 может регулироваться, чтобы передавать отобранный полимерный продукт за счет общего перепада давления, например, чтобы свести к минимуму или уменьшить количество оборудования, предназначенного для транспортировки полимерного продукта, для испарения всей жидкости в полимерном продукте, или их комбинации.
[0048] Сепарационная емкость 140 может извлекать твердый полимер, который принимается из линии продукта 120. В одном или более вариантах реализации изобретения, описанных в данном документе, продукт полимеризации, текущий из линии продукта 120 (например, смесь твердого полимера и по меньшей мере части, преимущественной части или всех других компонентов, например, разбавителя и/или непрореагировавшего мономера/сомономера, находящихся в газовой фазе), может разделяться в сепарационной емкости 140 на твердый полимер в линии 144 и на один или более газов в линии 142.
[0049] Для разделения продукта полимеризации на твердый полимер и газы может использоваться любой подходящий способ. Например, сепарационная емкость 140 может содержать парожидкостный сепаратор. Подходящие варианты реализации парожидкостного сепаратора могут включать ректификационную колонну, испарительный резервуар, фильтр, мембрану, реактор, поглотитель, адсорбент, молекулярное сито, циклон или их комбинации. В одном варианте реализации изобретения, сепаратор содержит испарительный резервуар. Не вдаваясь в теорию вопроса, такой испарительный резервуар может содержать емкость, выполненную с возможностью испарения и/или удаления компонентов с низким давлением паров из жидкости с высокой температурой и/или высоким давлением.
[0050] В варианте реализации изобретения, сепарационная емкость 140 может быть выполнена таким образом, что продукт полимеризации из линии продукта 120 может разделяться на твердо- и жидкофазные (например, конденсат) компоненты в линии 144 и на один или более газофазных (например, пар) компонентов в линии 142. Жидкость или конденсат могут содержать твердый полимер (например, полиэтилен) и любые жидкофазные компоненты, такие как разбавитель и/или непрореагировавший мономер/сомономер, и, в некоторых вариантах реализации изобретения, линия 144 содержит концентрированную суспензию по сравнению с суспензией продукта в линии продукта 120. Газ или пар могут содержать летучие растворители, разбавитель, непрореагировавшие мономеры и/или необязательные сомономеры, газообразные побочные продукты (например, продукты побочных реакций, такие как загрязняющие вещества, и тому подобное) или их комбинации. Сепарационная емкость 140 может быть выполнена таким образом, что продукт полимеризации, текущий из линии продукта 120, подвергается быстрому испарению под воздействием тепла, снижения давления или их комбинаций, вследствие чего энтальпия линии увеличивается. Это может быть выполнено посредством нагревателя, нагревателя линии быстрого испарения, различных других операций, обычно хорошо известных в данной области техники, или их комбинаций. Например, нагреватель линии быстрого испарения, содержащий трубу в трубе, может осуществлять обмен тепла посредством горячей воды или пара. Такой нагреватель линии быстрого испарения может увеличивать температуру линии продукта 120 при одновременном снижении в ней давления.
[0051] В альтернативном варианте реализации изобретения, сепарационная емкость 140 может быть выполнена таким образом, что продукт полимеризации из линии продукта 120 может разделяться на твердый полимер в линии 144, совершенно или практически не содержащей какие-либо жидкофазные компоненты, и на один или более газов в линии 142. Подходящие способы разделения продукта полимеризации, доставленного в сепарационную емкость 140 из линии продукта 120, включают дистиллирование, испарение, быстрое испарение, фильтрацию, мембранное разделение, поглощение, адсорбцию, циклонирование, гравитационное осаждение или их комбинации.
[0052] В варианте реализации изобретения, сепарационная емкость 140 может работать при давлении в диапазоне от около 50 фунт/кв. дюйм изб. до около 500 фунт/кв. дюйм изб. (от около 0,3 МПа до около 3,5 МПа); в качестве альтернативы, от около 130 фунт/кв. дюйм изб. до около 190 фунт/кв. дюйм изб. (от около 0,89 МПа до около 1,3 МПа); или, в качестве альтернативы, при рабочем давлении от около 135 фунт/кв. дюйм изб. (от около 0,93 МПа).
[0053] В одном или более вариантах реализации изобретения, газ в линии 142 может содержать водород, азот, метан, этилен, этан, пропилен, пропан, 1-бутен, бутан, изобутан, пентан, гексан, 1 -гексен и более тяжелые углеводороды, по отдельности или в комбинации. В варианте реализации изобретения, этилен может присутствовать в диапазоне от около 0,1% до около 15%, в качестве альтернативы, от около 1,5% до около 5%, в качестве альтернативы, от около 2% до около 4% от общей массы линии. Этан может присутствовать в диапазоне от около 0,001% до около 4%, в качестве альтернативы, от около 0,2% до около 0,5% от общей массы линии. Изобутан может присутствовать в диапазоне от около 80% до около 98%, в качестве альтернативы, от около 92% до около 96%, в качестве альтернативы, составлять около 95% от общей массы линии.
[0054] Сепарационная емкость 140 может дополнительно содержать любое оборудование, относящееся к сепарационной емкости 140, такое как устройства управления (например, ПИД-контроллеры) и измерительные приборы (например, термопары), а также устройства контроля и измерения уровня.
[0055] В варианте реализации изобретения, суспензия может отбираться из петлевого реактора суспензионной полимеризации 110 с помощью отстойной колонны (непоказана), вместо, или вместе с одним или более узлами непрерывного отбора (УНО). Отстойная колонна может быть альтернативным устройством отбора или использоваться в дополнение к линии продукта 120. В этом варианте реализации изобретения, часть суспензии продукта может непрерывно или периодически сливаться из контура реактора в относительно короткий сегмент трубопровода, расположенный, как правило, вертикально по отношению к горизонтальной линии контура. Скорость и количество сливаемой суспензии продукта может регулироваться клапаном приемника и осуществляться в угловую или наклонную (скошенную) колонну. После того, как суспензия продукта и, в частности, твердый полимерный продукт, доставляется в отстойную колонну, выходной поток реактора может подвергаться быстрому испарению, чтобы отделить твердый полимер от жидкостей (например, разбавителя, мономера, сомономера и тому подобного). На этом этапе разделения могут использоваться различные способы, включая, но не ограничиваясь этим, быстрое испарение, которое может включать любую комбинацию подвода тепла и снижения давления, разделение с помощью циклонного действия в циклоне или гидроциклоне, или разделение центрифугированием. Твердый полимерный продукт, из которого удалена часть, преимущественная часть или вся жидкость, может затем передаваться в один или более блоков последующей переработки.
[0056] В общем случае, процесс полимеризации является экзотермическим, и тепло, выделяемое во время реакции, может отводиться от реактора, чтобы предотвратить плавление полиолефинового продукта внутри реактора. Перегрев может стать причиной обрастания, закупоривания, или привести к другим нежелательным явлениям внутри реактора. Кроме ограничения возникновения потенциальных нежелательных явлений, поддержание контролируемой температуры внутри реактора может играть важную роль при получении продукта с желаемыми свойствами. Как описано более подробно ниже, температурой внутри реактора полимеризации можно управлять на основании определения температуры частицы полимерного продукта. Например, температура полимерной частицы может поддерживаться не выше температуры плавления или не выше температуры обрастания, тем самым потенциально ограничивая возникновение нежелательных явлений, связанных с работой выше температуры обрастания (например, закупоривания, образования налета и тому подобного).
[0057] Температура полимерной частицы зависит от теплоты, выделяемой во время реакции полимеризации, а также от скорости теплопередачи от полимерной частицы. Не ограничиваясь конкретной теорией, температура частицы может определяться, в одном варианте реализации изобретения, путем рассмотрения тепла, выделяемого на активном каталитическом центре, и передачи этого тепла стенке реактора через полимерную частицу и объемную текучую фазу. Для описания таких различных путей передачи тепла на фиг. 4 проиллюстрирован в увеличенном масштабе схематический вид полимерного продукта 402 внутри реактора (например, петлевого реактора суспензионной полимеризации и/или газофазного реактора).
[0058] Внутри реактора мономер и/или сомономер могут контактировать с активными каталитическими центрами 404 с образованием продукта полимеризации, содержащего множество полимерных частиц 402, только одна из которых проиллюстрирована на фиг. 4. И хотя на фиг. 4 для простоты проиллюстрирована только одна полимерная частица 402, следует понимать, что в реакторе полимеризации будет присутствовать множество полимерных частиц 402, имеющих одинаковые или разные размеры (например, имеющих распределение по размерам). Каждая полимерная частица 402 может иметь один или более каталитических центров 404. Когда в каталитических центрах 404 протекает реакция полимеризации, каталитический центр 404 может выделять теплоту полимеризации и повышать температуру полимерного продукта, окружающего каталитический центр 404. Такое повышение температуры в каталитическом центре 404 может приводить к разности температур между каталитическим центром 404, остальной частью полимерной частицы 402 и окружающей объемной текучей фазой 414, которая обычно может содержать разбавитель, мономер и/или сомономер в петлевом реакторе суспензионной полимеризации или газовую среду (например, газофазный разбавитель, мономер, сомономер и тому подобное) в газофазном реакторе.
1
s
р
1
р
[0059] Во время реакции полимеризации теплота полимеризации, выделяемая в каталитическом центре, может создавать нагретую область вблизи каталитического центра 404 (например, внутри объема, ограниченного поверхностью 406). Затем может образоваться первая разность температур (ΔT) между температурой центра полимеризации 404, которую в данном документе можно назвать температурой центра полимеризации (T), и температурой остальной части полимерной частицы 402, которую можно назвать температурой частицы (Т). Разность температур ΔT может обеспечить движущую силу или падение энергетического потенциала для передачи теплоты остальной части полимерной частицы 402, например, через поверхность 406. Можно ожидать, что основным механизмом теплопередачи будеттеплопроводность из центра полимеризации в объемную полимерную частицу 402. Если температура частицы Т достаточно высока, чтобы расплавить полимер или заставить его принять аморфную структуру, полимер на или вблизи каталитического центра 404 может набухать относительно остальной части полимерной частицы 402, которая может иметь более низкую температуру, что позволяет ей принять по меньшей мере частично кристаллическую форму. Набухание может усиливаться за счет впитывания разбавителя или реагентов в аморфном полимерном продукте. Состав объемной текучей среды 414 может влиять на степень набухания и температуру, при которой происходит набухание, поскольку различные разбавители растворяют или вызывают набухание данного полимерного продукта при разных температурах.
b
р
b
р
2
р
b
2
[0060] По сравнению с каталитическим центром 404 остальная часть полимерной частицы 402 является относительно большой и, как можно ожидать, имеет площадь поверхности, достаточно большую для передачи тепла в окружающую текучую среду 414, находящуюся при средней температуре реактора, которая в данном документе называется температурой объемной текучей среды (T). Температура полимерной частицы (Т) может быть достаточно низкой, чтобы полимер мог принимать кристаллическую форму без плавления или набухания. Ожидается, что средняя температура объемной текучей среды T будет ниже, чем температура частицы (Т), в результате чего тепло будет передаваться от частицы 402 в объемную текучую среду 414. Затем может образоваться вторая разность температур (ΔТ) между температурой частицы Т и температурой объемной текучей среды T. Разность температур ΔТ может обеспечить движущую силу или падение энергетического потенциала для передачи теплоты от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414, например, через внешнюю поверхность полимерной частицы 402.
[0061] В варианте реализации изобретения, теплопередача от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414 обычно определяется конвективным переносом теплоты от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414, окружающей полимерную частицу 402. Когда полимерная частица 402 находится во взвешенномсостоянии в объемной текучей среде 414, объемная текучая среда 414 может образовывать ламинарный пограничный слой или пленку вокруг полимерной частицы 402. Поверхность полимерной частицы 402 может находиться при более высокой температуре, чем окружающая текучая среда 414, что может обеспечивать движущую силу для проведения теплоты через пленку в объемную текучую среду 414, где за счет конвекции тепло распределяется по объемной текучей среде 414 и, в итоге, передается стенке реактора 408. Полимерные частицы 402 обычно взвешены в объемной текучей среде 414, что можно сравнить с перемещением теплового аэростата в воздухе. Полимерная частица 402 перемещается вместе с потоком объемной текучей среды и может иметь низкую скорость относительно окружающей объемной текучей среды 414 (например, разбавителя или газовой фазы). Скорость полимерной частицы 402 относительно объемной текучей среды 414 зависит от предельной скорости (например, скорости осаждения) через объемную текучую среду 414 и любой объемной турбулентности (например, флуктуаций скорости), которую имеет текучая среда при своем объемном расходе. В общем случае флуктуации скорости меньше объемного потока и имеют порядок величины от около 5% до около 10% от среднего расхода объемной текучей среды 414. Флуктуации скорости также можно назвать интенсивностью турбулентности. Низкая скорость полимерной частицы 402 относительно объемной текучей среды 414 создает вокруг полимерной частицы 402 относительно большой слой пленки, тем самым повышая сопротивление теплопередаче от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414.
w
w
3
b
w
3
[0062] Результирующая теплопередача от полимерных частиц 402 к объемной текучей среде 414 может привести к тому, что температура объемной текучей среды 414 будет больше, чем температура стенки реактора 414, которая может называться температурой стенки (T). Стенку реактора 408 можно охлаждать с использованием охлаждающей жидкости, контактирующей с частью наружной поверхности реактора, например, с помощью рубашек охлаждения 113 (фиг. 2). Из-за наличия сопротивлений теплопередаче между охлаждающей жидкостью и наружной поверхностью стенки реактора, а также внутреннего сопротивления теплопередаче, имеющегося внутри стенки реактора 408, температура стенки T может быть больше, чем температура охлаждающей жидкости, но меньше, чем температура объемной текучей среды 414. Может образоваться третья разность температур (ΔТ) между объемной текучей средой 414, находящейся при температуре T, и стенкой реактора, находящейся при температуре T. Разность температур ΔТ может обеспечить движущую силу или падение энергетического потенциала для передачи тепла от объемной текучей среды 414 к стенке ректора 408. Как и в случае с полимерной частицей, между стенкой реактора и потоком объемной текучей среды 414 может образовываться суспензионная пленка или пограничный слой. На сопротивление теплопередаче через слой суспензионной пленки могут влиять различные факторы, включая вязкость и расход объемной текучей среды. На вязкость жидкости может влиять содержание твердых частиц и/или плотность твердых частиц, на которые, в свою очередь, может влиять температура частицы и центра полимеризации.
[0063] В варианте реализации изобретения, полимерная частица 402 может находиться в твердом состоянии при основном объеме полимерного продукта, находящегося в кристаллической форме, когда температура полимерной частицы 402 значительно ниже температуры плавления полимерной частицы 402. Температура плавления, используемая в данном документе, относится к температуре плавления, определяемой с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии («ДСК»), как известно в данной области техники, температура плавления представляет собой пик на кривой плавления дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), как определено в испытании ISO №11357. Полимерный продукт имеет температурный диапазон, в пределах которого полимер становится аморфной жидкостью. Как правило, плавление или размягчение могут начинаться при температуре, меньшей температуры плавления. Используемая в данном документе «температура обрастания» представляет собой температуру, при которой полимер начинает размягчаться, плавиться и терять кристалличность в разбавителе в реакционной смеси. В контексте газофазного реактора температуру обрастания иногда можно называть «температурой налипания», хотя использованный в данном документе термин «температура обрастания» может применяться как к петлевым реакторам суспензионной полимеризации, так и к газофазным реакторам. Температура обрастания характеризует величину температуры, при которой полимерные частицы могут начинать прилипать к внутренней поверхности реактора и потенциально демонстрировать тенденцию к закупориванию или образованию налета в реакторе. В варианте реализации изобретения, температура обрастания может быть определена как температура в пределах около 10% от притока тепла на кривой ДСК для полимерного продукта. В варианте реализации изобретения, по меньшей мере внешняя часть полимерной частицы 402 может поддерживаться при температуре ниже температуры обрастания во время процесса полимеризации, чтобы избежать нежелательных явлений, связанных с загрязнением реактора полимерным продуктом.
[0064] Для некоторых реакций полимеризации теплота полимеризации может быть значительно больше (например, примерно на порядок больше), чем энергия, необходимая для расплавления полимерного продукта. В результате этого полимерный продукт, образованный на каталитическом центре 404, может быть расплавлен в момент или вскоре после своего создания, создавая расплавленную или почти расплавленную область вблизи каталитического центра 404 (например, под поверхностью 406). За пределами расплавленной области температура все еще может быть выше температуры обрастания, так как температура обрастания меньше температуры плавления полимерного продукта. Остальная часть полимерной частицы 402, которая может содержать большую часть частицы, может поддерживаться при температуре, которая ниже температуры обрастания в реакторе, посредством управления различными рабочими параметрами внутри реактора.
р
р
[0065] Чтобы понять взаимосвязь между температурой полимерной частицы 402 и параметрами внутри реактора полимеризации, можно рассмотреть различные эффекты, связанные с повышенной температурой частицы (Т). Как правило, ожидается, что скорость реакции на каталитическом центре 404 будет возрастать при увеличении концентрации этилена в текучей фазе реактора 414 и/или при увеличении активности каталитического центра 404. Когда реактор работает при высоких концентрациях этилена и высокой активности каталитического центра область, окружающая каталитический центр 404, может иметь температуру выше температуры набухания, обрастания и/или плавления. Повышенная температура на или вблизи каталитического центра может приводить к повышенной температуре полимерной частицы 402. В варианте реализации изобретения, повышенная температура полимерной частицы Т может приводить к набуханию объема полимерной частицы при одновременном уменьшении плотности, увеличении кажущейся вязкости суспензии внутри реактора и/или уменьшении коэффициента теплопередачи от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414. Каждый из этих эффектов описан в данном документе более подробно.
р
3
[0066] Повышенная температура (Т) полимерной частицы 402 может приводить к набуханию полимера. Если теплоты, выделяемой во время реакции полимеризации, достаточно для создания расплавленного полимера на или вблизи каталитического центра 404, полимер может принимать аморфную форму. Аморфная форма может быть менее плотной, чем кристаллическая форма полимерного продукта, а также может позволить разбавителю просочиться внутрь аморфного полимерного продукта, что вызывает еще большее уменьшение плотности. Набухшая и увеличенная аморфная область полимерной частицы 402 может занимать больший объем реактора при той же массовой доле твердых частиц, что увеличивает относительную или кажущуюся вязкость в реакторе. Более высокая вязкость может снизить теплопередачу от объемной текучей среды 414 к стенке реактора вследствие повышенного сопротивления теплопередаче через слой пленки между объемной текучей средой 414 и стенкой реактора 408. Вследствие повышенного сопротивления теплопередаче может увеличиться разность температур ΔТ между объемной текучей средой 414 и стенкой реактора 408. Изменение кажущейся вязкости также может влиять на скорость циркуляции реактора, изменение давления в насосе и требования к мощности насоса. В частности, по мере увеличения кажущейся вязкости скорость циркуляции реактора может уменьшаться, может уменьшаться изменение давления в насосе и/или могут повышаться требования к мощности насоса.
2
2
[0067] Повышенная температура полимерной частицы 402 может приводить к уменьшению коэффициента теплопередачи от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414. Объемная текучая среда обычно содержит разбавитель (например, изобутан) и один или более дополнительных компонентов (например, непрореагировавший мономер, сомономер, дополнительные реагенты, такие как водород, и тому подобное), которые при повышенных температурах могут быть летучими. При увеличении разности температур ΔТ на поверхности полимерной частицы 402 может образовываться локальная газовая область, такая как газовая фаза или пузырек разбавителя. Такая газовая фаза приводит к уменьшенному коэффициенту теплопередачи между полимерной частицей 402 и объемной текучей средой 414, так как теплопроводность газа примерно на порядок ниже, чем жидкости. Уменьшенный коэффициент теплопередачи может вызвать нагрев частицы (например, из-за увеличенной ΔТ) и привести к увеличению части объема полимерной частицы, которая расплавлена и не является кристаллической. Как описано выше, увеличение температуры частицы снижает плотность частиц, вызывает набухание полимерной частицы, увеличивает кажущуюся вязкость суспензии и/или снижает турбулентность в реакторе. Локальная газовая фаза также может уменьшать скорость осаждения частиц, дополнительно увеличивая сопротивление теплопередаче через слой пленки вокруг полимерной частицы. Каждый из этих эффектов может уменьшать теплопередачу от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414 через пленку жидкости вокруг полимерной частицы 402 и вызывать дальнейшее повышение температуры полимерной частицы.
[0068] Для реакций газофазной полимеризации состав объемной текучей фазы (например, газовой фазы) может не влиять так сильно на температуру полимерной частицы 402, как разбавитель в реакциях суспензионной полимеризации в петлевом реакторе. Скорее, посредством концентрации этилена можно управлять скоростью полимеризации и, следовательно, образованием тепла внутри частицы. Использование газофазной реакции также может влиять на вторую разность температур, так как коэффициент теплопередачи от полимерной частицы 402 к объемной текучей среде 414 будет ниже для газофазной объемной текучей среды, чем для жидкофазной объемной текучей среды.
[0069] Эти соображения могут использоваться для выбора одного или более рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации. В варианте реализации изобретения может быть получена кривая обрастания, которая учитывает особенности реакции, продуктов реакции и конструкции реактора, чтобы предоставить указания касательно безопасных рабочих температур и условий для реактора. Используемая в данном документе «кривая обрастания» связывает свойства полимерной частицы (например, размер полимерной частицы, состав и тому подобное) и условия реактора с температурой обрастания полимерных частиц в реакторе. По мере протекания реакции температура обрастания, создаваемая кривой обрастания, может изменяться, что может обеспечить динамические указания касательно рабочей температуры или уставки. В варианте реализации изобретения, определение рабочих условий в реакторе полимеризации может связывать температуру полимерной частицы с теплопередачей теплоты полимеризации внутри реактора (например, через полимерную частицу, объемную текучую среду и стенку реактора), активностью центра полимеризации и размером полимерной частицы, каждая из которых может изменяться во время реакции полимеризации. После этого можно регулировать или изменять рабочие условия для поддержания температуры частиц при или ниже температуры обрастания во время реакции полимеризации. В некоторых вариантах реализации изобретения, кривая обрастания может создаваться для второго реактора на основании данных, полученных из реактора полимеризации. Конкретные особенности, такие как тип реактора, температура реактора, давление в реакторе, непрерывная фаза реактора, каталитический состав, реологические свойства внутри реактора, тип и состав разбавителя, кинетика катализатора, концентрация каталитических центров, количество преполимеризаций или любая их комбинация может использоваться для определения кривой обрастания.
р
[0070] В варианте реализации изобретения, определение рабочих условий может начинаться с рассмотрения температуры полимерной частицы и пути передачи теплоты от полимерной частицы к стенке реактора. Для определения температуры полимерной частицы Т можно использовать любой подходящий метод или способ расчета.
р
s
[0071] В варианте реализации изобретения, температура полимерной частицы может определяться путем моделирования полимерной частицы, из множества полимерных частиц присутствующих в реакторе полимеризации, в виде сферы и предположения, что центр полимеризации находится в центре сферы. Также предполагается, что выделяемая теплота создается в пределах около половины массы частицы. Исходя из этих предположений, теплота полимеризации отводится через половину массы полимерной частицы. Используя температуру объемной текучей среды, можно определить температуру частицы (Т) и/или центра полимеризации (T).
р
[0072] В одном варианте реализации изобретения, температуру частицы Т можно определить с использованием следующего приближенного выражения:
p
s
р
b
-1
-1
-1
-2
-1
2
В уравнении 1 Q - теплота, выделяемая внутри частицы (например, теплота полимеризации), выраженная в единицах БТЕ/фунт-час (например, которая может быть выражена как (БТЕ)(фут)(ч)), h - коэффициент теплопередачи суспензионной пленки, выраженный в единицах (БТЕ)(ч)(фут)(°Р), А - площадь поверхности частицы, выраженная в единицах (фут), и T - температура объемной текучей среды, выраженная в единицах °F. Коэффициент теплопередачи суспензионной пленки может определяться с использованием любых известных способов или приближений. В варианте реализации изобретения, коэффициент теплопередачи суспензионной пленки может определяться с помощью следующего приближенного выражения:
1
p
s
-1
-1
-1
В уравнении 2 k - теплопроводность объемной текучей среды, выраженная в единицах (БТЕ)(ч)(фут)(°F), D - диаметр частицы, выраженный в единицах фут, Re - число Рейнольдса частицы, Pr - число Прандтля частицы, причем число Рейнольдса и число Прандтля являются безразмерными величинами. Благодаря этому описанию, специалист в данной области техники может определить число Прандтля и число Рейнольдса для заданной геометрии. Например, число Рейнольдса суспензии (Re) представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости в суспензии. В одном варианте реализации изобретения, число Рейнольдса суспензии может быть представлено уравнением:
s
s
i
s
s
-1
-3
-1
-1
где V - скорость суспензии в (фут)(с), ρ - плотность суспензии в (фунт)(фут), D - внутренний диаметр стенки реактора в единицах (фут) и μ - вязкость суспензии в (фунт)(фут)(с). Число Прандтля суспензии (Pr) представляет собой отношение кинематической вязкости к коэффициенту термической диффузии. В одном варианте реализации изобретения, число Прандтля суспензии может быть представлено уравнением:
s
s
s
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
где Cp - удельная теплоемкость суспензии в (БТЕ)(фунт)(°F), μ - вязкость суспензии в (фунт)(фут)(с), κ - теплопроводность суспензии в единицах (БТЕ)(ч)(фут)(°F) и 3600 - коэффициент перевода из часов в секунды.
s
[0073] В одном варианте реализации изобретения, температуру центра полимеризации T можно определить с использованием следующего приближенного выражения:
p
-1
-1
-1
В уравнении 5 k - теплопроводность частицы в единицах (БТЕ)(ч)(фут)(°F), а остальные коэффициенты такие же, как описано выше. Ур. 5 предполагает, что температура центра реакции, где выделяется тепло, занимает половину объема полимерной частицы. Согласно этому предположению, около 79,4% диаметра полимерной частицы находится во внутреннем объеме полимерной частицы, а теплопроводность от внутреннего объема ко внешней поверхности частицы происходит примерно через 10,3% от общего диаметра полимерной частицы. Также согласно ур. 5, температура центра стационарной полимеризации составляет около четверти диаметра полимерной частицы.
р
s
[0074] Как показано на фигурах 1-5, во время процесса полимеризации на температуру полимерной частицы и температуру центра полимеризации влияют различные параметры. В варианте реализации изобретения, температура частицы (Т) и/или температура центра полимеризации (T) может зависеть от температуры объемной текучей среды, реакционной способности катализатора, концентрации реагента (реагентов), диаметра полимерной частицы, скорости полимерной частицы относительно объемной текучей среды и/или свойств объемной текучей среды (например, теплопроводности, плотности, вязкости, удельной теплоемкости и тому подобного). В свою очередь, на один или более из этих параметров могут влиять дополнительные параметры.
[0075] Чтобы избежать обрастания реактора, реактор полимеризации может работать в различных условиях. В общем случае, реактор может работать для поддержания температуры полимерных частиц ниже температуры плавления полимерного продукта и/или ниже температуры обрастания полимерных частиц. Риск обрастания реактора полимеризации может быть уменьшен или устранен путем регулирования или изменения одного или более рабочих параметров, связанных с реактором полимеризации. Например, чтобы уменьшить риск обрастания, можно управлять одним или более из условий, влияющих на температуру полимерной частицы. В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен или устранен путем управления температурой объемной текучей среды в реакторе полимеризации, управления концентрацией реагентов (например, концентрацией олефинового мономера, концентрацией сомономера и тому подобного) в реакторе полимеризации, начальным размером частиц (например, размером частиц катализатора, размером полимерных частиц и тому подобного) внутри реактора, управления активностью катализатора, используя катализатор с нелинейным кинетическим профилем, используя катализатор, который разрушается во время реакции полимеризации для регулирования размера частиц в реакторе, управления условиями реакции для разбития полимерных частиц, образующихся в реакторе, эксплуатации реактора под давлением, позволяющем избежать испарения одного или более компонентов реакционной смеси, или любой их комбинации.
b
b
р
р
b
w
b
b
b
[0076] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен за счет снижения температуры объемной текучей среды (T). Температура объемной текучей среды отражает среднюю температуру непрерывной фазы в реакторе полимеризации. Снижая температуру объемной текучей среды (T), можно уменьшить температуру полимерных частиц (Т), в результате чего можно поддерживать температуру частиц ниже температуры обрастания. Сниженная температура частицы (Т) также может уменьшить любое набухание частицы, что потенциально снижает такие эффекты, как увеличенная кажущаяся вязкость. Снижение температуры реактора может также понизить давление паров/давление насыщения компонентов в реакционной смеси. Это позволит избежать образования паровой фазы на поверхности полимерной частицы, которая может привести к эффекту теплоизоляции, как описано более подробно в данном документе. Однако понижение температуры объемной текучей среды также может уменьшить третью разность температур между температурой объемной текучей среды (T) и температурой стенки реактора (T), что может снизить общую передачу тепла из реактора к охлаждающей жидкости. Кроме того, снижение температуры объемной текучей среды (T) также может снизить активность катализатора и скорость производства полимера. В варианте реализации изобретения, риск обрастания реактора полимеризации можно контролировать, управляя температурой объемной текучей среды (T) так, чтобы она была меньше или равна верхнему порогу, при котором средняя температура полимерных частиц находится при или вблизи температуры обрастания. В некоторых вариантах реализации изобретения, риск обрастания можно контролировать, управляя температурой объемной текучей среды (T) так, чтобы она была меньше или равна порогу, при котором температура центра реакции внутри полимерных частиц находится вблизи температуры плавления полимерного продукта, например, меньше, чем температура плавления полимерного продукта.
р
s
[0077] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен за счет снижения концентрации реагента в реакционной смеси. Скорость реакции обычно зависит от концентрации реагента. За счет снижения концентрации реагента можно снизить скорость реакции и скорость выделения теплоты внутри полимерных частиц. При уменьшении выделения теплоты в центре полимеризации внутри полимерной частицы также уменьшаются разности температур между температурой центра полимеризации и средней температурой частиц и между средней температурой частиц и температурой объемной текучей среды (414). В варианте реализации изобретения, риск обрастания можно контролировать, управляя концентрацией реагента для снижения скорости реакции и скорости выделения тепла внутри полимерных частиц. Скоростью реакции и скоростью выделения тепла можно управлять так, чтобы они были ниже верхнего порога, при котором температура частицы (Т) находится при или вблизи температуры обрастания и/или температура центра полимеризации (T) находится при или вблизи температуры плавления полимерного продукта.
р
[0078] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен посредством выбора кинетического профиля используемого катализатора. В некоторых вариантах реализации изобретения, для нужного полимерного продукта может быть доступно несколько катализаторов и/или катализатор может быть доступен в одной из нескольких форм, таких как частицы катализатора, каталитические компоненты, которые реагируют как катализатор в реакторе, и тому подобное. Каждый катализатор или каталитическая форма может иметь другой кинетический профиль. Чтобы управлять температурой частиц, для проведения реакции полимеризации может использоваться катализатор, имеющий кинетический профиль с относительно медленной скоростью полимеризации в начале реакции, когда полимерные частицы еще малы, и более высокой скоростью полимеризации после роста полимерных частиц. Использование более медленной скорости полимеризации при малых размерах полимерных частиц может позволить отводить теплоту полимеризации от каждой полимерной частицы без чрезмерного плавления, позволяя, при этом, использовать более высокую скорость полимеризации при увеличении размера полимерных частиц. Различные способы включают использование катализатора, имеющего период индукции (например, период активации). Период индукции дает уменьшенную начальную скорость полимеризации, пока катализатор активируется, что позволяет управлять скоростью реакции во время начального образования полимерных частиц. По мере роста полимерных частиц реакционная способность катализатора может увеличиваться или приближаться к его максимальной скорости полимеризации. В варианте реализации изобретения, риск обрастания можно контролировать, управляя кинетическим профилем катализатора (катализаторов), используемого для реакции полимеризации, чтобы управлять скоростью реакции и скоростью выделения тепла внутри полимерных частиц, когда размер полимерных частиц изменяется. Управляемая скорость реакции может позволить частице поддерживать температуру частицы (Т) при или вблизи температуры обрастания во время реакции полимеризации.
[0079] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен посредством выбора для частиц катализатора относительного числа (например, среднего числа по множеству полимерных частиц) активных центров полимеризации. Кинетика реакции зависит от количества активных центров полимеризации в частицах катализатора и, как правило, при увеличении числа центров полимеризации увеличивается выделение тепла внутри полимерных частиц. Поэтому посредством уменьшения или ограничения количества активных центров полимеризации можно уменьшить скорость реакции, а также выделение тепла внутри полимерных частиц. При уменьшении выделения тепла в центрах полимеризации внутри полимерных частиц также могут быть уменьшены конечные разности температур между температурой центра полимеризации и средней температурой частиц и между средней температурой частиц и температурой объемной текучей среды. В варианте реализации изобретения, риск обрастания можно контролировать, управляя количеством активных центров полимеризации на частицах катализатора, подаваемых в реактор полимеризации. Управление количеством активных центров полимеризации может включать снижение скорости реакции и скорости выделения тепла в центре полимеризации внутри полимерных частиц ниже верхнего порога, при котором температура частиц находится при или вблизи температуры обрастания.
[0080] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен посредством управления начальным размером частиц катализатора в реакторе полимеризации. Как правило, более мелкие частицы катализатора имеют увеличенное отношение площади поверхности частицы катализатора к объему частицы катализатора. Увеличенное отношение может обеспечить большую площадь поверхности на каждый центр полимеризации для передачи теплоты к объемной текучей среде. Это может позволить более мелким частицам катализатора иметь более высокие скорости полимеризации с соответствующими более высокими скоростями выделения тепла, чем у более крупных частиц катализатора, при этом температура полимерных частиц будет оставаться при или вблизи температуры обрастания. Более мелкие частицы катализатора также могут иметь более низкие скорости полимеризации и выделять меньше тепла, чем более крупные частицы катализатора. Это также позволяет управлять температурами полимерных частиц во время процесса полимеризации. Управление начальным размером частиц позволяет контролировать риск обрастания посредством выбора такого начального размера частиц, чтобы полимерные частицы могли поддерживать температуру полимерных частиц при или вблизи температуры обрастания.
[0081] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен посредством управления размером частиц катализатора в реакторе полимеризации. Как отмечено выше, более мелкие частицы катализатора могут иметь увеличенное отношение площади поверхности к объему. Хотя можно управлять начальным размером катализатора, размером частиц катализатора в реакторе полимеризации также можно управлять посредством выбора частицы катализатора, которая разрушается при полимеризации, тем самым уменьшая размеры отдельных частиц катализатора в реакторе полимеризации. Реактор может работать в условиях, обеспечивающих разрушение частиц катализатора. Например, можно выбрать соответствующие характеристики накачки, обеспечивающие разрушение частиц катализатора. Этого можно достигнуть посредством выбора такой скорости накачки, которая обеспечивает степень турбулентности в реакторе, достаточную для разрушения частиц катализатора. Также можно выбрать характеристики импеллера или насоса для физического разрушения частиц катализатора, когда реакционная смесь проходит через насос или другое двигательное устройство. Также может использоваться любой другой подходящий способ уменьшения размера частиц катализатора в реакторе полимеризации. В варианте реализации изобретения, управление размером частиц катализатора в реакторе полимеризации может позволить контролировать риск обрастания посредством такого уменьшения размера частиц катализатора, чтобы полимерные частицы могли поддерживать температуру частиц при или вблизи температуры обрастания.
[0082] Размером полимерных частиц в реакторе полимеризации также можно управлять с использованием реактора предварительной полимеризации, чтобы изначально растить полимерные частицы до подходящего размера, перед тем, как подавать полимерные частицы в реактор полимеризации. При увеличения размера полимерных частиц площадь поверхности также может увеличиваться, что позволяет полимерным частицам передавать теплоту полимеризации объемной текучей среды 414 без превышения температуры плавления и/или обрастания. В варианте реализации изобретения, многореакторная система, такая как система, описанная со ссылкой на фиг. 3, может использоваться для начального контактирования мономера и/или сомономера с катализатором на этапе предварительной полимеризации в реакторе предварительной полимеризации (например, в реакторе 110) с образованием преполимерных частиц. Условиями реакции в реакторе предварительной полимеризации можно управлять для получения более низкой температуры и/или более низкой скорости полимеризации, чтобы преполимерные частицы могли образовываться без чрезмерного плавления. Например, условия могут позволять преполимерным частицам образовываться в реакторе предварительной полимеризации без превышения температуры плавления или температуры обрастания преполимерного продукта. После того, как преполимерные частицы образовались в реакторе предварительной полимеризации и достигли первого среднего размера (например, среднего диаметра), их можно подавать в основной реактор полимеризации (например, в реактор 190) для продолжения полимеризации. Преполимерные частицы могут разделяться перед их подачей в основной реактор полимеризации и/или некоторая часть реакционной смеси из реактора предварительной полимеризации может подаваться в основной реактор. После этого средний размер полимерных частиц в основном реакторе может быть больше вследствие введения преполимерных частиц, которые уже выросли до первого среднего размера в реакторе предварительной полимеризации. Основной реактор может работать при других условиях, таких как более высокая температура объемной текучей среды, более высокое давление, более высокая концентрация мономера и/или сомономера или тому подобное, по сравнению с реактором предварительной полимеризации. Такая конфигурация может позволять изменять скорость полимеризации между двумя реакторами, позволяя, при этом, поддерживать температуру полимерных частиц в основном реакторе при или вблизи температуры обрастания.
[0083] В варианте реализации изобретения, риск обрастания может быть уменьшен посредством управления давлением внутри реактора полимеризации для подавления образования любых областей пара на полимерных частицах или вокруг них. Как отмечено выше, температура полимерных частиц может превышать давление паров одного или более компонентов реакционной смеси и вызывать образование области пара на полимерной частице. Область пара может приводить к уменьшению скорости полимерной частицы относительно объемной текучей среды, а также область пара может действовать как теплоизолятор на внешней поверхности полимерной частицы. Оба этих явления могут вызвать повышение температуры полимерной частицы, что может способствовать набуханию и/или обрастанию. Выбор рабочего давления в реакторе полимеризации может использоваться для подавления или предотвращения образования любых областей пара при ожидаемых температурах полимерных частиц. В варианте реализации изобретения, управление рабочим давлением может позволить контролировать риск обрастания посредством выбора давления для предотвращения образования любых областей пара на полимерных частицах.
b
[0084] В некоторых вариантах реализации изобретения, температурой реактора, характеризуемой температурой объемной текучей среды (T), можно управлять посредством выбора катализатора и требуемого продукта, в котором характеристики продукта зависят от температуры. Управляя параметрами в реакторе для поддержания температуры полимерных частиц ниже температуры плавления полимерного продукта и/или температуры обрастания, можно эксплуатировать реактор полимеризации при нужной температуре (например, температуре, при которой создается необходимый продукт с помощью катализатора (-ов)) для получения необходимого продукта без обрастания реактора.
[0085] В варианте реализации изобретения, описанные в данном документе соображения и расчеты, касающиеся теплопередачи, могут использоваться для выбора рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации. Реактор может содержать множество твердых полимерных частиц, образованных внутри объемной текучей среды, например, полимерных частиц, образованных в петлевом реакторе суспензионной полимеризации и/или газофазном реакторе. При выборе рабочих условий могут быть выбраны или смоделированы одна или более полимерных частиц. Выбранная полимерная частица или частицы могут представлять собой среднее из множества полимерных частиц или некоторую другую фракцию полимерных частиц. Например, ожидается, что более крупные полимерные частицы в распределении частиц по размерам внутри реактора полимеризации будут иметь более низкую температуру обрастания, чем более мелкие полимерные частицы. Ожидается, что более крупные полимерные частицы будут иметь более низкую температуру обрастания относительно температуры, измеренной в непрерывной объемной жидкой фазе (газе или жидкости), поскольку более крупные полимерные частицы имеют большую площадь поверхности на каждый активный каталитический центр. Поэтому предполагается, что количество активных центров катализатора пропорционально объему катализатора в полимерной частице и что объем катализатора в полимерных частицах разного размера является постоянным. Относительно более высокая площадь поверхности на каждый активный центр катализатора в крупных полимерных частицах заставляет частицы нагреваться до более низкой температуры, чтобы обеспечить перенос теплоты полимеризации из частицы в непрерывную объемную фазу. В результате этого модельные полимерные частицы могут представлять диаметр более мелких частиц, где диаметр более мелких частиц основан на размерах полимерных частиц, присутствующих в реакторе полимеризации.
[0086] В некоторых вариантах реализации изобретения, выбор рабочих условий может осуществляться процессором, выполняющим программу управления. Программа управления может храниться в памяти, доступной процессору, и выполняться на процессоре для проведения различных этапов определения, расчета, связи и/или управления. Процессор может иметь связь посредством сигналов с одним или более устройствами, используемыми для управления по меньшей мере одним аспектом реактора полимеризации. Компьютер, содержащий память и процессор, подходящие для использования при выполнении такой программы управления, описан в данном документе более подробно.
[0087] Фиг. 5 описывает блок-схему варианта реализации способа 500 для выбора рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации. Способ 500 может выполняться внутри реактора полимеризации (например, петлевого реактора суспензионной полимеризации, газофазного реактора или их комбинаций). Внутри реактора полимеризации олефин может контактировать с катализатором на этапе 502. На этапе 504 контакт может приводить к полимеризации олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции в виде множества частиц олефинового полимера, которые могут называться полимерными частицами. Можно выбрать и смоделировать одну полимерную частицу. Внутри реактора полимерные частицы могут образовывать часть реакционной смеси, содержащей олефиновый реагент, катализатор, разбавитель и полимерную частицу.
[0088] На этапе 506 одно или более условий внутри реактора полимеризации могут быть измерены, обнаружены или определены с использованием, например, одного или более датчиков. Различные условия внутри реактора полимеризации могут быть измерены, обнаружены или определены, включая, но не ограничиваясь этим, температуру объемной текучей среды, рабочее давление, реакционную способность катализатора, концентрацию реагента (например, концентрацию олефинов в смеси реагентов), диаметр частицы катализатора (например, средний размер частиц катализатора), диаметр полимерной частицы (например, средний размер полимерных частиц), скорость полимерной частицы относительно объемной текучей среды и/или свойства объемной текучей среды (например, теплопроводность, плотность, вязкость или удельную теплоемкость). Дополнительные переменные и условия, которые могут влиять на температуру полимерных частиц и которые могут быть измерены, обнаружены или определены, могут включать, но не ограничиваться этим, состав катализатора, состав олефина, состав альфа-олефинового продукта реакции, отношение площади поверхности катализатора к объему катализатора, плотность альфа-олефинового продукта реакции, состав разбавителя, размер частиц олефинового полимера, размер реактора полимеризации, кинетический профиль катализатора, начальный размер катализатора, меру множества реакционноспособных центров, связанных с катализатором, давление внутри реактора полимеризации, среднюю температуру реакционной смеси, расход реакционной смеси или любую их комбинацию. Условия могут быть прямо или косвенно измерены, обнаружены. Для косвенного измерения или обнаружения условия можно получить одно или более измерений или обнаружений, а требуемое условие можно определить с использованием измерений в корреляциях, расчетах и тому подобных операциях для определения требуемого условия. Кроме того, для определения одного или более условий в реакторе полимеризации можно использовать измерения или обнаружения свойств жидкости на входе и/или выходе из реактора (-ов) полимеризации, с помощью или без каких-либо прямых внутренних измерений. Различные соображения, приведенные выше, можно рассматривать в сочетании. В варианте реализации изобретения, состав и количество олефина или олефинов в разбавителе (например, один или более химически неактивных видов) могут рассматриваться вместе. Например, концентрации олефинов могут влиять на скорость полимеризации и температуру плавления полимерного продукта, в то время как состав разбавителя может влиять на температуру обрастания или пороговую температуру полимерного продукта в разбавителе.
[0089] Для измерения или обнаружения различных условий в реакторе полимеризации могут использоваться различные типы датчиков. В варианте реализации изобретения, датчик температуры может использоваться для определения температуры объемной текучей среды во время процесса полимеризации в одном или нескольких местах внутри реактора. Реакционная способность катализатора может определяться с использованием известных данных испытаний катализатора. Концентрации реагентов могут определяться с использованием расходов компонентов, подаваемых в реактор, концентраций реагентов в выходном потоке из реактора и/или с использованием контроля объемной текучей среды в реакторе во время реакции полимеризации. Диаметры частиц катализатора и/или полимерных частиц могут определяться во время введения частиц в реактор, во время реакции и/или когда частицы отделяются от объемной текучей среды. Свойства объемной текучей среды могут определяться с использованием измерительных устройств на месте и/или отверстий для отбора образцов, которые могут использоваться для испытаний образцов за пределами активной реакционной зоны.
р
[0090] На этапе 508 средняя температура модельных полимерных частиц может определяться на основании одного или более условий в реакторе полимеризации. Такое определение может выполняться процессором, выполняющим программу или приложение (например, приложение управления). В варианте реализации изобретения, одно или более уравнений, описанных в данном документе, могут использоваться для определения средней температуры частицы Т. Уравнения могут учитывать температуру объемной текучей среды, а также другие параметры, связанные с реактором полимеризации.
[0091] На этапе 510 порог рабочей температуры частиц может определяться с использованием кривой обрастания. Как правило, кривая обрастания может связывать свойства полимерной частицы и условия реактора с температурой обрастания полимерных частиц в реакторе. Рабочая температура частиц может быть меньше или равна температуре обрастания, определенной по кривой обрастания. Работа при температуре обрастания или вблизи нее может в целом улучшить преобразование олефина в реакторе, но из-за незначительных флуктуаций рабочей температуры может произойти обрастание реактора, если температура превышает температуру обрастания. Использование кривой обрастания вместе со свойствами частиц и рабочими условиями может позволить реактору работать ближе к температуре обрастания, чем при использовании одной уставки рабочей температуры, которая считается безопасной для всех условий полимерных частиц и реактора. В варианте реализации изобретения, отношение порога рабочей температуры частиц к температуре обрастания может быть больше, чем около 0,9, больше, чем около 0,91, больше, чем около 0,92, больше чем около 0,93, больше, чем около 0,94, больше, чем около 0,95, больше, чем около 0,96, больше, чем около 0,97, больше, чем около 0,98, или больше, чем около 0,99, когда температуры сравниваются по абсолютной температурной шкале (например, по шкале Ренкина или Кельвина). В некоторых вариантах реализации изобретения, рабочая температура частиц может находиться в пределах около 10 градусов Ренкина (5,56 С), в пределах около 5 градусов Ренкина (2,78 С), в пределах около 3 градусов Ренкина (1,67 С), в пределах около 2 градусов Рэнкина (1,11 С), в пределах около 1 градуса Ренкина (0,56 С), в пределах около 0,7 градусов Ренкина (0,39 С), в пределах около 0,5 градусов Ренкина (0,28 С), в пределах около 0,3 градусов Ренкина (0,17 С) или в пределах около 0,1 градуса Ренкина (0,06 С) от температуры обрастания.
[0092] На этапе 512 средняя температура полимерных частиц может сравниваться с порогом рабочей температуры частиц, определенным на этапе 510. Этот этап может выполняться процессором, обрабатывающим приложение управления. В общем случае, сравнение может указывать на то, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, при пороге рабочей температуры частиц или ниже порога рабочей температуры частиц. В некоторых вариантах реализации изобретения, сравнение может указывать на то, что средняя температура частиц находится в пределах пороговой предельной разницы от порога рабочей температуры частиц. Например, средняя температура полимерных частиц может находиться в пределах около 1%, в пределах около 2%, в пределах около 3%, в пределах около 4%, в пределах около 5%, в пределах около 7% или в пределах около 10% от порога рабочей температуры частиц (по абсолютной температурной шкале). Пороговую предельную разницу можно использовать для определения действий, выполняемых в ответ на сравнивание температур.
[0093] На этапе 514 один или более рабочих параметров могут изменяться в ответ на результаты сравнения. Изменение одного или более рабочих параметров может позволить поддерживать среднюю температуру полимерных частиц ниже порога рабочей температуры частиц во время реакции полимеризации на этапе 516. В варианте реализации изобретения, средняя температура полимерных частиц может поддерживаться при или вблизи порога рабочей температуры частиц. Когда средняя температура полимерных частиц ниже рабочей температуры частиц более, чем на пороговую предельную разницу, один или более параметров могут изменяться для увеличения средней температуры полимерных частиц в реакторе полимеризации. Например, когда средняя температура полимерных частиц ниже порога рабочей температуры частиц больше, чем на около 2%, больше, чем на около 3%, больше, чем на около 4%, больше, чем на около 5%, больше, чем на около 6%, больше, чем на около 7%, больше, чем на около 8%, больше, чем на около 9%, больше, чем на около 10% или больше, чем на около 15% (по абсолютной температурной шкале в каждом случае), один или более параметров могут изменяться для увеличения средней температуры полимерных частиц в реакторе полимеризации.
[0094] В варианте реализации изобретения, один или более параметров могут изменяться для уменьшения средней температуры полимерных частиц в реакторе полимеризации, когда средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц более, чем на пороговую предельную разницу. В общем случае, температура, превышающая порог рабочей температуры частиц, может указывать на то, что полимерные частицы находятся при или вблизи температуры обрастания. Для уменьшения средней температуры полимерных частиц могут регулироваться различные параметры, включая, но не ограничиваясь этим, температуру объемной текучей среды, температуру охлаждающей жидкости, расход охлаждающей жидкости, концентрацию олефинов в реакционной смеси, средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации, средний размер полимерных частиц в реакторе полимеризации, средний размер полимерных частиц, вводимых в реактор полимеризации, кинетический профиль катализатора, вводимого в реактор полимеризации, рабочее давление внутри реактора полимеризации, расход реагента, вводимого в реактор полимеризации, расход агента нейтрализации катализатора, вводимого в реактор полимеризации, и любую их комбинацию.
b
b
[0095] В варианте реализации изобретения, условие в реакторе полимеризации, которое обнаруживается на этапе 506, может включать температуру объемной текучей среды (T). Когда условие включает температуру объемной текучей среды (T), для управления средней температурой полимерных частиц могут изменяться различные параметры. В некоторых вариантах реализации изобретения, параметры могут содержать температуру охлаждающей жидкости и/или расход охлаждающей жидкости, когда охлаждающая жидкость обеспечивает косвенный теплообмен (например, косвенный отвод тепла) с реактором полимеризации. Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, параметры охлаждающей жидкости могут изменяться для снижения температуры охлаждающей жидкости и/или увеличения расхода охлаждающей жидкости. Это может привести к общему снижению температуры объемной текучей среды вместе с уменьшением средней температуры частиц. Затем температурой и/или расходом охлаждающей жидкости можно управлять для поддержания средней температуры полимерных частиц. Дополнительные параметры, которые могут использоваться для управления средней температурой полимерных частиц, могут включать, но не ограничиваются ими, температуры на впуске одного или более компонентов суспензии, концентрацию реагента, концентрацию катализатора и тому подобное.
[0096] В варианте реализации изобретения, условие в реакторе полимеризации, которое обнаруживается на этапе 506, может включать концентрацию олефинового реагента в суспензии (например, концентрацию мономера и/или концентрацию сомономера, определенную с помощью газовой хроматографии). Когда условие включает концентрацию олефинового реагента, для управления средней температурой полимерных частиц могут изменяться различные параметры. В некоторых вариантах реализации изобретения, параметры могут содержать количество олефинового реагента, подаваемого в реактор, количество катализатора, подаваемого в реактор, реакционную способность/кинетический профиль катализатора, подаваемого в реактор, количество разбавителя, подаваемого в реактор, и/или количество одного или более инертных компонентов, подаваемых в реактор. Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, концентрация олефинового реагента в реакторе может быть уменьшена. Сниженная концентрация реагента может приводить к снижению скорости реакции и соответствующему снижению выделения тепла в реакторе. Это может привести к общему снижению средней температуры частиц. Затем концентрацией олефинового реагента можно управлять для поддержания средней температуры полимерных частиц.
[0097] В варианте реализации изобретения, условие в реакторе полимеризации, которое обнаруживается на этапе 506, может включать средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации. Когда условие включает средний размер частиц катализатора, для управления средней температурой полимерных частиц, может изменяться один или более параметров, как на этапе 514. В некоторых вариантах реализации изобретения, параметры могут содержать средний размер частиц катализатора, подаваемого в реактор полимеризации, выбор катализатора, который разрушается в реакторе полимеризации, и/или одно или более рабочих условий в реакторе полимеризации, обеспечивающих разрушение частиц катализатора во время реакции полимеризации (например, расход суспензии, рабочее давление внутри реактора полимеризации, конструкция двигательного устройства, такого как импеллер насоса в реакторе полимеризации, и тому подобное). Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации может быть уменьшен. Можно ожидать, что более мелкие частицы катализатора будут иметь меньше активных каталитических центров и будут вступать в реакцию с меньшей скоростью.
[0098] В варианте реализации изобретения, условие в реакторе полимеризации, которое обнаруживается на этапе 506, может включать средний размер полимерных частиц в реакторе полимеризации. Когда условие включает средний размер полимерных частиц, для управления средней температурой полимерных частиц могут изменяться различные параметры. В некоторых вариантах реализации изобретения, параметры могут содержать средний размер преполимерных частиц (если они имеются), подаваемых в реактор полимеризации. Средний размер преполимерных частиц, подаваемых в реактор полимеризации, может быть основан на предварительной полимеризации полимерных частиц в реакторе предварительной полимеризации и последующем введении полимерных частиц в реактор полимеризации. Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, средний размер преполимерных частиц, вводимых в реактор полимеризации, может увеличиваться в реакторе полимеризации.
[0099] В варианте реализации изобретения, условие в реакторе полимеризации, которое обнаруживается на этапе 506, может включать рабочее давление внутри реактора полимеризации. Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, рабочее давление внутри реактора полимеризации может быть увеличено до давления выше давления паров реакционной смеси при средней температуре полимерных частиц. Это может ограничивать или предотвращать образование газовой области на поверхности полимерных частиц, которое может вызвать повышение средней температуры полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц.
[00100] В варианте реализации изобретения, управляемая подача одного или более компонентов суспензии в реактор полимеризации может использоваться для поддержания средней температуры частиц олефинового полимера ниже порога рабочей температуры частиц (этап 516). В варианте реализации изобретения, способ 500 на фиг. 5 может включать этап введения олефина в реактор полимеризации. Когда сравнение с порогом рабочей температуры частиц показывает, что средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, введение олефина в реактор может быть уменьшено, замедляя, тем самым, скорость реакции. В некоторых вариантах реализации изобретения, введение олефина, любого другого реагента и/или катализатора в реактор полимеризации может прекращаться, когда средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц.
[00101] Если средняя температура полимерных частиц выше порога рабочей температуры частиц, реактор полимеризации может перейти в состояние, в котором, скорее всего, будет происходить обрастание. Если происходит достаточное большое обрастание, это может вызвать закупорку реактора, что может привести к отключению и выведению из эксплуатации реактора полимеризации для удаления полимера, накопленного внутри реактора. Чтобы избежать возможного обрастания и/или закупоривания, в некоторых вариантах реализации изобретения реакция полимеризации может эффективно предотвращаться или останавливаться. Например, в реактор полимеризации может вводиться агент нейтрализации для остановки реакции, если средняя температура полимерных частиц поднимается выше порога рабочей температуры частиц более, чем на пороговую предельную разницу. В некоторых вариантах реализации изобретения, реакция полимеризации может останавливаться, если средняя температура полимерных частиц поднимается выше температуры плавления полимерного продукта. Остановка реакции может включать введение в реактор полимеризации агента нейтрализации, такого как вода и/или углеводороды, содержащего одну или более гидроксильных групп (например, спирт и тому подобное). Используемый в данном документе термин «агент нейтрализации» относится к агенту или составу, которые могут вступать в реакцию с катализатором для уменьшения/замедления или остановки реакции на каталитическом центре. Количество агента нейтрализации, вводимого в реактор полимеризации, должно быть достаточным для вступления в реакцию по меньшей мере с частью катализатора в реакторе полимеризации. В некоторых вариантах реализации изобретения, количество агента нейтрализации, вводимого в реактор полимеризации, должно быть достаточным для вступления в реакцию со всеми активными каталитическими центрами. В некоторых вариантах реализации изобретения, количество агента нейтрализации должно превышать количество, необходимое для вступления в реакцию со всеми активными каталитическими центрами.
[00102] Способ 500 для выбора рабочих условий полимеризации в реакторе полимеризации может повторяться для множества размеров частиц. Размеры частиц могут представлять различные размеры частиц, обнаруженные в реакторе полимеризации. Не ограничиваясь конкретной теорией, можно ожидать, что более крупные полимерные частицы будут иметь более низкую температуру обрастания. В ходе повторения процесса 500 может проверяться температура обрастания для распределения по размерам, ожидаемого в реакторе полимеризации. Это может использоваться для получения кривой обрастания и/или выбора и управления любыми рабочими параметрами в реакторе полимеризации. Модель частиц будет основана на размере частиц катализатора сырьевого катализатора и знании активности катализатора (или начальной скорости полимеризации) для каждого размера из распределения частиц катализатора по размерам. Можно предположить, что число каталитических центров пропорционально объему частицы катализатора.
[00103] Фиг. 6 изображают блок-схему другого варианта реализации способа 600 полимеризации олефинов в реакторе полимеризации. В некоторых вариантах реализации изобретения, один или более этапов способа 600 могут выполняться приложением, хранящимся в памяти и выполняющимся на процессоре. Способ 600 может выполняться внутри реактора полимеризации (например, петлевого реактора суспензионной полимеризации, газофазного реактора или любой их комбинации). Внутри реактора полимеризации олефин может контактировать с катализатором на этапе 602. Этап контактирования 602 может приводить к полимеризации олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции в виде частиц олефинового полимера, которые на этапе 604 могут называться полимерными частицами. Внутри реактора полимерные частицы могут образовывать часть реакционной смеси, содержащей олефиновый реагент, катализатор, разбавитель и полимерную частицу.
[00104] На этапе 606 можно управлять средней температурой одной или более полимерных частиц в реакторе полимеризации. Любой из параметров, условий и этапов, принятых для управления средней температурой полимерных частиц, который описан касательно способа по фиг. 5, также может использоваться со способом 600.
[00105] В варианте реализации изобретения, средняя температура полимерных частиц и/или внутренняя температура центра полимеризации может поддерживаться ниже температуры плавления полимерного продукта. Определение средней температуры и/или внутренней температуры центра полимеризации может позволить реактору полимеризации работать вблизи температуры плавления полимерных частиц без обрастания реактора, что может улучшить производительность реактора в некоторых вариантах реализации изобретения. Средняя температура полимерных частиц также может быть повторно рассчитана и определена на основании свойств полимерных частиц и условий реактора во время реакции полимеризации. В варианте реализации изобретения, отношение средней температуры полимерных частиц к температуре плавления полимерного продукта (например, температуре плавления альфа-олефинового продукта реакции) может быть больше, чем около 0,9, больше, чем около 0,91, больше, чем около 0,92, больше чем около 0,93, больше, чем около 0,94, больше, чем около 0,95, больше, чем около 0,96, больше, чем около 0,97, больше, чем около 0,98, или больше, чем около 0,99, когда температуры сравниваются по абсолютной температурной шкале (например, по шкале Ренкина или Кельвина).
[00106] Во время процесса полимеризации альфа-олефиновый продукт реакции может формироваться вокруг каталитического центра с образованием отдельной полимерной частицы, которая может быть одной из множества полимерных частиц, полученных в результате процесса полимеризации. По мере протекания реакции полимеризации альфа-олефиновый продукт реакции может продолжать образовываться на полимерной частице и увеличивать ее диаметр. В центре полимеризации может выделяться теплота полимеризации, которая может проходить через остальную часть полимерного продукта ко внешней поверхности полимерной частицы. Температура внутри полимерной частицы (например, в центре полимеризации) может находиться в пределах около 5%, в пределах около 4%, в пределах около 3%, в пределах около 2% или в пределах около 1% от температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции (например, температуры плавления полимерного продукта). В некоторых вариантах реализации изобретения, температура может быть равна или быть выше температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции.
[00107] В варианте реализации изобретения, управление средней температурой полимерных частиц может включать поддержание разности температур между полимерной частицей и окружающей объемной текучей средой в реакторе полимеризации. Разность температур может гарантировать, что теплота будет передаваться из полимерных частиц в объемную текучую среду. Разность температур может быть выражена как отношение средней температуры реакционной смеси (например, температуры объемной текучей среды, содержащей разбавитель, олефин и/или реагент) к средней температуре одной или более полимерных частиц, которое может поддерживаться при значении, которое меньше, чем около 0,95, меньше, чем около 0,90, меньше, чем около 0,85 или меньше, чем около 0,80, когда температуры сравниваются по абсолютной температурной шкале.
[00108] Средней температурой полимерных частиц можно управлять посредством управления размером полимерных частиц, поступающих в реактор полимеризации. При увеличении размеров полимерных частиц может увеличиваться площадь поверхности полимерных частиц, позволяя отводить теплоту полимеризации без чрезмерного плавления полимерного продукта. Для образования полимерных частиц альфа-олефиновый продукт реакции может образовываться в реакторе предварительной полимеризации при первом наборе условий. Первый набор условий может иметь более низкую температуру, чем реактор полимеризации, чтобы позволить образовываться более мелким полимерным частицам, поддерживая, при этом, среднюю температуру полимерных частиц ниже температуры плавления. После образования, преполимерные частицы могут отделяться и вводиться в реактор полимеризации. Вследствие размера предварительно образованных преполимерных частиц реактор полимеризации может работать в таких условиях, при которых средняя температура полимерных частиц находится вблизи температуры плавления или температуры обрастания.
[00109] Фиг. 7 изображает другую блок-схему еще одного варианта реализации способа 700 полимеризации олефинов в реакторе полимеризации. В некоторых вариантах реализации изобретения, один или более этапов способа 700 могут выполняться приложением, хранящимся в памяти и выполняющимся процессором. Способ 700 может выполняться внутри реактора полимеризации (например, одного или более петлевых реакторов суспензионной полимеризации, газофазного реактора или их комбинации). Способ 700 может начинаться с расчета внутренней температуры частицы альфа-олефинового продукта (например, полимерной частицы) модельной полимерной частицы на основании одного или более свойств частицы альфа-олефинового продукта и средней температуры объемной текучей среды 414, окружающей частицу альфа-олефинового продукта на этапе 702. Свойства частиц альфа-олефинового продукта могут включать, но не ограничиваются ими, диаметр частицы катализатора (например, средний размер частиц катализатора), диаметр полимерной частицы (например, средний размер полимерных частиц), скорость полимерной частицы относительно объемной текучей среды, состав катализатора, состав альфа-олефинового продукта реакции, отношение площади поверхности катализатора к объему катализатора, плотность альфа-олефинового продукта реакции, растворимость разбавителя в альфа-олефиновом продукте или любую их комбинацию.
[00110] На этапе 704 можно определить один или более рабочих параметров реактора полимеризации на основании внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта. В варианте реализации изобретения, один или более рабочих параметров реактора могут содержать, но не ограничиваются ими, температуру объемной текучей среды, рабочее давление, реакционную способность катализатора, концентрацию реагента (например, концентрацию олефинов в смеси реагентов), состав катализатора, состав олефина, состав разбавителя, размер реактора полимеризации, каталитический кинетический профиль катализатора, начальный размер катализатора, меру множества реакционноспособных центров, связанных с катализатором, расход реакционной смеси, расход охлаждающей жидкости, температуру охлаждающей жидкости, площадь косвенного контакта между охлаждающей жидкостью и реактором или любую их комбинацию.
[00111] На этапе 706 можно управлять одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации. На этапе 708 отношение температуры плавления частиц альфа-олефинового продукта к внутренней температуре частиц альфа-олефинового продукта может поддерживаться при значении, меньшем, чем около 1,0, в ответ на управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации. Любой из параметров, условий и этапов, принятых для управления температурами полимерных частиц, который описан касательно способов согласно фиг. 5 и/или фиг. 6, также может использоваться со способом 700.
[00112] В варианте реализации изобретения, рабочие параметры реактора полимеризации могут содержать, но не ограничиваются этим, концентрацию олефинов в реакторе полимеризации. Управление концентрацией олефинов в реакторе полимеризации может включать поддержание концентрации олефинов при или ниже заданного порогового значения, что позволяет управлять скоростью полимеризации наряду со скоростью выделения теплоты полимеризации. В некоторых вариантах реализации изобретения, один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать давление внутри реактора полимеризации. В таком варианте реализации изобретения, управление давлением может включать поддержание давления при или выше давления паров объемной текучей среды при внутренней температуре частиц альфа-олефинового продукта.
[00113] В некоторых вариантах реализации изобретения, один или более рабочих параметров реактора полимеризации могут содержать средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации. Управление средним размером частиц катализатора в реакторе может включать поддержание условий потока в реакторе полимеризации, обеспечивающих разрушение частиц каталитического продукта и поддержание среднего размера частиц катализатора ниже заданного порога. Условиями потока можно управлять различными способами, включая поддержание скорости текучей среды в реакторе полимеризации выше порога и/или поддержание нагрузки насоса выше порога. Реакционной способностью, количеством активных каталитических центров на каждой частице катализатора и начальным размером частиц катализатора, подаваемого в реактор полимеризации, также можно управлять, чтобы поддерживать внутреннюю температуру частиц альфа-олефинового продукта меньшей, чем температура плавления.
[00114] Способ 700 также может включать получение кривой обрастания и использование кривой обрастания во время процесса полимеризации. Кривая обрастания может связывать диаметр частиц альфа-олефинового продукта с температурой обрастания частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации. В варианте реализации изобретения, одно или более свойств частиц альфа-олефинового продукта могут содержать множество диаметров частиц альфа-олефинового продукта. Например, свойства могут содержать первый диаметр частиц альфа-олефинового продукта и второй диаметр частиц альфа-олефинового продукта. Когда имеется множество диаметров, расчет внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта может включать расчет первой внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при первом диаметре частиц альфа-олефинового продукта и расчет второй внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при втором диаметре частиц альфа-олефинового продукта. Затем, на основании рассчитанных внутренних температур частиц альфа-олефинового продукта при соответствующих рабочих температурах реактора полимеризации, может быть получена кривая обрастания.
[00115] Кривая обрастания может позволять определять температуру обрастания, которая определяется температурой объемной текучей среды, при разных диаметрах частиц альфа-олефинового продукта. Во время работы, с использованием кривой обрастания можно определить средний диаметр из диаметров частиц альфа-олефинового продукта и температуру объемной текучей среды. Затем можно определить температуру обрастания и использовать ее для управления одним или более свойствами в реакторе полимеризации.
[00116] В непрерывном способе, кривая обрастания может использоваться для определения температуры обрастания для наиболее крупных частиц альфа-олефинового продукта, которые могут иметь самую низкую ожидаемую температуру обрастания. В некоторых вариантах реализации изобретения, температуру обрастания можно определять на основании среднего из наименьших частиц. Такие соображения, как предварительная полимеризация частиц альфа-олефинового продукта, могут использоваться для увеличения диаметра полимерных частиц и, следовательно, повышения температуры обрастания. В случае периодических операций температура обрастания может увеличиваться во время протекания реакции полимеризации вследствие увеличения размера частиц альфа-олефинового продукта. В периодической реакции, температурой объемной текучей среды можно управлять на основании температуры обрастания, возрастающей за время протекания реакции полимеризации.
[00117] Фиг. 8 иллюстрирует типовую компьютерную систему 880, подходящую для реализации одного или более вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе. В варианте реализации изобретения, компьютерная система 880 может использоваться для хранения и/или выполнения одной или более программ управления, используемых с реактором полимеризации и/или с модулем управления реактором полимеризации. Компьютерная система 880 содержит процессор 882 (который может называться центральный процессор или ЦП), который связан с устройствами памяти, включая вспомогательный накопитель 884, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 886, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 888, устройства ввода/вывода (I/O) 890 и устройства для сетевых подключений 892. Процессор 882 может быть реализован в виде одной или более микросхем ЦП.
[00118] Понятно, что при программировании и/или загрузке исполняемых команд на компьютерную систему 880 по меньшей мере один из ЦП 882, ОЗУ 888 и ПЗУ 886 изменяется, преобразуя компьютерную систему 880 в часть конкретной машины или устройства, имеющую новую функциональность, полученную благодаря настоящему изобретению. Определяющим значением для областей электротехники и программирования является то, что функциональность, которая может быть реализована путем загрузки исполняемого программного обеспечения в компьютер, может быть преобразована в аппаратную реализацию с помощью хорошо известных правил проектирования. Как правило, принятие решений о выборе между программной или аппаратной реализацией концепции напрямую зависит от стабильности проекта и количества единиц, которые нужно изготовить, а не от каких-либо вопросов, связанных с преобразованием из программной в аппаратную область. В целом, проект, который остается подверженным частым изменениям, предпочтительно реализовать в виде программного обеспечения, так как повторное развертывание аппаратной реализации намного дороже, чем повторное развертывание проекта программного обеспечения. Как правило, стабильный проект, который будет изготавливаться в большом объеме, предпочтительно реализовать в виде аппаратных средств, например в виде специализированной интегральной микросхемы (ASIC), так как при больших объемах серийного производства аппаратная реализация может быть дешевле, чем программная реализация. Часто проект может разрабатываться и тестироваться в виде программного обеспечения, а затем преобразовываться, при помощи хорошо известных правил проектирования, в эквивалентную аппаратную реализацию в виде специализированной интегральной микросхемы, в которую прошиты команды программного обеспечения. По аналогии с тем, что управляемая новой ASIC машина является конкретной машиной или устройством, компьютер, запрограммированный и/или содержащий загруженные исполняемые команды, можно рассматривать как конкретную машину или устройство.
[00119] Вспомогательный накопитель 884 обычно состоит из одного или более дисковых накопителей или ленточных накопителей и используется для энергонезависимого хранения данных, а также в качестве устройства хранения данных переполнения, если ОЗУ 888 не достаточно большое, чтобы вместить все рабочие данные. Вспомогательный накопитель 884 может использоваться для хранения программ, которые загружаются в ОЗУ 888, когда такие программы выбираются для выполнения. ПЗУ 886 используется для хранения команд и, возможно, данных, которые считываются во время выполнения программы. ПЗУ 886 представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство, которое, как правило, имеет небольшой объем памяти по сравнению с большим объемом памяти вспомогательного накопителя 884. ОЗУ 888 используется для хранения изменяемых данных и, возможно, для хранения команд. Доступ и к ПЗУ 886 и к ОЗУ 888, как правило, быстрее, чем к вспомогательному накопителю 884. Вспомогательный накопитель 884, ОЗУ 888 и/или ПЗУ 886 в некоторых контекстах могут упоминаться как машиночитаемые носители данных и/или энергонезависимые машиночитаемые носители.
[00120] Устройства ввода/вывода 890 могут содержать принтеры, видеомониторы, жидкокристаллические дисплеи (ЖКД), дисплеи с сенсорным экраном, клавиатуры, специализированные клавиатуры, переключатели, циферблаты, мыши, трекболы, устройства распознавания речи, устройства чтения карт, устройства считывания с перфоленты или другие хорошо известные устройства ввода.
[00121] Устройства для сетевых подключений 892 могут представлять собой модемы, блоки модемов, платы Ethernet, интерфейсные платы универсальной последовательной шины (USB), последовательные интерфейсы, платы Token Ring, платы оптоволоконного интерфейса для распределенных данных (FDDI), платы беспроводной локальной сети (WLAN), платы приемопередающих радиомодулей, такие как множественный доступ с кодовым разделением (CDMA), глобальная система мобильной связи (GSM), долгосрочное развитие (LTE), технология широкополосного доступа в микроволновом диапазоне (WiMAX) и/или другие платы приемопередающих радиомодулей с протоколом радиоинтерфейса, а также другие известные сетевые устройства. Эти устройства для сетевых подключений 892 могут позволять процессору 882 подключаться к Интернету и/или к одной или более внутренним сетям. Предполагается, что посредством такого сетевого соединения процессор 882 может принимать информацию из сети или передавать информацию в сеть в ходе выполнения описанных выше этапов способа. Такая информация часто представляет собой последовательность команд, которая должна выполняться с помощью процессора 882, может приниматься из сети и передаваться в сеть, например, в виде сигнала компьютерных данных, реализованного в несущей частоте.
[00122] Такая информация, которая может содержать данные или команды, которые, например, должны выполняться с помощью процессора 882, может приниматься из сети и передаваться в сеть, например, в виде модулирующего сигнала компьютерных данных или сигнала, реализованного в несущей частоте. Модулирующий сигнал или сигнал, встроенный в несущую частоту, или другие типы сигналов, использующиеся в настоящее время или разработанные в будущем, могут генерироваться в соответствии с несколькими способами, хорошо известными специалисту в данной области техники. Модулирующий сигнал и/или сигнал, встроенный в несущую частоту, может упоминаться в некоторых контекстах как переходной сигнал.
[00123] Процессор 882 выполняет команды, коды, компьютерные программы, скрипты, которые он получает с жесткого диска, гибкого диска, оптического диска (все эти различные дисковые системы могут рассматриваться как вспомогательный накопитель 884), ПЗУ 886, ОЗУ 888 или устройств для сетевых подключений 892. Несмотря на то, что показан только один процессор 882, может быть множество процессоров. Таким образом, несмотря на то, что команды могут описываться как выполняемые процессором, команды могут одновременно, последовательно или иным образом выполняться одним или более процессорами. Команды, коды, компьютерные программы, скрипты и/или данные, которые могут быть получены со вспомогательного накопителя 884, например, жестких дисков, гибких дисков, оптических дисков и/или другого устройства, ПЗУ 886 и/или ОЗУ 888, могут упоминаться в некоторых контекстах как энергонезависимые команды и/или энергонезависимая информация.
[00124] В одном варианте реализации изобретения, компьютерная система 880 может содержать два или более компьютеров, связанных друг с другом, которые действуют совместно для выполнения задачи. Например, но не в качестве ограничения, приложение может быть секционировано таким образом, чтобы позволить одновременную и/или параллельную обработку команд приложения. В альтернативном варианте, данные, обработанные приложением, могут быть секционированы таким образом, чтобы позволить одновременную и/или параллельную обработку различных участков набора данных двумя или более компьютерами. В одном варианте реализации изобретения, компьютерная система 880 может использовать программное обеспечение для виртуализации, чтобы обеспечить функциональность некоторого количества серверов, которые непосредственно не связаны с некоторым количеством компьютеров в компьютерной системе 880. Например, программное обеспечение для виртуализации может обеспечить двадцать виртуальных серверов на четырех физических компьютерах. В одном варианте реализации изобретения, функциональность, описанная выше, может обеспечиваться путем выполнения приложения и/или приложений в среде облачных вычислений. Облачные вычисления могут включать предоставление вычислительных услуг через сетевое соединение с использованием динамически масштабируемых вычислительных ресурсов. Облачные вычисления могут поддерживаться, по меньшей мере частично, программным обеспечением для виртуализации. Среда облачных вычислений может быть создана предприятием и/или может быть взята в наем по мере необходимости у стороннего поставщика. Некоторые среды облачных вычислений могут содержать облачные вычислительные ресурсы, которыми владеет и управляет предприятие, а также облачные вычислительные ресурсы, взятые в наем и/или арендованные у стороннего поставщика.
[00125] В одном варианте реализации изобретения, некоторые или все функциональности, описанные выше, могут быть реализованы в виде компьютерного программного продукта. Компьютерный программный продукт может содержать один или более машиночитаемых носителей данных, имеющих используемый компьютером программный код, реализованный в них, чтобы реализовать функциональность, описанную выше. Компьютерный программный продукт может содержать структуры данных, исполняемые команды и другой используемый компьютером программный код. Компьютерный программный продукт может быть реализован на съемных компьютерных накопителях и/или несъемных компьютерныхнакопителях. Съемный машиночитаемый носитель данных может содержать, без ограничения, перфоленту, магнитную ленту, например магнитную ленту с аналоговой записью, магнитный диск, оптический диск, микросхему твердотельной памяти, ПЗУ на компакт-дисках (CD-ROM), гибкие диски, флеш-накопители, цифровые карты памяти, мультимедийные карты памяти и другое. Компьютерный программный продукт может подходить для загрузки, посредством компьютерной системы 880, по меньшей мере части содержимого компьютерного программного продукта на вспомогательный накопитель 884, в ПЗУ 886, в ОЗУ 888 и/или в другую энергонезависимую память и энергозависимую память компьютерной системы 880. Процессор 882 может обрабатывать исполняемые команды и/или структуры данных, в том числе посредством прямого доступа к компьютерному программному продукту, например, путем считывания с CD-ROM диска, вставленного в периферийный дисковод компьютерной системы 880. В альтернативном варианте, процессор 882 может обрабатывать исполняемые команды и/или структуры данных посредством удаленного доступа к компьютерному программному продукту, например, путем загрузки исполняемых команд и/или структур данных с удаленного сервера через устройства для сетевых подключений 892. Компьютерный программный продукт может содержать команды, которые обеспечивают загрузку и/или копирование данных, структур данных, файлов и/или исполняемых команд на вспомогательный накопитель 884, в ПЗУ 886, в ОЗУ 888 и/или в другую энергонезависимую память и энергозависимую память компьютерной системы 880.
[00126] В некоторых контекстах, вспомогательный накопитель 884, ПЗУ 886 и ОЗУ 888 могут называться энергонезависимые машиночитаемые носители или машиночитаемые носители данных. Аналогичным образом, динамический вариант реализации ОЗУ 888 может называться как энергонезависимый машиночитаемый носитель, поскольку, несмотря на то, что динамическое ОЗУ потребляет электроэнергию и работает в соответствии со своей конструкцией, например, в течение определенного периода времени, когда компьютерная система 880 включена и функционирует, динамическое ОЗУ хранит информацию, записанную в нем. Также, процессор 882 может содержать внутреннее ОЗУ, внутреннее ПЗУ, кэш- память и/или другие энергонезависимые блоки, секции или компоненты хранения, которые в некоторых контекстах могут упоминаться как энергонезависимые машиночитаемые носители или машиночитаемые носители данных.
[00127] Выше были описаны способы и системы для уравновешивания сопротивлений теплопередаче во время процесса полимеризации в петлевом реакторе полимеризации, таком как петлевой суспензионный реактор и/или газофазный реактор. Ниже приведен первый список неограничивающих конкретных вариантов реализации изобретения в соответствии с данным описанием.
[00128] В первом варианте реализации изобретения, способ полимеризации включает контактирование олефина с катализатором в реакторе полимеризации, полимеризацию по меньшей мере части олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции, обнаружение, с помощью датчика, условия в реакторе полимеризации, определение, с помощью процессора, средней температуры по меньшей мере одной частицы олефинового полимера из множества частиц олефинового полимера на основании условия, определение порога рабочей температуры частиц с использованием кривой обрастания, сравнение, с помощью процессора, средней температуры по меньшей мере одной частицы олефинового полимера с порогом рабочей температуры частиц, изменение одного или более рабочих параметров в ответ на сравнение, а также поддержание средней температуры по меньшей мере одной частицы олефинового полимера при или ниже порога рабочей температуры частиц в ответ на изменение одного или более рабочих параметров. Альфа-олефиновый продукт реакции находится в виде множества частиц олефинового полимера, а реактор полимеризации содержит реакционную смесь, содержащую олефин, катализатор, разбавитель и альфа-олефиновый продукт реакции.
[00129] Второй вариант реализации изобретения может включать способ по первому варианту реализации изобретения, в котором условие включает температуру объемной текучей среды, причем изменение одного или более рабочих параметров включает по меньшей мере одно из изменений температуры или расхода охлаждающей жидкости, и при этом охлаждающая жидкость охлаждает по меньшей мере часть внешней поверхности реактора полимеризации.
[00130] Третий вариант реализации изобретения может включать способ по второму варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает по меньшей мере одно из: понижение температуры охлаждающей жидкости или увеличение расхода охлаждающей жидкости.
[00131] Четвертый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по третий, в котором условие включает концентрацию олефинов в реакционной смеси, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает изменение концентрации олефинов в реакционной смеси.
[00132] Пятый вариант реализации изобретения может включать способ по четвертому варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает уменьшение концентрации олефинов в реакционной смеси.
[00133] Шестой вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по пятый, в котором катализатор содержит частицу катализатора, в котором условие включает средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает изменение среднего размера частиц катализатора в реакторе полимеризации.
[00134] Седьмой вариант реализации изобретения может включать способ по шестому варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает уменьшение среднего размера частиц катализатора в реакторе полимеризации.
[00135] Восьмой вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по седьмой, в котором условие включает средний размер частиц олефинового полимера в реакторе полимеризации, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает изменение среднего размера частиц олефинового полимера в реакторе полимеризации.
[00136] Девятый вариант реализации изобретения может включать способ по восьмому варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает образование преполимерных частиц, содержащих катализатор, и введение преполимерных частиц в реактор полимеризации.
[00137] Десятый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по девятый, в котором условие включает рабочее давление в реакторе полимеризации, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает изменение давления в реакторе полимеризации.
[00138] Одиннадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по десятому варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает увеличение рабочего давления в реакторе полимеризации до давления выше давления паров реакционной смеси при средней температуре частиц олефинового полимера.
[00139] Двенадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по одиннадцатый, в котором определение средней температуры частиц олефинового полимера дополнительно основывается по меньшей мере на одном из следующеих параметров: состав катализатора, состав олефина, состав альфа-олефинового продукта реакции, отношение площади поверхности катализатора к объему катализатора, плотность альфа-олефинового продукта реакции, состав разбавителя, размер частиц олефинового полимера, размер реактора полимеризации, кинетический профиль катализатора, начальный размер катализатора, мера множества реакционноспособных центров связанных с катализатором, давление внутри реактора полимеризации, средняя температура реакционной смеси, расход реакционной смеси или любая их комбинация.
[00140] Тринадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по двенадцатый, где способ также может включать непрерывное введение олефина в реактор полимеризации.
[00141] Четырнадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по тринадцатому варианту реализации изобретения, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает прекращение введения олефина в реактор полимеризации.
[00142] Пятнадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по четырнадцатый, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает введение воды в реактор полимеризации.
[00143] Шестнадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по пятнадцатый, в котором сравнение включает определение того, что средняя температура частиц олефинового полимера выше порога рабочей температуры частиц, и в котором изменение одного или более рабочих параметров включает введение в реактор полимеризации углеводорода, содержащего одну или более гидроксильных групп.
[00144] Семнадцатый вариант реализации изобретения может включать способ по любому из вариантов реализации изобретения с первого по шестнадцатый, в котором реактор полимеризации представляет собой петлевой суспензионный реактор и газофазный реактор.
[00145] В восемнадцатом варианте реализации изобретения, способ полимеризации включает контактирование олефина с катализатором в реакторе полимеризации, полимеризацию олефина с образованием альфа-олефинового продукта реакции и управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц альфа-олефинового продукта реакции в реакторе полимеризации. Альфа-олефиновый продукт реакции находится в виде множества частиц, а реактор полимеризации содержит реакционную смесь, содержащую олефин, катализатор, разбавитель и альфа-олефиновый продукт реакции. Средняя температура одной или более частиц из множества частиц меньше, чем температура плавления альфа-олефинового продукта реакции, а отношение средней температуры одной или более частиц из множества частиц к температуре плавления альфа-олефинового продукта реакции больше, чем около 0,9.
[00146] Девятнадцатый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по восемнадцатом варианту реализации изобретения, в котором каждая из одной или более частиц из множества частиц содержит каталитический центр полимеризации, имеющий альфа-олефиновый продукт реакции, расположенный вокруг каталитического центра полимеризации, и в котором температура каталитического центра полимеризации находится в пределах около 5% от температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции.
[00147] Двадцатый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по восемнадцатом варианту реализации изобретения, в котором каждая из одной или более частиц из множества частиц содержит каталитический центр полимеризации, имеющий альфа-олефиновый продукт реакции, расположенный вокруг каталитического центра полимеризации, и в котором температура каталитического центра полимеризации равна или выше температуры плавления альфа-олефинового продукта реакции.
[00148] Двадцать первый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцатый, в котором управление средней температурой одной или более частиц включает: управление отношением средней температуры реакционной смеси к средней температуре одной или более частиц из множества частиц, при этом отношение составляет меньше, чем около 0,95.
[00149] Двадцать второй вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать первый, в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: управление концентрацией олефинов в реакционной смеси.
[00150] Двадцать третий вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать второй, в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: эксплуатацию реактора полимеризации при первом давлении, причем первое давление больше давления паров реакционной смеси при средней температуре одной или более частиц из множества частиц.
[00151] Двадцать четвертый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать третий, в котором катализатор содержит частицы катализатора, и в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: разрушение частицы катализатора на две или более частицы меньшего размера.
[00152] Двадцать пятый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать четвертый, в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: образование преполимерного продукта в реакторе предварительной полимеризации, при этом преполимерный продукт, образованный в реакторе предварительной полимеризации, содержит множество преполимерных частиц; разделение множества преполимерных частиц и введение множества преполимерных частиц в реактор полимеризации.
[00153] Двадцать шестой вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать пятый, в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: управление количеством активных центров на катализаторе.
[00154] Двадцать седьмой вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать шестой, в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: полимеризацию олефина с использованием катализатора, при этом катализатор содержит кинетический профиль, который изменяется во время процесса полимеризации; и изменение скорости реакции полимеризации во время полимеризации олефина на основании изменяющегося кинетического профиля.
[00155] Двадцать восьмой вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с восемнадцатого по двадцать седьмой, в котором катализатор находится в форме частиц, и в котором управление средней температурой одной или более частиц из множества частиц включает: управление отношением площади поверхности катализатора к объему катализатора до превышения порога.
[00156] В двадцать девятом варианте реализации изобретения, способ полимеризации включает расчет внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации на основании одного или более свойств частиц альфа-олефинового продукта и средней температуры объемной текучей среды, окружающей частицы альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации; определение одного или более рабочих параметров реактора полимеризации на основании внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта; управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации; и поддержание отношения внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта к температуре плавления частиц альфа-олефинового продукта при значении, меньшем, чем около 1,0 в ответ на управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации.
[00157] Тридцатый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по двадцать девятому варианту реализации изобретения, в котором одно или более свойств частиц альфа-олефинового продукта содержат первый диаметр частиц альфа-олефинового продукта и второй диаметр частиц альфа-олефинового продукта, и в котором расчет внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта включает: расчет первой внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при первом диаметре частиц альфа-олефинового продукта; расчет второй внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта при втором диаметре частиц альфа-олефинового продукта; и получение кривой обрастания на основании первой внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта, второй внутренней температуры частиц альфа-олефинового продукта, первого диаметра частиц альфа-олефинового продукта и второго диаметра частиц альфа-олефинового продукта, причем кривая обрастания связывает диаметр частиц альфа-олефинового продукта с температурой обрастания частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации.
[00158] Тридцать первый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по тридцатому варианту реализации изобретения, в котором управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации включает: управление средней температурой объемной текучей среды с использованием кривой обрастания.
[00159] Тридцать второй вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с двадцать девятого по тридцать первый, в котором один или более рабочих параметров реактора полимеризации содержат концентрацию олефинов в реакторе полимеризации, и в котором управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации включает поддержание концентрации олефинов при или ниже заданного порогового значения.
[00160] Тридцать третий вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с двадцать девятого по тридцать второй, в котором один или более рабочих параметров реактора полимеризации содержат давление в реакторе полимеризации, и в котором управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации включает поддержание давления при или выше давления паров объемной текучей среды при внутренней температуре частиц альфа-олефинового продукта.
[00161] Тридцать четвертый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с двадцать девятого по тридцать третий, в котором один или более рабочих параметров реактора полимеризации содержат средний размер частиц альфа-олефинового продукта в реакторе полимеризации, и в котором управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации включает поддержание среднего размера частиц альфа-олефинового продукта выше заданного порога.
[00162] Тридцать пятый вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по любому из вариантов реализации изобретения с двадцать девятого по тридцать четвертый, в котором один или более рабочих параметров реактора полимеризации содержат средний размер частиц катализатора в реакторе полимеризации, и в котором управление одним или более рабочими параметрами реактора полимеризации включает поддержание условий потока в реакторе полимеризации для поддержания среднего размера частиц катализатора ниже заданного порога.
[00163] Тридцать шестой вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по тридцать пятому варианту реализации изобретения, в котором поддержание условий потока в реакторе полимеризации включает поддержание скорости текучей среды в реакторе полимеризации выше порога.
[00164] Тридцать седьмой вариант реализации изобретения может включать способ полимеризации по тридцать пятому или тридцать шестому варианту реализации изобретения, где способ также может включать перекачку объемной текучей среды через реактор полимеризации с использованием насоса, и в котором поддержание условий потока в реакторе полимеризации может включать поддержание нагрузки насоса выше порога.
[00165] Несмотря на то, что были проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты реализации изобретения, специалист в данной области техники может выполнить их различные модификации, не отступая от сущности и идей настоящего изобретения. Варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, являются только типовыми и не являются ограничивающими. Возможны другие различные варианты и модификации изобретения, описанного в данном документе, и они лежат в пределах объема настоящего изобретения. Там, где прямо указаны числовые диапазоны или ограничения, следует понимать, что такие четкие диапазоны или ограничения включают итеративные диапазоны или ограничения подобных величин, попадающие в пределы четко указанных диапазонов или ограничений (например, от около 1 до около 10 включает 2, 3, 4 и т.д.; больше, чем 0,10 включает 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Использование термина «необязательно» по отношению к любому элементу формулы изобретения означает, что данный элемент требуется, или, в качестве альтернативы, не требуется. Оба альтернативных варианта лежат в пределах объема формулы изобретения. Употребление более широких терминов, таких как «содержит», «включает», «имеет» и т.д. следует рассматривать как поддержку для более узких терминов, таких как «состоящий из», «состоящий в основном из», «содержит преимущественно» и т.д.
[00166] Соответственно, объем охраны не ограничивается описанием, изложенным выше, а ограничивается только приведенной ниже формулой изобретения, объем которой включает в себя все эквиваленты предмета формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в описание в качестве вариантов реализации настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения представляет собой дальнейшее описание и является дополнением к предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения. Обсуждение ссылки в описании не несет в себе признания того, что она является известным уровнем техники для настоящего изобретения, особенно любой ссылки, которая может иметь дату публикации позже даты приоритета данной заявки. Все процитированные описания патентов, заявок на патент и публикаций включены таким образом в данный документ посредством ссылки, в том объеме, в котором они обеспечивают иллюстративные, процедурные или другие детали в дополнение к тем, которые изложены в данном документе.