Способ управления непрерывным процессом растворной полимеризации изопрена

 

Использование: автоматизация технологии производства синтетического каучука. Сущность изобретения: управление растворной полимеризацией изопрена с применением комплексного металлоорганического катализатора типа Цигглера-Натта в каскаде реакторов максимизацией перепада температуры между вторым и первым реактором изменением соотношения компонентов катализатора и изменением расхода диизопропилксантогендисульфида, вводимого в готовый катализатор. 2 ил., 2 табл.

Изобретение касается автоматизации технологии производства синтетического каучука и может найти применение в способе управления процессом полимеризации изопрена.

Известен способ управления непрерывным процессом полимеризации изопрена в каскаде реакторов путем стабилизации температур в первом реакторе изменением расхода катализатора, в котором с целью снижения расхода катализатора измеряют температуру во втором реакторе, определяют перепад температуры между вторым и первым реактором и максимизируют его изменением состояния компонентов катализатора.

Недостатком данного способа управления является то, что конверсия изопрена недостаточно высокая, что снижает технико-экономические показатели процесса.

Цель изобретения повышение конверсии изопрена.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 экстремальная зависимость увеличения перепада температуры между вторым и первым реактором (Δ Т, ^оС) от мольного соотношения дипроксида к титановому компоненту.

Схема включает трубопровод 1 подачи диизопропилксантогендисульфида (дипроксида) 146-1-14-21-75 и регулирующий клапан 2, трубопровод 3 подачи раствора алюминиевого компонента вместе с дифенилоксидом и регулирующий клапан 4, трубопровод 5 подачи раствора титанового компонента и регулирующий клапан 6, смеситель 7, циркуляционный насос 8, регулирующий клапан 9 на трубопроводе циркуляции, холодильник 10, трубопровод 11 жидкого этилена, регулирующий клапан 12, регулирующий клапан 13, смеситель 14, трубопровод 15 подачи изопрен-изопентанового раствора, первый 16 и второй 17 реакторы и трубопровод 18 вывода раствора полимера. Схема включает также датчик 19 и 20 температуры в первом и втором реакторах, измеритель 21 разности перепада температуры между вторым и первым реактором 21, регулятор 22 температуры в первом реакторе, экстремальные регуляторы 23 и 24, измеритель 25 уровня, регуляторы 26, 28 и 30 измерители 27 и 29 температуры и давления соответственно, измерители 31-34 расхода и регуляторы 35 и 36 соотношения расходов.

Система работает следующим образом.

По трубопроводу 3 через регулирующий клапан 4 в смеситель 7 подают раствор алюминиевого компонента катализатора вместе с дифенилоксидом, при этом величину расхода этого компонента устанавливают с помощью регулирующего клапана 4 по сигналу от экстремального регулятора 24, производящего поиск максимального перепада температуры между вторым и первым реактором 16 и 17. По трубопроводу 5 через регулирующий клапан 6 подают раствор титанового компонента, величина расхода которого устанавливается с помощью регулирующего клапана 6 по сигналу регулятора 26 и измерителя 25 уровня в смесителе 7. В этом смесителе полученный катализатор захолаживается с помощью жидкого этилена, вводимого по трубопроводу 11 через регулирующий клапан 12, в холодильник 10, при этом температура катализатора, циркулирующего в контуре с помощью насоса 8, стабилизируется с использованием автоматической системы регулирования (АСР) температуры, включающей измеритель 27 температуры, регулятор 28 и регулирующий клапан 12. С помощью АСР давления, включающей измеритель 29 давления, регулятор 30 и регулирующий клапан 9, обеспечивается требуемый напор на линии циркуляции для подачи готового катализатора через регулирующий клапан 13.

В первый реактор 16 по трубопроводу 15 подают изопрен-изопентановую шихту, и в этом реакторе воздействием на регулирующий клапан 13, установленный на трубопроводе подачи катализатора в реактор 16, поддерживается заданная температура с использованием датчика 19 температуры и регулятора 22. По известному основному способу управления с помощью измерителя 21 перепада температуры между вторым и первым реактором, экстремального регулятора 24, регулятора 36 соотношения расходов растворов алюминиевого и титанового компонентов и регулирующего клапана 4 производится поиск максимального значения перепада температуры. После устойчивого нахождения максимального значения перепада температуры, когда экстремальный регулятор начинает синхронно "рыскать" вокруг уже найденного значения, регулятор 23 автоматически прекращает поиск, сохраняя постоянным найденное значение соотношения между расходами растворов алюминиевого и титанового компонентов подачей постоянного сигнала задания регулятору 36 соотношения. Все операции с помощью экстремального регулятора 23 осуществляются по одному из известных алгоритмов, применяемых в серийных регуляторах, например с использованием шагового алгоритма.

После отключения экстремального регулятора 23 производится включение экстремального регулятора 24, который по аналогичному алгоритму начинает поиск максимального значения перепада температуры между вторым и первым реактором изменением задания регулятору 35 соотношения расходов готового катализатора и расхода раствора дипроксида, а следовательно, изменением расхода через регулирующий клапан 2 на трубопроводе 1 подачи дипроксида. После нахождения максимального значения перепада температуры между вторым и первым реактором экстремальный регулятор 24 прекращает поиск, сохраняя постоянным найденное значение соотношения между расходом готового катализатора и расходом дипроксида подачей постоянного сигнала задания регулятору 35 соотношения.

При необходимости включения систем экстремального регулирования поиск максимального значения перепада температур между вторым и первым реактором повторяется.

П р и м е р. По трубопроводу 3 в смеситель 7 с помощью регулирующего клапана 4 подают 5,12 кг/ч триизобутилалюминия (ТИВА) совместно с дифенилоксидом в мольном соотношении 0,2:1, а по трубопроводу 5 с помощью регулирующего клапана 6 подают 5,08 кг/ч четыреххлористого титана. В смесителе 7 получаемый катализатор захолаживают с использованием системы теплосъема, включающей циркуляционный насос 8 и холодильник 10. Заданную температуру (-70)^о cтабилизируют с помощью автоматической системы регулирования (элементы 27-29). Концентрация катализатора в растворе 100 г/л, компоненты подаются в виде раствора.

Из смесителя 14 катализатор подают в первый реактор 16, в который подают также по трубопроводу 1530 т/ч изопрен-изопентанового раствора, концентрация изопрена в котором составляет 15 мас. и температура 3^оС.

С помощью датчика 19 температуры, регулятора 22 и регулирующего клапана 13 поддерживают температуру в первом реакторе на значении, равном 42^оС. С помощью измерителя 21 перепада температуры между вторым и первым реактором, экстремального регулятора 23, регулятора 36 соотношения и регулирующего клапана 4 в соответствии с основным способом управления проводят поиск максимального перепада температуры между вторым и первым реактором и устанавливают этот перепад на значении, равном 10^оС.

После завершения такого поиска в готовый катализатор, находящийся в смесителе 14, по трубопроводу 1 подают дипроксид, расход которого устанавливают первоначально по сигналу экстремального регулятора 24, регулятора 35 соотношения и регулирующего клапана 2.

В табл.1 приведены данные, иллюстрирующие данный пример в динамике.

Из табл. 1 видно, что при этом наблюдается и некоторое снижение расхода катализатора, что объясняется повышением его активности в первом реакторе, а также снижение вязкости по Муни полимера вследствие увеличения температуры во втором реакторе.

С целью возвращения вязкости по Муни в соответствии с известным способом управления к заданному значению, равному 71 ед. температуру шихты уменьшают на 2^оС, соответственно уменьшают заданное значение температуры в первом реакторе до 40^оС.

В табл. 2 приведены данные, иллюстрирующие использование предлагаемого способа управления в этом режиме.

Возможность поиска максимального перепада температуры между вторым и первым реактором подачей дипроксида в готовый катализатор иллюстрирует показанная на фиг.2 экстремальная зависимость увеличения по сравнению с известным способом управления перепада температуры между вторым и первым реактором (Δ Т, ^оС) от мольного соотношения дипроксида к титановому компоненту.

Предлагаемый способ основывается на следующем.

Как известно, при применении для непрерывной полимеризации изопрена, катализатора, получаемого взаимодействием толуольных растворов четыреххлористого титана, триизобутилалюминия и дифенилоксида при температуре (-10)-(-70)^оС при мольном соотношении Al: Т около единицы, конверсия изопрена во втором реакторе существенно снижается. Даже при значительном увеличении расхода катализатора конверсия увеличивается во втором реакторе весьма несущественно.

Объяснение этого факта за счет только уменьшения концентрации изопрена во втором реакторе, а также за счет увеличения вязкости реакционной среды и, следовательно, диффузионного торможения не представляется достаточно убедительным. Конверсия во втором реакторе может быть увеличена путем модификации катализатора, что было достигнуто введением в готовый катализатор дипроксида. При этом существует весьма резкая экстремальная зависимость между расходом дипроксида и перепадом температуры между вторым и первым реактором, т.е. активность катализатора и конверсия изопрена сначала по мере увеличения расхода дипроксида, вводимого в готовый катализатор, увеличивается до достижения мольной дозировки дипроксида к титановому компоненту, равной 0,032: 1, а затем активность катализатора и конверсия изопрена начинают уменьшаться, так как начинается отравление катализатора продуктами его взаимодействия с дипроксидом. При введении дипроксида активность катализатора в первом реакторе увеличивается несущественно, т.е. расход катализатора, вводимого в первый реактор, остается практически прежним.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССОМ РАСТВОРНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ИЗОПРЕНА с применением комплексного металлоорганического катализатора типа Цигглера-Натта в каскаде реакторов максимизацией перепада температуры между вторым и первым реакторами изменением соотношения компонентов катализатора, отличающийся тем, что дополнительно максимизацию перепада температуры между вторым и первым реакторами осуществляют изменением расхода диизопропилксантогендисульфида, вводимого в готовый катализатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3