Способ управления процессом получения сополимеров этилена и пропилена

 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства синтетического каучука и может быть использовано в производстве каучуков типа СКЭП и СКЭПТ в нефтехимической промышленности. Способ управления процессом получения сополимеров этилена и пропилена в среде углеводородного растворителя на комплексном катализаторе в реакторе включает регулирование расходов мономеров, растворителя, катализатора и сокатализатора, давления, уровня и температуры в верхней и нижней частях реактора. В распределительный коллектор подают этилен, пропилен, водород и по контуру циркуляции циркулирующий газ, полученную смесь направляют в нижнюю часть реактора. Катализатор и сокатализатор, первый и второй расходы растворителя и третий мономер при получении тройного сополимера подают в верхнюю часть реактора. Задают соотношения этилен: пропилен или этилен:пропилен:третий мономер при получении тройного сополимера, катализатор:сокатализатор, первый и второй расходы растворителя: мономеры. В зависимости от среднего значения температуры в реакторе корректируют подачу растворителя в реактор или подачу хладагента в рубашку реактора. Полученный полимеризат направляют в дегазатор-концентратор и в зависимости от заданного значения температуры в нем корректируют расход воды или пара в рубашку дегазатора-концентратора. Достигаемый технический результат: расширение области применения способа управления и повышение качества получаемого каучука. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства синтетического каучука и может быть использовано в производстве каучуков типа СКЭП и СКЭПТ в нефтехимической промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ автоматического управления процессом растворной сополимеризации этилена с альфа-олефинами. (Авт. свид. СССР 403691, МПК С 08 F 1/00, опубл. 26.10.73).

Способ осуществляется на комплексных металлоорганических катализаторах в реакторе с газовой и жидкой фазой путем регулирования давления в реакторе изменением расхода катализатора и регулирования температуры в зоне реакции при стабилизации расходов мономеров и растворигеля и уровня в реакторе. Кроме того, растворитель подают двумя потоками - непосредственно в реактор и через абсорбер-охладитель и температуру в зоне реакции корректируют изменением соотношения расходов этих потоков.

Недостатком указанного способа является ограниченная область применения, т. к. его нельзя использовать при получении тройных сополимеров каучука, а также недостаточно высокое качество каучука из-за колебаний исходных потоков растворителя и неточного дозирования катализатора и сокатализатора.

Задачей изобретения является расширение области применения способа управления и повышение качества получаемого каучука.

Поставленная задача решается способом управления процессом получения сополимеров этилена и пропилена, проводимым в среде углеводородного растворителя на комплексном катализаторе в реакторе с газовой и жидкой фазами, включающем регулирование расходов мономеров, растворителя, катализатора и сокатализатора, давления, уровня и температуры в нижней части реактора, причем дополнительно используют распределительный коллектор, дегазатор-концентратор, контур циркуляции газа, устройство блокировки с отсекающими клапанами расходов этилена и пропилена, контуры регулирования расходов третьего мономера, водорода, хладагента и циркулирующего газа, датчик температуры в распределительном коллекторе, контуры регулирования первого и второго расходов растворителя, контур регулирования температуры в дегазаторе-концентраторе и датчик давления в нем; задают соотношения этилен:пропилен или этилен:пропилен:третий мономер при получении тройного сополимера, катализатор:сокатализатор, первый и второй расходы растворителя:мономеры, при этом подают этилен, пропилен, водород и по контуру циркуляции в распределительный коллектор циркулирующий газ и полученную смесь направляют в нижнюю часть реактора; подают катализатор и сокатализатор, первый и второй расходы растворителя и третий мономер при получении тройного сополимера в верхнюю часть реактора; определяют температуру в верхней и нижней частях реактора и в зависимости от среднего значения температуры в реакторе корректируют подачу растворителя в реактор или подачу хладагента в рубашку реактора; направляют полимеризат в дегазатор-концентратор и в зависимости от заданного значения температуры в нем корректируют расход воды или пара в рубашку дегазатора-концентратора; при этом определяют давление в дегазаторе-концентраторе и поддерживают его в заданном значении воздействием на расход циркулирующего газа.

Содержание мономеров этилена, пропилена и третьего мономера поддерживают в следующем соотношении, мас.%: Этилен - 30-40 Пропилен - 50-70 Третий мономер - 0-10 Массовое соотношение катализатор:сокатализатор выдерживают равным 1:6-1: 12, а первый и второй расходы растворителя:расход катализатор-сокатализатор выдерживают равным (90-95):(10-5).

Водород подают в количестве 5-10 м³ на тонну мономеров.

Массовое соотношение первый и второй расходы растворителя:мономеры выдерживают равным (80-85):(20-15).

Давление в дегазаторе-концентраторе поддерживают меньшим, чем в реакторе на величину 0,1-0,5 МПа подачей циркулирующего газа в пределах 1000-1200 кг/ч.

Исследование процессов получения этиленпропиленового каучука показало, что важными параметрами являются соотношения исходных реакционных потоков (мономеров - этилен:пропилен:третий мономер, а также катализатор:сокатализатор).

Кроме того, для поддержания более точного температурного режима на стадии сополимеризации мономеров необходимо измерять температуру в нескольких точках реактора, а за счет перепада давления раствор полимера выводится в дегазатор-концентратор, где происходит удаление мономеров из полимера за счет дросселирования давления подачей пара или горячей воды в рубашку дегазатора-концентратора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема управления технологическим процессом получения сополимеров этилена с пропиленом (условно показана одна технологическая линия из шести работающих).

Схема включает реактор 2 сополимеризации этилена, пропилена и третьего мономера, распределительный коллектор 1 (гребенку), дегазатор-концентратор 3, компрессор циркулирующего газа 4, контур циркуляции газа 5.

В систему управления технологическими процессами входят - контур регулирования расхода этилена 6-8, состоящий из датчика 6, регулятора 7 и клапана 8 (в дальнейшем под контуром подразумевается "датчик-регулятор-клапан") - контур регулирования расхода пропилена 9-11; - контур регулирования расхода водорода 12-14; - контур регулирования расхода циркулирующего газа 15-17; - контуры регулирования первого расхода растворителя 18-20 и второго расхода растворителя 21-23,
- контуры регулирования расхода катализатора 24-26 и сокатализатора 27-29;
- контур регулирования третьего мономера 30-32;
- контур регулирования хладагента 33-35;
- контур регулирования уровня в реакторе 36-38;
- контур регулирования температуры 39-41 в дегазаторе-концентраторе.

Кроме того, в схему управления процессом входит устройство блокировки 42 с отсекающими клапанами расходов этилена и пропилена 43-44 и датчики контроля температуры 45, 46 и 47 соответственно в верхней и нижней частях реактора 2 и в распределительном коллекторе 1, а также датчики давления 48 и 49 соответственно в реакторе 2 и дегазаторе-концентраторе 3.

Для управления технологическими процессами может использоваться ЭВМ, соединенная соответственно со "входами-выходами" датчиков и клапанов (условно ЭВМ на чертеже не показана).

Этилен, пропилен, водород и циркулирующий газ поступают в распределительный коллектор 1, где перемешиваются и подаются в низ реактора 2.

Первый расход растворителя подается в верхнюю часть реактора 2, в линию подачи первого расхода растворителя подается катализатор, третий мономер, а также второй расход растворителя с сокатализатором.

Полученный полимеризат из реактора 2 направляется в дегазатор-концентратор 3 и далее дегазированный полимеризат поступает на агрегаты выделения каучука (не показано), а образующийся при испарении газ компрессором 4 по контуру циркуляции газа 5 поступает в коллектор 1.

Управление технологическими процессами осуществляют следующим образом:
- задают соотношение этилен:пропилен:третий мономер (C₁:С₂:С₃);
- задают расход водорода на тонну мономеров (G_в/G_м);
- задают начальный расход циркулирующего газа (G_г);
- задают соотношение расхода катализатора и сокатализатора (С₄:С₅);
- задают соотношение первого и второго расходов растворителя к катализатору и сокатализатору(С₆:С₇) и мономерам (C₈:C₉);
- мономеры в соотношении C₁:C₂:C₃ подают в распределительный коллектор 1, этилен, расход (G_э), пропилен, расход (G_п) и третий мономер, расход (G₃) соответственно с использованием контуров регулирования 6 - 8; 9 - 11;30 - 32;
- подают водород, расход на мономеры (G_в/G_м), с использованием контура регулирования 12-14;
- подают циркулирующий газ, начальный расход (G_г), с использованием контура 15-17.

Полученную смесь мономеров, водорода и циркулирующего газа направляют из коллектора 1 в нижнюю часть реактора 2; подают в линию первого и второго расходов растворителя катализатор и сокатализатор, выдерживая соотношение С₄: C₅ с помощью контуров регулирования 24-26 и 27-29.

Растворитель, катализатор и сокатализатор и третий мономер подают в верхнюю часть реактора 2.

В реакторе 2 происходит процесс сополимеризации с образованием тройного сополимера.

По информации датчиков 45 и 46 контролируют температуру процесса сополимеризации - верха (t_в) и низа (t_н) реактора 2 и определяют среднее значение
t_ср=(t_в+t_н)/2. (1)
Если температура отклоняется от заданного значения t_зад, то ее корректируют воздействием на подачу хладагента в рубашку реактора 2 с использованием контура регулирования хладагента 33-35 (в некоторых случаях для регулирования температуры корректируют подачу пропилена в реактор 2):
- контролируют по информации датчика 47 температуру (t_к) в распределительном коллекторе 1;
- поддерживают на заданном значении уровень полимеризата в реакторе 2 с использованием контура регулирования 36-38.

Полученный полимеризат направляют в дегазатор-концентратор 3, где удаляются незаполимеризовавшиеся мономеры путем их испарения.

Заданное значение температуры (t^o _зад) поддерживают контуром регулирования 39-41 воздействием на подачу воды или пара.

Часть испарившихся мономеров (циркулирующий газ) направляют в компрессор 4 по контуру циркуляции газа 5, возвращают в распределительный коллектор 1, а дегазированный полимеризат направляют на последующие стадии переработки и выделения каучука.

Контролируют давление в реакторе 2 датчиком 48 (Р_р) и в дегазаторе-концентраторе 3 датчиком 49 (Р_д), при этом давление в дегазаторе-концентраторе поддерживают меньшим, чем в реакторе 2 на величину 0,5 МПа, т.е. Рр-Рд>0,5 МПа (2),
воздействием на отбор циркулирующего газа из компрессора и с использованием контура регулирования 15-17.

При аварийный ситуациях (завышение давления, температуры в реакторе 2) срабатывает устройство блокировки расхода этилена и пропилена 42 и прекращается подача этих компонентов в коллектор 2 воздействием соответственно на отсекающие клапаны этилена 43 и пропилена 44.

Таким образом, поддерживая в заданном соотношении компоненты процесса сополимеризации и регулируя температуру сополимеризации по ее среднему значению, добиваются получения полимеризата требуемого качества, а поддерживая давление в дегазаторе-концентраторе 3 меньшим, чем в реакторе 2, повышают качество дегазации каучука за счет полного удаления оставшихся мономеров, что в итоге улучшает физико-механические показатели каучука.

ПРИМЕР
Для получения тройного сополимера СКЭПТ используют следующие заданные соотношения компонентов процесса сополимеризации и параметров процесса:
соотношение расходов этилен:пропилен:третий мономер, С₁:С₂:С₃=30:60:10 мас.%;
- расход водорода на тонну мономеров, G_в/G_м=5 м³/т мономеров;
- начальный расход циркулирующего газа, G_г=1000 кг/ч;
- соотношения расходов катализатор:сокатализатор (каталитический комплекс), C₄:C₅=1:7 мас.%.

- заданная дозировка катализатора, Д_к=0,3 мас.%;
- соотношение первого и второго расходов растворителя к комплексу катализатора, С₆:С₇=93:7 мас.%;
- соотношение первого и второго расходов растворителя и мономеров (G_м= G_э+G_п+G₃), С₈:С₉=84:16 мас.%;
- среднее значение температуры в реакторе 2, t_cp ^зад=45^oС;
- температура в дегазаторе-концентраторе 3, t_дег ^зад=40^oС;
- давление в дегазаторе-концентраторе 3, Р_зад=0,1 МПа;
- уровень в реакторе 2, H_p=50 отн.%;
- заданный расход мономеров, G_м=840 кг/ч;
- Т_а=56^oС - аварийная температура в реакторе 2;
- Р_а=0,9 МПа - аварийное давление в реакторе.

Заданные контурами регулирования: 6-8, 9-11,12-14,18-20, 21-23, 24-26, 27-29, 30-32 расходы приведены в таблице 1.

Мономеры, водород и компоненты каталитического комплекса и растворитель направляют в реактор 1, где происходит реакция сополимеризации.

Для поддержания заданной температуры определяют датчиками 45 и 46 текущую температуру верха и низа реактора соответственно t_в=48^oC и t_н=44^oC и ее среднее значение t_cp=(44+42)/2=43^oC, т.к. она отличается от заданной, воздействуют на подачу хладагента использованием контура регулирования 33-35, например по П-закону регулирования определяют расход хладагента G_xл
G_хл=к(t_зад-t_cp)=10(45-45)=20 т/ч, где к=10 т/ч^oС.

Полученный полимеризат направляют в дегазатор-концентратор 3, где происходит испарение остаточных мономеров. По информации датчика 39 определяют температуру дегазации t_дег=40^oС, так как она не отличается от заданной, то воздействие контуром 39-41 на расход горячей воды не производят. Определяют по информации датчика 48 текущее давление в реакторе 2, Р_р=0,5 МПа, и датчика 49 давление в дегазаторе-концентраторе 3, Р_д=0,1 МПа. Р<Р=0,1<0,5, поэтому расход циркулирующего газа оставляют без изменения.

Параметры процесса сополимеризации в реакторе 2 по температуре и давлению находятся ниже заданных аварийных значений, т.е. t_cp=45^oС<Та=56С и Р_р= 0,5 МПа<Р=0,9 МПа, поэтому команда от устройства блокировки 44 на отсекающие клапаны 42 и 43 расходов этилена и пропилена не поступает.

Ниже в таблице 2 приведены показатели при получении каучука по предлагаемому способу и по прототипу.

Из таблицы 2 видно преимущество предлагаемого способа управления по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. Способ управления процессом получения сополимеров этилена и пропилена, проводимым в среде углеводородного растворителя на комплексном катализаторе в реакторе с газовой и жидкой фазами, включающем регулирование расходов мономеров, растворителя, катализатора и сокатализатора, давления, уровня, и температуры в нижней части реактора, отличающийся тем, что дополнительно используют распределительный коллектор, дегазатор-концентратор, контур циркуляции газа, устройство блокировки с отсекающими клапанами расходов этилена и пропилена, контуры регулирования расходов третьего мономера, водорода, хладагента и циркулирующего газа, датчик температуры в распределительном коллекторе, контуры регулирования первого и второго расходов растворителя, контур регулирования температуры в дегазаторе-концентраторе и датчик давления в нем; задают соотношения: этилен: пропилен или этилен: пропилен: третий мономер при получении тройного сополимера, катализатор: сокатализатор, первый и второй расходы растворителя: катализатор-сокатализатор, первый и второй расходы растворителя: мономеры, при этом подают этилен, пропилен, водород и по контуру циркуляции в распределительный коллектор циркулирующий газ и полученную смесь направляют в нижнюю часть реактора; подают катализатор и сокатализатор, первый и второй расходы растворителя и третий мономер при получении тройного сополимера в верхнюю часть реактора; определяют температуру в верхней и нижней части реактора и в зависимости от среднего значения температуры в реакторе корректируют подачу растворителя в реактор или подачу хладагента в рубашку реактора; направляют полимеризат в дегазатор-концентратор и в зависимости от заданного значения температуры в нем корректируют расход воды или пара в рубашку дегазатора-концентратора; при этом определяют давление в дегазаторе-концентраторе и поддерживают его в заданном значении воздействием на расход циркулирующего газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание мономеров этилена, пропилена и третьего мономера поддерживают в следующем соотношении, мас.%:
Этилен - 30-40
Пропилен - 50-70
Третий мономер - 0-10
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что массовое соотношение катализатор:сокатализатор выдерживают равным 1:6-1:12, а первый и второй расходы растворителя: расход катализатор-сокатализатор выдерживают равным (90-95): (10-5).

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что водород подают в количестве 5-10 м/т мономеров.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что массовое соотношение первый и второй расходы растворителя: мономеры выдерживают равным (80-85):(20-15).

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что давление в дегазаторе-концентраторе поддерживают меньшим, чем в реакторе на величину 0,1-0,5 МПа подачей циркулирующего газа в пределах 1000-1200 кг/ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3