DE2013497A1 - Process control in the manufacture of a polymer - Google Patents
Process control in the manufacture of a polymerInfo
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Description
"Kennzeichen 2158"Registration number 2158
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr.R.Ko«nig«b«rg#r - Dipl.Phy*.R. Holzbauer Dr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. Assmann Dr.R.Ko «nig« b «rg # r - Dipl.Phy * .R. Timber builder
Dr. F. Zam»tein Jim. P ο t · w I ο ι» w a I t · / t MI»ch»r> 2, Bräwliausstroß· 4/III Dr. F. Zam »tein Jim. P ο t · w I ο ι »wa I t · / t MI» ch »r> 2, Bräwliausstroß · 4 / III
STAMICARBON N.V.., HEERLEN (die Niederlande) ,Prazessregolung bei der Herstellung eines Polymeren STAMICARBON NV., HEERLEN (the Netherlands) , pressure regulation in the production of a polymer
Die Erfindung betrifft eine Prozessregelung bei der kontinuierlichen Herstellung eines Polymeren, gemass der in einem Reaktor ein oder mehrere Monomere, Wasserstoff und ein Katalysator oder eine oder mehrere Katalysatorkomponenten zusammengebracht werden und die Zufuhr des Wasserstoffs an Hand der Messdaten geregelt wird. ·The invention relates to a process control in the continuous Production of a polymer, according to the one or more in a reactor Monomers, hydrogen and a catalyst or one or more catalyst components and the supply of hydrogen on hand the measurement data is regulated. ·
Eine solche Prozessregelung ist aus der amerikanischen Patentschrift 3.356.667 bekannt. Zu der Herstellung eines Polymeren mit konstanten Eigenschaften, z.B. eines konstanten Schmelzindexes, werden bei dem bekannten Regelungs- J Vorgang die Wasserstoffzugabe, die Konzentration des Polymeren im Reaktor, die Temperatur im Reaktor und die Grosse des zugefuhrten Monomerenstroms gemessen und es wird aus den anfallenden Messdaten der Schmelzindex berechnet und mit dem Sollwert verglichen, worauf auf Basis der Differenz zwischen beiden Werten die Grosse der Wasserstoffzufuhr eingestellt wird* Man bestimmt mithin den Schmelzindex nicht auf direktem Wege,weil eine solche Bestimmung soviel Zeit in Anspruch nehmen würde, dass sie nicht als Grundlage für. eine brauchbare Regelung in»Betracht kommen kann. Mit der bekannten Regelung sind aber'mehrere Nachteile verbunden. Zwar wird nicht vom Schmelzindex selbst, sondern von den, den Schmelzindex bestimmenden Faktoren ausgegangen, damit auf diese Weise ein schnelles Eingreifen möglich ist. Die Regelung aber wirkt um so ungenauer je mehr der Prozentualanteil des (der) zum Polymerisat umgesetzten Monomeren (nachstehend als Konversion bezeichnet) ansteigt, Die bekannte Regelung wirdSuch a process control is from the American patent 3,356,667 known. To produce a polymer with constant properties, e.g. a constant melt index, in the case of the known regulation J Process the addition of hydrogen, the concentration of the polymer in the reactor, the temperature in the reactor and the size of the monomer stream fed in were measured and the melt index is calculated from the resulting measurement data and compared to the target value, whereupon based on the difference between the two Values the size of the hydrogen supply is set * You therefore determine the melt index not in a direct way because such a determination is so much That would not take time as a basis for. a useful one Regulation in »can be considered. With the known regulation, however, there are several Disadvantages associated. It is true that it is not the melt index itself, but the Factors determining the melt index assumed so in this way rapid intervention is possible. The regulation, however, is all the more imprecise the greater the percentage of the monomer (s) converted to the polymer (hereinafter referred to as conversion) increases, the known scheme becomes
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mithin bei hoher Konversion kein Produkt von konstanter und gewünschter Gute ergeben; ausserdem ist die erforderliche Apparatur kompliziert und teuer.consequently, with a high conversion, no product of constant and desired good result; in addition, the equipment required is complicated and expensive.
Die Erfindung bezweckt eine genauere Regelung zur Einstellung der Polymerisateigenschaften, welche sich darüber hinaus noch durch Einfachheit und Zweckmassigkeit auszeichnet. Diese Regelung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrmenge des Monomeren (der Monomeren), die Temperatur des Reaktors ufld die Konversion annähernd konstantgehalten werden und der Wert des Monome r/Wasserstoff-Verhältnisses in dem aus dem Reaktor austretenden Strom bestimmend ist fur die Mer.ge der Wasserstoff zufuhr.The invention aims to provide a more precise control for setting the Polymer properties, which are also characterized by simplicity and practicality. This regulation is characterized in that the feed rate of the monomer (s), the temperature of the reactor ufld the conversion is kept approximately constant and determines the value of the monomer / hydrogen ratio in the stream emerging from the reactor is the hydrogen supply for the merge.
Es hat sich überraschenderweise ergeben, dass auf diese Weise sogar bei optimaler Konversion ein Polymerisat mit sehr konstanten Eigenschaften anfallt. Eine leichte Änderung der Konversion ergibt schon eine bedeutende Änderung des Monomer/Wasserstoff-Verhaltnisses nach Austritt aus dem Reaktor, wahrend die Temperatur nahezu konstant bleibt. Dieser Tatsache hat diese Regelung ihre grosse Empfindlichkeit zu verdanken. Unter hoher Konversion ist hier ein Umsetzungsgrad von über 90 %, z.B. 96-97 % zu verstehen.It has surprisingly been found that in this way, even with optimal conversion, a polymer with very constant properties is obtained. A slight change in the conversion results in a significant change in the monomer / hydrogen ratio after leaving the reactor, while the temperature remains almost constant. This regulation owes its great sensitivity to this fact. Here, high conversion is understood to mean a degree of conversion of over 90 %, for example 96-97 %.
Das Arbeiten bei hoher Konversion hat bestimmte Vorteile; so sind die Kosten zua RUckumlauf der Monomeren niedrig. Ferner ist es vorteilhaft, dass Aktivitatsschwankungen die Prozessfuhrung nur geringfügig beeinflussen; dass, wie bereits gesagt, die Temperatur praktisch konstantbleibt ist bei autothermen Reaktoren von grösster Bedeutung.Working at high conversions has certain advantages; so are they Low cost of recirculation of the monomers. It is also advantageous that Activity fluctuations only slightly influence the conduct of the process; that, As already said, the temperature remains practically constant is of the greatest importance in autothermal reactors.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Reaktors konstantgehalten durch Regelung der dem Reaktor zugehenden Menge an Katalysator oder Katalysatorkomponenten. Diese Komponenten werden meistens einzeln und in konstantem gegenseitigem Mengenverhältnis beigegeben.The temperature of the reactor is preferably kept constant through Regulation of the amount of catalyst or catalyst components entering the reactor. These components are mostly single and in constant added to mutual proportions.
Es ist möglich, den Schmelzindex einer Probe periodisch zu überprüfen, eine Bestimmung, die etwa eine halbe Stunde in Anspruch nimmt.It is possible to check the melt index of a sample periodically, a determination that takes about half an hour to complete.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der ein Beispiel der Polyathylenherstellung dargestellt ist. Es zeigen:The invention is explained with reference to the drawing, in which an example of polyethylene production is shown. Show it:
Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Schmelzindex des Produktes und dem Athyle.n/Wasserstoff-Verhaitnis nach Austritt aus dem Reaktor angibt.Fig. 2 is a graph showing the relationship between the melt index of the product and the Athyle.n / Hydrogen ratio after leaving the reactor.
In einem Lösungsgefass 1 werden in einen Strom 2, der im wesentlichen aus einem Lösungsmittel, im vorliegenden Fall Benzin, besteht, Monomere eingemischt und zwar Äthylen durch die Leitung 3 und z.B. ein wenig Butylen durch die Leitung 4. Die Zuflussmengen je Zeiteinheit werden durch die Mengenregler 5 und 6 mit zugehörigen Regelventilen 7 und 8 konstantgehalten. Leitung 9 istIn a solution vessel 1 are in a stream 2, which is essentially consists of a solvent, in the present case gasoline, monomers mixed in, namely ethylene through line 3 and, for example, a little butylene through the line 4. The inflow quantities per unit of time are controlled by the quantity regulator 5 and 6 with associated control valves 7 and 8 kept constant. Line 9 is
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eine an das Gefassl angeschlossene Ablässleitung die vermeidet, dass der Druck zu stark ansteigt.a drainage line connected to the vessel which prevents the Pressure increases too much.
Die Losung der Monomeren in Benzin fliesst Über Pumpe.10 einem Absorptionsger at 11 zu, das zur Absorption von Wasserstoff vorgesehen ist, der durch die Leitung 12 mit eingebautem Regelventil 13 zugeführt wird.The solution of the monomers in gasoline flows via pump. 10 to an absorption device 11, which is provided for the absorption of hydrogen, which flows through the line 12 with built-in control valve 13 is fed.
Der Inhalt des Absorptionsgefässes 11 fliesst über die Leitung 14 und den KUhler 15 kontinuierlich einem Reaktor 16 zu. Diese Regelung benutzt man, wenn im Falle einer adiabatischen Durchfuhrung der Reaktion bei gegebener maximaler Temperatur und gegebener minimaler Verweilzeit eine Mehrproduktion gewünscht ist. An die Leitung 14 ist ein Mengenregler 17 angeschlossen. Der.Reaktor 16 ist Bit einem Ruhrer 18 ausgestattet. "The content of the absorption vessel 11 flows via the line 14 and the cooler 15 to a reactor 16 continuously. This scheme is used one, if in the case of an adiabatic implementation of the reaction at a given Maximum temperature and a given minimum residence time result in increased production is desired. A quantity regulator 17 is connected to the line 14. The reactor 16 is equipped with a stirrer 18 bit. "
20 und 21 mit eingebauten Regelventilen 22, 23 und 24 drei Katalysatorkomponenten ein. Diese Regelventile werden von einem mit dem Reaktor verbundenen Temperaturregler 25 betätigt. -20 and 21 with built-in control valves 22, 23 and 24 include three catalyst components. These control valves are connected to the reactor by a Temperature regulator 25 actuated. -
Der Inhalt des Reaktors geht kontinuierlich über eine Leitung 26 mit eingebautem Regelventil 27 ab. Dieses Ventil wird von dem Mengenregler 17 in der Zugabeleitung 14 betätigt. Von der Leitung 26 zweigt eine Probeleitung ab, damit der Schmelzindex regelmassig bestimmt- werden kann. Von dem durch die Leitung 26 fliessenden Strom wird laufend das Äthylen/Wasserstoff-Verhaitnis ermittelt, z.B. mit Hilfe eines Chromatographen 29, dessen Messergebnis an einen Regler 30 zur Betätigung des Regelventils 13 in der Wasserstoffzuleitung 12 weitergeleitet wird.The contents of the reactor go continuously via a line 26 built-in control valve 27. This valve is controlled by the flow regulator 17 in the addition line 14 is actuated. A test line branches off from line 26 so that the melt index can be determined regularly. From that through The current flowing through the line 26 is used to continuously determine the ethylene / hydrogen ratio, e.g. with the aid of a chromatograph 29, its measurement result is passed on to a controller 30 for actuating the control valve 13 in the hydrogen feed line 12.
Mit Hilfe der obengenannten Apparatur werden I) der Zufluss der Mono- ä merenmengen konstantgehalten, II) die durch den Reaktor fliessende Umlaufmenge konstantgehalten,ΊΙΙ) die Katalysatormengen derart eingestellt, dass die Reaktortemperatur konstantbleibt und IV) die Wasserstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Verhältnis Äthylen : Wasserstoff nach Austritt aus dem Reaktor geregelt.By means of the above apparatus I) of the inflow are the mono- ä merenmengen kept constant, II), the current flowing through the reactor circulation rate maintained constant, ΊΙΙ) the amount of catalyst is set such that the reactor temperature remains constant, and IV) the hydrogen supply, depending on the ratio of ethylene: hydrogen regulated after leaving the reactor.
Λ. ΑΛ. Α
stellen den Verlauf der zwei vorgenannten Grossen bei Temp. T und T dar,represent the course of the two aforementioned quantities at temp. T and T,
wobei T1 >T_. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass bei gleichem C_/H -X * 2 2where T 1 > T_. The diagram shows that with the same C_ / H -X * 2 2
Verhältnis (a) eine höhere Temperatur T einen höheren Sl-Wert ergibt (b). Um einen konstanten SI (c) zu erhalten, muss der Wert von C_/H_ mithin grosser sein (d), was bedeutet, dass die H -Menge bei höherer Temperatur sich verringern muss.Ratio (a) a higher temperature T results in a higher SI value (b). In order to get a constant SI (c), the value of C_ / H_ must therefore be larger (d), which means that the amount of H must decrease at higher temperatures.
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Bei höherer Konversion und einer praktisch konstanten Temperatur wird der Wert von C /H kleiner (e), weil sich die C -Menge verringert. Zur Konstanthaltung von SI (c) muss mithin in diesem Fall der Co/H -Wert auf gleicherWith a higher conversion and a practically constant temperature, the value of C / H becomes smaller (e) because the amount of C decreases. In order to keep SI (c) constant, the C o / H value must therefore be the same in this case
Ci AtCi At
Höhe bleiben, so dass die H„-Zufuhr verringert werden muss.Stay high so that the H “supply has to be reduced.
Die Erfindung kann bei sehr vielen Polymerisationsprozessen angewandt werden; sie ist auch anwendbar bei der Herstellung u.a. von Homo- und Mischpolymerisaten von Äthylen, Butylen, Butadien und Isopren.The invention can be used in a very wide variety of polymerization processes will; it can also be used in the production of homopolymers and copolymers, among other things of ethylene, butylene, butadiene and isoprene.
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