控制反应器系统停机的方法与流程

相关申请的交叉参考

本申请要求于2018年11月13日提交的序列号为62/760,299的申请的权益，其公开内容在此全文引入作为参考。

本申请涉及用于控制反应器系统停机的方法，尤其涉及在过程中断之后在聚乙烯生产设施中反应器容器内容物的排空。

背景技术：

聚乙烯是具有可变结晶结构的轻质，耐用热塑性塑料。它是世界上最广泛生产的塑料之一，每年在世界范围内生产数千万吨。聚乙烯在多个市场(包装，汽车，电气等)中用于薄膜，管材，塑料零件，层压体等应用领域。

化学上，聚乙烯由乙烯单体的聚合反应制得。聚乙烯的化学式为(c2h4)n。它以多种形式商业生产，例如低密度聚乙烯，高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(ldpe)特别是半刚性和半透明的聚合物和，与高密度聚乙烯相比，它具有更高程度的短和长侧链支化。ldpe通常是通过自由基聚合工艺在高压(例如1500巴)下生产的。ldpe由4,000-40,000个碳原子组成，显示105℃至115℃的熔点和0.910-0.940g/cm³的密度。

高压反应器被广泛用于高压下乙烯的聚合，例如，超过1000巴且高达3000巴或更高的压力。来自乙烯供应的新鲜乙烯通常通过主压缩机和辅助压缩机的组合被压缩至反应器压力，所述主压缩机将乙烯压缩至中间压力(约300巴)，辅助压缩机将新鲜乙烯与来自该中间压力的再循环乙烯一起压缩直到最终反应器压力(约3100巴)。当乙烯流入反应器中时引发剂也被注入，并且乙烯被聚合以得到主要包含聚乙烯和未反应的单体的混合物。该混合物通过通常被称为高压泄放阀的阀离开反应器，然后进入分离系统，其中未反应的单体与聚乙烯分离并再循环回到压缩机系统。本领域技术人员知道用于乙烯聚合的两种最常见的反应器类型是管式反应器和高压釜式反应器。本申请中描述的方法可以应用于任何类型的反应器系统。

一种已知的分离系统使用串联布置的两个分离容器。第一分离容器，可以称为高压分离容器，具有用于来自高压泄放阀的产物混合物的入口，用于分离的、未反应单体(称为“废气”)的出口和用于含有聚乙烯和约30-40wt％未反应的夹带乙烯的料流的出口。废气通过高压气体系统再循环回压缩机过程，而包含聚乙烯和约30-40wt％未反应的夹带乙烯的料流则进入低压分离容器，在其中几乎所有剩余的未反应的乙烯与聚乙烯分离。背景技术参考文献包括公开号us2010/0004407的美国专利申请。

通常，高压分离容器将在一定压力下操作以使废气可以再循环至辅助压缩机的吸入口。低压分离器在低得多的压力下操作，和来自低压分离器的废气必须再循环到主压缩机的吸入口。

当ldpe生产过程经历过程中断时，必须采取措施以确保设施的安全，最大程度地减少对环境的影响并减少对工艺设备的损害。如果主压缩机或辅助压缩机经历停机，则必须采取步骤以确保从反应器容器中内容物快速安全地从反应器排空。这是由于以下事实：如果允许反应器内容物停滞，则反应器本身可能遭受广泛的损害。因此，一旦压缩机出现故障，反应器内容物要输送到高压分离容器以及继续通过高压气体系统。但是，反应器内容物大于高压分离容器大以及继续通过高压气体系统，和因此必须将过量的反应器中的物料排放到火炬，排料堆或甚至大气中。因此，需要在这些中断期间控制反应器停机。

技术实现要素：

在一类实施方案中，本申请提供了一种控制聚乙烯反应器系统停机的方法，该方法包括：

提供聚乙烯反应器系统，该聚乙烯反应器系统包括吸入式加热器和罐150、主压缩机152、辅助压缩机154、反应器156、高压泄放阀130、高压分离器158和高压再循环气体系统160；

其中反应器156在约3000巴-g的压力下操作；

经历辅助压缩机154的部分或完全停机；

将hpldv130开启到预设开启位置直到反应器156的压力降低到预设的减压极限或直到反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15；

在反应器156的压力降低到预设的减压极限之后或在反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15之后：

控制hpldv130以将管线114中的压力控制至压力设定点，该管线114将高压分离器158出口连接至高压再循环气体系统160入口，该压力设定点比使高压再循环气体系统160排气的压力低大约10巴-g以避免过压；

使用阀134控制第一压缩机再循环乙烯管线132中的流量，该第一压缩机再循环乙烯管线132将来自主压缩机出口的乙烯再循环到吸入式加热器和罐150的乙烯进料管线；

使得离开高压再循环气体系统160的乙烯流通过第一压缩机再循环乙烯管线132流动至吸入式加热器和罐150，该第一压缩机再循环乙烯管线132将来自主压缩机出口的乙烯再循环到吸入式加热器和罐150的乙烯进料管线100；

将来自净化再循环乙烯管线122的乙烯移除至液体存储设施和任选地还将来自补充乙烯管线102的乙烯移除至乙烯总管。

在另一类实施方案中，本申请提供了一种控制聚乙烯反应器系统停机的方法，该方法包括：

提供聚乙烯反应器系统，该聚乙烯反应器系统包括吸入式加热器和罐150、主压缩机152、辅助压缩机154、反应器156、高压泄放阀130、高压分离器158和高压再循环气体系统160；

其中反应器156在约3000巴-g的压力下操作；

吸入式加热器和罐150从乙烯进料管线100接收乙烯，该乙烯进料管线100从补充乙烯管线102、净化再循环乙烯管线122和第一压缩机再循环乙烯管线132接收乙烯，

乙烯离开吸入式加热器和罐150并通过管线104输送到主压缩机152，主压缩机压缩乙烯和通过管线106将其转送到辅助压缩机154，和将离开辅助压缩机154的一部分乙烯通过第一压缩机再循环乙烯管线132再循环回到乙烯进料管线100；

管线106通过管线128接收高压再循环气体并进入辅助压缩机154，辅助压缩机154压缩乙烯并将其转送到反应器156，在该反应器中一部分乙烯在引发剂的存在下反应以形成聚乙烯；

离开反应器156的物料在进入高压分离器158之前通过高压泄放阀(hpldv)130；

高压分离器158将一部分未反应的乙烯从离开反应器156的物料中分离出来，并通过管线114将未反应的乙烯送入高压再循环气体系统160；

经历辅助压缩机154的部分或完全停机；

将hpldv130开启到预设开启位置直到反应器156的压力降低到预设的减压极限或直到反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15；

在反应器156的压力降低到预设的减压极限之后或在反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15之后：

控制hpldv130以将管线114中的压力控制至压力设定点，该压力设定点比使高压再循环气体系统160排气的压力低大约10巴-g以避免过压；

使用阀134控制第一压缩机再循环乙烯管线132中的流量；

使得离开高压再循环气体系统160的乙烯流通过管线128、进入管线106并通过第一压缩机再循环乙烯管线132返回乙烯进料管线100以及进入净化再循环乙烯管线122或补充乙烯管线102；

将来自净化再循环乙烯管线122的乙烯移除至液体存储设施和任选地还将来自补充乙烯管线102的乙烯移除至乙烯总管。

在又一类实施方案中，本申请提供了一种控制聚乙烯反应器系统停机的方法，该方法包括：

提供聚乙烯反应器系统，该聚乙烯反应器系统包括吸入式加热器和罐150、主压缩机152、辅助压缩机154、反应器156、高压泄放阀130、高压分离器158和高压再循环气体系统160；

其中反应器156在约3000巴-g的压力下操作；

吸入式加热器和罐150从乙烯进料管线100接收乙烯，该乙烯进料管线100从补充乙烯管线102、净化再循环乙烯管线122和第一压缩机再循环乙烯管线132接收乙烯，

乙烯离开吸入式加热器和罐150并通过管线104输送到主压缩机152，主压缩机压缩乙烯和通过管线106将其转送到辅助压缩机154，和将离开辅助压缩机154的一部分乙烯通过第一压缩机再循环乙烯管线132再循环回到乙烯进料管线100；

管线106通过管线128接收高压再循环气体并进入辅助压缩机154，辅助压缩机154压缩乙烯并将其转送到反应器156，在该反应器中一部分乙烯在引发剂的存在下反应以形成聚乙烯；

离开反应器156的物料在进入高压分离器158之前通过高压泄放阀(hpldv)130；

高压分离器158将一部分未反应的乙烯从离开反应器156的物料中分离出来，并通过管线114将未反应的乙烯送入高压再循环气体系统160；

经历辅助压缩机154的部分或完全停机；

将hpldv130开启到在100％开启和85％开启之间的预设开启位置直到反应器156的压力降低到1500巴-g或直到反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15；

在反应器156的压力降低到预设的减压极限之后或在反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15之后：

控制hpldv130以将管线114中的压力控制至压力设定点，该压力设定点比使高压再循环气体系统160排气的压力低大约10巴-g以避免过压；

使用阀134控制第一压缩机再循环乙烯管线132中的流量；

使得离开高压再循环气体系统160的乙烯流通过管线128、进入管线106并通过第一压缩机再循环乙烯管线132返回乙烯进料管线100以及进入净化再循环乙烯管线122或补充乙烯管线102；

将来自净化再循环乙烯管线122的乙烯移除至液体存储设施和任选地还将来自补充乙烯管线102的乙烯移除至乙烯总管。

附图说明

图1显示了聚乙烯生产过程的图，其显示了正常操作期间对关键阀门的控制。

图2显示了反应器气体密度作为反应器压力的函数。

图3显示了聚乙烯生产过程的图，其显示了过程中断之后对关键阀门的控制。

图4显示了聚乙烯生产过程的图，其显示了替代的气体压力释放选择方式。

发明详述

本申请涉及在过程中断之后用于控制聚乙烯生产设施中反应器容器内容物的排空的系统和方法。

聚乙烯生产过程由三个基本操作组成。首先，供应气态乙烯(通常与再循环乙烯结合)以及在串联的一个或多个压缩机中进行压缩。其次，将压缩的乙烯与引发剂(有机过氧化物)和任选的共聚单体在反应器中结合，在该反应器中在升高的压力和温度下进行聚合反应。最后，通过一系列分离器处理离开反应器的产物以从未反应的乙烯和其它组分提取所需产物。

在常规聚乙烯生产过程期间的代表性工艺流程图在图1中显示。该工艺以乙烯进料100开始，该乙烯进料由补充乙烯102和净化再循环乙烯122和第一压缩机再循环乙烯132组成。乙烯进料100进入吸入式加热器和罐150并通过管线104排出进入主压缩机152。吸入式加热器和罐150加热物料并控制吸入温度并使用缓冲体积提供压力衰减。乙烯通过管线106离开主压缩机152。将通过管线106离开主压缩机152的一部分乙烯再循环以通过再循环管线132进料返回到吸入式加热器和罐150，基于使用阀134移除再循环料流132之后测量的管线106中的压力控制通过再循环管线132返回的体积。管线106中的压力通常在180至280巴-g之间。未通过再循环管线132再循环的乙烯继续通过管线106，其中其任选与共聚单体103和高压再循环气体在管线128中在进入辅助压缩机154之前结合。进入辅助压缩机154的吸入压力通常在180至280巴-g之间，对于管式反应器排出压力通常在2100至3100巴-g之间，对于高压釜式反应器排出压力通常在1000至2200巴-f之间。离开辅助压缩机154的气体通过管线108与引发剂110一起送入反应器156。

合适的共聚单体包括乙烯基醚例如乙烯基甲基醚和乙烯基苯基醚；烯烃例如丙烯，1-丁烯，1-辛烯和苯乙烯；乙烯基酯例如乙酸乙烯酯，丁酸乙烯酯和新戊酸乙烯酯；卤代烯烃例如氟化乙烯和偏二氟乙烯，丙烯酸酯例如丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸酯，其它丙烯酸类或甲基丙烯酸类化合物例如丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸，丙烯腈和丙烯酰胺，以及其它化合物例如烯丙醇，乙烯基硅烷以及其它可共聚的乙烯基化合物。

许多合适的引发剂是本领域技术人员已知的。有机过氧化物是优选的引发剂类别。在一些情况下，可以使用具有不同分解温度的几种引发剂的混合物以随着反应混合物温度的变化提供持续的自由基生成。

在反应器156内乙烯，引发剂和任选的共聚单体在约130℃至约340℃的高温和约100巴-g至约3100巴-g的压力下反应以形成聚乙烯。反应器通常能够将进入反应器的乙烯的约15-40％转化为聚乙烯，其中高压釜型反应器的转化率约为15-20％和管式反应器的转化率约为25-40％。

离开反应器156的产物料流除了包括聚乙烯和未反应的乙烯外，还包括其它物质例如引发剂残基和，潜在的一种或多种链转移剂。产物料流通过管线112离开反应器，其在进入高压分离器158之前先通过高压泄放阀(hpldv)130。基于管线108中的压力控制hpldv，管线108中将乙烯和任选的共聚单体供应至反应器156。高压分离器158中的压力通常被控制为等于或小于315巴-g。

高压分离容器分离出未反应的乙烯(“废气”)，其通过管线114离开进入高压再循环气体系统160，其余气体通过管线116离开高压分离器158进入低压分离器162。送入低压分离器162的剩余气体包括聚乙烯，未反应的乙烯和其它物质例如引发剂残基和任选的一种或多种链转移剂。

在低压分离器162处，将聚乙烯产物料流126与未反应的乙烯和其它物质分离，将其通过管线118转移到净化气体压缩机164中。净化气体压缩机164将剩余的乙烯与其它物质分离，将乙烯通过管线122再循环并通过管线124移除其它物质。当需要时，离开净化气体压缩机164的乙烯的一部分可以通过管线120从系统中移除并送至液体纯化和储存。

如果由于某种原因，辅助压缩机154发生停机，则反应器156将经历操作压力的下降。为了避免将反应器内容物排放到火炬，排料堆或甚至大气中，本申请的系统和方法建议启动前馈控制，该控制允许将反应器内容物安全地排放到高压分离器158和高压再循环气体系统160中。

在高反应器压力下，反应器气体密度不会明显下降，和因此转送到高压分离器158的反应器内容物的质量相对较小。但是，随着反应器压力下降到一定压力以下，反应器气体的密度迅速下降，导致离开反应器的质量迅速增加。这可以在图2中看到，图2显示了反应器实例中反应器气体密度是反应器压力的函数。

可以看出，对于图2中所示的三个区域，区域1的密度对压力的平均斜率是0.06(从3000-1500巴-g)，区域2是0.16(从1500-500巴-g)，和区域3是0.54(从500-0巴-g)。在此实例中，只要反应器压力为1500巴-g或更高，则可以将反应器中的内容物迅速输送到高压分离器158和高压再循环气体系统160，而不会给这些系统造成过度负担。图2显示了对于100％乙烯进料和对于包含90％乙烯和10％乙酸乙烯酯的单体进料，反应器密度与反应器压力之间的关系。在乙酸乙烯酯用作共聚单体的情况下，它通常构成包含反应器单体进料的约10-30％。

考虑到反应器气体密度和反应器压力之间的关系，作为初始步骤，一旦在辅助压缩机154出现故障时，则将hpldv设置为预设开启位置直到反应器内容物减少至预设的减压极限或直到反应器气体密度相对于反应器压力的斜率达到预定的上限。因此，在一些实施方案中，可将hpldv设置为100-85％开启直到反应器压力达到1500巴-g。在其它实施方案中，可以将hpldv设置为100-85％开启直到反应器气体密度相对于反应器压力的斜率超过0.15。在某些情况下，预设开启位置被设置为阀门在辅助压缩机出现故障之前所处的最后控制位置。

因此，一旦达到已知的反应器压力或密度/压力斜率，就必须实施进一步的前馈控制以继续清空反应器而不会使高压分离器158和高压再循环气体系统160过载。这些进一步的前馈控制在图3中显示。

初始地，hpldv在1500巴-g改变控制从预设开启位置(例如从100-85％开启)到基于在高压分离器158和压力再循环气体系统160之间的管线114中压力的控制，设定该压力设定点以避免过压。换言之，应将压力设定点控制为比将导致高压再循环气体系统160必须排气以避免过压的压力小约10巴-g。在一些实施方案中，高压分离器158和高压再循环气体系统160之间的管线114中排气至大气的压力可为300巴-g至350巴-g，这将导致管线114中的压力设定点为约290巴-g至340巴-g。

还可以实施进一步的前馈控制来控制整体系统压力。图3所示的第一种选择是允许系统中的乙烯反向流回进入乙烯总管(未显示)中。在该系统中，通过乙烯进料100的乙烯流动完全相反，通过补充乙烯102的乙烯流动也是如此。另外，使用阀134维持控制通过再循环管线132返回的体积，基于吸入式加热器和罐150与主压缩机152之间的管线104中的压力来对其控制，以允许快速的乙烯回流至乙烯进料100以及进入乙烯总管。然而，必须将阀134设置为允许最大回流，而不会使乙烯进料系统过压。因此，将阀134的设定点控制为最大开度，该最大开度仍将使乙烯进料系统中的压力保持在比安全阀设定出现故障的压力低10-15％。随着这些流动反向，其降低了高压再循环气体系统160中的压力，其允许从高压再循环气体系统160流动通过管线128以通过管线106返回，通过管线132，进入乙烯进料100，最后回到乙烯总管。在第一种选择中，允许回流尽可能快地进行以降低整个系统的压力。如果出于某种原因(例如担心气体污染)不希望将气体再循环到乙烯总管，替代方案是通过流体连接到适当的液体存储单元，优选到净化气体纯化单元(未显示)的管线122。

图4所显示的第二种选择是通过净化气体管线136从管线128中移除来自高压再循环气体系统160的气体。在第二种选择中，移除的气体为乙烯和将其输送到系统外部的液体存储中。第二种选择要求高压再循环气体系统160从管线128流体连通到适当的液体存储单元，优选到净化气体纯化单元(未显示)。

也在图4中显示的第三种选择是从管线128移除来自高压再循环气体系统160的气体并将该气体发送到火炬系统138以安全燃烧，避免直接释放到大气中。

当提及对于阀例如hpldv130的控制变量时，将理解的是这种控制是装置分布控制系统的一部分，该系统包括计算机系统，该计算机系统适于包括：处理器；以及存储有用于由处理器执行的机器可读指令的有形机器可读存储介质，该机器可读指令对应于本文所述的一种或多种方法。也就是说，本文描述的方法可以在计算设备(或基于处理器的设备)上进行，其作为装置分布控制系统的一部分并且包括处理器；与处理器连接的存储器；以及提供给存储器的指令，其中所述指令可由处理器执行以实施本申请公开的方法。指令可以是非暂时性计算机可读介质上代码的一部分。可以利用任何合适的基于处理器的设备来实现本技术的实施方案的全部或一部分，包括但不限于个人计算机，网络个人计算机，手提计算机，计算机工作站，移动设备，具有(或不具有)共享存储器的多处理器服务器或工作站，高性能计算机等。此外，实施方案可以在专用集成电路(asic)或超大规模集成(vlsi)电路上实现。

术语“非暂时性计算机可读介质”，“有形机器可读介质”等是指参与向处理器提供指令以供执行的任何有形存储器。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如nvram或磁盘或光盘。易失性介质包括动态内存，例如主内存。计算机可读介质可以包括例如软磁盘，软盘，硬盘，磁带，或任何其它磁性介质，磁光介质，cd-rom，任何其它光学介质，ram，prom。以及eprom，flash-eprom，固态介质如全息存储器，存储卡或任何其它存储芯片或盒式磁带，或计算机可以从中读取的任何其它物理介质。当计算机可读介质被配置为数据库时，应当理解数据库可以是任何类型的数据库，诸如关系数据库，分层数据库，面向对象的数据库和/或类似数据库。因此，可以认为本技术的示例性实施方案包括有形存储介质或有形分布介质以及现有技术认可的等同物和后继介质，在其中存储实施本申请技术方案的实施软件。

传输介质(例如，用于在装置分布控制系统与图1所示的聚乙烯生产操作的组件之间的通信)可以是双绞线，同轴电缆，光纤或其它一些合适的传输介质，用于传输信号例如电，光，声或其它形式的传播信号(例如，载波，红外信号，数字信号等)。

除非另有说明，否则在本说明书和相关权利要求中使用的所有表示成分数量、性质例如分子量、反应条件等的数字均应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中列出的数字参数是近似值，其可以根据本申请的实施方案试图获得的所需特性而变化。至少，并且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数字参数至少应根据所报告的有效数字的数目并通过应用普通的四舍五入技术来解释。

本说明书呈现了结合本说明书公开的发明实施方案的一个或多个说明性实施方案。为了清楚起见，在本申请中并未描述或显示实际实施的所有特征。应当理解，在结合本申请实施方案的实际实施方案的开发中，必须做出许多实施的具体决定来实现开发者的目标，例如遵守与系统有关，与业务有关，与政府有关以及其它约束，具体取决于实施情况以及不时变化。尽管开发人员的努力可能很耗时，但是对于本领域的普通技术人员来说，这样的努力将是例行的任务，并且受益于本说明书。

尽管本文根据“包括”各种组件或步骤来描述组合物和方法，但是该组合物和方法还可以“基本上由各种组件和步骤组成”或“由各种组件和步骤组成”。

因此，本申请很好地适于获得所提及的目的和优点以及其中固有的目的和优点。上面公开的特定实施方案仅是说明性的，因为对于受益于本说明书教导的本领域技术人员显而易见的是以不同但等效的方式来修改和实践本申请。此外，除了在下面的权利要求中描述的以外，没有意图限制本文中所示的构造或设计的细节。因此，显而易见的是，以上公开的特定说明性实施例可以被改变，组合或修改，并且所有这样的变型都被认为在本申请的范围和精神内。本说明书说明性地公开的本发明可以在本说明书未具体公开的任何要素和/或本说明书公开的任何可选要素不存在的情况下适当地实施。尽管根据“包括”，“包含”或“包括”各种组件或步骤来描述组合物和方法，但是所述组合物和方法也可以“基本上由各种组件和步骤组成”或“由各种组件和步骤组成”。上面公开的所有数字和范围可能有所不同。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开落入该范围内的任何数字和任何包括的范围。特别地，本文公开的值的每个范围(形式为“从大约a到大约b”，或等效地，“从大约a到b”，或等效地，从“大约a-b”)列出了更广泛的值范围内包含的每个数字和范围。另外，权利要求中的术语具有其一般的、普通的含义，除非专利权人另外明确和清楚地定义。此外，在权利要求中使用的不定冠词“一”或“一个”在本文中被定义为表示其引入的要素中的一个或多个。