聚丙烯生产装置及监测方法与流程

1.本发明涉及聚丙烯生产技术领域，具体而言，涉及一种聚丙烯生产装置及监测方法。


背景技术：

2.搅拌床聚丙烯工艺启动期，对于无诱导期并且活性稳定的z-n催化剂的聚丙烯反应激发程度的测量是根据搅拌床反应器的温度、压力等操作参数的变化来确定，因为这些参数对活性灵敏，能实时反应催化剂激发聚丙烯反应的状况。但茂金属催化剂激发聚丙烯反应有诱导期，且活性释放是渐增的过程，如果判断不准确，会浪费启动物料，导致反应器误操作，造成催化剂进量控制不当，可能危害启动安全性。
3.另外，由于反应器返回物料中主要成分为丙烯和氢气，以及茂金属催化剂启动期活性不高，如果用气相色谱测量返回物料中微量高碳烯烃一般比较滞后。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种聚丙烯生产装置及监测方法，以解决现有技术中的茂金属催化剂激发聚丙烯反应有诱导期，且活性释放是渐增的过程，如果判断不准确，会浪费启动物料，导致反应器误操作，造成催化剂进量控制不当，可能危害启动安全性的问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚丙烯生产装置，包括：压缩机；冷凝存储系统，具有进气口和排气口；聚丙烯反应器，具有回料口，回料口与压缩机相连通，以向压缩机回料；回料口与进气口相连通；压降监测组件，设置于冷凝存储系统，以监测进气口和排气口之间的压降值。
6.进一步地，压降监测组件包括：第一压力检测件，设置于进气口，以检测进气口的第一压力值；第二压力检测件，设置于排气口，以检测排气口的第二压力值。
7.进一步地，聚丙烯生产装置还包括：控制器，与第一压力检测件和第二压力检测件均通讯连接，控制器接收并计算第一压力值和第二压力值之间的差值，以获得压降值；显示模块，与控制器通讯连接，以显示压降值。
8.进一步地，冷凝存储系统包括：换热器，具有相连通的第一进口和第一出口，以使由回料口流出的回流物料由第一进口进入换热器，并由第一出口流出换热器；换热器具有相连通的第二进口和第二出口，以使冷却液由第二进口进入换热器并由第二出口流出换热器，以使冷却液与回流物料进行换热；换热器还具有排液口；冷凝存储系统还包括存储罐，存储罐与排液口相连通，以接收至少部分回流物料冷凝后的冷凝液。
9.进一步地，冷凝存储系统还包括：收集器，具有第三进口、第三出口和第四出口，第三出口与存储罐相连通，第四出口为排气口；第三进口与第一出口相连通，以使回流物料流至收集器，并使回流物料在收集器的作用下气液分离，以使液体由第三出口排出，气体由第四出口排出。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种聚丙烯生产监测方法，其中，适用于上述的聚丙烯生产装置，聚丙烯生产监测方法包括：在聚丙烯反应器内未加入催化剂时，利用压降监测组件监测进气口和排气口之间的第一压降值；在向聚丙烯反应器内加入催化剂预设时长后，利用压降监测组件监测进气口和排气口之间的第二压降值；当第二压降值大于第一压降值时，催化剂成功激发了丙烯的聚丙烯反应；否则，催化剂没有成功激发丙烯的聚丙烯反应。
11.进一步地，预设时长为15分钟。
12.进一步地，催化剂为茂金属催化剂。
13.进一步地，当催化剂成功激发了丙烯的聚丙烯反应时，聚丙烯反应器的回料口流出的回流物料包括高碳烃和未反应的丙烯和氢气；其中，高碳烃包括壬烯。
14.进一步地，聚丙烯生产装置的换热器的第一出口的温度控制为-10℃～0℃。
15.应用本发明的技术方案，聚丙烯生产装置包括压缩机、冷凝存储系统、聚丙烯反应器和压降监测组件，将聚丙烯反应器的回流物料引出一股流股进入冷凝存储系统，压缩冷凝后收集高碳烃；通过测量冷凝存储系统的进气口和排气口之间的压降值来确定聚丙烯反应是否激发，通过压降值大小来测量催化剂激发聚丙烯反应的强度，能在催化反应启动后短时间内做出测量激发聚丙烯反应情况，控制催化剂进料，减少氮气、丙烯的排放浪费。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1示出了根据本发明的聚丙烯生产装置的实施例的示意图。
18.其中，上述附图包括以下附图标记：
19.10、压缩机；
20.20、冷凝存储系统；21、进气口；22、排气口；23、换热器；231、第一进口；232、第一出口；233、第二进口；234、第二出口；235、排液口；24、收集器；241、第三进口；242、第三出口；243、第四出口；
21.30、聚丙烯反应器；31、回料口；
22.40、存储罐；
23.50、冷却器；
24.60、环形管路；
25.70、第一连接管。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.本发明提供了一种聚丙烯生产装置，请参考图1，包括：压缩机10；冷凝存储系统20，具有进气口21和排气口22；聚丙烯反应器30，具有回料口31，回料口31与压缩机10相连通，以向压缩机10回料；回料口31与进气口21相连通；压降监测组件，设置于冷凝存储系统20，以监测进气口21和排气口22之间的压降值。
30.本发明的聚丙烯生产装置适用于催化剂激发的聚丙烯反应，该聚丙烯生产装置包括压缩机10、冷凝存储系统20、聚丙烯反应器30和压降监测组件，将聚丙烯反应器30的回流物料引出一股流股进入冷凝存储系统20，压缩冷凝后收集高碳烃；通过测量冷凝存储系统20的进气口21和排气口22之间的压降值来确定聚丙烯反应是否激发，通过压降值大小来测量催化剂激发聚丙烯反应的强度，能在催化反应启动后短时间内做出测量激发聚丙烯反应情况，控制催化剂进料，减少氮气、丙烯的排放浪费。
31.具体实施时，制备聚丙烯采用茂金属催化剂作为主要的催化体系，该催化剂可以激发壬烯的生成。当测量到回流物料中存在壬烯时，表明茂金属催化剂开始产生活性，即已经开始激发丙烯聚合生成聚丙烯。并且回流物料中壬烯等高碳烃和丙烯在冷凝温度上存在一定差异。基于以上的理论分析，如果控制冷凝存储系统20达到高碳烃冷凝温度，气体体积减小，压力降低，则说明催化剂已经开始激发聚丙烯反应。
32.在本实施例中，压降监测组件包括：第一压力检测件，设置于进气口21，以检测进气口21的第一压力值；第二压力检测件，设置于排气口22，以检测排气口22的第二压力值。
33.在本实施例中，聚丙烯生产装置还包括：控制器，与第一压力检测件和第二压力检测件均通讯连接，控制器接收并计算第一压力值和第二压力值之间的差值，以获得压降值；显示模块，与控制器通讯连接，以显示压降值。
34.在本实施例中，冷凝存储系统20包括：换热器23，具有相连通的第一进口231和第一出口232，以使由回料口31流出的回流物料由第一进口231进入换热器23，并由第一出口232流出换热器23；换热器23具有相连通的第二进口233和第二出口234，以使冷却液由第二进口233进入换热器23并由第二出口234流出换热器23，以使冷却液与回流物料进行换热；换热器23还具有排液口235；冷凝存储系统20还包括存储罐40，存储罐40与排液口235相连通，以接收至少部分回流物料冷凝后的冷凝液。
35.其中，冷却液为液氮。
36.在本实施例中，冷凝存储系统20还包括：收集器24，具有第三进口241、第三出口242和第四出口243，第三出口242与存储罐40相连通，第四出口243为排气口22；第三进口241与第一出口232相连通，以使回流物料流至收集器24，并使回流物料在收集器24的作用下气液分离，以使液体由第三出口242排出，气体由第四出口243排出。
37.具体地，冷凝存储系统20包括至少两个换热器23，至少两个换热器23依次连接，至少两个换热器23中的靠近聚丙烯反应器30的一个换热器23的第一进口231与回料口31相连通；相邻两个换热器23中的一个换热器的第一出口232与另一个换热器的第一进口231相连通；至少两个换热器23中的靠近收集器24的一个换热器23的第一出口232与第三进口241相连通；相邻两个换热器23中的一个换热器的第二出口234与另一个换热器的第二进口233相
连通。其中，各个换热器23均与存储罐40相连通。
38.在一个实施例中，冷凝存储系统20包括两个换热器23.
39.具体地，冷凝存储系统20包括至少两个收集器24，至少两个收集器24依次连接。
40.具体实施时，从聚丙烯反应器30的回流物料引出的流股依次流经若干个序贯的换热器23，再通过若干个序贯的收集器24，在换热器23和收集器24置底部收集压缩冷凝液化的高碳烃，高碳烃集中流入存储罐40，以对高碳烃的产量进行测量。
41.具体实施时，剩余气相流由第四出口243排至火炬。
42.在本实施例中，如图1所示，聚丙烯生产装置还包括冷却器50和环形管路60，压缩机10、冷却器50和聚丙烯反应器30依次设置在环形管路60上。其中，图1中a为丙烯，b为氢气。
43.具体地，聚丙烯生产装置还包括第一连接管70，第一连接管70的第一端与回料口31相连通，第一连接管70的第二端与换热器23的第一进口231相连通。需要说明的是，进气口21可以为第一连接管70上的任意位置的管口，也可以为换热器的第一进口231。
44.具体实施时，如图1所示，以45万吨/年pp装置启动过程为例，在搅拌床聚丙烯反应系统(包括压缩机10、冷却器50、聚丙烯反应器30和环形管路60)中，丙烯a和氢气b经过压缩机10加压和冷却器50降温后，进入聚丙烯反应器30进行聚丙烯反应，未反应的气相丙烯和氢气从回料口31返回压缩机10，1000kmol/hr回流物料经过第一连接管流入冷凝存储系统20，压力为20bar。冷凝存储系统20中，回流物料依次进入两级换热器23，最低出口温度-18℃(即第一出口232温度)，再进入收集器24回收高碳烃雾滴，高碳烃在换热器23和收集器24进行富集，底部出料，进入存储罐40。剩余气体从收集器24顶部第四出口243排出进入火炬处理。
45.具体实施时，聚丙烯生产装置启动期间使用的催化剂为茂金属催化剂，初期通入丙烯，控制聚丙烯反应器30反应条件，未加入催化剂，管路压降1kpa。加入催化剂后约15分钟，管路压降3kpa，说明催化剂开始激发聚丙烯反应，随着反应时间的增加，进入存储罐40的流量增大，聚丙烯反应的强度逐渐加大。
46.具体实施时，操作人员根据管路压降值变化可以及时进行后续工作调整，例如催化剂加入量、温度、压力等参数的调整，杜绝因启动失败，或因催化剂没有激发而导致丙烯的大量浪费。在其他工业装置上茂金属催化剂聚丙烯工艺启动期间，采用冷凝存储系统20富集高碳烃，根据测量管路压降值来测量茂金属催化剂是否成功激发聚丙烯反应，这种分析测量方法是可行的。通过上述实施例可以得出以下结论：(1)根据茂金属催化剂既能催化丙烯齐聚也能催化丙烯聚合的机理，可采用冷凝存储系统20测量管路压降值来判断该工艺启动期催化剂激发丙烯聚合的状况。根据在聚丙烯工业装置上的多次应用发现这种测量方法是准确可行的。(2)根据聚丙烯生产装置启动的结果，说明如果在催化剂投入15分钟后能从冷凝存储系统20中监测到管路压降，则基本能测量茂金属催化剂成功激发了丙烯的聚丙烯反应，否则可以评估茂金属催化剂没有成功激发丙烯的聚丙烯反应。
47.本发明还提供了一种聚丙烯生产监测方法，适用于上述实施例中的聚丙烯生产装置，聚丙烯生产监测方法包括：
48.步骤s100，在聚丙烯反应器30内未加入催化剂时，利用压降监测组件监测进气口21和排气口22之间的第一压降值；
49.步骤s200，在向聚丙烯反应器30内加入催化剂预设时长后，利用压降监测组件监测进气口21和排气口22之间的第二压降值；
50.步骤s300，当第二压降值大于第一压降值时，催化剂成功激发了丙烯的聚丙烯反应；否则，催化剂没有成功激发丙烯的聚丙烯反应。
51.具体实施时，通过步骤s100、步骤s200和步骤s300，该聚丙烯生产监测方法能够准确测量搅拌床聚丙烯生产装置启动运行稳定性，能在催化反应启动后短时间内做出测量激发聚丙烯反应情况，控制催化剂进料，减少氮气、丙烯的排放浪费。
52.具体地，预设时长为15分钟。
53.具体地，催化剂为茂金属催化剂。
54.具体地，当催化剂成功激发了丙烯的聚丙烯反应时，聚丙烯反应器30的回料口31流出的回流物料包括高碳烃和未反应的丙烯和氢气；其中，高碳烃包括壬烯。
55.具体地，聚丙烯生产装置的换热器23的第一出口232的温度控制为-10℃～0℃。
56.具体地，聚丙烯生产监测方法还包括：测量存储罐40内是否收集到高碳烃来判断催化剂是否激发丙烯的聚丙烯反应；并且，测量存储罐40内收集到高碳烃的产量来确定催化剂激发聚丙烯反应的强度。具体实施时，该方法可实现对搅拌床聚丙烯工艺启动期聚丙烯反应激发状况的准确测量，准确评估催化剂起活状态并控制其进料速率实现装置安全启动，杜绝因激发反应超标而起的启动失败。
57.具体实施时，聚丙烯生产与出料气回收工艺为：正常工况下，丙烯和氢气经过加压和冷却后，进入聚丙烯反应器30进行反应，未反应的气相丙烯和氢气从聚丙烯反应器30顶部返回压缩机，生成的聚丙烯树脂从聚丙烯反应器30底部流出，再进入脱气仓。新鲜氮气从脱气仓侧线进料，吹走聚丙烯树脂内的未反应低碳烃和气相高碳烃，聚丙烯树脂从脱气仓底部排出，气体从脱气仓顶部排出进入压缩冷凝单元，气体经过若干个压缩、冷凝和气液分离，分离出高碳回收液返回聚丙烯反应器30中，剩余气体进入高碳烃压缩冷凝存储系统(即冷凝存储系统20)，最低温度设置为10℃～-40℃，高碳烃液化冷凝，收集高碳烃，气相流股流入压缩冷凝单元。在启动时，通常只开启聚丙烯反应器30和环形管路60，在气相中测量高碳烃含量相对困难。本技术在启动阶段利用冷凝存储系统20，引出一股流股进入冷凝存储系统20，压缩冷凝后，气相体积减小，压力降低，流股排火炬。
58.本技术的有益效果：在催化剂同时激发丙烯聚合和齐聚的理论基础上，利用冷凝存储系统20，监测冷凝存储系统20管路压降变化，能够准确测量催化剂聚丙烯工艺启动期反应的激发状况，准确评估催化剂起活状态并控制其进料速率实现装置安全启动，杜绝启动失败。
59.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
60.本发明的聚丙烯生产装置适用于催化剂激发的聚丙烯反应，该聚丙烯生产装置包括压缩机10、冷凝存储系统20、聚丙烯反应器30和压降监测组件，将聚丙烯反应器30的回流物料引出一股流股进入冷凝存储系统20，压缩冷凝后收集高碳烃；通过测量冷凝存储系统20的进气口21和排气口22之间的压降值来确定聚丙烯反应是否激发，通过压降值大小来测量催化剂激发聚丙烯反应的强度，能在催化反应启动后短时间内做出测量激发聚丙烯反应情况，控制催化剂进料，减少氮气、丙烯的排放浪费。
61.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
62.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
63.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。