[发明专利]由基于模型的预测控制器控制的高压反应器中乙烯均聚物或共聚物制备工艺

说明书

描述

本发明涉及乙烯均聚物或共聚物制备工艺，所述乙烯均聚物或共聚物制备工艺在100℃～350℃、160 MPa～350 MPa压力和自由基聚合引发剂存在下，在具有一或多个反应区的高压反应器中、在使用基于模型的预测控制器的高压反应器中进行，其中自由基聚合引发剂供料至每个反应区；控制所述乙烯均聚物或共聚物制备工艺的方法；以及利用该控制乙烯均聚物或共聚物制备工艺的方法来从一个级别（grade）转变到另一级别的方法。

[State of the art] 聚乙烯是最广泛使用的商品化聚合物。它可通过多种不同方法制备。在自由基引发剂存在下的高压聚合最初用以制备聚乙烯，后继被发现是重要的低密度聚乙烯（LDPE）制备方法，具有高的商业关联性。LDPE是多用途的聚合物，其可用于多种应用诸如薄膜、涂布、模塑以及电线和电缆绝缘。因此，仍需要优化其制备工艺。

高压LDPE聚合设备的正常配置基本上由一组双压缩机、聚合反应器和双分离器组成，所述双压缩机为初级压缩机和高压压缩机，双分离器用于分离离开高压反应器的单体-聚合物混合物，其中在第一分离器即高压分离器中，自单体-聚合物混合物分离的乙烯再循环至位于初级压缩机和高压压缩机之间的乙烯-进料中，而在第二分离器即低压分离器中，自混合物分离的乙烯在新鲜乙烯流供料至初级压缩机前加入新鲜乙烯流中。此类高压聚合设备通常进一步包括如挤出造粒机之类的装置用于使所得聚合物粒化。常见的高压LDPE反应器是管式反应器或高压釜反应器。这二类反应器经常具有不止一个引发剂注入点，因此造成多个反应区。向高压反应器供给单体，可仅仅在反应器起始处进行，亦或在起始处只供给一部分而其它部分经一或多个侧部供料入口供料。更常见的是使用引发剂混合物。例如，WO 2004/078800描述了就尽可能降低引发剂成本来选择引发剂混合物的方法。

高压反应器中的聚合工艺可在甚至达到350 MPa的压力下进行。如此高压需要专门的技术来以安全和可靠的方式运用所述工艺。此外，需要很多能量来将单体压至反应的高压。

所得乙烯均聚物或共聚物的特性和结构，诸如分子量、分子量分布以及短和长链支化量，很大程度上取决于反应参数如压力和温度。这意味着对反应条件的控制是至关重要的。还存在影响所得聚合物属性的其它可能，例如会降低分子量的链转移剂的加入，或者一或多种共聚单体的加入。生产乙烯均聚物或共聚物的再一限制性因素是反应器除热，因为乙烯聚合的热量比较高。

对于包括一些聚合工艺在内的多种化学工艺，有可能使用先进工艺控制（advanced process control）方法，以便用闭合回路控制来操作生产工艺。WO 96/41822公开了反应器中化学产品合成工艺的控制方法，所述反应器可堪比完美混合的反应器。WO 2004/040283描述了化学制造工艺控制，其能够制造聚丙烯均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。然而，所述控制方法尚不适用于乙烯高压聚合。原因可能在于，工艺中的小偏差可导致反应器中高温波动。可是，如果温度上升太多，风险在于乙烯会分解成碳以及甲烷与氢的混合物，导致反应器压力迅速升高，需要借助于安全阀或自裂放压片紧急关停反应器。这是相当不可取的。此外，高压反应器中由自由基引发的乙烯聚合是快速运行的过程。在商业化运转的高压反应器中，反应混合物的平均停留时间是约1～约5分钟。这意味着，如发现有可能利用先进工艺控制方法来操作高压反应器中的乙烯高压聚合，这可能会是改善产品质量并使级别变更自动化以及提高生产率并降低能耗的一种途径。

[Object of the invention] 因此，本发明的一个目的在于，克服前述障碍，找到使用基于模型的预测控制器的高压反应器中乙烯均聚物或共聚物制备工艺，使得能够在较窄质量规格内可靠地生产乙烯均聚物或共聚物、使得级别变更更加容易并且允许以最大化的生产率和最小化的能耗进行聚合。

我们发现，这一目的可通过由基于模型的预测控制器控制的乙烯均聚物或共聚物制备工艺来实现，所述乙烯均聚物或共聚物制备工艺在100℃～350℃、160 MPa～350 MPa压力和自由基聚合引发剂存在下，在高压聚合设备中进行，所述高压聚合设备包括具有一或多个反应区的高压反应器，自由基聚合引发剂供料至每个反应区，所述基于模型的预测控制器执行以下步骤：

a） 若制备乙烯均聚物，则将针对待制乙烯均聚物密度和熔体流动速率（MFR）的目标值作为设定点范围馈送至控制器，或者，若制备乙烯共聚物，则将针对待制乙烯共聚物密度、MFR和共聚物组成的目标值作为设定点范围馈送至控制器；