聚合反应的闪蒸气体取样 本发明涉及生产过程控制。一方面本发明涉及聚合反应器中一种保持要求的未反应单体浓度的方法及装置。
在一种典型的聚合反应中，把单体、稀释剂及催化剂送入单体聚合的反应器里。稀释剂不起反应而通常用来控制固体浓度以及还提供一种方便的方法把催化剂导入反应器。反应器流出物为聚合物、稀释剂及未反应单体的混合物，将其从反应器中排出并送到闪蒸罐里，在此处聚合物同稀释剂及未反应单体分开。通常，催化剂会包含在聚合物里。
重要的是要控制反应器里未反应单体的浓度，因为制成聚合物的某些性能，诸如熔融指数，在很大程度上取决于未反应单体的浓度。通常，已能通过调节单体加料速度、稀释剂加料速度，或催化剂加料速度来控制未反应单体的浓度。
另外，为了经济运转最好是使反应器流出物中的未反应单体得到回收并再循环到聚合反应器里。US 3,639,374及4,424,341中已公开了稀释剂的回收及再循环的方法。这些方法通常是将单体及稀释剂闪蒸后低压回收的一段闪蒸法；将反应器内稀释剂及单体闪蒸后高压回收的一段闪蒸法；或将大部分单体及稀释剂高压闪蒸后回收，而稀释剂及单体仍处于足够压力下免得需要再次压缩的两段闪蒸法。
在用低压回收的一段闪蒸法中，聚合物及稀释剂的浆液被收集在聚合反应器的一个或多个沉降支管中。然后把浆液排放到一个闪蒸容器里，其中该混合物被闪蒸到诸如约20psia的低压。当闪蒸导致把稀释剂及单体从聚合物中基本上去除时，就需要把已汽化的稀释剂及单体再次压缩以便使之能冷凝成适用于再循环到聚合反应器里的液体。再次压缩及其运转设备的费用往往占有关制造聚合物费用地较大部分。
当应用高压闪蒸时，高压闪蒸之后回收稀释剂及单体，不需要把已汽化的稀释剂及单体在回收到聚合反应器之前再次压缩。因此，使用高压闪蒸使得涉及制造聚合物的费用降低。在用低压回收的一段闪蒸中，单体及稀释气体的直接取样能对聚合反应器里单体含量提供准确的分析。而当应用高压闪蒸回收时，大部分单体同聚合物固体保留在一起，以致从高压闪蒸罐里的气体直接取样会使聚合反应器里单体含量的分析不准确。因此，希望为用高压闪蒸的聚合系统开发一种能够准确测定聚合反应器里单体含量的方法以控制聚合反应器里未反应单体浓度，并且还实现了与使用高压闪蒸有关的成本效益。
因此本发明的一个目的是当应用高压闪蒸罐供单体回收时提供一种能够准确分析聚合反应器里单体含量的方法及装置。
按照本发明提供一种在聚合反应器里聚合一种单体的方法及装置，其中含聚合物及未反应单体的一种聚合流出物被从该聚合反应器里排出：大部分流出物被送到闪蒸罐里在高于约100psig压力下使聚合物同单体分开；将有效分析量聚合流出物送到低压闪蒸罐里在低于约75psig下闪蒸分离制得低压聚合物部分及低压单体部分。对低压单体部分进行分析提供表示聚合反应器里至少一种条件的信号，而反应器里的各种条件响应该信号而得到调节。
图1是一种使用本发明聚合反应及回收系统的实施方案的示意图。
图2是一种使用本发明聚合反应及回收系统的另一实施方案的示意图。
本发明是从乙烯聚合的角度来描述的。但本发明适用于要求控制未反应单位浓度的任何聚合过程。
附图中标明为信号线的线路是这些实施方案中的电动或气动线路。由传感器提供的各种信号一般是电信号。而由流量传感器提供的信号一般是气动信号。为简便起见这些信号的传感不再举例说明，因为它在技术上是众所周知的，如果从气动形式测量流量若用流量传感器以电的形式传输就须转换成电的形式。从模拟形式到数字形式或从数字形式到模拟形式的信号转换也不再举例说明因为这种转换在技术上同样是众所周知的。
本发明适用于机械、液压或其它信号的信息传输设备。在几乎所有的控制系统中，电、气动、机械或液压信号经常是几种结合使用。使用任何其它形式的信号传输，只要与采用的方法及设备兼容，也是在本发明范围内的。
现在参照图1，举例说明聚合反应器11。乙烯及必要时一种共聚单体诸如己烯—1，经由管道装置12供给聚合反应器11。同样地，稀释剂诸如异丁烷经由管道14供给聚合反应器11，以及催化剂诸如硅石上的氧化铬催化剂或SiO2—TiO2催化剂经由管道装置15供给聚合反应器11。
大部分反应流出物经由管道装置17从反应器11中排出并供给闪蒸罐18。反应流出物包含聚乙烯、未反应乙烯、以及异丁烷。催化剂通常包容在聚乙烯里。
在闪蒸罐18中，使聚乙烯同未反应乙烯及异丁烷分离开来。聚乙烯经由管道装置19从高压罐18里排出。未反应乙烯及异丁烯经由管道21从闪蒸罐18里排出。
反应流出物在闪蒸罐18里受到压力降的作用。压力降使大部分稀释剂及单体汽化。汽化至少能够部分地在管道17中发生。闪蒸罐18里的压力随稀释剂及单体的品种和选定的温度而不同。一般可使用高于约100psig的压力。经常使用的压力优选是约100—约300psig；更优选是200—250psig。比较起来，仅用低压闪蒸罐的聚合系统经常使用的压力是0psig—75psig。
经由管道装置19自闪蒸罐18排出的聚乙烯要经过处理以除去任何剩余的单体及稀释剂。这种处理可包括在一个低压闪蒸罐中第二次闪蒸和/或在一个常规干燥器中干燥。
稀释剂及单体经由管道21呈气态从闪蒸罐18排出，随后不经压缩即行冷凝，该冷凝是用热交换器(未示出)里的液体载热剂进行热交换实现的。该稀释剂及单体于是即可返回反应器11里。
将一份有效分析量的反应流出物经由管道23从反应器11里排出。该份有效分析量的反应流出物必要时也可任选地取自管道17；但直接从反应器取出是优选的。有效分析量通常是聚合反应器生成的流出物量的微小体积比。例如，生成含数量级为35,000lbs/hr聚合物及30,000lbs/hr稀释剂及单体的流出物的聚合系统，其试样大小为约20lbs/hr—约100lbs/hr，其中试样的约35％为聚合物。这个试样最好是约20lbs/hr—约40lbs/hr。
经由管道装置23排出的反应流出物供给低压闪蒸罐25。低压闪蒸罐25通常以低于约75psig的压力运转；优选的压力是约0psig—约30psig，最优选是0psig—10psig。在闪蒸罐25里发生单体及稀释剂的汽化；不过汽化至少还能够部分地在管道23中发生。比起高压闪蒸罐18来，闪蒸罐25里聚乙烯与未反应的乙烯及异丁烷之间的分离更为完全。
低压闪蒸罐25的容量用不着象高压闪蒸罐那么大因为它只要闪蒸有效分析量的反应流出物。低压闪蒸罐25的容量通常是约2—约5立方英尺。
聚乙烯是经由管道装置27从闪蒸罐25排出的。未反应的乙烯及异丁烷经由管道装置29从闪蒸罐25排出。流过管道装置29的流体试样经由管道装置34供给分析传感器33。流过管道29的其余流体可按需要经过压缩后再循环回到聚合反应器里。
分析传感器33最好是一台色谱分析器。分析传感器33提供一种输出信号36，该信号表示流过管道29的流体中的乙烯浓度。信号36实质上表示了从反应器11排出的未反应乙烯浓度。信号36从分析传感器33作为输入供给计算机40。根据信号36，计算机40确定反应器11里未反应乙烯的浓度并确定流动的乙烯单体是否需要调节。如需要调节，计算机40则向阀门44发送一个信号42。阀门44对经由管道12进入反应器11的乙烯流进行控制。
不同的计算机40的控制系统在本领域是已知的，如公开于U.S.4,543,637和4,628,034中的内容；该公开内容在此引用作为参考。
另外，也可以不是调节经由管道12的单体进料，而是使该系统组装成根据计算机40的信号调节经由管道14的稀释剂进料或经由管道16的催化剂进料。
现在参照图2，该图示出催化剂进料计算机40的信号进行调节的一个实施方案。图2的实施方案的运转类似于图1，只是管道装置12有敏感元件50，该元件与传感器52耦合；管道15有阀门58，该阀经由管道15调节催化剂流。
流量传感器52，与流量敏感元件50耦合，该元件能设置在管道装置12上，提供一种输出信号54，该信号是经由管道装置12的乙烯流速的代表值。信号54从流量传感器52作为输入供给计算机40。
根据来自传感器52的信号54，以及来自分析传感器33的信号36，计算机提供了输出信号56，该信号是催化剂理想加料速度的代表值。根据信号56调节阀门58把合适量的催化剂送给反应器11。
位于管道装置15上的阀门58通常是一个球形阀门送料器或注射送料器。该阀门被催化剂及稀释剂的混合物充满。间歇驱动催化剂送料阀15以使上述混合物倾倒入反应器11里。然后该催化剂送料阀15恢复到关闭位置并重新充料以备下一步驱动。
当阀门58是一个进给阀时，阀门58会根据信号56倾倒入催化剂。因而，计算机确定为保持反应器里理想单体量所必需的催化剂排料间隔的正确时限，并在时限终结时发送信号56。
运转中，必须小心防止管道23因聚合物的堆积而堵塞。为防止这种堵塞，管道23不应受到阻滞，它最好对闪蒸罐25以一个角度倾斜，以使管道23没有水平流动。最好是，管道23对闪蒸罐25以约45°角倾斜向下。
在本发明已经根据目前优选的实施方案加以描述的同时，本行业的人可能对此作出适当的变动及修改，这些变动是在所述发明及附属权利要求书范围之内的。