一種以聚烯烴微觀質(zhì)量為目標(biāo)的聚合工藝條件優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工產(chǎn)品制造領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)本發(fā)明涉及一種聚烯烴產(chǎn)品的聚合工 藝條件優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚烯烴工業(yè)常以熔融指數(shù)作為產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，但是熔融指數(shù)是一個(gè)非常宏觀的 參數(shù)，僅反映聚合物的平均分子量。不同產(chǎn)品的熔融指數(shù)有可能相同，但微觀結(jié)構(gòu)卻可能千 差萬(wàn)別，其使用和加工性能也相去甚遠(yuǎn)。
[0003] 分子量分布是聚烯烴的重要微觀質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能和加工性能有重要 的影響。設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)力學(xué)性能與加工性能平衡的聚烯烴產(chǎn)品，需要掌握分子量分布的詳盡信 息。通常，開(kāi)發(fā)新牌號(hào)聚烯烴需首先利用小試實(shí)驗(yàn)提出生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)中試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn) 數(shù)據(jù)的調(diào)整，最后在工業(yè)裝置中嘗試生產(chǎn)。但是，聚烯烴的分子量分布無(wú)法在線檢測(cè)，需要 對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)離線分析后才能得出聚合工藝條件是否正確。有時(shí)，很長(zhǎng)時(shí)間還難以找到合 適的工藝參數(shù)達(dá)到新牌號(hào)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。這樣既浪費(fèi)了生產(chǎn)時(shí)間又產(chǎn)生了大量的過(guò)渡產(chǎn) 品，降低了工廠的經(jīng)濟(jì)效益。換言之，聚烯烴分子量分布的在線測(cè)量非常困難，導(dǎo)致聚合物 產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前，聚合過(guò)程的優(yōu)化和控制依賴于以嚴(yán)格反應(yīng)機(jī)理和熱 力學(xué)狀態(tài)方程為基礎(chǔ)的全流程數(shù)學(xué)建模。通過(guò)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)分子量分布的數(shù)學(xué)模型，可實(shí) 現(xiàn)分子量分布的軟測(cè)量。
[0004] 美國(guó)專(zhuān)利US5687090和US6093211描述了能預(yù)測(cè)聚合物分子結(jié)構(gòu)諸如分子量及其 分布、共聚組成及其分布的模型化方法，并建立了相關(guān)模擬器。但是該方法局限于在已知聚 合工藝條件的前提下模擬計(jì)算聚合物的產(chǎn)品性質(zhì)，并不適應(yīng)于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品的質(zhì)量 控制。因?yàn)?，新牌?hào)聚烯烴的質(zhì)量指標(biāo)已知，需要確定的是選擇怎樣的聚合工藝條件進(jìn)行生 產(chǎn)，這是常規(guī)的聚合過(guò)程模型化做不到的。采用先調(diào)節(jié)裝置的操作條件再判斷聚合物分子 量及其分布的方法無(wú)疑會(huì)增加開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高經(jīng)濟(jì)成本?？梢?jiàn)，如果能夠基于通過(guò)對(duì)聚合工 藝條件的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、快速準(zhǔn)確地找到適合新牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的聚合工藝條件，則能降低 實(shí)驗(yàn)次數(shù)、縮短嘗試時(shí)間、減少過(guò)渡產(chǎn)品、提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益。
[0005] 因此，本發(fā)明針對(duì)烯烴聚合過(guò)程，建立基于嚴(yán)格反應(yīng)機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，提出以聚烯 烴微觀質(zhì)量特別是分子量分布為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化命題，運(yùn)用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法求解最佳的工藝 操作條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)發(fā)指定分子量分布的聚烯烴新產(chǎn)品耗時(shí)長(zhǎng)、效益 低的缺點(diǎn)，提供一種以聚烯烴微觀質(zhì)量為目標(biāo)的聚合工藝條件優(yōu)化方法。
[0007] 具體而言，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括下述步驟：
[0008] 1)建立烯烴聚合過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，包括如下步驟：
[0009] 1-1)確定聚合系統(tǒng)的反應(yīng)器的形式、操作方法，將各反應(yīng)器看作連續(xù)攪拌釜反應(yīng) 器或者連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的組合；
[0010] 1-2)根據(jù)確定的反應(yīng)器的形式、操作方法，選用反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型并確定其 參數(shù)；
[0011] 1-3)在確定的反應(yīng)器的形式、操作方法以及熱力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確定聚合動(dòng)力 學(xué)機(jī)理及其參數(shù)；
[0012] 1-4)根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型和聚合動(dòng)力學(xué)機(jī)理，建立聚合過(guò)程的物料衡算與 能量衡算模型，通過(guò)物料衡算與能量衡算模型計(jì)算包括瞬時(shí)分子量及其分布、共聚組成及 其分布，累積分子量及其分布、共聚組成及其分布在內(nèi)的聚烯烴的分子結(jié)構(gòu)信息；
[0013] 2)將聚烯烴平均分子量或分子量分布作為聚合工藝條件優(yōu)化的目標(biāo)，設(shè)定聚合工 藝條件的初值；
[0014] 3)根據(jù)聚合工藝條件的值，利用步驟1)得到的物料衡算與能量衡算模型計(jì)算聚烯 經(jīng)平均分子量或分子量分布；
[0015] 4)如步驟3)計(jì)算得到的聚烯烴平均分子量或分子量分布滿足預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化容 差，則進(jìn)入步驟5)，否則修改聚合工藝條件的值，返回步驟3)進(jìn)行迭代直至計(jì)算得到滿足 預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化容差的聚烯烴平均分子量或分子量分布；
[0016] 5)將此時(shí)的聚合工藝條件的值作為優(yōu)化得到的最佳聚合工藝條件，結(jié)束本方法。
[0017] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述烯烴聚合過(guò)程為烯烴均聚或共聚過(guò)程。
[0018] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述聚合系統(tǒng)至少包括一個(gè)反應(yīng)器及相關(guān)流程設(shè)備。
[0019] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述反應(yīng)器的操作方法是間歇、半連續(xù)或連續(xù)。
[0020] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述烯烴聚合過(guò)程的實(shí)施方法是淤漿相、本體相或氣 相。
[0021] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述物料衡算與能量衡算模型，是單個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器 串聯(lián)的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)模型。
[0022] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述物料衡算與能量衡算模型，能夠計(jì)算并跟蹤反應(yīng) 系統(tǒng)任意時(shí)間、任意反應(yīng)器的聚合物分子結(jié)構(gòu)信息。
[0023] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述聚合工藝條件為反應(yīng)器的溫度、壓力、氫氣與單體 摩爾比。
[0024] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述步驟2)中，根據(jù)裝置已有牌號(hào)產(chǎn)品的反應(yīng)器內(nèi)氫 氣與單體摩爾比的值，設(shè)定反應(yīng)器內(nèi)氫氣與單體摩爾比的初值。
[0025] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于：所述優(yōu)化容差為0. 0001。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在給定聚合物平均分子量和分子量分布的前 提下，計(jì)算得到最優(yōu)的工藝操作條件；本發(fā)明可以應(yīng)用于聚合物產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā) 新牌號(hào)聚合物的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高經(jīng)濟(jì)效益；本發(fā)明原理簡(jiǎn)潔清晰，易于理解 并實(shí)施，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程，有利于聚合物產(chǎn)品質(zhì)量的在線控制。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的優(yōu)化方法框圖
[0028] 圖2為連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器模型（CSTR)示意圖
[0029] 圖3是乙烯淤漿兩釜串聯(lián)聚合流程以平均分子量為目