一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制系统与方法和丙烯聚合装置及聚合方法与流程

本发明属于在线工艺控制领域，具体地，涉及一种丙烯聚合过程的快速在线分析检测及控制系统，一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制的方法，以及包括该系统的丙烯聚合装置和丙烯聚合的方法。

背景技术：

1、聚丙烯(pp)是目前国内外应用最为广泛，产量增长最快的合成树脂之一。与其它热塑性树脂相比，pp具有来源广、质轻价廉、无毒无味、强度高、以及热稳定性和化学稳定性好等优点，在汽车、家电、家居、医疗等领域广泛应用，能替代部分金属和工程塑料。在聚丙烯的生产过程中，聚丙烯产品的熔体质量流动速率、乙烯含量、二甲苯可溶物含量等结构参数对产品性能起决定作用，但在生产过程中，离线分析数据通常需要数小时甚至数天才能得到，特别是在切换牌号的过程中，不能及时得到有效数据，会导致大量过渡料的产生，影响企业经济效益。在线分析手段需求迫切，但一方面在线分析仪较为缺乏，另一方面是现有在线分析仪由于经常发生堵塞而测量不准甚至无法正常使用，导致使用上的困难，且一种在线分析仪通常只能得到一个数据，不能同时进行多种数据的检测。

2、cn201210051707.6、cn201310126336.8、cn201310659270.9、cn201711236164.4等公开了聚丙烯熔体质量流动速率在线预测方法，主要是基于生产工艺参数对产品性能的影响，进行大量的模拟计算得到数学模型，从而对熔体质量流动速率进行预测，但催化剂不同，或者原料情况不同，相同工艺参数也会产生不同的结果，因此该预测模型具有很大的局限性。针对聚合产品进行实时的在线分析，则更为准确可信。

3、近红外光谱nir可从分子水平上反映物质组成与结构信息，光谱采集速度快，近红外光谱信号可通过光纤进行长距离传输，是聚合过程分析的理想方法。近年来随着化学计量学、光纤技术以及计算机等学科的进步，nir技术的优势日益凸显。近红外光谱技术无需制样，多种测量模式可供选择，不仅可以用于快速定性、定量检测，也能应用于流程工业生产过程在线监测分析，为流程工业智能制造奠定了分析基础。近红外光谱由于测量信息全面，不仅可以得到化学基团的吸收谱带信息，散射光谱的影响也可反映体系的特定物理性质信息，这对于分子结构的解析、化学反应过程监测以及建立材料微观结构与宏观性质之间的关系非常有帮助，由此其优势也日益突出。比如，cn1708352a、cn103551084a提到利用近红外、红外等在聚丙烯生产装置上进行聚丙烯熔体流速的预测的可行性；us20150293005a1公布了利用近红外方法在气相聚烯烃装置上进行聚合物粒径及粒径分布的监测方法。但是，由于受到反应条件(温度、压力)及聚合单体(种类、浓度)等因素的影响，在线分析仪器仍然存在分析结果的准确性较差等缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有问题，提供一种丙烯聚合的快速在线分析及控制系统，以及一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制的方法。具体地，使用在线近红外光谱分析同时测量聚合产物的熔体质量流动速率、共聚单体含量、二甲苯可溶物含量，并将测试结果反馈给控制系统，对生产过程进行调控。本方法具有更快捷、更全面、更经济的特点。

2、本发明的第一方面提供一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制系统，该系统包括丙烯聚合物分析子系统和反应器进料控制子系统；

3、所述丙烯聚合物分析子系统包括：近红外光谱分析设备nir和polym-gc模型器，所述近红外光谱分析设备nir包括nir检测器和nir模型器，所述nir检测器用于对丙烯聚合物进行在线检测，并将获得的丙烯聚合物的近红外吸收光谱的矢量信息信号输送至nir模型器，获取丙烯聚合物的实时特性信息；所述polym-gc模型器用于将nir模型器获取的丙烯聚合物的实时特性信息、丙烯聚合物的目标特性信息和所述反应器进料中实时组分浓度值进行运算，得到polym-gc模型器的输出参数；

4、所述反应器进料控制子系统包括：主回路和副回路，所述主回路包括含量控制器，用于将所述反应器进料中实时组分浓度值和polym-gc模型器的输出参数进行pid运算；所述副回路包括流量控制器和调节阀，用于将含量控制器中经所述pid运算后的信号输出至流量控制器，驱动调节阀，实现反应器进料组分流量控制。

5、本发明的第二方面提供一种丙烯聚合装置，包括至少一个反应器、至少一个分离器和输送管道，以及所述的系统，其中，所述近红外光谱分析设备nir布置在输送管道上、分离器内和反应器内中的至少一个位点上。

6、本发明的第三方面提供一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制的方法，该方法在所述的系统中进行；包括如下步骤：

7、采用nir检测器对丙烯聚合物进行在线检测，并将获得的丙烯聚合物的近红外吸收光谱的矢量信息信号输送至nir模型器，获取丙烯聚合物的实时特性信息；

8、将反应器进料中实时组分浓度值、获取的所述丙烯聚合物的实时特性信息和丙烯聚合物的目标特性信息作为polym-gc模型器的输入参数进行运算，得到polym-gc模型器的输出参数；

9、将输出参数输送至所述含量控制器与反应器进料中实时组分浓度值进行pid运算；经所述pid运算后的信号输出至流量控制器，驱动调节阀，实现反应器进料组分流量控制。

10、本发明的第四方面提供一种丙烯聚合方法，采用所述的丙烯聚合装置进行，其中，采用所述的丙烯聚合快速在线分析及控制的方法实现反应器进料组分流量控制。

11、本发明具有如下优点：采用在线近红外光谱分析设备nir，可以快速得到丙烯聚合物的实时特性信息，并将测试结果反馈给控制系统，对生产过程进行调控，具有更快捷、更全面、更经济的特点。

12、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制系统，其特征在于，该系统包括丙烯聚合物分析子系统和反应器进料控制子系统；

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反应器进料中实时组分浓度值为通过进料流量计算获得的值或采用在线分析设备进行分析并在含量控制器(aic201)中显示的值；所述在线分析设备为光谱分析仪，优选选自nmr、ir、nir、uv-vis、拉曼光谱仪和在线gc色谱仪中的至少一种，更优选为在线gc色谱仪。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述反应器进料控制子系统中设置主单体流量检测器(ft-203)、主单体流量控制器(fic203)、主单体流量计算器(fx201)，以构成含量控制器(aic201)的前馈量回路。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述丙烯聚合物的实时特性信息为聚合物熔体质量流动速率、共聚单体含量和二甲苯可溶物含量中的至少一种；所述反应器进料中实时组分浓度值包括氢气组分浓度值和/或至少一种共聚单体组分浓度值；

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述polym-gc模型器(fx301)的输出参数(op)为反应器进料组分的目标浓度。

6.一种丙烯聚合装置，其特征在于，包括至少一个反应器、至少一个分离器和输送管道，以及权利要求1-5中任意一项所述的系统，其中，所述近红外光谱分析设备nir布置在输送管道上、分离器内和反应器内中的至少一个位点上。

7.根据权利要求6所述的丙烯聚合装置，其中，所述反应器为用于在催化剂存在条件下聚合单体进行聚合反应的容器，优选为环式反应器、釜式反应器、卧式反应器、流化床反应器和多相多区反应器中的至少一种；所述分离器为实现聚合物与单体、溶剂分离的设备，优选为管道、旋风分离器、锥形容器和异形容器中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的丙烯聚合装置，其中，所述输送管道包括聚合物低压输送管道和聚合物高压输送管道，所述聚合物高压输送管道设置有低压旁路，所述在线近红外光谱分析设备nir布置在聚合物低压输送管道上和/或聚合物高压输送管道的低压旁路上。

9.根据权利要求6所述的丙烯聚合装置，其中，所述丙烯聚合装置包括两个反应器、两个分离器、回收容器和输送管道，所述反应器为高压反应器和低压反应器，所述两个分离器为高压分离器和低压分离器，所述在线近红外光谱分析设备nir布置在低压反应器底部低压输送管道上、低压分离器底部低压输送管道上、高压反应器底部低压输送管道上、高压反应器底部高压输送管道的低压旁路上、低压分离器内和低压反应器内中的至少一个位点。

10.根据权利要求9所述的丙烯聚合装置，其中，低压分离器底部低压输送管道、低压反应器底部低压输送管道、低压分离器和低压反应器为连续操作或高频次间歇操作，优选为连续操作；高压反应器底部高压输送管道的低压旁路和高压反应器底部低压输送管道为连续操作或高频次间歇操作，优选为高频次间歇操作。

11.根据权利要求9所述的丙烯聚合装置，其中，低压反应器底部低压输送管道、高压反应器底部高压输送管道的低压旁路、高压反应器底部低压输送管道、低压分离器底部低压输送管道、低压反应器和低压分离器的操作压力各自独立地≤0.5mpa，优选为≤0.1mpa。

12.根据权利要求7所述的丙烯聚合装置，其中，所述催化剂包括主催化剂以及任选的助剂，所述主催化剂选自齐格勒-纳塔催化剂、后过渡金属催化剂以及茂金属催化剂中的至少一种，所述助剂包括与主催化剂对应的助催化剂、等规度调节剂和除杂剂中的至少一种。

13.根据权利要求7所述的丙烯聚合装置，其中，所述聚合单体为丙烯单体，或者为丙烯单体与共聚单体，所述共聚单体为具有2-16个碳原子的α-烯烃、二烯烃和环状烯烃中的至少一种；反应器进料中不同单体、氢气进料流量独立控制及计量，混合后进反应器。

14.一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制的方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5中任意一项所述的系统中进行；包括如下步骤：

15.根据权利要求14所述的丙烯聚合快速在线分析及控制的方法，其中，所述在线近红外光谱分析设备nir在使用之前，通过化学计量学方法建立校正模型，获取近红外光谱矩阵数据与丙烯聚合物的实时特性信息的对映关系。

16.根据权利要求15所述的丙烯聚合快速在线分析及控制的方法，其中，所述校正模型的建立包括如下步骤：

17.根据权利要求15或16所述的丙烯聚合快速在线分析及控制的方法，其中，所述化学计量学方法包括多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘、人工神经网络或拓扑方法；

18.一种丙烯聚合方法，其特征在于，采用权利要求6-13中任意一项所述的丙烯聚合装置进行，其中，采用权利要求14-17中任意一项所述的丙烯聚合快速在线分析及控制的方法实现反应器进料组分流量控制。

技术总结本发明属于在线工艺控制领域，具体地，涉及一种丙烯聚合过程的快速在线分析检测及控制系统，一种丙烯聚合过程的快速在线分析及控制的方法，以及包括该系统的丙烯聚合装置和丙烯聚合的方法。该系统包括丙烯聚合物分析子系统和反应器进料控制子系统；所述丙烯聚合物分析子系统包括：近红外光谱分析设备NIR和POLYM‑GC模型器；所述反应器进料控制子系统包括：主回路和副回路，所述主回路用于将实时组分浓度值和输出参数进行PID运算；所述副回路用于实现反应器进料组分流量控制。本发明具有如下优点：可以快速得到丙烯聚合物的实时特性信息，反馈给控制系统进行调控，具有更快捷、更全面、更经济的特点。技术研发人员：李德展,张晓萌,郭隆海,宋文波,李效玉,胡慧杰,邹发生,袁洪福,赵梦垚受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15