CN103076094A - 一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法，包括：步骤1，在搅拌床反应器的器壁上设置至少一个观察窗，观察窗通过红外线能透过的透明部件来密封；步骤2，利用红外检测仪通过该透明部件来检测搅拌床反应器内的反应状态。本发明采用红外热像仪能够探测到出现异常温度和结块的位置、区域大小，持续时间，通过使用本发明能够有效减少搅拌床反应器发生结块，从而延长反应器的运转周期。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法。
背景技术
在烯烃聚合工艺中，气相法聚合工艺具有流程短，不需要使用溶剂、原料和能量消耗低等优点，因此发展十分迅速。气相聚丙烯工艺主要有ABB公司的Novolen工艺、INEOS(原BP-Amoco)的Innovene工艺和JPP的气相法工艺，Dow化学的UNIPOL工艺，以及Basell的Catalloy和Spherizone工艺等。气相聚丙烯工艺所采用的反应器主要有三种：立式搅拌床、卧式搅拌床和流化床。分别以Novolen气相工艺、BP Amoco气相工艺和Unipol气相工艺为代表。
Innovene和JPP气相法工艺突出特点是近平推流反应器，物料停留时间均匀、牌号切换快。气相平推流反应器有利于高共聚单体含量聚丙烯的生产，近年来发展很快。Innovene工艺生产过程简单，装置投资少，生产控制容易，聚合反应的压力相对较低，安全性较高。它能稳定地生产抗冲共聚物，并能很好地保持产品低温冲击强度与刚性之间的平衡。目前世界上采用Innovene工艺技术的聚丙烯生产装置有20多套，总生产能力约为625.5万吨/年。采用Chisso气相法聚丙烯工艺的生产装置有6套，总生产能力为142.2万吨/年。
Novolen气相工艺采用两台带双螺带搅拌的立式反应器，该反应器使气相聚合中气固两相之间分布比较均匀。由于它采用搅拌混合形式，物料在聚合釜中的停留时间难以控制均匀，使产品分子量分布变宽。目前世界上采用Novolen工艺的生产装置有25套，总生产能力约为470.0万吨/年(气相法聚丙烯生产技术进展，化工进展，2010，29(12)，2220～2227)。
尽管气相法优点很多，但是气相反应器内容易结块，如果反应器内块料过多就会影响正常生产，导致装置停车，各种气相法工艺均无法回避该问题。气相法聚丙烯工艺通常采用两个反应器传联的形式，这使气相法工艺能够生产附加值比较高的抗冲聚丙烯。此时在第一反应器进行均聚，在第二反应器进行乙丙共聚提高聚丙烯产品的抗冲击性能。催化剂浆液加入第一反应器中，催化剂如果附着于釜壁上或搅拌桨上，会使催化剂分散不好，这样很容易造成结块。如果反应器中的某些区域没有充分的搅拌作用，或撤热的喷淋丙烯偏少，也会形成结块。结块长大到影响正常反应的进行且不能排除，就只能停车，拆开反应器清理。气相法工艺在生产乙丙抗冲共聚物时，第一反应器生产均聚物出料至第二反应器，第二反应器加入丙烯和乙烯，依附于均聚物上生成乙丙共聚物。聚丙烯颗粒中含有过多的乙丙共聚物就会使聚丙烯颗粒发粘。由于搅拌床内某些区域没有充分的搅拌或撤热的喷淋丙烯偏少也会形成一些粘性的聚合物。这些粘性聚合物附着造搅拌、反应器壁形成结块，结块逐渐积累最终只能停车进行清理。
目前的生产技术对于在反应过程中反应器内何时因何种原因形成结块，缺乏有效的检测手段。通常只能采取一些尝试性的措施，其效果如何难以确定，只能在拆开反应器时粗略评估。因此克服反应器结块，连续探知反应器内部聚合物颗粒情况，成为了亟待解决的问题。
已公开的大多数专利文献是通过向反应器中或向从一釜到二釜输送物料的气锁中添加钝化剂、惰性材料来试图解决这一问题。如专利文献JP8846211、US4650841、US3962196和WO95/07943是向反应器中加入表面钝化剂，来控制反应程度。专利文献US3950303、US4104243、US4994543、US5200477、CN1323853A、CN1307074A、CN1150161、CN1289786A和CN102060951A是向反应器或两反应气连接的气锁中加入惰性物质，如炭黑、滑石粉和纳米材料。这些方法同样需要一种直观观察的方法。
中国专利文献CN101241023中公布了一种卧式搅拌床反应器内结块的检测方法及装置，利用超声发射信号接收装置，搜集反应器内部颗粒撞击反应器壁的超声发射信号，通过与异常时候的信号作比较，探测出反应器内部的结块。该方法对于及时发现床层内的结块，尽早安排停车清理，防止装置事故停车有很大帮助。但该方法只有在反应器壁或搅拌桨上生成的结块掉落到粉料床层中时，才能发现，不能判断生成结块的具体位置、时间和原因，对于如何消除产生结块的因素也没什么帮助。
发明内容
发明人经过研究发现，发生结块的区域在结块之前温度会升高，当温度升高到熔融温度附近就会发生粘结形成块料。而后在已经结块的区域温度会降低。根据检测搅拌床反应器在工作过程中结块时的温度特性，针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法。
本发明提供了一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法，包括：
步骤1，在搅拌床反应器的器壁上设置至少一个观察窗，观察窗通过红外线能透过的透明部件来密封；
步骤2，利用红外检测仪通过该透明部件来检测搅拌床反应器内的反应状态。
在一个示例中，所述红外检测仪为具有成像功能的红外热像仪。
在一个示例中，所述透明部件安装在搅拌床反应器内料平面的上方，使红外热像仪能够正向或侧向对准料平面。
在一个示例中，搅拌床反应器为卧式搅拌床反应器，观察窗设置在卧式搅拌床反应器的侧面；或者，
搅拌床反应器为立式搅拌床反应器，观察窗设置在立式搅拌床反应器的上部封头。
在一个示例中，反应状态为温度数据。
在一个示例中，红外检测仪检测搅拌床反应器的一区和/或末区的温度数据。
在一个示例中，反应状态为物料流动状态信息。
在一个示例中，还包括步骤3，利用处理器根据红外检测仪检测到的温度数据来判定即将结块的区域或已经结块的区域。
在一个示例中，当区域的温度数据高于第一预设值，则判定该区域即将结块。此时仪器报警，通知操作员进行及时处理，调整反应器参数(如：增加急冷液流量或调节搅拌转速等)消除异常情况避免发生结块。当区域的温度数据高于第二预设值，第一预设值小于第二预设值。第二预设值一般选取在略低于反应器内粉料的熔融温度，当粉料高于此温度表明部分粉料进入熔融状态，则判定该区域已经结块。通常结块区域的温度还会出现回落。此时仪器也要报警，由操作员进行处理，避免更多的结块产生。
在一个示例中，处理器将红外检测仪检测到的反应状态以文字或图像的方式显示。
在一个示例中，搅拌床反应器为用于生产聚烯烃的气-固搅拌床反应器。
在一个示例中，聚烯烃为聚丙烯。
本发明采用红外热像仪能够探测到出现异常温度和结块的位置、区域大小，持续时间。生产装置的操作员可以及时发现反应器内出现的这些异常情况，并且可以通过调整搅拌床反应器的工艺参数消除这些异常状况，减少结块发生。即使不能立即消除这些异常状况，也可以在装置停车检修期间对反应器内的出现异常的部位进行改造调整消除这些隐患。因此通过使用本发明能够有效减少搅拌床反应器发生结块，从而延长反应器的运转周期。
附图说明
下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中：
图1是本发明的卧式搅拌反应器的结构以及红外热像仪的安装位置；
图2是本发明的卧式拌床侧壁上安装红外热像仪的位置；
图3是本发明的红外热像仪的连接和防护装置结构示意图；
图4是本发明的检测装置示意图；
图5是本发明的自动化控制的逻辑流程图。
具体实施方式
为了能迅速准确地检测出反应器内的情况，本发明提供了一种用于检测搅拌床反应器中反应状态的检测方法，该方法包括在搅拌床反应器的器壁上设置至少一个观察窗，观察窗通过红外线能透过的透明部件来密封；利用红外检测仪通过该透明部件来检测搅拌床反应器内的反应状态。本发明使用的红外检测仪为红外热像仪。反应器内部反应状态有关的数据，包括反应器内温度分布、温度变化、床层流动状态等。本发明适用于气-固搅拌床反应器，尤其适用于生产聚烯烃的搅拌床反应器，例如聚丙烯。
由于工业上使用的气相聚丙烯卧式搅拌床反应器第一反应器的结块常常在催化剂喷头的附近或粘附在搅拌桨上，第二反应器的结块也常常是粘附搅拌桨上，因此本发明用于采集红外热像仪信号的透明部件安装于反应器侧面时，检测轴向的信号变化情况，更容易检测出粘附于反应器搅拌上结块。当然透明部件也可以安装于卧式搅拌床反应器的急冷液或催化剂喷头附近，这通常要求搅拌床反应器的搅拌转速要比较低，红外热像仪的扫描速度也要足够快。对于工业上使用的立式搅拌床反应器，采集红外信号的透明部件安装于反应器的上部封头是比较好的选择。
本发明将红外热像仪放置于反应器侧面，监测第一反应器的一区或末区，第二反应器的一区或末区，检测物料表面、搅拌轴、搅拌桨叶的温度信号变化情况，根据温度的分布和变化判断出反应器内是否存在或正在生成结块。
图1所示为红外热像仪安装于气相聚丙烯卧式搅拌床反应器第一反应器末区的示意图。反应器内分为多个区，从左至右依次为一区、二区、......、末区；催化剂11在夹带丙烯12的作用下经雾化喷嘴进入反应器一区；撤出反应热的液体丙烯急冷液13通过雾化喷嘴进入反应器中，喷洒在粉料床层上；循环丙烯和氢气14由反应器底部进入反应器内，分散到粉料床层；未反应的丙烯和氢气等15从反应器顶部排出；反应生产的聚丙烯粉料16由反应器末区的底部排出；17为反应器的搅拌轴；红外热像仪沿探测方向18探测反应器内的情况。如图2所示，本发明红外检测仪具体安装位置(探测位置21)是在反应器侧盖上部，粉料平面19的上方，在垂直于料平面的直径上。安装位置要考虑反应器持料量和搅拌转速变化的情况，并保持高于料平面。
如图3所示，为本发明红外热像仪的连接和防护装置结构示意图。包括红外热像仪50，透明部件40，气流吹扫装置30，吹扫气31，直板阀20和观察窗10。观察窗10设置在搅拌床反应器的侧壁上，观察窗应当尽量采用斜坡，这样不易附着粘料，避免引起结块和堵塞。直板阀20的作用是在透明部件40较脏需要清理或者吹扫气堵塞时，关闭直板阀20拆开相应部件进行清理。气流吹扫装置30设有许多气孔以使吹扫气31均匀分布，吹扫气31使用卧式搅拌釜的循环气(图1所示的循环丙烯和氢气14)，防止聚合物在观察窗内聚集，堵塞观察窗，或附着在透明部件40上影响热像仪50向反应器内观察。透明部件40用于密封该观察窗，透明部件的材料强度要符合搅拌床反应器的压力要求，并且该材料能通过红外热像仪的工作波长，一般为3-7.4μm，8-12μm或8-14μm范围内，可选用Ge或Si材料。
本发明提供了一种用于检测卧式搅拌床中反应状态的检测方法，如图4所示，该方法包括：
将反应器壁上设置至少一个观察窗，观察窗上设置一个透明部件。透明部件密闭地封住该观察窗，并安装红外热像仪的连接和防护装置。
还包括使用红外热像仪透过该透明部件采集所述卧式搅拌床反应器内部的温度数据。
将反应器内的温度信号形成图象供操作员进行观察分析。对反应器内部的温度信号进行处理，得到反应器内即将结块和已经结块重要信息，报告给装置操作员进行处理。根据预先设定的反应器内温度偏差的许可值，对反应器内温度分布的均匀性和稳定性进行评估形成文字报告供操作员分析处理。
图5是用于检测卧式搅拌床中反应状态的检测设备，设备包括：
红外热像仪01，用于检测所述搅拌床反应器内的不同位置的温度。该温度信号可以供处理器02，例如计算机、单片机等来处理，将该信号输出到显示器03，以供显示器03显示。
显示器03显示的图像可以由灰度图像来表示温度的高低，或者随温度的升高而改变的颜色表示。如：随着温度升高颜色由黑色依次变为蓝色、绿色、红色、橙色、黄色或浅白色。这样，通过颜色可区别反应器1内部的温度分布。
若显示的图像上没有“灰度”或“彩色”层次，表明反应器1内温度均匀，没有热点产生。若图像显示反应器内大部分区域温度均匀，仅在局部出现高温“热点”，表明该处温度较高，这是结块的早期阶段。若该“热点”温度升高到一定高度(接近聚合物的熔点)后下降，表明此处有结块生成。
通过预先设定反应器内热点温度的临界值，当测得的局部温度达到第一预设值时，处理器02进行报警。此时操作员通过采取调节料位、催化剂加入量、汽液比、急冷液流量等措施及时消除热点防止反应器内出现结块，从而保持聚合反应的长期稳定运行。当测得的局部温度达到第二预设值(接近聚合物的熔点)时，表明反应器内此处出现结块，处理器02进行结块报警。
当操作员发现处理器02的报警时，可对存储的温度图象进行回放，观察报警点的温度变化情况和反应器内反应的均匀状况。通过采取调节料位、催化剂加入量、汽液比、急冷液流量等措施防止出现结块问题进一步扩大，在装置停车检修时对此处进行改造处理，防止此处再次出现结块。从而使反应器能够维持较长时间的运转周期。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此。任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，均可对其进行适当的改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于检测搅拌床反应器内反应状态的方法，其特征在于，包括：
步骤1，在搅拌床反应器的器壁上设置至少一个观察窗，观察窗通过红外线能透过的透明部件来密封；
步骤2，利用红外检测仪通过该透明部件来检测搅拌床反应器内的反应状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外检测仪为具有成像功能的红外热像仪。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明部件安装在搅拌床反应器内料平面的上方，使红外热像仪能够正向或侧向对准料平面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌床反应器为卧式搅拌床反应器，观察窗设置在卧式搅拌床反应器的侧面；或者，
搅拌床反应器为立式搅拌床反应器，观察窗设置在立式搅拌床反应器的上部封头。
5.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，反应状态为温度数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，红外检测仪检测搅拌床反应器的一区和/或末区的温度数据。
7.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，反应状态为物料流动状态信息。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤3，利用处理器根据红外检测仪检测到的温度数据来判定即将结块的区域或已经结块的区域。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当区域的温度数据高于第一预设值，则判定该区域即将结块，当区域的温度数据高于第二预设值，则判定该区域已经结块；第一预设值小于第二预设值。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，处理器将红外检测仪检测到的反应状态以文字或图像的方式显示。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌床反应器为用于生产聚烯烃的气-固搅拌床反应器。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，聚烯烃为聚丙烯。
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