RU2457899C1

RU2457899C1 - Automatic control over starting high-pressure polymerisation continuous-operation reactor

Info

Publication number: RU2457899C1
Application number: RU2010154225/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Георгиевич Беренгартен (RU); Михаил Георгиевич Беренгартен; Александр Эльханович Софиев (RU); Александр Эльханович Софиев; Ирина Аркадьевна Янкина (RU); Ирина Аркадьевна Янкина
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-08-10
Also published as: RU2010154225A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to automation of exothermal processes and may be used in control over starting and transition conditions in polyethylene production plants. Proposed method comprises increasing reactor temperature to initial value, increasing temperature at reactor inlet, feeding mix of polyethylene and initiator with concentration lower than preset one at simultaneous increase in reactor pressure and temperature to operating magnitudes. Then, initiator concentration is increased to preset magnitude at simultaneous decrease in temperature at reactor inlet. Then, values of said magnitudes are measured to calculate reactor temperature static characteristic derivative so that to correct initiator concentration by varying initiator flow rate at reactor inlet.

EFFECT: ruling out emergent conditions, reduced idle time in starting conditions.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к автоматизации экзотермических химико-технологических процессов и может быть использовано при управлении пусковыми и переходными режимами экзотермических реакторов химико-технологических установок непрерывного действия, в частности установок производства полиэтилена в нефтехимической промышленности.The invention relates to the automation of exothermic chemical-technological processes and can be used to control the starting and transient modes of exothermic reactors of continuous chemical-technological installations, in particular, polyethylene production plants in the petrochemical industry.

Известен способ автоматического управления переходными режимами в процессе синтеза полиэтилена, предусматривающий последовательное программное изменение значений давления в реакторе, расходов модификатора и инициатора, соответствующих максимальной температуре в реакторе, от начального состояния, через состояние, характеризующееся значениями режимных параметров, соответствующими выпуску промежуточной марки полиэтилена, далее - до конечного состояния с необходимыми значениями максимальной температуры, давления в реакторе и расходами модификатора и инициатора (SU №1399305, кл. С08F 110/02, G05D 27/00, 1988).A known method for the automatic control of transient conditions in the process of polyethylene synthesis, providing for sequential programmed changes in the pressure in the reactor, the flow rate of the modifier and initiator corresponding to the maximum temperature in the reactor from the initial state, through a state characterized by the values of the operating parameters corresponding to the release of the intermediate grade of polyethylene, further - to the final state with the necessary values of the maximum temperature, pressure in the reactor and flow s modifier and initiator (SU №1399305, Cl. S08F 110/02, G05D 27/00, 1988).

Способ позволяет уменьшить количество брака при производстве полиэтилена высокого давления, а также сократить потери сырья. Однако данный способ может быть применен только для ограниченного набора получаемых марок полиэтилена высокого давления, а также данный способ не включает в себя проверку устойчивости системы при работе в переходных режимах.The method allows to reduce the amount of marriage in the production of high pressure polyethylene, as well as reduce the loss of raw materials. However, this method can be applied only for a limited set of the obtained grades of high-pressure polyethylene, and this method does not include checking the stability of the system during operation in transient conditions.

Кроме того, способ пригоден для управления процессом только в трубчатом реакторе в производстве полиэтилена высокого давления.In addition, the method is suitable for controlling a process only in a tubular reactor in the production of high pressure polyethylene.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления химическим реактором непрерывного действия, заключающийся в том, что повышают давление в реакторе до первоначального значения, повышают температуру на входе в реактор, подают смесь этилена и инициатора с концентрацией инициатора меньше заданной при одновременном повышении температуры и давления в реакторе до рабочих значений, затем увеличивают концентрацию инициатора в реакторе до заданного значения при одновременном уменьшении температуры на входе в реактор, измеряют значения указанных величин (SU №1810099, кл. В01J 19/00, 1993).The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a method of controlling a continuous chemical reactor, which consists in increasing the pressure in the reactor to its initial value, increasing the temperature at the inlet of the reactor, supplying a mixture of ethylene and initiator with an initiator concentration lower than the specified one while increasing the temperature and pressure in the reactor to operating values, then increase the concentration of initiator in the reactor to a predetermined value while decreasing Temperature at reactor inlet, measured values of said variables (SU №1810099, Cl. V01J 19/00, 1993).

Недостатками указанного способа является отсутствие проверки устойчивости системы во время осуществления пуска полимеризационного реактора.The disadvantages of this method is the lack of verification of the stability of the system during the launch of the polymerization reactor.

Задачей изобретения является исключение аварийных ситуаций и сокращение времени простоя в пусковых режимах автоклавного полимеризационного реактора непрерывного действия в производстве полиэтилена высокого давления.The objective of the invention is the elimination of emergency situations and the reduction of downtime in starting conditions of a continuous autoclave polymerization reactor in the production of high pressure polyethylene.

Поставленная задача решается тем, что повышают давление в реакторе до первоначального значения, повышают температуру на входе в реактор, подают смесь этилена и инициатора с концентрацией инициатора, меньше заданной при одновременном повышении температуры и давления в реакторе до рабочих значений, затем увеличивают концентрацию инициатора в реакторе до заданного значения при одновременном уменьшении температуры на входе в реактор, измеряют значения указанных величин, согласно изобретения рассчитывают значение производной по температуре в реакторе от статической характеристики, в зависимости от которого корректируют концентрацию инициатора в реакторе путем изменения расхода инициатора на входе в реактор.The problem is solved in that they increase the pressure in the reactor to the initial value, increase the temperature at the inlet to the reactor, supply a mixture of ethylene and initiator with an initiator concentration lower than that set while increasing the temperature and pressure in the reactor to operating values, then increase the initiator concentration in the reactor to a predetermined value while reducing the temperature at the inlet to the reactor, measure the values of these values, according to the invention calculate the value of the derivative with respect to temperature Ur in the reactor of the static characteristics, depending upon which is adjusted the concentration of the initiator in the reactor by varying the flow rate of the initiator to the reactor inlet.

На чертеже представлена блок-схема системы управления пуском автоклавного полимеризационного реактора, где 1 - автоклавный полимеризационный реактор, 2 - трубопровод подачи смеси этилена и инициатора в реактор, 3 - датчик измерения расхода инициатора, 4 - датчик температуры на входе в реактор 1, 5 - датчик давления в реакторе 1, 6 - датчик температуры в реакторе, 7 - устройство сбора сигналов, поступающих от датчиков, 8 - электронный блок уточнения коэффициентов статической модели реактора 1, 9 - электронный блок расчета производной от статической модели реактора 1, 10 - электронный блок сравнения значения производной с нулем и принятия решения по переходу, при равенстве нулю значения производной осуществляется переход к блоку 11, в котором формируется управление для регулятора 12, изменяющего расход инициатора в реактор, в противном случае осуществляется переход к блоку 13 для формирования управления, воздействующего на исполнительный механизм клапана 14 сброса давления в реакторе.The drawing shows a block diagram of a control system for starting an autoclave polymerization reactor, where 1 is an autoclave polymerization reactor, 2 is a pipeline for supplying a mixture of ethylene and initiator to the reactor, 3 is a sensor for measuring the flow of initiator, 4 is a temperature sensor at the inlet of the reactor 1, 5 - pressure sensor in the reactor 1, 6 - temperature sensor in the reactor, 7 - device for collecting signals from the sensors, 8 - electronic unit for updating the coefficients of the static model of the reactor 1, 9 - electronic unit for calculating the derivative of the static model for reactor 1, 10 - an electronic unit for comparing the derivative value with zero and deciding on the transition; if the derivative value is equal to zero, a transition is made to block 11, in which control is formed for the regulator 12, which changes the flow rate of the initiator into the reactor, otherwise, the transition to unit 13 for forming a control acting on the actuator of the pressure relief valve 14 in the reactor.

Пример выполнения. В реакторе 1 повышают давление до 100 МПа, повышают температуру до 200°С, затем по трубопроводу 2 подают смесь этилена и инициатора с уменьшенной концентрацией инициатора, равной 2 ppm, и поднимают температуру и давление в реакторе 1 до рабочего значения, равного 240°С и 144 МПа соответственно. После чего повышают концентрацию инициатора до заданного значения 23 ppm при одновременном уменьшении температуры смеси этилена и инициатора на входе в реактор 1 до 85°С. Значения расхода инициатора на входе в реактор, температуры на входе в реактор, давления и температуры в реакторе измеряют датчиками 3-6, после чего эти данные поступают в устройство сбора 7, после этого данные передаются в блок 8 для уточнения коэффициентов статической модели реактора. Данные из блока 8 поступают на вход блока 9, где рассчитывается значение производной по температуре в реакторе от статической характеристики реактора, где статическая модель реактора записывается как

Execution example. In reactor 1, the pressure is increased to 100 MPa, the temperature is increased to 200 ° C, then a mixture of ethylene and initiator with a reduced initiator concentration of 2 ppm is fed through line 2, and the temperature and pressure in reactor 1 are raised to an operating value of 240 ° C and 144 MPa, respectively. Then increase the concentration of the initiator to a predetermined value of 23 ppm while reducing the temperature of the mixture of ethylene and initiator at the inlet of the reactor 1 to 85 ° C. The values of the flow rate of the initiator at the inlet to the reactor, the temperature at the inlet of the reactor, pressure and temperature in the reactor are measured by sensors 3-6, after which these data are sent to the collecting device 7, after which the data are transmitted to block 8 to refine the coefficients of the static model of the reactor. Data from block 8 enters the input of block 9, where the value of the temperature derivative in the reactor from the static characteristics of the reactor is calculated, where the static model of the reactor is written as

где х₀ - безразмерная начальная концентрация инициатора, y - безразмерная температура в реакторе, y₀ - безразмерная начальная температура реакционной смеси, λ, u - безразмерные комплексы, описывающие расход реакционной смеси и энергию активации соответственно, а производная от статической характеристики определяется по формуле

, где y - безразмерная температура в реакторе, y₀ - безразмерная начальная температура реакционной смеси, после чего в блоке 10 сравнивается найденное значение производной с нулем (Вольфсон С.А., Ениколопян И.С. Расчеты высокоэффективных полимеризационных процессов. - М.: Химия, 1980. - 312 с.). При выполнении этого условия осуществляется переход к блоку 11, в котором определяется величина корректирующего расхода инициатора на входе в реактор. Реализацию управления осуществляет регулятор 12, изменяющий расход инициатора в реактор, при невыполнении условия осуществляется переход к блоку 13, в котором формируется управление, передаваемое на исполнительный механизм клапана 14 сброса давления в реакторе.where x ₀ is the dimensionless initial initiator concentration, y is the dimensionless temperature in the reactor, y ₀ is the dimensionless initial temperature of the reaction mixture, λ, u are dimensionless complexes describing the consumption of the reaction mixture and activation energy, respectively, and the derivative of the static characteristic is determined by the formula

, where y is the dimensionless temperature in the reactor, y ₀ is the dimensionless initial temperature of the reaction mixture, after which, in block 10, the found derivative value is compared with zero (Wolfson S.A., Enikolopyan I.S. Calculations of highly efficient polymerization processes. - M .: Chemistry, 1980 .-- 312 p.). When this condition is met, a transition to block 11 is carried out, in which the value of the correcting flow of the initiator at the inlet to the reactor is determined. The control is carried out by a regulator 12, which changes the flow rate of the initiator into the reactor; if the condition is not met, a transition is made to block 13, in which control is transferred to the actuator of the pressure relief valve 14 in the reactor.

Благодаря включению в систему управления пуском реактора блоков, отвечающих за проверку устойчивости системы в пусковом режиме, а именно блоков расчета производной от статической характеристики по температуре в реакторе и формирования управляющих воздействий в зависимости от величины производной, исключаются несанкционированные скачкообразные изменения температуры в реакторе, которые могут привести к срабатыванию аварийной защиты и, следовательно, прекращению пуска.Due to the inclusion in the reactor start-up control system of the units responsible for checking the stability of the system in the start-up mode, namely, the units for calculating the derivative of the static temperature characteristic in the reactor and the formation of control actions depending on the derivative value, unauthorized spasmodic changes in temperature in the reactor are excluded, which can cause emergency protection to trigger and therefore stop starting.

Достигается сокращение потерь сырья, равного объему реактора, из-за подрыва аварийных мембран и выброса реакционной смеси в атмосферу, являющихся следствием скачкообразного увеличения температуры в реакторе.A reduction in losses of raw materials equal to the volume of the reactor is achieved due to the erosion of the emergency membranes and the release of the reaction mixture into the atmosphere, which are the result of an abrupt increase in temperature in the reactor.

Достигается сокращение времени на промывку реактора на 1-1,5 часа из-за его разгрузки в результате потери устойчивости вследствие достижения температурой в реакторе недопустимо высоких значений.Achieving a reduction in the time for washing the reactor by 1-1.5 hours due to its unloading as a result of loss of stability due to the achievement of unacceptably high values in the reactor temperature.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1810099, кл. В01J 19/00, 1993.1. USSR copyright certificate No. 1810099, cl. BJJ 19/00, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР №1399305, кл. С08F 110/02, G05D 27/00.2. USSR Copyright Certificate No. 1399305, class. C08F 110/02, G05D 27/00.

3. Вольфсон С.А., Ениколопян И.С. Расчеты высокоэффективных полимеризационных процессов. - М.: Химия, 1980. - 312 с.3. Wolfson S. A., Enikolopyan I. S. Calculations of highly efficient polymerization processes. - M .: Chemistry, 1980 .-- 312 p.

Claims

A method for automatically controlling the start-up of a continuous autoclave polymerization reactor in the production of high-pressure polyethylene, which consists in increasing the pressure in the reactor to its initial value, increasing the temperature at the inlet of the reactor, supplying a mixture of ethylene and initiator with an initiator concentration lower than that set while raising the temperature and pressure in the reactor to operating values, then increase the concentration of initiator in the reactor to a predetermined value while decreasing SRI temperature at the reactor inlet, measured values of these variables, characterized in that the calculated value of the derivative of the temperature in the reactor of the static characteristics, depending on which adjusted the initiator concentration in the reactor by varying the flow rate of the initiator to the reactor inlet.