[发明专利]一种以聚烯烃微观质量为目标的聚合工艺条件优化方法

说明书

技术领域

本发明属于化工产品制造领域，更准确地说本发明涉及一种聚烯烃产品的聚合工艺条件优化方法。

背景技术

聚烯烃工业常以熔融指数作为产品的质量指标，但是熔融指数是一个非常宏观的参数，仅反映聚合物的平均分子量。不同产品的熔融指数有可能相同，但微观结构却可能千差万别，其使用和加工性能也相去甚远。

分子量分布是聚烯烃的重要微观质量指标，对产品的机械性能和加工性能有重要的影响。设计、开发力学性能与加工性能平衡的聚烯烃产品，需要掌握分子量分布的详尽信息。通常，开发新牌号聚烯烃需首先利用小试实验提出生产数据，通过中试实验进行生产数据的调整，最后在工业装置中尝试生产。但是，聚烯烃的分子量分布无法在线检测，需要对产品的结构离线分析后才能得出聚合工艺条件是否正确。有时，很长时间还难以找到合适的工艺参数达到新牌号产品的质量指标。这样既浪费了生产时间又产生了大量的过渡产品，降低了工厂的经济效益。换言之，聚烯烃分子量分布的在线测量非常困难，导致聚合物产品质量的实时控制无法实现。目前，聚合过程的优化和控制依赖于以严格反应机理和热力学状态方程为基础的全流程数学建模。通过能够准确预测分子量分布的数学模型，可实现分子量分布的软测量。

美国专利US5687090和US6093211描述了能预测聚合物分子结构诸如分子量及其分布、共聚组成及其分布的模型化方法，并建立了相关模拟器。但是该方法局限于在已知聚合工艺条件的前提下模拟计算聚合物的产品性质，并不适应于新产品的开发和产品的质量控制。因为，新牌号聚烯烃的质量指标已知，需要确定的是选择怎样的聚合工艺条件进行生产，这是常规的聚合过程模型化做不到的。采用先调节装置的操作条件再判断聚合物分子量及其分布的方法无疑会增加开发时间、提高经济成本。可见，如果能够基于通过对聚合工艺条件的稳态优化、快速准确地找到适合新牌号产品质量指标的聚合工艺条件，则能降低实验次数、缩短尝试时间、减少过渡产品、提高工厂的经济效益。

因此，本发明针对烯烃聚合过程，建立基于严格反应机理的数学模型，提出以聚烯烃微观质量特别是分子量分布为优化目标的优化命题，运用稳态优化方法求解最佳的工艺操作条件。

发明内容

本发明目的是针对现有技术中开发指定分子量分布的聚烯烃新产品耗时长、效益低的缺点，提供一种以聚烯烃微观质量为目标的聚合工艺条件优化方法。

具体而言，本发明是采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

1）建立烯烃聚合过程的数学模型，包括如下步骤：

1-1）确定聚合系统的反应器的形式、操作方法，将各反应器看作连续搅拌釜反应器或者连续搅拌釜反应器的组合；

1-2）根据确定的反应器的形式、操作方法，选用反应系统的热力学模型并确定其参数；

1-3）在确定的反应器的形式、操作方法以及热力学模型的基础上，确定聚合动力学机理及其参数；

1-4）根据反应系统的热力学模型和聚合动力学机理，建立聚合过程的物料衡算与能量衡算模型，通过物料衡算与能量衡算模型计算包括瞬时分子量及其分布、共聚组成及其分布，累积分子量及其分布、共聚组成及其分布在内的聚烯烃的分子结构信息；

2）将聚烯烃平均分子量或分子量分布作为聚合工艺条件优化的目标，设定聚合工艺条件的初值；

3）根据聚合工艺条件的值，利用步骤1）得到的物料衡算与能量衡算模型计算聚烯烃平均分子量或分子量分布；

4）如步骤3）计算得到的聚烯烃平均分子量或分子量分布满足预先设定的优化容差，则进入步骤5），否则修改聚合工艺条件的值，返回步骤3）进行迭代直至计算得到满足预先设定的优化容差的聚烯烃平均分子量或分子量分布；

5）将此时的聚合工艺条件的值作为优化得到的最佳聚合工艺条件，结束本方法。

本发明的进一步特征在于：所述烯烃聚合过程为烯烃均聚或共聚过程。

本发明的进一步特征在于：所述聚合系统至少包括一个反应器及相关流程设备。

本发明的进一步特征在于：所述反应器的操作方法是间歇、半连续或连续。

本发明的进一步特征在于：所述烯烃聚合过程的实施方法是淤浆相、本体相或气相。

本发明的进一步特征在于：所述物料衡算与能量衡算模型，是单个或多个反应器串联的稳态或动态模型。

本发明的进一步特征在于：所述物料衡算与能量衡算模型，能够计算并跟踪反应系统任意时间、任意反应器的聚合物分子结构信息。