DE102010023010A1 - Strahlschicht/Wirbelschicht-Olefinpolymerisationsreaktor - Google Patents

Strahlschicht/Wirbelschicht-Olefinpolymerisationsreaktor Download PDF

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Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Olefinpolymerisationsreaktor bereitgestellt, mit: einem sich vertikal erstreckenden Zylinder; einem auf dem Zylinder vorgesehenen Abschnitt mit abnehmendem Durchmesser mit einem Innendurchmesser, der nach unten stetig abnimmt, und mit einer an einem unteren Ende ausgebildeten Gaseinlassöffnung; und mehreren Durchgangslöchern, die sich von einer Außenfläche zu einer Innenfläche des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser hin erstrecken. Im Inneren eines Reaktionsbereichs, der durch eine Innenfläche des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser und eine Innenfläche oberhalb des Zylinderabschnitts mit abnehmendem Durchmesser umschlossen ist, wird eine Strahlschicht/Wirbelschicht oder eine Strahlschicht ausgebildet.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Olefinpolymerisationsreaktor, ein Polyolefinherstellungssystem unter Verwendung einer Strahlschicht/Wirbelschicht oder einer Strahlschicht und ein Verfahren zum Herstellen von Polyolefinen, wie beispielsweise Polyethylen und Polypropylen, unter Verwendung eines derartigen Reaktors und Systems.
  • Hintergrundtechnik
  • Es sind Olefinpolymerisationsreaktoren bekannt, die innerhalb eines Behälters und bei Anwesenheit eines Katalysators ein als Gas oder Flüssigkeit zugeführtes Olefinmonomer polymerisieren, um granulatförmige Polyolefinpartikel herzustellen. Einige dieser Reaktoren verwenden einen extrem vereinfachten Gasphasenpolymerisationsprozess unter Verwendung einer Wirbelschicht, wobei ein Schritt zum Dispergieren, Reinigen und Zurückgewinnen des Lösungsmittels weggelassen ist und durch Polymerisation granulatförmige Polyolefinpartikel erhalten werden, die nicht getrocknet werden müssen.
  • In der japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2002-520426 , in der europäischen Patentanmeldung Nr. 1484343 , in der japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2006-502263 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S59-42039 , in der japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2002-515516 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S58-216735 , im Patentdokument WO 02/40547 und in G. Weickert, Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, Nr. 8, S. 977–978 sind Wirbelschichtvorrichtungen be schrieben, die verschiedenartige Verbesserungen aufweisen. Mit den in der japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2002-520426 , in der europäischen Patentanmeldung Nr. 1484343 , in der japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2006-502263 und in G. Weickert, Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, Nr. 8, S. 977–978 beschriebenen Vorrichtungen unter den vorstehend erwähnten Vorrichtungen können Polyolefine mit einer breiten Molekulargewichtverteilung oder Polymerzusammensetzungsverteilung hergestellt werden durch Bereitstellen einer lokalen Zone in einem Bereich, in dem Polyolefinpartikel zirkulieren, wobei diese Zone eine andere Gaszusammensetzung hat als andere Bereiche.
  • Außerdem ist eine Technik bekannt, die nicht mit der Herstellung von Polyolefinen in Beziehung steht, durch die feste Partikel unter Verwendung einer als Strahlschicht bekannten Strömung mit einem Fluid in Kontakt gebracht werden (vergl. Akira Yokogawa, Funtai Kogaku Kaishi (Journal of the Society of Powder Technology, Japan), 1984, Bd. 21, Nr. 11, Seiten 715 bis 723). Außerdem ist eine Technik bekannt, durch die ein Leitrohr als Einrichtung zum Stabilisieren einer Strahlschicht verwendet wird (vergl. geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H6-76239 , US-Patent Nr. 4373272 , japanische Patentveröffentlichung Nr. 3352059 , Yasuo Hatade et al. Funtai Kogaku Kaishi (Journal of the Society of Powder Technology, Japan), 1997, Bd. 34, Nr. 5, Seiten 343 bis 360, Sohei Takenaka et al. Kagaku Kogakukai, Dai 71 Kainen Kai Koen Yoshi (Proceedings of the Society of Chemical Engineers, Japan, the 71st Meeting), J123, 2006, Toshifumi Ishikura, Kagaku Kogaku Rombunshu (Collection of Theses, The Chemical Engineers), 1996, Bd. 22, No. 3, Seiten 615 bis 621). Außerdem ist eine Technik zum Verwenden eines Leitrohrs bei der Herstellung von Polyolefinen unter Verwendung einer Wirbelschicht bekannt (vergl. WO 02/40547 ).
  • Hinsichtlich der Erzielung eines hohen Kontaktwirkungsgrades zwischen Partikeln und einem Fluid sind außerdem Vorrichtungen unter Verwendung einer als Strahlschicht/Wirbelschicht bezeichneten Strömung untersucht worden (vergl. Kishan B. Mathur et al. "SPOUTED REDS", ACADEMIC PRESS, INC. 1974, Seiten 263 bis 264, Toshifumi Ishikura, Kogaku Kogaku Rombunshu (Collection of Theses, The Chemical Engineers) 1993, Bd. 19, Nr. 6, Seiten 1189 bis 1192, Toshifumi Ishikura et al. Fukuoka Daigaku Kogaku Shuho (Collection of Engineering Theses, Fukuoka University, 1997, März, Nr. 58, Seiten 155 bis 165). Diese Vorrichtungen weisen eine Gaseinlassöffnung zum Ausbilden einer Strahlschicht und eine Dispersionsplatte zum Ausbilden einer Wirbelschicht auf. Eine Technik zum Verwenden eines Leitrohrs und einer Dispersionsplatte wird von Kishan B. Mathur et al. "SPOUTED REDS", ACADEMIC PRESS, INC. 1974, Seiten 263 bis 264 beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Polyolefinmaterialien werden jedoch allgemein in Form von Pellets transportiert und versandt, die durch Erwärmen und Schmelzen der Polyolefinpartikel und Verarbeiten der Partikel in die Pellets hergestellt werden. Der Hauptgrund hierfür ist, dass die durch Polymerisation erhaltenen Polyolefinpartikel eine kleine Partikelgröße haben und für eine Handhabung während eines Gieß- oder Formgebungsprozesses ungeeignet sind. Daher sind Katalysatoren und Verfahren entwickelt worden, die die Herstellung von Polyolefinpartikeln mit großem Durchmesser ermöglichen, so dass der Pelettisierungsprozess weggelassen werden kann.
  • Es tritt allerdings ein Problem dahingehend auf, dass zum Handhaben von Polyolefinpartikeln mit einem größeren Durchmesser (einem mittleren Partikeldurchmesser von etwa 2 bis 5 mm) in der herkömmlichen Wirbelschichtvorrichtung der Gasdurchfluss erhöht wird, um die Partikel zu fluidisieren.
  • In verschiedenen jüngst entwickelten Polyolefinherstellungsverfahren werden manchmal Polyolefinpartikel verarbeitet, die aufgrund beispielsweise eines hohen Anteils von Bestandteilkomponenten ein hohes Kohäsionsvermögen haben. In diesen Fällen tritt das Problem auf, dass in der herkömmlichen Wirbelschichtvorrichtung leicht Strömungsdefekte auftreten und der zum Erhöhen der Fluidisierung erforderliche Gasdurchfluss zunimmt.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Olefinpolymerisationsreaktor bereitzustellen, in dem eine Fluidisierung mit einer vergleichsweise niedrigen Durchflussrate ausgeführt werden kann, wenn Polyolefinpartikel mit einem großen Durchmesser und einem hohen Kohäsionsvermögen gehandhabt werden, und ein Polyolefinherstellungssystem bereitzustellen, das mit einem derartigen Olefinpolymerisationsreaktor ausgestattet ist. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Polyolefinherstellungsverfahren bereitzustellen, in dem ein derartiger Olefinpolymerisationsreaktor oder ein derartiges Polyolefinherstellungssystem verwendet wird.
  • Der erfindungsgemäße Strahlschicht/Wirbelschicht-Olefinpolymerisationsreaktor weist auf: einen sich vertikal erstreckenden Zylinder, einen auf dem Zylinder vorgesehenen Abschnitt mit abnehmendem Durchmesser mit einem Innendurchmesser, der nach unten stetig abnimmt und mit einer Gaseinlassöffnung an einem unteren Ende, und mehrere Durchgangslöcher, die sich von einer Außenfläche zu einer Innenfläche des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser hin erstrecken, wobei im Inneren eines Reaktionsbereichs, der durch die Innenfläche des Zylinderabschnitts mit abnehmendem Durchmesser und eine Innenfläche oberhalb des Zylinderabschnitts mit ab nehmendem Durchmesser umschlossen ist, eine Reaktion stattfindet.
  • Im erfindungsgemäßen Olefinpolymerisationsreaktor wird eine Polymerisationsreaktion des Olefins in einem Reaktionsbereich induziert, in dem einen Katalysator enthaltende Polyolefinpartikel angeordnet sind und Polyolefinpartikel gewachsen werden. Mit einem derartigen Reaktor kann innerhalb des Reaktionsbereichs durch Regeln der Menge des von der Gaseinlassöffnung und über die mehreren Durchgangsöffnungen zugeführten Gases eine Strahlschicht/Wirbelschicht oder eine Strahlschicht ausgebildet werden. Im Gegensatz zu einer Wirbelschicht weisen die Strahlschicht/Wirbelschicht und die Strahlschicht einen Strahl- oder Strömungsabschnitt mit einer hohen Gasströmungsgeschwindigkeit auf. Dadurch können Polyolefinpartikel mit einem größeren Durchmesser und einem hohen Kohäsionsvermögen mit einer vergleichsweise niedrigen Durchflussrate vollständig fluidisiert werden.
  • In diesem Reaktor kann eine Strahlschicht aus Polyolefinpartikeln innerhalb des Reaktionsbereichs durch Steuern der Menge eines dem Reaktionsbereich zugeführten olefinhaltigen Gases ausgebildet werden, so dass die Menge des olefinhaltigen Gases, die um einen in der Mitte des Reaktionsbereichs ausgebildeten Strahl- oder Strömungsabschnitt strömt, kleiner ist als eine minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit. Der hierin verwendete Ausdruck ”Strahlschicht” bezeichnet einen durch eine Kreisbewegung von Partikeln gekennzeichneten Partikelbettzustand, wobei sich in einem Partikelbett, das aus Polyolefinpartikeln besteht (die nachstehend manchmal einfach als ”Partikel” bezeichnet werden) und unter der Wirkung eines olefinhaltigen Gases von der Gaseinlassöffnung ein ”Strahl” (oder ein Strahlabschnitt) ausbildet, in dem eine niedrige Partikelkonzentration in der Nähe der Mittelachse des Zylinders vorliegt, und in dem Partikel zusammen mit dem Gas nach oben strömen, und sich gleichzeitig auch am Umfang des Strahls eine ringförmige Struktur ausbildet, in der Partikel unter dem Einfluss der Schwerkraft in einem bewegten Bettzustand herabfallen.
  • Ein Teil des von der Gaseinlassöffnung zugeführten olefinhaltigen Gases bildet den Strahl und bewegt sich über das Partikelbett, und der Rest diffundiert in den Abschnitt des Partikelbettes, der eine ringförmige Struktur hat. Der Feststoff-Gas-Kontakt zwischen dem olefinhaltigen Gas und den Polyolefinpartikeln ermöglicht auf diese Weise ein Wachstum der Polyolefinpartikel durch Olefinpolymerisation im Reaktionsbereich. Im erfindungsgemäßen Reaktor sind im Abschnitt mit abnehmendem Durchmesser mehrere Durchgangslöcher ausgebildet. Durch Einleiten des olefinhaltigen Gases in den Reaktionsbereich durch diese Durchgangslöcher kann ein ausreichend höher Feststoff-Gas-Kontaktwirkungsgrad erzielt werden. Außerdem kann durch Erhöhen der Menge des in den Reaktionsbereich zugeführten Gases auf einen Wert, der größer oder gleich der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit ist, die Strahlschicht/Wirbelschicht in dem Bereich ausgebildet werden.
  • Es ist allgemein bekannt, dass eine Strahlschicht im Vergleich zu einer Wirbelschicht aufgrund der Zirkulationsbewegung der Partikel ein ausgezeichnetes Leistungsvermögen hinsichtlich eines Druckverlusts hat, wodurch eine Vermischung stattfinden kann, die manchmal zu einer näherungsweisen Pfropfenströmung führt. Daher besteht der Vorteil des erfindungsgemäßen Strahlschicht-Olefinpolymerisationsreaktors darin, dass er eine schmalere Verweilzeitverteilung von Partikeln im Reaktionsbereich erzeugen kann als herkömmliche Reaktoren, die eine Wirbelschicht verwenden.
  • Der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor weist vorzugsweise ferner ein im Inneren des Zylinders angeordne tes Leitrohr auf, das sich von einer von der Gaseinlassöffnung beabstandeten Position nach oben erstreckt. Durch Anordnen des Leitrohrs im Inneren des Reaktionsbereichs kann eine Strahlschicht gebildet werden, die sowohl eine hohe Stabilität als auch einen niedrigen Druckverlust bei einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht.
  • Der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor weist ferner vorzugsweise im Reaktionsbereich ein erstes konisches Leitblech auf, das an einer Position über der Gaseinlassöffnung angeordnet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der nach unten stetig zunimmt, und an seinem oberen Ende geschlossen ist, wobei ein unteres Ende des Leitblechs von einer Innenwand des Zylinders beabstandet ist.
  • In der herkömmlichen Wirbelschichtvorrichtung muss ein Bereich mit festem Freeboard-Abstand bereitgestellt werden, um Partikelstreuung zu vermeiden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient das erste konische Leitblech, das an einer Position über der Gaseinlassöffnung im Reaktionsbereich angeordnet ist, als Ablenkeinrichtung zum Verhindern, dass die Artikel in der Strahlschicht streuen. Dadurch kann der Freeboard-Abstand verkleinert werden, und es kann eine Volumeneffizienz erhalten werden, die höher ist als bei der Wirbelschichtvorrichtung. Außerdem ist es, wenn ein Leitrohr im Reaktionsbereich bereitgestellt wird, bevorzugt, wenn das erste konische Leitblech oberhalb der Öffnung am oberen Ende des Leitrohrs angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor mehrere Reaktionsbereiche auf, wobei Polyolefinpartikel die Reaktionsbereiche sequenziell durchlaufen. Außerdem ist es hinsichtlich der Einsparung von Raum in der Vorrichtung bevorzugt, wenn die mehreren Reaktionsbereiche jeweils in einer vertikalen Reihe ausgebildet sind und die Polyolefinpartikel sich von einem oberen Reaktionsbereich zu einem unteren Reaktionsbereich bewegen. Unter Verwendung eines Ejektors oder einer ähnlichen Einrichtung kann jedoch auch veranlasst werden, dass die Polyolefinpartikel sich von einem unteren Reaktionsbereich zu einem oberen Reaktionsbereich bewegen. Durch Bereitstellen von mehreren Reaktionsbereichen zum Erhalten einer einer mehrstufigen Strahlschichtbasiskonfiguration kann die Verweilzeitverteilung der Partikel ausreichend vermindert werden. Außerdem kann, weil eine Vermischung, die manchmal näherungsweise einer Pfropfenströmung entspricht, im Gegensatz zur herkömmlichen Wirbelschicht in der Strahlschicht realisiert werden kann, wie vorstehend beschrieben wurde, die Verweilzeitverteilung mit einer kleineren Anzahl von Stufen als die für eine Wirbelschicht erforderliche Anzahl von Stufen im gleichen Maß verschmälert werden.
  • Ein derartiger Olefinpolymerisationsreaktor, in dem mehrere Reaktionsbereiche in einer Reihe bereitgestellt werden, wodurch eine mehrstufige Strahlschichtkonfiguration erhalten wird, wie vorstehend beschrieben wurde, weist vorzugsweise eine Einrichtung zum Übertragen der Polyolefinpartikel vom Reaktionsbereich auf der Stromaufwärtsseite zum Reaktionsbereich auf der Stromabwärtsseite auf.
  • Erfindungsgemäß ist es hinsichtlich der Strahlschichtstabilität vorteilhaft, wenn das Verhältnis DO/DR zwischen dem Öffnungsdurchmessser D0 der Gaseinlassöffnung und dem Zylinderinnendurchmesser DR kleiner oder gleich 0,35 beträgt.
  • Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor ferner einen sich von einem Rand der Gaseinlassöffnung des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser nach unten erstreckenden rohrförmigen Abschnitt auf. Wenn Gas vom rohrförmigen Abschnitt in den Reaktionsbereich eingeleitet wird, ist die Aufwärtsgasströmung im Reaktionsbereich im Vergleich zu einem Fall, in dem ein derartiger rohrförmiger Abschnitt nicht vorgesehen ist und das Gas einfach von der Gaseinlassöffnung zugeführt wird, ausreichend stabilisiert. Infolgedessen kann, auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit des eingeleiteten Gases und die Partikelmenge innerhalb des Reaktionsbereichs geringfügig schwanken, der fluidisierte Zustand der Strahlschicht in ausreichendem Maße aufrechterhalten werden. Außerdem besteht der Vorteil der Bereitstellung des rohrförmigen Abschnitts darin, dass, obwohl die Partikel unter dem Einfluss der Schwerkraft tendenziell von der Gaseinlassöffnung nach unten fallen, die Partikel durch das von unten in den Kanal des rohrförmigen Abschnitts strömende Gas angehoben und leicht in den Reaktionsbereich zurück transportiert werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn der rohrförmige Abschnitt ferner eine Trennwand aufweist, die den Kanal des rohrförmigen Abschnitts in der horizontalen Richtung teilt. Wenn der rohrförmige Abschnitt mit einer Trennwand verwendet wird, wird die auf Partikel, die von der Gaseinlassöffnung tendenziell nach unten fallen, ausgeübte Hebewirkung verstärkt, so dass die Anzahl der herabfallenden Partikel weiter vermindert werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor weist ferner vorzugsweise ein Zylinderelement auf, das an mindestens einem Ende geschlossen und im Inneren des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist, so dass der Kanal, bevor er die Gaseinlassöffnung erreicht, einen ringförmigen Abschnitt aufweist, der durch eine Außenfläche des Zylinderelements und eine Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts gebildet wird. Durch eine derartige Konfiguration kann ein ringförmiger Querschnitt in der horizontalen Richtung des Kanals erhalten werden und wird der folgende Vorteil gegenüber einer Konfiguration erzielt, die einen Kanal mit einem runden Querschnitt der gleichen Fläche verwendet. Zunächst wird die Hebewirkung, die auf Partikel ausgeübt wird, die tendenziell von der Gaseinlassöffnung nach unten fallen, im Vergleich zu derjenigen verstärkt, die mit einem runden Kanal erzielbar ist, so dass die Anzahl herabfallender Partikel weiter vermindert werden kann. Außerdem ist die vorstehend beschriebene Konfiguration wirksam, wenn der Reaktor vergrößert wird. D. h., auch wenn die Gaseinlassöffnung erweitert wird, wird durch den ringförmigen Querschnitt des zur Gaseinlassöffnung führenden Strömungskanals ermöglicht, dass einfacher als im Fall eines runden Querschnitts ein engerer Öffnungsabstand erhalten und eine stabile Strahlschicht ausgebildet wird.
  • Der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor weist ferner auf: eine Verschlussplatte, die das untere Ende des rohrförmigen Abschnitts verschließt, eine Gaseinlassleitung, deren Kanal kleiner ist als der Kanal des rohrförmigen Elements und derart angeordnet ist, dass sie sich durch die Verschlussplatte erstreckt, und ein zweites konisches Leitblech mit einem Außendurchmesser, der nach unten stetig zunimmt und an einem oberen Ende geschlossen ist und dessen unteres Ende von einer Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts beabstandet ist, wobei das zweite konische Leitblech direkt über dem oberen Ende der Gaseinlassleitung angeordnet ist. Mit dem Reaktor mit einer derartigen Konfiguration wirkt das zweite konische Leitblech als eine Platte, die verhindert, dass Partikel herabfallen. Daher kann in ausreichendem Maße verhindert werden, dass die Partikel durch die Gaseinlassöffnung nach unten fallen, auch wenn die Gaszufuhr unterbrochen ist.
  • Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Olefinpolymerisationsreaktor ferner eine Leitung auf, die mit dem Inneren des Leitrohrs kommuniziert und ein Gas oder eine Flüssigkeit in das Leitrohr zuführt. Durch Zuführen eines Gases oder ei ner Flüssigkeit über die Leitung in das Leitrohr kann im Inneren des Leitrohrs eine Gaszusammensetzung erhalten werden, die sich von einer Gaszusammensetzung außerhalb des Leitrohrs unterscheidet. Infolgedessen können homogene Polyolefinpartikel mit einer breiteren Molekulargewichtverteilung oder Copolymerzusammensetzungsverteilung hergestellt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Polyolefinherstellungsverfahren wird eine Olefinpolymerisation unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Olefinpolymerisationsreaktors ausgeführt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in den nachstehend beschriebenen Betriebsmodi eine Strahlschicht innerhalb des Reaktionsbereichs ausgebildet werden. Daher kann mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine Strahlschicht aus Polyolefinpartikeln innerhalb des Reaktionsbereichs ausgebildet werden durch Steuern einer Menge eines in den Reaktionsbereich eingeleiteten olefinhaltigen Gases derart, dass die Menge des um einen in einer Mitte des Reaktionsbereichs ausgebildeten Strahlabschnitt herum strömenden olefinhaltigen Gases kleiner ist als eine minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann veranlasst werden, dass die Gaszusammensetzungen im Inneren und außerhalb des Leitrohrs sich im Reaktionsbereich voneinander unterscheiden, indem ein Gas und/oder eine Flüssigkeit über die Leitung in das Leitrohr zugeführt wird.
  • Das erfindungsgemäße Polyolefinherstellungsverfahren weist die Schritte auf: kontinuierliches Zuführen von Olefin zum Olefinpolymerisationsreaktor über die Gaseinlassöffnung und die mehreren Durchgangslöcher und gleichzeitiges Entfernen eines Gases, das Olefin enthält, das nicht reagiert hat, vom Olefinpolymerisationsreaktor und Zurückführen des entfernten Gases zum Olefinpolymerisationsreaktor; und Kühlen eines Teils oder des gesamten entfernten Gases, um ein ole finhaltiges Kondensat zu erhalten. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Kondensat einem im Reaktionsbereich des Olefinpolymerisationsreaktors ausgebildeten Strahlabschnitt zugeführt wird. Als Ergebnis kann latente Wärme aus der Verdampfung des Kondensats genutzt werden, und Wärme kann durch das Kondensat vom Olefinpolymerisationsreaktor effektiv abgeführt werden. Außerdem kann, wenn der Olefinpolymerisationsreaktor mit einem ersten konischen Leitblech ausgestattet ist, das Kondensat dem unteren Abschnitt der ersten konischen Leitblechs zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Kondensatzufuhrleitung unter Verwendung des ersten konischen Leitblechs als ein Befestigungselement installiert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Polyolefinherstellungssystem weist einen Olefinvorreaktor zum Polymerisieren von Olefin bei Anwesenheit eines Olefinpolymerisationskatalysators und Ausbilden von Polyolefinpartikeln und den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Olefinpolymerisationsreaktor auf, der als nachgeschaltete Stufe mit dem Olefinvorreaktor verbunden ist. Das erfindungsgemäße Polyolefinherstellungsverfahren weist das Ausführen einer mehrstufigen Olefinpolymerisation unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Polyolefinherstellungssystems auf.
  • Die Erfindung ermöglicht eine Fluidisierung bei einem vergleichsweise niedrigen Durchfluss, auch wenn Polyolefinpartikel mit einem großen Durchmesser und einem hohen Kohäsionsvermögen gehandhabt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polyolefinherstellungssystems;
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels eines zum Abdecken eines Durchgangslochs vorgesehenen Luftblasenkappes;
  • 3 zeigt eine schematische Strukturansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polyolefinherstellungssystems;
  • 4 zeigt eine schematische Strukturansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polyolefinherstellungssystems;
  • 5 zeigt eine schematische Strukturansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polyolefinherstellungssystems;
  • 6(a) und (b) zeigen Querschnittansichten zum Darstellender Konfiguration eines Leitrohrs;
  • 7(a) und (b) zeigen Querschnittansichten zum Darstellen der Konfiguration des Leitrohrs;
  • 8(a) bis (c) zeigen die Konfiguration des Gaseinlassabschnitts;
  • 9(a) und (b) zeigen die Konfiguration des Gaseinlassabschnitts;
  • 10(a) und (b) zeigen die Konfiguration des Gaseinlassabschnitts;
  • 11 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen eines rohrförmigen Abschnitts mit einem zylinderförmigen Element;
  • 12 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen eines rohrförmigen Abschnitts mit einem einer Gaseinlassleitung und einem zweiten konischen Leitblech;
  • 13 zeigt eine schematische Querschnittansicht zum Darstellen der Gaseinlassleitung und des zweiten konischen Leitblechs, die im rohrförmigen Abschnitt angeordnet sind; und
  • 14 zeigt eine schematische Querschnittsicht zum Darstellen eines Verlängerungsrohrs mit einem unteren Ende in der Form einer glockenförmigen Mündung.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Polyolefinherstellungssystem
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Polyolefinherstellungssystems 100A. Dieses Herstellungssystem 100A weist einen Olefin-Vorpolymerisationsreaktor 5 und einen Olefinpolymerisationsreaktor 10A auf, der als eine nachgeschaltete Stufe mit dem Olefin-Vorpolymerisationsreaktor 5 verbunden ist.
  • Olefin-Vorpolymerisationsreaktor
  • Der Olefin-Vorpolymerisationsreaktor 5 polymerisiert Olefin bei Anwesenheit eines Olefinpolymerisationskatalysators, um Polyolefinpartikel herzustellen.
  • Beispiele des Olefin-Vorpolymerisationsreaktors 5 sind Suspensionspolymerisationsreaktoren, Massepolymerisationsreaktoren, Rührtank-Gasphasenpolymerisationsreaktoren und Wirbelschicht-Gasphasenpolymerisationsreaktoren. Jeder dieser Reaktortypen kann alleine verwendet werden, mehrere Reaktoren des gleichen Typs können in Kombination verwendet werden, oder zwei oder mehr Reaktoren verschiedener Typen können in Kombination verwendet werden.
  • Geeignete Suspensionspolymerisationsreaktoren sind z. B. bekannte Polymerisationsreaktoren, wie beispielsweise Rührtankreaktoren und Schleifen(Loop)reaktoren, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S41-12916 , in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S46-116,70 und in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S47-42379 beschrieben sind. Suspensionspolymerisation bezeichnet ein Verfahren, in dem ein Polymerisationslösungsmittel durch Hinzufügen eines Olefinmonomers, wie beispielsweise Propylen oder Butylen, zu einem inerten Lösungsmittel, wie beispielsweise aliphatischem Kohlenwasserstoff (z. B. Propan, Butan, Isobutan, Pentan, Hexan, Heptan, Oktan) oder einem alizyklischen Kohlenwasserstoff (z. B. Cyclopentan, Cyclohexan), hergestellt wird und ein Olefinpolymerisationskatalysator in dem Polymerisationslösungsmittel dispergiert wird, um eine Schlamm bzw. eine Suspension herzustellen, und eine Polymerisation in einem Zustand ausgeführt wird, in dem das hergestellte Polymer sich nicht im Polymerisationslösungsmittel löst. Eine Polymerisation wird bei einer Temperatur und einem Druck ausgeführt, bei denen das Polymerisationslösungsmittel in einem flüssigen Zustand gehalten wird und das hergestellte Polymer sich nicht im Polymerisationslösungsmittel löst. Die Polymerisationstemperatur beträgt allgemein 30 bis 100°C und vor zugsweise 50 bis 80°C. Der Polymerisationsdruck beträgt allgemein von Normaldruck bis 10 MPaG und vorzugsweise 0,3 bis 5 MPaG.
  • Geeignete Massepolymerisationsreaktoren sind z. B. bekannte Polymerisationsreaktoren, wie beispielsweise Rührtankreaktoren und Schleifenreaktoren, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S41-12916 , in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S46-11670 und in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. S47-42379 beschrieben sind. Massepolymerisation ist ein Verfahren, in dem ein Olefinmonomer, wie beispielsweise Propylen oder Buten, als das Polymerisationslösungsmittel verwendet wird, wobei im Wesentlichen keine inerten Lösungsmittel, wie beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Propan, Butan, Isobutan, Pentan, Hexan, Heptan, Oktan) und alizyklischen Kohlenwasserstoffe (z. B. Cyclopentan, Cyclohexan) vorhanden sind, und ein Olefinpolymerisationskatalysator in dem Polymerisationslösungs mittel dispergiert wird und eine Polymerisation in einem Zustand ausgeführt wird, in dem das hergestellte Polymer sich nicht im Polymerisationslösungsmittel löst. Eine Polymerisation wird bei einer Temperatur und einem Druck ausgeführt, bei denen das Polymerisationslösungsmittel in einem flüssigen Zustand gehalten wird und das hergestellte Polymer sich nicht im Polymerisationslösungsmittel löst. Die Polymerisationstemperatur beträgt allgemein 30 bis 100°C und vorzugsweise 50 bis 80°C. Der Polymerisationsdruck beträgt allgemein von Normaldruck bis 10 MPaG und vorzugsweise 0,5 bis 5 MpaG.
  • Geeignete Rührtank-Gasphasenpolymerisationsreaktoren sind z. B. bekannte Polymerisationsreaktoren, wie beispielsweise die in der japanischen Patentanmeldung Nr. S46-31696 und in der japanischen Patentanmeldung Nr. S59-21321 beschriebenen Reaktoren. Rührtank-Gasphasenpolymerisation ist ein Verfahren, in dem ein Monomer in einem gasförmigen Zustand als das Medium verwendet wird, wobei, während ein Olefinpolymerisationskatalysator und ein Olefinpolymer innerhalb des Mediums durch eine Rühreinrichtung in einem fluidisierten Zustand gehalten erden, das Monomer im gasförmigen Zustand polymerisiert wird. Die Polymerisationstemperatur beträgt allgemein 50 bis 110°C und vorzugsweise 60 bis 100°C. Der Polymerisationsdruck sollte innerhalb eines Bereichs liegen, in dem das Olefin innerhalb des Rührtank-Gasphasenpolymerisationsreaktors in der Dampfphase vorliegt, und beträgt allgemein von Normaldruck bis 5 MpaG und vorzugsweise 0,5 bis 3 MpaG.
  • Geeignete Wirbelschicht-Gasphasenpolymerisationsreaktoren sind z. B. bekannte Reaktoren, wie beispielsweise die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S58-201802 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S59-126406 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H2-233708 beschriebenen Reaktoren. Wirbelschicht Gasphasenpolymerisation ist ein Verfahren, in dem ein Monomer in einem gasförmigen Zustand als Medium verwendet wird und, während ein Olefinpolymerisationskatalysator und ein Olefinpolymer durch die Strömung des Mediums im Wesentlichen in einem fluidisierten Zustand in dem Medium gehalten werden, das Monomer im gasförmigen Zustand polymerisiert wird. In einigen Fällen wird auch eine Rühreinrichtung zum Unterstützen der Fluidisierung bereitgestellt. Die Polymerisationstemperatur beträgt allgemein 0 bis 120°C, vorzugsweise 20 bis 100°C und noch bevorzugter 40 bis 100°C. Der Polymerisationsdruck sollte in einem Bereich liegen, in dem das Olefin als Dampfphase im Wirbelschicht-Reaktor vorhanden sein kann, und beträgt allgemein von Normaldruck bis 10 MPaG, vorzugsweise 0,2 bis 8 MPaG und noch bevorzugter 0,5 bis 5 MPaG.
  • Beispiele von Kombinationen. verschiedener Reaktoren sind ein Suspensionspolymerisationsreaktor oder ein Massepolymerisationsreaktor, mit dem als eine nachgeschaltete Stufe ein Wirbelschicht-Gasphasenpolymerisationsreaktor oder ein Rührtank-Gasphasenpolymerisationsreaktor verbunden ist.
  • Außerdem kann zwischen einem Suspensionspolymerisationsreaktor oder einem Massepolymerisationsreaktor allgemein ein Spültank zum Trennen von Olefin, das nicht reagiert hat, oder eines Polymerisationslösungsmittels von Olefinpolymerpartikeln angeordnet werden, und damit kann als nachgeschaltete Stufe ein Gasphasenpolymerisationsreaktor verbunden werden, wie beispielsweise ein Wirbelschicht-Gasphasen polymerisationsreaktor, ein Rührtank-Gasphasenpolymerisationsreaktor oder der nachstehend beschriebene Olefinpolymerisationsreaktor 10A. Ein derartiger Spültank ist jedoch nicht immer erforderlich; insbesondere wird in Fällen, in denen ein Massepolymerisationsreaktor verwendet wird, häufig kein Spültank bereitgestellt.
  • Olefinpolymerisationsreaktor
  • Der Olefinpolymerisationsreaktor 10A ist ein Reaktor, der im Wesentlichen in einem Gasphasenzustand eine Olefinpolymerisationsreaktion bezüglich Polyolefinpartikeln ausführt, die durch den Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 erzeugt werden.
  • Der in 1 dargestellte Olefinpolymerisationsreaktor 10A besteht im Wesentlichen aus einem sich vertikal erstreckenden Zylinder 12A, Verschlussplatten 15, 16, die das obere bzw. das untere Ende des Zylinders 12A verschließen, einer im Inneren des Zylinders 12A. angeordneten Ablenkeinrichtung (einem ersten konischen Leitblech) 20, und einem rohrförmigen Leitblech (Abschnitt mit abnehmendem Durchmesser) 30, das den Innenraum des Zylinders 12A in zwei Bereiche teilt. Die Ablenkeinrichtung 20 und das rohrförmige Leitblech 30 sind vorzugsweise bezüglich der Achse des Zylinders 12A koaxial angeordnet. Hinsichtlich der Stabilisierung der Strahlschicht ist der Innendurchmesser des Zylinders 12A vorzugsweise nicht größer als 5 m und bevorzugter nicht größer als 3,5 m. Im Olefinpolymerisationsreaktor 10A wird ein Reaktionsbereich 25 durch eine Unterseite der Verschlussplatte 15, eine Innenfläche des Zylinders 12A und eine Innenfläche des rohrförmigen Leitblechs 30 gebildet. Ein unterer Bereich 26 wird durch eine Oberseite der Verschlussplatte 16, eine Innenfläche des Zylinders 12A und eine Außenfläche des rohrförmigen Leitblechs 30 gebildet.
  • Der Olefinpolymerisationsreaktor 10A ist derart konfiguriert, dass durch Steuern der in den Reaktionsbereich 25 eingeleiteten Gasmenge eine Strahlschicht/Wirbelschicht oder eine Strahlschicht im Reaktionsbereich 25 ausgebildet werden kann. Nachstehend wird der Fall beschrieben, in dem durch Steuern derart, dass die Gasmenge, die um den in der Mitte des Reaktionsbereichs ausgebildeten Strahlbereich herum strömt, kleiner ist als die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit der Partikel, eine Wirbelschicht 8 im Reaktionsbereich 25 ausgebildet wird. Wenn eine Strahlschicht/Wirbelschicht im Inneren des Reaktionsbereichs 25 ausgebildet wird, kann die Gasmenge auf einen Wert gesteuert werden, der größer oder gleich der minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit ist. Dies hat den Vorteil, dass eine ausreichende Fluidisierung bei einem vergleichsweise niedrigen Durchfluss auch dann erzielt werden kann, wenn die Partikel ein hohes Kohäsionsvermögen aufweisen.
  • Innerhalb des Reaktionsbereichs 25 strömt ein olefinhaltiges Gas mit einer hohen Geschwindigkeit von einer am unteren Ende 30a des rohrförmigen Leitblechs 30 ausgebildeten Gaseinlassöffnung nach oben, wodurch eine Strahlschicht 8 aus Polyolefinpartikeln gebildet wird, wie beispielsweise in 1 dargestellt ist. Die Strahlschicht 8 besteht aus einem Strahlabschnitt 8a und einem ringförmigen Partikelbett 8b. Eine Gaszufuhröffnung 61 ist an einer dem Inneren des unteren Bereichs 26 entsprechenden Position angeordnet, und das olefinhaltige Gas kann von der Gaszufuhröffnung in den unteren Bereich 26 eingeleitet werden.
  • Das rohrförmige Leitblech 30 ist ein sich verjüngender Zylinder, dessen Innendurchmesser nach unten stetig abnimmt, und ist im Inneren des Zylinders 12A ausgebildet. Das rohrförmige Leitblech 30 weist ein Verlängerungsrohr (rohrförmigen Abschnitt) 40 auf, das sich vom Rand der Gaseinlassöffnung nach unten erstreckt und mit der Öffnung 60 kommuniziert. Das Verlängerungsrohr 40 stabilisiert die Aufwärtsströmung von Gas im Inneren des Reaktionsbereichs 25 ausreichend. Auf der am unteren Ende 30a des rohrförmigen Leitblechs 30 ausgebildeten Gaseinlassöffnung kann ein (in der Figur nicht dargestelltes) Absperrventil bereitgestellt wer den, so dass Polyolefinpartikel innerhalb des Reaktionsbereichs 25 während einer Zeitperiode, wie beispielsweise beim Einschalten oder Hochfahren oder vorübergehenden Abschalten des Olefinpolymerisationsreaktors 10A, nicht durch die Gaseinlassöffnung nach unten strömen.
  • Das rohrförmige Leitblech 30 weist mehrere Durchgangslöcher 30b auf, die sich von der Außenfläche zur Innenfläche des rohrförmigen Leitblechs erstrecken. Weil die Durchgangslöcher 30b im rohrförmigen Leitblech 30 ausgebildet sind, diffundiert das olefinhaltige Gas vom unteren Bereich 26 zum ringförmigen Partikelbett 8b im Inneren des Reaktionsbereichs 25 hin. Infolgedessen nimmt der Feststoff-Gas-Kontaktwirkungsgrad im ringförmigen Partikelbett 8b zu, so dass die Olefinpolymerisation weiter verstärkt werden kann. Um zu verhindern, dass die Partikel durch die Durchgangslöcher 30b in den unteren Bereich 26 fallen, wird vorzugsweise eine Luftblasenkappe 30c auf der Innenfläche des rohrförmigen Leitblechs 30 bereitgestellt, wie in 2 dargestellt ist. Die Luftblasenkappe (Bubble Cap) 30c kann eine dem Grenzneigungswinkel (Angle of Repose) der Partikel entsprechende Form haben und ist nicht unbedingt auf die in 2 dargestellte Konfiguration beschränkt.
  • Eine Ablenkeinrichtung 20 ist an einer Position oberhalb des rohrförmigen Leitblechs 30 im Reaktionsbereich 25 angeordnet und der Gaseinlassöffnung zugewandt. Die Ablenkeinrichtung 20 dient dazu, die Streuung heraussprudelnder Polyolefinpartikel zu verhindern. Dadurch kann der Freeboard-Abstand verkleinert werden, so dass eine höhere Volumeneffizienz erzielt werden kann.
  • Die Ablenkeinrichtung 20 hat eine konische Form mit einem geschlossenen oberen Ende 20a, einem nach unten stetig zunehmenden Außendurchmesser und einem von der Innenwand des Zylinders 12A beabstandeten unteren Ende 20b. Dadurch kolli dieren Partikel, die nach oben geblasen worden sind, mit der Innenfläche der Ablenkeinrichtung 20 und werden im ringförmigen Partikelbett 8b der Strahlschicht 8 aufgenommen. Gleichzeitig strömen Gase am unteren Ende 20b vorbei und werden über Gasauslassdüsen 70 ausgegeben.
  • Die Gasauslassdüsen 70 sind im Zylinder 12A ausgebildet, der eine Seitenwandfläche des Reaktionsbereichs 25 bildet, so dass im Inneren des Reaktionsbereichs 25 angeordnete Gase abgeleitet werden können. In der vorliegenden Ausführungsform des Olefinpolymerisationsreaktors 10A sind vier Gasauslassdüsen 70 entlang der Umfangsrichtung des Zylinders 12A in gleichen Abständen ausgebildet. Das von der Gaseinlassöffnung des rohrförmigen Leitblechs 30 nach oben strömende Gas wird anstatt vom Bereich über dem Reaktionsbereich 25 über die vier Gasauslassdüsen 70 seitlich abgeleitet. Dadurch kann die in das ringförmige Partikelbett 8b der Strahlschicht 8 diffundierende Gasmenge erhöht werden. Infolgedessen wird der Feststoff-Gas-Kontaktwirkungsgrad zwischen den Partikeln und dem olefinhaltigen Gas im ringförmigen Partikelbett 8b der Strahlschicht 8 erhöht. Die Gasauslassdüsen 70 sind vorzugsweise über dem unteren Ende 20b der Ablenkeinrichtung 20 im Reaktionsbereich 25 und bevorzugter über dem oberen Ende 20a der Ablenkeinrichtung 20 angeordnet. Durch Bereitstellen der Gasauslassdüsen 70 an dieser Höhe kann die Anzahl von Partikeln ausreichend vermindert werden, die zusammen mit dem Gas über die Gasauslassdüsen 70 abgeleitet werden. Im hierin beschriebenen Beispiel sind vier Gasauslassdüsen 70 vorgesehen, die Zahl der Gasauslassdüsen 70 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Daher kann die Zahl der Gasauslassdüsen 70 größer oder kleiner als vier sein, um eine gleichmäßige Gasableitung zu erzielen, sind jedoch zwei oder mehr Gasauslassdüsen bevorzugt.
  • Um eine stabile Strahlschicht 8 im Reaktionsbereich 25 auszubilden, ist es bevorzugt, wenn das rohrförmige Leitblech 30 die folgenden Bedingungen erfüllt. D. h., das Verhältnis (DO/DR) zwischen dem Durchmesser DO der Gaseinlassöffnung am unteren Ende 30a des rohrförmigen Leitblechs 30 und dem Innendurchmesser DR des Zylinders 12A beträgt vorzugsweise 0,35 oder weniger.
  • Außerdem ist der Neigungswinkel α30 des rohrförmigen Leitblechs 30 in 1, d. h. der Winkel der Innenfläche des rohrförmigen Leitblechs 30 bezüglich der Horizontalen, vorzugsweise mindestens so groß wie der Grenzneigungswinkel für innerhalb des Zylinders 12A vorhandene Polyolefinpartikel. Der Neigungswinkel α30 ist vorzugsweise mindestens so groß wie der Grenzneigungswinkel und mindestens so groß wie der Winkel, bei dem die Polyolefinpartikel durch Gravitation vollständig ausgegeben werden können. Auf diese Weise wird. eine glatte Abwärtsbewegung der Polyolefinpartikel erzielt.
  • Obgleich eine Strahlschicht anstatt mit einem rohrförmigen Leitblech 30 auch unter Verwendung einer flachen Platte mit einer darin ausgebildeten Gaseinlassöffnung ausgebildet werden kann, wird auf einer derartigen flachen Platte in der Nähe der Innenfläche des Zylinders 12A ein Bereich erhalten, in dem Partikel nicht fluidisiert werden. Infolgedessen können die Partikel aufgrund einer schlechten Wärmeableitung in diesem Bereich zu Massen miteinander verschmelzen. Um eine derartige Situation zu vermeiden, ist es daher bevorzugt, wenn das rohrförmige Leitblech 30 einen Neigungswinkel a30 aufweist, der, wie vorstehend erwähnt wurde, mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Winkel.
  • Wenn die Innenfläche des rohrförmigen Leitblechs 30 eine geneigte Fläche ist, wie in 1 dargestellt ist, strömt das Gas vom unteren Bereich 26 aufgrund eines Dickenunterschieds des über dem rohrförmigen Leitblech 30 vorhan denen ringförmigen Partikelbetts 8b hauptsächlich über das Durchgangsloch 30b in der Nähe der Innenfläche des Zylinders 12A. Um einen gleichmäßigen Gasdurchsatz durch jedes Durchgangsloch 30b zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn die Form und der Durchmesser des Durchgangslochs 30b auf der Basis von Druckanalyseergebnissen festgelegt werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Ablenkeinrichtung 20 in 1 einen Neigungswinkel α20, d. h. einen zwischen der Außenfläche der Ablenkeinrichtung 20 und der Horizontalen gebildeten Winkel, aufweist, der mindestens so groß ist wie der Grenzneigungswinkel der im Zylinder 12A vorhandenen Polyolefinpartikel. Auf diese Weise kann geeignet verhindert werden, dass Polyolefinpartikel an der Ablenkeinrichtung 20 anhaften.
  • Polyolefinpartikel haben einen Grenzneigungswinkel von Beispielsweise etwa 35° bis etwa 50°. Die Neigungswinkel α30 und α20 betragen beide vorzugsweise mindestens 55°.
  • Die Ablenkeinrichtung 20 und das rohrförmige Leitblech 30 sind am Zylinder 12A durch (in der Figur nicht dargestellte) Halterungen befestigt. Die Halterungen haben im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Gasströmung und die Polyolefinströmung. Der Zylinder 12A, die Ablenkeinrichtung 20 und das rohrförmige Leitblech 30 können beispielsweise aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl gemäß den japanischen Industrienormen (JIS) SUS 304 oder SUS 316L hergestellt sein. Wenn ein Katalysator verwendet werden soll, der eine große Menge eines korrodierenden Bestandteils (z. B. eine Halogenkomponente, wie beispielsweise Chlor) enthält, wird vorzugsweise der rostfreie Stahl SUS 316L verwendet.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Leitung L30 zum Zuführen eines olefinhaltigen Gases mit einer an der Verschlussplatte 16 des Reaktors 100A angeordneten Gaszufuhrdüse 60 verbunden, und olefinhaltiges Gas wird durch einen in der Leitung installierten Kompressor 54 in den Reaktionsbereich 25 eingeleitet. Eine Leitung L31 zum Zuführen eines olefinhaltigen Gases ist mit einer am Zylinder 12A angeordneten Gaszufuhrdüse 61 verbunden, und olefinhaltiges Gas wird über einen in dieser Leitung installierten (in der Figur nicht dargestellten) Kompressor dem unteren Bereich 26 zugeführt. Die über die Leitungen L30 und L31 zugeführten olefinhaltigen Gase können gleiche oder verschiedene Gasarten sein.
  • Außer der Gaszufuhrdüse 40 kann am Boden des Zylinders 12A eine (in der Figur nicht dargestellte) Gasauslassdüse bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, am Ende des Reaktorbetriebs Polyolefinpartikel auszugeben. Außerdem ist es zum Vermindern der im Inneren des Zylinders 12A zurückbleibenden Pulvermenge am Ende des Reaktorbetriebs bevorzugt, ein Innenelement in der Form eines umgekehrten Kegels (in der Figur nicht dargestellt) an einer Position anzuordnen, wo das Element nicht mit der Gasströmung am Boden des Zylinders 12A wechselwirkt.
  • Eine Gasauslassleitung L40, die mit der Gasauslassdüse 70 verbunden ist, die Gas vom Reaktionsbereich 25 ableitet, ist an der Oberseite des Zylinders 12A angeordnet. In dem über die Leitung L40 abgeleiteten Gas werden durch das Gas mitgerissene Partikel durch eine optional vorgesehene Zentrifuge 62 entfernt. Nachdem das Gas eine (in der Figur nicht dargestellte) Kühleinrichtung oder eine ähnliche Einrichtung durchlaufen hat, wird das Gas über die Leitung L30 dem Kreislauf wiederzugeführt. Eine Leitung L20 zum Zuführen eines Olefinmonomers von außen in die Leitung L30 ist mit der Leitung L30 verbunden.
  • Außerdem ist eine Leitung L5 mit einer Position auf dem Zylinder 12A verbunden, die sich auf einem höheren Niveau befindet als der Bereich, in dem die Strahlschicht 8 ausge bildet werden soll, und Polyolefinpartikel, die feste Partikel eines Olefinpolymerisationskatalysators enthalten, werden dem Reaktionsbereich 25 zugeführt. Gleichzeitig ist ein Partikelableitungsrohr 35 mit dem rohrförmigen Leitblech 30 verbunden, und die Polyolefinpartikel, die im Reaktionsbereich 25 gewachsen wurden, werden über das Partikelableitungsrohr 35 ausgegeben. Zwei Ventile V71 und V72 sind in Serie im Partikelableitungsrohr 35 installiert, so dass die Polyolefinpartikel in einem nachfolgenden Prozess durch aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen der Ventile abgeleitet werden können.
  • Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Polymerisationsschritt realisiert, in dem zwei Reaktoren verwendet werden, d. h. der Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 und der Olefinpolymerisationsreaktor 10A. Auf diese Weise bewirkt der Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 die Polymerisation und das Wachstum von Polyolefinpartikeln, wodurch relativ große Polyolefinpartikel mit einer Partikelgröße von vorzugsweise mindestens 500 μm, bevorzugter mindestens 700 μm und noch bevorzugter mindestens 850 μm erzeugt werden, wodurch die Ausbildung einer stabileren Strahlschicht ermöglicht wird. Es ist jedoch auch möglich, dass im Polymerisationsschritt ein einzelner Reaktor verwendet wird, der keinen Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 aufweist. In diesem Fall wird ein Olefinpolymerisationskatalysator oder ein Vorpolymerisationskatalysator direkt in den Olefinpolymerisationsreaktor 10A eingeleitet und eine Olefinpolymerisation ausgeführt. Alternativ können ein oder mehrere weitere Olefinpolymerisationsreaktoren, wie beispielsweise der Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 oder der Olefinpolymerisationsreaktor 10A dem Olefinpolymerisationsreaktor 10A nachgeschaltet sein, um einen aus drei oder mehr Stufen bestehenden Polymerisationsschritt auszuführen.
  • Olefin, Polyolefin und Katalysotor
  • Nachstehend werden das Olefin, das Polyolefin, der Katalysator und andere Substanzen beschrieben, die in einem derartigen System verwendet werden.
  • Im Olefinpolymerisationsreaktor, im Polyolefinherstellungsverfahren und im Polyolefinherstellungssystem der vorliegenden Erfindung wird Polyolefin, d. h. ein Olefinpolymer (Olefinhomopolymer, Olefincopolymer) durch Polymerisation eines oder mehrerer Olefine hergestellt (Homopolymerisation oder Copolymerisation). Beispiele von in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Olefinen sind Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 5-Methyl-1-hexen, 1-Hexen, 1-Hegten and 1-Okten.
  • Es können ein oder mehrere dieser Olefine verwendet werden. Außerdem kann in jedem Polymerisationsschritt ein anderes Olefin verwendet werden. In Fällen, in denen die Polymerisation als mehrstufiger Prozess ausgeführt wird, kann in jeder Stufe ein anderes Olefin verwendet werden. Beispiele geeigneter Olefinkombinationen für den Fall, dass zwei oder mehr Olefine verwendet werden, sind Propylen/Ethylen, Propylen/1-Buten, Propylen/Ethylen/1-Buten, Ethylen/1-Buten, Ethylen/1-Hexen und Ethylen/1-Okten. Außer Olefinen können gleichzeitig auch verschiedene Copolymerkomponenten, wie beispielsweise Diene, verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß können vorteilhaft Olefinpolymere (Homopolymere, Copolymere) hergestellt werden, wie beispielsweise Propylenhomopolymere, Propylen/Ethylen-Copolymere, Propylen/1-Buten-Copolymere und Propylen/Ethylen/1-Buten-Copolymere. Die Herstellung von Olefinpolymeren, die durch eine mehrstufige Polymerisation erhalten werden, bei der die Anteile der die Polymerkomponenten bildenden Monomereinheiten sich in den jeweiligen Stufen unterscheiden, ist beson ders bevorzugt. Beispielsweise kann ein mehrstufig polymerisiertes Olefin-Copolymer hergestellt werden durch Zuführen eines Olefintyps zu einem Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 und zu einem Olefinpolymerisationsreaktor 10A zum Ausbilden von Homopolymerpartikeln oder Copolymerisieren des ersten Olefins mit einer kleinen Menge eines anderen Olefins zum Ausbilden von Random-Copolymerpartikeln und anschließendes Zuführen von zwei oder mehr Olefintypen in einer nachfolgenden Stufe zu diesen Polymerpartikeln in einem weiteren Olefinpolymerisationsreaktor, z. B. einem Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 oder einem Olefinpolymerisationsreaktor 10A. Dies führt zu einer schmalen Verweilzeitverteilung im Olefinpolymerisationsreaktor 10A, wodurch es einfach wird, ein festes Zusammensetzungsverhältnis innerhalb der Polymerpartikel zu erzielen. Dieses Verfahren ist besonders wirksam zum Vermindern von Gießdefekten.
  • Beispiele derartiger Polymere sind Propylen-Propylen/Ethylenpolymere, Propylen-Propylen/Ethylen-Propylen/Ethylenpolymere, Propylen/Ethylen-Propylen/Ethylenpolymere und Propylen-Propylen/Ethylen/1-Butenpolymere. Hier bezeichnen ein Strich (”–”) die Grenze zwischen Polymeren, und ein Schrägstrich (”/”) bezeichnet, dass zwei oder mehr Olefine innerhalb des Polymers copolymerisiert sind. Hierbei ist die Herstellung von auf mehrstufig polymerisiertem Propylen basierenden Copolymeren bevorzugt, die Polymere mit Monomereinheiten auf Propylenbasis sind und als ”schlagzähes Polypropylen” (in Japan gewöhnlich auch als ”Polypropylen-Blockcopolymere”) bezeichnet werden und kristalline Polymersegmente auf Propylenbasis und amorphe Polymersegmente auf Propylenbasis aufweisen. Ein auf mehrstufig polymerisiertem Propylen basierendes Copolymer kann durch eine kontinuierliche mehrstufige Polymerisation in einer beliebigen Folge von kristallinen Homopropylensegmenten oder Random-Copolymerseg menten, die durch Copolymerisieren einer kleinen Menge eines von Propylen verschiedenen Olefins erhalten werden, mit amorphen Kautschuksegmenten hergestellt werden, die von Ethylen, Propylen und als optionale Komponente einem von Ethylen und Propylen verschiedenen Olefin bei Anwesenheit der jeweiligen Polymere copolymerisiert werden. Ein derartiges Copolymer hat eine intrinsische Viskosität, gemessen in 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalen bei 135°C, die vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 100 dl/g liegt. Dieses auf mehrstufig polymerisiertem Propylen basierende Copolymer hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Steifigkeit und Schlagfestigkeit und kann daher in Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Stoßstangen und Türverkleidungen, und in verschiedenen Verpackungsbehältern, z. B. in sterilisierbaren Lebensmittelverpackungsbehältern, verwendet werden.
  • Außerdem können im Olefinpolymerisationsreaktor und im Polyolefinherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung zum Verbreitern der Molekulargewichtverteilung des Olefinpolymers die in den jeweiligen Polymerisationsschritten hergestellten Olefinpolymerkomponenten verschiedene Molekulargewichte haben. Die vorliegende Erfindung ist außerdem vorteilhaft zum Herstellen von Olefinpolymeren mit einer breiten Molekulargewichtverteilung. Beispielsweise liegt die durch die vorstehend beschriebenen Messungen erhaltene intrinsische Viskosität für die Polymerkomponente, die in dem Polymerisationsschritt erhalten wird, in dem die Polymerkomponente mit dem höchsten Molekulargewicht hergestellt wird, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 100 dl/g, bevorzugter 1 bis 50 dl/g und noch bevorzugter 2 bis 20 dl/g. Diese intrinsische Viskosität ist mindestens fünfmal so groß wie die intrinsische Viskosität der Polymerkomponente, die in dem Polymerisationsschritt erhalten wird, in dem die Polymerkomponente mit dem niedrigsten Molekulargewicht erzeugt wird. Durch die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft ein Olefinpolymer hergestellt werden, beidem die Menge der Polymerkomponente, die in dem Polymerisationsschritt erhalten wird, in dem die Polymerkomponente mit dem höchsten Molekulargewicht erzeugt wird, im Bereich von 0,1 bis 80 Gew.-% des Olefinpolymers liegt.
  • Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Olefinpolymerisationskatalysator kann ein für die Olefinpolymerisation verwendeter bekannter Zusatz-Polymerisationskatalysator sein. Beispiele sind Feststoffkatalysatoren des Zieglertyps, die durch Inkontaktbringen einer Feststoffkatalysatorkomponente, die Titan, Magnesium, ein Halogen und einen Elektronendonator enthält (und nachstehend als Katalysatorkomponente ”A” bezeichnet wird) mit einer Organoaluminiumverbindungskomponente und einer Elektronendonatorkomponente hergestellt werden; und Feststoffkatalysatoren des Metallocentyps, die durch Aufbringen einer Metallocenverbindung und einer Cokatalysatorverbindung auf einem Granulatträger hergestellt wird. Außerdem können Kombinationen dieser Katalysatoren verwendet werden.
  • Herkömmlich als Titan-Magnesium-Verbundkatalysatoren bezeichnete Katalysatoren können als Katalysatorkomponente ”A” verwendet werden, die bei der Herstellung von Feststoffkatalysatoren des Zieglertyps verwendet wird. Dieser Verbundkatalysator kann durch Inkontaktbringen einer Titanverbindung, einer Magnesiumverbindung und eines Elektronendonators wie nachstehend beschrieben erhalten werden.
  • Zum Herstellen der Katalysatorkomponente ”A” verwendbare Titanverbindungen sind beispielsweise Titanverbindungen mit der allgemeinen Formel Ti(OR1)aX4-a (wobei R1 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, X ein Halogenatom und der Buchstabe ”a” eine Zahl bezeichnen, wobei 0 ≤ a ≤ 4 ist). Beispiele sind tetrahalogenierte Titanver bindungen, wie beispielsweise Titantetrachlorid; trihalogenierte Alkoxytitanverbindungen, wie beispielsweise Ethoxytitantrichlorid und Butoxytitantrichlorid; dihalogenierte Dialkoxytitanverbindungen, wie beispielsweise Diethoxytitandichlorid und Dibutoxytitandichlorid; monohalogenierte Trialkoxytitanverbindungen, wie beispielsweise Triethoxytitan chlorid und Tributoxytitanchlorid; und Tetraalkoxytitanverbindungen, wie beispielsweise Tetraethoxytitan und Tetrabutoxytitan. Diese Titanverbindungen können alleine oder als Kombinationen von zwei oder mehr Verbindungen verwendet werden.
  • Beispiele von Magnesiumverbindungen, die zum Herstellen der Katalysatorkomponente ”A” verwendbar sind, sind solche, die eine Magnesium-Kohlenstoff-Bindung oder eine Magnesium-Wasserstoff-Bindung aufweisen und ein Reduktionsvermögen besitzen, und Magnesiumverbindungen, die kein Reduktionsvermögen besitzen. Beispiele von Magnesiumverbindungen, die ein Reduktionsvermögen besitzen, sind Dialkylmagnesiumverbindungen, wie beispielsweise Dimethylmagnesium, Diethylmagnesium, Dibutylmagnesium und Butylethylmagnesium; Alkylmagnesiumhalogenide, wie beispielsweise Butylmagnesiumchlorid; Alkylalkoxymagnesiumverbindungen, wie beispielsweise Butylethoxymagnesium; und Alkylmagnesiumhydride, wie beispielsweise Butylmagnesiumhydrid. Diese Magnesiumverbindungen, die ein Reduktionsvermögen besitzen, können in der Form einer komplexen Verbindung mit einer Organoaluminiumverbindung verwendet werden.
  • Beispiele von Magnesiumverbindungen, die kein Reduktionsvermögen besitzen, sind dihalogenierte Magnesiumverbindungen, wie beispielsweise Magnesiumdichlorid; Alkoxymagnesiumhalogenide, wie beispielsweise Methoxymagnesiumchlorid, Ethoxymagnesiumchlorid und Butoxymagnesiumchlorid; Dialkoxymagnesiumverbindungen, wie beispielsweise Diethoxymagnesium und Dibutoxymagnesium; und Magnesiumcarboxylate, wie beispielsweise Magnesiumlaurat und Magnesiumstearat. Diese Magnesiumverbindungen, die kein Reduktionsvermögen aufweisen, können Verbindungen sein, die entweder im Voraus oder während der Herstellung der Katalysatorkomponente ”A” durch ein bekanntes Verfahren von einer Magnesiumverbindung synthetisiert werden, die ein Reduktionsvermögen aufweist.
  • Beispiele von Elektronendonatoren, die zum Herstellen der Katalysatorkomponente ”A” verwendbar sind, sind sauerstoffhaltige Elektronendonatoren, wie beispielsweise Alkohole, Phenole, Ketone, Aldehyde, Carboxylsäuren, Ester von organischen oder anorganischen Säuren, Ether, Säureamide und Säureanhydride; stickstoffhaltige Elektronendonatoren, wie beispielsweise Ammoniak, Amine, Nitrile und Isocyanate; und organische Säurehalogenide. Von diesen Elektronendonatoren ist die Verwendung von anorganischen Säureestern, organischen Säureestern und Ethern bevorzugt.
  • Beispiele bevorzugter anorganischer Säureester sind Siliziumverbindungen mit der allgemeinen Formel R2 nSi(OR3)4-n (wobei R2 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder einem Wasserstoffatom, R3 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und der Buchstabe ”n” eine Zahl bezeichnen, wobei 0 ≤ n ≤ 4 ist). Beispiele sind Tetraalkoxysilane, wie beispielsweise. Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan und Tetrabutoxysilan; Alkyltrialkoxysilane, wie beispielsweise Methyltrimethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Butyltrimethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan, t-Butyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Ethyltriethoxysilan, Butyltriethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan und t-Butyltriethoxysilan; und Dialkyldialkoxysilan, wie beispielsweise Dimethyldimethoxysilan, Diethyldimethoxsilan, Dibutyldimethoxysilan, Diisobutyldimethoxysilan, di-t-Butyldimethoxysilan, Butylmethyldimethoxysilan, Butylethyldimethoxysilan, t-Butylmethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Diethyldiethoxysilan, Dibutyldiethoxysilan, Diisobutyldiethoxysilan, di-t-Butyldiethoxysilan, Butylmethyldiethoxysilan, Butylethyldiethoxysilan und t-Butylmethyldiethoxysilan.
  • Beispiele bevorzugter organischer Säureester sind monofunktionelle and polyfunktionelle Carboxylsäureester, wie beispielsweise aliphatische Carboxylsäureester, alicyclische Carboxylsäureester und aromatische Carboxylsäurester. Beispiele sind Methylacetat, Ethylacetat, Methylpropionat, Ethylpropionat, Ethylbutyrat, Ethylvalerat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylbenzoat, Butylbenzoat, Methyltoluat, Ethyltoluat, Ethylanisat, Diethylsuccinat, Dibutylsuccinat, Diethylmalonat, Dibutylmalonat, Dimethylmaleat, Dibutylmaleat, Diethylitaconat, Dibutylitaconat, Diethylphthalat, di-n-Butylphthalat und Diisobutylphthalat. Bevorzugte Beispiele sind ungesättigte aliphatische Carboxylsäureester, wie beispielsweise Methacrylsäureester, und Phthalsäureester, wie beispielsweise Maleinsäureester. Phthalsäurediester sind am meisten bevorzugt.
  • Beispiele von Ethern sind Dialkylether, wie beispielsweise Diethylether, Dibutylether, Diisobutylether, Diamylether, Diisoamylether, Methylbutylether, Methylisoamylether und Ethylisobutylether. Bevorzugte Beispiele sind Dibutylether und Diisoamylether.
  • Beispiele organischer Säurehalogenide sind mono- und polyfunktionelle Carboxylsäurehalogenide, wie beispielsweise aliphatische Carboxylsäurehalogenide, alicyclische Carboxylsäurehalogenide und aromatische Carboxylsäurehalogenide. Beispiele sind Acetylchlorid, Propionylchlorid, Butyrylchlorid, Valeroylchlorid, Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid, Benzoylchlorid, Toluoylchlorid, Anisoylchlorid, Succinylchlorid, Malonylchlorid, Maleylchlorid, Itaconylchlorid und Phthaloylchlorid. Bevorzugte Beispiele sind aromatische Carboxylsäurechloride, wie beispielsweise Benzoylchlorid, Toluoylchlorid und Phthaloylchlorid. Phthaloylchlorid ist besonders bevorzugt.
  • Nachstehend werden Beispiele von Verfahren zum Herstellen der Katalysatorkomponente ”A” dargestellt:
    • (1) Veranlassen einer Reaktion zwischen einer flüssigen Magnesiumverbindung oder einer komplexen Verbindung zwischen einer Magnesiumverbindung und einem Elektronendonator mit einem Präzipitationsmittel und anschließendes Behandeln mit einer Titanverbindung oder mit einer Titanverbindung und einem Elektronendonator.
    • (2) Behandeln einer festen Magnesiumverbindung oder einer komplexen Verbindung zwischen einer festen Magnesiumverbindung und einem Elektronendonator mit einer Titanverbindung oder mit einer Titanverbindung und einem Elektronendonator.
    • (3) Veranlassen einer Reaktion zwischen einer flüssigen Magnesiumverbindung mit einer flüssigen Titanverbindung bei Anwesenheit eines Elektronendonators und Induzieren der Präzipitation eines festen Titankomplexes.
    • (4) Weiterbehandeln des im Verfahren (1), (2) oder (3) erhaltenen Reaktionsproduktes mit einer Titanverbindung oder mit einem Elektronendonator und einer Titanverbindung.
    • (5) Ein Verfahren, in dem ein Feststoffprodukt, das durch Reduzieren einer Alkoxytitanverbindung mit einer Organomagnesiumverbindung, wie beispielsweise einem Grignard-Reaktionsmittel, bei Anwesenheit einer Organosiliziumverbindung mit einer Si-O-Bindung erhalten wird, mit einer Esterverbindung, einer Etherverbindung und Titantetrachlorid behandelt wird.
    • (6) Verfahren, in dem ein Feststoffprodukt, das durch Reduzieren einer Titanverbindung mit einer Organomagnesium verbindung bei Anwesenheit einer Organosiliziumverbindung oder einer Organosiliziumverbindung und einer Etherverbindung erhalten wird, durch aufeinanderfolgendes Zuführen einer Mischung aus einer Etherverbindung und Titantetrachlorid, gefolgt von einer organischen Säurehalogenidverbindung behandelt wird und der behandelte Feststoff anschließend mit einem Gemisch aus einer Etherverbindung und Titantetrachlorid oder einer Mischung aus einer Etherverbindung, Titantetrachlorid und einer Esterverbindung behandelt wird.
    • (7) Verfahren, in dem das Produkt der Kontaktkatalyse eines Metalloxids, von Dihydrocarvylmagnesium und eines halogenhaltigen Alkohols entweder nach einer Behandlung mit einem Halogenisierungsmittel oder ohne eine derartige Behandlung mit einem Elektronendonator und einer Titanverbindung in Kontakt gebracht wird.
    • (8) Verfahren, in dem eine Magnesiumverbindung, wie beispielsweise das Magnesiumsalz einer organischen Säure oder ein Alkoxymagnesium, entweder nach einer Behandlung mit einem Halogenisierungsmittel oder ohne eine derartige Behandlung mit einem Elektronendonator und einer Titanverbindung in Kontakt gebracht wird
    • (9) Behandeln der Verbindung, die durch eines der Verfahren (1) bis (8) erhalten wurde, mit einem Halogen, einer Halogenverbindung oder einem aromatischen Kohlenwasserstoff.
  • Von den vorstehend erwähnten Verfahren zum Herstellen der Katalysatorkomponente ”A” sind die Verfahren (1) bis (6) bevorzugt. Diese Herstellungsverfahren werden allgemein in einer Inertgasatmosphäre, wie beispielsweise in einer Stickstoff- oder Argongasatmosphäre, ausgeführt.
  • Bei der Herstellung der Katalysatorkomponente ”A” werden die Titanverbindung, die Organosiliziumverbindung und die Esterverbindung vorzugsweise nach einer Lösung oder Verdünnung in einem geeigneten Lösungsmittel verwendet. Exem plarische Beispiele derartiger Lösungsmittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Hexan, Heptan, Oktan und Dekan; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Toluol und Xylol; alicyclische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Cyclohexan, Methylcyclohexan und Dekalin; und Etherverbindungen, wie beispielsweise Diethylether, Dibutylether, Diisoamylether und Tetrahydrofuran.
  • Bei der Herstellung der Katalysatorkomponente ”A” liegt die Temperatur der Reduktionsreaktion, in der eine Organomagnesiumverbindung verwendet wird, allgemein im Bereich von –50 bis +70°C. Hinsichtlich der Katalysatoraktivität und der Kosten liegt die Temperatur vorzugsweise im Bereich von –30 bis +50°C und bevorzugter im Bereich von –25 bis +35°C. Die Zeitdauer für eine tropfenweise Zugabe der Organomagnesiumverbindung liegt allgemein im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 12 Stunden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Nach dem Abschluss der Reduktionsreaktion können nachfolgende Reaktionen bei einer Temperatur von 20 bis 120°C ausgeführt werden.
  • Bei der Herstellung der Katalysatorkomponente ”A” kann die Reduktionsreaktion bei Anwesenheit eines porösen Materials ausgeführt werden, wie beispielsweise eines anorganischen Oxids oder eines organischen Polymers, um zu ermöglichen, dass das Feststoffprodukt in das poröse Material imprägniert wird. Derartige poröse Materialien haben vorzugsweise ein Porenvolumen von mindestens 0,3 ml/g bei einem Porenradius von 20 bis 200 nm und eine mittlere Partikelgröße von 5 bis 300 μm. Beispiele poröser anorganischer Oxide sind SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, ZrO2 und Verbundoxide davon. Beispiele poröser Polymere sind poröse Polymere auf Polystyrolbasis, wie beispielsweise Polystyrol und Styrol-Divinylbenzol-Copolymere; poröse Polymere auf Polyacrylatesterbasis, wie beispielsweise Polyethylacrylat, Methylacrylat-Divinylben zol-Copolymere, Polymethylmethacrylat und Methylmethacrylat-Divinylbenzol-Copolymere; und poröse Polymere auf Polyolefinbasis, wie beispielsweise Polyethylen, Ethylen-Methylacrylat-Copolymere und Polypropylen. Von diesen porösen Substanzen sind SiO2, Al2O3 und Styrol-Divinylbenzol-Copolymere bevorzugt.
  • Die bei der Herstellung des Ziegler-Feststoffkatalysators verwendete Organoaluminiumverbindung weist mindestens eine Aluminium-Kohlenstoff-Bindung auf dem Molekül auf und kann typischerweise eine der allgemeinen Formeln haben. R4 mAlY3-m R5R6Al-O-AlR7R8
  • In den vorstehenden Formeln bezeichnen R4 bis R8 jeweils Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, und Y ist ein Halogenatom, Wasserstoff oder eine Alkoxygruppe. R4 bis R8 können jeweils gleich oder verschieden sein. Der Buchstabe m ist eine Zahl, für die die Beziehung 2 ≤ m ≤ 3 gilt.
  • Exemplarische Beispiele der Organoaluminiumverbindungskomponente sind Trialkylaluminium, wie beispielsweise Triethylaluminium und Triisobutylaluminium; Dialkylaluminiumhydride, wie beispielsweise Diethylaluminiumhydrid und Diisobutylaluminiumhydrid; Dialkylaluminumhalogenide, wie beispielsweise Diethylaluminiumchlorid und Diisobutylaluminiumchlorid; Gemische von einem Trialkylaluminium mit einem Dialkylaluminiumhalogenid, wie beispielsweise ein Gemisch aus Triethylaluminium mit Diethylaluminiumchlorid; und Alkylalumoxane, wie beispielsweise Tetraethyldialumoxan und Tetrabutyldialumoxan. Von diesen Organoaluminiumverbindungen ist die Verwendung von einem Trialkylaluminium, einem Gemisch aus einem Trialkylaluminium mit einem Dialkylaluminiumhalogenid oder einem Alkylalumoxan bevorzugt. Die Verwen dung von Triethylaluminium, Triisobutylaluminium, eines Gemischs aus Triethylaluminium und Diethylaluminiumchlorid oder Tetraethyldialumoxan ist besonders bevorzugt.
  • Beispiele der bei der Herstellung eines Ziegler-Feststoffkatalysators verwendeten Elektronendonatorkomponente sind die folgenden üblicherweise verwendeten Elektronendonatoren: sauerstoffhaltige Elektronendonatoren, wie beispielsweise Alkohole, Phenole, Ketone, Aldehyde, Carboxylsäuren, die Ester von organischen oder anorganischen Säuren, Ester, Säureamide und Säureanhydride und stickstoffhaltige Elektronendonatoren, wie beispielsweise Ammoniak, Amine, Nitrile und Isocyanate. Von diesen Elektronendonatorkomponenten sind anorganische Säureester und Ether bevorzugt.
  • Beispiele bevorzugter anorganischer Säureester sind Siliziumverbindungen der allgemeinen Formel R9 nSi(OR10)4-n (wobei R9 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder einem Wasserstoffatom, R10 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und der Buchstabe n die Beziehung 0 ≤ n < 4 erfüllt). Exemplarische Beispiele sind Tetrabutoxysilan, Butyltrimethoxysilan, tert-Butyl-n-propyldimethoxysilan, Dicyclopentyldimethoxysilan und Cyclohexylethyldimethoxysilan.
  • Beispiele bevorzugter Ether sind Dialkylether und Dietherverbindungen der allgemeinen Formel
    Figure 00370001
  • In der vorstehenden Formel sind R11 bis R14 jeweils unabhängig voneinander ein lineares oder verzweigtes Alkyl, alicyclischer Kohlenwasserstoff, Aryl oder eine Aralkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, obgleich R11 oder R12 ein Wasserstoffatom sein kann. Exemplarische Beispiele sind Dibutylether, Diamylether, 2,2-Diisobutyl-1,3-dimethoxypropan und 2,2-Dicyclopentyl-1,3-dimethoxypropan.
  • Von diesen Elektronendonatorkomponenten ist eine Organosiliziumverbindung mit der allgemeinen Formel R15R16Si(OR17)2 besonders bevorzugt. In dieser Formel bezeichnet R15 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei die dem Silizium benachbarten Kohlenstoffatome sekundär oder tertiär sind. Exemplarische Beispiele sind Alkylgruppen mit verzweigten Ketten, wie beispielsweise Isopropyl, sec-Butyl, tert-Butyl und tert-Amyl; Cycloalkylgruppen, wie beispielsweise Cyclopentyl und Cyclohexyl; Cycloalkenylgruppen, wie beispielsweise Cyclopentenyl; und Arylgruppen, wie beispielsweise Phenyl und Tolyl. In dieser Formel bezeichnet R15 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenwasserstoffen, von denen exemplarische Beispiele Alkylgruppen mit geraden Ketten, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und Pentyl; verzweigte Alkylgruppen, wie beispielsweise Isopropyl, sec-Butyl, tert-Butyl und tert-Amyl; Cycloalkylgruppen, wie beispielsweise Cyclopentyl und Cyclohexyl; Cycloalkenylgruppen, wie beispielsweise Cyclopentenyl; und Arylgruppen, wie beispielsweise Phenyl und Tolyl sind. Außerdem bezeichnet in der vorstehenden Formel R17 eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und ist vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Exemplarische Beispiele von Organosiliziumverbindungen, die als derartige Elektronendonatorkomponenten verwendbar sind, sind tert-Butyl-n-propyldimethoxysilan, Dicyclopentyldimethoxysilan und Cyclohexylethyldimethoxysilan.
  • Bei der Herstellung eines Ziegler-Feststoffkatalysators wird die Organoaluminiumverbindungskomponente in einer Menge pro Mol Titanatomen in der Katalysatorkomponente ”A” von allgemein 1 bis 1000 Mol und vorzugsweise 5 bis 800 Mol verwendet. Die Elektronendonatorkomponente wird in einer Menge pro Mol Titanatomen in der Katalysatorkomponente ”A” von allgemein 0,1 bis 2000 Mol, vorzugsweise von 0,3 bis 1000 Mol und noch bevorzugter von 0,5 bis 800 Mol verwendet.
  • Die Katalysatorkomponente ”A”, die Organoaluminiumverbindungskomponente und die Elektronendonatorkomponente können wechselseitig miteinander in Kontakt gebracht werden, bevor sie dem mehrstufigen Polymerisationsreaktor zugeführt werden, oder können dem mehrstufigen Polymerisationsreaktor separat zugeführt und dann innerhalb des Reaktors miteinander in Kontakt gebracht werden. Alternativ können zunächst zwei beliebige dieser Komponenten miteinander in Kontakt gebracht werden, woraufhin die restliche Komponente in Kontakt gebracht wird, oder die jeweiligen Komponenten können in mehreren getrennten Abschnitten wechselseitig miteinander in Kontakt gebracht werden.
  • Beispiele von Metallocenverbindungen, die zum Herstellen des Feststoffkatalysators des Metallocentyps verwendbar sind, sind Übergangsmetallverbindungen mit der folgenden allgemeinen Formel. LxM
  • In der Formel bezeichnen M ein Übergangsmetall, x eine Zahl, die die atomare Valenz des Übergangsmetalls M erfüllt, und L einen dem Übergangsmetall angepassten Ligand. Mindestens ein Ligand L ist ein Ligand mit einem Cyclopentadienylskelett.
  • Das Übergangsmetall M ist vorzugsweise ein Atom der Gruppen 3 bis 6 der Periodentabelle der Elemente (IUPAC 1989) und bevorzugter Titan, Zirkonium oder Hafnium.
  • Beispiele von Liganden L mit einem Cyclopentadienylskelett sind (substituierte) Cyclopentadienylgruppen, (substituierte) Indenylgruppen und (substituierte) Fluore nylgruppen. Exemplarische Beispiele sind Cyclopentadienyl, Methylcyclopentadienyl, tert-Butylcyclopentadienyl, Dimethylcyclopentadienyl, tert-Butyl-Methylcyclopentadienyl, Methyl-Isopropylcyclopentadienyl, Trimethylcyclopentadienyl, Tetramethylcyclopentadienyl, Pentamethylcyclopentadienyl, Indenyl, 4,5,6,7-Tetrahydroindenyl, 2-Methylindenyl, 3-Methylindenyl, 4-Methylindenyl, 5-Methylindenyl, 6-Methylindenyl, 7-Methylindenyl, 2-tert-Butylindenyl, 3-tert-Butylindenyl, 4-tert-Butylindenyl, 5-tert-Butylindenyl, 6-tert-Butylindenyl, 7-tert-Butylindenyl, 2,3-Dimethyindeyl, 4,7-Dimethylindenyl, 2,4,7-Trimethylindenyl, 2-Methyl-4-isopropylindenyl, 4,5-Benzindenyl, 2-Methyl-4,5-benzindenyl, 4-Phenylindenyl, 2-Methyl-5-phenylindenyl, 2-Methyl-4-phenylindenyl, 2-Methyl-4-naphthylindenyl, Fluorenyl, 2,7-Dimethylfluorenyl, 2,7-di-tert-Butylfluorenyl und substituierte Versionen der vorstehenden Komponenten. In Fällen, in denen mehrere Liganden mit einem Cyclopentadienylskelettt vorliegen, können diese Liganden wechselseitig ähnlich oder unähnlich sein.
  • Von Liganden mit einem Cyclopentadienylskelett verschiedene Liganden L sind beispielsweise Heteroatom tragende Gruppen, Halogenatome und Kohlenwasserstoffgruppen (ausgenommen Gruppen mit einem cyclopentadien-ähnlichen Anionenskelett).
  • Beispiele von Heteroatomen in der Heteroatom tragenden Gruppe sind Sauerstoff-, Schwefel-, Stickstoff- und Phosphoratome. Beispiele derartiger Gruppen sind Alkoxygruppen, Aryloxygruppen, Thioalkoxygruppen, Thioaryloxygruppen, Alkylaminogruppen, Arylaminogruppen, Alkylphosphinogruppen, Arylphosphinogruppen und aromatische oder aliphatische heterocyclische Gruppen, die auf dem Ring mindestens ein Atom aufweisen, das aus Sauerstoff-, Schwefel-, Stickstoff- und Phosphoratomen ausgewählt wird. Exemplarische Beispiele der Halogenatome sind Fluor-, Chlor-, Brom- und Jodatome. Beispiele der Kohlenwasserstoffgruppen sind Alkyl-, Aralkyl-, Aryl- und Alkenylgruppen.
  • Zwei oder mehr Liganden L können direkt miteinander verbunden werden oder können über einen Rest miteinander verbunden werden, der mindestens einen Atomtyp aufweist, der aus Kohlenstoff-, Silizium-, Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefel- und Phosphoratomen ausgewählt wird. Exemplarische Beispiele derartiger Reste sind Alkylengruppen, wie beispielsweise Methylen, Ethylen und Propylen; substituierte Alkylengruppen, wie beispielsweise Dimethylmethylen (Isopropyliden) und Diphenylmethylen; Silylengruppen; substituierte Silylengruppen, wie beispielsweise Dimethylsilylen, Diethylsilylen, Diphenylsilylen, Tetramethyldisilylen und Dimethoxysilylen; und Heteroatome, wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor. Darunter sind Methylen, Ethylen, Dimethylmethylen (Isopropyliden), Diphenylmethylen, Dimethylsilylen, Diethylsilylen, Diphenylsilylen und Dimethoxysilylen besonders bevorzugt.
  • Exemplarische Beispiele von Metallocenverbindungen sind Bis(cyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, Bis(methylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, Bis(indenyl)zirkoniumdichlorid, Bis(4,5,6,7-tetrahydroindenyl)zirkoniumdichlorid, Ethylenbis(indenyl)zirkoniumdichlorid, Dimethylsilylen-bis(trimethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, Dimethylsilylenbis(indenyl)zirkoniumdichlorid und Dimethylsilyl(tetramethylcyclopentadienyl)(3,5-di-tert-butyl-2-phenoxy)titandichlorid. Weitere Beispiele sind Verbindungen, in denen das Dichlorid durch Dimethoxid- oder Diphenoxidgruppen substituiert worden ist.
  • Cokatalysatorkomponenten, die bei der Herstellung von Feststoffkatalysatoren des Metallocentyps verwendbar sind, sind Organoaluminiumoxidverbindungen, Organoaluminiumverbindungen und Borverbindungen.
  • Exemplarische Beispiele der Organoaluminiumoxidverbindungen sind Tetramethyldialuminoxan, Tetraethyldialuminoxan, Tetrabutyldialuminoxan, Tetrahexyldialuminoxan, Methylaluminoxan, Ethylaluminoxan, Butylaluminoxan und Hexylaluminoxan.
  • Exemplarische Beispiele von Organoaluminiumverbindungen sind Trimethylaluminium, Triethylaluminium, tri-n-Butylaluminium, Triisobutylaluminium und tri-n-Hexylaluminium.
  • Exemplarische Beispiele von Borverbindungen sind Tris(pentafluorophenyl)boran, Triphenylcarbeniumtetrakis(pentafluorophenyl)borat, Tri(n-butyl)ammoniumtetrakis(pentafluorophenyl)borat und N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorophenyl)borat.
  • Der bei der Herstellung von Feststoffkatalysatoren des Metallocentyps verwendbare Granulatträger ist vorzugsweise eine poröse Substanz, z. B. ein anorganisches Oxid, wie beispielsweise SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, TiO2, B2O3, CaO, ZnO, BaO und ThO2; Ton oder tonhaltige Mineralien, wie beispielsweise Smektit, Montmorillonit, Hektorit, Laponit und Saponit; und organische Polymere, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und Styrol-Divinylbenzol-Copolymer.
  • Beispiele geeigneter Feststoffkatalysatoren des Metallocentyps sind die beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S60-35006 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S60-35007 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S60-35008 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S61-108610 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S61-276805 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S61-296008 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. S63-89505 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H3-234709 , in der japanischen Übersetzung der PCT Anmeldung Nr. H5-502906 , in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H6-336502 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H7-224106 erwähnten Katalysatoren.
  • Wenn ein Feststoffkatalysator des Metallocentyps bei der Olefinpolymerisation verwendet wird, kann gegebenenfalls zusammen damit eine Cokatalysatorkomponente, wie beispielsweise eine Organoaluminiumverbindung oder eine Borverbindung, verwendet werden. In diesen Fällen können der Feststoffkatalysator des Metallocentyps und die Cokatalysatorkomponente in wechselseitigen Kontakt gebracht werden, bevor sie dem Polymerisationsreaktor zugeführt werden, oder können getrennt in den Polymerisationsreaktor eingebracht und dann innerhalb des Reaktors miteinander in Kontakt gebracht werden. Alternativ können die jeweiligen Komponenten in mehreren getrennten Abschnitten miteinander in wechselseitigen Kontaktgebracht werden.
  • Der massenmittlere Partikeldurchmesser des vorstehend erwähnten Olefinpolymerisationskatalysators liegt allgemein im Bereich von 5 bis 150 μm. Insbesondere in einem Gasphasenpolymerisationsreaktor ist es zum Unterdrücken der Partikelstreuung in den Außenraum des Reaktors bevorzugt, einen Katalysator mit einem massenmittleren Partikeldurchmesser von vorzugsweise mindestens 10 μm und bevorzugter mindestens 15 μm zu verwenden. Der Polymerisationskatalysator kann in der vorliegenden Ausführungsform Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise ein Fluidisierungshilfsmittel und einen antistatischen Zusatzstoff. Zusammen mit der vorliegenden Ausführungsform des Polymerisationskatalysators kann außerdem ein Kettenübertragungsmittel, z. B. Wasserstoff, zum Einstellen des Molekulargewichts des Polymers verwendet werden.
  • Der Olefinpolymerisationskatalysator kann ein sogenannter Vorpolymerisationskatalysator sein, der zunächst eine Polymerisation in einer kleinen Olefinmenge induziert. Beispiele von Olefinen, die in der Vorpolymerisation verwendbar sind, sind Olefine, die in der vorstehend beschriebenen Polymerisation verwendbar sind. In diesem Fall kann ein einzelner Olefintyp alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr verschiedene Olefine zusammen verwendet werden.
  • Verfahren zum Herstellen des Vorpolymerisationskatalysators sind beispielsweise Suspensionspolymerisation und Gasphasenpolymerisation. Darunter ist Suspensionspolymerisation bevorzugt. Die Verwendung dieser Verfahren bei der Herstellung ist manchmal wirtschaftlich vorteilhaft. Die Herstellung kann unter Verwendung eines Batch-Systems, eines Semi-Batch-Systems oder eines kontinuierlichen Systems ausgeführt werden.
  • Der massenmittlere Partikeldurchmesser des Vorpolymerisationskatalysators beträgt vorzugsweise 5 bis 1000 μm. Insbesondere in einem Gasphasenpolymerisationsreaktor beträgt der massenmittlere Partikeldurchmesser, um Streuung zur Außenseite des Reaktors zu verhindern, vorzugsweise mindestens 10 μm und bevorzugter mindestens 15 μm. Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Vorpolymerisationskatalysators, der einen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 20 μm und insbesondere nicht mehr als 10 μm hat, niedrig ist.
  • Der Polymerisationskatalysator kann als Suspension in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel oder einer ähnlichen Substanz in den Reaktor eingebracht werden. Außerdem kann die Zufuhr durch Mitreißen durch ein Monomergas oder ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, erfolgen.
  • Polyolefinherstellungsverfahren
  • Nachstehend wird das Verfahren zum Herstellen eines Polyolefins unter Verwendung eines derartigen Systems be schrieben. Zunächst werden Polyolefinpartikel, die eine Katalysatorkomponente mit einer Polymerisationsaktivität haben, unter Verwendung eines durch ein bekanntes Verfahren erhaltenen Olefinpolymerisationskatalysators im Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 hergestellt.
  • Ein olefinhaltiges Gas wird über die Leitung L30 in den Zylinder 12A im Olefinpolymerisationsreaktor 10A eingeleitet, der Druck wird auf den Polymerisationsdruck erhöht, und das Innere des Zylinders 12A wird erwärmt. Der Polymerisationsdruck, der ein beliebiger Druck innerhalb eines Bereichs sein kann, in dem das Olefin im Reaktor als eine Gasphase vorliegen kann, beträgt allgemein von Normaldruck bis 10 MPaG, vorzugsweise 0,2 bis 8 MPaG und bevorzugter 0,5 bis 5 MPaG. Bei einem Polymerisationsdruck unterhalb des Normaldrucks kann die Produktivität abnehmen. Bei einem Reaktionsdruck oberhalb von 10 MPaG können dagegen die Gerätekosten für den Reaktor hoch werden. Die Polymerisationstemperatur ändert sich gemäß dem Monomertyp, dem Molekulargewicht des Produkts und anderer Faktoren, wobei eine Temperatur, die kleiner oder gleich dem Schmelzpunkt des Olefinpolymers und vorzugsweise mindestens 10°C niedriger ist als der Schmelzpunkt, erwünscht ist. Insbesondere beträgt die Temperatur vorzugsweise 0 bis 120°C, bevorzugter 20 bis 100°C und noch bevorzugter 40 bis 100°C. Vorzugsweise wird die Polymerisation in einer Umgebung ausgeführt, die im Wesentlichen frei von Feuchtigkeit ist. Durch das Vorhandensein von Feuchtigkeit kann die Polymerisationsaktivität des Polymerisationskatalysators herabgesetzt werden. Außerdem kann durch das Vorhandensein von übermäßigem Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid im Polymerisationsreaktionssystem die Polymerisationsaktivität herabgesetzt werden.
  • Daraufhin werden Polyolefinpartikel mit einem Partikeldurchmesser von etwa 0,5 mm bis etwa 5,0 mm, die durch ein bekanntes Verfahren separat erhalten werden, dem Zylinder 12A über eine mit der Leitung L5 verbundene Zufuhrleitung L6 zugeführt. Die dem Zylinder 12A zugeführten Polyolefinpartikel sind am häufigsten Partikel, die keine Katalysatorkomponente mit einer Polymerisationsaktivität enthalten, obwohl es akzeptabel ist, wenn eine Katalysatorkomponente mit einer Polymerisationsaktivität in den Partikeln vorhanden ist.
  • Wenn dem Zylinder 12A Polyolefinpartikel über die Zu fuhrleitung L6 zugeführt werden, während ein olefinhaltiges Gas über die Leitung L30 in den Reaktionsbereich 25 eingeleitet wird, wird, wie in 1 dargestellt ist, innerhalb des Reaktionsbereichs 25 eine Strahlschicht 8 aus Polyolefinpartikeln erzeugt. D. h., unter der Wirkung des Gases von der Gaseinlassöffnung wird die Partikelkonzentration in der Nähe der Mittelachse des Zylinders 12A im Reaktionsbereich 25 verdünnt, und die Strahlschicht 8a wird ausgebildet, in der Partikel zusammen mit dem Gas nach oben strömen. Ein ringförmiges Partikelbett 8b aus Partikeln, die unter dem Einfluss der Schwerkraft in der Form eines beweglichen Bettes nach unten fallen, wird am Umfang der Strahlschicht ausgebildet, wodurch eine Zirkulationsbewegung von Partikeln innerhalb des Reaktionsbereichs 25 entsteht.
  • Die Polyolefinpartikel, die eine Katalysatorkomponente mit einer Polymerisationsaktivität haben, die in einer Stufe im Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 ausgebildet werden, in der die Strahlschicht 8 innerhalb des Reaktionsbereichs 25 ausgebildet worden ist, werden von der Leitung L5 mit einer konstanten Rate pro Zeiteinheit in den Zylinder 12A eingeleitet, womit der Dauerbetrieb des Olefinpolymerisationsreaktors 10A beginnt.
  • Ein Teil des olefinmonomerhaltigen Gases bildet den Strahlabschnitt 8a und bewegt sich über das Partikelbett, während das restliche Gas in das ringförmige Partikelbett 8b diffundiert. Auf diese Weise werden das olefinhaltige Gas und die Polyolefinpartikel, die die Katalysatorkomponente mit einer Polymerisationsaktivität aufweisen, einem Feststoff-Gas-Kontakt unterzogen, und die Wirkung des Katalysators in den Polyolefinpartikeln verursacht, dass die Olefinpolymerisationsreaktion fortgesetzt wird, wodurch ein Wachstum der Polyolefinpartikel bewirkt wird. Die Polyolefinpartikel, die innerhalb des Reaktionsbereichs 25 gewachsen worden sind, werden über das Partikelableitungsrohr 35 abgeleitet.
  • Damit sich eine stabile Strahlschicht 8 im Reaktionsbereich 25 ausbildet, ist es bevorzugt, Wenn die folgenden Betriebsbedingungen erfüllt sind; d. h., wenn die Gas-Leerrohrgeschwindigkeit U0 größer oder gleich der minimalen Gas-Leerrohrgeschwindigkeit Ums ist, bei der sich eine Strahlschicht ausbilden kann. Außer den physikalischen Eigenschaften des Pulvers und der Gase, die gehandhabt werden, wird außerdem die minimale Gas-Leerrohrgeschwindigkeit Ums durch die Form des Polymerisationsreaktors beeinflusst. Es sind verschiedene Formeln zum Berechnen der minimalen Gas-Leerrohrgeschwindigkeit Ums vorgeschlagen worden. Ein Beispiel ist die nachstehende Formel (1).
  • Figure 00470001
  • In dieser Formel bezeichnen dρ den Partikeldurchmesser, ρS die Partikeldichte, ρG die Gasdichte unter den Druck- und Temperaturbedingungen des Reaktionsbereichs, ρAIR die Dichte von Luft unter Raumtemperaturbedingungen und LS die Höhe der Strahlschicht.
  • Die Strahlschichthöhe LS im Reaktionsbereich 25 ist kleiner oder gleich der maximalen Strahlschichthöhe LSMAx, bei der die Strahlschicht sich ausbilden kann, und unter liegt keinerlei besonderen Einschränkungen, vorausgesetzt, sie ist kleiner oder gleich der maximalen Strahlschichthöhe LSMAX. Es sind verschiedene Formeln zum Berechnen der maximalen Strahlschichthöhe LSMAX vorgeschlagen worden, von denen eine die nachstehende Formel (2) ist.
  • Figure 00480001
  • In dieser Formel bezeichnen ut die Endgeschwindigkeit der Partikel und umf die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit.
  • Hinsichtlich der Volumeneffizienz und der Ermöglichung der Ausbildung einer stabileren Strahlschicht ist es bevorzugt, wenn die Strahlschichthöhe LS größer ist als das rohrförmige Leitblech 30.
  • Mit der vorliegenden Ausführungsform des Olefinpolymerisationsreaktors 10A können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Weil das olefinhaltige Gas dem ringförmigen Partikelbett 8b über mehrere Durchgangslöcher 30b zugeführt wird, kann auch bei vergleichsweise großen Partikeln eine ausreichende Fluidisierung bei einer kleinen Gaszufuhrmenge erzielt werden. Gleichzeitig nimmt der Feststoff-Gas-Kontaktwirkungsgrad im ringförmigen Partikelbett 8b zu. Außerdem kann, weil das Gas innerhalb des Reaktionsbereichs 25 über die seitlich angeordnete Gasauslassdüse 70 abgeleitet werden kann, die zum ringförmigen Partikelbett 8b der Strahlschicht 8 diffundierende Gasmenge erhöht und ein ausreichend hoher Feststoff-Gas-Kontaktwirkungsgrad zwischen den Partikeln und dem olefinhaltigen Gas erzielt werden. Infolgedessen können Polyolefinpartikel effizient gewachsen werden.
  • Außerdem kann die Partikelverweilzeitverteilung in der innerhalb des Zylinders 12A des Olefinpolymerisationsreaktors 10A ausgebildeten Strahlschicht im Vergleich zu derjenigen in der Wirbelschicht verschmälert werden. Daher kann bei der kontinuierlichen Herstellung von Olefinpolymer Olefinpolymer mit einer ausgezeichneten Strukturgleichmäßigkeit beispielsweise hergestellt werden durch Ausführen einer Polymerisation in einer mehrstufigen Anordnung von Olefinpolymerisationsreaktoren 10A. Außerdem kann, wenn die Herstellungsbedingungen geändert werden sollen, weil vor der Änderung der Bedingungen polymerisierte Polyolefinpartikel leicht vom Reaktor abgeleitet werden können, die dadurch erhaltene Produktmenge, die vorgegebene Spezifikationen nicht erfüllt, auf ein vorgegebenes Maß begrenzt werden. Außerdem kann durch Bereitstellen der Ablenkeinrichtungen 20 zum Unterdrücken der Streuung hervorsprudelnder Partikel der Freeboard-Abstand verkleinert werden, wodurch eine hohe Volumeneffizienz erzielt werden kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • Ein in 3 dargestelltes Herstellungssystem 100B weist einen Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 und einen Olefinpolymerisationsreaktor 10B auf. Der Olefinpolymerisationsreaktor 10B unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen Reaktor 10A darin, dass ein Leitrohr T1 im Reaktionsbereich 25 bereitgestellt wird. Durch die Verwendung des Leitrohrs T1 kann innerhalb des Reaktionsbereichs 25 eine Strahlschicht mit einer ausgezeichneten Stabilität ausgebildet und der Druckverlust weiter vermindert werden.
  • Der Reaktor 10B verwendet das im Reaktionsbereich 25 angeordnete Leitrohr T1, wodurch eine Gaszusammensetzung im Leitrohr T1 erhalten werden kann, die sich von der Gaszusammensetzung außerhalb des Leitrohrs T1 unterscheidet. Der Reaktor 103 weist eine mit dem Inneren des Leitrohrs T1 kommunizierende Rohrleitung L25 auf, und Gas oder eine Flüssigkeit wird über dieser Rohrleitung in das Leitrohr T1 eingeleitet. Beispielsweise kann, indem im Inneren des Leitrohrs T1 eine Gaszusammensetzung bereitgestellt wird, die einen Wasserstoffanteil enthält, der niedriger ist als derjenige in der Gaszusammensetzung außerhalb des Leitrohrs, ein Polymer mit einem vergleichsweise höhen Molekulargewicht im Leitrohr T1 erzeugt werden. Durch wiederholtes Bewegen der Partikel durch Bereiche mit verschiedenen Gaszusammensetzungen, um zu veranlassen, dass die Partikel allmählich wachsen, kann die Molekulargewichtverteilung des Polymers gesteuert werden und können Partikel mit einer ausgezeichneten Strukturgleichmäßigkeit erzeugt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nachstehend wird eine bevorzugte Anordnung des Polyolefinherstellungssystems, bei der ein Massepolymerisationsreaktor als Olefinvorpolymerisationsreaktor und ein Ejektorsystem als Übertragungseinrichtung verwendet wird, unter Bezug auf 4 ausführlich beschrieben. Das in 4 dargestellte Polyolefinherstellungssystem 1000 weist einen Massepolymerisationsreaktor 5 und einen Olefinpolymerisationsreaktor 100 mit einem oberen und einem unteren Reaktionsbereich 25 in seinem Inneren auf.
  • Der Massepolymerisationsreaktor 5 polymerisiert ein Olefin in einer Flüssigphase, das einen Olefinpolymerisationskatalysator enthält, um Polyolefinpartikel zu erzeugen. Die im Massepolymerisationsreaktor 5 ausgebildeten Polyolefinpartikel durchströmen zusammen mit flüssigem Olefin eine Leitung L5 und werden dem Olefinpolymerisationsreaktor 100 zugeführt. Eine Düse 68 zum Zuführen einer Suspension zum oberen Reaktionsbereich 25 wird, wie in 4 dargestellt ist, an einer Position bereitgestellt, die tiefer liegt als der Pulverpegel 85 der Strahlschicht. Wenn die Suspension von einer Position in den Reaktionsbereich 25 eingeleitet wird, die tiefer liegt als der Pulverpegel 85, ist es bevor zugt, die Suspensionszufuhrrate derart zu regeln, dass die Leerrohrgeschwindigkeit nach der Vergasung des flüssigen Olefins in der Suspension die minimale Fluidisierungsrate (Umf) der im Reaktionsbereich 25 gehaltenen Polyolefinpartikel nicht überschreitet. Durch derartiges Regeln der Suspensionszufuhrrate kann verhindert werden, dass der Fließzustand der Strahlschicht mit der Vergasung des flüssigen Olefins im Inneren des Reaktionsbereichs 25 instabil wird. Die hierin erwähnte ”Leerrohrgeschwindigkeit des flüssigen Olefins nach der Vergasung” bezeichnet den Wert, der erhalten wird durch Umwandeln des Volumenstroms des dem Olefinpolymerisationsreaktor zugeführten flüssigen Olefins in den Volumenstrom nach der Vergasung und Teilen des Ergebnisses durch die Querschnittsfläche A des Olefinpolymerisationsreaktorzylinders (A = πDR 2/4, wobei DR den Innendurchmesser des Zylinders bezeichnet).
  • In der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Suspension von einer Position zugeführt, die tiefer liegt als der Pulverpegel 85. Die Suspensionszufuhrposition ist jedoch nicht auf diese Position beschränkt. Beispielsweise kann die Düse 68 an einer Position angeordnet sein, die höher liegt als der Pulverpegel 85. Dies hat den Vorteil, dass, auch wenn die pro Zeiteinheit zugeführte Suspensionsmenge relativ hoch ist, verhindert werden kann, dass der. Strömungszustand der Strahlschicht mit der Vergasung des flüssigen Olefins instabil wird.
  • Wie in 4 dargestellt ist, führt eine im Boden des Zylinders 12C angeordnete Gaszufuhrdüse 60 dem Boden des Zylinders 12C über eine Leitung L30 ein Olefinmonomer zu. Eine Gasauslassdüse 71 ist an der Oberseite des Zylinders 12C angeordnet. Gase, die durch den Zylinder 12C aufgestiegen sind, werden über die Leitung L40 nach außen abgeleitet, und durch Gas mitgerissene Partikel werden durch eine optional vorgesehene Zentrifuge 62 abgeleitet. Die Gase durchlaufen einen Kompressor 64 und einen Wärmetauscher 65 und werden dann über eine Leitung L35 in eine Leitung L30 eingeleitet und wieder dem Kreislauf zugeführt.
  • Das Innere des Zylinders 12C ist durch eine Trennplatte 17 in eine obere Stufe und eine untere Stufe geteilt, und die obere Stufe und die untere Stufe sind durch das rohrförmige Leitblech 30 weiter geteilt in einen Reaktionsbereich 25 und einen unteren Bereich 26. Gase, die den unteren Reaktionsbereich 25 durchlaufen haben, durchlaufen ein oberes Verlängerungsrohr 40 und strömen in den oberen Reaktionsbereich 25. Gase, die über Leitungen L31a und L31b in den unteren Bereich 26 der unteren Stufe und der oberen Stufe eingeleitet worden sind, strömen über die im rohrförmigen Leitblech 30 ausgebildeten Durchgangslöcher in den Reaktionsbereich 25.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde ist der Olefinpolymerisationsreaktor 100 mit einem Ejektorsystem als Übertragungseinrichtung ausgestattet. Diese Übertragungseinrichtung weist eine Partikelentfernungsleitung L34, die Polyolefinpartikel vom oberen Reaktionsbereich 25 entfernt, einen an einem vorderen Ende der Partikelentfernungsleitung L34 angeordneten Ejektor 32 und eine Partikelzufuhrleitung L33 auf, die Polyolefinpartikel vom Ejektor 32 dem unteren Reaktionsbereich 25 zuführt. Ein EIN-AUS-Ventil 80 ist in der Partikelentfernungsleitung L34 angeordnet. Eine Leitung 38 ist mit der Partikelentfernungsleitung L34 an der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite dieses EIN-AUS-Ventils 80 verbunden, wodurch ermöglicht wird, dass ein Gas zum Verhindern einer Verstopfung über die Gaszufuhrleitungen L38 in die Partikelentfernungsleitung L34 eingeleitet wird.
  • Ein Teil des durch den Kompressor 64 verdichteten Gases wird über eine Leitung L37 dem Ejektor 32 zugeführt. Dieses Gas wird für den Ejektorbetrieb verwendet. Außerdem wird ein Teil des durch den Kompressor 64 verdichteten Gases über die Leitung L38 der Partikelentfernungsleitung L34 auf der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des EIN-AUS-Ventils 80 zugeführt. Dieses Gas wird zum Verhindern einer Verstopfung des EIN-AUS-Ventils 80 und des Ejektors 32 verwendet.
  • Die Durchflussrate des Ejektorbetriebsgases unterliegt keiner besonderen Einschränkung, vorausgesetzt, dass sie größer oder gleich einem Wert ist, gemäß dem die Polyolefinpartikel geeignet abgeleitet werden können. Die zum Verhindern einer Verstopfung verwendete Gasmenge beträgt vorzugsweise etwa 10 Vol.-% pro 100 Vol.-% des Gases zum Betreiben des Ejektors. Zum zuverlässigen Verhindern einer Verstopfung des EIN-AUS-Ventils 80 und des Ejektors 32 ist es bevorzugt, wenn das Gas während des Betriebs des Olefinpolymerisationsreaktors 100 unabhängig vom Öffnungs- oder Schließzustand. des EIN-AUS-Ventils 80 über die Leitung L38 der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des EIN-AUS-Ventils 80 konstant zugeführt wird.
  • Der Olefinpolymerisationsreaktor 100 weist ein Pegelmessgerät 93 des Kapazitätstyps und ein Differenzdruckmessgerät 90 zum Messen der Höhe der Strahlschicht (der Position des Pulverpegels 85) auf. Die Verwendung sowohl des Pegelmessgeräts 93 des Kapazitätstyps als auch des Differenzdruckmessgeräts 90 ermöglicht eine genauere Erfassung von Verschiebungen des Pulverpegels 85. Zum Verhindern einer Verstopfung der Anschlussleitungen für das Differenzdruckmessgerät 90 ist es bevurzugt, die Leitung kontinuierlich oder periodisch durchzublasen.
  • 4 zeigt ein Beispiel, in dem von der oberen Stufe zur unteren Stufe übertragen werden, aber durch Regeln des durch den Ejektor erzeugten Differenz drucks können die Partikel auch von der unteren Stufe zur oberen Stufe übertragen werden, d. h. in eine Richtung, die der in diesem Beispiel dargestellten Richtung entgegengesetzt ist. In diesem Fall ist der obere Reaktionsbereich der unteren Stufe zugeordnet, und der untere Reaktionsbereich ist der oberen Stufe zugeordnet.
  • Vierte Ausführungsform
  • Ein in 5 dargestelltes Herstellungssystem 100D weist einen Olefinvorpolymerisationsreaktor 5 und einen Olefinpolymerisationsreaktor 10D auf. Der Olefinpolymerisationsreaktor 10D wird verwendet, wenn Partikel gehandhabt werden, die leicht eine stabile Strahlschicht bilden können, und unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen Reaktor 10A dahingehend, dass die Trennplatte 17, das Verlängerungsrohr 40 und die Leitungen L31a, L31b nicht im Zylinder 12D angeordnet sind.
  • Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Olefinpolymerisationsreaktoren eine einzelne Strahlschicht ausgebildet, oder zwei Wirbelschichten werden in der vertikalen Richtung ausgebildet, es können jedoch auch drei oder mehr Wirbelschichten in der Richtung ausgebildet werden. Um eine ausreichende Propfenströmung zu realisieren, ist es bevorzugt, wenn die Anzahl der Strahlschichten mindestens 3 und bevorzugter mindestens 6 beträgt. Außerdem können im Olefinpolymerisationsreaktor mehrere Strahlschichten nebeneinander ausgebildet werden. Die Partikelübertragungseinrichtung ist nicht auf ein Ejektorsystem beschränkt, sondern es kann eine Fallleitung oder eine ähnliche Einrichtung verwendet werden.
  • Die zweite Ausführungsform stellt einen Fall dar, in dem das aus einem geraden Rohr gebildete Leitrohr T1 (vergl. 6(a)) verwendet wird, es kann aber auch ein Leitrohr mit der folgenden Konfiguration verwendet werden. Beispielsweise weist ein in 6(b) dargestelltes Leitrohr T2 einen geraden Rohrabschnitt T2a mit einem konstanten Durchmesser auf, der sich von einer Öffnung am oberen Ende aus nach unten erstreckt, und einen Abschnitt T2b mit zunehmendem Durchmesser, dessen Durchmesser von einem Rand des geraden Rohrabschnitts T2a nach unten stetig zunimmt. Außerdem kann das Leitrohr eine konische Form haben, wie beispielsweise das Leitrohr T3 in 7(a), oder kann, wie im Fall des in 7(b) dargestellten Leitrohrs T4, einen Abschnitt T4a mit zunehmendem Durchmesser, dessen Durchmesser vom oberen Ende nach unten stetig zunimmt, und einen geraden Rohrabschnitt T4b mit einem konstanten Durchmesser aufweisen, der sich von einem Rand des Abschnitts T4a mit zunehmendem Durchmesser nach unten erstreckt.
  • Durch Auswählen und Verwenden der Leitrohre mit den in den 6 und 7 dargestellten Konfigurationen können die Stabilität der Strahlschicht und die Gasdiffusion zum Ring verbessert werden. Außerdem können mehrere Durchgangslöcher, die sich von der Innenseite zur Außenseite des Leitrohrs erstrecken, bereitgestellt werden, um das Gasdiffusionsvermögen weiter zu verbessern. Wenn mehrere Durchgangslöcher im Leitrohr ausgebildet sind, können sie im gesamten Rohr oder nur in den Abschnitten T4b, T4a mit zunehmendem Durchmesser ausgebildet sein.
  • Die erste und die zweite Ausführungsform stellen einen Fall dar, in dem das Verlängerungsrohr 40 bereitgestellt wird, das sich von einem Rand des Leitblechs 30 nach unten erstreckt, hinsichtlich einer weiteren Erhöhung der Stabilität der Strahlschicht ist es jedoch bevorzugt, wenn der Gas einlassabschnitt die folgende Konfiguration hat. Beispielsweise kann im Inneren des Verlängerungsrohrs 40 eine Trennwand bereitgestellt werden, die sich in die Längsrichtung des Verlängerungsrohrs 40 erstreckt und den Kanal 40a in der horizontalen Richtung teilt. Spezifische Ausführungsformen eines derartigen Verlängerungsrohrs sind in den 8(a) bis (c) dargestellt. Die 8(a) bis (c) zeigen jeweils Querschnittansichten senkrecht zur Längsrichtung des Verlängerungsrohrs. Eine Trennwand 40b eines in 8(a) dargestellten Verlängerungsrohrs 41 hat eine Gitterstruktur. Eine Trennwand 40c eines in 8(b) dargestellten Verlängerungsrohrs 42 hat eine Wabenstruktur. Eine Trennwand 40d eines in 8(c) dargestellten Verlängerungsrohrs 43 hat eine Struktur, die durch Kreise gebildet wird, die miteinander in Kontakt stehen. Das Verlängerungsrohr 43 ist durch Anordnen mehrerer zylindrischer Rohre parallel zueinander im Inneren des Rohrkanals konfiguriert. Der Vorteil einer derartigen Konfiguration gegenüber anderen Konfigurationen besteht darin, dass sie einfach herstellbar ist.
  • Die im Rohrkanal des Verlängerungsrohrs bereitgestellte Trennwand ist nicht auf die in den 8(a) bis (c) dargestellten Konfigurationen beschränkt, sondern kann beispielsweise wie in den 9 und 10 dargestellt konfiguriert sein. Die in den 9(a) und (b) dargestellten Trennwände 40b und 40c sind derart ausgebildet, dass eine Öffnung in der Mitte des Verlängerungsrohrs gebildet wird. In den in den 10(a) und (b) dargestellten, Verlängerungsrohren 44 und 45 ist ein oder sind zwei zylinderförmige Elemente im Rohrkanal koaxial angeordnet, um Trennwände 40e und 40f zu bilden.
  • Anstatt eine Trennwand im Rohrkanal 40a des Verlängerungsrohrs 40 bereitzustellen, kann, wie in 11 dargestellt ist, ein Gaseinlassabschnitt durch koaxiales Anordnen eines zylinderförmigen Elements 46 mit einem geschlossenen oberen Ende im Rohrkanal 40a ausgebildet werden. Durch Anordnen des zylinderförmigen Elements 46 im Rohrkanal 40a wird durch eine Außenfläche des zylinderförmigen Elements 46 und eine Innenfläche des Verlängerungsrohrs 40 ein Ring 46a gebildet. Durch eine derartige Konfiguration kann der Rohrkanal 40a mit einem ringförmigen Querschnitt in der horizontalen Richtung erhalten werden. Dadurch wird die Hebewirkung erhöht, die auf Partikel ausgeübt wird, die von der Gaseinlassöffnung tendenziell nach unten strömen, so dass die Anzahl herabfallender Partikel im Vergleich zu dem Fall weiter vermindert werden kann, in dem ein Rohrkanal mit einem runden Querschnitt mit der gleichen Fläche wie diejenige des Rings 46a verwendet wird. Hinsichtlich der Unterdrückung von Turbulenzen der Gasströmung ist es bevorzugt, wenn, wie in 11 dargestellt ist, die Oberseite des zylinderförmigen Elements 46 eine konische Form hat. Mindestens ein Ende des zylinderförmigen Elements 46 kann geschlossen sein, und es kann ein Element mit einem geschlossenen unteren Ende oder mit zwei geschlossenen Enden verwendet werden.
  • Der Gaseinlassabschnitt kann beispielsweise eine in 12 dargestellte Konfiguration haben. Das in 12 dargestellte Verlängerungsrohr 40 weist eine Verschlussplatte 47 auf, die das untere Ende des Verlängerungsrohrs verschließt, und ein Gaseinlassrohr 48 mit einem Rohrkanal 48a, der kleiner ist als der Rohrkanal 40a, wobei das Gaseinlassrohr derart konfiguriert ist, dass es sich durch die Verschlussplatte 47 erstreckt. Ein konisches Leitblech (zweites konisches Leitblech) 23 ist direkt über dem oberen Ende des Gaseinlassrohrs 48 angeordnet. Das konische Leitblech 23 hat einen Außendurchmesser, der nach unten stetig zunimmt, ist an seinem oberen Ende geschlossen und weist ein unteres Ende auf, das von einer Innenwand des Verlängerungsrohrs 40 beabstandet ist. Weil eine derartige Konfiguration verwendet wird, dient das Leitblech 23 als eine Platte, die das Herabfallen der Partikel verhindert. Daher kann das Herabfallen der Partikel durch die Gaseinlassöffnung auch dann ausreichend verhindert werden, wenn die Gaszufuhr gestoppt wird. Außerdem ist es hinsichtlich einer weiteren Stabilisierung des fluidisierten Zustands der Strahlschicht bevorzugt, wie in 13 dargestellt ist, wenn das konische Leitblech 23 einen rohrförmigen Abschnitt 23c aufweist, der sich vom Umfangsrand des unteren Endes des konischen Leitblechs nach unten erstreckt.
  • Außerdem können die unteren Endabschnitte der Verlängerungsrohre 40 bis 45 eine glockenförmige Mündungsform haben. 14 zeigt ein Verlängerungsrohr 49 mit einem unteren Endabschnitt 40g mit einer glockenförmigen Mündungsform. Unter Verwendung des Verlängerungsrohrs mit der vorstehend beschriebenen Trennwand, mit dem vorstehend beschriebenen Ring und/oder unteren Ende mit einer glockenförmigen Mündungsform kann die Hebewirkung erhöht werden, die auf Partikel ausgeübt wird, die von der Gaseinlassöffnung des rohrförmigen Leitblechs 30 tendenziell nach unten fallen, und kann die Anzahl herabfallender Partikel vermindert werden.
  • Geeignete Konfigurationen des Leitrohrs und des Gaseinlassabschnitts können in geeigneten Kombinationen verwendet werden, die Eigenschaften (dem mittleren Partikeldurchmnesser, dem spezifischen Gewicht, der Form, usw.) von Partikeln, die mit dem Gas in Kontakt gebracht werden, und Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Gaszufuhrmenge, usw.) entsprechen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (23)

  1. Strahlschicht/Wirbelschicht-Olefinpolymerisationsreaktor mit: einem sich vertikal erstreckenden Zylinder; einem auf dem Zylinder vorgesehenen Abschnitt mit abnehmendem Durchmesser mit einem Innendurchmesser, der nach unten stetig abnimmt, und mit einer an einem unteren Ende ausgebildeten Gaseinlassöffnung; und mehreren Durchgangslöchern, die sich von einer Außenfläche zu einer Innenfläche des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser hin erstrecken, wobei im Inneren eines Reaktionsbereichs, der durch die Innenfläche des Zylinderabschnitts mit abnehmendem Durchmesser und eine Innenfläche oberhalb des Zylinderabschnitts mit abnehmendem Durchmesser umschlossen ist, eine Reaktion stattfindet.
  2. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 1, ferner mit einem im Inneren des Zylinders angeordneten Leitrohr, das sich von einer von der Gaseinlassöffnung beabstandeten Position nach oben erstreckt.
  3. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem innerhalb des Reaktionsbereichs angeordneten ersten konischen Leitblech, das an einer Position oberhalb der Gaseinlassöffnung angeordnet ist und einen nach unten stetig zunehmenden Außendurchmesser hat und an einem oberen Ende geschlossen ist, und dessen unteres Ende von einer Innenwand des Zylinders beabstandet ist.
  4. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mehreren Reaktionsbereichen, wobei Polyolefinpartikel die Reaktionsbereiche sequenziell durchlaufen.
  5. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 4, wobei die mehreren Reaktionsbereiche in einer vertikalen Reihe ausgebildet sind und die Polyolefinpartikel sich sequenziell von einem oberen Reaktionsbereich zu einem unteren Reaktionsbereich bewegen.
  6. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 4, wobei die mehreren Reaktionsbereiche in einer vertikalen Reihe ausgebildet sind und die Polyolefinpartikel sich sequenziell von einem unteren Reaktionsbereich zu einem oberen Reaktionsbereich bewegen.
  7. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen der Polyolefinpartikel vom Reaktionsbereich auf einer Stromaufwärtsseite zum Reaktionsbereich auf einer Stromabwärtsseite.
  8. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen der Polyolefinpartikel vom Reaktionsbereich auf einer Stromaufwärtsseite zum Reaktionsbereich auf einer Stromabwärtsseite, wobei die Übertragungseinrichtung eine Partikelentfernungsleitung zum Entfernen der Polyolefinpartikel vom stromaufwärtsseitigen Reaktionsbereich, einen in der Partikelentfernungsleitung angeordneten Ejektor und eine Partikelzufuhrleitung zum Zuführen der Polyolefin partikel vom Ejektor zum stromabwärtsseitigen Reaktionsbereich aufweist.
  9. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verhältnis DO/DR zwischen dem Öffnungsdurchmesser DO der Gaseinlassöffnung und dem Zylinderinnendurchmesser DR 0,35 oder weniger beträgt.
  10. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einem sich von einem Rand der Gaseinlassöffnung des Abschnitts mit abnehmendem Durchmesser nach unten erstreckenden rohrförmigen Abschnitt.
  11. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 10, wobei der rohrförmige Abschnitt ferner eine Trennwand aufweist, die einen Kanal des rohrförmigen Abschnitts in einer horizontalen Richtung teilt.
  12. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 10, ferner mit einem zylinderförmigen Element, das mindestens an einem Ende geschlossen und im Inneren des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist, wobei der Kanal, bevor er die Gaseinlassöffnung erreicht, einen Ring aufweist, der durch eine Außenfläche des zylinderförmigen Elements und eine Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts gebildet wird.
  13. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 10, ferner mit einer Verschlussplatte, die ein unteres Ende des rohrförmigen Abschnitts verschließt, einem Gaseinlassrohr mit einem Kanal, der kleiner ist als der Kanal des rohrförmigen Elements, so dass es sich durch die Verschlussplatte erstreckt, und einem zweiten konischen Leitblech mit einem Außendurchmesser, der nach unten stetig zunimmt, wobei ein oberes Ende des Leitblechs geschlossen und ein unteres Ende des Leitblechs von einer Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts beabstandet ist, wobei das zweite konische Leitblech direkt oberhalb des oberen Endes des Gaseinlassrohrs angeordnet ist.
  14. Olefinpolymerisationsreaktor nach Anspruch 13, wobei das zweite konische Leitblech einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der sich von einem Umfangsrand des unteren Endes des zweiten konischen Leitblechs nach unten erstreckt.
  15. Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem im Inneren des Zylinders angeordneten Leitrohr, das sich von einer von der Gaseinlassöffnung beabstandeten Öffnung nach oben erstreckt, wobei der Reaktor ferner eine Leitung aufweist, die mit der Innenseite des Leitrohrs kommuniziert und ein Gas oder eine Flüssigkeit in das Leitrohr einleitet.
  16. Polyolefinherstellungsverfahren mit dem Schritt zum Ausführen einer Olefinpolymerisation unter Verwendung des Olefinpolymerisationsreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Polyolefinherstellungsverfahren mit den Schritten: Ausführen einer Olefinpolymerisation unter Verwendung des Olefinpolymerisationsreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei innerhalb des Reaktionsbereichs eine Strahlschicht aus Polyolefinpartikeln ausgebildet wird durch Steuern einer in den Reaktionsbereich eingeleiteten Menge eines olefinhaltigen Gases derart, dass eine Menge des olefinhaltigen Gases, die um einen in einer Mitte des Reaktionsbereichs ausgebildeten Strahlabschnitt herum strömt, kleiner ist als eine minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit.
  18. Polyolefinherstellungsverfahren mit dem Schritt zum Ausführen einer Olefinpolymerisation unter Verwendung des Olefinpolymerisationsreaktors nach Anspruch 15, wobei die Zusammensetzungen der innerhalb und außerhalb des Leitrohrs im Reaktionsbereich vorhandenen Gase sich voneinander unterscheiden, indem ein Gas und/oder eine Flüssigkeit über eine Leitung in das Leitrohr eingeleitet wird.
  19. Polyolefinherstellungsverfahren mit dem Schritt zum Ausführen einer Olefinpolymerisation unter Verwendung des Olefinpolymerisationsreaktors nach Anspruch 15, wobei die Strahlschicht aus den Polyolefinpartikeln innerhalb des Reaktionsbereich gebildet wird durch Steuern einer Menge eines in den Reaktionsbereich eingeleiteten olefinhaltigen Gases derart, dass eine Menge des olefinhaltigen Gases, die um einen in der Mitte des Reaktionsbereichs ausgebildeten Strahlabschnitt herum strömt, kleiner ist als die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit, und wobei Zusammensetzungen der innerhalb und außerhalb eines Leitrohrs im Reaktionsbereich vorhandenen Gase durch Zuführen eines Gases und/oder einer Flüssigkeit über eine Leitung in das Leitrohr sich voneinander unterscheiden.
  20. Polyolefinherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, mit den Schritten: kontinuierliches Zuführen von Olefin über die Gaseinlassöffnung und mehrere Durchgangslöcher in den Olefinpolymerisationsreaktor und kontinuierliches Entfernen eines Gases, das Olefin enthält, das nicht reagiert hat, vom Olefinpolymerisationsreaktor und Zurückführen des entfernten Gases zum Olefinpolymerisationsreaktor; und Kühlen eines Teils oder des gesamten entfernten Gases, um ein olefinhaltiges Kondensat zu erhalten.
  21. Polyolefinherstellungsverfahren nach Anspruch 20, ferner mit dem Schritt zum Zuführen des Kondensats zu einem im Reaktionsbereich ausgebildeten Strahlabschnitt.
  22. Polyolefinherstellungssystem mit: einem Olefinvorreaktor zum Polymerisieren von Olefin bei Anwesenheit eines Olefinpolymerisationskatalysators und Ausbilden von Polyolefinpartikeln; und dem Olefinpolymerisationsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, der als nachgeschaltete Stufe mit dem Olefinvorreaktor verbunden ist.
  23. Polyolefinherstellungsverfahren mit dem Schritt zum Ausführen einer mehrstufigen Olefinpolymerisation unter Verwendung des Polyolefinherstellungssystems nach Anspruch 22.
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