DE2116374A1

DE2116374A1 - Verfahren zur Durchführung von Gasphasenreaktionen

Info

Publication number: DE2116374A1
Application number: DE19712116374
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl.-Ing. Dr. 5880 Lüdenscheid Peters
Original assignee: Friedrich Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1971-04-03
Filing date: 1971-04-03
Publication date: 1972-10-19
Also published as: US3812090A

Description

FRIEDRICH UHDE GMBH
Dortmund

Aktenzeichen: 70 001

Verfahren zur Durchführung von Gasphasenreaktionen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Gasphasenreaktionen unter Druck, von z.B. 2.000 at, in Rohrreaktoren mit Kaltgas- und Initiatorzuführung, insbesondere zur Hochdruckpolymerisation.

Die Hochdruckpolymerisation ist gekennzeichnet durch Ablauf der Reaktion bei hohem Druck, durch Anwesenheit von Reaktionsinitiator, durch starke Wärmebildung, durch einen begrenzten Temperaturbereich von ca. 110 C bis 350 C für die Reaktion und ein Kreislaufsystem, in dem das nicht umgesetzte Gas dem Prozeß wieder zugeführt wird. Das aus dem Prozeß gewonnene Produkt ist in seinen physikalischen Eigenschaften und damit in der Qualität sehr abhängig von den Reaktionsbedingungen, besonders von der Polymerisationstemperatur. Es ist daher erforderlich, die Reaktionsbedingungen möglichst konstant zu halten.

Der Polymerisationsprozeß von Äthylen z.B., wird unter hohem Druck von ca. 2.000 at durchgeführt. Als Reaktor dient ein Rohrreaktor von bestimmter Länge. Das Reaktionsgas, das als sogenanntes Kreislaufgas mit einer erforderlichen Reaktionstemperatur von ca. 180 C in den Reaktor eintritt, enthält einen bestimmten Anteil an Initiatoren für die Einleitung und den Ablauf der Gasphasenreaktion. Die bei der Reaktion entstehende Wärme wird teilweise über ein Kühlmedium, das den Rohrreaktor umgibt, abgeführt und teilweise zur Aufheizung von Kaltgas benutzt, das an einer oder mehreren Stellen dem Rohrreaktor zugeführt wird. Die Zugabe von Kaltgas trägt zur Erhöhung der Ausbeute und Einhaltung des begrenzten Temperaturbereiches bei. Auf diese Weise wird der Wärmebedarf des Gesamtprozesses vermindert, da sonst auch das Kaltgas außerhalb des Rohrreaktors aufgeheizt werden müßte. Der direkte Wärmeaustausch mit dem Reaktionsgas vereinfacht das Verfahren. Am Reaktorende befindet sich ein Entspannungsventil, das das Gemisch von polymerisiertem Produkt und Reaktionsgas in einen Abscheider entspannt. Der Druck wird dabei bis auf ca. 300 at erniedrigt. Das freigewordene Gas kehrt unter diesem

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Druck in den Umiaufkompressor zurück und wird gemeinsam mit dem Frischgas, das in einem Vorverdichter auf den Ansaugdruck des Umlaufkompressors verdichtet wurde, dem Reaktor unter dem hohen Druck von ca. 2.000 at wieder zugeführt. Die Initiatorzugabe erfolgt auf verschiedene Art und Weise. So wird Sauerstoff in gasförmigem Zustand dem Frischgas- zugegeben und/oder dem Kreislaufgas in flüssiger oder gelöster oder suspendierter Form, z.B. als Peroxyde an einer oder mehreren Stellen, wie vor dem Reaktor und an den Kaltgasführungen zugegeben.

Es ist bekannt, daß zur Regelung der Polymerisationstemperatur der Systemdruck und die Initiatorzugabe herangezogen werden können. Eine Regelung über den Eingangsdruck wird in der Regel vermieden,

fc da dies nur über die Änderung des Fördervolumens des Hochdruckkompressors möglich ist. Bei den derzeitigen Anlagengrößen läßt sich eine wirtschaftliche Fördervolumenregelung der Hochdruckkompressoren nicht durchführen. Weiterhin sollen aus Gründen der Stabilität der Fahrweise die Mengenströme, wie Kreislaufgas und Kaltgas, in dem Reaktor konstant gehalten werden. Man führt daher eine Druckregelung über das Entspannungsventil am Ende des Reaktors aus. Mittels mehr oder weniger Entspannung wird der Reaktordruck auf das gewünschte Temperaturbild eingestellt. Da es sich bei der Hochdruckpolymerisation um eine extrem schnelle Reaktion handelt, muß die Regelung mit Vorlauf erfolgen, d.h. bei einer übermäßigen Temperaturanstiegsgeschwindigkeit muß die Druckabsenkung bereits eingeleitet werden, bevor die Maximaltemperatur erreicht ist. Für diese Rege-

P lung sind aufwendige Einrichtungen erforderlich. Die beschriebene Druckregelung kann durch die erwähnte Regelung der Initiatorzugabe ergänzt werden. Eine regelbare Zugabe von gasförmigem Initiator in das Frischgas vor dem Vorkompressor zur kurzfristigen Regelung ist zwecklos, da von deren Einspeisung in das Frischgas bis zur Wirksamkeit im Reaktor eine zu lange Zeit vergeht. Nur mittels direkter Zugabe in den Reaktor ist eine momentane Beeinflussung möglich. Zu diesem Zweck wird der in flüssiger Form vorliegende Initiator mittels Dosierpumpe oder mehrerer Dosierpumpen zugegeben. Die Zugabestellen sind meistens gleichzeitig die Kaltgaszugabestellen. Diese kombinierte Regelung genügt dann den Anforderungen, wenn die Anlage mit annähernd konstantem Druck gefahren werden kann. In der Regel

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ist dies nicht möglich. Das Reaktionsprodukt neigt zum Anhaften an der Reaktorwand, was zu Querschnittsveränderungen und damit zu Änderungen des Reaktionsraumes und zur Veränderung der Wärmeabfuhr an das Kühlmedium führt. Um diese anhaftenden Polymerisationsprodukte von der Wandung loszureißen, wird periodisch eine plötzliche Drucksenkung um mehrere hundert Atmosphären vorgenommen. Man spricht bei diesem Vorgang von einer Reizung. Dieser Reizvorgang erfolgt je nach Umsatz in kurzfristigen Intervallen von 1 Minute oder mehr oder weniger. Die Druckabsenkung verursacht in allen Leitungen, die mit dem Reaktor in offener Verbindung stehen, eine rapide Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit und bei Kreislaufgas sowie Kaltgas eine rapide Minderung der Volumendichte. Der dem Kreislaufgas und Kaltgas zugegebene flüssige Initiator erfährt aufgrund seiner geringen Kompressibilität nur eine unwesentliche Minderung der Volumendichte. Dies bedeutet, daß einer bestimmten Gasmenge eine disproportionale Initiatormenge zugegeben wird, wodurch der Reaktionsverlauf ungewollt verändert wird. Durch die Zugabe von flüssigem Initiator treten infolgedessen unerwünschte Temperatur- und damit QualitätsSchwankungen auf. Das gleiche gilt für die Injektion von Moderatoren und Comonomeren im flüssigen Zustand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zugabe von Initiatoren für eine Gasphasenreaktion so vorzunehmen, daß Änderungen der Initiatordosierungen momentan wirksam werden und zwangsläufige Druckänderungen im Rohrreaktor ohne Einfluß auf das Dosierungsverhältnis bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Rohrreaktor gasförmiger Initiator im Gemisch mit einem Trägergas regelbar direkt vor dem Reaktor und direkt an den für die Einleitung und den Fortgang der Reaktion geeigneten Stellen zugeführt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dem Reaktor gasförmiger Moderator entweder allein oder zusammen mit gasförmigem Initiator im Gemisch mit einem Trägergas regelbar direkt vor dem Reaktor und direkt an den für den Fortgang der Reaktion geeigneten Stellen zugeführt.

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Die regelbare Zudosierung des Initiators- oder/und Moderatorgasgemisches erfolgt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über Regelventile.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Regelung der Reaktionstemperatur momentan über die Regelung der Initiator- oder/und Moderatorzugabe erfolgt und Druckänderungen im Rohrreaktor ohne Einfluß auf das Dosierungsverhältnis bleiben. Der Temperaturverlauf bleibt unbeeinflußt von notwendigen Druckänderungen, wodurch ein Produkt von gleichbleibender Qualität erhalten wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Regelgasgemisch an Stellen zugegeben werden kann, unabhängig von den jeweiligen Kaltgaseinführungen. Eine Mischstrecke für den Initiator, wie bei der Zugabe in flüssiger Form, ist nicht erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung Figur 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Der Rohrreaktor 1 einer Hochdruckpolymerisation für Äthylen beginnt hinter dem Ventil 2. Dieses Ventil 2 zweigt vom Hauptgasstrom in der Kreislaufgasleitung 3 vor dem Vorerhitzer 4 den gesamten Kaltgasstrom ab. Die Kaltgasleitung 5 teilt sich in mehrere Einzelleitungen 6, die am Reaktor an bestimmten Stellen angeschlossen sind. Durch die Ventile 7 in den Kaltgasleitungen 6 und das Ventil 2 wird der Hauptgasstrom der Kreislaufleitung 3 in einem bestimmten Verhältnis in den dem Vorwärmer 4 zugeführten Gasstrom und in den Kaltgasstrom 5 aufgeteilt, wobei der Kaltgasstrom 5 durch die Ventile 7 wiederum in einem bestimmten Mengenverhältnis aufgeteilt werden kann. Die Mengenverhältnisse der Teilgasströme sind variirbar, wobei die Summe der Teilgasströme gleich der Menge des Kreislaufgases 3 entspricht.

Mit dem regelbaren Kompressor 8 wird mit Initiator vermischtes Trägergas der Leitung 9 zugeführt, die sich in mehrere Einzelleitungen 10 aufteilt, die an bestimmten Stellen am Reaktor angeschlossen sind. Die Hauptträgergasmenge in der Leitung 9 wird mit dem Mengenmesser 14 und die Teilträgergasmengen werden mit den Mengenmessern 15 erfaßt. Mit in den Teilträgergasleitungen 10 angeordneten Ventilen 11 wird die Trägergasmenge der Einzelströme in den Leitungen 10 geregelt.

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Mit einer möglichen Fahrweise dieses Systems werden die Trägergasströme 10 über die Ventile 11 gesteuert, die von den Mengenmessern 15 geregelt werden. Durch die Mengenmessung 15 gelangt mit dem Trägergas ein bestimmter Initiatoranteil an eine vorgegebene Stelle im Reaktor. Durch einen nicht gezeigten Führungsregler, der als Eingangsgröße die Temperatur an einer für die Trägergaseinspexsung charakteristischen Stelle hat, wird die durch die Mengenmesser 15 geregelte Trägergasmenge derart verändert, daß die Reaktionsbedingungen konstant bleiben. Die Summe der in den Mengenmessern 15 erfaßten Trägergasteilströme wird mit der Hauptträgergasmenge IH verglichen. Weichen die Mengen 11 und die Summe der Mengen 15 voneinander ab, wird der Kompressor 8 so eingeregelt, daß die Differenz bei den Mengen Null wird. Kurzfristig können am Mengenmesser 14 erfaßte Übermengen über das Ventil 12 in die Fackel 13 abgelassen werden und die KompressorIeistung über das im Mengenmesser 16 anfallende Signal reduziert werden. Anstelle der Fackel ist auch eine hier nicht gezeigte Rückführung des Überschußgases zum Ansaugstutzen des Kompressors 8 möglich. Eine andere nicht näher gezeigte Fahrweise besteht darin, die Teilgasströme 10 mit den Ventilen 11 direkt über die Temperaturveränderung an einer geeigneten Stelle im Reaktor zu steuern. Dabei kann der Kompressor 8 in seiner Förderleistung über den Druck im Leistungssystem 9 gesteuert werden, wobei das Leistungssystem 9 als Puffer ausgebildet ist. Eine schnelle Druckregelung kann dabei in schon beschriebener Weise auch über das Ventil 12 erfolgen.

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Claims

Paten tanspr ü c h e

1. Verfahren zur Durchführung von Gasphasenreaktionen unter Druck, von z.B. 2.000 at, in Rohrreaktoren mit Kaltgas- und Initia- · torzuführung, insbesondere zur Hochdruckpolymerisation, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrreaktor gasförmiger Initiator im
Gemisch mit einem Trägergas regelbar direkt vor dem Reaktor
und direkt an den für die Einleitung und den Fortgang der Reaktion geeigneten Stellen zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch Initiator-Trägergas gasförmiger Moderator zugemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung des Initiator- und/oder Moderator-Gasgemisches über Regelventile erfolgt.

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