DE2128134B2 - Process for the continuous polymerization of ethylene and a reactor for its implementation - Google Patents
Process for the continuous polymerization of ethylene and a reactor for its implementationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation von Äthylen oder A-Jjylen im Gemisch mit einem oder mehreren Comonomeren bei Drücken von mindestens 300 at und Temperaturen von maximal 400° C in Gegenwart von katalytischen Mengen Sauerstoff oder von einem oder mehreren Radikale bildenden Initiatoren und von 0—20 Mol-% eines Moderators, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Polymerisationsgemisches über die gesamte Reaktorlänge annähernd konstant ist und der Reaktor mit einem in mehrere voneinander unabhängige Segmente unterteilten Heiz- und Kühlmantel und mit mehreren über die gesamte Reaktorlänge verteilten, wahlweise betriebenen Einrichtungen zur Einspeisung von Äthylen versehen ist, sowie einen rohrförmigen Reaktor zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for continuous Polymerization of ethylene or A-Jjylen im Mixture with one or more comonomers at pressures of at least 300 at and temperatures of maximum 400 ° C in the presence of catalytic amounts of oxygen or of one or more Free radical initiators and from 0-20 mol% of a moderator, the flow rate being of the polymerization mixture is approximately constant over the entire length of the reactor and the reactor with a heating and cooling jacket divided into several independent segments and with several Optionally operated devices for feeding in ethylene distributed over the entire length of the reactor is provided, and a tubular reactor for carrying out such a process.
Die Homo- und Copolymerisation von Äthylen in Gegenwart von Sauerstoff oder anderen radikalbildenden Stoffen bei hohen Drücken erfolgt bekannterweise in Kcsselautoklavcn oder in rohrförmigen Reaktoren.The homo- and copolymerization of ethylene in the presence of oxygen or other radical-forming substances It is known that substances at high pressures are carried out in Kbsselautoklavcn or in tubular reactors.
Die bisherigen π trförmigen Reaktoren bestehen im allgemeinen aus einem sehr langgestreckten Rohr einheitlichen Durchmessers mit einem Heiz- und Kühlmantel und einem Entspannungsventil am Reaktorausgang. Obgleich ein derartiger Reaktor die Herstellung von Äthylen-Polymerisaten erlaubt, entspricht seine Leistung sowohl in Hinsicht auf den Umsatz und die Betriebssicherheit als auch bezüglich der erzielbaren Polymcrisatqualität nicht den heutigen hohen Anforderungen. Insbesondere ist der Umsatz beschränkt, da andernfalls die frciwcrdcndc Polymerisationswärme zu einer Überschreitung der Zersetzungstemperatur des Reaktionsgemisches führen würde. Örtliche, die Betriebssicherheit gefährdende Tempcrs-iurspitzen lassen sich dennoch nicht vermeiden. Diese Tcmperaturmaxima führen außerdem zu einem hinsichtlich Poiymcrstruklur und Kciienlänge äußerst heterogenen Polymerisat, welches in besonders ungünstigen Fällen mit durch partielle Zersetzung gebildetem Kohlenstoff verunreinigt ist.The previous π tr-shaped reactors exist in generally from a very elongated tube of uniform diameter with a heating and Cooling jacket and a relief valve at the reactor outlet. Although such a reactor manufacture Permitted by ethylene polymers, its performance corresponds both in terms of sales and the operational safety as well as the achievable polymer quality do not meet today's high requirements. In particular, the conversion is limited, otherwise the frciwcrdcndc heat of polymerization increases would lead to the decomposition temperature of the reaction mixture being exceeded. Local, operational safety However, dangerous temperature peaks cannot be avoided. These temperature maxima also lead to an extremely heterogeneous polymer in terms of polymer structure and length, which in particularly unfavorable cases contaminates with carbon formed by partial decomposition is.
Aus der DE-AS 12 39 855 ist schließlich ein Verfahren zur Regelung des Rcaktionsablaufcs bei der Herstellung von Hochdruck-Polyäthylen aus Äthylengas bekannt, bei dem dem durch einen Reaktor fließenden Mengcnsfrom Dtirchfitißdrtickimpiihe überlagert werden und das Rcaktionsprodiikt über ein Knlspannungsvcntil in einen Hochdruck-Abscheider eingeführt wird und aus diesem das Polyäthylen und nicht umgesetztes Älhylcngas abgezogen wird, wobei am l-üngang des Reaktors der Druck gemessen und tlicscr Druck (nach geeigneter Umformung) als Istwert einem Hatiptrcgler zugeführt wird, der auf das l-nlspannungsvcntil des ReaktorsFrom DE-AS 12 39 855 a method for controlling the Rcaktionsablaufcs in the production of high pressure polyethylene from ethylene gas finally is known in which the current flowing through a reactor Mengcnsfrom Dtirchfitißdrtickimpiihe are superimposed and the Rcaktionsprodiikt introduced via a Knlspannungsvcntil in a high pressure separator and from this the polyethylene and unconverted ethylengas are withdrawn, the pressure being measured at the inlet of the reactor and the actual pressure (after suitable conversion) being fed as an actual value to a hat controller, which reacts to the oil voltage valve of the reactor
geschaltet ist Des weiteren erfolgt eine gezielte Temperaturregelung in dem Reaktor, Aber auch dieses Verfahren ist noch verbesserungsbedürftig, da es die vorstehend beschriebenen Probleme nicht in dem gewünschten Umfange behebt Gleiches gilt auch für das Verfahren nach der DE-AS 12 98 271, wonach eine rohrförmige Äthylen-Hochdruckpolymerisationsanlage am Reaktionsrohrausgang mit einem zweiten, mit einem gesonderten Abscheidesystem verbundenen Ventil versehen ist, das bei Verschluß des Hauptauslaßventils automatisch in Funktion tritt, wenn die gemessenen Temperaturen einen bestimmten Maximalwert überschreiten. Furthermore, there is a targeted temperature control in the reactor, but this process is still in need of improvement, since it does not solve the problems described above to the desired extent. The same applies to the process according to DE-AS 12 98 271, according to which a tubular Ethylene high-pressure polymerization system is provided at the reaction tube outlet with a second valve connected to a separate separation system, which automatically comes into operation when the main outlet valve is closed when the measured temperatures exceed a certain maximum value.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß es die Herstellung von Homo- und Copolymerisaten von Äthylen verbesserter Qualität und in erhöhter Ausbeute bei größerer Betriebssicherheit unter Ausschluß gefährdender Temperaturspitzen ermöglicht. Daneben soll die Erfindung eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung vorschlagen.The invention is based on the object of the generic method described at the beginning to train that it is the production of homo- and copolymers of ethylene of improved quality and in increased yield with greater operational reliability under the exclusion of dangerous temperature peaks. In addition, the invention is intended to be a Implementation of this procedure is particularly suitable Propose device.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche.The invention solves this problem by the characterizing features of the patent claims.
Sollten einmal während des kontinuierlichen Betriebes des erfindungsgemäßen Polymerisationsreaktors trotz der Vielzahl der Regelaggregate aus unkontrollierbaren Gründen die längs des Reaktors gemessenen Temperaturen und/oder Drücke einen bestimmten Maximalwert überschreiten bzw. die gemessenen jo Drücke einen bestimmten Minimalwert unterschreiten, so wird automatisch das zuvor erwähnte Ventil am Reaktorausgang geschlossen und 'je Reaktionsmischung so lange durch ein zweites, mit einem gesonderten Polymer-Monomer-Absciv 'desystem ver- η bundenen Ventil ausgetragen, bis die Temperatur- und Druckbedingungen im Reaktor erneut einen normalen Polymerisationsverlauf sicherstellen.Should once during the continuous operation of the polymerization reactor according to the invention Despite the large number of control units, the measured along the reactor for uncontrollable reasons Temperatures and / or pressures exceed a certain maximum value or the measured jo If the pressure falls below a certain minimum value, the previously mentioned valve is automatically activated Reactor outlet closed and 'per reaction mixture so long by a second, with one separate polymer-monomer-Absciv 'desystem ver η tied valve until the temperature and pressure conditions in the reactor return to normal Ensure the course of the polymerization.
Der erfindungsgemäße Reaktor ermöglicht durch seine besondere Konstruktion sowie durch die Vielzahl der Meß- und Regelaggregate im Gegensatz zu den bisher üblichen Rohrreaktoren die Einhaltung genau definierter, vorgegebener, eng begrenzter Polymerisalionsbedingungen und somit die Herstellung von Polyäthylen bzw. Äthylcn-Copolymerisaten besonders v> homogener, d. h. hoher Qualität. Insbesondere treten keinerlei Stippen auf. welche sowohl die mechanischen als auch άπ. optischen Polymereigenschaften stark verschlechten?., The reactor of the invention made possible by its special design and by the variety of measuring and control units, as opposed to the usual tubular reactors compliance with well-defined preset, narrowly defined Polymerisalionsbedingungen and thus the production of polyethylene or Äthylcn copolymers especially v> homogeneous, ie high quality. In particular, there are no specks whatsoever. which both the mechanical and άπ. strongly deteriorate optical polymer properties ?.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die Homopolymerisate von Äthylen, sondern auch die kontinuierliche Polymerisation von Äthylen im Gemisch mit einem oder mehreren Comonomeren, wie Vinylester, Acrylsäurederivaie, Alkene oder Gemische dieser Verbindungen, durchgeführt werden. v>According to the present invention, not only the homopolymers of ethylene, but also the continuous polymerization of ethylene in a mixture with one or more comonomers, such as vinyl esters, acrylic acid derivatives, alkenes or mixtures of these Connections. v>
Wie oben ausgeführt, ist im vorderen Teil des crfindungsgeinäßen Reaktors eine DruckrrsBslelle angeordnet. Weitere Druckmeßstellen sind längs des Reaktors vorgesehen. Auch die an diesen weiteren Druckmcßstellcn ermittelten Druckwerte werden zur w» Atifrechierhnllirng eines gleichmäßigen Driicknive.ius und Temperaturprofils berücksichtigt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird_an den über die RegktorlSnge verteilten Einrichtungen Äthylen im Gemisch mit Initiatoren, Moderatoren und/oder Comonomeren eingespeist. Ferner kann es von Vorteil sein, eine oder mehrere über die gesamte Reaktorlänge verteilte Initiator-Einspritzvorrichtungen vorzusehen. As stated above, a pressure valve is arranged in the front part of the reactor according to the invention. Further pressure measuring points are provided along the reactor. The pressure values determined at these further pressure measuring points are also taken into account to determine a uniform pressure level and temperature profile. According to a preferred embodiment of the invention, ethylene in a mixture with initiators, moderators and / or comonomers is fed into the devices distributed over the length of the regulator. Furthermore, it can be advantageous to provide one or more initiator injection devices distributed over the entire length of the reactor.
Die obengenannten, mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beruhen auf einer sorgfältigen Abstimmung und Integrierung sämtlicher Aggregate, Regel- und Stellglieder. Nur dadurch kann der störungsfreie Betrieb gewährleistet werden. Als überraschend muß es bewertet werden, daß die Anordnung weiterer Druckmeßstellen längs des Reaktors die Möglichkeit eröffnet, eventuelle Veränderungen längs des Reaktors (z. B. die Bildung von Polymerpfropfen) unmittelbar während ihrer Entstehung festzustellen und durch das Regelsystem extrem schnell und äußerst effektiv eine derartige Störung zu beseitigen. The above-mentioned advantages that can be achieved with the invention are based on careful coordination and integration of all units, regulating and actuating elements. This is the only way to guarantee trouble-free operation. It must be rated as surprising that the arrangement of further pressure measuring points along the reactor opens up the possibility of any changes along the reactor (e.g. the formation of polymer plugs) immediately during their formation and, thanks to the control system, such changes extremely quickly and extremely effectively Eliminate the disturbance.
Die Erfindung soll durch das folgende Beispiel noch näher erläutert werden.The invention is further illustrated by the following example are explained in more detail.
5500 kg/h eines auf 2450 at komprimierten Gemisches aus Äthylen, 8,0% Propan und 18 TpM Sauerstoff werden dem erfindungsgemäßen Reaktor am Einlaß zugeführt und in der vorderen Zone des Reaktors durch indirekte Beheizung auf etwa 155° C erwärmt Bei dieser Temperatur setzt die Polymerisationsreaktion ein, wodurch die Temperatur des Reaktionsgemisches ansteigt. Ein Teil der Fulymerisationswärme wird durch indirekte Kühlung dieser Zone des Reaktors abgeführt. An der Stelle des Reaktors, an der die Temperatur der Reaktionsmischung erwartungsgemäß 280° C erreicht, werden weitere 1200 kg/h der obengenannten Äthylen-Mischung eingeführt, wobei der Querschnitt des Reaktors von nun an derart erweitert ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Reaktor nahezu konstant bleibt. In Strömungsrichtung abwärts werden an den Stellen, an denen die Temperatur der fteaktionsmischung trotz indirekter Kühlung erwartungsgemäß erneut 2800C erreicht, weitere 1500 kg/h bzw. 1800 kg/h der Äthylen-Mischung eingespeist, wobei der Querschnitt des Reaktors jeweils von den Einspeisestellen an derart erweitert ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Reaktorlänge nahezu konstant bleibt.5500 kg / h of a mixture of ethylene, 8.0% propane and 18 ppm oxygen, compressed to 2450 atm, are fed to the reactor according to the invention at the inlet and heated to about 155 ° C. in the front zone of the reactor by indirect heating A polymerization reaction, whereby the temperature of the reaction mixture rises. Part of the heat of polymerization is removed by indirect cooling of this zone of the reactor. At the point in the reactor where the temperature of the reaction mixture is expected to reach 280 ° C., a further 1200 kg / h of the above-mentioned ethylene mixture are introduced, the cross-section of the reactor from now on being widened so that the flow rate in the reactor is almost constant remain. In the flow direction downwards are the points at which the temperature of the fteaktionsmischung reached again, as expected 280 0 C in spite of indirect cooling, additional 1500 kg / h and 1800 kg / h of ethylene mixture fed, wherein the cross section of the reactor, each of the feed points is expanded in such a way that the flow rate remains almost constant over the entire length of the reactor.
Die Einstellung des Druckniveaus und Tetnperaturprofils im Reaktor erfolgt über ein in Abhängigkeit der längs des Reaktors gemessenen Temperaturen und Drücke gesteuertes Ventil am Reaktorausgang, welches zusätzlich in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Änderungen der gemessenen Temperaturen und Drükke plötzlich kurzzeitig um einen bestimmten Betrag bis zum Erreichen eines vorgegebenen Druckes geöffnet wird.The setting of the pressure level and temperature profile in the reactor takes place via a depending on the Measured along the reactor temperatures and pressures controlled valve at the reactor outlet, which in addition, depending on the speed of the changes in the measured temperatures and pressures suddenly briefly by a certain amount up to is opened to reach a predetermined pressure.
Nach Austritt aus dem Reaktor wird das Polymerisationsgemisch in üblicher Weise aufgearbeitet. Das bei einem Umsatz von 21,2% erhaltene Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 7,2 und einer Dichte von 0,927 läßt sich ausgezeichnet zu Laminaten und Hohlkörpern verarbeiten.After leaving the reactor, the polymerization mixture is worked up in the customary manner. That at a conversion of 21.2% obtained polyethylene with a melt index of 7.2 and a density of 0.927 can be processed excellently into laminates and hollow bodies.
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8230 | Patent withdrawn |