DE60108763T2

DE60108763T2 - Einrichtung zur gasphasenpolymerisation

Info

Publication number: DE60108763T2
Application number: DE60108763T
Authority: DE
Inventors: Martinus Stanislaus MUTSERS; Jos Paul DIEPEN
Original assignee: Saudi Basic Industries Corp
Current assignee: Saudi Basic Industries Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JP2004508433A; EP1313550A1; US20040028574A1; AU2001294360A1; US20100016525A1; ATE288317T1; PT1313550E; EP1313550B1; WO2002020147A1; DE60108763D1; NL1016073C2; JP4795622B2; US8143358B2; US20070015886A1; ES2237601T3; DK1313550T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Gasphasenpolymerisation mindestens eines olefinischen Monomers, welche mindestens einen Horizontalrührreaktor umfaßt, der mit einer Zahl von Gaseinlässen in dem Bodenbereich des Reaktors und einer Zahl von Flüssigkeitseinlässen in dem oberen Bereich des Reaktors und mindestens zwei Gasauslässen in dem oberen Teil des Reaktors versehen ist.
Ein solcher Reaktor ist aus US-A-3,957,448 bekannt. Der Querschnitt dieses Reaktors ist im wesentlichen zirkular. In der Mitte des Reaktors gibt es eine Längsdrehwelle mit Schaufeln, die ein Polymerbett rühren können. Die Schaufeln verursachen vorzugsweise keinen Vorwärts- oder Rückwärtstransport des Polymers in dem Polymerbett.
Der bekannte Reaktor wird in zwei oder mehrere Kammern mittels einer oder mehreren vertikalen Trennwänden geteilt. Jede Kammer wird mit einer Zahl von ihren eigenen Gaseinlässen am Boden und einer Zahl von ihren eigenen Flüssigkeitseinlässen in dem oberen Teil und einem separaten Gasauslaß in dem oberen Teil versehen. Dies macht es möglich, in jede Kammer ihr eigenes Reaktionsgemisch, wenn gewünscht verschieden von dem, das in den anderen Kammern ist, mittels den Gas- und den Flüssigkeitseinlässen einzuspeisen.
Mittels den Flüssigkeitseinlässen in dem oberen Teil des Reaktors wird Flüssigkeit eingespeist, die in der Regel eine oder mehrere Komponenten, die umgesetzt werden sollen, enthält, aber ebenso inerte Komponenten wie Kühlmittel enthalten kann. Geeignete inerte Komponenten sind, falls die Reaktionskomponenten Alkene umfassen, beispielsweise Propan und höhere Alkane. Beim Kontakt mit dem Polymerbett verdampft die Flüssigkeit und dies stellt sicher, daß mindestens ein Teil der Reaktionswärme, die bei der Polymerisation freigesetzt wird, entfernt wird.
Gas wird mittels der Gaseinlässe am Boden des Reaktors eingespeist. Dieses Gas enthält ebenso eine oder mehrere Komponenten, beispielsweise Wasserstoff, oder eine oder mehrere olefinische Monomere, und kann ebenso inerte Komponenten enthalten.
Die nicht-umgesetzten olefinischen Monomere und inerten Gase aus der zugeführten und verdampften Flüssigkeit und dem Gas sammeln sich in dem oberen Teil des Reaktors und werden durch die Gasauslässe in dem oberen Teil des Reaktors entfernt. Die Gase aus den unterschiedlichen Kammern werden daher separat entfernt und können ebenso separat verarbeitet werden, und nach dem Verarbeiten zu den Gas- und Flüssigkeitseinlässen der entsprechenden Kammer rückgeführt werden. Dies ist von großer Wichtigkeit, da die entfernten Gase aus den unterschiedlichen Kammern eine andere Zusammensetzung aufweisen können. Das Mischen der entfernten Gase aus den unterschiedlichen Kammern erfordert Extraleistung, um diese erneut zu trennen, damit geeignete Ströme erzeugt werden, die in die unterschiedlichen Kammern eingespeist werden sollen.
Die vertikalen Trennwände in dem bekannten Reaktor erstrecken sich über den gesamten Querschnitt des Reaktors, um den Austausch von Gas zwischen den verschiedenen Kammern zu verhindern. Da jede Kammer ebenso ihren eigenen Gasauslaß aufweist, kann die gewünschte Trennung von Gasgemischen außerhalb des Reaktors stattfinden. Der Transport von Polymerteilchen aus der einen Kammer zu der anderen wird in dem bekannten Reaktor durch Öffnungen in den Trennwänden möglich gemacht. Diese Öffnungen liegen unter der Oberfläche des Polymerbettes. Da der Reaktor auf der einen Seite mit einem Auslaß für das gebildete Polymerpulver versehen ist, wird ein Strom in dem Reaktor in die Richtung dieses Auslasses geleitet.
Die bekannte Einrichtung ist zur Herstellung von Polymeren einer gemischten Zusammensetzung geeignet, wobei in einer ersten Kammer ein Polymer hergestellt wird, dessen Zusammensetzung durch die Gaszusammensetzung und die Reaktionsbedingungen in dieser ersten Kammer bestimmt wird. Mittels der Öffnungen in der Trennwand dringt das gebildete Polymerpulver in eine angrenzende zweite Kammer ein. Wenn sich die Gaszusammensetzung oder die speziellen Reaktionsbedingungen in dieser zweiten Kammer von denen in der ersten Kammer unterscheiden, dann wird sich das Polymer, das in dieser zweiten Kammer gebildet wurde, in der Zusammensetzung oder in beispielsweise den Eigenschaften, wie Molekulargewicht oder Molekulargewichtsverteilung, von dem Polymer, das in der ersten gebildet wurde, unterscheiden. Das Polymer, das schließlich aus dem Reaktor am Ende der letzten Kammer entfernt wurde, weist daher eine gemischte Zusammensetzung auf, beispielsweise eine bimodale Molekulargewichtsverteilung, oder ist im wesentlichen ein sehr homogenes Gemisch aus zwei oder mehreren Polymeren, wobei jedes eine andere Zusammensetzung aufweist.
Ein Nachteil des bekannten Reaktors liegt in der Tatsache, daß die Kammern durch physikalische, feste Wände getrennt werden und daher eine feste Größe aufweisen. Dies schränkt den Umfang zur Auswahl von beispielsweise den relativen Anteilen der Polymerkomponenten in den gemischten Zusammensetzungen ernsthaft ein.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung bereitzustellen, die diese Einschränkung nicht oder nur zu einem geringen Ausmaß zeigt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Reaktor ungeteilt ist und mit Mitteln versehen ist, um die Austragekapazität der Gasauslässe zu regulieren. Ein ungeteilter Reaktor ist in diesem Zusammenhang ein Reaktor, bei dem Trennwände, die den Reaktor in zwei oder mehrere Kammern teilen, nicht vorhanden sind.
Es wurde überraschend festgestellt, daß es in einer solchen Einrichtung, ohne daß die physikalischen Trennwände vorliegen, möglich ist, Polymere einer gemischten Zusammensetzung herzustellen, während die gewünschte Trennung bei der Austragung der Gase aus dem Reaktor erhalten wird.
In dem Reaktor werden die Abgase, die über dem Polymerbett vorhanden sind, über den Gasauslässen verteilt, wobei zwischen zwei Gasauslässen in dem Raum über dem Polymerbett eine Grenzfläche zwischen den Gasen, die zu dem einen Gasauslaß strömen und daraus ausgetragen werden, und denen, die zu dem anderen Gasauslaß strömen und daraus ausgetragen werden, gebildet wird. Mit Hilfe der Mittel zur Einstellung der Austragekapazität der Gasauslässe ist es nun als möglich befunden worden, die Position dieser Grenzfläche einzustellen. Dies ergibt eine große Flexibilität beim Teilen des Reaktors in virtuelle Kammern von gewünschter Größe, in die Gase, die sich in der Zusammensetzung unterscheiden, eingespeist werden können.
Daher ist man nicht länger durch ein festes Kammergrößenverhältnis, folglich ebenso wenig durch ein festes Verhältnis zwischen den Komponenten des Polymers der gemischten Zusammensetzung, das durch die Position der Trennwand bestimmt ist, gebunden. Dieses Verhältnis kann innerhalb breiter Grenzen in dem Reaktor in der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgewählt werden. Aufgrund der Möglichkeit, die Position der Grenzfläche bei der Gasaustragung einzustellen, kann es immer sichergestellt werden, daß unterschiedliche, getrennt zugeführte Gase in der Zusammensetzung ebenso separat entfernt und einfach wiedergewonnen werden können.
Wenn zwei Gasauslässe vorhanden sind, können diese beispielsweise bei ¼ bzw. ¾ von einem äußeren Ende des Bereiches des Reaktors, in dem die tatsächliche Polymerisation stattfindet, positioniert werden. Die Grenzfläche wird zwischen den zwei Auslässen liegen und kann folglich über der Hälfte der Länge des Reaktors eingestellt werden. Wenn eine größere Variation anstelle der Grenzfläche gewünscht ist, wird es vorteilhaft sein, die Gasauslässe weiter zu den äußeren Enden des Reaktors zu bewegen. Dasselbe trifft auf die zwei Auslässe zu, die am weitesten von den äußeren Enden des Reaktors entfernt sind, in dem Fall, daß mehr als zwei Gasauslässe in dem Reaktor vorliegen.
Der Mechanismus und die Ausführung der Polymerisationsreaktionen in dem Reaktor, wie die in der erfindungsgemäßen Einrichtung, sind an sich bekannt und werden beispielsweise in US-A-3,957,448 ausführlich beschrieben. Was darin offenbart wird, insbesondere in bezug auf Stelle, Verfahren und Menge der Zufuhr von Gasen und Flüssigkeiten in den Reaktor, das Verfahren zur Wiedergewinnung der Gase, die aus dem Reaktor entfernt werden, und das Verfahren zum Entfernen des gebildeten Polymers, ist vollkommen auf den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Berücksichtigung der weiteren und abweichenden Eigenschaften, die in der vorliegenden Beschreibung veröffentlicht werden, anwendbar.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders geeignet, insbesondere mit der Anwendung des im folgenden beschriebenen Verfahrens, zur Gasphasenherstellung von Polymeren aus einem olefinischen Monomer und gegebenenfalls einem oder mehreren Comonomeren, die mit diesen copolymerisierbar sind. In dem gebildeten Polymer können mehrere Typen von Comonomeren vorhanden sein. Das olefinische Monomer, das überwiegend vorhanden ist, kann beispielsweise ein α-Olefin oder Styrol sein. Das α-Olefin kann verzweigt oder unverzweigt sein und kann 2 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten. Vorzugsweise wird Verwendung von Ethylen und/oder Propylen gemacht.
Das Comonomer, das mit dem olefinischen Monomer copolymerisierbar ist, kann ein anderes olefinisches Monomer sein, aber ebenso sind konjugierte und nicht-konjugierte Diene geeignet. Vorzugsweise wird das Comonomer aus der Gruppe, bestehend aus α-Olefinen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen und konjugierten und nicht-konjugierten Dienen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen, ausgewählt werden. Bevorzugt sind Ethylen, Propylen, Buten-1, Isobuten, Hexen-1, 4-Methylpenten-1 oder Octen-1 als das α-Olefin. Das Dien, das vorzugsweise verwendet wird, ist 1,4-Butadien, 1,6-Hexadien, Ethylidennorbonen, Vinylnorbonen oder Dicyclopentadien. Neben den Homopolymeren von Ethylen oder Propylen können in der erfindungsgemäßen Einrichtung ebenso Copolymere von diesen zwei Monomeren hergestellt werden sowie Copolymere von diesen Monomeren zusammen oder separat mit ein oder mehreren höheren Olefinen und/oder Dienen.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Gasphasenpolymerisation von mindestens einem olefinischen Monomer in einer Einrichtung, die mindestens einen aus einem ungeteilten Raum bestehenden Horizontalrührreaktor umfaßt, in dessen Bo den eine Anzahl von Gaseinlässen und in dessen oberen Teil eine Anzahl von Flüssigkeitseinlässen angeordnet sind, wobei die Gaseinlässe und die Flüssigkeitseinlässe in entsprechend getrennte Gruppen aufgeteilt sind, und in dessen oberem Teil mindestens zwei Gasauslässe für das Entfernen von Gasen aus dem Reaktor, welche jeweils mit ihrer eigenen Wiedergewinnungseinheit verbunden sind, angeordnet sind, wobei das Verfahren umfaßt:

– das Einspeisen eines Katalysatorsystems in den Reaktor,
– das Einspeisen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen, welche das mindestens eine olefinische Monomer umfassen, zu einer ausgewählten Gruppe von Gaseinlässen und demgemäß eingestellter Flüssigkeitszusammensetzungen zu den entsprechenden Flüssigkeitseinlässen,
– das Entfernen der umgesetzten gasförmigen Komponenten durch die Gasauslässe, wobei das Verhältnis der Austragekapazitäten der Gasauslässe derart eingestellt wird, daß die von einer Gruppe von Gaseinlässen und einer entsprechenden Gruppe von Flüssigkeitseinlässen kommenden Gase hauptsächlich durch einen Gasauslaß entfernt werden,
– das Entfernen des erhaltenen Polymers aus der Einrichtung.

Die Polymerisation wird in Gegenwart eines Katalysatorsystems, das mindestens eine Übergangsmetallverbindung als ein Katalysator und einen Cokatalysator umfaßt, durchgeführt. Als Katalysator in diesen Verfahren können multiple-site-Katalysatoren, beispielsweise Ziegler-Natta-Katalysatoren, aber ebenso single-site-Katalysatoren, beispielsweise Metallocenkatalysatoren, verwendet werden. Die Verfahren, die an sich zur Herstellung der oben erwähnten Polymere in Gasphasenverfahren bekannt sind, können in der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die Vorteile der Erfindung erreicht werden.
Das Übergangsmetall in der Übergangsmetallverbindung wird aus den Gruppen 4 bis 6 des Periodensystems (neueste IUPAC-Notation) ausgewählt; stärker bevorzugt wird das Übergangsmetall aus der Gruppe 4 ausgewählt; der größte Vorzug wird Titan (Ti) als Übergangsmetall gegeben. Der Katalysator wird im allgemeinen auf einem inerten Träger, wie MgCl₂ oder SiO₂, im allgemeinen in Kombination mit einer sogenannten internen Donatorverbindung getragen.
Der Cokatalysator ist im allgemeinen eine Organometallverbindung und vorzugsweise eine Organoaluminiumverbindung. Am stärksten bevorzugt sind Alkylaluminiumverbindungen.
Ebenso kann eine externe Donatorverbindung in dem Katalysatorsystem, wie Alkoxysilane, vorhanden sein.
Alle Komponenten des Katalysatorsystems, die für die Polymerisation von einem oder mehreren olefinischen Monomeren geeignet sind, sind in der Technik an sich bekannt, dessen sich der Fachmann bewußt ist.
Die Erfindung wird außerdem auf der Grundlage einer geeigneten Ausführungsform der Einrichtung, wie in den folgenden Zeichnungen gezeigt, erklärt. 1 ist eine schematische Ansicht eines Reaktors, der für eine erfindungsgemäße Einrichtung geeignet ist.
In 1 ist 1 ein zylinderförmiger Reaktor mit einer Welle 3, an der ein Rührer (nicht in der Figur gezeigt) fixiert ist. Der Rührer besteht vorzugsweise aus Schaufeln, die an der Welle 3 angebracht werden, und die, wenn sich die Welle 3 dreht, ein Polymerbett, das sich in dem Reaktor befindet, in Bewegung halten, aber mit so wenig Bewegung des Polymerbetts in Achsenrichtung wie möglich. 5 ist eine Austragung für das gebildete Polymer. Infolgedessen wird die Austragekapazität so eingestellt, daß das sich bewegende Polymerbett 30 bis 80 % des Reaktorvolumens füllt. 7a bis 7j sind Flüssigkeitseinlässe; 9 und 11 sind zwei Gasauslässe; 13a bis 13j sind Gaseinlässe.
Infolgedessen ist die Verteilung der Gas- und Flüssigkeitseinlässe entlang des Reaktors vorzugsweise so ausgewählt worden, daß ständig ein Gas- und ein Flüssigkeitseinlaß in einer selben Ebene, senkrecht zu der Achsenrichtung des Reaktors, vorhanden sind. 12 ist eine Vorrichtung zum Einspeisen eines Katalysatorsystems. Das Katalysatorsystem wird normalerweise zu dem oberen Teil des Reaktors zugeführt und gegebenenfalls mit dem Teil der Flüssigkeit gemischt, die auf das Polymerbett zugeführt, getröpfelt oder gesprüht werden soll. Der Katalysator kann hauptsächlich an dem Punkt zugeführt werden, an dem die Reaktion beginnt, d. h. das Ende liegt am weitesten von der Austragung für das Polymer entfernt, aber kann, wenn gewünscht, ebenso über der Länge des Reaktors verteilt werden.
Das Gasgemisch, das mittels der Gasauslässe 9 und 11 aus dem Raum über dem Polymerbett entfernt wird, wird in separate Wiedergewinnungseinheiten eingespeist. In diesen Wiedergewinnungseinheiten wird das entfernte Gas gemäß an sich bekannten Techniken wiedergewonnen, ausgehend von der Entfernung von eingebundenen Polymerteilchen durch Separatoren 15 bzw. 16. Die abgetrennten Polymerteilchen werden zu dem Reaktor rückgeführt. Anschließend wird der Gasstrom, aus dem die Polymerteilchen abgezogen wurden, in Wärmeaustauschern 17 bzw. 18 abgekühlt. In Gas-Flüssigkeits-Separatoren 19 bzw. 20 wird das resultierende Gas-Flüssigkeits-Gemisch in eine gasförmige Zusammensetzung gespalten, die geeignet ist, zu dem Reaktor mittels der Gaseinlässe 13a bis 13j rückgeführt zu werden, und einen flüssigen Teil, der zu dem Reaktor mittels der Flüssigkeitseinlässe 7a bis 7j rückgeführt werden kann, wie in US-A-3,597,448 beschrieben.
Die Gasleitungen 21 und 22 sind jeweils mit den Gaseinlässen 13a bis 13j mittels einer Meßvorrichtung, beispielsweise ein regelbares Ventil, verbunden. In der Figur wird nur ein Teil der Kontrollventile gezeigt, nämlich 23a, 25a, 23j und 25j, aber solche Meßvorrichtungen sind an jeder der Gaseinlässe vorhanden. Es ist nicht notwendig, jede der Gasleitungen 21 und 22 mit allen Gaseinlässen zu verbinden. Normalerweise ist eine kleine Überlappung von Einlässen ausreichend in Abhängigkeit des gewünschten Umfangs bei der Wahl des Verhältnisses zwischen den Kammern. Leitung 21 kann beispielsweise mit 13a, b, c, d, e oder f und Leitung 22 mit 13d, e, f, g, h, i oder j verbunden sein. Dasselbe trifft auf die Verbindung der Leitungen 39 und 41 mit den Flüssigkeitseinlässen 7a bis 7j zu. 27, 29 und 31 geben drei Leitungen zum Nachdosieren des recycelten Gases zu der gewünschten Zusammensetzung des Gases an, das mittels des Gaseinlasses in den Reaktor eingespeist werden soll. Beispielsweise können Monomere oder Wasserstoff, die bei der Polymerisation verbraucht werden, zugesetzt werden. Diese Leitungen 27, 29 und 31 werden, wenn gewünscht, auf eine größere Anzahl erhöht, wenn mehr Komponenten zugegeben werden müssen, und sind ebenso jeweils mit jeder der Gaseinlässe mittels einer Meßvorrichtung verbunden. Erneut werden von diesen Vorrichtungen nur die Ventile 33a, 35a, 37a, 33j, 35j und 37j in der Figur gezeigt.
Durch die geeignete Einstellung der Meßvorrichtungen ist es nun möglich, den Reaktor in zwei virtuelle Kammern zu teilen, jede mit ihrer eigenen Gaszufuhrzusammensetzung, beispielsweise mit ihrer eigenen olefinischen Monomerzusammensetzung. Der Punkt, bei dem es einen Übergang von der einen Zusammensetzung zu der anderen gibt, soll in den Schritten entsprechend der Größe des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gasinputs und daher dem Verhältnis der Größen der zwei virtuellen Reaktorkomponenten ausgewählt werden. Durch Erhöhen der Anzahl von Gas- und Flüssigkeitseinlaßpunkten 7 oder 13 kann diese Schrittgröße verringert werden. Daher kann Gas einer ersten Zusammensetzung in eine erste Gruppe von Gaseinlässen, beispielsweise bestehend aus 13a bis 13d, und Gas einer zweiten Zusammensetzung in eine angrenzende Gruppe von Gaseinlässen, bestehend aus 13e bis 13j, eingespeist werden.
Entsprechend werden die Leitungen 39 und 41, die aus den Gas-Flüssigkeits-Separatoren 19 und 20 kommen, mit den Flüssigkeitseinlässen 7a bis 7j mittels der Meßvorrichtungen, beispielsweise Kontrollventile, verbunden. Hier können Maßnahmen zur Einspeisung von Extrakomponenten vorhanden sein, wie für die Gaseinlässe beschrieben. Diese werden in der Figur nicht gezeigt. Analog zu dem oben beschriebenen Weg der Teilung der Gaseinlässe in zwei Gruppen mit jeweils ihrer eigenen Gaszusammensetzung werden die Flüssigkeitseinlässe infolgedessen ebenso in zwei entsprechende Gruppen, beispielsweise bestehend aus 7a bis 7d oder 7e bis 7j, geteilt. Es ist für die Gas- und Flüssigkeitseinlässe nicht notwendig, eine identische Verteilung zu haben. In dem oben als Beispiel angegebenen Fall können die Flüssigkeitseinlässe ebenso in einem anderen Weg geteilt werden, beispielsweise in eine Gruppe, bestehend aus 7a bis 7d, und eine Gruppe, bestehend aus 7f bis 7j. Um 7e einzuspeisen, kann beispielsweise eine Flüssigkeit einer dritten Zusammensetzung dann eingespeist werden, beispielsweise eine inerte Zusammensetzung, um eine Trennung zwischen den zwei Gruppen zu erreichen.
Eine Gruppe von Gaseinlässen und eine Gruppe von Flüssigkeitseinlässen werden hier „entsprechend" markiert, wenn die durch sie zugeführten Komponenten miteinander in bezug auf die Zusammensetzung und Menge mit der Absicht eingestellt werden, aus den gemeinsam zugeführten Komponenten einen gewünschten Polymertyp herzustellen. Dies bedeutet, daß die Übereinstimmung in bezug auf die Position und Anzahl nicht notwendig ist, obwohl entsprechende Gruppen infolgedessen für den größeren Teil in der Achsenposition übereinstimmen werden. In derselben Weise werden eine Austragung und die Gas- und Flüssigkeitseinlässe, zu denen die Komponenten, die durch die Austragung nach der Wiedergewinnungseinheit entfernt werden, in erster Linie zugegeben werden, hierin als entsprechend bezeichnet.
Die Menge und die Zusammensetzung des zugeführten Gases und der zugeführten Flüssigkeit werden außerdem in gegenseitiger Abhängigkeit ausgewählt, so daß die gesamte Zusammensetzung und die Menge der zugeführten Komponenten auf eine optimale Verarbeitung der beabsichtigten Polymerisationsreaktion in dem relevanten Teil des Reaktors abgestimmt werden.
Der Reaktor wird daher in zwei virtuelle Kammern geteilt, jede mit ihrem eigenen Reaktionsgemisch, wobei in jeder ein unterschiedliches Polymer gebildet wird. Es ist ebenso möglich, wenn gewünscht, ein anderes Katalysatorsystem zu jeder der Kammern zuzuführen, wobei jede als die am meisten geeignete im Lichte des Polymers, das in jeder der Kammern hergestellt werden soll, ausgewählt wird.
Die Zusammensetzung des zugeführten Gases und der Flüssigkeit wird infolgedessen für die zwei virtuellen Kammern unterschiedlich sein. Die Flüssigkeit, die abgemessen und in einer virtuellen Kammer verdampft wird, und das Gas, das sich durch das Bett aus einem Gaseinlaß erhebt, werden als Abgase in dem Raum über dem Polymerbett gesammelt. Jeder Gasauslaß befindet sich in einer der virtuellen Kammern und wird als der Gasauslaß, der dieser entspricht, angegeben. Es ist vorteilhaft, wenn die Abgase hin zu der Wiedergewinnungseinheit, aus der die relevanten Gas- und Flüssigkeitszufuhren eingespeist werden, entfernt werden, da dann in den Abgasen im Prinzip keine fremden Komponenten vorhanden sind, d. h. nicht durch die relevante Gruppe von Gas- und Flüssigkeitseinlässen zugeführt werden.
Wenn ein Teil des Gasgemisches aus einer speziellen Kammer mittels einem anderen Gasauslaß als der entsprechende entfernt wird, können die Komponenten, die nicht zu den Gas- und Flüssigkeitszufuhren, die durch die Wiedergewinnungseinheiten eingespeist werden, zurückgeführt werden, in die Wiedergewinnungseinheit, die danach angeordnet ist, eindringen. Eine solche Komponente würde dann entfernt werden, was die Wiedergewinnungseinheit technisch komplizierter und teurer macht.
Um dies zu verhindern, wird mindestens einer der Gasauslässe 9 und 11 nun mit einer Vorrichtung 43 oder 45 versehen, mit der die Austragekapazität des relevanten Gasauslasses eingestellt werden kann, beispielsweise ein einstellbares Ventil. Jedoch muß die gesamte Austragekapazität der Gasauslässe immer ausreichend sein, um in der Lage zu sein, die Gesamtmenge des zugeführten Gases, als Gas oder als verdampfbare Flüssigkeit, zu entfernen. Vorzugsweise werden beide Gasauslässe mit einer Vorrichtung versehen, um die Austragekapazität einzustellen.
Wenn die Austragekapazitäten der zwei Gasauslässe gleich sind, wird sich das Gas, das über dem Polymerbett gesammelt wird, über den zwei Gasauslässen verteilen. Eine Grenzfläche kann zwischen den Gasen, die sich zu dem einen Gasauslaß bewegen, und denen, die sich zu dem anderen Gasauslaß bewegen, angegeben werden. Diese Grenzfläche wird durch die Tatsache charakterisiert, daß der Nettogasstrom dadurch null ist. Die Position dieser Grenzfläche hängt von der Verteilung über den unterschiedlichen Einlässen der Gesamtmenge von Gas und verdampfbarer Flüssigkeit ab, die in den Reaktor eingespeist wird. Daher wird beispielsweise die Polymerisation im allgemeinen in dem ersten Teil des Reaktors am schnellsten verlaufen, so daß mehr inerte Kühlflüssigkeit in diesen Bereich als den Bereich, der näher an der Polymeraustragung 5 liegt, eingespeist werden muß. In jeder Situation wird jedoch eine definierte Grenzfläche entstehen. Durch Erhöhen der Austragekapazität des einen Gasauslasses und Verringern der von dem zweiten wird sich folglich nun die Grenzfläche in die Richtung des Gasauslasses mit der verringerten Austragekapazität bewegen. Daher kann eine Situation erreicht werden, bei der in Übereinstimmung mit der virtuellen Kompartimentierung, die durch die Auswahl des Punktes erreicht wird, bei dem der Gas- und Flüssigkeitseinlaß von einer Zusam mensetzung zur anderen wechselt, die Austragung der Abgase so verteilt wird, daß die Abgase von jeder Kammer mittels dem entsprechenden Gasauslaß ausgetragen werden. Es wird daher eine direkte Verknüpfung zwischen dem ausgetragenen Gas und dem Gas und der Flüssigkeit, rückgeführt mittels der Wiedergewinnungsanordnung, hergestellt. Infolgedessen wird die Beimischung von ungewollten Komponenten zu einem großen Ausmaß verhindert.
Die Bestimmung der gewünschten Position der Grenzfläche kann unter Verwendung der Zusammensetzung der Abgase als eine Kontrollvariable ausgeführt werden. Wenn eine spezielle Komponente, die in eine erste Kammer eingespeist worden ist, in einer ungewollten Menge in dem Gasauslaß vorhanden ist, durch den die Abgase einer angrenzenden Kammer ausgetragen werden, kann die Grenzfläche in die gewünschte Richtung durch Anpassen des Verhältnisses der Austragekapazitäten der Gasauslässe verschoben werden. Der Reaktor wird daher vorzugsweise mit Mitteln versehen, um die Zusammensetzung der Gase, die durch die Gasauslässe ausgetragen werden, zu bestimmen. Ein geeignetes Beispiel davon ist ein Verfahrensgaschromatograph, der mittels einer Umführungsleitung oder Probenleitung mit jeder der Gasaustragungsleitungen 9 und 11 verbunden ist. Eine genauere Positionierung der Grenzfläche kann erreicht werden, wenn der Reaktor mit Mitteln, beispielsweise Gaschromatographen oder anderen Gasanalysegeräten, versehen wird, um die Zusammensetzung der Gase, die in dem oberen Teil des Reaktors, d. h. dem Raum über dem Polymerbett, vorhanden sind, zu bestimmen. Durch das Bestimmen dieser Zusammensetzung bei einer Anzahl von Punkten in diesem Raum kann die tatsächliche Position der Grenzfläche genau bestimmt werden.
Stärker bevorzugt kontrollieren die Mittel, welche die Zusammensetzung der Abgase bestimmen, die Mittel, welche die Austragekapazitäten der Gasauslässe regulieren. Für diesen Zweck kann eine an sich bekannte industrielle Meß- und Kontrollvorrichtung verwendet werden.
Obwohl der Reaktor mit einer Drehwelle mit Schaufeln ausgestattet ist, was dem Polymerbett vorzugsweise keine Bewegung in die Achsenrichtung verleiht, kann das Steigen des Gases, das im Bodenbereich zugeführt wird, etwas Ausbreitung auf grund der Dispersion verursachen, wenn das Gas die Oberfläche des Polymerbettes erreicht. Infolgedessen wird eine bestimmte Menge des Gases, das in eine virtuelle Kammer eingespeist wird, zu der anderen Seite der Grenzfläche gehen, das man sich als Trennen der virtuellen Kammern in dem Raum über dem Polymerbett vorstellen kann. Diese Menge kann beispielsweise zwischen 2 und 5 % liegen. Ohne weitere Messungen wird sich eine bestimmte Menge der ausgetragenen Gase daher zu einem nicht-entsprechenden Gasauslaß und folglich zu einer anderen Wiedergewinnungseinheit als die beabsichtigte bewegen.
Zu welchem Ausmaß dies ernst ist, hängt von den Unterschieden zwischen den Zusammensetzungen ab, die mit jeder der Gruppen von Gas- und Flüssigkeitseinlässen zugeführt werden. Diese Unterschiede können sich beispielsweise auf die Verhältnisse zwischen den Komponenten beziehen, aber es kann ebenso vorkommen, daß in die eine Kammer Komponenten eingespeist werden, die in der Einspeisung für die andere Kammer nicht vorhanden sind. Beispiele von diesen sind Wasserstoff und ein oder mehrere Comonomere. Infolgedessen ist es unerwünscht, dass solche Komponenten mittels der Wiedergewinnungseinheit in die andere Kammer eingespeist werden, da beispielsweise infolgedessen die Polymerisation, die in dieser Kammer beabsichtigt wird, gestört werden würde, oder die Eigenschaften des Polymers, das gebildet werden soll, in einer unerwünschten Weise beeinflußt werden würde.
In dem Fall, daß die Unterschiede nur in den Verhältnissen zwischen verschiedenen Komponenten liegen, können einige Gemische ermöglicht werden. Dies kann ohne weiteres durch Extraeinspeisung einer Komponente mittels der Einlässe 27, 29 und 31 oder durch Entfernen einer Komponente in der Wiedergewinnungseinheit korrigiert werden. In diesem Fall kann das Verhältnis zwischen den zwei Austragekapazitäten so eingestellt werden, daß die Grenzfläche in der Gasaustragung an einem Punkt zwischen dem letzten Gas- und Flüssigkeitseinlaß der ersten Gruppe und dem ersten angrenzenden Gas- und Flüssigkeitseinlaß der weiteren Gruppe liegt. In einer Situation, wie oben beschrieben, liegt die Grenzfläche dann zwischen den Einlässen 7d und 7e bzw. 13d und 13e.
In dem Fall, daß die eine Zusammensetzung eine Komponente enthält, die nicht oder nur in einer sehr kleinen Menge in der anderen Zusammensetzung auftreten soll, ist es vorteilhaft, die zwei Austragekapazitäten so in bezug aufeinander einzustellen, daß die virtuelle Grenzfläche in der Gasaustragung weiter an dem Gasauslaß liegen wird, bei dem die relevante Komponente nicht gewünscht ist. Dies kann einfach durch Verringern der Austragekapazität des relevanten Gasauslasses und Erhöhen der von dem entsprechend anderen Gasauslaß erreicht werden.
Durch die Analyse der Gaszusammensetzung in dem relevanten Gasauslaß kann es nachgewiesen werden, ob die ungewollte Komponente nicht länger darin oder in den Mengen, die im Hinblick auf die Polymerisation zulässig sind, auftritt oder für die Eigenschaften des Polymers, das gebildet werden soll, nicht schädlich sind, und, wenn notwendig, die Austragekapazitäten eingestellt werden können. Die kleine Menge der Zusammensetzung, in der die relevante Komponente fehlt, und wobei die Komponente daher zu dem anderen Gasauslaß geht, ist infolgedessen akzeptabel, und eine Korrektur für die Gegenwart davon kann einfach durchgeführt werden, wie oben beschrieben. Die Austragekapazitäten werden so eingestellt, daß keine Menge der ungewollten Komponenten oder Komponenten, die für die Polymerisation oder die Eigenschaften des Polymers, das gebildet werden soll, schädlich sind, in dem nicht-entsprechenden Gasauslaß endet. Welche Menge schädlich ist, hängt von der speziellen Komponente im Zusammenhang mit der Polymerisationsreaktion in der relevanten Kammer ab, und ist für einen Fachmann leicht zu bestimmten, oder ist für die meisten Polymerisationsreaktionen bereits bekannt.
Wenn in beiden Zusammensetzungen eine Komponente auftritt, deren Gegenwart in der anderen unerwünscht ist, ist es möglich, zusätzlich zur Verschiebung der Grenzfläche, wie oben beschrieben, in einem oder mehreren Gas- und/oder Flüssigkeitseinlässen, welche die zwei Gruppen trennen, die Zufuhr von allen Komponenten, die in irgendeiner Zusammensetzung unerwünscht sind, wegzulassen. In dem oben beschriebenen Fall, könnten die Zusammensetzungen in den Einlässen 7d und/oder 7e und 13d und/oder 13e in dieser Weise eingestellt werden. Infolgedessen kann in einem kleinen Teil des Reaktors ein Polymer gebildet werden, das leicht von dem Polymer, das in der virtuellen Kammer zuvor oder danach gebildet wird, abweicht, aber im allgemeinen wird dies nur einen sehr kleinen Einfluß auf die Eigenschaften der schließlich gemischten Polymerzusammensetzung haben. Es ist ebenso möglich, in diese Trenneinlässe nur inerte Komponenten einzuspeisen, so daß die gesamte Produktionskapazität sich möglicherweise etwas verringert, aber die Bildung einer abweichenden Polymerzusammensetzung verhindert wird.
Wenn in keiner der zwei Gruppen der Einlässe Komponenten auftreten, die für die Polymerisation in der nicht-entsprechenden Kammer schädlich sind, können Ströme aus der einen Wiedergewinnungseinheit gegebenenfalls verwendet werden, um die gewünschte Zusammensetzung in den Einlässen der nicht-entsprechenden Kammer zu erreichen.
Neben der oben beschriebenen Ausführungsform ist es ebenso möglich, die Gas- und Flüssigkeitseinlässe in mehr als zwei Gruppen zu unterteilen, jede mit ihrer eigenen Gas- oder Flüssigkeitszusammensetzungszufuhr. Der Reaktor wird dann in mehr als zwei virtuelle Kammern unterteilt. Die Abgase aus mehreren virtuellen Kammern können dann in Abhängigkeit der Beschaffenheit der Unterschiede in diesen Zusammensetzungen durch einen bekannten Gasauslaß oder jedes durch seinen eigenen entsprechenden Gasauslaß entfernt werden. In dem letzteren Fall muß der Reaktor mit mehr als zwei Gasauslässen versehen sein.

Claims

Einrichtung für die Gasphasenpolymerisation mindestens eines olefinischen Monomers, welche mindestens einen Horizontalrührreaktor umfaßt, der mit einer Zahl von Gaseinlässen in dem Bodenbereich des Reaktors und einer Zahl von Flüssigkeitseinlässen in dem oberen Bereich des Reaktors und mindestens zwei Gasauslässen in dem oberen Teil des Reaktors versehen ist, wobei der Reaktor ungeteilt ist und mit Mitteln versehen ist, um die Austragekapazitäten der Gasauslässe zu regulieren.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Gasauslaß mit seiner eigenen Wiedergewinnungseinheit für die durch diesen Gasauslaß entfernten Gase verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, welche zusätzlich mit Mitteln versehen ist, um die Zusammensetzung der durch die Gasauslässe entfernten Gase zu bestimmen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, welche mit Mitteln versehen ist, um an einer Anzahl von Stellen die Zusammensetzung der Gase zu bestimmen, die in dem oberen Teil des Reaktors vorliegen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Mittel, welche die Zusammensetzung der Gase bestimmen, die Mittel in Betrieb setzen, welche die Austragekapazitäten der Gasauslässe regulieren.
Verfahren für die Gasphasenpolymerisation mindestens eines olefinischen Monomers in einer Einrichtung, die mindestens einen aus einem ungeteilten Raum bestehenden Horizontalrührreaktor umfaßt, in dessen Boden eine Anzahl von Gaseinlässen und in dessen oberem Teil eine Anzahl von Flüssigkeitseinlässen angeordnet sind, wobei die Gaseinlässe und die Flüssigkeitseinlässe in entsprechend getrennte Gruppen aufgeteilt sind, und in dessen oberem Teil mindestens zwei Gasauslässe für das Entfernen von Gasen aus dem Reaktor, welche jeweils mit ihrer eigenen Wiedergewinnungseinheit verbunden sind, angeordnet sind, wobei das Verfahren umfaßt: das Einspeisen eines Katalysatorsystems in den Reaktor, das Einspeisen unterschiedlicher Gaszusammensetzungen, welche das mindestens eine olefinische Monomer umfassen, zu einer ausgewählten Gruppe von Gaseinlässen und demgemäß eingestellter Flüssigkeitszusammensetzungen zu den entsprechenden Flüssigkeitseinlässen, das Entfernen der umgesetzten gasförmigen Komponenten durch die Gasauslässe, wobei das Verhältnis der Austragekapazitäten der Gasauslässe derart eingestellt wird, dass die von einer Gruppe von Gaseinlässen und einer entsprechenden Gruppe von Flüssigkeitseinlässen kommenden Gase hauptsächlich durch einen entsprechenden Gasauslaß entfernt werden, das Entfernen des erhaltenen Polymers aus dem Reaktor.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis zwischen den Austragekapazitäten der Gasauslässe derart eingestellt ist, dass Komponenten, die zu einer ersten Gruppe eingespeist werden und die schädlich für die Polymerisation innerhalb einer anderen Gruppe sein können, in einer höchstens nicht- schädlichen Menge entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei zwei benachbarte Gruppen von Gaseinlässen und/oder Flüssigkeitseinlässen durch einen oder mehrere Gaseinlässe bzw. Flüssigkeitseinlässe abgetrennt sind, in welche eine Gaszusammensetzung oder eine Flüssigkeitszusammensetzung eingespeist wird, in welcher die schädlichen Komponenten nicht vorliegen.