DE69425656T2

DE69425656T2 - Verfahren und anordnung zur entnahme einer probe

Info

Publication number: DE69425656T2
Application number: DE69425656T
Authority: DE
Inventors: Klaus Nyfors; Jouni Takakarhu
Original assignee: Borealis Polymers Oy
Current assignee: Borealis Polymers Oy
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2014-05-11
Also published as: FI932159A0; FI95319C; DE69425656D1; FI932159A; NO954536L; EP0698204A1; NO954536D0; FI95319B; EP0698204B1; US5602348A; WO1994027134A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Entnahme einer Probe in einer Suspensions- bzw. Aufschlämmüngspolymerisation.
Verschiedene Verfahren wurden für die Herstellung von festen und halbfesten Polymeren aus Kohlenwasserstoffen wie 1-Olefinen entwickelt. In einem solchen Verfahren werden Olefine wie Ethylen, Propylen, Butylen oder Penten in der Gegenwart von Katalysatoren in Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmitteln oder während die Monomere selber als Verdünnungsmittel agieren polymerisiert. In einem solchen Fall werden die Reaktionsmittel durch das Aufrechterhalten eines geeigneten Drucks in dem Reaktionsreaktor in der Lösungsphase gehalten. Wenn das Polymer, das gebildet wird, in dem Verdünnungsmittel unlöslich oder schlecht löslich ist, wird das Polymerprodukt als Teilchen gebildet und so umfasst der Produktstrom eine Suspension bzw. Aufschlämmung, die sich aus Polymerteilchen, Verdünnungsmittel und Monomeren zusammensetzt. Dieser Produktstrom wird gewöhnlich in einen Polymerabtrennbehälter geleitet, in dem die festen Materialien und die flüssigen und gasförmigen Bestandteile voneinander getrennt werden.
Der Reaktortyp, in solchen Verfahren angewendet wird, ist ein kontinuierlicher Rohrreaktor, der eine Schlaufe bildet, wobei die Polymerisation in einem turbulenten Strom, der in der Schlaufe umgewälzt wird, stattfindet. Das Produkt, das Polymer, Verdünnungsmittel und Monomere enthält, wird dem Reaktor entweder kontinuierlich oder - gewöhnlicher - periodisch über ein Auslassventil entnommen, wobei es in einen Separator eingeleitet wird, in dem das Polymer durch eine Verringerung des Drucks abgetrennt wird.
Zur Regulierung der Polymerisationsreaktion können Proben aus dem Produktstrom des Reaktors kontinuierlich oder periodisch entnommen werden. Ein normaler Weg ist, eine Probe aus dem Gasstrom, der von dem Polymerabtrennbehälter wegführt, zu entnehmen und diese Gasprobe mit verschiedenen Verfahren, zum Beispiel mit Hilfe der Gaschromatographie, zu untersuchen. Eine solche Anordnung ist zum Beispiel in dem US Patent 3 556 730 beschrieben.
In diesem Verfahren nach dem Stand der Technik ist die Verzögerungszeit, die von der Wegführung des Produkts von dem Polymerisationsreaktor bis zu dem Zeitpunkt des Starts der Analyse auftritt, oft beträchtlich lang, und während dieser Zeit können wesentliche Veränderungen in dem Verfahren stattfinden. So ist die Probe nicht zu allen Zeitpunkten repräsentativ. Daher würde es bevorzugt sein, diese Verzögerungszeit der Analyse kürzer zu machen.
In dem FI Patent Nr. 85 191 ist ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe eine wesentliche Verkürzung der Probenentnahmeverzögerung erreicht wird. Bei diesem Verfahren wird die Probe von dem Produktrohr über ein Absperrventil des Ein/Aus-Typs entnommen, wobei dieses Ventil für die Zeit der durch das Öffnen des Auslassventils hervorgerufenen Druckschwankung geschlossen ist und dieses Ventil nach der Druckschwankung geöffnet wird.
In einer Polymerisationsanlage ist die Verfahrensverzögerung in Bezug auf die Analyse in der Regel in der Größenordnung von ungefähr 10 Minuten. Wenn ein Probensystem gemäß dem FI Patent 85 191 verwendet wird, ist die Verfahrensverzögerung in Bezug auf die Analyse auf ungefähr eine Minute unter gleichen Bedingungen verkürzt.
Für die Regulierung der Eigenschaften des Polymers in einer Suspensionspolymerisation ist eine präzise Regulierung der Konzentration erforderlich. Gewöhnlich wurde dies durch die Analysierung der Eingangskonzentration, in Mischungsbehälterreaktoren der Gasphasenkonzentrationen oder der Konzentrationen der von dem Produkt abgetrennten Gasphase durchgeführt. Diese Messungen ergeben jedoch nicht genügend genaue Informationen über die Flüssigphasenkonzentrationen in dem Reaktor.
Wenn die Eingangskonzentration analysiert wird, sind die tatsächlichen Konzentrationen in dem Reaktor nicht bekannt. Wenn die Gasphasenkonzentrationen in einem Mischungsbehälterreaktor analysiert werden, sind die tatsächlichen Flüssigphasenkonzentrationen nicht bekannt. Ferner werden durch die Adhäsion von Polymerteilchen in dem Probenentnahmesytem Probleme hervorgerufen. Wenn die Entnahme von Proben von dem Gasstrom nach dem Produktrohr des Reaktors (nach dem Abtrennbehälter) stattfindet, verursacht eine Anhaftung von Polymerteilchen in der Probenentnahmerohrleitung Probleme. Ferner können Rückführblasen-Gase (return-blow gases) in den Produktfiltern das Analysieren stören, und es kann eine lange Verzögerungszeit aufgetreten, bis die Analyse der Konzentration durchgeführt worden ist. Auch eine Analysierung des Gasraums ist unmöglich, wenn die Polymersuspension von einem Reaktor in einen anderen ohne Abtrennung der Gase zugeführt wird. Eine Analyse direkt von der Suspension mit Hilfe von einem gewöhnlichen Filter ist nicht möglich, da der Filter unter Reaktionsbedingungen ist und, wenn kleine Katalysatorteilchen auf der Oberfläche des Filters zurückbleiben, die Teilchen die Polymerisation auf dem Filter fortsetzen und den Filter schnell blockieren.
Die GB-A-1 257 964 offenbart ein Verfahren zur Probenentnahme aus einer Flüssigphase über einen In-line- Filter. Eine Anordnung, die einen Filter, eine Pumpe und ein spezielles Probenentnahmeventil umfasst, ist gezeigt. Die DE-AS-1648870 offenbart eine Vorrichtung für die kontinuierliche Messung eines sich langsam aufwärts bewegenden Flüssigkeitsstroms, der gegebenenfalls Feststoffe enthält.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die eine Entnahme von Proben ohne wesentliche Verzögerungen erlauben und wo die Probleme, die durch eine Anhaftung von Polymerteilchen auftreten, ausgeschaltet wurden. Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die auch in Suspensionsreaktoren, die in Serie verbunden sind und in denen keine Trennung von Polymer und Flüssigkeit/Gas zwischen den Reaktoren stattfindet, angewendet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 3 definiert.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in Anspruch 1 definiert. Eine bevorzugte Ausführungsform davon ist in Anspruch 2 definiert.
Das Verfahren zur erfindungsgemäßen Analyse wird direkt aus der Flüssigphase, in der die Reaktion stattfindet, ohne jegliche Verzögerungszeit und ohne Probleme mit der Anhaftung von Teilchen durchgeführt. Der erfindungsgemäße In-line-Filter kann auch mit einer minimalen Anzahl an sich bewegenden und verschleißenden Teilen geschaffen werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der In-line- Filter mit Hilfe eines Suspensionsstroms mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, z. B. 3...10 Meter pro Sekunde, gewaschen. Im Falle des Suspensions-Schleifenreaktors bzw. -Schlaufenreaktors erzeugt die Druckdifferenz über die Pumpe des Schleifenreaktors den notwendigen Hochgeschwindigkeitsstrom in der Röhre des Filters. Im Falle eines Behälterreaktors, ist es möglich eine Suspensionspumpe zu verwenden. Falls notwendig, ist es auch möglich, eine Rückflusswäsche mit einer inerten Flüssigkeit zu verwenden, um den Filter zu reinigen.
Die Erfindung wird im Detail mit Bezug auf einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die in den Figuren in den beigelegten Zeichnungen veranschaulicht sind, beschrieben wobei die Erfindung jedoch nicht alleine auf diese Ausführungsformen begrenzt sein soll.
Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines gewöhnlichen Schleifenreaktorsystems nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Probenentnahmestems nach dem Stand der Technik gemäß dem FI Patent 85 191.
Fig. 3 ist eine schematische Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenentnahmesystems.
Fig. 4 ist eine schematische Veranschaulichung einer Vorrichtung, die nicht erfindungsgemäß ist.
In Fig. 1 (Stand der Technik) stellt die Bezugsziffer 10 eine Polymerisationseinrichtung dar, in der über ein Zuführrohr 11 ein Monomer durch das Rohr 12, ein Katalysator durch das Rohr 13 und ein Verdünnungsmittel durch das Rohr 14 in den Schleifenreaktor 15 geleitet werden. In dem Rohr 16 des Reaktors 15 wird die Suspension, die aus den Reaktionsmitteln und dem Polymer, das gebildet werden soll, besteht, mit einer hohen Geschwindigkeit mit Hilfe von einer nicht gezeigten Umwälzeinrichtung wie einer Pumpe oder einer Propellervorrichtung umgewälzt. Die Temperatur in dem Reaktor 15 kann mit Hilfe eines Heiz/Kühlmantels 17 reguliert werden. Das vorstehende System der Zuführung der Reaktionsmittel ist nur suggestiv, und so können die Reaktionsmittel in den Reaktor 15 wie auch immer auf jedem gewünschten Weg, zusammen oder getrennt, geleitet werden.
Aus dem Reaktor 15 wird die Suspension, die Polymer, Verdünnungsmittel und Monomer enthält, durch das Ventil 18 entnommen. Das Ventil 18 wird periodisch für eine kurze Zeit geöffnet, zum Beispiel in Intervallen von einer halben Minute, und erlaubt der Produktsuspension, über das Rohr 19 in den Abtrennbehälter 20 zu fließen. In dem Abtrennbehälter 20 wird das in der Suspension enthaltende Verdünnungsmittel infolge der Verringerung des Drucks vergast, das feste Polymerprodukt wird durch das Rohr 21 entnommen, die Gasphase, die Verdünnungsmitel und Monomer enthält, wird durch das Rohr 22 entnommen, und diese Phase kann in den Reaktor 15 über das Rohr 24 zurückgeführt werden, nachdem ihr Druck in einem Kompressor 23 erhöht wurde.
Aus dem Rohr 22 kann über das Rohr 25 eine Gasprobe zu dem Analysator 26 genommen werden. Weil das Volumen des Separators 20 beträchtlich groß ist und weil der Produktstrom in den Separator periodisch ist, beansprucht das ausreichende Mischen der Gasphase und die Bildung einer repräsentativen Probe eine beträchtlich lange Zeit, die bis zu 15 Minuten betragen kann. Dies verursacht daher eine beträchtliche Verzögerung bei der Analyse.
Fig. 2 (Stand der Technik) zeigt ein Probenentnahmesystem gemäß dem FI Patent 85 191, in dem die Probe aus dem Reaktor 15 über den Kanal 27 und das Auslassventil 18 relativ bald, direkt von dem Produktrohr 19, über das Ventil 28 in das Rohr 31, das zu dem Analysator fließt, durch ein Ventil für konstanten Durchfluss 30 entnommen wird.
Wenn das Auslassventil 18 offen ist, besitzt der Druck des Reaktors 15 direkt Zugang in das Produktrohr 19, und das führt zu einem beträchtlichen Druckschock. Dieser Druckschock darf keinen Zugang zu den Analysatoren haben, und deshalb ist das verwendete Ventil 28 ein Ventil des Ein/Aus-Typs, wobei dieses Ventil für die Zeit der maximalen Druckschwankung geschlossen ist, wenn das Auslassventil 18 offen ist. Die Dauer der Druckschwankung ist in der Größenordnung von 5 Sekunden. Nach der Druckschwankung wird das Ventil 28 geöffnet und erlaubt der Probe zu dem Analysator über das Ventil 30 und das Rohr 31 zu fließen.
Damit der Probenfluss zu dem Analysator kontinuierlich ist, ist nach dem Ventil 28 ein Pufferbehälter 29 vorgesehen, dessen Volumen so bemessen ist, dass es ausreichend ist, um zu garantieren, dass der Fluss über das Rohr 31 kontinuierlich ist, auch wenn das Ventil 28 dazwischen geschlossen ist.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform findet die Entnahme einer Probe gemäß der grundlegenden Realisierung der Erfindung direkt in der Flüssigphase des Reaktors 15 mit Hilfe eines In-line-Filters 40 statt. Ein Ende des Filters 40 steht mit der Rohrleitung 16 des Schleifenreaktors 15 über den Strömungskanal 41 in Kontakt und das andere Ende des Filters 40 über den Strömungskanal 42. Der Strömungskanal 41 enthält ein Ventil 43 und der Strömungskanal 42 enthält ein Ventil 44. Die Probe wird von dem Filter 40 über den Kanal 45 zu der gaschromatographischen Analyse geleitet. Die Bezugsziffer 46 bezeichnet einen Verdampfer und einen Druckminderer. Die Probe fließt durch die Rohrleitung 16 des Schleifenreaktors 15 über das Rohr 41 durch den In-line-Filter 40 und über das Rohr 42 in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Eine geeignete Geschwindigkeit ist in der Regel 3...10 Meter pro Sekunde. Die Umwälzeinrichtung, die in der Rohrleitung 16 des Schleifenreaktors 15 angeordnet ist, ist mit der Bezugsziffer 32 bezeichnet.
In der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung, die außerhalb des Bereichs der Ansprüche liegt, steht das eine Ende des Inline-Filters 140 mit dem Suspensionsbehälterreaktor 115 über den Strömungskanal 141 in Kontakt, und das andere Ende des Filters über den Kanal 142. Der Strömungskanal 141 schließt eine Suspensionspumpe 143 ein. Die Probe wird durch den Filter 140 entlang des Strömungskanals 145 zu der gaschromatographischen Analyse geleitet. Die in dem Suspensionsbehälterreaktor 115 angeordnete Rührwerkvorrichtung ist mit der Bezugsziffer 132 bezeichnet.

Claims

1. Einrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Schleifenreaktor (15), der eine Rohrleitung (16) umfasst, in der eine Suspensionspolymerisation stattfindet, und wobei die Suspension in der Rohrleitung (16) des Schleifenreaktors (15) fließt und umgewälzt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtung einen In-line-Filter (40) umfasst, der in Kontakt mit der Suspension angeordnet ist, wobei die Rohrleitung (16) mit dem In-line-Filter (40) durch einen ersten Strömungskanal (41) mit dem einen Ende des Filters und über einen zweiten Strömungskanal (42) mit dem anderen Ende des Filters verbunden ist, und dass

der erste Strömungskanal (41) mit der Verdrängungsseite einer Umwälzpumpe (32) verbunden ist, deren Förderteil innerhalb der Rohrleitung (16) des Schleifenreaktors (15) angeordnet ist, und der andere Strömungskanal (42) mit der Saugseite der Umwälzpumpe (32) des Schleifenreaktors (15) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (43) innerhalb des ersten Strömungskanals (41) angeordnet ist und ein Ventil (44) innerhalb des zweiten Strömungskanals (42) angeordnet ist, und dass der In-line-Filter (40) durch einen Kanal (45) mit einer gaschromatographischen Analyse verbunden ist.

3. Verfahren zur Entnahme einer Probe aus der Flüssigphase eines Schleifenreaktors (15), der eine Rohrleitung (16) umfasst, in der eine Suspensionspolymerisation stattfindet, wobei die Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 verwendet wird, so dass der Suspensionsstrom über den Inline-Filter (40) durch die Verwendung der durch die Umwälzpumpe (32) erzeugten Druckdifferenz auf einem Niveau gehalten wird, um die Immobilisierung des Polymers oder von Katalysatorteilchen auf der Filteroberfläche des In-line-Filters (40) zu verhindern.