DE69916895T2

DE69916895T2 - Verfahren und vorrichtung zur entladung eines polymerisationsreaktors

Info

Publication number: DE69916895T2
Application number: DE69916895T
Authority: DE
Inventors: Jouni Kivelä; Klaus Nyfors
Original assignee: Borealis Technology Oy
Current assignee: Borealis Technology Oy
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: JP4558941B2; AU1388200A; KR20010089441A; US7655192B2; AU755948B2; KR100561797B1; FI982456A; EP1159305B1; FI111953B; CN1333787A; FI982456A0; BR9915279A; AR021251A1; US7812102B2; ES2219114T3; US20050152816A1; ATE265471T1; CA2350507A1; TW518342B; CA2350507C

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren in einem kontinuierlich betriebenen Polymerisationsreaktor. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Abziehen eines festen Polymerpulvers aus einem Wirbelbettpolymerisationsreaktor mit einem hohen Durchsatz. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung für das kontinuierliche Abziehen eines Polymerpulvers aus einem Wirbelbettpolymerisationsreaktor.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung von Polymeren in einem Wirbelbettreaktor sind im Stand der Technik bekannt. Diese Verfahren werden beispielsweise in der EP-A-0 870 539, EP-A-0 024 933, in der EP-Patentspezifikation Nr. 0 517 868, im US-Patent Nr. 4 543 399 und in der EP-Patentanmeldung Nr. 0 381 364 beschrieben. Die Verfahren sind in erster Linie für die Herstellung von Polyethylen ausgerichtet, aber sie können ebenfalls zur Herstellung anderer Polyolefine, wie Polypropylen, modifiziert sein. In dem Verfahren, das in der EP-Patentspezifikation Nr. 0 517 868 beschrieben ist, fungiert der Wirbelbettreaktor als zweiter Reaktor in einer Zweireaktoranordnung, bei den anderen oben erwähnten Verfahren steht er als ein Reaktor allein.
Herkömmliche Gasphasenwirbelbettreaktoren umfassen einen verlängerten Reaktorkörper, der im Allgemeinen eine vertikale Mittelachse aufweist. Die Monomere werden in einem Wirbelbett oberhalb eines Wirbelgitters, das sich am Bodenende des Reaktorkörpers befindet, polymerisiert. Ein gasförmiger Strom, der das Monomer enthält und wahlweise α-Olefincomonomer(e), Wasserstoff und Intertgas(e) werden in den Boden des Betts durch das Wirbelgitter eingeführt. Das nicht umgesetzte Gas wird vom oberen Teil des Betts gesammelt, gekühlt und in den Boden des Reaktors zurückgeführt. Das Polymerprodukt wird aus dem unteren Teil des Reaktors oberhalb des Wirbelgitters abgezogen. Aktiver Katalysator wird in das Bett eingeführt, entweder als frischer Katalysator oder als Polymerteilchen aus einem früheren Polymerisationsstadium, worin der aktive Katalysator dispergiert wird.
Das Polymerisationssystem aus einem Gasphasenreaktor für die Polymerisation von α-Olefinen umfasst ein Wirbelbett, das aus Polymerteilchen, die darin den aktiven Katalysator enthalten, besteht und ein gasförmiges Reaktionsmedium. Das Bett kann in dem verwirbelten Zustand durch mechanisches Vermischen und Rühren des Inhalts des Reaktors und zusätzlich oder alternativ durch Einblasen des (der) Monomers(e), das heißt der Olefin(e), und/oder eines inerten Reaktionsmediums (z. B. Stickstoff und/oder ein leicht flüchtiger Kohlenwasserstoff) darin in einem gasförmigen Zustand gehalten werden. Im Fall eines Wirbelbettprozesses muss die Geschwindigkeit des Gases dafür ausreichen, die Polymerteilchen zu tragen oder zu verwirbeln. Das (die) Monomer(s) und/oder ein inertes Reaktionsmedium im flüssigen Zustand kann in das Polymerisationssystem eingeführt werden, und die Polymerisation kann durchgeführt werden, während das (die) Monomer(e) und/oder das Reaktionsmedium vergast werden. Das (die) nicht umgesetzte(n) Monomer(e) und/oder inerte Reaktionsmedium können teilweise oder ganz verflüssigt werden und im flüssigen Zustand in das Polymerisationssystem zurückgeführt werden, wie dieses in der EP-A-1 0024933 beschrieben ist.
Wie im US-Patent Nr. 4,803, 251 beschrieben ist, tritt gelegentlich eine Folienbildung in den Gasphasenreaktoren auf. Die Folien sind Teilchenagglomerate mit einer Dicke von etwa 6 bis 15 mm, einer Länge von 30 bis 150 cm und einer Breite von 7,5 bis 45 cm oder mehr. Die Folien bestehen aus einem geschmolzenen Polymer. Nach der US-4,803,251 ist die Bildung von Folien mit statischer Elektrizität verbunden. Die mögliche Bildung von heißen Flecken, die möglicherweise zur Klumpenbildung, wie in der EP-0 089 691 beschrieben, führen können, wurde ebenfalls diskutiert.
Das Abziehen des Polymerprodukts aus einem Gasphasenreaktor wird herkömmlicherweise schubweise bzw. diskontinuierlich durchgeführt. Ein typischer diskontinuierlicher Austragungsprozess besteht aus den folgenden Stufen: wenn der Oberflächenpegel innerhalb des Gasphasenreaktors als Ergebnis der Polymerisation steigt, wird das Polymerpulver durch ein An/Aus-Ventil zu einem Auslasstank abgeführt. Ein Teil des Wirbelgases, das in den Tank mit dem Pulver eintritt, wird mit einem Kompressor zurück in das Wirbelbett geführt. Das entgaste Pulver wird gewonnen und wahlweise einer weiteren Verarbeitung unterzogen.
Mit dem oben beschriebenen diskontinuierlichen Austragungssystem ist es möglich, nicht nur das Polymerpulver zu entfernen, sondern ebenfalls die im Reaktor gebildeten Klumpen, weil die Auslassdüsen des Systems einen großen Durchmesser aufweisen, in der Regel viel größer als für das Abziehen des Pulvers erforderlich ist.
Es gibt allerdings erstzunehmende Nachteile, die mit der konventionellen Technologie verbunden sind. Das diskontinuierliche Austragen ist ein ziemlich kompliziertes System. Es umfasst mehrere Phasen und eine Anzahl von An/Aus-Ventilen, die typischerweise viele Male in 10er-Bereichen pro Stunde betrieben werden. Es müssen mindestens zwei Austragungssysteme, in großen Anlagen sogar mehr, vorhanden sein. Dieses Merkmal macht das diskontinuierliche Austragungssystem als Investition ziemlich teuer, und die Erhaltung ist ebenfalls kostenaufwendig. Die Komplexität des Systems führt ebenfalls zu Anfälligkeiten; wenn das Austragungssystem verstopft wird, oder es einen ernstzunehmenden Fehler im System gibt, muss die ganze Anlage heruntergefahren werden.
Des weiteren ist die diskontinuierliche Austragung unflexibel, weil es schwierig ist, ihre Kapazität zu erhöhen, wenn die Kapazität der gesamten Anlage erhöht wird. Statt dessen erfordert ein hoher Anstieg der Produktionskapazität die Hinzufügung eines neuen teuren Austragungssystems.
Im Hinblick auf den Betrieb des Systems kann festgestellt werden, dass eine deutliche Fluktuation im Bettpegel auftritt, wenn ein Teil des Polymerprodukts aus dem Reaktor abgezogen wird. Diese Fluktuation beeinflusst die Monomerkonzentration und somit ebenfalls andere Parameter, wie die Konzentration von Wasserstoff und Comonomeren, die insgesamt genommen einen starken Einfluss auf die Qualität des Polymerprodukts ausüben.
Der diskontinuierliche Betrieb des Auslasssystems führt ebenfalls zu einem pulsierenden Betrieb des Rückführungsgaskompressors. Dieses führt wiederum zu einer verstärkten Abnutzung.
Einige alternative Systeme zum Abziehen eines Polymerpulvers aus einem Wirbelbettreaktor sind ebenfalls im Stand der Technik beschrieben. Diese Verfahren sind in den veröffentlichten EP-Patentanmeldungen mit den Nrn. 0 096 288 und 0 245 043 und im US-Patent Nr. 4 495 337 beschrieben.
Das zuletzt erwähnte Dokument beschreibt ein Verfahren für den Bodenabfluss eines Wirbelbettreaktors, wobei der Reaktor nicht nur mit einer vertikalen Bodenleitung, sondern ebenfalls mit einer lateralen Evakuierungsleitung, die oberhalb der Verteilungsplatte des Reaktors angeordnet ist, ausgestattet ist. Die Seitenleitung macht es möglich, einen Teil des im Reaktor gebildeten Polymers zu evakuieren. Nach dieser Referenz wird, um den Reaktor zu entleeren, zunächst die gesamte Fraktion des Polymerpulvers, das sich oberhalb des Pegels der Auslassleitung befindet, mit der Lateralleitung abgeführt, dann wird die Gesamtaustragung des Reaktors über die vertikale Bodenleitung durchgeführt.
Die EP A1 0 006 288 und A1 0 245 043 beschreiben Austragungssysteme, die diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden. In der EP A1 006 288 wird die Austragung über einen Dipleg bewirkt, der vom oberen Teil des Reaktors bis zu einem Punkt in der Nähe des Bodens geht. Der Dipleg ist mit einem An/Aus-Ventil verbunden, das intermittierend geöffnet wird. Wenn das Ventil offen ist, geht eine Mischung aus einem Polymer und Monomer zu einem Cyclon, worin der meiste Monomerdampf vom Polymer abgetrennt wird. Das Monomer kann in den Reaktor über den Kompressor rückgeführt werden.
Die EP-A1 0245 043 lehrt eine Vorrichtung zum Entgasen und Pelletisieren von Polyolefinen, wobei es eine Auslassdüse gibt, die mit einer Schleusenkammer ausgestattet ist, die zwischen zwei Ventilen, die abwechselnd aktiviert werden, angeordnet ist. Die Mischung aus Gas und festen Teilchen, die aus dem Reaktor abgezogen wird, wird in einem Primärvergaser zum Abtrennen der festen Phase von einem Teil der Gasphase, die die Teilchen begleitet, behandelt. Die die Monomere enthaltenden Gase werden in den Reaktor über eine Leitung rückgeführt.
Obwohl der Stand der Technik vorschlägt, dass die obigen drei alternativen Austragungssysteme nicht nur periodisch, sondern ebenfalls kontinuierlich betrieben werden können, ist keines davon tatsächlich für einen solchen Betrieb geeignet. Es sollte hier festgestellt werden, dass die in der EP A1 0 006 288 und A1 0 245 043 beschriebenen Ventile tatsächlich intermittierend betrieben werden, was bedeutet, dass es keinen kontinuierlichen Strom aus Polymerpulver durch die Auslassdüsen gibt. Deswegen sind diese Systeme einfach nur verbesserte diskontinuierliche Austragungssysteme, die die gleichen Hauptnachteile wie oben beschrieben, aufweisen. Das Austragungssystem der US 4 495 337 ist andererseits eher für die Entfernung des gesamten Inhalts des Reaktors als dafür geeignet, das Polymerpulver kontinuierlich abzuziehen bzw. zu entfernen.
Die JP-A 58/113208 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisierung von Olefinen in der Dampfhase. Der Gehalt des Wirbelbetts wird durch Messen des Druckunterschieds zwischen zwei spezifizierten Orten im Bett bestimmt. Das Dokument zeigt weiterhin an, dass das Polymer entweder kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden kann. Wie allerdings die vorgeschlagene kontinuierliche Entfernung in der Praxis durchgeführt wird, ist nicht beschrieben.
Die EP-A-0 870 539 eine Vorrichtung zur Polymerisierung von Olefinen in der Gasphase. Die 2 und Spalte 8, Zeilen 21–55 des Dokuments beschreiben eine Ausführungsform, bei der das Polymer kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird. Das Dokument bezieht sich nicht auf die Gegenwart von irgendwelchen Verklumpungen oder Folien mitten unter dem Polymer und es schlägt auch nicht vor, wie diese gehandhabt werden sollen, wenn das Polymer aus dem Reaktor abgezogen wird. Es diskutiert vielmehr, wie die Gasentfernungsleitung installiert werden sollte, um zu verhindern, dass sie blockiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme, die mit den bekannten Polymerpulveraustragsystemen zusammenhängen, zu eliminieren und eine einfache Austragungsmethode mit hohem Durchsatz zur Verfügung zu stellen, die die Wirbelbettpolymerisationsreaktorsteuerung und den nachgeschalteten Betrieb der Anlage steuern kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Austragungssystem mit geringen Investitionskosten und im wesentlichen reduzierten Kosten zur Aufrechterhaltung des Betriebs zur Verfügung zu stellen.
Diese und andere Aufgaben, zusammen mit deren Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren, was aus der folgenden Spezifikation ersichtlich werden wird, sind durch die vorliegende Erfindung, wie sie nachfolgend beschrieben und beansprucht wird, gelöst worden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept der Polymerisierung von mindestens einem Monomer in einem Gasphasenreaktor durch kontinuierliches Zuführen eines Monomers in einem Bett, das durch Katalysatorpolymerteilchen, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, gebildet ist, wobei ein Bettpegel im Reaktor definiert wird. Nach der Erfindung wird freiströmendes Polymerpulver kontinuierlich durch eine Abführungsleitung abgezogen, während gleichzeitig der Oberflächenpegel des Wirbelbetts innerhalb eines Gasphasenreaktors überwacht wird und der Materialstrom durch die Leitung in Abhängigkeit des Oberflächenpegels gesteuert wird, um so einen im wesentlichen konstanten Bettpegel aufrecht zu halten. Um dieses Ziel zu erreichen, weist der Gasphasenreaktor eine Auslassdüse auf, die mit einem kontinuierlich betriebenen Steuerventil für die Pulverentfernung ausgestattet ist. Das Steuersignal für das Steuerventil kommt von einem Wirbelbettpegelkontrollelement. Der Bettpegel wird typischerweise mit einem Druckunterschied oder einer radioaktiven Vorrichtung gemessen.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung die Entfernung und das separate (kontinuierliche oder diskontinuierliche) Gewinnen von Teilchenagglomeraten aus dem Reaktor.
Das Entfernungssystem umfasst eine Auslassdüse, ein Steuerventil und einen Bettpegelindikator. Das System umfasst weiterhin bevorzugt einen Sammelbehälter, der in Kommunikation mit der Auslassleitung zur Trennung des Gases vom festen Material angeordnet ist. Die Teilchenagglomerate werden entweder direkt aus der Reaktion über einen getrennten Auslass entfernt, oder die Agglomerate werden aus dem kontinuierlichen Strom des Polymerpulvers abgetrennt.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren durch das charakterisiert, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definiert ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch das charakterisiert, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 26 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung hat beträchtliche Vorteile. Somit kann die Entfernung des Polymers tatsächlich ohne Störung der Polymerisation kontinuierlich durchgeführt werden. Die Entfernungsrate des Polymers kann in flexibler Weise in Abhängigkeit des Fortschreitens der Polymerisation eingestellt werden, und sie kann ohne weiteres erhöht werden, wenn die Kapazität des Reaktors erhöht wird. Es ist weiterhin beobachtet worden, dass eine Mischung aus Gas und Polymer durch das kontinuierlich betriebene Steuerventil gehen kann. Diese Mischung kann für die pneumatische Beförderung des Polymerpulvers verwendet werden. Es ist ebenfalls beobachtet worden, dass weniger Reaktionsgas als bei kontinuierlichen Systemen entfernt werden kann.
Das kontinuierliche Auslasssystem ist ebenfalls besonders gut für ein Verfahren geeignet, wo der Auslass aus dem Gasphasenreaktor entweder direkt oder indirekt in einen anderen Gasphasenreaktor geführt wird. Dieses vermeidet Steuerprobleme im nächsten Gasphasenreaktor aufgrund von nachkommendem Pulvermaterialgut.
Im Allgemeinen hätte es nicht möglich sein sollen, eine kontinuierliche Entfernung zu erreichen, weil insbesondere in einem PE-Reaktor beträchtliche Menge an Verklumpungen und Verstopfungen gebildet werden, und die Größe der kontinuierlich betriebenen Auslassdüse so klein ist, dass diese Klumpen möglicherweise eine Verstopfung verursachen. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dieses Problem zu beseitigen.
Als nächstes wird nun die Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung näher untersucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung, die einen Wirbelbettreaktor mit einer Auslassdüse, eine Leitung, ein kontinuierlich betriebenes Steuerventil mit einem Mittel zum Spülen des Ventils und einen Weiterverarbeitungsbereich zur Trennung des Gases, das die nicht umgesetzten Monomere enthält, umfasst und
2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Wirbelbettreaktor mit einer Auslassdüse, einen Sammelbehälter, ein Steuerventil, das unter der Steuerung eines Pegelindikators betrieben wird und einen Weiterverarbeitungsbereich für die Trennung des Gases, das nicht umgesetzte Monomere enthält, vom Polymerpulver umfasst.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird das vorliegende Verfahren verwendet, um das Polymer aus einem kontinuierlich betriebenen Gasphasenreaktor zu entfernen, wobei mindestens ein Monomer in einem Bett, das Katalysator und Polymerteilchen, suspendiert in einer Flüssigkeit, enthält, polymerisiert wird, wobei das Bett einen Wirbelbettpegel in diesem Reaktor definiert. Der Katalysator kann in den Gasphasenreaktor als Strom, der das Polymer und aktiven Katalysator zusammen mit Reaktionsmedium umfasst, geführt werden. Dieser Strom kann aus einem Aufschlämmungsreaktor, wie Schlaufenreaktor, erhalten werden.
Das Verfahren umfasst das kontinuierliche Abziehen bzw. Entfernen von Polymerpulver aus dem Reaktor und die Einstellung der Entfernungsrate des Polymerpulvers in der Weise, dass während der Polymerisation ein konstanter Bettpegel aufrechterhalten bleibt. Wie oben erwähnt wurde, wird die Entfernungsrate des Polymerpulvers durch Anwendung eines kontinuierlich betriebenen Steuerventils eingestellt. Bevorzugte Beispiele für diese kontinuierlich betriebenen Ventile sind Kugelhähne, V-Kugelhähne und Schlauchhähne.
Um einen stabilen Betrieb des Verfahrens sicherzustellen, sollte das Polymerpulver frei fließend bzw. frei strömend sein. Die Strömungseigenschaften des in dem Verfahren hergestellten Polymeren hängen von der durchschnittlichen Teilchengröße, der Teilchengrößenverteilung und insbesondere von der Form der Polymerteilchen ab. Diese Eigenschaften hängen weiterhin von den entsprechenden Eigenschaften des in dem Verfahren verwendeten Katalysators ab. Um gute Fließeigenschaften zu erreichen, sollten die Polymerteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 150 und 4.000 Mikron, bevorzugt zwischen 200 und 2.000 Mikron, aufweisen. Die Teilchengrößenverteilung sollte so sein, dass nicht mehr als 30%, bevorzugt nicht mehr als 15 Gew.-% der Teilchen einen Durchmesser von kleiner als 100 Mikron aufweisen. Darüber hinaus sollten die Polymerteilchen eine glatte Oberfläche und ein reguläres Erscheinungsbild aufweisen. Bevorzugt sollten die Teilchen eine sphärische oder fast sphärische Form aufweisen.
Zusammen mit oder separat vom frei fließenden Polymerpulver werden die Polymeragglomerate ebenfalls aus dem Reaktor entfernt und gewonnen. Sie können verworfen werden oder vermahlen und mit dem fertigen Polymer vermischt werden. Die "Polymerteilchenagglomerate" sind Teilchen mit einer minimalen Dicke (in jeder Dimension) von mindestens 6 mm, insbesondere etwa 6 bis 15 mm. Sie bestehen aus Polymerteilchen, die mindestens teilweise zusammen verschmolzen sind. Die Agglomerate umfassen Folien, Verklumpungen und Stopfen, die sich während der Polymerisation, insbesondere im Gasphasenreaktor, bilden. Wie oben erwähnt wurde, bilden sich insbesondere während der Polymerisation von Ethylen Polymeragglomerate.
Die Vorrichtung umfasst eine Auslassdüse, die mit dem Wirbelbett des Gasphasenreaktors kommuniziert, einen Sammelbehälter, der in Kommunikation mit der Auslassdüse zur Abtrennung des Gases von festem Material angeordnet ist; ein kontinuierlich betriebenes Ventil zum Einstellen der Menge an Polymerpulver, das aus dem Reaktor über die Auslassdüse abgezogen wird und Mittel für die Steuerung des Betriebs des Ventils zum Einstellen der Entfernungsrate des Polymerpulvers, um so während der Polymerisation einen konstanten Bettpegel aufrecht zu erhalten. Das kontinuierlich betriebene Ventil ist bevorzugt mit dem Sammelbehälter verbunden. Die Polymeragglomerate können aus dem Reaktor unter Anwendung einer Entfernungsleitung mit einem diskontinuierlich betriebenen Austragventil entfernt werden. Alternativ werden die Polymeragglomerate aus dem Polymerpulver in einen Sammelbehälter abgetrennt, der ein Sieb zur Isolierung der Klumpen, Folien oder Stopfen aufweist.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. In der Zeichnung werden die folgenden Bezugszeichen verwendet:

1.: Gasphasenreaktor
2.: Auslassdüse des Gasphasenreaktors
3.: Steuerventil
4.: Pegelindikator/-steuerelement
5.: Austragleitung
7.: Sammelbehälter
8.: Spülgas
12.: Ventil für die Regulierung des Stroms des Polymerpulvers
18.: Produktaufnahmeelement oder zweiter Reaktor
20.: Gassammler
21.: Kompressor

Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird das im Reaktor 1 gebildete Polymer aus einem Punkt unterhalb des Bettpegels, über eine Auslassdüse 2 und ein Steuerventil 3 zusammen mit einer ausreichenden Menge Gas zum Führen des Polymers in einen Entgasungsbehälter 18 oder zu einem nachfolgenden Reaktor abgezogen. Der Betrieb des Steuerventils 3 wird durch den Pegelindikator/-steuerelement 4 gesteuert. Das vom Polymerpulver im Entgasungsbereich abgetrennte Gas wird nach der Trennung vom Polymer in den Gasphasenreaktor, was durch den Pfeil gezeigt ist, und/oder einen Gewinnungsbereich rückgeführt.
Die kontinuierliche Entfernung wird bevorzugt als ein einziges Austragungssystem im Fall eines Reaktors, wobei die Menge an Verklumpungen klein ist, angewendet. Die Bildung von Verklumpungen kann durch Zugabe verschiedener antistatischer Mittel oder durch das Umgehen von Zuführen von frischem Katalysator in den Gasphasenreaktor, als Vielstufenverfahren reduziert werden. Ein besonders bevorzugtes Vielstufenverfahren wird durch das System, das in der EP-Patentspezifikation Nr. 0 517 868 beschrieben ist, repräsentiert, das in Kombination einen Schleifenreaktor und einen Gasphasenreaktor aufweist.
Selbst in dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, die Auslassdüse 2 an einem Punkt anzubringen, wo keine oder praktisch keine Verklumpungen vorhanden sind. Dafür kann das Polymerpulver kontinuierlich von einem Punkt oberhalb einer Wirbelplatte abgezogen werden, weil die Verklumpungen dazu tendieren, auf der Wirbeloberfläche zu akkumulieren. Wenn ein Gasphasenreaktor verwendet wird, worin das Wirbelbett ein mechanisch vermischtes Bett umfasst, wird das Polymerpulver bevorzugt aus der gemischten Zone abgezogen.
Um das Risiko des Verstopfens des Austragsystems zu reduzieren, kann die Auslassdüse eine Gitterspülung (nicht gezeigt) aufweisen, die an der Reaktorwand montiert ist, um zu verhindern, dass die Klumpen in die Leitung eindringen. Der Ausdruck "spülmontiert" bedeutet, dass das Gitter so installiert ist, dass es sich am gleichen Pegel wie die Oberfläche der Innenwand des Reaktors befindet. Es muss nicht von der Wandoberfläche in den Reaktor hineinragen, da es ansonsten mit Polymer bedeckt wird. Außerdem darf es keine "Tasche" an der Düse hinterlassen, was eine Akkumulierung von Polymer an diesem Ort ermöglichen würde. Des weiteren können die Entfernungsleitung 5 und das Steuerventil 3 diskontinuierlich mit einem Spülgasstrom durch die Gasleitung 8 rückgespült werden, um ein Verstopfen zu verhindern. In ähnlicher Weise kann das Steuerventil 3 in der Weise mit einer Steuervorrichtung 4 eingestellt werden, um einen pulsierenden Betrieb herzustellen und damit das Verstopfen des Ventils zu verhindern. Bevorzugt wird dieses durch vollständiges Öffnen des Ventils für eine kurze Zeit und anschließende Rückführung in die Normalposition durchgeführt. Diese Prozedur wird automatisch in spezifischen Abständen wiederholt.
Da es normalerweise nicht möglich ist, die Klumpenbildung ganz zu vermeiden, obwohl sie, wie oben beschrieben wurde, schon auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, ist es bevorzugt, dass vorliegende kontinuierliche Austragungssystem mit einem konventionellen diskontinuierlichen System, wie in 1 gezeigt, zu kombinieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das kontinuierliche Austragungssystem durch einen Sammeltank 7, der mit dem Gasphasenreaktor über eine Gasleitung verbunden ist, dargestellt. Durch die diskontinuierliche Entfernung ist es möglich, die Anhäufung von Klumpen auf der Verteilungsplatte des Gasphasenreaktors 1 zu verhindern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das diskontinuierlich betriebene System für eine im wesentlichen kleinere Kapazität als herkömmlich ausgestaltet sein, und es kann weniger oft betrieben werden, beispielsweise nur einmal in der Stunde oder sogar nur einmal am Tag. Im Allgemeinen sollte eine diskontinuierliche Auslassdüse für die Entfernung der Klumpen (Polymeragglomerate) ausreichend sein. Die Klumpen können durch radioaktive Nachweissensoren nachgewiesen werden.
Typischerweise, wenn der Reaktor ein diskontinuierliches Austragungssystem aufweist, beträgt das Verhältnis zwischen dem Polymerpulver, das kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt wird, zur Polymerpulverentfernung über das diskontinuierlich betriebene System etwa 1 : 1 bis 10.000 : 1.
Die Entgasung des Polymerpulvers findet in mindestens einem Entgasungsbehälter statt, worin der Druck des Gasstroms erniedrigt wird, um das Gas von dem Pulver zu entfernen. Der Entgasungsbereich 18, 20 kann ein Produktaufnahmeelement 18 zur Abtrennung des Gases vom Polymerpulver und einen Gassammler 20 aufweisen. Das Polymerpulver wird pneumatisch vom Sammelbehälter 7 zum Produktaufnahmeelement 18 oder zu einem zweiten Reaktor geführt werden.
Der Gasdruck auf dem Gassammelbehälter kann in einem Kompressor 21 erhöht werden, bevor das Gas in einen Gasphasenreaktor, direkt oder durch ein Gewinnungssystem/-Bereich, rückgeführt.
2 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform für die kontinuierliche Entfernung. Die Teile der Vorrichtung sind im großem und ganzen die gleichen wie bei der vorherigen Ausführungsform, das heißt:

31.: Gasphasenreaktor
32.: Auslassdüse des Gasphasenreaktors
33.: Kontrollventil für das Gas
34.: Pegelindikator/-Steuerelement
35.: Sammeltank
36.: Rückführungsleitung
37.: Sieb
38.: Auslassdüse zur Entfernung von Klumpen aus dem Sammeltank
39.: Pegelindikator/-steuerelement
40.: Steuerventil zur Regulierung des Pulverstroms
41.: An-Rus-Ventil zur Entfernung von Klumpen
43, 45: Sammelbehälter des Entgasungsbereichs
46.: Kompressor

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Auslassdüse 32 des Gasphasenreaktors 31 mit einem separaten Sammelbehälter 35 kombiniert, der zur Abtrennung der Klumpen aus dem Fluid, das das Polymerpulver und das Gas umfasst, verwendet werden kann. Der Bettpegel des Gasphasenreaktors 31 wird durch ein Rückführungsventil (Steuerventil) 33 gesteuert, das in der Rückführungsleitung 36, die mit dem Gasraum des Sammelbehälters verbunden ist, eingesetzt ist. Das Gas wird zum oberen Teil des Reaktors oberhalb des Wirbelbetts rückgeführt, und die Betthöhe ergibt den notwendigen Druckunterschied, um das Polymer und das Gas zum Sammelbehälter 35 zu leiten.
Der Sammelbehälter 35 weist bevorzugt ein separates Pegelkontrollelement 39 und ein Kontrollventil 40 auf, und das Polymer wird pneumatisch unter dem Einfluss des Drucks des Sammelbehälters 35 in einen Entgasungsbehälter 43 oder einen nachfolgenden Reaktor geführt. Es ist bevorzugt, dass der Sammelbehälter ein Sieb 37 zum Sammeln der Klumpen und eine separate Austragdüse 38 für die Klumpen aufweist. Das Steuerventil 40 kann entweder intermittierend oder kontinuierlich betrieben werden. Es ist bevorzugt, das Ventil 40 kontinuierlich zu betreiben.
Der Betrieb des Entgasungsbereichs 43–46 ist ähnlich dem der oben erklärten Ausführungsform.
Das kontinuierlich entfernte Polymer kann direkt oder indirekt in einen anderen Gasphasenreaktor geführt werden.
Die vorliegende Erfindung kann für die Herstellung von Homo- und Copolymeren aus Monomeren, die aus der Gruppe C₂-C₁₆-Olefine und Mischungen daraus gewählt sind, angewendet werden. Bevorzugt ist das Monomer Ethylen, Propylen, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, ein Dien oder ein cyclisches Olefin oder eine Mischung daraus.
Die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Vergleichsbeispiels
Ein Gasphasenreaktor, der für die Produktion geeignet ist, wurde bei einer Temperatur von 85°C und einem Druck von 20 bar mit einem Bettpegel von 15 m wie folgt betrieben:
Das Polymer, das aktiven Polymerisationskatalysator enthielt, wurde in den Gasphasenreaktor von einem Schlaufenreaktor bei einer Rate von 6 metrischen Tonnen pro Stunde geführt. Die Zuführungsraten von Ethylen, Wasserstoff und 1-Buten wurden so eingestellt, dass die gewünschten Konzentrationen im Gasphasenreaktor erreicht wurden. Als Folge davon betrug die Polymerproduktionsrate im Gasphasenreaktor 8 Tonnen pro Stunde, und das aus dem Reaktor entnommene Polymer wies eine MFR₂₁ = 11 und eine Dichte = 947 kg/m³ auf.
Das Polymer wurde aus dem Reaktor unter Anwendung eines konventionellen, diskontinuierlich arbeitenden Produktaustragsystem gesammelt, und das Polymer wurde in 3,7 m³ Aufnahmetanks gesammelt. Es wurden 2 identische Systeme angewendet. Der Durchmesser der Austragsdüse betrug 8 Inch. Die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Austrägen betrug 2 Minuten, das heißt, 4 Minuten für jedes individuelle System. Während eines normalen Betriebs wurde festgestellt, dass der Bettpegel mit einer Amplitude von 20 cm oszillierte. Der Reaktor konnte mehrere Tage ohne Störung betrieben werden.
Es wurde ein Experiment mit einem Produktaustrag mit maximaler Kapazität durchgeführt, und dann wurde festgestellt, dass die Kapazität 20 Tonnen pro Stunde betrug.
Beispiel
Ein erfindungsgemäßes Produktaustragsystem wurde im Gasphasenreaktor des Vergleichsbeispiels installiert. Der Durchmesser der Düse betrug 2 Inch (50 mm). Das Steuerventil wurde jede Minute vollständig für wenige Sekunden geöffnet, um ein Verstopfen des Ventils zu verhindern. Der konventionelle diskontinuierliche Austrag wurde so eingestellt, dass er einmal in der Stunde im Betrieb war, um die Klumpen aus dem Reaktor zu entfernen. Es wurden tatsächlich keine Klumpen aus dem Reaktor während der Testdauer gesammelt, und somit wurde festgestellt, dass die Betriebsfrequenz des diskontinuierlichen Austrags sogar geringer sein konnte.
Die Bedingungen des Reaktors waren ähnlich wie beim Vergleichsbeispiel. Während des normalen Betriebs wurde festgestellt, dass der Bettpegel mit einer Amplitude von 5 cm oszillierte. Der Reaktor wurde einige Tage stabil betrieben, bis der Test unterbrochen wurde.
Bei einem Experiment nach dem Vergleichsbeispiel wurde festgestellt, dass die maximale Kapazität 45 Tonnen pro Stunde betrug.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Polymeren in einem kontinuierlich betriebenen Gasphasenreaktor, das die Schritte aufweist: – Polymerisieren von mindestens einem Monomer in einem Bett, das den aktiven Katalysator enthält und durch in einer Flüssigkeit suspendierten Katalysator und Polymerteilchen gebildet ist, wobei dieses Bett einen Wirbelbettpegel in diesem Reaktor definiert, – Kontinuierliches Abziehen des Polymerpulvers aus dem Reaktor; – Einstellen der Entfernungsrate des Polymerpulvers, um auf diese Weise einen konstanten Pegel im Bett während der Polymerisation aufrecht zu erhalten und – Abziehen und separates Gewinnen von Teilchenagglomeraten aus dem Reaktor.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Entfernungsrate des Polymerpulvers durch Verwendung eines kontinuierlich betriebenen Steuerventils eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das kontinuierlich betriebene Ventil ein Kugelhahn, ein V-Kugelhahn oder ein Schlauchhahn ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin das Polymerpulver über eine Auslassdüse, die mit dem Steuerventil verbunden ist, abgezogen wird und diese Düse eine Gitterspülung, die an der Reaktorwand angebracht ist, um zu verhindern, dass Klumpen in die Leitung eintreten, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, worin der Betrieb des Steuerventils durch Verwendung eines Steuersignals, das von einem Steuerelement für den Bettpegel erhalten wird, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, worin das Steuerelement eingestellt wird, um einen pulsierenden Betrieb herzustellen, damit die Verstopfung des Ventils verhindert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Polymerpulver aus einem Punkt oberhalb einer Fluidisierungsplatte kontinuierlich abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Polymerpulver von einem Punkt unterhalb des Bettpegels abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Abführleitung und das Steuerventil diskontinuierlich mit einem Spülgasstrom rückgespült werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei – ein Gasphasenreaktor mit einer mechanisch gemischten Zone des Wirbelbetts verwendet wird, und – das Polymerpulver aus dieser gemischten Zone kontinuierlich abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Polymerpulver ebenfalls separat aus dem Reaktor unter Verwendung einer diskontinuierlichen Abführvorrichtung abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Polymerpulver zusammen mit dem Gas aus dem Reaktor abgezogen wird, das Gas von dem Polymerpulver getrennt wird und das abgetrennte Gas in den Reaktor rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, worin die Polymeragglomerate aus dem Reaktor unter Verwendung einer Abführleitung mit einem diskontinuierlich betriebenen Abführventil abgezogen werden.
Verfahren zur Entfernung eines Polymeren aus einem kontinuierlich betriebenen Gasphasenreaktor, worin mindestens ein Monomer in einem Bett, das aktiven Katalysator enthält und durch in einer Flüssigkeit suspendierten Katalysator und Polymerteilchen gebildet ist, polymerisiert wird, wobei dieses Bett einen Wirbelbettpegel in diesem Reaktor definiert, wobei – das Polymerpulver aus dem Reaktor kontinuierlich abgezogen wird; – das abgezogene Polymerpulver in einen Sammelbehälter geleitet wird, wobei Klumpen aus dem fein verteilten Polymerpulver abgetrennt werden und mindestens ein Teil des Gases von dem festen Material abgetrennt wird; – die Klumpen gewonnen werden und – die Entfernungsrate des Polymerpulvers eingestellt wird, um einen konstanten Bettpegel während der Polymerisation aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das abgetrennte Gas in den Reaktor zurückgeführt wird, wobei der Sammelbehälter mit einem Rücklaufventil zur Einstellung des Gasstroms, der in den Reaktor zurückgeleitet wird, versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin das Rücklaufventil durch den Pegel des Wirbelbetts des Reaktors gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, worin der Polymerpegel in dem Behälter durch Verwendung eines kontinuierlich betriebenen Steuerventils gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, worin der Sammelbehälter mit einem Sieb zur Abtrennung der Klumpen versehen ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Katalysator in den Gasphasenreaktor als Strom, der das Polymer und den aktiven Katalysator zusammen mit Reaktionsmedium umfasst, geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, worin der Katalysator in den Gasphasenreaktor aus einem Aufschlämmungsreaktor geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, worin der Aufschlämmungsreaktor ein Schleifenreaktor ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Monomere aus der Gruppe C₂- bis C₁₆-Olefine und Mischungen daraus gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Monomer aus der Gruppe Ethylen, Propylen, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, Diene und cyclische Olefine und Mischungen daraus gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Polymer, das kontinuierlich abgezogen wird, entweder direkt oder indirekt in einen anderen Gasphasenreaktor geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, worin der Sammelbehälter mit einem Gasabscheider verbunden wird, wobei das Polymerpulver pneumatisch aus dem Sammelbehälter in den Gasabscheider geleitet wird.
Vorrichtung zur Entfernung eines Polymeren aus einem kontinuierlich betriebenen Gasphasenreaktor, worin mindestens ein Monomer in einem Bett, das aktiven Katalysator enthält und durch in einer Flüssigkeit suspendierten Katalysator und Polymerteilchen gebildet ist, polymerisiert wird, wobei dieses Bett einen Wirbelbettpegel in diesem Reaktor definiert, wobei diese Vorrichtung aufweist: – eine Auslassdüse, die mit dem Wirbelbett des Gasphasenreaktors in Verbindung steht, – einen Sammelbehälter, der so angeordnet ist, dass er mit der Auslassdüse zur Abtrennung des Gases von dem festen Material, mit einem Sieb zum Sammeln der Klumpen und einer separaten Abführdüse für die Klumpen in Verbindung steht; – ein kontinuierlich betriebenes Ventil zum Einstellen der Menge des abzuziehenden Polymerpulvers aus dem Reaktor über die Auslassdüse und – eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs des Ventils zur Einstellung der Entfernungsrate des Polymerpulvers, um einen konstanten Bettpegel während der Polymerisation aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 26, worin das kontinuierlich betriebene Ventil mit dem Sammelbehälter verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, worin der Sammelbehälter einen Gasraum umfasst, der mit dem Gasphasenreaktor über eine Gasleitung verbunden ist.