ES2197209T3 - Procedimiento y catalizador para impedir el ensuciamiento de un reactor. - Google Patents
Procedimiento y catalizador para impedir el ensuciamiento de un reactor.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN SOPORTE QUE CONTIENE UNA METILALUMOXANA Y LOS DERIVADOS DE LOS MISMOS, EL CUAL ESTA FORMADO POR UNA TECNICA DE IMPREGNACION INCIPIENTE. EL SOPORTE PREFERIDO ES SILICE. LA IMPREGNACION INCIPIENTE SEGUN LA INVENCION PROPORCIONA UNA ALUMOXANA SOPORTADA, METILALUMOXANA, QUE ELIMINA SUSTANCIALMENTE EL PROBLEMA DE LA OBSTRUCCION DEL REACTOR DE UNA CAMA FLUIDIFICADA CUANDO SE INTRODUCE UNA METILALUMOXANA EN EL REACTOR DURANTE SU FUNCIONAMIENTO. SEGUN ESTA INVENCION, EL PROCESO COMPRENDE PROPORCIONAR UN COMPUESTO METALOCENO ACTIVADO POR METILALUMOXANA EN FORMA PARTICULADA COMO CATALIZADORES EN UNA OPERACION DE FASE DE GAS DE UNA CAMA FLUIDIFICADA.
Description
Procedimiento y catalizador para impedir el
ensuciamiento de un reactor.
La invención se refiere a las modificaciones y
mejoras en los sistemas de fase gas en lecho fluidizado a baja
presión para la polimerización y copolimerización de etileno,
realizadas en presencia de catalizadores que comprenden matalocenos
de metales de transición. La invención se refiere a eliminar el
ensuciamiento del reactor y a mantener la operación continua de la
placa del distribuidor en el reactor en fase gas de lecho fluidizado
realizada en la presencia de catalizadores que comprenden
metalocenos de metales de transición. Además, la invención se
refiere a mantener la polimerización y copolimerización continua de
etileno en el reactor de lecho fluidizado.
Los metalocenos se pueden describir mediante la
fórmula empírica Cp_{m}MA_{n}B_{p}. Estos compuestos en
combinación con metil-alumoxano (MAO) se han usado
para producir polímeros y copolímeros de olefinas, tales como
homo-polímeros de etileno y propileno, y copolímeros
de etileno-buteno y
etileno-hexeno.
El metil-alumoxano (MAO) se usa
como cocatalizador con los catalizadores de metaloceno. Las clases
de alumoxanos comprenden alquil-alumoxanos
oligoméricos lineales y/o cíclicos representados por la fórmula
R-(Al(R)-O)_{n}-AlR_{2}
para los alumoxanos lineales oligoméricos y
(-Al(R)-O-)_{m} para los alumoxanos
cíclicos oligoméricos en las que n es 1-40,
preferiblemente 10-20, m es 3-40.
preferiblemente 3-20 y R es un grupo alquilo
C_{1}-C_{8} y preferiblemente metilo. El
metil-alumoxano se produce comúnmente mediante
reacción de trimetil-aluminio con agua o con sales
inorgánicas hidratadas, tales como Cu(SO_{4}).5H_{2}O ó
Al_{2}(SO_{4})_{3}.5H_{2}O. El
metil-alumoxano se puede generar también in
situ en los reactores de polimerización mediante adición al
reactor de trimetil-aluminio y agua o sales
inorgánicas que contienen agua. El MAO es una mezcla de oligómeros
con una distribución amplia de pesos moleculares y usualmente con un
peso molecular medio de 1200. El MAO se conserva típicamente en
disolución en tolueno. Mientras que las disoluciones de MAO
permanecen líquidas a las temperaturas del reactor de lecho
fluidizado, el MAO mismo es un sólido a temperatura ambiente.
La mayor parte de los experimentos informados en
la bibliografía en relación con el metil-alumoxano
usado como un cocatalizador con los catalizadores de metaloceno se
realizan en un procedimiento en suspensión o en disolución, más bien
que en un procedimiento en reactor de lecho fluidizado en fase
gas.
Sin embargo, el Documento U.S. 5.332.706 describe
un catalizador que comprende alumoxano y un metaloceno de metal de
transición para su uso en la polimerización o copolimerización de
etileno en fase gas. El catalizador se prepara vía un procedimiento
de impregnación en el que el volumen de la disolución que contiene
el alumoxano empleado es menor o igual que el volumen de poro del
soporte.
Se encontró que el compuesto de metaloceno debe
entrar en contacto con el cocatalizador de MAO mientras está n
disolución con el fin de que el compuesto de metaloceno sea activado
en el reactor de lecho fluidizado. Además, se descubrió que el
ensuciamiento extensivo del reactor se produce cuando las
disoluciones de MAO se alimentan directamente en el reactor de fase
gas en cantidades bastante elevadas para proporcionar este contacto
líquido. El ensuciamiento se produce debido a que la disolución de
la MAO forma una película de líquido sobre las paredes interiores
del reactor. El compuesto de metaloceno se activa cuando él entra en
contacto con esta película de líquido, y el catalizador activado
reacciona con etileno para formar un revestimiento de polímero que
crece más grande en tamaño hasta que se ensucia el reactor. Además,
puesto que sustancialmente toda la activación tiene lugar sobre las
paredes, el MAO no está distribuido uniformemente sobre las
partículas del catalizador. La polimerización no homogénea que se
obtiene proporciona una baja actividad catalítica y malas
propiedades del producto.
Los problemas provocados por el uso de un
alumoxano, el metil-alumoxano, en la producción del
catalizador se refieren a un procedimiento para la formación de un
precursor catalítico que comprende un material soporte impregnado
con alumoxano y derivados del mismo, que comprende:
- (1)
- proporcionar una muestra que comprende un soporte y un compuesto de metal de transición no metaloceno, en la que la muestra tiene un volumen total de poro; y en la que el soporte tiene un volumen de poro de 0,5 a 5,0 cm^{3}/g y tiene poros de un diámetro medio de 5 a 50 nm (50 a 500 angstroms);
- (2)
- proporcionar un volumen de una disolución de un alumoxano y un compuesto de metaloceno,
en la que el volumen de dicha disolución está en
un intervalo que excede el volumen total de poro de la muestra y es
menos de dos veces el volumen total de poros de la muestra; y
en la que el volumen de dicha disolución es menos
del que se requiere para formar una suspensión de dicha mezcla en
dicha disolución;
en la que el alumoxano es de fórmula (a) y/o (b),
en la que (a) es
R-(Al(R)-O)_{x}-AlR_{2}
para los alumoxanos lineales y (b)
(-Al(R)-O)_{y} para los alumoxanos
cíclicos y en las que x es 1 a 40, y es 3 a 40 y R es un grupo
alquilo C_{1}-C_{8};
en la que la disolución tiene una concentración
de alumoxano expresada como porcentaje en peso de Al que está en el
intervalo desde 5 a 20,
en la que cuando el soporte es sílice el
alumoxano proporciona aluminio en una cantidad suficiente para
proporcionar una relación de Al a sílice (peso/peso) desde 0,10 a
0,40;
- (3)
- poner en contacto la muestra con dicho volumen de dicha disolución y permitir que la disolución impregne los poros del soporte, sin formar una suspensión del soporte en el disolvente;
- (4)
- después de dicha puesta en contacto recuperar las partículas del soporte impregnadas con alumoxano y el compuesto de metaloceno.
Los polímeros de etileno, así como los
copolímeros de etileno con una o más alfa-olefinas
C_{3}-C_{10}, pueden ser producidos usando el
precursor catalítico formado mediante el procedimiento de la
invención. Así, son posibles copolímeros que tienen dos unidades
monoméricas así como también terpolímeros que tienen tres unidades
monoméricas. Ejemplos particulares de dichos polímeros incluyen los
copolímeros de etileno/1-buteno, los copolímeros de
etileno/1-hexeno y los copolímeros de
etileno/4-metil-1-penteno.
Se puede usar hidrógeno como un agente de
transferencia de cadena en estas reacciones de polimerización. La
relación de hidrógeno/etileno empleada variará entre 0 a 2,0 moles
de hidrógeno por mol de etileno en la fase gas. Puede estar también
presente en la corriente de gas cualquier otro gas inerte al
catalizador y a las sustancias reaccionantes.
Los copolímeros de
etileno/1-buteno y etileno/1-hexeno
son los copolímeros lo más preferidos polimerizados usando un
precursor catalítico producido vía el procedimiento de esta
invención. Los copolímeros de etileno producidos contienen
preferiblemente al menos 70 por ciento en peso de unidades de
etileno. Se puede usar también un cocatalizador con un precursor
catalítico producido mediante el procedimiento de esta invención
para polimerizar propileno y otras alfa-olefinas y
para copolimerizar los mismos. La estructura de los polímeros de
alfa-olefinas preparados con un cocatalizador y un
precursor catalítico producido mediante el procedimiento de esta
invención depende de la estructura de los ligandos de
ciclopentadienilo unidos al átomo de metal en la molécula del
precursor catalítico. Dichas composiciones de
cocatalizador/precursor catalítico se pueden usar también para
polimerizar olefinas cíclicas tales como el ciclopenteno.
Un catalizador producido vía el procedimiento de
la invención exhibe actividad elevada para la polimerización de
etileno y alfa-olefinas superiores y permite la
síntesis de polímeros y copolímeros de etileno con una distribución
de peso molecular amplia/bimodal y generalmente, distribución de
peso molecular bimodal con un componente de peso molecular
relativamente elevado y con un componente de peso molecular
relativamente más bajo en la resina. La distribución de peso
molecular de la resina amplia/bimodal, expresada como MFR (relación
de fluidez), es de 50 a 250.
Un reactor de lecho fluidizado en el que se puede
usar un catalizador producido vía el procedimiento de la presente
invención consiste en una zona de reacción, una zona de reducción de
la velocidad y la placa del distribuidor. Aunque se puede producir
ensuciamiento en todas las áreas frías (áreas en un reactor a una
temperatura que es inferior a la temperatura a la que cualquier
componente(s), en le reactor de fase gas son líquidos más
bien que gaseosos) el ensuciamiento de la placa del distribuidor es
el detectado lo más fácilmente, puesto que él da lugar a un rápido
incremento en la caída de presión a través de la placa del
distribuidor debida a la restricción del flujo. Dichas restricciones
del flujo dan lugar también a cambios en los patrones de
fluidización y contribuyen al ensuciamiento de la pared del reactor.
La temperatura la más baja en el circuito del reactor está en la
entrada del reactor entre la placa del distribuidor. Otras áreas que
representan las secciones más frías en el sistema de reactor de
lecho fluidizado incluyen el refrigerante y la tubería entre el
refrigerante y la parte superior del fondo.
La zona de reacción comprende un lecho de
partículas crecientes de polímero y una cantidad más pequeña de
partículas catalíticas fluidizadas por el flujo continuo de los
componentes polimerizables y de los modificantes gaseosos. Para
mantener un lecho fluidizado viable, el caudal másico de gas a
través del lecho debe estar por arriba del flujo mínimo requerida
para la fluidificación, y preferiblemente desde 1,5 a 10 veces
G_{mf} y más preferiblemente desde 3 a 6 veces G_{mf}. G_{mf}
se usa en la forma aceptada como la abreviatura para el flujo mínimo
de gas másico requerido para conseguir la fluidificación, C. Y. Wen
e Y. H. Yu, ``Mechanics of Fluidization'', Chemical Engineering
Progress Symposium Series, Volumen 62, páginas
100-111 (1966). La placa de distribución sirve para
el propósito de difundir el gas de reciclo a través del lecho a una
velocidad suficiente para mantener la fluidificación en la base del
lecho. La fluidificación se consigue mediante una velocidad elevada
de reciclo de gas a y a través del lecho, típicamente del orden de
50 veces la velocidad de alimentación de gas de nuevo aporte. El gas
de nuevo aporte se alimenta al lecho a una velocidad igual a la
velocidad a la que se forma mediante la reacción el producto
polímero en partículas. La composición del gas de nuevo aporte se
determina mediante un analizador de gas posicionado por encima del
lecho. La composición del gas de nuevo aporte se ajusta
continuamente para mantener una composición gaseosa en estado
esencialmente estacionario dentro de la zona de reacción.
La parte de la corriente de gas que no reacciona
en el lecho (el gas de reciclo) pasa a una zona de reducción de la
velocidad y es comprimido en un compresor, pasa a través de un
cambiador de calor y se retorna al lecho. La placa de distribución
20 sirve para el propósito de difundir el gas de reciclo a través
del lecho a una velocidad suficiente para mantener la
fluidificación. La placa puede ser una pantalla, placa con ranuras,
placa perforada, una placa del tipo de campanas de borboteo, y las
semejantes. Los elementos de la placa pueden ser todos
estacionarios, o la placa puede ser del tipo móvil descrita en la
Patente de EE.UU. Nº 3.298.792.
Es esencial operar el reactor de lecho fluidizado
a una temperatura por debajo de la temperatura de sinterización de
las partículas de polímero. Para la producción de copolímeros de
etileno usando un catalizador producido vía el procedimiento de la
presente invención se prefiere una temperatura de operación de 30º a
115ºC, y una temperatura de 75º a 95ºC es la más preferida. Se usan
temperaturas de 75º a 90ºC para preparar productos que tienen una
densidad de 0,91 a 0,92 y se usan temperaturas de 80º a 100ºC para
preparar productos que tienen una densidad de 0,92 a 0,94, y se usan
temperaturas de 90º a 115ºC para preparar productos que tienen una
densidad de 0,94 a 0,96.
El reactor de lecho fluidizado se opera a
presiones de hasta 6,89 MPa, y se opera preferiblemente a una
presión desde 1,03 a 2,41 MPa, favoreciendo la operación a las
presiones más elevadas en dichos intervalos la transferencia de
calor puesto que un incremento en la presión incrementa la capacidad
calorífica por unidad de volumen del gas.
El catalizador parcial o completamente activado
se inyecta en el lecho en un punto por encima de la placa de
distribución a una velocidad igual a su consumo. Puesto que los
catalizadores usados son altamente activos, la inyección del
catalizador completamente activado en el área por debajo de la placa
de distribución puede dar lugar a que comience la polimerización
allí y eventualmente dar lugar al taponamiento de la placa de
distribución. La inyección en el lecho, por el contrario, coadyuva a
distribuir el catalizador a través del lecho e impide la formación
de sitios localizados de elevada concentración de catalizador.
La velocidad de producción del polímero en el
lecho se controla mediante la velocidad de inyección del
catalizador. Puesto que cualquier cambio en la velocidad de
inyección del catalizador cambia la velocidad de generación del
calor de reacción, la temperatura del gas de reciclo se ajusta para
acomodar el cambio en la velocidad de generación de calor. Una
instrumentación completa de tanto el lecho fluidizado como del
sistema de refrigeración del gas de reciclo es, por supuesto,
necesaria para detectar cualquier cambio de temperatura en el lecho
de tal modo que permita al operador efectuar un ajuste adecuado de
la temperatura del gas de reciclo.
Puesto que la velocidad de generación de calor
está relacionada directamente con la formación de producto, una
medida del aumento de temperatura del gas a través del reactor (la
diferencia entre la temperatura de entrada del gas y la temperatura
de salida del gas) es determinante de la velocidad de formación del
polímero en partículas a una velocidad del gas constante.
Bajo un conjunto dado de condiciones de
operación, el lecho fluidizado se mantiene a esencialmente una
altura constante mediante retirada de una parte del lecho como
producto a una velocidad igual a la velocidad de formación del
producto polímero en partículas.
Los catalizadores que son producidos vía el
procedimiento de la invención contienen dos metales de transición,
uno en la forma de un metaloceno y un metal de transición en la
forma de no metaloceno, tienen una actividad de al menos 1000 g de
polímero/g de catalizador o 100 g de polímero/g de cada metal de
transición.
Estos catalizadores bimetálicos comprenden,
opcionalmente, un cocatalizador que comprende un compuesto de
alquil-aluminio, tal como un
trialquil-aluminio libre de alumoxano.
El material soporte usado en el procedimiento de
la invención es un sólido, en partículas, y poroso, preferiblemente
un material inorgánico, tal como un óxido de silicio y/ o aluminio
y/o de Mg. El material soporte se usa en la forma de un polvo seco
que tiene un tamaño medio de partícula desde 1 \mum a 250 \mum,
preferiblemente desde 10 \mum a 150 \mum. Sí fuera necesario,
el material soporte tratado se puede clasificar mediante tamizado
para asegurar que las partículas de la composición que contiene el
catalizador-soporte final no son mayores de 250
\mum. La superficie específica del soporte es de al menos 3 metros
cuadrados por gramo (m^{2}/g), y preferiblemente al menos 50
m^{2}/g hasta 350 m^{2}/g. El material soporte debe estar seco,
esto es, libre de agua absorbida. El secado del material soporte se
puede efectuar mediante calentamiento a 100ºC a 1000ºC,
preferiblemente a 200ºC-600ºC. Cuando el soporte es
sílice, se calienta a al menos 200ºC, y preferiblemente a 600ºC. El
material soporte preferiblemente tiene al menos algunos grupos
hidroxilos (OH) activos.
En la realización la más preferida, el soporte es
sílice la cual, con anterioridad al uso de la misma en la primera
etapa de la síntesis del catalizador, ha sido deshidratada mediante
su fluidización con nitrógeno y su calentamiento a
250ºC-600ºC durante 16 horas para conseguir una
concentración de grupos hidroxilos en la superficie de al menos 0,7
milimoles por gramo (mmol/g). La sílice de la realización la más
preferida es una sílice amorfa de superficie específica elevada
(superficie específica = 300 m^{2}/g); volumen de poro de 1,65
cm^{3}/g), y es un material comercializado bajo los nombres
comerciales de Davison 952 ó Davison 955 por Davison Chemical
Division de W. R. Grace and Company. La sílice está en la forma de
partículas esféricas, por ejemplo, según se obtienen mediante un
procedimiento de secado por pulverización.
Para formar catalizadores vía el procedimiento de
la invención, algunos componentes precursores catalíticos se pueden
disolver con alumoxano e impregnados en el soporte. En un
procedimiento singular, el material soporte se impregna con un
alumoxano sólido, preferiblemente metil-alumoxano,
en un procedimiento descrito más adelante. La clase de los
alumoxanos comprende los alumoxanos oligoméricos lineales y/o
cíclicos representados por las fórmulas:
R-(Al(R)-O)_{x}-AlR_{2}
para los alumoxanos oligoméricos lineales y
(-Al(R)-O-)_{y} para los alumoxanos
oligoméricos cíclicos en las que x es 1-40,
preferiblemente 10-20, y es 3-40,
preferiblemente 3-20 y R es un grupo alquilo
C_{1}-C_{8} y preferiblemente metilo. MAO es una
mezcla de oligómeros con una distribución de pesos moleculares muy
amplia y usualmente con un peso molecular medio de 1200. El MAO se
mantiene típicamente en disolución en tolueno. Mientras que las
disoluciones de MAO permanecen líquidas a las temperaturas del
reactor de lecho fluidizado, el MAO mismo es un sólido.
En la etapa de la incorporación del alumoxano en
el soporte, uno de los factores que controlan la incorporación del
alumoxano en el material soporte en la síntesis del catalizador es
el volumen de poro de la sílice. El procedimiento de impregnación
del material soporte es por infusión de la disolución de alumoxano,
sin formación de una suspensión del material soporte, tal como
sílice, en la disolución de alumoxano. El volumen de la disolución
de alumoxano es suficiente para llenar los poros del material
soporte sin formar una suspensión de la disolución y la sílice. Se
ha determinado que no se forma una suspensión cuando el volumen de
la disolución es 200% del volumen total de poros de la muestra de
sílice. De acuerdo con esto, el volumen del alumoxano excede el
volumen total de poros y es menos de dos veces el volumen total de
poros de la sílice, sin formación de una suspensión
sílice-alumoxano. Se ha encontrado que a medida que
el volumen de la disolución excede el volumen total de poros de la
muestra soporte, se produce la formación, y el incremento de esa
formación, de una corteza de catalizador sobre la parte exterior de
la partícula; esta capa es detectable mediante el microscopio. A
medida que la cantidad de la capa de alumoxano (por ejemplo
metil-alumoxano) sobre la partícula se incrementa,
la eficacia por ejemplo del circonio (actividad y productividad)
disminuye. Aunque no existe formación de suspensión, cuando el
volumen de la disolución de impregnación de alumoxano empleado es
hasta 200% del volumen total de poros del soporte. Por lo tanto, el
volumen máximo es menos de 200% del volumen total de poros del
soporte, y más preferiblemente el volumen de esa disolución es menos
del 150% del volumen total de poros del soporte. El volumen máximo
de la disolución de alumoxano asegura que no se forma una suspensión
con la sílice. Como consecuencia de esta condición, el material
soporte impregnado aparecerá seco inmediatamente después de la
impregnación aunque los poros del soporte se llenarán entre
otros con disolvente. El disolvente se puede separar de los
poros impregnados con alumoxano del material soporte mediante
calentamiento y/o bajo una presión positiva inducida por un gas
inerte, tal como nitrógeno. Si se emplea, las condiciones en esta
etapa son controladas para reducir, si no eliminar, la aglomeración
de las partículas del soporte impregnadas y/o la reticulación del
alumoxano. En esta etapa, el disolvente se puede separar mediante
evaporación efectuada a temperaturas elevadas relativamente bajas de
por encima de 40ºC y por debajo de 50ºC para obviar la aglomeración
de las partículas de catalizador y la reticulación del alumoxano.
Aunque el disolvente se puede separar por evaporación a temperaturas
relativamente más elevadas que las definidas por el intervalo de por
encima de 40ºC y por debajo de 50ºC, se debe emplear esquemas de
tiempos de calentamiento muy cortos para obviar la aglomeración de
las partículas de catalizador, la reticulación del alumoxano, o la
desactivación del precursor catalítico que se obtiene.
El metaloceno se añade a la disolución del
alumoxano con anterioridad a la impregnación del soporte con la
disolución. La relación molar de alumoxano supuesto sea de aluminio,
expresada como Al, al metal de metaloceno expresada como M (por
ejemplo Zr) está típicamente en el intervalo desde 50 a 500,
preferiblemente 75 a 300, y lo más preferiblemente 100 a 200. Una
ventaja añadida de la presente invención es que esta relación Al:Sr
se puede controlar directamente. En una realización preferida el
alumoxano y el compuesto de metaloceno se mezclan juntos a una
temperatura de 20 a 80ºC, durante 0,1 a 6,0 horas, con anterioridad
a su uso en la etapa de infusión. El disolvente para el metaloceno y
el alumoxano puede ser los disolventes apropiados, tales como
hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos aromáticos halogenados,
éteres. Éteres cíclicos o ésteres, y preferiblemente es tolueno.
El compuesto de metaloceno típicamente tiene la
fórmula Cp_{m}MA_{n}B_{p} en la que Cp es un grupo
ciclopentadienilo sustituido o sin sustituir, M es circonio o hafnio
y A y B pertenecen al grupo que incluyen un átomo de halógeno,
hidrógeno o un grupo alquilo. En la fórmula anterior del compuesto
de metaloceno, el átomo M de metal de transición preferido es
circonio. En la fórmula anterior del compuesto de metaloceno, el
grupo Cp es preferiblemente un grupo de ciclopentadienilo mono o
polisustituido. Los sustituyentes sobre el grupo ciclopentadienilo
pueden ser preferiblemente grupos alquilo
C_{1}-C_{6} de cadena lineal. El grupo
ciclopentadienilo puede ser también una parte de un resto bicíclico
o uno tricíclico tal como indenilo,
tetrahidro-indenilo, fluorenilo o un grupo
fluorenilo parcialmente hidrogenado, así como también una parte de
un resto bicíclico o tricíclico sustituido. En el caso cuando m en
la fórmula anterior del compuesto de metaloceno es igual a 2, los
grupos ciclopentadienilo pueden estar también unidos por puente
mediante grupos de polimetileno o de dialquilsilano, tales como
-CH_{2}-, -CH_{2}-CH_{2}-, -CR'R''- y
-CR'R''-CR'R''- en las que R' y R'' son grupos
alquilo cortos o hidrógeno, -Si(CH_{3})_{2}-,
Si(CH_{3})_{2}-CH_{2}-CH_{2}-Si(CH_{3})_{2}-
y grupos puente similares. Si los sustituyentes A y B en la fórmula
anterior del compuesto de metaloceno son átomos de halógeno, ellos
pertenecen al grupo de flúor, cloro, bromo o yodo. Sí los
sustituyentes A y B en la fórmula anterior del compuesto de
metaloceno son grupos alquilo, ellos son preferiblemente grupos
alquilo C_{1}-C_{6} de cadena lineal o
ramificada, tales como metilo, etilo, n-propilo,
isopropilo, n-butilo, isobutilo,
n-pentilo, n-hexilo o
n-octilo.
Los compuestos de metaloceno adecuados incluyen
dihaluros de bis(ciclopentadienil)metal,
hidridohaluros de bis(ciclopentadienil)metal,
monoalquil monohaluros de bis(ciclopentadienil)metal,
bis(ciclopentadienil)metal-di-alquilos
y dihaluros de bis(indenil)metal en los que el metal
es circonio o hafnio, los grupos haluro son preferiblemente de cloro
y los grupos alquilo son alquilos C_{1}-C_{6}.
Ejemplos ilustrativos, pero no limitantes de metalocenos incluyen el
dicloruro de
bis(ciclopentadie-nil)circonio,
dicloruro de bis(ciclopentadienil)-hafnio,
bis(ciclopentadienil)circonio dimetilo,
bis(ciclopenta-dienil)hafnio dimetilo,
hidridocloruro de
bis(ciclopenta-dienil)circonio,
hidridocloruro de
bis(ciclopentadie-nil)hafnio,
dicloruro de
bis(pentametilciclopentadienil)-circonio,
dicloruro de
bis(pentametilciclopentadienil)-hafnio,
dicloruro de
bis(n-butilciclopentadienil)circonio,
dicloruro de bis(dimetilciclopentadienil)circonio,
tricloruro de ciclopentadienil-circonio, dicloruro
de bis(inde-nil)circonio, dicloruro de
bis-(4,5,6,7-tetrahidro-1-inde-nil)circonio,
y dicloruro de
etilen[bis(4,5,6,7-tetrahidro-1-indenil)]circonio.
Los compuestos de metaloceno utilizados dentro de la realización de
esta técnica se pueden usar como sólidos cristalinos, como
disoluciones en hidrocarburos aromáticos o en una forma
soportada.
Se pueden efectuar múltiples impregnaciones en
seco o etapas de infusión del soporte. Esto es, se puede efectuar la
etapa de impregnación del soporte, sin formación de una suspensión,
el secado de los poros bajo las condiciones especificadas
anteriormente se puede efectuar después de esto; estas dos etapas se
pueden repetir una o más veces para incrementar el contenido en
alumoxano o en alumoxano/metaloceno del catalizador. Se pueden
efectuar múltiples etapas de infusión/secado de tal manera que se
puedan impregnar niveles relativamente más elevados de alumoxano
dentro de los poros de la sílice sin la formación de una capa de un
revestimiento de alumoxano sobre la superficie externa del
soporte.
En la segunda infusión, impregnación en seco, una
disolución puede contener un alumoxano solo en disolución o una
disolución de alumoxano y compuesto de metaloceno juntos.
La impregnación del alumoxano de acuerdo con el
método singular descrito anteriormente se efectúa preferiblemente
después de que los grupos hidroxilo del material soporte se hacen
reaccionar con un compuesto orgánico de magnesio así como también
con un compuesto de metal de transición que no es metaloceno. En
esta realización, la cantidad de Al, proporcionada por el alumoxano,
es suficiente para proporcionar una relación molar de Al:metal de
transición (proporcionada por el metaloceno) en el intervalo desde
50 a 500, y preferiblemente 75 a 300. El material soporte, que tiene
dichos grupos (OH), se suspende en un disolvente no polar y la
suspensión que se obtiene se ponen en contacto con al menos una
composición orgánica de magnesio que tiene la fórmula empírica que
se indica más adelante. La suspensión del material soporte en el
disolvente se prepara mediante introducción del soporte en el
disolvente, preferiblemente mientras se agita, y calentando la
mezcla a entre 25 y 70ºC, preferiblemente entre 40 y 60ºC. Las
temperaturas aquí son críticas con respecto al metal de transición
que no es metaloceno que se añade posteriormente; esto es
temperaturas en esta suspensión por encima de 90ºC dan lugar a la
desactivación del metal de transición que no es metaloceno añadido
posteriormente. A continuación la suspensión se pone en contacto con
la composición orgánica de magnesio mencionada anteriormente,
mientras se continúa el calentamiento a la temperatura antes
mencionada.
La composición orgánica de magnesio tiene la
fórmula empírica R_{m}MgR'_{n} en la que R y R' son los mismos o
diferentes grupos alquilo C_{2}-C_{12},
preferiblemente grupos alquilo C_{4}-C_{10},
más preferiblemente grupos alquilo C_{4}-C_{8},
y lo más preferiblemente tanto R como R' son en su mayor parte
grupos butilo, y m y n son cada uno 0, 1 ó 2, con la condición de
que m + n es igual a la valencia de Mg.
Los disolventes no polares adecuados son
materiales en los que todas las sustancias reaccionantes usadas
aquí, es decir, la composición orgánica de magnesio, y el compuesto
de metal de transición, son al menos parcialmente solubles y que son
líquidos a las temperaturas de reacción. Los disolventes no polares
preferidos son alcanos, tales como isopentano, isohexano,
n-heptano, octano, nonato, y decano, aunque se
pueden emplear también una variedad de otros materiales incluyendo
los cicloalcanos, tales como ciclo-hexano,
compuestos aromáticos, tales como benceno, tolueno y
etil-benceno. El disolvente no polar lo más
preferido es el isopentano. Con anterioridad a su uso, el disolvente
no polar debe ser purificado, tal como mediante percolación a través
de gel de sílice y/o de tamices moleculares, para separar las trazas
de agua, oxígeno, compuestos polares, y otros materiales capaces de
afectar adversamente la actividad del catalizador.
En la realización la más preferida de las
síntesis de este catalizador es importante añadir sólo una cantidad
tal de la composición orgánica de magnesio que se depositará -
física o químicamente - sobre el soporte puesto que cualquier exceso
de la composición orgánica de magnesio en la disolución puede
reaccionar con otros productos químicos de la síntesis y precipitar
fuera del soporte. La temperatura de secado del soporte afecta al
número de sitios sobre el soporte disponibles para la composición
orgánica de magnesio - cuanto más elevada sea la temperatura de
secado más bajo será el número de sitios. Así, la relación molar
exacta de la composición orgánica de magnesio a los grupos hidroxilo
sobre el soporte variará y debe ser determinada sobre una base de
caso por caso para asegurar que sólo tanto de la composición
orgánica de magnesio que se añade a la disolución se depositará
sobre el soporte sin dejar cualquier exceso de la composición
orgánica de magnesio en la disolución. Además, se cree que la
cantidad molar de la composición orgánica de magnesio depositada
sobre el soporte es mayor que el contenido molar de los grupos
hidroxilo sobre el soporte. Así, las relaciones molares
proporcionadas más adelante se indican sólo como una guía aproximada
y la cantidad exacta de la composición orgánica de magnesio en esta
realización se debe controlar mediante la limitación funcional
tratada anteriormente, es decir, no debe ser superior que aquella
que se puede depositar sobre el soporte. Si se añade más de esa
cantidad al disolvente, el exceso puede reaccionar con el compuesto
de metal de transición que no es metaloceno, formando de este modo
un precipitado fuera del soporte que es perjudicial en la síntesis
del catalizador y que se debe evitar. La cantidad de la composición
orgánica de magnesio que no es superior a la depositada sobre el
soporte se puede determinar de cualquier manera convencional, por
ejemplo, mediante adición de la composición orgánica de magnesio a
la suspensión del soporte en el disolvente, mientras se agita la
suspensión, hasta que se detecta la composición orgánica de magnesio
en el disolvente.
Por ejemplo, para el soporte de sílice calentado
a 600ºC, la cantidad de la composición orgánica de magnesio añadida
a la suspensión es tal que la relación molar Mg a los grupos
hidroxilo (OH) sobre el soporte sólido es 0,5:1 a 4:1,
preferiblemente 0,8:1 a 3:1, más preferiblemente 0,9:1 a 2:1 y lo
más preferiblemente 1:1. La composición orgánica de magnesio se
disuelve en el disolvente no polar para formar una disolución a
partir de la cual la composición orgánica de magnesio se deposita
sobre el soporte.
Es también posible añadir una cantidad tal de la
composición orgánica de magnesio que esté en exceso de la que se
depositará sobre el soporte, y a continuación separar, por ejemplo,
mediante filtración y lavado, cualquier exceso de la composición
orgánica de magnesio. Sin embargo, esta alternativa es menos
deseable que la realización la más preferida descrita
anteriormente.
El soporte tratado con el compuesto orgánico de
magnesio se pone en contacto con un reactivo de alcohol (ROH)
orgánico que contiene grupos RO- que son reactivos o capaces de
desplazar los grupos alquilo sobre el magnesio. La cantidad de este
reactivo de alcohol orgánico es eficaz para proporcionar una
relación ROH:Mg de 0,5 a 2,0, y preferiblemente de 0,8 a 1,5.
La puesta en contacto del compuesto de magnesio
soportado sobre la sílice con el reactivo de alcohol orgánico se
efectúa en la suspensión. La puesta en contacto se efectúa a una
temperatura en el intervalo desde 25ºC a 80ºC, y preferiblemente
desde 40ºC a 70ºC.
El grupo alquilo en el reactivo de alcohol
orgánico puede contener 1 a 12 átomos de carbono, preferiblemente 1
a 8; en las realizaciones de más adelante, es un alquilo que
contiene 2 a 4 átomos de carbono, particularmente de 4 átomos de
carbono (butilo). La inclusión de la etapa de reactivo de alcohol en
el procedimiento para producir un precursor catalítico de la
invención da lugar a un catalizador, que con respecto a la ausencia
de esta etapa, es mucho más activo, requiere mucho menos metal de
transición que no es metaloceno (por ejemplo titanio), y es mucho
más activo con respecto al componente producto producido con el
componente de metal de transición-metaloceno.
Después de que se ha terminado la adición del reactivo de alcohol
orgánico a la suspensión, la suspensión se pone en contacto con un
compuesto de metal de transición que no es metaloceno, libre de
grupos ciclopentadienilo sustituidos o sin sustituir.
La temperatura de la suspensión se debe mantener
entre 25 y 70ºC, y preferiblemente entre 40 y 60ºC. Como se advirtió
anteriormente, temperaturas en esta suspensión de 90ºC o superiores
pueden dar lugar a la desactivación del metal de transición que no
es metaloceno. Los compuestos de metal de transición que no son
metalocenos adecuados usados en el procedimiento de la invención son
compuestos de metales de los Grupos IVA, y VA, de la Tabla Periódica
de los Elementos, según se publica por Fisher Scientific Company,
Número de Catálogo 5-702-10, 1978,
con la condición de que dichos compuestos sean solubles en los
disolventes no polares. Ejemplos no limitantes de dichos compuestos
son los haluros de titanio y de vanadio, por ejemplo tetracloruro de
titanio, TiCl_{4}, tetracloruro de vanadio, VCl_{4},
oxitricloruro de vanadio, VOCl_{3}, alcóxidos de titanio y de
vanadio, en los cuales el resto alcóxido tiene un radical alquilo
ramificado o sin ramificar de 1 a 20 átomos de carbono, y
preferiblemente de 1 a 6 átomos de carbono. Los compuestos de metal
de transición que no son metalocenos preferidos son compuestos de
titanio, preferiblemente compuestos de titanio tetravalente. El
compuesto de titanio lo más preferido es el tetracloruro de titanio.
La cantidad de titanio o de vanadio, en la forma de no metaloceno
está en el intervalo desde una relación molar Ti/Mg de 0,3 a 1,5, y
preferiblemente desde 0,50 a 0,80.
Se pueden usar también mezclas de dichos
compuestos de metal de transición que no son metalocenos y
generalmente no se imponen restricciones sobre los compuestos de
metal de transición que se pueden incluir. Cualquier compuesto de
metal de transición que se puede usar solo se puede usar también en
conjunción con otros compuestos de metal de transición.
De acuerdo con el método singular de infusión de
alumoxano en los poros del soporte, descrito anteriormente, la
suspensión de soporte se puede separar del disolvente, después de la
adición del compuesto de metal de transición que no es metaloceno,
para formar un polvo de flujo libre. A continuación el polvo de
flujo libre puede ser impregnado mediante determinación del volumen
de poro del soporte y proporcionar una disolución de alumoxano (o de
metaloceno-alumoxano) en un volumen superior a o
inferior a dos veces el volumen de poro del soporte, y recuperar un
precursor catalítico seco. El polvo de flujo libre que se obtiene,
denominado aquí un precursor catalítico, se combina típicamente con
un activador (denominado algunas veces un cocatalizador). El
cocatalizador puede ser un trialquil-aluminio, libre
de alumoxano. Preferiblemente, el trimetil-aluminio
(TMA) es el cocatalizador o activador. La cantidad del activador
TMA es suficiente para proporcionar una relación molar de Al:Ti de
10:1 1000:1, preferiblemente de 15:1 a 300:1, y lo más
preferiblemente de 20:1 a 100:1. El catalizador exhibe una actividad
elevada durante periodos prolongados de tiempo en la planta piloto,
y exhibe poca desactivación.
El precursor catalítico preparado mediante el
procedimiento de esta invención se alimenta a los reactores de lecho
fluidizado para las polimerizaciones y copolimerizaciones en fase
gas de etileno en forma en partículas. Además, el cocatalizador o
activador se alimenta al reactor del lecho fluidizado para las
polimerizaciones y copolimerizaciones de etileno en la ausencia de
una disolución de alumoxano como un cocatalizador.
\newpage
Se pesó 541 gramos de sílice Davison calidad 955
(temperatura de calcinación de 600ºC) en un autoclave de acero
inoxidable de 7,57 l que contiene una paleta de agitación. A
continuación, se añadió aproximadamente 4,8 litros de isopentano
seco al autoclave y la velocidad de agitación se fijó en 100 rpm. La
temperatura de la suspensión de sílice/isopentano era de
54-58ºC. A continuación, se añadió 546 ml de
dibutil-magnesio (0,713 mmol/ml) a la suspensión.
Los contenidos del autoclave se agitaron durante 60 minutos. A
continuación, se añadieron 35.6 ml de 1-butanol puro
y se continuó la agitación durante una hora. Finalmente, se
añadieron 21,4 ml de tetracloruro de titanio al autoclave y se
continuó la agitación durante 60 minutos. Después de este tiempo, se
separaron todos los disolventes por evaporación bajo una purga de
nitrógeno. El rendimiento del catalizador era de 496 gramos de un
polvo de flujo libre de color marrón. Ti encontrado 1,48% en peso;
Mg encontrado 1,48% en peso.
Disolución B: 12,95 gramos de
(BuCp)_{2}ZrCl_{2} se transfirieron a una botella de un
litro y se añadieron 687 ml de una disolución 4,67 molar (13,7% en
peso de Al) de metil-alumoxano. La botella se agitó
durante un minuto para formar una disolución amarilla que se
transfirió a una bomba Hoke de acero inoxidable de 1,5 litros y se
usó inmediatamente según se describe a continuación.
Bajo una atmósfera inerte, se añadió 465 gramos
del catalizador que contiene titanio del Ejemplo 1 a un recipiente
reactor de vidrio de 7,57 l que contiene un agitador helicoidal para
agitar el polvo catalítico y una camisa de temperatura que se fijó
en 30ºC. El agitador se fijó en 125 rpm. A continuación, los
contenidos de la bomba Hoke (disolución B) se añadieron al
catalizador que contiene titanio en partes alícuotas de
aproximadamente 5-10 ml cada 30-60
segundos durante un período de 45 minutos. El volumen total de
disolución (B) usada era tal que el catalizador que contiene titanio
apareció siempre ``seco'' durante el tiempo completo de adición. Sin
embargo, durante este tiempo de adición, el catalizador que contiene
titanio de color marrón claro se volvió de color pardo oscuro.
Después de que se terminó la adición de la disolución (B). la
temperatura de la camisa se fijó en 45ºC y se separó el tolueno
residual con una purga de nitrógeno durante 5 horas. Después de este
tiempo el catalizador era un polvo de flujo libre de color pardo
oscuro. Resultados analíticos: Mg, 0,99% en peso; Ti, 0,96% en peso;
Al, 11,09% en peso y Zr, 0,43% en peso.
Se preparó un copolímero de
etileno/1-hexeno con la composición catalítica del
Ejemplo 2 para producir HDPE (polietileno de alta densidad) con un
peso molecular relativamente elevado.
Un autoclave de 1,6 litros de acero inoxidable, a
47ºC se llenó con 0,750 litros de hexano seco, 0,030 litros de
1-hexeno seco y se añadió 4,0 mmoles de
trimetil-aluminio (TMA) mientras estaba bajo una
purga lenta de nitrógeno. Se cerró el reactor, se fijó la velocidad
de agitación en 900 rpm, se incrementó la temperatura interna a
85ºC, y se levó la presión interna desde 48,3 a 89,6 kPa con
hidrógeno. Se introdujo etileno para mantener la presión del reactor
en 1,38 MPa. A continuación, se introdujo 0,0244 gramos de la
composición catalítica del Ejemplo 6 en el reactor con sobrepresión
de etileno y se incrementó la temperatura y se mantuvo en 95ºC. Se
continuó la polimerización durante 60 minutos, y a continuación se
interrumpió el suministro de etileno y se permitió enfriar el
reactor a temperatura ambiente. Se recogieron 36,6 gramos de
polietileno. El HLMI (índice de fluidez a carga elevada) del
polímero era 4,3 lo que indica un peso molecular relativamente
elevado.
Se añadió el catalizador del Ejemplo 2 a un
reactor en fase gas de lecho fluidizado bajo las condiciones
siguientes:
\dotable{\tabskip6pt#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{ Etileno \+ 1,28 MPa\cr H _{2} /C _{2} \+ 0,009\cr Hexeno/etileno \+ 0,013\cr Temperatura del reactor \+ 90ºC\cr Cocatalizador \+ TMA (trimetil - aluminio) 300 ppm\cr \+ basado en la alimentación\cr \+ de etileno.\cr}
El polímero producido en el Ejemplo 4 con un HLMI
de 5,9, MFR (relación de fluidez) de 128, que proporciona un
cromatograma GPC con una relación HMW/LMW de 64,2/35,8 se transformó
en película de HDPE de 0,01 mm y 0,03 mm. Los datos del ensayo de
impacto se muestran a continuación:
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|c|c|c|}\hline Resina \+ FI/MFR (*) \+ Caída del dardo \+ Caída del dardo \\ \+ \+ (0,03 mm) \+ (0.01 mm) \\\hline Ejemplo 4 de la \+ 5/111 \+ 752 \+ 415 \\ Invención \+ \+ \+ \\\hline Reactores en \+ 7/110 \+ 275 \+ 395 \\ tándem \+ \+ \+ \\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
(*) Valores para gránulos obtenidos después de
que se añadió el paquete de estabilizador a la resina granular
A temperatura ambiente se añadió 509 gramos de
una sílice Davison calidad 955, previamente secada a 600ºC, a un
recipiente de preparación del catalizador de acero inoxidable de
7,57 l bajo una purga lenta de nitrógeno. Se añadió cuatro litros de
isopentano seco al recipiente para formar una suspensión de
sílice/isopentano y se ajustó la velocidad de agitación a 100 rpm.
La temperatura de la suspensión se fijó en 55ºC y se añadió una
disolución de dibutil-magnesio en heptano (366 mmol
de Mg) y se continuó la agitación durante 70 minutos. A
continuación, se añadió 439 mmol de 1-butanol.
Después de 65 minutos, se añadió 256 mmol de TiCl_{4}, y se
continuó la agitación durante 60 minutos. Finalmente, los
disolventes se separaron mediante evaporación con una purga de
nitrógeno. Se obtuvieron 518 gramos de un polvo de flujo libre y
blanco. Datos analíticos: Ti, 1,89% en peso; Mg, 1,36% en peso.
Se añadió 490 gramos del producto preparado en la
Parte A a un recipiente de preparación del catalizador de vidrio de
7,57 l equipado con una camisa de temperatura y un agitador interno.
Los contenidos completos de la disolución (B) descrita más adelante
se añadieron al producto de la parte A en partes alícuotas de
5-10 ml, que se añadieron con intervalos de 1
minuto. Se usó 1,79 ml de la disolución (B) por gramo del componente
de titanio. Finalmente, se fijó la temperatura de la camisa en 45ºC
y se separó el tolueno residual bajo una purga de nitrógeno. Se
obtuvieron 642 gramos de un polvo de color pardo oscuro. Datos
analíticos: Ti, 1,17% en peso; Mg, 0,85% en peso; Al, 13,5% en peso;
y Zr, 0,43% en peso.
Disolución (B) - Bajo una atmósfera inerte, se
añadió 16,85 gramos de (BuCp)_{2}ZrCl_{2} a una botella
de vidrio de 1 litro seguido de 877 ml de una disolución 4,75 molar
como (Al) de metil-alumoxano (en tolueno). La
botella se cerró y se agitó vigorosamente durante un minuto para
disolver todos los sólidos. Los contenidos del matraz se
transfirieron a una bomba Hoke de acero inoxidable de 1,5 litros y
se añadió al producto de la parte A según se describió
anteriormente.
A temperatura ambiente se añadió 500 gramos de
una sílice Davison calidad 955, previamente secada a 600ºC, a un
recipiente de preparación del catalizador de acero inoxidable de
7,57 l bajo una purga lenta de nitrógeno. Se añadió cuatro litros de
isopentano seco al recipiente para formar una suspensión de
sílice/isopentano y se ajustó la velocidad de agitación a 100 rpm.
La temperatura de la suspensión se fijó en 55ºC y se añadió una
disolución de dibutil-magnesio en heptano (352 mmol
de Mg) y se continuó la agitación durante 60 minutos. A
continuación, se añadió 359 mmol de TiCl_{4}, y se continuó la
agitación durante 60 minutos. Finalmente, los disolventes se
separaron mediante evaporación con una purga de nitrógeno. Se
obtuvieron 604 gramos de un polvo de flujo libre y blanco. Datos
analíticos: Ti, 3,03% en peso; Mg, 1,54% en peso.
Se añadió 378 gramos del producto preparado en la
Parte A a un recipiente de preparación del catalizador de vidrio de
7,57 l equipado con una camisa de temperatura y un agitador interno.
Los contenidos completos de la disolución (B) (descrita más
adelante) se añadieron al producto de la parte A en partes alícuotas
de 5-10 ml. Las partes alícuotas se añadieron con
intervalos de 1 minuto. Se usó 2,03 ml de la disolución (B) por
gramo del componente de titanio. Finalmente, se fijó la temperatura
de la camisa en 45ºC y se separó el tolueno residual bajo una purga
de nitrógeno. Se obtuvieron 498 gramos de un polvo de color pardo
oscuro. Datos analíticos: Ti, 1,42% en peso; Mg, 0,78% en peso; Al,
13,9% en peso; y Zr, 0,43% en peso.
Disolución (B) - Bajo una atmósfera inerte, se
añadió 14,5 gramos de (BuCp)_{2}ZrCl_{2} a una botella de
vidrio de 1 litro seguido de 769 ml de una disolución 4,67 molar
como (Al) de metil-alumoxano (en tolueno). La
botella se cerró y se agitó vigorosamente durante un minuto para
disolver todos los sólidos. Los contenidos del matraz se
transfirieron a una bomba Hoke de acero inoxidable de 1,5 litros y
se añadió al producto de la parte A según se describió
anteriormente.
Ejemplo comparativo 1
Se ensayó un catalizador de circonio en un
reactor de suspensión a 85ºC con 0,90 MPa de presión parcial de
etileno. Se usó una relación de hexeno/gas de etileno de 0,03. Se
añadió una disolución de MAO/tolueno (12% en peso, 2 ml) al reactor.
Se midió una productividad de 800 g de resina/g de
catalizador/h.
Se ensayó el mismo sistema catalítico en el
reactor de lecho fluidizado a 90ºC con 1,38 MPa de presión parcial
de etileno. Se usó una relación de hexeno a etileno gas de 0,025. Se
empleó una velocidad de alimentación de 150 a 200 cm^{3}/h de
disolución de 2% en peso de MAO/tolueno. La disolución de MAO se
añadió por debajo de la placa del distribuidor. Incluso a
velocidades de alimentación de MAO/tolueno muy elevadas, la
productividad del catalizador era de sólo 220 g de resina/g de
catalizador/h. Además, el reactor tenía que ser parado debido a una
placa ensuciada sólo 18 horas después de que hubiera comenzado la
alimentación de MAO.
Este ejemplo ilustra que es más eficaz activar
los catalizadores de circonio con anterioridad a su introducción en
un reactor en fase gas. Ilustra también los problemas de
ensuciamiento experimentados cuando se añaden las disoluciones de
MAO al reactor en fase gas.
Ejemplo comparativo 2
Se ensayó un catalizador de metal mixto de
titanio/circonio en el reactor de lecho fluidizado. Se empleó 1,03
MPa de presión parcial de etileno a 90ºC a una relación de hexeno a
gas etileno de 0,04, y una relación de hidrógeno a gas etileno de
0.045. Se añadió una disolución al 2% en peso de MAO en tolueno
entre la placa del distribuidor del lecho fluidizado. El índice de
fluidez de la resina y el análisis de la curva GPC mostraron que los
sitios de catalizador de circonio eran activos, y que la relación de
productividad Ti:Zr era de 7:3. Sin embargo, el reactor se tenía que
parar durante 24 horas debido a que se había ensuciado la placa del
distribuidor.
Ejemplo comparativo 3
El mismo catalizador de titanio/circonio usado en
el Ejemplo comparativo 2 se ensayó en el reactor de lecho
fluidizado. Se operó a 90ºC con 1,03 MPa de presión parcial de
etileno. Se usó una relación de hexeno gas etileno de 0,03 y una
relación de hidrógeno a etileno de 0,04. Se añadió una disolución de
2% en peso de MAO en tolueno directamente en el lecho a la velocidad
de 200 cm^{3}/h. El índice de fluidez y la distribución del peso
molecular de la resina mostraron definitivamente que los sitios de
circonio eran activos con una relación de productividad Ti:Zr de
3:7. En el procedimiento de operar este ensayo, sin embargo, se
formaron unos pedazos gruesos muy grandes alrededor del punto de
inyección lo que dio lugar a una parada.
Este ejemplo demuestra que la actividad relativa
del catalizador de circonoceno es significativamente más elevada
cuando existe un mejor contacto entre las gotitas de MAO/tolueno y
los sitios de catalizador. Se verifica también que se produce
también ensuciamiento cuando la disolución de MAO se añade al
reactor directamente en el lecho fluidizado de polímero.
Ejemplo comparativo 4
El catalizador usado en los Ejemplos comparativos
2 y 3 se volvió a usar bajo las mismas condiciones usadas en el
Ejemplo comparativo 3. La velocidad de alimentación de MAO era
asimismo la misma. Durante este ensayo. Sin embargo, el MAO se
dispersó en una corriente de etileno gas de 4.54 kg/h usando un
atomizador ultrasónico. El atomizador dispersó la disolución de MAO
en gotitas muy pequeñas (40 \mum).
Se usó bastante gas de tal manera que el tolueno
se evaporó del MAO. El caudal de gas se determinó en un ensayo fuera
de la línea de producción usando tolueno solo. La resina producida
durante este ensayo no mostró evidencia de actividad de los sitios
de circonio. Además, no había signos de ensuciamiento del reactor
después de un período prolongado de operación.
Así es evidente que se ha proporcionado, de
acuerdo con la invención, un procedimiento que satisface
completamente los objetos, objetivos, y ventajas establecidos
anteriormente. Mientras que la invención se ha descrito en
conjunción con realizaciones específicas de la misma, es evidente
que muchas alternativas, modificaciones, y variaciones serán
evidentes a aquellas personas especializadas en la técnica a la luz
de la descripción precedente. De acuerdo con esto, se pretende
abarcar todas de dichas alternativas, modificaciones, y variaciones
como que caen dentro del espíritu y alcance amplio de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Un procedimiento para la preparación de un
precursor catalítico en el que el procedimiento comprende:
- (1)
- proporcionar una muestra que comprende un soporte y un compuesto de metal de transición que no es metaloceno, en la que la muestra tiene un volumen total de poro; y en la que el soporte tiene un volumen de poro de 0,5 a 5,0 cm^{3}/g y tiene poros de un diámetro medio de 5 a 50 nm (50 a 500 angstroms);
- (2)
- proporcionar un volumen de una disolución de un alumoxano y un compuesto de metaloceno,
- en la que el volumen de dicha disolución está en un intervalo que excede el volumen total de poro de la muestra y es menos de dos veces el volumen total de poros de la muestra; y
- en la que el volumen de dicha disolución es menos del que se requiere para formar una suspensión de dicha mezcla en dicha disolución;
- en la que el alumoxano es de fórmula (a) y/o (b),
- en la que (a) es R-(Al(R)-O)_{x}-AlR_{2} para los alumoxanos lineales y (b) (-Al(R)-O)_{y} para los alumoxanos cíclicos y en las que x es 1 a 40, y es 3-40 y R es un grupo alquilo C_{1}-C_{8};
- en la que la disolución tiene una concentración de alumoxano expresada como porcentaje en peso de Al que está en el intervalo desde 5 a 20,
- en la que cuando el soporte es sílice el alumoxano proporciona aluminio en una cantidad suficiente para proporcionar una relación de Al a sílice (peso/peso) desde 0,10 a 0,40;
- (3)
- poner en contacto la muestra con dicho volumen de dicha disolución y permitir que la disolución impregne los poros del soporte, sin formar una suspensión del soporte en el disolvente;
- (4)
- después de dicha puesta en contacto recuperar las partículas del soporte impregnadas con alumoxano y el compuesto de metaloceno.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además calentar las partículas secas
para separar el disolvente de los poros bajo condiciones de
temperatura eficaces para prevenir la degradación del alumoxano.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la temperatura está en el intervalo
desde por encima de 30º a por debajo de 60ºC.
4. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el soporte es sílice.
5. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el compuesto de metaloceno
tiene la fórmula: Cp_{m}MA_{n}B_{p} en la que:
- Cp es un ciclopentadienilo o un grupo de ciclo-pentadienilo sustituido;
- m es 1 ó 2;
- M es circonio o hafnio; y
- cada uno de A y B se selecciona del grupo que consiste en un átomo de halógeno, un átomo de hidrógeno y un grupo alquilo, con la condición de que m + n + p sea igual a la valencia del metal M; en el que el compuesto de metaloceno se mezcla con una cantidad de un alumoxano eficaz para activar el compuesto de metaloceno para formar un catalizador.
6. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el compuesto de metaloceno se
selecciona del grupo que comprende dihaluros de
bis(ciclopentadienil)metal, hidridohaluros de
bis-(ciclopentadienil)metal, monoalquil monohaluros de
bis(ciclopentadienil)metal,
bis(ciclopentadienil)metal-dialquilos
y dihaluros de bis(indenil)-metal en los que
el metal es circonio o hafnio, los grupos haluro son preferiblemente
cloro y los grupos alquilo son alquilos
C_{1}-C_{6}.
7. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el compuesto de metaloceno se selecciona
del grupo que consiste en dicloruro de
bis(ciclopentadienil)circonio, dicloruro de
bis(ciclo-pentadienil)hafnio,
bis(ciclopentadienil)circonio
di-metilo, bis(ciclopentadienil)hafnio
dimetilo, hidrido-cloruro de
bis(ciclopentadienil)circonio,
hidrido-cloruro de
bis(ciclopentadienil)hafnio, dicloruro de
bis(pentametilciclopentadienil)circonio, dicloruro de
bis(pentametilciclopentadienil)hafnio, dicloruro de
bis(n-butilciclopentadienil)circonio,
dicloruro de bis(dimetilciclopentadienil)circonio,
tricloruro de ciclopentadienil-circonio, dicloruro
de bis(indenil)-circonio, dicloruro de
bis-(4,5,6,7-tetrahidro-1-inde-nil)circonio,
y dicloruro de
etilen[bis(4,5,6,7-tetra-hidro-1-indenil)]circonio.
8. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la disolución tiene una
composición que proporciona una relación molar de alumoxano,
expresada como aluminio, a metaloceno en el intervalo desde 50 a
500.
9. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el alumoxano es
metil-alumoxano.
10. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el compuesto de metal de
transición que no es metaloceno es TiCl_{4}, en el que el
TiCl_{4}, se deposita en dichos poros.
11. El procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que la muestra comprende además una
fuente de magnesio.
12. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que la muestra se forma mediante la puesta
en contacto del soporte con un dialquil-magnesio, en
el que el alquilo contiene 1 a 8 átomos de carbono para formar un
primer producto intermedio; poner en contacto el primer producto
intermedio con un alcohol [R''OH] en el que la relación R''OH/Mg es
0,50 a 2,0 en el que R'' es alquilo de 1 a 10 átomos de carbono para
formar un segundo producto intermedio.
13. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12, en el que el segundo producto intermedio se pone
en contacto con el compuesto de metal de transición que no es
metaloceno.
14. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que la muestra se seca y en el que ella se
forma mediante proporcionar sílice que contiene grupos hidroxilo
reactivos; poner en contacto dichos grupos hidroxilo sobre dicha
sílice con una cantidad de R_{a}MgR'_{b}
- en la que R y R' son el mismo o diferentes grupos alquilo C_{2}-C_{8}, y a y b son cada uno 0. 1, ó 2, con la condición de que a + b sea igual a la valencia de Mg, y
- en la que la cantidad de R_{a}MgR'_{b} es suficiente para proporcionar una relación molar Mg:OH que está en el intervalo desde 0,5:1 a 4:1; y
añadir butanol a dichos grupos hidroxilo puestos
en contacto con R_{a}MgR'_{b} y después de esto introducir dicho
compuesto de metal de transición que no es metaloceno en dicho
segundo producto intermedio y recuperar partículas secas para su uso
como dicha muestra.
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