FR2562077A1

FR2562077A1 - Dispositif et procede d'introduction d'une poudre a activite catalytique dans un reacteur de polymerisation a lit fluidise

Info

Publication number: FR2562077A1
Application number: FR8404985A
Authority: FR
Inventors: Charles Raufast; Andre Dumain
Original assignee: BP Chimie SA
Current assignee: BP Chimie SA
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-10-04
Also published as: ES8604271A1; FR2562077B1; JPH0362454B2; AU569945B2; ES541730A0; FI78627C; NO163861C; EP0157584A2; EP0157584B1; NO851253L; NZ211619A; CA1240447A; US4687381A; ATE38624T1; PT80199A; US4774299A; NO163861B; FI851254L; EP0157584A3; DE3566224D1

Abstract

DISPOSITIF ET PROCEDE D'INTRODUCTION D'UNE POUDRE A ACTIVITE CATALYTIQUE DANS UN REACTEUR 1 DE POLYMERISATION A LIT FLUIDISE, LEDIT DISPOSITIF COMPORTANT: -UNE ENCEINTE DE STOCKAGE 2 DE POUDRE A ACTIVITE CATALYTIQUE, MUNIE D'UNE LIGNE D'ALIMENTATION 3 EN POUDRE A ACTIVITE CATALYTIQUE ET D'UNE VANNE D'ISOLEMENT 26, CETTE ENCEINTE ETANT RELIEE A UN DISPOSITIF DOSEUR 4 PERMETTANT DE DELIVRER PERIODIQUEMENT UN VOLUME DETERMINE DE POUDRE A ACTIVITE CATALYTIQUE; -UNE CHAMBRE INTERMEDIAIRE 5, PLACEE SOUS LE DISPOSITIF DOSEUR POUR RECEVOIR DIRECTEMENT LA POUDRE DELIVREE PAR CELUI-CI, CETTE CHAMBRE INTERMEDIAIRE COMPORTANT DANS SA PARTIE SUPERIEURE UN TUBE D'AMENEE 6 D'UN GAZ VECTEUR INERTE, MUNI D'UNE VANNE DE SECTIONNEMENT 7; UNE TUYAUTERIE DE TRANSPORT DE POUDRE 8 RELIANT LA PARTIE INFERIEURE DE LA CHAMBRE INTERMEDIAIRE AU REACTEUR A LIT FLUIDISE, CETTE TUYAUTERIE PRESENTANT, AU DEPART DE LA CHAMBRE INTERMEDIAIRE, UNE PARTIE VERTICALE SUIVIE IMMEDIATEMENT D'UNE PARTIE SENSIBLEMENT HORIZONTALE, DETERMINANT UN COUDE 9, LADITE TUYAUTERIE DE TRANSPORT DE POUDRE ETANT MUNIE D'UNE VANNE A PASSAGE INTEGRAL ET A OUVERTURE RAPIDE 10, UNE PARTIE 11 DE CETTE TUYAUTERIE PENETRANT A L'INTERIEUR DU REACTEUR.

Description

-- 1 --

L'invention a pour objet un dispositif et un procédé d'in-

troduction d'une poudre à activité catalytique dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel est réalisée une polymérisation ou une

copolymerisation d'alpha-oléfines gazeuses.

I1 est connu de polymériser à l'état gazeux des alpha- oléfines telles que l'éthylène, ou des mélanges d'alpha-oléfines telles que l'éthylène, le propylène, le butène-l, l'hexène-l, le

méthyl-4-pentène-1, en présence d'un système catalytique consti-

tué, par exemple, (a) d'un catalyseur solide comprenant un compo-

sé d'un métal de transition des groupes IV, V et VI de la Classi-

fication Périodique des éléments, notamment le titane, ce cataly-

seur solide pouvant également comprendre du magnésium, et (b) d'un cocatalyseur comprenant un composé organométallique d'un métal des

groupes II et III de cette Classification, notamment un composé or-

ganoaluminique. De tels systèmes catalytiques d'activité élevée ont notamment été décrits dans les brevets français No. 2 099 311,

No. 2 116 698, No. 2 144 080, No. 2 529 208 et No. 2 529 209.

Il est également connu que les polymérisations et copoly-

mérisations d'alpha-oléfines à l'aide des cataiyseurs très actifs décrits ci-dessus, ou de catalyseurs équivalents, peuvent être

réalisées selon un procédé utilisant la technique du lit fluidisé.

Ces polymérisations et copolymérisations sont alors généralement

effectuées dans un réacteur à axe vertical dans lequel les par-

ticules du polymère en formation sont maintenues à l'état fluidisé

par un courant gazeux ascendant contenant l'oléfine ou les olé-

fines à polymériser. Un tel réacteur comporte habituellement, à sa partie inférieure, une plaque perforée ou poreuse, couramment appelée sole de fluidisation, qui permet de répartir le courant gazeux dans le milieu réactionnel et de maintenir les particules de polymère à l'état fluidisé au-dessus de la sole. Le réacteur comporte un dispositif d'introduction du catalyseur solide dans le lit fluidisé et un système d'évacuation du polymère produit,

permettant de maintenir constant le niveau du lit fluidisé.

Comme dispositif d'introduction de catalyseur solide, il est connu d'utiliser des appareillages comprenant en général une

enceinte de stockage du catalyseur solide en poudre, cette en-

-2- ceinte étant reliée à une chambre d'alimentation munie de vannes de remplissage et de vidange, ainsi qu'une tuyauterie

d'introduction reliant ladite chambre d'alimentation au réac-

teur à lit fluidisé. Lorsque la quantité désirée de catalyseur solide a été introduite dans la chambre d'alimentation, celle- ci est mise sous une pression de gaz inerte supérieure à celle

régnant dans le réacteur, puis la vanne de vidange est brus-

quement ouverte pour permettre le transport du catalyseur so-

lide à travers la tuyauterie d'introduction jusque dans le

réacteur à lit fluidisé.

Un autre dispositif, proche du dispositif précédent, consiste à utiliser, à la place de la chambre d'alimentation

munie de ses vannes de remplissage et de vidange, un disposi-

tif doseur devant être étanche au gaz sous pression et ayant

pour rôle de délivrer une quantité déterminée d'un cataly-

seur solide en poudre dans le réacteur à lit fluidisé. Ce dis-

positif doseur qui peut être de type rotatif,comprend une chambre interne à double ouverture, pouvant alternativement être remplie en catalyseur solide à partir de l'enceinte de

stockage et être vidée dudit catalyseur solide sous la pres-

sion d'un gaz vecteur qui l'entraîne par un courant rapide à travers la tuyauterie d'introduction jusqu'au réacteur à lit fluidisé.

Ces dispositifs connus ont généralement pour inconvé-

nient d'introduire dans le réacteur des quantités relative-

ment élevées de catalyseur à des fréquences faibles, ces in-

troductions de catalyseur étant séparées par des temps morts, plus ou moins longs, compris, par exemple, entre 30 et 120 minutes. De ce fait, la concentration en catalyseur solide présent dans le réacteur à lit fluidisé subit des fluctuations au cours du temps. De plus, lors de son introduction dans le réacteur à lit fluidisé, le catalyseur solide est constamment soumis à des compressions non seulement à l'intérieur de la chambre d'alimentation ou de la chambre interne du dispositif

doseur de type rotatif, mais aussi à l'intérieur de la tuyau-

terie d'introduction parcourue par le gaz inerte ou le gaz -3- vecteur à une vitesse relativement élevée, de l'ordre de 20 à

mètres par seconde. De ce fait, le catalyseur solide qui dé-

bouche dans le réacteur à lit fluidisé sous la forme d'une poudre dense et compactée pénètre profondément au sein du lit fluidisé, mais en se dispersant difficilement. La mauvaise dispersion du

catalyseur au sein du lit fluidisé a pour conséquence de provo-

quer des emballements de la réaction de polymérisation, sources de "points chauds" et, le cas échéant, d'agglomérats de polymère

fondu, conduisant à l'arrêt de la réaction.

Par ailleurs, il apparaît par expérience qu'un dispositif

doseur de type rotatif, tel que celui décrit précédemment, déli-

vrant des catalyseurs solides, souvent abrasifs tels que ceux comprenant des supports de silice, devient rapidement, par suite d'usure, peu étanche au gaz sous pression. I1 en résulte que la

vitesse de propulsion des catalyseurs diminue, ce qui peut con-

duire à des accumulations de catalyseur le long de la tuyauterie

d'introduction et à des phénomènes de bouchage.

Il est également connu d'introduire, selon un procédé continu, un catalyseur solide dans un réacteur à lit fluidisé, notamment dans le but de maintenir des conditions constantes

dans le milieu réactionnel. En pratique, cependant, un tel procé-

dé met en oeuvre un dispositif d'introduction très particulier,

comprenant notamment une tuyauterie d'introduction de type capil-

laire, ayant par exemple un diamètre interne compris entre 0,76 et 3,2 mm. Un gaz vecteur inerte transporte le catalyseur solide à travers cette tuyauterie de type capillaire vers le réacteur à lit fluidisé, à une vitesse telle que le catalyseur solide se trouve sous la forme d'une dispersion ou d'une suspension peu

concentrée dans ledit gaz vecteur inerte. De ce fait, le cataly-

seur solide qui débouche dans le réacteur à-lit fluidisé, se disperse facilement au sein du lit fluidisé, mais avec une faible profondeur de pénétration dans ce lit. Il reste, par conséquent, localisé dans une zône du lit fluidisé proche de la paroi du

réacteur, zône généralement peu agitée, ce qui peut ainsi pro-

voquer la formation de "points chauds" et, par suite, d'agglomé-

rats. Par ailleurs, on sait qu'un tel procédé d'introduction de -4-

catalyseur solide peut provoquer la formation de très fines par-

ticules de catalyseur par des phénomènes d'attrition lors du transport à vitesse élevée du catalyseur à travers la tuyauterie d'introduction; or la présence de ces très fines particules est préjudiciable au bon fonctionnement d'un réacteur à lit fluidisé. Il apparaît, en outre, qu'un tel procédé entraîne l'introduction de quantités relativement importantes de gaz vecteur inerte dans

le réacteur à lit fluidisé, ce qui nuit au rendement de la réac-

tion de polymérisation.

Il a été maintenant trouvé un dispositif et un procédé permettant d'introduire une poudre à activité catalytique dans un

réacteur à lit fluidisé dans lequel est réalisée une polymérisa-

tion ou une copolymérisation d'alpha-oléfines gazeuses, tout en

évitant les inconvénients précités.

Le dispositif d'introduction d'une poudre à activité ca-

talytique, selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il com-

porte:

- une enceinte de stockage de poudre à activité catalytique re-

liée à un dispositif doseur permettant de délivrer périodique-

ment un volume déterminé de poudre à activité catalytique, - une chambre intermédiaire placée sous le dispositif doseur pour recevoir directement la poudre délivrée par celui-ci, ladite chambre intermédiaire ayant une capacité comprise entre 1,1 et 3 fois le volume de la poudre délivrée périodiquement par le dispositif doseur et comportant un orifice d'entrée dont la surface est au moins égale à celle de l'orifice de sortie du dispositif doseur,

- un tube d'amenée de gaz vecteur-inerte dans la chambre intermé-

diaire, ledit tube débouchant dans celle-ci au-dessus du niveau supérieur de la poudre lorsque cette dernière a été délivrée dans ladite chambre intermédiaire par le dispositif doseur, ledit tube étant muni d'une vanne de sectionnement,

- une tuyauterie de transport de poudre reliant la partie infé-

rieure de la chambre intermédiaire au réacteur à lit fluidisé, ladite tuyauterie présentant une partie verticale au départ de

la chambre intermédiaire, cette partie verticale étant immédia-

-5- tement suivie d'une partie sensiblement horizontale, ladite tuyauterie de transport de poudre ayant un diamètre interne compris entre 6 et 60 mm -et, de préférence, compris entre et 30 mm et une capacité inférieure ou égale au volume de la poudre délivrée par le dispositif doseur, cette tuyauterie

étant munie d'une vanne à passage intégral et à ouverture ra-

pide.

La chambre intermédiaire a pour rôle essentiel de ré-

duire considérablement la compacité et le tassement de la poudre à activité catalytique, comprimée généralement sous une forte

charge dans l'enceinte de stockage et notamment lors de son pas-

sage à travers le dispositif doseur, avant sont transport vers le réacteur à lit fluidisé. L'introduction d'une poudre trop compactée exigerait tout d'abord l'utilisation d'un gaz vecteur

inerte sous une pression trop élevée et entraînerait par consé-

quent l'introduction d'une quantité importante de gaz vecteur

inerte dans le réacteur. La forme et la taille de la chambre in-

termédiaire sont donc conçues pour jouer ce rôle. En particulier, une capacité trop faible, inférieure à 1,1 fois le volume de la poudre délivrée par le dispositif doseur, ne permettrait pas à

la poudre de se détendre et de réduire sa compacité et son tasse-

ment; une capacité au contraire trop grande, par exemple supé-

rieure à 3 fois le volume de la poudre délivrée par le dispositif doseur, introduirait des quantités inutiles et nuisibles de gaz vecteur inerte dans le réacteur à lit fluidisé. Par ailleurs, si l'orifice d'entrée de la chambre intermédiaire avait une surface inférieure à celle de l'orifice de sortie du dispositif doseur, la poudre pourrait difficilement être délivrée dans la chambre

intermédiaire et resterait trop compactée.

Le tube d'amenée du gaz vecteur inerte est relié par

l'intermédiaire de la vanne de sectionnement à la partie supé-

rieure de la chambre intermédiaire, en particulier en un point situé dans sa moitié supérieure et, de préférence, au voisinage immédiat de l'orifice de sortie du dispositif doseur, de telle

façon que ledit tube d'amenée du gaz vecteur inerte débouche au-

dessus du niveau supérieur de la poudre à activité catalytique - 6 -

lorsque celle-ci a été délivrée dans la chambre intermédiaire.

Si, au contraire, ledit tube d'amenée du gaz vecteur inerte dé-

bouche en dessous de ce niveau, une partie de la poudre à activité catalytique risquerait de ne pas être introduite dans le réacteur à lit fluidisé et se déposerait le long de la tuyauterie de

transport de poudre, conduisant rapidement à son bouchage.

La tuyauterie de traiort de poudre, reliant la chambre intermédiaire au réacteur à lit fluidisé, a un diamètre interne compris entre 6 et 60 mm et, de préférence, compris entre 10 et

30 mm; un diamètre interne insuffisant, inférieur à6 mm, ris-

querait de provoquer des bouchages et un diamètre trop large ris-

querait de provoquer soit des perturbations dans le lit fluidisé, soit des difficultés en ce qui concerne l'étanchéité de la vanne

à passage intégral et à ouverture rapide.

La tuyauterie de transport de poudre présente au départ

de la chambre intermédiaire une partie verticale qui est immé-

diatement suivie d'une partie sensiblement horizontale, c'est-à-

dire que cette partie forme avec la partie verticale un coude

d'un angle généralement voisin de 900, cet angle pouvant toute-

fois être compris entre 70 et 120 , et de préférence compris

entre 80 et 110 , en fonction de la nature de la poudre à acti-

vité catalytique et de celle de la surface interne de la tuyaute-

rie de transport de poudre. La présence de ce coude permet le transport de la poudre à activité catalytique en un seul bloc à travers la tuyauterie de transport de poudre jusque dans le réateur à lit fluidisé, ce transport étant réalisé en un temps très court, généralement inférieur à 2 secondes et avec utilisation d'une quantité très faible de gaz vecteur inerte. L'angle du coude formé par la tuyauterie de transport de poudre dépend en réalité de l'aptitude que présente la poudre à s'écouler à l'intérieur de cette tuyauterie. Ainsi, pour une poudre à activité catalytique qui s'écoule difficilement, il convient d'utiliser de préférence un coude formant un angle supérieur à 90 , alors que pour une

poudre qui s'écoule, au contraire, très facilement, il est préfé-

rable d'utiliser un coude formant un angle inférieur à 900.

Toutefois, un coude d'un angle inférieur à 70 ou supérieur à 120 risquerait, dans tous les cas, de provoquer soit un bouchage, soit

l'introduction de quantités irrégulières de poudre à activité ca-

talytique dans le réacteur à lit fluidisé.

La capacité de la tuyauterie de transport de poudre doit être inférieure ou égale au volume de la poudre délivrée périodi- quement par le dispositif doseur, afin d'assurer le transport de la poudre en un seul bloc vers le réacteur à lit fluidisé et de limiter la quantité de gaz vecteur inerte introduite dans le réacteur.

I1 a été souvent observé que la poudre à activité cataly-

tique se disperse difficilement à son arrivée dans le réacteur à lit fluidisé, notamment s'il s'agit d'un réacteur de production

industrielle. Dans un tel réacteur dont le diamètre est généra-

lement supérieur à 1 mètre, et notamment compris entre 1 et 6

mètres, il est observé que les bulles de gaz, lors de leur ascen-

sion dans le lit fluidisé, ont tendance à se concentrer dans la

zône axiale du réacteur. Les zones proches de la paroi du réac-

teur se trouvent en conséquence mal agitées par les bulles de

gaz. Il s'ensuit que la poudre à activité catalytique fraîche-

ment introduite est mal dispersée et a tendance à provoquer l'ap-

parition de "points chauds" responsables de la formation d'agglo-

mérats de polymère fondu. Il a été trouvé, selon la présente in-

vention, que pour favoriser la dispersion de la poudre à activité catalytique dans le lit fluidisé, la tuyauterie de transport de poudre doit se prolonger à l'intérieur du réacteur sur une longueur telle que son extrémité se trouve à une distance de la paroi dudit réacteur égale ou supérieure au seizième dudit diamètre. Dans ces conditions, l'introduction de la poudre à activité catalytique

se fait dans la zone bien agitée du réacteur.

Afin d'éviter tout risque de dépôt de poudre à activité catalytique à l'intérieur de la tuyauterie de transport depoudre, il est recommandé que cette tuyauterie débouche dans le réacteur à lit fluidisé avec une inclinaison pouvant aller jusqu'à 60 par rapport au plan horizontal, et en particulier une inclinaison comprise entre 10 et 50 . Il est également recommandé d'utiliser une tuyauterie dont la surface intérieure et éventuellement la

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surface extérieure, quand cette tuyauterie pénètre à l'intérieur

du réacteur à lit flûidisé, soient aussi lisses que possible.

La vanne à passage intégral et à ouverture rapide, située sur la tuyauterie de transport de poudre, peut être par exemple une vanne à boisseau et doit pouvoir être actionnée par une com- mande assurant le passage de la position totalement ouverte à la position totalement fermée et vice-versa en un temps très court, par exemple inférieur à 3 secondes et, de préférence, inférieur

à 1 seconde.

Généralement, pour favoriser l'introduction régulière de la poudre à activité catalytique dans le réacteur à lit fluidis6, il est préférable de faciliter le remplissage du dispositif doseur en disposant, par exemple, une enceinte intermédiaire de

stockage entre l'enceinte de stockage et ledit dispositif doseur.

Les deux enceintes sont reliées entre elles par une vanne à pas-

sage intégral permettant le transfert de la poudre de l'une à l'autre et par une ligne d'évent pour assurer l'équilibre des

pressions. L'enceinte intermédiaire de stockage peut avoir notam-

ment une capacité comprise entre 10 et 100 fois le volume de la

paouxidre délivre par. le dispositif drseur et une forme cylindrique ou cylin-

droconique d'axe vertical, telle que par exemple le rapport de

sa hauteur à son plus grand diamètre est inférieur ou égal à 1.

Le dispositif doseur peut être choisi parmi une grande variété d'appareillages. Il peut être notamment de type rotatif,

et comporter au moins une cavité alternativement en communica-

tion avec l'enceinte de stockage ou l'enceinte intermédiaire de

stockage et la chambre intermédiaire.

Cette cavité peut avoir, de préférence, une forme de tronc de cône dont le diamètre de la base est compris entre 0,5 et 10 fois la hauteur. Le dispositif doseur est, de préférence, étanche aux gaz sous pression existant en amont et en aval de ce dispositif; mais cette étanchéité n'est pas considérée comme un élément essentiel du dispositif, puisque la pression peut être,

à la rigueur, identique en amont et en aval de ce dispositif.

En vue de faciliter le vidage de la poudre à activité catalytique hors du dispositif doseur, lorsque celui-ci est de - 9 -

type rotatif et à cavité, il est possible de fixer un système mé-

canique, tel qu'un ressort à spirale, au fond de la cavité. Ce système mécanique permet un vidage régulier de la cavité, malgré l'effet de compactage que subit la poudre au cours de la manoeuvre du dispositif doseur. Le dispositif d'introduction, selon la présente invention,

convient particulièrement pour des réacteurs de production indus-

trielle ayant une grande capacité et pour lesquels le dispositif

doseur peut délivrer des quantités de poudre à activité cataly-

tique pouvant s'élever pour chaque introduction jusqu'à 1500 g

et généralement des quantités comprises entre 500 et 1200 g.

Le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre de la façon suivante: a) lorsque la vanne de sectionnement du tube d'amenée du gaz

vecteur inerte et la vanne à passage intégral et à ouverture ra-

pide de la tuyauterie de transport de poudre sont fermées:

- le rapport des pressions existant entre l'intérieur de l'en-

ceinte de stockage ou de l'enceinte intermédiaire de stockage et l'intérieur de la chambre intermédiaire est au moins égal à 1 et, de préférence, compris entre 1,0 et 1,5, la différence entre ces deux pressions étant, de préférence, inférieure à 1 MPa; ces conditions de pression favorisent d'une part la régularité de la délivrance, à l'aide du dispositif doseur-, d'une quantité déterminée de poudre à activité catalytique dans la chambre intermédiaire, et d'autre part un tassement approprié de cette poudre délivrée dans la chambre intermédiaire; - le rapport des pressions existant entre l'intérieur du tube d'amenée du gaz vecteur inerte et l'intérieur de la chambre intermédiaire est compris entre 1,1 et 1,5 et, de préférence,

compris entre 1,1 et 1,3, la différence entre ces deux pres-

sions étant comprise entre 0,1 et 1,2 MPa et, de préférence, comprise entre 0,2 et 0,8 MPa; ces conditions de pression permettent d'assurer le transport de la totalité de la poudre à activité catalytique contenue dans la chambre intermédiaire jusque dans le réacteur à lit fluidisé, sans apparition de phénomènes d'attrition, ni de compactage;

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- la différence de pression existant entre l'intérieur de la

chambre intermédiaire et l'intérieur du réacteur à lit flui-

disé est comprise entre 0,025 et 0,25 MPa et, de préférence, égale au quart de la différence de pression existant entre l'intérieur du tube d'amenée du gaz vecteur inerte et l'inté- rieur de la chambre intermédiaire; ces conditions de pression empêchent le courant gazeux circulant dans le réacteur à lit fluidisé de pénétrer dans la tuyauterie de transport de poudre et d'atteindre l'enceinte de stockage; elles évitent, par ailleurs, un tassement exagéré de la poudre à activité catalytique au cours de son transport jusqu'au réacteur à lit fluidisé. b) L'introduction de poudre à activité catalytique dans le

réacteur à lit fluidisé est réalisée par une séquence d'opéra-

tions comportant successivement:

- la délivrance, à l'aide du dispositif doseur, d'un volume dé-

terminé de poudre à activité catalytique dans la chambre in-

termédiaire, la vanne de sectionnement du tube d'amenée du

gaz vecteur inerte et la vanne à passage intégral et à ouver-

ture rapide de la tuyauterie de transport de poudre étant fer-

mées, - l'ouverture de la vanne de sectionnement du tube d'amenée du

gaz vecteur inerte et de la vanne à passage intégral et à ou-

verture rapide de la tuyauterie de transport de poudre, pen-

dant une durée telle que le volume de gaz vecteur inerte in-

troduit dans le réacteur à lit fluidisé, mesuré dans les con-

ditions normales de pression et de température, est compris

entre 0,15 et 0,6 m' par kg de poudre délivrée par le disposi-

tif doseur, la vitesse du gaz vecteur inerte à travers la tuyauterie de transport de poudre étant comprise entre 1 et mètres par seconde et, de préférence, comprise entre 3 et

mètres par seconde.

L'enceinte de stockage ainsi que l'enceinte intermé-

diaire de stockage de la poudre à activité catalytique sont main-

tenues sous une atmosphère d'un gaz inerte vis-à-vis de ladite poudre à activité catalytique. On peut choisir, comme gaz inerte,

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l'azote, l'hydrogène, le méthane, l'éthane ou le propane.

Le gaz vecteur inerte, balayant la chambre intermé-

diaire et la tuyauterie de transport de poudre peut être choi-

si parmi l'azote, l'hydrogène, le méthane, l'éthane ou le pro-

pane, ce gaz pouvant être identique ou différent de celui

constituant l'atmosphère de l'enceinte de stockage et de l'en-

ceinte intermédiaire de stockage.

Le dispositif et le procédé selon la présente inven-

tion conviennent particulièrement pour l'introduction dans un

réacteur de polymérisation ou de copolymérisation d'alpha-

oléfines gazeuses en lit fluidisé, d'une poudre à activité catalytique constituée de particules ayant un diamètre moyen

en masse compris entre 100 et 400 microns, de préférence com-

pris entre 125 et 300 microns, une distribution granulomé-

trique relativement étroite, telle que le rapport du diamètre

moyen en masse, Dm, au diamètre moyen en nombre, Dn, des par-

ticules est inférieur ou égal à 4, et une masse volumique ap-

parente au repos comprise entre 0,2 et 0,45 g/cm'. Cette poudre à activité catalytique peut notamment présenter une teneur pondérale en composé organométallique liquide d'un métal appartenant aux groupes II et III de la Classification

Périodique des éléments, comprise entre 0,1 et 10 %, de pré-

férence comprise entre 0,25 et 5 %. 'Une telle poudre, rendue

généralement collante par la présence de ce composé organo-

métallique liquide, est néanmoins introduite sans difficulté

à l'aide du dispositif et selon le procédé de la-présente in-

vention.

On peut également utiliser, selon la présente inven-

tion, une poudre à activité catalytique comportant un système

catalytique susceptible de ne pas présenter de période d'in-

duction au moment o cette poudre est mise en contact avec l'alphaoléfine ou les alpha-oléfines à polymériser, et en particulier de présenter instantanément une vitesse initiale

de polymérisation maximum. Le dispositif et le procédé d'in-

troduction conviennent notamment,lorsque la poudre à activité catalytique est un prépolymère obtenu par mise en contact

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d'une ou plusieurs alpha-oléfines avec un système catalytique constitué d'une part, d'un catalyseur solide comprenant au moins

un métal de transition des groupes IV, V et VI de la Classifica-

tion Périodique des éléments et, d'autre part, d'un cocatalyseur constitué d'au moins un composé organométallique d'un métal des groupes II et III de cette Classification. Ce prépolymère peut avoir une densité comprise entre 0,90 et O,97 et contenir de

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2 x 103 à 10 milliatome-gramme de métal de transition par gramme. I1 peut également présenter un taux de polymère soluble

dans le n-heptane à 70 C compris entre 0,1 et 5 % en poids.

Comparativement à une poudre essentiellement minérale, comportant par exemple un support de silice, une telle poudre de prépolymère est plus difficilement manipulable, du fait de la présense de

produits collants, constitués par des polymères de bas poids mo-

léculaire, et de forces électrostatiques existant entre les par-

ticules de prépolymère.

La séquence d'opérations, permettant l'introduction dans le réacteur à lit fluidisé d'une quantité déterminée de poudre à activité catalytique, peut être répétée à une fréquence pouvant s'élever jusqu'à 3 fois par minute, et généralement comprise entre 1 et 2 fois par minute. Si la quantité de poudre introduite

par séquence est de 1500 g, le dispositif selon l'invention per-

* met d'alimenter le réacteur -à lit fluidisé selon un débit qui

peut s'élever jusqu'à 270 kg/h de poudre à activité catalytique.

Ce dispositif convient, en particulier, pour des débits d'ali-

mentation compris généralement entre 50 et 150 kg/h de poudre à

activité catalytique.

Méthode de détermination des diamètres moyens en masse (Dm) et

en nombre (Dn) de particules.

Selon l'invention; les diamètres moyens en masse (Dm) et en nombre (Dn) des particules de poudre à activité catalytique sont mesurés à partir d'observations microscopiques, au moyen de

l'analyseur d'images OPTOMAX (Micro-Measurements Ltd. - Grande-

8retagne). Le principe de la mesure consiste à obtenir, à partir de l'étude expérimentale par microscopie optique d'une popula-

tion de particules, une table d'effectifs o est donné le nombre

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(ni) de particules appartenant à chaque classe (i) de diamètres,

chaque classe (i) étant caractérisée par un diamètre intermé-

diaire (di) compris entre les limites de ladite classe. Suivant la norme française homologuée NF X 11-630 de juin 1981, Dm et Dn sont fournis par les formules suivantes: diamètre moyen en masse: Dm: ni (di)3 di ni (di)3 Zni.di diamètre moyen en nombre Dn = ni

Le rapport Dm / Dn caractérise la distribution granulomé-

trique; il est parfois appelé "largeur de distribution granulomé-

trique". La mesure par l'analyseur d'images OPTOMAX est réalisée

au moyen d'un microscope inversé qui permet l'examen des suspen-

sions de particules de poudre à activité catalytique avec un

grossissement compris entre 16 et 200 fois. Une caméra de télévi-

sion reprend les images données par le microscope inversé et les transmet à un ordinateur qui analyse les images reçues ligne par ligne et point par point sur chaque ligne, en vue de déterminer

les dimensions ou diamètres des particules, puis de les classer.

Les exemples de dispositif non limitatifs suivants

illustrent la présente invention.

La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'introduction de poudre à activité catalytique dans un réacteur

à lit fluidisé, sans enceinte intermédiaire de stockage. Le dis-

positif, représenté par la figure 1, comporte un réacteur (1) de polymérisation à lit fluidisé, une enceinte de stockage (2)

de poudre à activité catalytique, munie d'une ligne d'alimenta-

tion (3) en poudre à activité catalytique et d'une vanne d'iso-

lement (26), un dispositif doseur (4) permettant de délivrer ré-

gulièrement un volume déterminé de poudre à activité catalytique dans une chambre intermédiaire (5). Cette chambre intermédiaire (5) comporte dans sa partie supérieure un tube d'amenée (6) de gaz vecteur inerte, muni d'une vanne de sectionnement (7), et dans sa partie inférieure une tuyauterie de transport de poudre (8) qui, au départ de la chambre intermédiaire (5), présente

une partie verticale immédiatement suivie d'une partie sensible-

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ment horizontale, déterminant un coude (9) d'un angle voisin de 90. Cette tuyauterie de transport de poudre (8) est munie d'une vanne à passage intégral et à ouverture rapide (10) et débouche dans le réacteur (1) à lit fluidisé suivant une inclinaison d'environ 30 par rapport au plan horizontal, une partie (11) de cette tuyauterie (8) pénétrant à l'intérieur

du réacteur (1).

La figure 2 représente schématiquement un dispositif

d'introduction de poudre à activité catalytique dans un réac-

teur à lit fluidisé, dispositif analogue à celui de la figure 1, comportant en outre une enceinte intermédiaire de stokge (12), disposée entre l'enceinte de stockage (2) et le dispositif doseur (4); une vanne à passage intégral (13) est disposée entre les deux enceintes de stockage (2) et (12) et une ligne d'évent (14) munie d'une vanne (15) assure l'équilibre de la

pression entre les deux enceintes de stockage (2) et (12).

La figure 3 représente schématiquement un dispositif doseur de type rotatif, constitué d'un robinet à boisseau sphérique (16) tournant autour d'un axe (17) à l'intérieur d'un corps (18); l.boisseau sphérique (16) est muni d'une cavité (19) en forme de tronc de cône, ne possédant qu'une seule ouverture (20); le corps (18) du robinet comprend un

orifice (21) d'alimentation en poudre, situé à la partie su-

périeure du corps (18),et un orifice (22) d'évacuation de la

poudre, situé à la partie inférieure du corps (18); les lu-

mières des orifices ou des conduites (21) et (22) sont de même forme et de mêmes dimensions que l'ouverture (20); le

boisseau sphérique (16) et le corps (18) sont munis de dis-

positifs, tels que des joints ou garnitures, assurant l'étan-

chéité entre le boisseau sphérique (16) et le corps (18) fixe.

La figure 4 représente schématiquement le boisseau sphérique (16) avec sa cavité (19) en forme de tronc de cône et un ressort à spiral (23) disposé dans la cavité (19) et fixé dans le fond (24) de celle-ci; lorsque l'ouverture (20) de la cavité (19) est orientée vers le haut, le ressort à spirale (23) se comprime sous l'influence de son poids et la

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cavité (19) se remplit de poudre; lorsque l'ouverture (20) de

la cavité (19) est orientée vers le bas, le ressort à spilae (23)-

se détend et facilite le vidage de la poudre hors de la cavité (19); une charge (25) fixée à l'extrémité libre du ressort (23) ren-; force l'effet de celui-ci.

EXEMPLE

On effectue une polymérisation de l'éthylène à l'aide d'une installation comprenant un réacteur (1) à lit fluidisé

auquel est relié un dispositif d'introduction de poudre à acti-

vité catalytique selon l'invention, conformément aux schémas des

figures 1, 3 et 4.

L'enceinte de stockage (2), tel que représenté dans la figure 1, contient une poudre à activité catalytique, constituée d'un prépolymère obtenu par mise en contact d'une part, d' un système catalytique comprenant un catalyseur qui contient, par atome-gramme de titane total, 0,92 atomegramme de titane

trivalent, 0,08 atome-gramme de titane tétravalent, 3,8 atome-

grammes de magnésium, 8,6 atome-grammes de chlore et 2 équiva-

lent-grammes de propylate, et du tri-n-octylaluminium en quanti-

té telle que le rapport du nombre d'atome-gramme d'aluminium au nombre d'atome-gramme de titane est égal à 1,5 et, d'autre part, de l'éthylène en quantité telle que le prépolymère contient 2 x 10-2 milliatome-gramme de titane par gramme. Ce prépolymère présente une masse volumique apparente au repos égale à 0,3 g/cma et une densité de 0,96; il est constitué de particules ayant un diamètre moyen en masse égal à 200 microns et une distribution granulométrique telle que le rapport Dm / Dn des particules est égal à 3. Par ailleurs, il présente, d'une part, une teneur de 1 % en poids de tri-n-octylaluminium liquide et, d'autre part, une teneur de 2 % en poids de polymère soluble dans le n-heptane

à 70 C.

Ce prépolymère, contenu dans l'enceinte de stockage (2),

est maintenu sous une pression de 2,6 MPa d'hydrogènes à la tem-

pérature ambiante (20 C).

Le dispositif doseur (4), de type rotatif, représenté

dans la figure 3, comprend notamment une cavité (19) d'une capa-

- l - cité de 2,8 1, en forme de tronc de cône dont le diamètre de la base est 0,9 fois la hauteur. La cavité (19), représentée par la

figure 4, comprend une charge (25) d'un poids de 250 g.

La chambre intermédiaire (5), disposée juste au-dessous du dispositif doseur (4) est de forme cylindroconique, d'axe ver-

tical, et a une capacité de 4 litres.

Le gaz vecteur inerte est l'hydrogène, maintenu sous une pression de 2,7 MPa dans le tube d'amenée (6) qui débouche dans

la partie supérieure de la chambre intermédiaire (5), au voisi-

nage immédiat de l'orifice de sortie (22) du dispositif doseur (4).

Lorsque la vanne de sectionnement (7) du tube d' amenée (6) de l'hydrogène et la vanne à passage intégral et à ouverture rapide (10) de la tuyauterie de transport de poudre (8) sont fermées, la

pression d'hydrogène existant à l'intérieur de la chambre inter-

médiaire (5) est de 2,3 MPa.

La chambre intermédiaire (5) comporte dans sa partie in-

férieure une tuyauterie de transport de poudre (8) ayant un dia-

mètre interne de 25 mm et une capacité de 1,5 1. Cette tuyaute-

rie (8) présente, au départ de la chambre intermédiaire (5), une partie verticale immédiatement suivie d'une partie horizontale, déterminant un coude (9) à angle droit. Elle est ensuite munie d'une vanne à passage intégral et à ouverture rapide (10),

actionnée par une commande assurant son ouverture ou sa ferme-

ture totale en 0,5 seconde environ. La tuyauterie de transport

de poudre (8) débouche dans le réacteur (1) à lit fluidisé sui.-

vant une inclinaison de 30 par rapport au plan horizontal et se prolonge à l'intérieur du réacteur (1) sur une longueur de

cm. La tuyauterie (11) qui pénètre à l'intérieur du réac-

teur (1), est en acier inoxydable poli intérieurement et exté-

rieurement.

Le réacteur (1) à lit fluidisé a la forme d'un cylindre

de révolution et un diamètre de 3 m. Un mélange gazeux ascen-

dant circule à l'intérieur du réacteur à lit fluidisé à la vi-

tesse de 45 cm/s, sous une pression constante de 2,15 MPa et à 92 0C. Ce mélange gazeux comprend en volume 42 % d'éthylène,

%l d'hydrogène, 10 % d'éthane et 8 %O d'azote.

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On réalise une séquence d'introduction de prépolymère

dans le réacteur (1l à lit fluidisé, en effectuant les opéra-

tions suivantes: - le boisseau sphérique (16) du dispositif doseur (4) de type rotatif est mis en position de remplissage de la cavité (19)

dont l'ouverture (20) est orientée vers le haut, face à l'en-

ceinte de stockage (2) contenant le prépolymère, la vanne de

sectionnement (7) et la vanne à passage intégral et à ouver-

ture rapide (10) étant fermées; - le boisseau sphérique (16) du dispositif doseur (4) de type rotatif tourne autour de son axe (17) suivant un angle de , provoquant le vidage de la cavité (19) dont l'ouverture

(20) se trouve orientée vers le bas, face à la chambre inter-

médiaire (5) dans laquelle est délivrée une quantité de pré-

polymère égale à 900 g; - la vanne de sectionnement (7) et la vanne à passage intégral et à ouverture rapide (10) s'ouvrent; l'hydrogène traverse la tuyauterie de transport de poudre (8) en transportant les 900 g de prépolymère jusque dans le réacteur (1) à lit fluidisé, à

une vitesse de 6 mètres par seconde, pendant une durée d'envi-

ron L seconde; - la vanne à passage intégral et à ouverture rapide (10) et la

vanne de sectionnement (7) sont refermées, tandis que le bois-

seau sphérique (16) du dispositif doseur (4) de type rotatif

tourne autour de son axe (17) d'un angle de 1800, pour se pla-

cer en position de remplissage de la cavité (19).

Une nouvelle séquence d'introduction de prépolymère peut

alors être réalisée. Ces séquences d'introduction se repro-

duisent à une fréquence d'une injection toutes les 50 secondes, ce qui permet d'obtenir une production de polyéthylène de 5000 kg/h environ. Ainsi que cela a pu être constaté, après plusieurs semaines de fonctionnement dans ces conditions, le dispositif et le procédé de l'invention permettent d'obtenir une poudre de polyéthylène de qualité excellente et uniforme,

pratiquement sans agglomérat de prépolymère ou de polymère fondu.

- 18 -

Claims

REVENDICATIONS

1/ Dispositif d'introduction d'une poudre à activité cata-

lytique dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel se réalise

une polymérisation ou une copolymérisation d'alpha-oléfines ga-

zeuses, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte: - une enceinte de stockage de poudre à activité catalytique

reliée à un dispositif doseur permettant de délivrer périodi-

quement un volume déterminé de poudre à activité catalytique, - une chambre intermédiaire placée sous le dispositif doseur

pour recevoir directement la poudre délivrée par celui-ci, la--

dite chambre intermédiaire ayant une capacité comprise entre 1,1 et 3 fois le volume de la poudre délivrée périodiquement par le dispositif doseur et comportant un orifice d'entrée dont la surface est au moins égale à celle de l'orifice de sortie du dispositif doseur,

- un tube d'amenée de gaz vecteur inerte dans la chambre inter-

médiaire, ledit tube débouchant dans celle-ci au-dessus du ni-

veau supérieur de la poudre lorsque cette dernière a été déli-

vrée dans ladite chambre intermédiaire par le dispositif do-

seur, ledit tube étant muni d'une vanne de sectionnement,

- une tuyauterie de transport de poudre reliant la partie infé-

la chambre intermédiaire, cette partie verticale étant immé-

diatement suivie d'une partie sensiblement horizontale, ladite tuyauterie de transport de poudre ayant un diamètre interne compris entre 6 et 60 mm et, de préférence, compris entre 1 et mm et une capacité inférieure ou égale au volume cde la poudre délivrée par le dispositif doseur, cette tuyauterie étant munie

d'une vanne à passage intégral et à ouverture rapide.

2/ Dispositif selon la revendication 1/, caractérisé en ce qu'une enceinte intermédiaire de stockage est disposée entre

l'enceinte de stockage et le dispositif doseur, les deux encein-

tes étant reliées entre elles par une vanne à passage intégral permettant le transfert de la poudre de l'une à l'autre, une

- 19 -

ligne d'évent étant disposée entre les deux-enceintes pour assu-

rer l'équilibre des pressions, ladite enceinte intermédiaire de stockage ayant une capacité comprise entre 10 et 100 fois le volume de la poudre délivrée périodiquement par le dispositif doseur, et une forme cylindrique ou cylindroconique d'axe verti-

cal, telle que le rapport de sa hauteur à son plus grand dia-

mètre est inférieur ou égal à 1.

3/ Dispositif selon la revendication 1/, caractérisé en ce que le dispositif doseur est de type rotatif et qu'il comporte

au moins une cavité alternativement en communication avec l'en-

ceinte de stockage ou l'enceinte intermédiaire de stockage et la chambre intermédiaire, cette cavité ayant une forme de tronc de cône dont le diamètre de la base est compris entre 0,5 et 10 fois

la hauteur.

4/ Dispositif selon la revendication 3/, caractérisé en ce qu'un système mécanique, tel qu'un ressort à spirale, est fixé au fond de la cavité du dispositif doseur de type rotatif, ce système mécanique permettant le vidage de la cavité malgré l'effet de compactage que subit la poudre à activité catalytique

au cours de la manoeuvre du dispositif doseur.

/ Dispositif selon la revendication 1/, caractérisé en ce

que la tuyauterie de transport de poudre débouche dans le réac-

teur à lit fluidisé avec une inclinaison pouvant aller-jusqu'à

o par rapport au plan horizontal.

6/ Dispositif selon la revendication 1/, caractérisé en ce que le réacteur à lit fluidisé ayant la forme d'un cylindre de

révolution de diamètre supérieur à 1 m, la tuyauterie de trans-

port de poudre se prolonge à l'intérieur du réacteur sur une longueur telle que son extrémité se trouve à une distance de la

paroi dudit réacteur égale ou supérieure au seizième dudit dia-

mètre. 7/ Dispositif selon la revendication 1/, caractérisé en ce que la vanne à passage intégral et à ouverture rapide de la tuyauterie de transport de poudre est actionnée par une commande

assurant son ouverture ou sa fermeture totale en un temps infé-

rieur à 3 secondes et, de préférence, inférieur à 1 seconde.

- 20 -

8/ Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une

quelconque des revendications 1/ à 7/, caractérisé en ce que:

a) lorsque la vanne de sectionnement du tube d'amenée du gaz vecteur inerte et la vanne à passage intégral et à ouverture rapide de la tuyauterie de transport de poudre sont fermées: - le rapport des pressions existant entre l'intérieur de l'enceinte de stockage ou de l'enceinte intermédiaire de stockage et l'intérieur de la chambre intermédiaire est au moins égal à 1 et, de préférence, compris entre 1,0 et

1,5, la différence entre ces deux pressions étant, de pré-

préférence, inférieure à 1 MPa; - le rapport des pressions existant entre l'intérieur du tube d'amenée du gaz vecteur inerte et l'intérieur de la chambre intermédiaire est ccmpris entre 1,1 et 1,5 et, de préférence, compris entre 1,1 et 1,3, la différence entre ces deux pressions étant comprise entre 0,1 et 1,2 MPa et, de préférence, comprise entre 0,2 et 0, 8 MPa; - la différence de pression existant entre l'intérieur de la chambre intermédiaire et l'intérieur du réacteur à lit

fluidisé est comprise entre 0,025 et 0,25 MPa et, de pré-

férence, égale au quart de la différence de pression exis-

tant entre l'intérieur du tube d'amenée du gaz vecteur inerte et l'intérieur de la chambre intermédiaire;

b) l'introduction de poudre à activité catalytique dans le réac-

teur à lit fluidisé est réalisée par une séquence comportant successivement:

- la délivrance, à l'aide du dispositif doseur, d'une quanti-

té déterminée de poudre à activité catalytique dans la chambre intermédiaire, - l'ouverture de la vanne de sectionnement du tube d'amenée de gaz vecteur inerte et de la vanne à passage intégral et à ouverture rapide de la tuyauterie de transport de poudre, pendant une durée telle que le volume de gaz vecteur inerte introduit dans le réacteur à lit fluidisé, mesuré dans les

conditions normales de pression et de température, est com-

pris entre 0,15 et 0,6 m' par kg de poudre délivrée par le

- 21 -

dispositif doseur, la uitesse du gaz vecteur inerte à

travers la tuyauterie de transport de poudre étant com-

prise entre 1 et 15 mètres par seconde et, de préférence,

comprise entre 3 et 10 mètres par seconde.

9/ Procédé selon la revendication 8/, caractérisé en ce que l'enceinte de stockage et l'enceinte intermédiaire de stockage sont sous atmosphère d'azote, d'hydrogène, de méthane, d'éthane

ou de propane.

/ Procédé selon la revendication 8/, caractérisé en ce que le gaz vecteur inerte est choisi parmi l'azote, l'hydrogène, le méthane, l'éthane ou le propane, ce gaz pouvant être identique ou différent de celui constituant l'atmosphère de l'enceinte de

stockage et de l'enceinte intermédiaire de stockage.

11/ Utilisation du procédé selon la revendication 8/ pour l'introduction dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel se

réalise une polymérisation ou une copolymérisation d'alpha-olé-

fines gazeuses,d'une poudre à activité catalytique constituée de particules ayant un diamètre moyen en masse compris entre 100 et 400 microns, de préférence compris entre 125 et 300 microns,

une distribution granulométrique telle que le rapport du dia-

mètre moyen en masse, Dm, au diamètre moyen en nombre, Dn, des

particules est inférieur ou égal à 4 et une masse volumique ap-

parente au repos comprise entre 0,2 et 0,45 g/cm', et présentant une teneur pondérale en composé organométallique liquide d'un métal appartenant aux groupes II et III de la Classification

Périodique des éléments, comprise entre 0,1 et 10 % et, de pré-

férence, comprise entre 0,25 et 5 %O.

12/ Utilisation du procédé selon la revendication 8/ pour l'introduction dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel se

réalise une polymérisation ou une copolymérisation d'alpha-olé-

fines gazeuses, d'une poudre à activité catalytique constituée par un prépolymère obtenu par mise en contact d'une ou plusieurs alpha-oléfines avec un système catalytique constitué, d'une part, d'un catalyseur solide comprenant au moins un métal de transition

des groupes IV, V et VI de la Classification Périodique des élé-

ments et, d'autre part, d'un cocatalyseur constitué d'au moins

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un composé organométallique d'un métal des groupes II et III de cette Classification, ce prépolymère ayant une densité comprise

entre 0,90 et 0,97, contenant entre 2 x 10-3 et 10-1 milli-

atome-gramme de métal de transition par gramme et présentant un taux de polymère soluble dans le n-heptane à 70 C compris entre

0,1 et 5 % en poids.