JP2018501382A - ポリオレフィン生成のための最適化されたかきまぜ機システム - Google Patents

Abstract

本発明の様々な実施形態は、高活性触媒とともに用い、かきまぜ機の混合性能が最適化される重合反応器、及びこれを開発する方法に関する。

Description

本発明の様々な実施形態は、連続撹拌槽型反応器（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｒｅａｃｔｏｒ）（ＣＳＴＲ）の性質を有する反応器又は反応器システム、例えばミキサー（例えば、かきまぜ機、ポンプ、インペラー若しくはスタティックミキサー、場合によっては以後かきまぜ機（ａｇｉｔａｔｏｒ）と称することができる）の性能が１つ又は複数の触媒システムとともに用いるために最適化されたＣＳＴＲシステム及びループ反応器システムなどの中における、スラリー又は溶液重合、並びにそれを開発し用いる方法に関する。

いくつかの触媒システムでは、重合プロセスのより高速の速度論のために、高いかきまぜ性能を備えた反応器が要求されることがある。混合性能が不十分であると、反応器の不安定性及び生成物の低品質につながる恐れがある。例えば、分子量分布（ＭＷＤ）が広がりを示す可能性があり、又は最終ポリマー中でゲル形成が存在する恐れがある。所与の反応器及びかきまぜ機の設計に対して、その設定で作ることができる生成物（例えば生成物スレート（ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｌａｔｅ））の範囲は、反応器の混合性能によっても制限されるであろう。

単純にかきまぜ速度を増加させることが、高い混合性能を達成するための１つの選択肢ではあるが、この方法はエネルギー消費に関連するより高い経費、かきまぜ機及び／又はシールを酷使した場合、それらに損傷を与え又はそれらが故障するより高い可能性、並びにかきまぜ機速度のわずかな変化への生成物の感受性を理解できなくなるこという欠点を有する。いくつかの触媒システムでは、反応器システムの混合性能の影響が少ない。従って、反応器システムにおける低減されたエネルギー消費、改善されたポリマーのばらつきのなさ、広げられた生成物スレート、１つの反応器システムから別の反応器システムへの改善された運転及び手順の変換又は関連性の１つ又は複数を達成するために、混合を最適化する機会が存在する。

本明細書で開示する発明のいくつかの実施形態は、所望の触媒システムとともに用いるために、かきまぜ機の混合性能を最適化した重合反応器の開発を対象とする。

本明細書で開示する発明のいくつかの実施形態は、広範囲の条件にわたって安定した反応器の運転を確実にし、生成物の品質及び拡張性を維持するための性能の最小閾値を確立するために、混合性能指標の特定及び関連性を対象とする。

さらに、本明細書で開示する発明のいくつかの実施形態は、商業規模の反応器条件に関連させることができる、実験室規模及びパイロットプラント規模の反応器における最適なかきまぜ機の速度及び混合条件を決定する方法を対象とする。

本明細書では、反応器のＨＵＴ／ＢＴが７より大きく、反応器の循環比が約７と約２０００の間であるかきまぜ反応器（ａｇｉｔａｔｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ）中で、２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい見かけの活性を有する重合触媒を、エチレン、任意選択でＣ_３〜１２α−オレフィン、及び水素と反応させるステップを含む、ポリエチレンポリマー又はコポリマーを流体相重合する方法（ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆｌｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚｉｎｇ）が提供される。

本明細書では、反応器のＨＵＴ／ＢＴが４より大きく、反応器の循環比が約７と約２０００の間であり、パワー（ｐｏｗｅｒ：電力）／単位体積が３５ｋＷ／ｍ^３未満であるかきまぜ反応器中で、２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい見かけの活性を有する重合触媒を、エチレン、任意選択でＣ_３〜１２α−オレフィン、及び水素と反応させることを含む、ポリエチレンポリマー又はコポリマーを流体相重合する方法が提供される。

同様に本明細書では、
ａ．反応器のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、
ｂ．最終ポリマー生成物の混合性能指標を測定するステップ、
ｃ．ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を性能指標に対してプロットするステップ、
ｄ．新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、かきまぜ機速度（ａｇｉｔａｔｏｒ ｓｐｅｅｄ）又はＨＵＴを変えるステップ、
ｅ．ステップｃのプロット線がほぼ水平線（漸近線）を示すまで、ステップａ〜ｄを繰り返すステップ、及び
ｆ．商業的ポリエチレン重合用反応器のかきまぜ率（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）を低下させ、それによって混合性能がステップｃからの各プロット上の「ゾーンＩＩ」又は「ゾーンＩＩＩ」領域内に入る（即ち、生成物が許容できる品質である）ようにするステップ、
ｇ．特定されたかきまぜ速度（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ）を用いてＣＳＴＲ反応器を運転するステップ
を含む、ＣＳＴＲを運転するコストを低減する又はＣＳＴＲにおける能力を増加するために、かきまぜ機の速度を選択する方法が提供される。

同様に本明細書では、
ａ．所望の生成物のための反応器システムの、ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、
ｂ．ステップａで測定した、ＨＵＴ／ＢＴを整合させ、循環比を満たす又は超えるために、新しい反応器における反応条件を設定するステップ
を含む、エチレンの重合プロセス用反応条件を、あるプラントから別のプラントへ転用する方法が提供される。

同様に本明細書では、
ａ．モデル化により、所望の生成物特性及びプロセス条件を決定するステップ、
ｂ．反応器システムのＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を計算又は決定するステップ、
ｃ．モデルにおける新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、反応器プロセス条件を繰り返し変えるステップ、
ｄ．所望の決定された生成物特性を提供する運転条件を選択するステップ、及び
ｅ．プロセスを稼働させるステップ
を含む、反応器システムにおいて生成することができる生成物の範囲を改善する方法が提供される。

低速から高速までのかきまぜ機の速度（混合性能）の関数として、反応／生成物の安定性を示す概略図である。 異なるかきまぜ機速度で同じ触媒システムを用いて作られた同じ生成物に対するＳＳＡ−ＳＴＡＦの一連のオーバーレイ、並びに異なるかきまぜ機速度における反応物の組成の図である。特別な生成物は９１℃より上でピークを有し、それは混合効率に反応する。 反応器の幾何学的配置、規模及びかきまぜ機の種類の異なる組合せに対して、反応器の保圧時間（ＨＵＴ）／ブレンド時間（ＢＴ）の循環比に対するプロットである。図上のポイントラベルは、所与の一連の運転条件におけるパワー／体積である。図は、図１からの運転安定性ゾーンも示している。 例２Ａの運転条件に対する、かきまぜ機の速度及び反応器温度のプロセス動向（ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｒｅｎｄ）のプロットである。 例２Ｂの運転条件に対する、かきまぜ機の速度及び反応器温度のプロセス動向のプロットである。 反応器中の２種類のかきまぜ機に対するパワー／体積を示す対応線（ｔｉｅ ｌｉｎｅ）を備えた、反応器の保圧時間（ＨＵＴ）／ブレンド時間（ＢＴ）の循環比に対するプロットである。

運転例以外、又は別途示さない限り、明細書及び特許請求の範囲で用いられる成分、反応条件などの量を指す全ての数値又は表現は、全ての事例において用語「約（ａｂｏｕｔ）」によって修飾されると理解されたい。従って、反対のことが示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記述される数的パラメータは、本発明が得ることを望む所望の性質によって変わり得る近似値である。少なくとも、且つ、特許請求の範囲への均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、記載の有効数字に鑑み、また通常の丸め技術を適用することによって解釈する必要がある。

本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、具体例に記載する数値はできる限り正確に示している。しかし、どのような数値も、各試験測定に見られる標準偏差に必然的に起因するある程度の誤差を本質的に含んでいる。

また、本明細書に記載されるどの数値範囲も、そこに包含される全ての部分範囲を含むように意図されていると理解すべきである。例えば、「１から１０」の範囲は、記載された最小値である１と、記載された最大値である１０との間で且つそれらを含む、即ち、１以上の最小値及び１０以下の最大値を有する全ての部分範囲を含むことを意図している。開示する数値の範囲は連続的であるので、最小値と最大値との間の全ての値を含んでいる。特に明確な指示がない限り、本出願で指定された様々な数値範囲は近似値であり、前段落の記載に従う。

本明細書で示される全ての組成範囲は、全体で１００パーセント（体積百分率又は重量百分率）に制限され、実際にはそれを超えることはない。組成中に複数の成分が存在できる場合、当業者は容易に理解するように、実際に用いられる成分の量が最大で１００％と一致するであろうという理解のもとに、各成分の最大量の合計が１００パーセントを超えることができる。

連続撹拌槽型反応器（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｒｅａｃｔｏｒ）（ＣＳＴＲ）は、（限定はされないが）混合若しくは混合フロー反応器、又は逆混合反応器（ｂａｃｋ−ｍｉｘｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ）、又は定常フロー撹拌槽型反応器（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｌｏｗ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｒｅａｃｔｏｒ）（ＣＦＳＴＲ）としても知られるが、反応器設計及びモデリングに対する３つの典型的な分類の１つである。他の２つは、バッチ又はセミバッチ反応器（ＢＲ）、及びプラグフロー反応器（ＰＦＲ）である。名前が暗示するように、ＢＲはその理想的な形において最初にその反応物が注入され、生成物が抜き出される所要時間まで反応が行われる。ＢＲの化学組成は時間とともに変化するが、任意の時点では反応器全体にわたって均一である。ＰＦＲは、典型的にはチューブ状の幾何学的配置にあり、一端で反応物が連続的に注入され、他端で生成物が抜き出される、連続フロー反応器である。ＰＦＲは、その長さにわたって連続的に変化する化学組成を有する。ＣＳＴＲは、その理想的な実現において、反応物がある部位にて連続的に注入され、生成物が別の部位にて連続的に抜き出される、よく撹拌されたタンクである。反応器内の化学組成は空間的及び時間的に均一であり、出口での化学組成と等しい。

実際のどの反応器も、ＣＳＴＲ、ＢＲ又はＰＦＲによって正確に表されていない。理想的な意味で化学反応器がどう挙動又は作動するかモデル化するために、これらの分類が用いられる。その運転のモデル化及び一般的な理解を目的として、実際の反応器はこれら３種類の反応器の１つによって概念的に最もよく表されるであろう。理想的な反応器の種類の表現は、反応器の物理的又は幾何学的具現化を必ずしも表現していない。ＣＳＴＲは、ある速度で回転するインペラーによって撹拌される典型的なタンク又は反応体積であり得るが、連続的な反応物の注入及び生成物の抜き出しとともに、反応体積全体にわたって十分混合される任意の配置は、ＣＳＴＲのカテゴリー内にある。例えば、十分な循環及び本質的に均一になる内部混合を備えたフローループから構成される反応器はＣＳＴＲと分類される。このループは、ポンプ（単数若しくは複数）又は流体駆動ドライバ（単数若しくは複数）、及び配管、スタティックミキサー又はタンクの任意の組合せから構成することができる。３つの反応器は全て、液体、気体又は多相（例えば、固体−液体、液体−液体、液体−気体）で作動することができる。理論に縛られることを望まないが、気相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）反応器は本発明に従って作動することもできると思われる。理論的には、気相反応器の流動床は、ＣＳＴＲに匹敵する方法で作動する。本明細書で定義するＣＳＴＲは、断熱的又は非断熱的に作動することができる。

理想的なＣＳＴＲは、バルクの反応器体積の化学組成が出口の化学組成に等しいぐらい十分混合されると記載される。実際には、実際の反応器はこの理想を達成できていない。理想からの差異は、有害又は有益であり得る。理想からの差異を事前に予測する能力は、科学的及び商業的に利益になる。「十分混合された」という用語は主観的であるが、混合（又は空間的組成）が、意図する生成物に対して最小の又は許容できる影響しか及ぼさないように、関連する化学反応速度より十分速い混合速度として、より明確に記載することができる。これは、化学反応の速度と混合速度の比として定義されるダムケラー数（Ｄａｍｋｏｅｈｌｅｒ ｎｕｍｂｅｒ）を用いて、数学的に表現することができる。しかしながら、反応器生成物への影響を予測する又はある反応器サイズから別の反応器サイズへの規模変更に用いるために、重合反応用に用いられるＣＳＴＲのダムケラー数を計算する普遍的な手段がなかった。

理想のＣＳＴＲ（単数又は複数）及び理想のＰＦＴ（単数又は複数）を並列及び／又は直列に組み合せたものとして、実際のＣＳＴＲを表すことにより、且つこれら理想の反応器表現のいずれか１つに循環し戻すことにより、実際のＣＳＴＲの非理想的な挙動はモデル化することができる。これがいわゆるコンパートメントモデルである。理想モデルのこの組合せにより表される総合的なシステムは、概念的にはまだＣＳＴＲである。メソ及びミクロ混合効果を捉えるのに用いるために、コンパートメントモデルから追加の混合パラメータを誘導することができる。

定義
単位は、別段の記載がない限りＳＩである。

ブレンド時間（ＢＴ又はτ_９５）は、バルク反応器内容物のマクロ又は大規模な混合の、一般的な反応器混合時間の尺度である。ブレンド時間は、反応器体積中のバルク内容物が９５％混合されるのに要する時間として定義される。典型的には実験室規模で、そしてよく理解されている工業規模にスケールアップする規模変更原理を通して実施されるにもかかわらず、実験室及び工業的環境の両方において、ブレンド時間を特徴付ける多くの方法が存在する。例としては、塩溶液、温度パルス又は蛍光染料を注入し、濃度又は温度の時間展開をプローブ（又はより正確には複数のプローブ）により測定することが挙げられるが、これに限定はされない。この例では、全ての測定プローブが最終値の９５％〜１０５％以内を読み取る時間が、ブレンド時間として定義される。ブレンド時間を実験的に決定するための、多数の技法が確立され、文献を組み合せて文書化されてきた。様々な混合システムに対する相関性も、文献に掲載されている。

反応器の内部循環速度又は循環速度は、明確な循環経路とともに最も容易に反応システムにおいて視覚化される。例えば、ドラフトチューブ及びインペラーを備えた反応容器は、バルク流体フローの明確な循環経路又はループをもたらすであろう。同様に、配管ループ、スタティックミキサー及びポンプから構成されるループ反応器は、明確な循環経路を有するであろう。これらの例の両方で、循環速度を多数の手段により測定することができる。インペラー又はインペラーシステムから構成される反応器は、内部循環を有するであろうが、視覚化し測定することはより困難であり得る。しかしながら、そうするための複数の直接的及び間接的な手段が存在する。例えば、かきまぜ機を備えた容器では、実験的混合に知識のある者によく理解されている、レーザードップラー速度測定（Ｌａｓｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）（ＬＤＶ）又は粒子像速度測定（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）（ＰＩＶ）などの技法を、かきまぜ機の回転軸に垂直な反応器の２次元的断面上に、速度プロファイルの地図を作るために用いることもあり得る。（正又は負の）単一の垂直方向にある測定平面の各部分を横断する速度を数学的に統合することにより、平面を通過する循環を決定することもあり得る。計算的な流体力学は反応領域内の速度の３次元地図を提供し、それによって様々な領域内へ及び領域外への循環を確認することができるので、計算的な流体力学も用いることができる。反応器内の全体的又は局所的な循環を計算するために、これら及び多くの他の方法を用いることができる。

バルク混合効率（均一性）
ポリエチレンの重合反応器システムにおいて、全ての他のパラメータ（触媒の種類、温度、反応物及び反応物の量、等など）が一定に維持される場合で、しかも本出願の目的に対して、その中で反応システムが作動することができる本質的に４つの混合性能ゾーンが存在する。かきまぜ速度が遅すぎる場合、混合は不十分であり、作られる生成物の種類又は品質の予測可能性は皆無かそれに近い。かきまぜ速度のわずかな変化は、異なる生成物（勾配の大きな曲線部を昇る）及び不十分な反応安定性をもたらすと考えられ、それが反応不調及び／又は反応の損失につながる恐れがある。これは、定性的に図１におけるゾーンＩとして示される。性能安定性の端では、作られた生成物の種類又は品質にいくらか予測可能性が存在するが、混合速度又は品質におけるわずかな変化により、生成物が所望の規格値から外れる結果になる恐れがある。これは定性的に図１におけるゾーンＩＩとして示される。第３の領域内では、条件により生成物の種類又は品質における予測可能性が与えられ、混合条件のわずかな変化が生成物にマイナスな方向に影響することはない。これは定性的に図１におけるゾーンＩＩＩとして示される。最後に、第４の領域において、これらのプラスの条件は全て残るが、かきまぜ機の速度が高く、反応器のエネルギー消費により生成物があまりに高価になる恐れがあり、且つ／又はかきまぜ機が過度に稼働し、かきまぜ機に早すぎる損傷若しくはさらに悪くかきまぜ機の完全な故障をもたらす恐れがある。これは定性的に図１におけるゾーンＩＶとして示される。

かきまぜ機（即ち、インペラー、ミキサー）の速度を変更することにより、又は静的混合の構成要素の数を増やすことにより、又はその混合構成要素が固定された反応器中における循環ポンプの流量を変更することにより、かきまぜ速度を修正することができる。ＣＳＴＲにおけるかきまぜ機の速度の変更に言及するこの開示での具体的な議論は、本明細書で言及する方法により、又は当技術分野で公知の任意の方法により達成することができるかきまぜ速度の任意の変更を、より一般的に含んでいることを意味してもいる。

以上は図３においても説明される。反応器の幾何学的配置及びかきまぜ機の種類を固定してかきまぜ機の速度（即ち、パワー／体積）を増加させると、循環比及びＨＵＴ／ＢＴ比の増加をもたらすであろう。ゾーン３で運転することは、混合性能及びスケールアップがより予測可能になるのでより望ましい。しかしながら、反応器の幾何学的配置、かきまぜ機の種類及び規模のいくつかの組合せに対して、ゾーン３において作動することは現実的に不可能な可能性がある。例えば、パイロット規模にて、かきまぜ機Ｉを備えた反応器Ａに対して、単位体積当たりのパワー入力を５から３６ｋＷ／ｍ^３に増加すると、反応器の運転安定性はゾーン２からゾーン３に移動するであろう。より大きな規模で同じ反応器の幾何学的配置及びかきまぜ機の種類を運転すること（反応器Ａ−かきまぜ機Ｉ−大型規模）は、単位体積当たりはるかに多くのパワーを要する。この場合、所望の反応器運転の安定性を達成するには、３４ｋＷ／ｍ^３は不十分である。パワーを５５ｋＷ／ｍ^３に増加すると、反応器はゾーン２において作動することができ、許容できる品質で生成物を作ることができる。このシステムに対して、パワー入力を２６２ｋＷ／ｍ^３に増加することは、ゾーン３で作動するには不十分である。

いくつかの場合に、単位体積当たり許容できるパワーにより、大型規模においてゾーン３で運転することが可能な可能性はある。例えば、かきまぜ機Ｉを備える反応器Ａに比較し得るパワー入力により、かきまぜ機ＩＩを備えた反応器Ａは大型規模でゾーン３にて作動することができる。ゾーン４での運転には、２９５ｋＷ／ｍ^３より大きな単位体積当たりのパワー入力を要するであろうが、それは現実的でも経済的でもない。ゾーン３で作動する反応器システムを設計することは、追加的な運転安定性の緩衝域を提供し、プロセス条件を後押しし、反応器システムの生成物の可能性を広げる。

反応器システムの混合性能は、いくつかの方法で表現することができる。定義上は、混合とは、所望のプロセス結果を達成するために不均一性を削減することである。かきまぜ機システムの混合性能は、生成速度、反応速度、反応器の幾何学的配置、かきまぜ機の設計及びかきまぜ機の速度により決定される。混合性能は、反応システムにおいて行われる反応の時間スケールに比較した、混合プロセスの相対的時間スケール（混合時間）により影響を受ける可能性がある。混合性能は、多数の性能指標を用いて特徴付けることができる。これらは、詳細なかきまぜ機システムの特徴付け（即ち、かきまぜ機のブレンド時間）から得ることができ、反応器のプロセスパラメータ（温度勾配、組成勾配）からも得ることができる。いくつかの触媒システムに対して、（図２に示すように）混合性能は樹脂の構造及び生成物の品質に影響する可能性がある。こうした触媒システムは、混合時間スケールと反応時間スケールとの関係を理解するのに有用な道具である。混合性能は無次元のパラメータを用いて特徴付けることができ、そうすると異なるかきまぜ機システム、触媒システム及び規模に対して混合性能を比較することができる。次に、反応システムを運転するための許容できる範囲を決定するために、それらの混合パラメータをプロセス安定性及び生成物の品質と関係付けることができる。低い混合感受性を有する条件下で作動する反応器システムを有することが望ましい。混合性能を増加させることは、プロセスを速度の変更に鈍感にし、且つ／又は生成物の品質を向上させ、且つ／又は生成物の一貫性を改善する可能性がある。これはまた次に反応器不調（温度の分裂）のリスクを低減し、生成物の品質を改善する（ゲル、高ＭＷのすそ（ｔａｉｌ）を低減する）可能性がある。より良い混合はまた、許容できるプロセス安定性及び生成物の品質を維持しながら、プロセス条件の限界を広げることにより、所与のプロセスの生成物可能性を増加する。しかしながら、かきまぜ機の摩耗を最小化し、エネルギー消費を極力低く保つために、かきまぜ機の速度を極力低く保ちたい願望も存在する。

特に生成物の生産が新しい反応器に移動したり、又は様々な反応器（実験室規模、パイロット規模まで、商業規模まで）を通して開発が起きるような場合、この図１のゾーンＩＩＩを特定することが困難な場合がある。本明細書では、高活性な触媒システムに対してどんな反応器においても生成物の安定性及びかきまぜ機の速度を最適化する混合条件を特定するために使用できる、無次元のパラメータ及び方法が開示される。

「混合性能の指標（“Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ”）」
不十分な混合性能は反応器の不安定性及び生成物の不十分な品質につながり、これは温度の分裂、最終生成物のＭＷＤの広幅化及び／又はゲル形成として顕在化する。本出願の目的に対して、混合性能の指標は、混合性能とともに測定可能な変化を示すポリマー生成物の特性である。１つの例では、混合性能が改善するとともに、ポリマー生成物のこの特性は、ポリマーの他の特性よりもより速く変化する。混合性能による生成物の品質への影響は図２において説明されている。これは、高活性触媒システムを用いて異なるかきまぜ機速度で作られた単槽反応器（ｓｉｎｇｌｅ ｒｅａｃｔｏｒ）生成物に対する、連続自己核生成アニーリング−溶媒和熱分析分画（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｓｅｌｆ−Ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ−Ｓｏｌｖａｔｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）（ＳＳＡ−ＳＴＡＦ）グラフのオーバーレイを示している。反応器の新たな供給原料の不十分な混合は、（入口近傍での）オクテンに比較して、局在化したエチレンのより高い濃度により特徴付けられ、より高い分子量（分子量分布のすそ）及びより高い密度の材料の生成をもたらす。反応器で生成した高密度材料の量の表示を提供するために、各生成物に対してＳＳＡ−ＳＴＡＦ曲線を９１℃（ＩＳＴＡＦ９１）より上で統合し、図の左上で値を報告している。ＳＳＡ−ＳＴＡＦ分析の詳細な議論は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、Ｖｏｌ８１（２００５）２１７〜２２３頁「エチレン共重合体の溶媒和状態における連続自己核生成及びアニーリング」（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｓｅｌｆ−Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｖａｔｅｄ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ） ｂｙ Ｊｏｏ Ｔｅｈ ａｎｄ Ｊｏｙｃｅ Ｃｈａｕに提供されている。

ＧＰＣ、ＮＭＲ、ＦＴＩＲ等などの混合感受性の他の測定法を、ＳＳＡ−ＳＴＡＦに対して代用することができる。目標は、かきまぜ機の速度又は循環比の増加に伴う測定可能な程度に顕著な変化を示す、生成物の特性を見出すことである。以下で議論するように、これは、混合性能の表示を与える無次元反応器パラメータと、最終生成物の品質とを相関させることを可能にする。

反応器のかきまぜ機システムの混合性能は、様々な形の無次元比を用いて特徴付けることができる。（ｉ）混合速度を（ｉｉ）化学反応の速度と比較する無次元パラメータは、一般にダムケラー数として定義されている：

［式中、τ_ｍｉｘは混合時間（秒）であり、
である］。これら２つの速度又は時間の多数の定義及び組合せを形成することができる。連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）に対する設計式は、基本的な速度論パラメータ及び測定可能なパラメータに基づく、反応時間に対する数学的表現の開発を可能にする。
これについて以下で議論する。

触媒重合反応などの２つの反応物との二次反応に対して、反応時間は以下により定義される：

［式中、
であり、
である］。

ＣＳＴＲ中でのオレフィン重合に対して、重合速度は、触媒の失活速度に対する複数の生長速度の比からなる。しかしながら、速度論のスキームは、見かけの触媒活性の近似値を用いることにより単純化することができる：

［式中、
であり、
であり、
であり、
である］。

共重合に対しては、
（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｏｎｏｍｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）として定義することは、より有用である。組合せ転化率は、ポリマー生成速度及び全モノマー供給量から容易に計算される：

保圧時間は、供給原料の体積流量に対する反応器の体積として定義される：

触媒システム間の混合性能を比較するために、追加要素を触媒活性によって見積もる必要がある。


は、同じ条件下で定義される２つの触媒システムに対する見かけの触媒活性である］。

上記式（３）を用いて、化学時間を定義することができる：

反応器システムの混合性能を特徴付けるために、多数のバージョンのダムケラー数を開発することができる。バルクダムケラー数は、
に対する反応器のブレンド時間（τ_９５）の比として定義される。バルクダムケラー数は、以下で与えられる：

複数の触媒システムに対する混合性能を比較する時、追加のスケーリング係数（ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）


［式中、τ_９５はブレンド時間である］。

反応器システムの混合性能を測定する際に有用な別のパラメータは、内部循環又は「ポンピング」能力である。ポンピング能力は内部循環フローである。
は、反応器体積と内部ポンピングフローの比として定義される。

循環比は、反応器供給原料フローに対する内部ポンピングフローの比として定義される：

［式中、
であり、及び
である］。ポンピングダムケラー数は以下のように記載することができる：

を式（５）を用いて置き換えることにより、循環比の観点から以下のように記載することもできる：

複数の触媒システムに対して混合性能を比較する場合、
がバルクダムケラーに含まれる：

定義により、混合時間が化学時間よりはるかに小さい場合に、より良好な混合が達成される。従って、より小さなダムケラー数によって、より良好な混合が達成される。一般に、混合性能を議論する場合、ダムケラー数の逆数を用いることがより現実的である：より大きな値はより良好な混合を意味する。この場合、ダムケラー数の逆数は、化学速度に対する混合速度として定義される：

ダムケラー数並びに、式９、１４、１５及び１６に記載される逆関数は、一般的であり、様々な反応器及び触媒システムに適用することができる。それらの無次元パラメータの単純化されたバージョンは、特にプロセス条件又は触媒システムが一定の場合、異なる設計又は規模を備えた反応器システムの混合性能を評価及び／又は比較するために利用することができる。例えば、プロセスパラメータが一定に保たれる場合、これは同じ触媒システムで異なる規模で作られた生成物を比較する時に典型的であるが、ダムケラー数の逆数は、保圧時間とブレンド時間の比（ｈｏｌｄ−ｕｐ ｔｉｍｅ ｔｏ ｂｌｅｎｄ ｔｉｍｅ）

同様に、ポンピングダムケラー数の逆数は、

他の例では、異なるプロセス条件の影響を混合パラメータに取り込むために、
を含むことが必要である。より高い転化率（より高い生成速度）で作られた生成物は、より低い転化率で作られたグレードより、生成がより困難である。組み合された転化率は、異なる転化率で作られたグレードの混合感受性、及び／又はコモノマー量を比較することを可能にもする。

典型的には、１つの反応器規模から別のものまで規模を変更するために、単位体積当たりのパワー（Ｐ／Ｖ）が用いられる。この方法は、反応器の体積が増加するにつれて、またそれが局所混合又はマイクロ混合に関係するので、妥当な混合パワー増加をもたらす。特に速い反応に対して規模間での一定のブレンド時間は、別の規模変更方法ではあるが、かなり往々にして非実用的で、又は経済的に非現実的なパワー増加をしばしばもたらす。典型的には、常ではないが、スケールアップ方法論は幾何学的類似性を維持する。

ＣＳＴＲに加えて他の反応器の種類に対して、ポリエチレン重合法の技術分野における当業者に周知の方法を用いて、ダムケラー数を計算することができる。

一実施形態では、反応器の混合条件を特徴付けるために、連続撹拌反応器システム、２つの混合パラメータ、保圧時間とブレンド時間の比、及び内部循環流量と新たな供給原料の流量（又は循環比）の比を用いることができる。これらのパラメータは、かきまぜ機システムの幾何学的配置及びレイノルズ数の関数である。２つのこれら無次元比の変形形態、例えばバルクダムケラー数及びポンピングダムケラー数が用いられてきた。その１つが混合速度と反応速度との間のバランスを表現し、他の１つが反応器を通過するフローに対する流体のバルクな動きを表現している、これら２つのパラメータの組合せを、任意の反応器の大きさにおける好ましい運転時の混合形態を特定することに用いることができる。

別の実施形態では、内部ドラフトチューブを備えた連続撹拌反応器は、同様の２つの混合パラメータ、ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を、所与の重合触媒及びプロセスに対して任意の反応器の大きさにおける好ましい混合ゾーンを特定するのに用いることができる。これら２つの無次元パラメータの変形形態を、混合速度と反応速度とのバランスを表現するのに適用することができる。

一実施形態では、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約４より大きい。他の実施形態では、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約６より大きい、又は約８より大きい、又は約１０より大きい、又は約１５より大きい。一般にＨＵＴ／ＢＴは約１００未満、例えば７０未満、ある場合は４０未満、さらなる例では約２０未満である。図１のゾーンＩＩで混合するいくつかの実施形態では、ＨＵＴ／ＢＴは約４より大きく約７未満であってもよい。図１のゾーンＩＩＩで混合する他の実施形態では、ＨＵＴ／ＢＴは約７より大きく約５０未満、又は例えば４０未満であってもよい。いくつかの実施形態ではＨＵＴ／ＢＴは約３０未満であり、さらなる実施形態では約２０未満であってもよい。ＨＵＴ／ＢＴが本明細書で記載されるいくつかの実施形態では、触媒活性は２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒よりも大きくもある。

一実施形態では、反応器の循環比は約７より大きい。他の実施形態では、反応器の循環比は約１４より大きい、又は例えば約２５より大きい。他の実施形態では、反応器の循環比は約２０００未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は１０００未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は５００未満、又は例えば１００未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は６０未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は４０未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は２０未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は１０未満である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約１４〜約６０である。いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約１０〜約４０であってもよい。他の実施形態では、反応器の循環比は約３０〜約４０である。循環比が本明細書で記載される通りのいくつかの実施形態では、触媒活性は２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒よりも大きくもある。

本明細書の大部分の例及び開示はＣＳＴＲタイプの反応器を議論しているが、本発明は他のタイプの反応器においても有用であることができる。本開示において、約４より大きい循環比を支えることができる他のかきまぜ反応器も考えられる。こうした反応器の１つの例はループ反応器である。

いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数は、約６と約１５０の間である。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数は、約３と約６の間である。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、約３より大きい。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、６より大きい。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、約３より大きく約１５０未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、約６より大きく約１３３未満である。さらなる実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、７５未満である。さらなる実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、５０未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、３０未満である。さらなる実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、１５未満である。１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）が本明細書に記載されているようないくつかの実施形態では、触媒活性は２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きくもある。

いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約５より大きく約３，０００未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約２，５００未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約２，０００未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約１，０００未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約５００未満である。いくつかの実施形態では、１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、約３００未満である。１／バルクポンピングダムケラー数（１／Ｄａｂ）が本明細書に記載されているようないくつかの実施形態では、触媒活性は２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きくもある。

いくつかの実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約３００ｋＷ／ｍ^３未満である。いくつかの実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約２００ｋＷ／ｍ^３未満である。いくつかの実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約１００ｋＷ／ｍ^３未満である。いくつかの実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約５０ｋＷ／ｍ^３未満である。いくつかの実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約３５ｋＷ／ｍ^３未満である。さらなる実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約５〜約３５ｋＷ／ｍ^３である。他の実施形態では、かきまぜ機へのパワー／単位体積は、約２０〜約５５ｋＷ／ｍ^３、又は約３０〜約２００ｋＷ／ｍ^３であってよい。かきまぜ機へのパワー／単位体積が本明細書に記載されているようないくつかの実施形態では、触媒活性は２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きくもある。

いくつかの実施形態では、ＨＵＴ／ＢＴは約４より大きく約２０未満（例えば１０未満、いくつかの実施形態では７未満）であり、反応器の循環比は約７より大きく５００未満（例えば３００未満、いくつかの実施形態では２００未満）であり、パワー／単位体積は約１００ｋＷ／ｍ^３未満（例えば約５０ｋＷ／ｍ^３未満、いくつかの実施形態では３５ｋＷ／ｍ^３未満）である。他の実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は、約３より大きく、約１５未満、又はいくつかの実施形態では９未満、又はいくつかの実施形態では６未満である。いくつかの実施形態では、１／ポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は、５より大きく、３０００未満である。いくつかの実施形態では、上述のパラメータを収集したもの（ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎ）は、例えば図１のゾーンＩＩに存在する。

いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約７〜約５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約７〜約２０であり、１／バルクダムケラー数は約６〜約１５０であり、単位体積当たりのパワーは５０ｋＷ／ｍ^３未満である。

いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約７〜約５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約７〜約２０であり、１／バルクダムケラー数は約１０〜約１２０であり、単位体積当たりのパワーは５０ｋＷ／ｍ^３未満である。

いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約７〜約５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約４〜約７であり、１／バルクダムケラー数は約１０〜約１２０であり、単位体積当たりのパワーは５０ｋＷ／ｍ^３未満である。

いくつかの実施形態では、反応器の循環比は約７〜約５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴは約４〜約７であり、１／バルクダムケラー数は約３〜約５０であり、単位体積当たりのパワーは５０ｋＷ／ｍ^３未満である。

いくつかの実施形態では、ＨＵＴ／ＢＴは約７より大きく約５０未満（又は例えば２５未満、及びいくつかの実施形態では２０未満）であり、反応器の循環比は約７より大きく５００未満（又は例えば１００未満、又はいくつかの実施形態では５０未満）であり、パワー／単位体積は約１００ｋＷ／ｍ^３未満（例えば約５０ｋＷ／ｍ^３未満）である。いくつかの実施形態では、１／バルクダムケラー数（１／Ｄａｂ）は約６〜約１５０、例えば約６〜約１３５、又はいくつかの実施形態では約１０〜約１２０、又はいくつかの実施形態では約２０〜約１００である。いくつかの実施形態では、１／ポンピングダムケラー数（１／Ｄａｐ）は５より大きく３０００未満である。いくつかの実施形態では、上述のパラメータを収集したものは、図１のゾーンＩＩＩにおける条件の典型である。

反応器システムの混合性能は、重合触媒の活性に依存する。異なる触媒システムに対して反応器システムの混合性能を比較する１つの方法は、見かけの触媒活性の比を、式（１５）及び（１６）で示されるダムケラー数の計算に含めることである。２つの触媒システムに対する活性比（Ａｆ）は、２つの触媒システムの見かけの触媒活性の比を用いて決定される。

前に述べたように、連続撹拌反応器に対して、見かけの触媒活性は以下のように定義される：

［式中、
であり、［ｍ］は触媒濃度（ｋモル／ｍ^３）であり、
であり、
である］。

［式中、
であり、
であり、
である］。当業者にとっては、エチレンの供給原料流量、コモノマーの供給原料流量、エチレン転化率及び樹脂中のコモノマー含量を知って、他の数学的に相当する表現を導くことができる。

見かけの触媒活性も、他の式１７に相当するものを用いて計算することができる。実験データから
は、時にはより現実的である。リーブイン（ｌｅａｖｅ−ｉｎ）触媒システムに対して、以下の式を用いて、触媒金属の質量流量を測定することにより、又はポリマー試料中の触媒金属含量を測定することにより、見かけの触媒活性を決定することができる：

［式中、
であり、
であり、
であり、
であり、
である］。

式（１９）は、ポリマー濃度の観点から以下のようにも記載することができる：

［式中、
である］。

見かけの触媒活性を計算し、所定の条件下、
を決定するために、式１７、１９又は２０を利用することができる。

約２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい見かけの活性を有する触媒を、本発明によって用いてもよい。いくつかの実施形態では、触媒は、５０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい活性を有してもよく、いくつかのさらなる実施形態では、見かけの活性は２５０，０００より大きくてもよく、いくつかのさらなる実施形態では見かけの活性は５００，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きくてもよい。

いくつかの実施形態では、反応は液状重合（ｌｉｑｕｉｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）プロセスである。いくつかの実施形態では、反応はスラリー重合プロセスである。いくつかの実施形態では、反応器はかきまぜ反応器（ａｇｉｔａｔｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ）である。いくつかの実施形態では、反応器は、撹拌タンク、ループ反応器スタティックミキサー、及びループ中のスタティックミキサーから選択されるかきまぜ反応器である。１つ若しくは複数の撹拌タンク反応器を備える撹拌「反応器システム」中で、又は混合ループ及び撹拌タンク反応システム中で、溶液重合プロセスを行ってもよい。ＣＳＴＲ反応器は、円柱状又は球形であってもよい。かきまぜ機は、オーガー（ａｕｇｅｒ）かきまぜ機、アンカーかきまぜ機、ラジアルブレードタービン、ピッチドブレードタービン、ハイドロフォイル（ｈｙｄｒｏｆｏｉｌ）インペラー、又はこれらの要素の１つ若しくは複数を含むハイブリッドインペラーからなる群から選択してもよい。いくつかの実施形態では、反応器は単槽反応器である。いくつかの実施形態では、反応器は２槽反応器（ｄｕａｌ ｒｅａｃｔｏｒ）である。いくつかの実施形態では、反応器は少なくとも２槽反応器である。反応器は直列又は並列運転であってもよい。２槽直列反応器システムのいくつかの実施形態では、第１の重合反応器は好ましくはより低温で作動する。各反応器における滞留時間は、反応器の設計及び能力に依存するであろう。一般に反応器は、反応物の完全な混合を達成する条件下で作動すべきである。さらに、いくつかの実施形態では、最終ポリマーの２０〜６０重量％は第１反応器で重合され、残りは第２反応器で重合される。溶液相反応器は、典型的には１つ若しくは複数のＣ_４〜Ｃ_７アルカンのポリマーリッチ溶液の単一又は実質的に単一の相の生成物を生成する。

ポリマーモデルは、重合反応速度論に基づく数学モデルである。出口条件、生成物の性質、流体の性質及び混合性能を決定するために、モデルは、定義された入口条件、触媒及び反応器の性質を用いる。

入口のフロー、組成及び温度は実験的に測定する、又は標準的な運転条件から知り、モデル用に定義する。詳細な速度論パラメータは、触媒システムに固有に決定した。反応器及びかきまぜ機の幾何学的配置は、モデルにおいて定義される。

反応器の転化率、反応器温度及び出口流体の組成は、反応速度論により決定する。生成物の性質（ＭＷＤ、メルトインデックス（ＭＩ）、数平均分子量（Ｍｎ）、密度、分枝度数分布（ｂｒａｎｃｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ））は、該当する流体の組成及び温度における触媒速度論に基づき決定する。粘度などの流体の性質は、流体の組成、温度、圧力及びポリマーの性質に基づく。次に混合性能を評価し、ＨＵＴ／ＢＴ、循環比及びダムケラー数などのパラメータを決定してもよい。

典型的には、１つ又は複数の上で言及したかきまぜ機を含むことができる反応器の設計から始める。反応器は、溶媒、モノマー（単数又は複数）（例えばエチレン及び１つ又は複数のＣ４〜８コモノマー）、水素、触媒等用の、いくつかの入り口又は供給原料口を有するであろう。所与の生成物に対する標準的な運転条件に基づき、各反応器に対する総合的な全溶液量（ｔｏｔａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｔｅ）（ＴＳＲ）、エチレンの転化率、コモノマーの転化率、水素の供給量（ｐｐｍ）、各流れに対する入口供給原料温度、反応器の平均温度、コモノマーとモノマーの比、及び２つ以上の反応器が存在する場合、各反応器への各供給原料の分配を知ることになる。含めることができる追加の要素は、触媒の活性である。

ＡＳＰＥＮなどの市販のソフトウエア、又は内部開発したソフトウエアを用いて、分子量（Ｍｎ、重量平均分子量（Ｍｗ）、Ｚ平均分子量（Ｍｚ）の１つ又は複数）、ポリマー分枝度数、及びポリマー含量（反応器流出液中の重量％）などの生成物の性質を、既知の入り口フロー、組成及び温度、並びに触媒システムに固有な触媒速度論に基づいて計算することができる。別の方法では、これらの生成物の性質を生成物試料から実験的に測定することができる。生成物試料が単一の成分を有する場合、それを直接用いることができる。生成物中の複数の成分の場合、総合的な性質を固有の性質を備える構成成分にデコンボリューションする（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｅ）必要があるであろう。

ポリマーの性質が定義されたら、ＡＳＰＥＮなどの市販のソフトウエア、又は内部で開発したソフトウエアを用いて、流体の粘度モデルを開発することができる。この粘度モデルは、流体の組成、温度、圧力及びポリマーの性質を利用するであろう。流体の密度及び噴出速度は同様の方法でモデル化することができる。

粘度が決定されたら、反応器中にある溶液の混合性能指標、例えば反応器中の様々な位置におけるダムケラー数（バルク及びポンピングの両方）、バルクダムケラー数（バルク及びポンピングの両方）、保圧時間（ｈｏｌｄ ｕｐ ｔｉｍｅ）（ＨＵＴ）、ブレンド時間（ＢＴ又はτ_９５）、及び循環比などを混合してモデル化することができる。さらに、さらなる計算に必要なパワー／体積の比（ｋＷ／ｍ^３又は他の単位）を測定することができる。

本発明の別の実施形態は、例えばＣＳＴＲのような反応器を運転するコストを低減する方法を提供する。本発明の別の実勢形態は、例えばＣＳＴＲのような反応器の能力を増加させる方法を提供する。これらの方法は、ａ）反応器のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、ｂ）最終ポリマー生成物の混合性能指標を測定するステップ、ｃ）ＨＵＴ／ＢＴ及び／又は循環比を性能指標に対してプロットするステップ、ｄ）新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、かきまぜ機の速度又はＨＵＴを変えるステップ、ｅ）応答曲線を作成するために、ステップａ〜ｄを複数回繰り返すステップ、ｆ）商業用ポリエチレン重合に対して、混合性能が図１のゾーンＩＩ又はゾーンＩＩＩ内に入るように、反応器のかきまぜ率を選択するステップを含む。

反応器がＣＳＴＲ以外のかきまぜ反応器である実施形態では、混合性能を修正するために、かきまぜ機の速度を変えるのではなく、他のパラメータを変えてもよい。例えば、ループ反応器において、スタティックミキサーの要素の数、又は循環ポンプの流量を変えることができる。

いくつかの実施形態では、ポリマー生成物の１つ又は複数の混合性能指標（単数又は複数）のＨＵＴ／ＢＴ及び／又は循環比に対する勾配は、ＨＵＴ／ＢＴ比及び／又は循環比の単位当たり、１未満の単位だけ変わるであろう。いくつかの実施形態では、ポリマー生成物の１つ又は複数の混合性能指標（単数又は複数）のＨＵＴ／ＢＴ及び／又は循環比に対する勾配は、ＨＵＴ／ＢＴ比及び／又は循環比の単位当たり、０．７５未満の単位だけ変わるであろう。いくつかのさらなる実施形態では、比は０．５未満だけ変わるであろう。いくつかの別の実施形態では、比は０．２５未満だけ変わるであろう。その結果、製造規格値内の生成物を依然として生成しながら、プロセスのパワー消費を低減することができる。他の実施形態では、ＨＵＴ／ＢＴをプロットすることを除いて、同様のステップに従うことができる。

本発明の別の実施形態では、所望のレベルの混合性能を達成するために、反応器システムを設計する方法を提供する。新しい規模で所望の混合性能を達成する方法は、ａ）レイノルズ数の関数としての曲線を得るために、実験室規模での反応器システムのＨＵＴ／ＢＴ、及び循環比、及びパワー数を測定するステップ、ｂ）生成物を製造するプロセス条件を得るために、かきまぜ機速度の関数としてＨＵＴ／ＢＴ、循環比及びパワーの曲線を作成するために、新しい規模での様々なかきまぜ機速度に対するＨＵＴ／ＢＴ、循環比及びパワーを計算するステップ、ｃ）異なる反応器及び又はかきまぜ機システムに対してステップａ及びｂを繰り返すステップ、並びにｄ）次に、所望のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を達成するために、許容できるパワー範囲に基づき、かきまぜ機及び運転速度を選択するステップを含む。

本明細書が開示する方法は、供給原料のエネルギーを増加させ供給原料の温度を低減し、結果的にバルクのエネルギーを一定に保つことにより、特に断熱システムにおける処理量を増加させることができる。

本発明の別の実施形態は、エチレン重合プロセスに対する反応条件を、あるプラントから別のプラントへ転用する方法を提供し、この方法は、ａ）所望の生成物に対して、反応器のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、ｂ）ステップａで測定したＨＵＴ／ＢＴ及び循環比の少なくとも１つと整合させるために、新しい反応器における反応条件を設定するステップを含む。一実施形態では、新しい反応器における条件は、ステップａで測定したＨＵＴ／ＢＴに整合する。

本発明の別の実施条件は、反応器システムにおいて生成することができる生成物の範囲を改善する方法を提供し、この方法は以下を含む：ａ）モデル化により、生成物の所望の特性及びプロセス条件を決定するステップ、ｂ）反応器システムのＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を計算又は決定するステップ、ｃ）モデルにおける新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、反応器プロセス条件を繰り返して変えるステップ、ｄ）所望の決定された生成物特性及び許容できる混合性能を提供する運転条件を選択するステップ、次にｅ）ｄにおいて選択した条件で運転するステップ。

本発明の別の実施形態は、複数の生成物の相対的な混合性能を評価する方法、及び所望のグレードを生成する最適な条件を決定するプロセス条件を提供し、以下を含む：ａ）モデル化により、所望の生成物の特性及びプロセス条件を決定するステップ、ｂ）混合パラメータ（ＨＵＴ／ＢＴ、循環比、バルクダムケラー数、ポンピングダムケラー数）を計算するステップ、ｃ）モデルにおける新しい混合パラメータ（（ＨＵＴ／ＢＴ、循環比、バルクダムケラー数、ポンピングダムケラー数）を得るために、反応器のプロセス条件を繰り返し調節するステップ、ｄ）所望の決定された生成物特性及び許容できる混合性能を提供する運転条件を選択するステップ、次にｅ）ｄにおいて選択した条件で運転するステップ。

ＣＳＴＲ反応器システムにおいて改善された混合性能を提供するようなかきまぜシステムを選択するために、前述のプロセス（単数又は複数）を用いてもよい。

本発明の別の実施形態は、異なる触媒システムを運転する反応器システムの混合性能を最適化する、又は新しい触媒システム用の反応器システムの適格性を決定する方法を提供する：ａ）第１の触媒（触媒１）の見かけの触媒活性を、定義された一連のプロセス条件とともに、実験的に決定するステップ、ｂ）第１の触媒（触媒１）の場合と、同様のプロセス温度を用い、同様の生成物密度（又はコモノマー含量）を達成する、第２の触媒（触媒２）の見かけの触媒活性を実験的に決定するステップ、ｃ）触媒２（Ａｆ）に対する係数を決定するために、触媒１及び触媒２の見かけの触媒活性の比を決定するステップ、ｄ）触媒２（Ａｆ）用の適切なスケーリング係数を用いて、両触媒システムに対する混合パラメータ（ＨＵＴ／ＢＴ、循環比、バルクダムケラー数、ポンピングダムケラー数）を計算するステップ、ｅ）新しい一連の混合パラメータ（ＨＵＴ／ＢＴ、循環比、バルクダムケラー数、ポンピングダムケラー数）を得るために、反応器のプロセス条件を繰り返し調節するステップ、ｄ）新しい触媒システムに対して、所望の決定された生成物特性及び許容できる混合性能を提供する運転条件を選択し、次にプロセスを稼働するステップ。

運転条件に対する良好な初期評価を提供するために上述のプロセス（単数又は複数）を用いてもよく、いくつかの実施形態ではいくつかのさらなる最適化が必要な可能性がある。

α−オレフィンの溶液重合においては、複数の触媒が単独で又は組み合せて用いられる可能性がある。触媒は、シングルサイト触媒、チーグラー−ナッタ触媒、及びクロム触媒からなる群から選択することができる。溶液重合プロセスにおいては、触媒は担持されない。それらは、反応器につながる現場のライン（単数又は複数）において形成されてもよく（即ちオンライン）、又はオフラインで予備形成されてもよい。オフライン触媒は、反応のための溶媒、又は反応を妨げない溶媒中で可溶性又は分散性である必要がある。

チーグラー−ナッタ触媒
２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい活性を有するチーグラー−ナッタ触媒は、マグネシウム化合物（ハロゲン化マグネシウムを沈殿させるために、任意選択でハロゲン化合物供与体の存在下で）、チタン化合物及びアルミニウム化合物を、電子供与体の存在下で含んでもよい。アルミニウム化合物は、いくつかの段階で添加することができる。

チーグラー−ナッタ触媒は、式Ｒ^１ _ｂＡｌ（ＯＲ^１）_ａＸ_{３−（ａ＋ｂ）}のアルミニウム化合物［式中、ａは０〜３の整数であり、ｂは０〜３の整数であり、ａ＋ｂの和は０〜３であり、Ｒ^１は同一又は異なるＣ_１〜１０アルキル基及びＸは塩素原子であり］、遷移金属、例えば式Ｔｉ（（Ｏ）_ｃＲ^２）_ｄＸ_ｅのチタン化合物［式中、Ｒ^２はＣ_１〜４アルキル基、Ｃ_６〜１０芳香族基及びこれらの混合物から選択され、Ｘは塩素原子及び臭素原子から選択され、ｃは０又は１、ｄは０又は１〜４の整数、ｅは０又は１〜４の整数であり、ｄ＋ｅの和はチタン原子の原子価である］；式（Ｒ^５）_ｆＭｇＸ_２−ｆのマグネシウム化合物［式中、各Ｒ^５は独立してＣ_１〜８アルキル基であり、ｆは０、１又は２であり］；ＣＣｌ_４又はＣ_３〜６第二級又は第三級ハロゲン化アルキルから選択されるハロゲン化アルキル、並びに任意選択で、全Ａｌ（例えば（２回の添加がなされた場合）第１及び／又は第２のアルミニウム添加Ａｌ^１及びＡｌ^２）とＴｉのモル比が２：１〜１５：１、第２のアルミニウム（Ａｌ^２）添加からのＡｌとＴｉのモル比が１：１〜８：１；Ｍｇ：Ｔｉのモル比が０．５：１〜２０：１、又は例えば１：１〜１２：１；ＣＣｌ_４からの活性ハロゲン化合物（これはＡｌ及びＴｉ化合物からのハロゲン化合物を除く）若しくはハロゲン化アルキルとＭｇのモル比が１：１〜６：１、又は例えば１．５：１〜５：１；及び電子供与体とＴｉのモル比が０：１〜１８：１、又は例えば１：１〜１５：１である、電子供与体を含むことができる。

典型的には、触媒成分は、例えば非置換又はＣ_１〜４アルキル基により置換されていてよい、又は置換されている不活性Ｃ_５〜１０炭化水素などの有機媒体中で反応させる。いくつかの溶媒としては、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、水素化ナフサ及びＩＳＯＰＡＲ（登録商標）Ｅ（Ｅｘｘｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な溶媒）、並びにこれらの混合物が挙げられる。

触媒又は触媒前駆体の形成に有用なアルミニウム化合物は、式Ｒ^１ _ｂＡｌ（ＯＲ^１）_ａＸ_{３−（ａ＋ｂ）}［式中、ａは０〜３の整数であり、ｂは０〜３の整数であり、ａ＋ｂの和は０〜３であり、Ｒ^１は同一又は異なるＣ_１〜１０アルキル基であり、Ｘは塩素原子である］を有する。適当なアルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡＬ）、イソプレニルアルミニウム、トリイロブチルアルミニウム（ＴｉＢＡＬ）、ジエチルアルミニウムクロライド（ＤＥＡＣ）、トリ−ｎ−ヘキシルアルミニウム（ＴｎＨＡｌ）、トリ−ｎ−オクチルアルミニウム（ＴｎＯＡｌ）、ジエチルアルミニウムエトキシド及びこれらの混合物が挙げられる。ハロゲン化合物を含有するアルミニウム化合物は、アルミニウムセスキハライドであり得る。１つの例では、アルミニウム化合物においてａは０、ｂは３、及びＲ^１はＣ_１〜８アルキル基である。

マグネシウム化合物は、式（Ｒ^５）_ｆＭｇＸ_２−ｆ［式中、Ｒ^５はＣ_１〜８アルキル基から独立して選択され、ｆは０、１又は２である］の化合物であってよい。いくつかの市販のマグネシウム化合物としては、塩化マグネシウム、ブチルオクチルマグネシウム、ジブチルマグネシウム及びブチルエチルマグネシウムが挙げられる。マグネシウム化合物が有機溶媒に可溶性の場合、マグネシウム化合物をハロゲン化剤又は反応性有機ハロゲン化合物と一緒に用いて、ハロゲン化マグネシウム（即ち、ＭｇＸ_２、式中、Ｘはハロゲン、例えば塩素若しくは臭素、又は例えば塩素である）を形成してもよく、これは溶液から沈殿し（潜在的にＴｉ化合物のための基材を形成する）。いくつかのハロゲン化剤としては、ＣＣｌ_４又は式Ｒ^６Ｃｌ［式中、Ｒ^６は第二級若しくは第三級Ｃ_３〜６アルキル基から選択される］の第二級若しくは第三級ハロゲン化合物が挙げられる。適当な塩化物としては、塩化ｓｅｃ−ブチル、塩化ｔ−ブチル及び塩化ｓｅｃ−プロピルが挙げられる。反応性ハロゲン化合物は、活性Ｃｌ：Ｍｇのモル比が１．５：１〜５：１、又は例えば１．７５：１〜４：１、又は例えば１．９：１〜３．５：１となるような量で触媒に添加される。

触媒中のチタン化合物は式Ｔｉ（（Ｏ）_ｃＲ^２）_ｄＸ_ｅ［式中、Ｒ^２はＣ_１〜４アルキル基、Ｃ_６〜１０芳香族基及びこれらの混合物から選択され、Ｘは塩素原子及び臭素原子から選択され、ｃは０又は１、ｄは０又は４までの整数、及びｅは０又は４までの整数であり、ｄ＋ｅの和はＴｉ原子の原子価である］を有することができる。ｃが１である場合、式はＴｉ（ＯＲ^２）_ｄＸ_ｅ［式中、Ｒ^２はＣ_１〜４アルキル基、及びＣ_６〜１０芳香族基から選択され、Ｘは塩素原子及び臭素原子から選択され、又は例えば塩素原子であり、ｄは０又は４までの整数、及びｅは０又は４までの整数であり、ｄ＋ｅの和はＴｉ原子の原子価である］となる。チタン化合物は、ＴｉＣｌ_３、ＴｉＣｌ_４、Ｔｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_４、Ｔｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４、及びＴｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）Ｃｌ_３、並びにこれらの混合物から選択することができる。一実施形態では、チタン化合物は、Ｔｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_４及びＴｉＣｌ_４、並びにこれらの混合物から選択される。

上で言及したように、電子供与体を触媒又は触媒前駆体に使用してもよい。電子供与体は、Ｃ_３〜１８の直鎖若しくは環式脂肪族若しくは芳香族のエーテル、ケトン、エステル、アルデヒド、アミド、ニトリル、アミン、ホスフィン又はシロキサンから選択することができる。一実施形態では、電子供与体は、ジエチルエーテル、トリエチルアミン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、エチルアセテート、及びシクロヘキサノン並びにこれらの混合物から選択される。電子供与体は、チタンに対するモル比が０：１〜１８：１、又は例えばＴｉに対するモル比が３：１〜１５：１、又は例えば３：１〜１２：１において用いることができる。

触媒又は触媒前駆体において、Ｍｇ：Ｔｉのモル比は、０．５：１〜２０：１、又は例えば１：１〜１２：１、又は例えば１：１〜１０：１であってもよい。第２のアルミニウムの添加を用いる場合、触媒中における第２のアルミニウム（Ａｌ^２）とチタンのモル比は、１：１〜８：１、又は例えば１．５：１〜７：１、又は例えば２：１〜６：１であってもよい。一般に、０〜約６０重量％未満、又は例えば１０〜５０重量％のアルミニウム（触媒中の化合物）が、担体（例えば、Ａｌ^１）を処理するために用いられ得る。（ハロゲン化アルキル又はＣＣｌ_４からの）活性ハロゲン化合物とＭｇのモル比は、１．５：１〜５：１、又は例えば１．７５：１〜４：１、又は例えば１．９：１〜３．５：１であってもよい。電子供与体が存在する場合、電子供与体とＴｉのモル比は、１：１〜１５：１、又は例えば３：１〜１２：１であってもよい。

チーグラー−ナッタ触媒を、式Ａｌ（Ｒ^７）_３−ｇＸ_ｇ［式中、Ｒ^７はＣ_１〜６アルキル基であり、Ｘは塩素原子であり、ｇは０又は１である］の１つ又は複数の助触媒、及びこれらの混合物により活性化してもよい。助触媒はトリＣ_１〜６アルキルアルミニウム、アルキルアルミニウムクロライド（例えば、ジＣ_１〜６アルキルアルミニウムクロライド）、及びこれらの混合物から選択することができる。これには、限定はされないが、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、イソプレニルアルミニウム、ｎ−ヘキシルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、ジブチルアルミニウムクロライド、及びこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、助触媒はトリエチルアルミニウムである。

助触媒は、ポリマー生成速度に対して、約１０〜約１３０、又は例えば約１０〜約８０、又は例えば約１５〜約７０、又は例えば約２０〜６０ｐｐｍのアルミニウム（Ａｌ ｐｐｍ）を提供するように、反応器に供給してもよい。

シングルサイト触媒
いくつかの実施形態では、触媒はシングルサイト触媒である。本発明のいくつかの実施形態は、バルキーリガンド（ｂｕｌｋｙ ｌｉｇａｎｄ：かさ高い配位子）シングルサイト触媒である触媒を用いることができる。バルキーリガンドシングルサイト触媒は、式：
（Ｌ）_ｎ−Ｍ−（Ｙ）_ｐ
［式中、ＭはＴｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択され；Ｌは、シクロペンタジエニル型リガンド、全部で５個以上の原子（数値的にその少なくとも２０％、又は例えば少なくとも２５％が炭素原子である）を含有し、ホウ素、窒素、酸素、リン、硫黄及びケイ素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子をさらに含有する、バルキーヘテロ原子リガンドから独立して選択されるモノアニオン性リガンドであり、前記バルキーヘテロ原子リガンドはＭにσ又はπ結合されており；Ｙは活性化可能なリガンドから独立して選択され；ｎは１〜３であり；ｐは１〜３であり、但し、ｎ＋ｐの和はＭの原子価状態に等しく、さらに２つのＬリガンドは例えばシリル基、若しくはＣ_１〜４アルキル基、又はこれらの混合物により架橋されていてもよい］を有することができる。

用語「シクロペンタジエニル」は、環内に非局在化結合を有し、典型的には活性触媒部位、一般にはη^５結合を介して４族金属（Ｍ）に結合している５員炭素環を指す。シクロペンタジエニルリガンドは、非置換であっても、Ｃ_１〜１０ヒドロカルビル基から独立して選択される１つ又は複数の置換基により完全まで置換されていてもよく、そのヒドロカルビル置換基は非置換、又はハロゲン原子及びＣ_１〜４アルキル基；ハロゲン原子；Ｃ_１〜８アルコキシ基；Ｃ_６〜１０アリール又はアリールオキシ基；非置換若しくは２個までのＣ_１〜８アルキル基により置換されたアミド基；非置換若しくは２個までのＣ_１〜８アルキル基により置換されたホスフィド基；式−Ｓｉ−（Ｒ）_３のシリル基［式中、各Ｒは、水素、Ｃ_１〜８アルキル若しくはアルコキシ基、及びＣ_６〜１０アリール若しくはアリールオキシ基から独立して選択される］；並びに、式Ｇｅ−（Ｒ）_３［式中、Ｒは上で定義の通りである］のゲルマニル（ｇｅｒｍａｎｙｌ）基から独立して選択される、１つ又は複数の置換基によりさらに置換されている。

典型的には、シクロペンタジエニル型リガンドは、シクロペンタジエニル基、インデニル基及びフルオレニル基から選択され、それらの基は非置換、又はフッ素原子、塩素原子、Ｃ_１〜４アルキル基、及び非置換又は１つ若しくは複数のフッ素原子により置換されたフェニル又はベンジル基から独立して選択される１つ又は複数の置換基により完全まで置換されている。

上の式において、いずれのＬリガンドもバルキーヘテロ原子リガンドでない場合、触媒はモノシクロペンタジエニル（Ｃｐ）触媒、架橋又は非架橋ビスＣｐ触媒、又は架橋拘束幾何学的配置型（ｂｒｉｄｇｅｄ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｔｙｐｅ）触媒、又はトリスＣｐ触媒であり得る。

触媒が１つ又は複数のバルキーヘテロ原子リガンドを含有する場合、触媒は次式を有するであろう：

［式中、ＭはＴｉ、Ｈｆ及びＺｒから選択される遷移金属であり；Ｃは、好ましくはホスフィンイミン（ｐｈｏｓｐｈｉｎｉｍｉｎｅ）リガンド（以下に記載）及びケチミドリガンド（以下に記載）から独立して選択されるバルキーヘテロ原子リガンドであり；Ｌはシクロペンタジエニル型リガンドから独立して選択されるモノアニオン性リガンドであり；Ｙは活性化可能なリガンドから選択され；ｍは１又は２であり；ｎは０又は１であり；ｐは整数であり、ｍ＋ｎ＋ｐの和はＭの原子価状態であり、但しｍが２の場合は、Ｃは同一又は異なるバルキーヘテロ原子リガンドであってもよい］。

例えば、触媒は、ビス（ホスフィンイミン）、ビス（ケチミド）、又はチタン、ジルコニウム若しくはハフニウムの混合ホスフィンイミンケチミドジクロライド錯体であってもよい。或いは、触媒は、１つのホスフィンイミンリガンド又は１つのケチミドリガンド、１つの「Ｌ」リガンド（これは一実施形態においてシクロペンタジエニル型リガンド）及び２つの「Ｙ」リガンド（これはいずれもクロライドであってもよい）を含有することができるであろう。

金属（Ｍ）は、第４族（例えばチタン、ハフニウム又はジルコニウム）からであってもよい。一実施形態では、触媒は最も高い酸化状態にある第４族金属錯体である。

触媒は、金属に結合される１つ又は２つのホスフィンイミンリガンド（ＰＩ）を含有してもよい。ホスフィンイミンリガンドは次式により定義される：

［式中、各Ｒ^２１は、水素原子；ハロゲン原子；非置換若しくはハロゲン原子によりさらに置換されたＣ_１〜２０、又は例えばＣ_１〜１０ヒドロカルビル基；Ｃ_１〜８アルコキシ基；Ｃ_６〜１０アリール又はアリールオキシ基；アミド基；式：
−Ｓｉ−（Ｒ^２２）_３
であるシリル基［式中、各Ｒ^２２は水素、Ｃ_１〜８アルキル若しくはアルコキシ基、及びＣ_６〜１０アリール若しくはアリールオキシラジカルから独立して選択される］；及び式：
−Ｇｅ−（Ｒ^２２）_３
であるゲルマニル基［式中、Ｒ^２２は上で定義した通りである］から独立して選択される］。

ホスフィンイミンの例は、そのうちの各Ｒ^２１がヒドロカルビル基、又は例えばｔ−ブチル基などのＣ_１〜６ヒドロカルビル基であるものである。

適当なホスフィンイミン触媒は、例えば、１つのホスフィンイミンリガンド（上記の通り）、及びシクロペンタジエニル型リガンド又はヘテロ原子リガンドのいずれかである１つのリガンドＬを含有する、第４族有機金属錯体である。

本明細書で用いる場合、用語「ケチミドリガンド」は、
ａ）金属−窒素原子結合を介して遷移金属に結合し、
ｂ）単一の置換基を窒素原子に有し（この単一の置換基は、窒素原子と二重結合する炭素原子）、
ｃ）炭素原子に結合する２つの置換基Ｓｕｂ１及びＳｕｂ２（下記の通り）を有する、リガンドを指す。
条件ａ、ｂ、ｃを以下で説明する：

置換基「Ｓｕｂ１」及び「Ｓｕｂ２」は、同一であっても異なっていてもよい。例示的な置換基としては、１〜２０個、又は例えば３〜６個の炭素原子を有するヒドロカルビル、シリル基（下記の通り）、アミド基（下記の通り）及びホスフィド基（下記の通り）が挙げられる。一実施形態では、これらの置換基は、例えば単純なアルキル基及び／又は例えば第三級ブチル基のようなヒドロカルビルである。

適当なケチミド触媒は、例えば、１つのケチミドリガンド（上記の通り）、及びシクロペンタジエニル型リガンド又はヘテロ原子リガンドのいずれかである１つのリガンドＬを含有する、第４族有機金属錯体である。

バルキーヘテロ原子リガンドという用語は、ホスフィンイミン又はケチミドリガンドに限定されるのではなく、ホウ素、窒素、酸素、リン、硫黄又はケイ素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含有するリガンドを含む。ヘテロ原子リガンドは、金属に対してσ又はπ結合されていてもよい。例示的なヘテロ原子リガンドとしては、ケイ素含有ヘテロ原子リガンド、アミドリガンド、アルコキシリガンド、ホウ素複素環式リガンド及びホスホール（ｐｈｏｓｐｈｏｌｅ）リガンドが挙げられ、以下に全て記載される。

ケイ素含有ヘテロ原子リガンドは、式：
（Ｙ）ＳｉＲ_ｘＲ_ｙＲ_ｚ
［式中、−は遷移金属に対する結合を表示し、Ｙは硫黄又は酸素である］により定義される。

Ｓｉ原子上の置換基、即ちＲ_ｘ、Ｒ_ｙ及びＲ_ｚはＳｉ原子の結合軌道を満たすために必要である。任意の特別な置換基Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙ又はＲ_ｚを用いることは、この発明を成功させるのに特に重要ではない。一実施形態では、各Ｒ_ｘ、Ｒ_ｙ及びＲ_ｚは、Ｃ_１〜２ヒドロカルビル基（即ち、メチル又はエチル）である。

用語「アミド」は、その広範で従来の意味を伝えることを意味する。従って、これらのリガンドは、（ａ）金属−窒素結合、及び（ｂ）窒素原子上の２つの置換基（これらはいくつかの実施形態では単純なアルキル又はシリル基である）の存在によって特徴付けられる。

用語「アルコキシ」及び「アリールオキシ」は、その従来の意味を伝えることを意図する。従って、これらのリガンドは、（ａ）金属酸素結合、及び（ｂ）酸素原子に結合するヒドロカルビル基の存在によって特徴付けられる。ヒドロカルビル基は、Ｃ_１〜１０直鎖、分枝若しくは環状アルキル基、又はその基が非置換又は１つ若しくは複数のＣ_１〜４アルキル基（例えば、２，６ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシ）によりさらに置換されたＣ_６〜１３芳香族基であってもよい。

ホウ素複素環式リガンドは、閉環リガンド中にホウ素原子が存在することにより特徴付けられる。この定義は、環中に窒素原子も含有できる複素環式リガンドを含む。これらのリガンドはオレフィン重合の技術分野における当業者に周知であり、文献に十分記載されている。

用語「ホスホール」もまたその従来の意味を伝えることを意味する。「ホスホール」は、閉環中に４個の炭素原子と１個のリン原子を有する環状ジエニル構造である。最も単純なホスホールは、（環中の１個の炭素をリンによって置き換えたシクロペンタジエンに類似している）Ｃ_４ＰＨ_４である。ホスホールリガンドは、例えば、Ｃ_１〜２０ヒドロカルビル基（これは任意選択でハロゲン置換基を含有してもよい）、ホスフィド基、アミド基、又はシリル若しくはアルコキシ基により置換されていてもよい。ホスホールリガンドもまた、オレフィン重合の技術分野における当業者に周知である。

用語「活性化可能なリガンド」（即ち、上記式における「Ｙ」）又は、「脱離（ｌｅａｖｉｎｇ）リガンド」は、オレフィンの重合を促進するために、アルミノキサン（ａｌｕｍｉｎｏｘａｎｅ）（「活性剤」とも称される）により活性化され得るリガンドを指す。例示的な活性化可能なリガンドは、水素原子；ハロゲン原子、又は例えば塩素、又は例えばフッ素原子；Ｃ_１〜１０ヒドロカルビル基、例えばＣ_１〜４アルキル基；Ｃ_１〜１０アルコキシ基、例えばＣ_１〜４アルコキシ基；及びＣ_５〜１０アリールオキシド基から独立して選択され；前記ヒドロカルビル、アルコキシ、及びアリールオキシド基のそれぞれは、ハロゲン原子、又は例えば塩素若しくはフッ素原子；Ｃ_１〜８アルキル基、例えばＣ_１〜４アルキル基；Ｃ_１〜８アルコキシ基、例えばＣ_１〜４アルコキシ基；Ｃ_６〜１０アリール若しくはアリールオキシ基；非置換又は２個までのＣ_１〜８、例えばＣ_１〜４アルキル基によって置換されたアミド基；及び、非置換又は２個までのＣ_１〜８、例えばＣ_１〜４アルキル基により置換されたホスフィド基から選択される１つ又は複数の置換基により非置換又はさらに置換されていてもよい。

活性化可能なリガンド（Ｙ）の数は、金属の原子価及び活性化可能なリガンドの原子価による。触媒金属の例は、その最も高い酸化状態（即ち、４^＋）にある第４族金属であり、活性化可能なリガンドの例は、モノアニオン性（ハロゲン化合物、例えば塩化物若しくはＣ_１〜４アルキル基、又はメチル基など）である。

一実施形態では、遷移金属錯体は、次式を有することができる：［（Ｃｐ）_ｎＭ［Ｎ＝Ｐ（Ｒ^２１）］_ｍＹ_ｐ［式中、Ｍは（第４族）遷移金属であり；Ｃｐは、環内に非局在化結合を有し、共有η^５結合を通して金属原子と結合した５員炭素環を含有するＣ_５〜１３リガンドであって、前記リガンドは、非置換、又はハロゲン原子、例えば塩素又はフッ素；Ｃ_１〜４アルキル基；及び、１つ又は複数のハロゲン原子、例えばフッ素により置換されたベンジル又はフェニル基から選択される１つ又は複数の置換基により完全には４つまで置換されており；Ｒ^２１は、Ｃ_１〜６直鎖若しくは分枝アルキル基、非置換、又は３つまでのＣ_１〜４アルキル基により置換されていてよいＣ_６〜１０アリール及びアリールオキシ基、式−Ｓｉ−（Ｒ）_３［式中、ＲはＣ_１〜４アルキル基又はフェニル基］のシリル基から選択される置換基であり；Ｙは脱離リガンドであり；ｎは１又は２であり；ｍは１又は２であり；遷移金属の原子価は−（ｎ＋ｍ）＝ｐである］。

シングルサイト型触媒に対して、活性剤は式Ｒ^１２ _２ＡｌＯ（Ｒ^１２ＡｌＯ）_ｑＡｌＲ^１２ _２［式中、各Ｒ^１２はＣ_１〜２０ヒドロカルビル基から独立して選択され、ｑは３〜５０である］の錯体アルミニウム化合物であってもよい。

一実施形態におけるアルミニウム化合物では、Ｒ^１２はメチル基であり、ｑは１０〜４０である。

本発明による触媒システムは、５：１〜１０００：１、又は例えば１０：１〜５００：１、又は例えば３０：１〜３００：１、又は例えば５０：１〜１２０：１の、アルミノキサンからのアルミニウムと遷移金属のモル比を有することができる。

触媒に関する「及びその混合物」という語句は、触媒が、１つ又は複数のチーグラー−ナッタ触媒の混合物、１つ又は複数のバルキーリガンドシングルサイト触媒の混合物、並びに１つ又は複数のチーグラー−ナッタ触媒と１つ又は複数のバルキーリガンドシングルサイト触媒の混合物であり得ることを意味する。

一般に、オレフィンの重合は溶液中で行うことができ、溶液中の溶媒は１つ又は複数のＣ_５〜１２飽和炭化水素から選択される。典型的には、非置換であっても又はＣ_１〜４アルキル基、例えばペンタン、メチルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン及び水素化ナフサなどにより置換されていてよいＣ_３〜８炭化水素である。市販で適当な溶媒の例は、「Ｉｓｏｐａｒ Ｅ」（Ｃ_８〜１２脂肪族溶媒、Ｅｘｘｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）である。

いくつかの実施形態では、反応器温度は約１８０℃より高い。いくつかの実施形態では、溶液重合プロセスは１１０℃〜３００℃、又はいくつかの実施形態では１２０℃〜２５０℃、又はいくつかの実施形態では１２０℃〜１８０℃、又はいくつかの実施形態では１６０℃〜２３０℃の温度において行われる。いくつかの実施形態では、反応器圧力は５〜４０ＭＰａ、又はいくつかの実施形態では３〜２２ＭＰａ、又は追加の実施形態では５〜２０ＭＰａである。

反応器システムにおける圧力は、重合溶液を単相溶液として維持し、ポリマー溶液を反応器システムから熱交換システムを通過して揮発分除去システムまで供給するのに必要な上流圧力を提供するために、十分高くあるべきである。

モノマーは、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、及び１−オクテンなどの１つ又は複数のＣ_２〜８α−オレフィンを含むことができる。いくつかの実施形態では、α−オレフィンが存在し、プロペン、ブテン、ヘキセン、及びオクテンから選択される。

本発明は、以下の実施例を参照することによりさらに記載されるであろう。以下の実施例は単に本発明の例証であり、制限する意図ではない。特に示さない限り、特に特定しない限り全てのパーセントは重量による。

（例１） − 安定な運転及び許容できる生成物を達成するための最低限の混合条件の決定。

特別な実施形態において、ドラフトチューブかきまぜ機システムを備えた連続撹拌槽において重合を行った。これは、実質的に、Ｂｕｒｋｅ他に発行され、ＮＯＶＡ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）Ｓ．Ａ．に譲渡された、２０００年２月１５日発行の米国特許第６，０２４，４８３号及び２００１年１１月２０日発行の米国特許第６，３１９，９９６号に記載されている。この実施例では、かきまぜ機の速度を除いてプロセス条件は一定に保った。プロセス条件及び生成物の特性を表１及び表２にまとめた。この実施例では、シクロペンタジエニルチタン（トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィンイミン）ジクロライド（ＣｐＴｉ（Ｎ＝ＰｔＢｕ３）Ｃｌ２）シングルサイト触媒を用い、イソヘキサンを溶媒として用いた。

この実施例に対して、５５０ｒｐｍ以上の速度で反応器を運転することにより、許容できる均一性を備えた生成物及び安定した運転条件がもたらされた。ＳＳＡ−ＳＴＡＦ跡は、８％未満のより高い温度ピーク領域（ＩＳＴＡＦ９１）を示した。４５０ｒｐｍにおいて、反応器は不安定であった。この混合条件は不安定な温度プロファイルをもたらし、生成物のＳＳＡ−ＳＴＡＦＴ跡はより高い温度ピークにおける顕著な増加を示した。７より大きい保圧時間とブレンド時間（ＨＵＴ／ＢＴ）の比、及び１５より大きい循環比を超える条件により、許容できる生成物の性質を備えた生成物につながり、反応器はより安定な領域で作動していた。
（例２）：

異なるプロセス条件下で作られた生成物の混合性能を比較するために、ダムケラー数を用いる。この実施例では、反応器１（Ｒ１）のみ使用した。例１と同じ触媒及び溶媒を使用する。

例１のように、ドラフトチューブかきまぜ機システムを備えた連続撹拌槽中で重合を行った。この実施例では、異なるエチレン転化率において反応器を運転する。かきまぜ機は同じ速度で運転するが、反応速度論が変化するために混合性能は全く異なる。この実施例は、同じ触媒システム、異なるプロセス条件で作られた生成物の混合性能を比較するために、バルク及びポンピングダムケラー数を用いる利点を説明する。プロセス条件及び生成物の特性を表３及び４にまとめる。例２Ａは８５％のエチレン転化率を備える稼働であり、例２Ｂは９１％のエチレン転化率を備える稼働であり、５２％及び５７％の全コモノマー転化率をもたらした。ダムケラー数を用いる目的は、２つの生成物の調製に対して、混合性能の比較を可能にすることである。例２Ｂに対するバルクダムケラー数の逆数は、より高い転化率での運転のために、例２Ａに対するよりもはるかに小さい。混合性能による生成物の品質への影響は、所与のかきまぜ機速度でのＩＳＴＡＦ９１値を、最高のかきまぜ機速度に対するＩＳＴＡＦ９１値で割った比によって示される。例２ＡではＩＳＴＡＦ９１比の値は、１〜１．６にわたる。例２Ｂでは、ＩＳＴＡＦ９１比の値は、１〜３．９にわたり、混合に、はるかにより敏感な反応器条件を示している。例２Ｂにおいて反応器を４５０ｒｐｍで運転すると、反応器全体にわたって不安定な温度プロファイルをもたらす（図５参照）。
（例３）：かきまぜ機の性能比較及びパワーの最適化

図６は、かきまぜ機の性能を比較し、パワーの使用量を最適化するために、混合パラメータをどのように利用するかを示している。対応線は、２つのかきまぜ機システムに対する同じパワー使用量を示す。例４Ａは、かきまぜ機システムＩ及びＩＩの循環比を整合させる場合のパワー消費を比較している。同じ循環比に対して、かきまぜ機はより少ないパワーを用い、より高いＨＵＴ／ＢＴ比を達成する。例４Ｂは、同じパワー／単位体積を用いる場合の、かきまぜ機Ｉ及びＩＩの混合性能を比較している。この場合、かきまぜ機ＩＩは同じパワーに対して改善された混合性能を提供する。

本発明は、その特定な実施形態のある細目を参照して表現してきた。細目が添付の特許請求の範囲に含まれる限り及び程度を除いて、こうした細目は本発明の範囲を限定するとみなす意図ではない。

開示された発明の様々な実施形態は、工業規模の重合プロセス、例えばポリエチレンポリマー及びコポリマーを作るために用いられるプロセスに有用である。

Claims (30)

1. ポリエチレンポリマー又はコポリマーを流体相重合する方法であって、
   反応器のＨＵＴ／ＢＴが７より大きく、反応器の循環比が約７と約２０００の間であるかきまぜ反応器中で、２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい見かけの活性を有する重合触媒を、エチレン、任意選択でＣ_３〜１２α−オレフィン、及び水素と反応させるステップを含む、上記方法。
2. １／バルクダムケラー数が約６と約１５０の間である、請求項１に記載の方法。
3. 触媒がシングルサイト触媒である、請求項１に記載の方法。
4. 触媒が式：
   （Ｌ）_ｎ−Ｍ−（Ｙ）_ｐ
   ［式中、ＭはＴｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択され；Ｌは、シクロペンタジエニル型リガンド、並びに全部で５個以上の原子（典型的には数値的にその少なくとも２０％、例えば少なくとも２５％が炭素原子である）を含有し、ホウ素、窒素、酸素、リン、硫黄及びケイ素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子をさらに含有する、バルキーヘテロ原子リガンドから独立して選択されるモノアニオン性リガンドであり、前記バルキーヘテロ原子リガンドはＭにσ又はπ結合されており；Ｙは活性化可能なリガンドから独立して選択され；ｎは１〜３であってもよく；ｐは１〜３であってもよく、但し、ｎ＋ｐの和はＭの原子価状態に等しく、さらに、２つのＬリガンドは例えばシリル基、若しくはＣ_１〜４アルキル基、又はこれらの混合物により架橋されていてもよい］のバルキーリガンドシングルサイト触媒を含む、請求項１に記載の方法。
5. α−オレフィンが存在し、プロペン、ブテン、ヘキセン、及びオクテンから選択される、請求項１に記載の方法。
6. 反応器の循環比が約７〜約１０００である、請求項１に記載の方法。
7. 反応器のＨＵＴ／ＢＴが約７〜約１００である、請求項１に記載の方法。
8. パワー／単位体積が３００ｋＷ／ｍ^３未満である、請求項１に記載の方法。
9. 反応器の循環比が約７〜約５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴが約７〜約２０であり、１／バルクダムケラー数が約６〜約１５０である、請求項１に記載の方法。
10. 反応器が単槽反応器である、請求項１に記載の方法。
11. 反応器が２槽反応器である、請求項１に記載の方法。
12. 反応器がかきまぜ反応器である、請求項１に記載の方法。
13. 反応器が、撹拌タンク、ループ反応器スタティックミキサー、及びループ中のスタティックミキサーから選択されるかきまぜ反応器である、請求項１に記載の方法。
14. 反応器温度が約１１０℃より高い、請求項１に記載の方法。
15. ポリエチレンポリマー又はコポリマーを流体相重合する方法であって、
    反応器のＨＵＴ／ＢＴが４より大きく、反応器の循環比が約７と約２０００の間であり、パワー／単位体積が３５ｋＷ／ｍ^３未満であるかきまぜ反応器中で、２０，０００ｍ^３／ｋモル／秒より大きい見かけの活性を有する重合触媒を、エチレン、任意選択でＣ_３〜１２α−オレフィン、及び水素と反応させるステップを含む、上記方法。
16. １／バルクダムケラー数が約６と約１５０の間である、請求項１５に記載の方法。
17. 触媒がシングルサイト触媒である、請求項１５に記載の方法。
18. 触媒が式：
    （Ｌ）_ｎ−Ｍ−（Ｙ）_ｐ
    ［式中、ＭはＴｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択され；Ｌは、シクロペンタジエニル型リガンド、並びに全部で５個以上の原子（典型的には数値的にその少なくとも２０％、例えば少なくとも２５％が炭素原子）を含有し、ホウ素、窒素、酸素、リン、硫黄及びケイ素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子をさらに含有する、バルキーヘテロ原子リガンドから独立して選択されるモノアニオン性リガンドであり、前記バルキーヘテロ原子リガンドはＭにσ又はπ結合されており；Ｙは活性化可能なリガンドから独立して選択され；ｎは１〜３であってもよく；ｐは１〜３であってもよく、但し、ｎ＋ｐの和はＭの原子価状態に等しく、さらに、２つのＬリガンドは例えばシリル基、若しくはＣ_１〜４アルキル基、又はこれらの混合物により架橋されていてもよい］のバルキーリガンドシングルサイト触媒を含む、請求項１５に記載の方法。
19. α−オレフィンが存在し、プロペン、ブテン、ヘキセン、及びオクテンから選択される、請求項１５に記載の方法。
20. 反応器の循環比が約７〜約１０００である、請求項１５に記載の方法。
21. 反応器のＨＵＴ／ＢＴが約７〜約１００である、請求項１５に記載の方法。
22. パワー／単位体積が３０ｋＷ／ｍ^３未満である、請求項１５に記載の方法。
23. 反応器の循環比が約７〜５００であり、反応器のＨＵＴ／ＢＴが約４〜約７であり、１／バルクダムケラー数が約３〜約５０である、請求項１５に記載の方法。
24. 反応器がかきまぜ反応器である、請求項１５に記載の方法。
25. 反応器が、撹拌タンク、ループ反応器スタティックミキサー、及びループ中のスタティックミキサーから選択されるかきまぜ反応器である、請求項１５に記載の方法。
26. 反応器温度が約１１０℃より高い、請求項１５に記載の方法。
27. ＣＳＴＲを運転するコストを低減するために、かきまぜ機の速度を選択する方法であって、
    ａ．反応器のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、
    ｂ．最終ポリマー生成物の混合性能指標を測定するステップ、
    ｃ．ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を、性能指標に対してプロットするステップ、
    ｄ．新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、かきまぜ機速度又はＨＵＴを変えるステップ、
    ｅ．ステップｃのプロット線が、ほぼ水平線（漸近線）を示すまで、ステップａ〜ｄを繰り返すステップ、及び
    ｆ．商業的ポリエチレン重合用反応器のかきまぜ率を低下させ、それによって混合性能がステップｃからの各プロット上の「ゾーンＩＩ」又は「ゾーンＩＩＩ」領域内に入るようにするステップ、
    ｇ．特定されたかきまぜ速度を用いてＣＳＴＲ反応器を運転するステップ
    を含む、上記方法。
28. ＣＳＴＲにおける能力を増加するために、かきまぜ機の速度を選択する方法であって、
    ａ．反応器のＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、
    ｂ．最終ポリマー生成物の混合性能指標を測定するステップ、
    ｃ．ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を、性能指標に対してプロットするステップ、
    ｄ．新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、かきまぜ機速度又はＨＵＴを変えるステップ、
    ｅ．ステップｃのプロット線が、ほぼ水平線（漸近線）を示すまで、ステップａ〜ｄを繰り返すステップ、及び
    ｆ．商業的ポリエチレン重合用反応器のかきまぜ率を低下させ、それによって混合性能がステップｃからの各プロット上の「ゾーンＩＩ」又は「ゾーンＩＩＩ」領域内に入るようにするステップ、
    ｇ．特定されたかきまぜ速度を用いてＣＳＴＲ反応器を運転するステップ
    を含む、上記方法。
29. エチレンの重合プロセス用反応条件を、あるプラントから別のプラントへ転用する方法であって、
    ａ．所望の生成物のための反応器システムの、ＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を測定するステップ、
    ｂ．ステップａで測定した、ＨＵＴ／ＢＴを整合させ、循環比を満たす又は超えるために、新しい反応器における反応条件を設定するステップ
    を含む、上記方法。
30. 反応器システムにおいて生成することができる生成物の範囲を改善する方法であって、
    ａ．モデル化により、所望の生成物特性及びプロセス条件を決定するステップ、
    ｂ．反応器システムのＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を計算又は決定するステップ、
    ｃ．モデルにおける新しいＨＵＴ／ＢＴ及び循環比を得るために、反応器プロセス条件を繰り返し変えるステップ、
    ｄ．所望の決定された生成物特性を提供する運転条件を選択するステップ、及び
    ｅ．プロセスを稼働させるステップ
    を含む、上記方法。