NL1015200C2

NL1015200C2 - Werkwijze voor het in de gasfase polymeriseren van olefine monomeren.

Info

Publication number: NL1015200C2
Application number: NL1015200A
Authority: NL
Inventors: Stanislaus Martinus Pe Mutsers; Paul Jos Diepen
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-19
Also published as: PT1282649E; EP1282649B1; AU2236101A; JP4841795B2; DK1282649T3; CA2409548A1; KR20030007625A; EP1282649A1; AU2235901A; DE60025952T2; ES2255520T3; WO2001087990A1; WO2001087989A1; TW593356B; ATE317401T1; BR0015869A; DE60025952D1; JP2003535161A

Description

•t - 1 -

WERKWIJZE VOOR HET IN DE GASFASE POLYMERISEREN VAN 5 OLEFINE MONOMEREN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwij ze voor het in de gasfase polymeriseren van een of meer olefine monomeren in een wervelbedreactor, die 10 aan de onderzijde wordt begrensd door een gasverdeelplaat waarin doorlaatopeningen aanwezig zijn, omvattende het toevoeren van een gas aan de reactor door de doorlaatopeningen en het toevoeren van een vloeistof aan de reactor.

15 Het in de gasfase in een wervelbed polymeriseren van olefinen wordt uitgevoerd in een als regel verticaal opgestelde langwerpige reactor waarin een bed van polymeerdeeltjes in gefluidiseerde toestand in stand wordt gehouden door middel van een opstijgende 20 gasstroom, die ten minste de te polymeriseren gasvormige monomeren bevat. De toevoer van de gasstroom vindt plaats door een gasverdeelplaat die het onderste gedeelte van de reactor scheidt van de eigenlijke reactiezone. In deze plaat zijn doorstroomopeningen 25 aangebracht die de toegevoerde gasstroom op de gewenste wijze over het oppervlak van de reactiezone verdelen. Boven de openingen kunnen constructies aanwezig zijn om de inkomende gasstroom te verdelen of het doorvallen van polymeer te voorkomen. Dergelijke constructies zijn 30 op zich bekend evenals geschikte wijzen van verdeling van de openingen over de gasverdeelplaat en de geschikte grootten van de gaten. Om met een geringer gasdebiet door de plaat toch een bepaalde drukval te kunnen realiseren kan het onderste gedeelte van de 35 reactor boven de gasverdeelplaat naar onderen toe 1015200 - 2 - conisch naar binnen lopen of kan een perifeer gedeelte van de gasverdeelplaat dicht zijn uitgevoerd. Om ophoping van polymeerdeeltjes op een dergelijk perifeer gedeelte te voorkomen heeft de afdichting bij voorkeur 5 de vorm van een schuine wand die zich uitstrekt van de gasverdeelplaat tot aan de wand van de reactor. De hoek die de schuine wand of het conische gedeelte van de wand maken met de plaat moet groter zijn dan de storthoek van de polymeerdeeltjes in de reactor en 10 bedraagt verder ten minste 30°, bij voorkeur ten minste 40° en is met meer voorkeur gelegen tussen 45° en 85°. Indien een dergelijke schuine wand aanwezig is wordt in het vervolg onder de gasverdeelplaat verstaan het gedeelte van de bodem van de reactor waarin 15 doorlaatopeningen voor het fluidiserende gas aanwezig zijn.

Eventueel kunnen in de opstijgende gasstroom ook een of meer inerte gassen en bijvoorbeeld waterstof als ketenlengteregelaar aanwezig zijn. Een 20 belangrijke doel van het toevoegen van inerte gassen is het sturen van het dauwpunt van het gasmengsel. Geschikte inerte gassen zijn bijvoorbeeld inerte koolwaterstoffen als (iso)butaan, (iso)pentaan en (iso)hexaan maar ook stikstof. Deze kunnen zowel als 25 gas, of in gecondenseerde vorm als vloeistof aan de gasstroom worden toegevoerd.

De gasstroom wordt via de top van de reactor afgevoerd en na zekere bewerkingen, aangevuld met nieuw monomeer ter vervanging van bij de 30 polymerisatie gebruikt monomeer, weer aan de reactor toegevoerd als (deel van) de opstijgende gasstroom om het bed in stand te houden. Tevens wordt aan het bed 1015200 - 3 - een katalysator toegevoegd. Tijdens het proces wordt onder invloed van de aanwezige katalysator continu nieuw polymeer gevormd en tegelijk wordt ook gevormd polymeer aan het bed onttrokken waarbij het volume van 5 het bed nagenoeg constant wordt gehouden. Omgezet monomeer wordt als regel steeds in gasvorm of als vloeistof aangevuld via de gasstroom die het bed in stand houdt.

De polymerisatie is een exotherme reactie. 10 Om de temperatuur in de reactor op het gewenste niveau te houden moet continu warmte worden afgevoerd. Deze afvoer vindt plaats via de gasstroom die met een hogere temperatuur de reactor verlaat dan waarmee deze aan de reactor werd toegevoerd. De gassnelheid in de reactor 15 kan niet willekeurig groot worden gekozen en er kan dus niet willekeurig veel warmte worden afgevoerd. De minimale lokale gassnelheid wordt begrensd door de eis dat het bed overal in fluïde toestand gehouden moet worden. Voorkomen moet worden dat polymeerpoeder op de 20 gasverdeelplaat zou blijven liggen. De doorstroomopeningen zijn daarom gelijkmatig verdeeld over het hele oppervlak van de gasverdeelplaat. Anderzijds mag de gemiddelde gassnelheid niet zo groot zijn dat de polymeerdeeltjes aan de bovenzijde de 25 reactor worden uitgeblazen. Genoemde grenzen worden sterk bepaald door afmetingen en dichtheid van de in het bed aanwezige polymeerdeeltjes en door de dichtheid en viscositeit van de gasstroom door het bed en kunnen proefondervindelijk worden bepaald. Als ondergrens voor 30 de lokale gassnelheid op enig punt in het wervelbed wordt als regel 5 cm/sec aangehouden en als bovengrens voor de gemiddelde gassnelhied over het gehele 1015200 - 4 - wervelbed 100 cm/sec. De laatstgenoemde waarde mag lokaal overschreden worden. In de praktijk worden veelal gemiddelde snelheden tussen 20 en 80 cm/sec toegepast. De gassnelheid of gastoevoersnelheid over 5 een bepaald oppervlak van de gasverdeelplaat is gedefinieerd als het quotient van de door dat oppervlak, uitgedrukt in m2, per seconde toegevoerde hoeveelheid gas in m3/s. Opgemerkt wordt dat de snelheid waarmee het gas de doorstroomopeningen verlaat 10 aanmerkelijk groter kan zijn dan de gastoevoersnelheid als hiervoor gedefinieerd. Dit hangt samen met de omstandigheid dat de totale oppervlakte van de doorstroomopeningen als regel minder dan 10% en zelfs minder dan 5% uitmaakt van de oppervlakte van de 15 gasverdeelplaat.

Genoemde vereisten beperken bij gegeven afmetingen van de reactor het maximale debiet van de gasstroom en daarmee de maximaal mogelijke warmteafvoer. De maximaal toelaatbare hoeveelheid geproduceerde reactiewarmte is 20 hiermee ook beperkt en daarmee dus de maximale hoeveelheid te produceren polymeer.

De gedetailleerde opbouw en werking van wervelbedreactoren voor het polymeriseren van olefine monomeren en de geschikte procescondities daarbij zijn 25 op zich bekend en bijvoorbeeld in detail beschreven in WO-A-94/28032 en in US-A-4.543.399.

Uit diezelfde US-A-4.543.399 is bekend om de uit de reactor afgevoerde gasstroom aan te vullen met nieuw monomeer en zover af te koelen dat de stroom 30 gedeeltelijk condenseert. De verkregen twee- fasenstroom, die door de latente verdampingswarmte van het als condensaat gevormde vloeistofdeel een 1015200 - 5 - aanmerkelijk grotere warmteafvoercapaciteit, en daarmee koelcapaciteit, heeft dan een enkel uit gas bestaande stroom, wordt dan aan de onderzijde van de reactor toegevoerd. Een dergelijke werkwijze saat bekend als 5 'condensed mode'. Het dauwpunt van de twee-fasenstroom moet lager liggen dan de temperatuur in de reactiezone zodat de vloeistof daarin kan verdampen. Op deze manier blijkt de produktiecapaciteit van een wervelbedreactor in vergelijking met de bekende reactoren, aanmerkelijk 10 toe te nemen bij verder gelijke dimensies. De maximale hoeveelheid condensaat-vloeistof in de twee-fasenstroom bedraagt volgens de bekende werkwijze 20 gew.%. De voorbeelden gaan tot 11,5 gew.%. Wanneer hierna van gas wordt gesproken omvat dit ook de hiervoor genoemde 15 tweefasenstroom, in dit vakgebied ook mist genoemd, van gas en vloeistof.

Ook in de bekende werkwijze is de reactorcapaciteit beperkt. De toegevoerde hoeveelheid vloeistof kan namelijk niet naar believen worden 20 opgevoerd zonder dat klontering en andere ongewenste effecten optreden. Doel van de uitvinding is nu het verschaffen van een werkwijze waarin met een bepaalde hoeveelheid toegevoerde vloeistof aan een wervelbedreactor een hogere opbrengst aan polymeren kan 25 worden verkregen.

Dit doel wordt bereikt doordat de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd aan de reactor in een centraal gedeelte van de gasverdeelplaat, met een oppervlakte die gelijk is aan 30 de helft van de oppervlakte van de gasverdeelplaat, groter is dan de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd in een perifeer gedeelte dat het 1015200 - 6 - oppervlak van de gasverdeelplaat beslaat dat buiten het centrale gedeelte is gelegen.

Geheel onverwacht blijkt in de werkwijze volgens de uitvinding door het enkele op de 5 gekarakteriseerde manier verdelen van de gastoevoer over het oppervlak van de bodemplaat de effectiviteit van de koelende werking van de toegevoerde vloeistof toe te nemen in vergelijking met de bekende werkwijze. Aldus kan bijvoorbeeld meer katalysator aan het bed 10 worden gedoseerd bij een bepaalde hoeveelheid toegevoerde vloeistof. Er wordt dan meer polymeer in het wervelbed gevormd, waarbij de toegenomen hoeveelheid geproduceerde reactiewarmte toch blijkt te kunnen worden geneutraliseerd.

15 Een verder voordeel is dat door de nieuwe verdeling van de gastoevoer over de gasverdeelplaat een grotere hoogte van het wervelbed toelaatbaar is gebleken. De verhouding tussen hoogte en diameter van de reactor en daarmee van het wervelbed is in de 20 bekende werkwijze beperkt tot hooguit een factor 3 tot 5. Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan deze verhouding tot wel 50% hoger worden gekozen dan bij de bekende werkwijze. Hierdoor neemt, bij onttrekking van een gelijkblijvende hoeveelheid gevormd polymeer aan de 25 reactor, de verblijftijd van de katalysator met eenzelfde percentage toe zodat deze efficiënter wordt gebruikt. De opbrengst per gewichtseenheid katalysator neemt daaroor toe en het gehalte aan katalysator in het gevormde polymeer is daardoor kleiner. Dit resulteert 30 in lagere katalysatorkosten en een zuiverder polymeer.

Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is daarin gelegen dat meer 1015200 - 7 - vloeistof aan het wervelbed kan worden toegevoerd dan in de bekende werkwijze zonder dat daarmee afbreuk wordt gedaan aan de stabiliteit van het bed. Alle genoemde voordelen dragen bij aan het verhogen van de 5 productiecapaciteit van een in condensed mode bedreven wervelbedinstallatie.

De nieuwe werkwijze kan worden toegepast in elke ractor waarin de gasverdeelplaat de vereiste verdeling van de openingen bezit. Deze verdeling kan 10 zijn aangebracht bij de bouw van een nieuwe reactor maar ook kan in een bestaande reactor de gasverdeelplaat zodanig worden gemodificeerd dat deze de gewenste eigenschappen bezit. Aldus kan met relatief geringe kosten de voordelen van de werkwijze volgens de 15 uitvinding ook worden verkregen door het aanpassen van een reeds bestaande reactor. De uitvinding heeft daarom tevens betrekking op het aanpassen van een bestaande wervelbedreactor door het aanbrengen van een verdeling van de doorlaatopeningen zodanig dat de vereiste 20 hiervoor beschreven verdeling van de gastoevoer over de verdeelplaat wordt bereikt.

De gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd aan de reactor in het centrale gedeelte van de gasverdeelplaat is groter dan de 25 gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd in het perifere gedeelte van de gasverdeelplaat. Wervelbedreactoren zijn als regel cilindrisch. In dat geval wordt onder een centraal gedeelte verstaan een gedeelte dat het middelpunt omvat en waarvan de 30 oppervlakte gelijk is aan de helft van de oppervlakte van de gasverdeelplaat. Indien de gasverdeelplaat een andere vorm heeft, omvat het centrale gedeelte het 1015200 - 8 - zwaartepunt daarvan. Het perifere gedeelte is hier het gedeelte dat is gelegen tussen de buitenomtrek van het centrale gedeelte en de buitenomtrek van de gasverdeelplaat. Ook van dit perifere gedeeelte is de 5 oppervlakte gelijk aan de helft van de oppervlakte van de gasverdeelplaat. Bij voorkeur en als regel is het centrale gedeelte een cirkel met het middelpunt van de reactor als middelpunt. Het centrale gedeelte kan bijvoorbeeld ook een andere vorm hebben maar bezit bij 10 voorkeur een hoge mate van symmetrie en is dan bijvoorbeeld een regelmatige veelhoek waarvan het zwaartepunt samenvalt met het middelpunt of zwaartepunt van de reactor. Aldus vindt de gastoevoer in een symmetrisch patroon plaats wat de reactor-stabiliteit 15 ten goede komt.

Hiervoor is reeds opgemerkt dat de grenzen waarbinnen de gemiddelde gastoevoersnelheid kan worden gekozen sterk worden bepaald door afmetingen en dichtheid van de in het bed aanwezige polymeerdeeltjes 20 en door de dichtheid en viscositeit van de gasstroom door het bed. Deze kunnen proefondervindelijk worden bepaald en de grenswaarden zijn hiervoor reeds genoemd. In elk van de onderscheiden gedeelten van de gasverdeelplaat in de werkwijze volgens de uitvinding 25 dienen de genoemde grenzen te worden aangehouden.

In de werkwijze volgens de uitvinding is de gemiddelde gastoevoersnelheid gedefinieerd als het quotient van de door een zeker oppervlak van de gasverdeelplaat, uitgedrukt in m2, per seconde 3 0 toegevoerde hoeveelheid gas in m3/s. De verhouding tussen de gemiddelde gastoevoersnelheid in het centrale gedeelte en die in het perifere gedeelte kan zijn 1015200 - 9 - gelegen tussen 40:1 en 1,1 : 1. De meest stabiele bedrijfsvoering wordt verkregen bij verhoudingen gelegen tussen 10 : 1 en 1,1 : 1. Bij voorkeur is deze verhouding gelegen tussen 4:1 en 1,2:1. Deze verhouding 5 wordt bij voorkeur gestuurd door maatregelen die per gedeelte van de gasverdeelplaat de hoeveelheid toegevoerd gas beïnvloeden, bijvoorbeeld door de totale oppervlakte van de gaten in het centrale gedeelte groter te maken dan in het perifere gedeelte. Dit kan 10 bijvoorbeeld door meer doorlaatopeningen en/of grotere doorlaatopeningen aan te brengen in het centrale gedeelte. Ook kunnen de gaten in de onderscheiden gedeelten verschillend van vorm zijn. De totale oppervlakte van de openingen in het centrale gedeelte 15 bedraagt bij voorkeur ten minste 55% en ten hoogste 90% van de totale oppervlakte van de openingen in de gasverdeelplaat. Met meer voorkeur bedraagt dit ten hoogste 80%.

De gastoevoersnelheid hoeft niet hetzelfde 20 te zijn over het gehele oppervlak van de genoemde gedeelten van de gasverdeelplaat. Wel moet steeds zijn voldaan aan de hiervoor gedefinieerde verhouding van de gastoevoersnelheden in elk van de beide gedeelten. Het is evenwel niet noodzakelijk dat de gastoevoersnelheid 25 in een dichter bij het centrum van de reactor gelegen gedeelte van de gasverdeelplaat altijd groter is dan die in een aangrenzend meer in de richting van de reactorwand gelegen gedeelte. In een geschikte uitvoeringsvorm neemt de gastoevoersnelheid vanuit het 30 middelpunt van de gasverdeelplaat in een of meer stappen af naar de wand.

λ r\ λ λ Uit WO-A-94/28032 is tevens bekend om in 1015200 - 10 - een 'condensed mode' proces de vloeistof af te scheiden uit de na afkoeling van de te recycleren gasstroom verkregen twee-fasenstroom en deze vloeistof afzonderlijk van de gasstroom aan de reactor toe te 5 voeren. De daarin beschreven verschillende uitvoeringsvormen en installaties om de vloeistof aan de reactor toe te voeren zijn in de reactor volgens de uitvinding toepasbaar. Dit geldt eveneens voor de daarin geleerde dimensioneringen, debieten en 10 verhoudingen. Bij voorkeur wordt de vloeistof in het wervelbed ingespoten of verneveld, eventueel met behulp van een drijfgas, door een toevoer die komend uit de ruimte onder de gasverdeelplaat uitmondt boven de gasverdeelplaat in het centrale gedeelte daarvan. Op 15 deze wijze is het volgens deze publikatie mogelijk een grotere hoeveelheid vloeistof toe te voeren in verhouding tot de hoeveelheid gas die wordt toegevoerd. Hiermee wordt een nog grotere warmteafvoer mogelijk gemaakt en dus is een hogere polymeerproductie met 20 navenant hogere warmteproductie toelaatbaar. Als maximaal toelaatbare verhouding van de massa van de toegevoerde vloeistof ten opzichte van de massa van de in totaal toegevoerde hoeveelheid gas is in WO-A-94/28032 1,21 genoemd, afgeleid uit een simulatie-25 experiment.

Ook bij toepassing van de karakteristieke kenmerken van de werkwijze volgens de uitvinding in combinatie met de uit WO-A-94/28032 bekende techniek worden de voordelen van de uitvinding bereikt.

30 De werkwijze volgens de uitvinding is eveneens toepasbaar in een reactor waarvan de reactiezone is verdeeld in twee compartimenten door een lOlo^Gu - 11 - in hoofdzaak verticaal verlopende scheidingswand, die zich uitstrekt van een punt gelegen boven de gasverdeelplaat tot een punt gelegen beneden het eindoppervlak. Een zeer geschikte scheidingswand is een 5 verticaal geplaatste buis of koker, bij voorkeur concentrisch met de reactor. De verhouding van de oppervlakten van de doorsnede van de buis of koker en die van het centrale gedeelte van de gasverdeelplaat is bij voorkeur glegen tussen 1,8 : 1 en 1 : 5. Doordat 10 een dergelijke buis of koker geheel is ondergedompeld in het wervelbed treden geen noemenswaardige drukverschillen op over de wand van de buis en kan deze licht van constructie zijn. De buis of koker kan eenvoudig worden opgehangen aan een bovenliggend 15 gedeelte van de reactor, afgesteund op een bodemgedeelte of bevestigd aan de wand van de reactor. In dit verband verschilt een koker van een buis in de vorm van zijn dwarsdoorsnede. Deze is bij een buis gerond van vorm, bijvoorbeeld cirkel- of ellipsvormig, 20 bij een koker meer hoekig, bijvoorbeeld drie- vier-, acht of meerhoekig, al dan niet regelmatig. Koker of buis kunnen cilindrisch zijn maar het is in bepaalde gevallen van voordeel gebleken wanneer deze licht konisch van vorm zijn. De tophoek gevormd door de wand 25 van buis of koker bedraagt ten hoogste 5° en bij voorkeur ten hoogste 2,5°. Zeer geschikt zijn hoeken gelegen tussen 0° en 2°. De verhouding tussen het oppervlak van de radiale doorsnede van de buis of koker en dat van de reactor is gelegen tussen 1:9 en 9:10 en, 30 voor het bereiken van een zo groot mogelijke stabiliteit, bij voorkeur tussen 1:4 en 3:4. In het 1015200 - 12 - geval van een conische buis of koker geldt dit voor de gemiddelde doorsnede daarvan. De onderkant van de buis of koker bevindt zich ten minste 0,1 x de diameter van de reactiezone boven de gasverdeelplaat en bij voorkeur 5 ten hoogste 3 x die diameter. Indien van de opgegeven dimensies wordt afgeweken blijkt het gunstige effect van de aanwezigheid van een verticale scheidingswand af te nemen. De bovenkant bevindt zich ten minste 0,1 x de diameter van de reactiezone onder het einde van die 10 reactiezone en bij voorkeur ten hoogste 2 x die diameter. Gebleken is dat aan de bovenzijde het bed verder mag uitsteken buiten de scheidingswand dan aan de onderzijde. Naarmate de hoogte van de reactiezone toeneemt is een lagere ligging van de bovenzijde van de 15 scheidingswand toelaatbaar.

Een voordeel van de aanwezigheid van een dergelijke scheidingswand is gelegen in het feit dat een bepaalde reactor stabiel is te bedrijven zelfs wanneer de massaverhouding (aan de reactor toegevoerde 20 vloeistof): (aan de reactor toegevoerde hoeveelheid gas) is gelegen boven 2:1 en zelfs boven 4:1. In elk geval is genoemde verhouding ten minste 10% en zelfs meer dan 50% tot zelfs meer dan 100 % hoger dan wanneer de werkwijze in de overeenkomstige reactor zonder 25 scheidingswand wordt uitgevoerd, zonder dat klontering of andere ongewenste neveneffecten optreden. In combinatie met de gunstiger verhouding tussen de toegevoerde hoeveelheid vloeistof en de reactorcapacitiet die in de werkwijze volgens de 30 uitvinding door de nieuwe verdeling van het toegevoerde gas over de gasverdeelplaat kan worden behaald kan een sterk verbeterde opbrengst worden behaald.

1015200 - 13 -

Een bijkomend voordeel van de aanwezigheid van een scheidingswand in combinatie met de gekozen verdeling van de gastoevoer over het oppervlak van de bodemplaat in de reactor volgens de uitvinding is nu de 5 mogelijkheid om de verhouding tussen de hoogte en de diameter van de reactor tot een factor 1,5, 3 en zelfs 4 groter te kiezen dan bij de bekende reactoren en daarin toch een stabiel wervelbed in stand te houden. Dit is van voordeel omdat daardoor het reactievolume 10 vergroot kan worden bij gelijkblijvende diameter, hetgeen bij drukvaten, wat de reactoren zijn, grote constructietechnische voordelen met zich brengt.

De werkwijze volgens de huidige uitvinding is geschikt voor de bereiding van polyolefinen in de 15 gasfase door het polymeriseren van een of mer olefine monomeren, waarvan er ten minste een bij voorkeur etheen of propeen is. Olefinen die de voorkeur hebben in de werkwijze volgens de uitvinding zijn die met 2 tot 8 C-atomen. Ondergeschikte hoeveelheden van 20 olefinen met meer dan 8 C-atomen, bijvoorbeeld met 9 tot 18 C-atomen kunnen echter eveneens desgewenst worden toegepast.

Aldus is het in een voorkeursuitvoering mogleijk om homopolymeren van etheen of propeen, copolymeren van 25 van etheen en propeen en copolymeren van etheen en/of propeen met en of meer C2 - C8 alfa-olefinen.

Alfa-olefinen die de vorkeur hebben zijn etheen, propeen, buteen-1, penteen-1, hexeen-1, 4-methylpenteen-1 en octeen-1. Een voorbeeld van een 30 hoger olefine dat kan worden gecopolymeriseerd met het primaire etheen- of propeenmonomeer, of als gedeeltelijke vervanger van het C2 - C8-monomeer is 101520ο - 14 - deceen-1. Ook diénen zijn gechikt, bijvoorbeeld 1,4-butadieen, 1,6-hexadieen, dicyclopentadieen, ethylideen-norborneen en vinyl-norborneen.

Met de werkwijze volgens de uitvinding 5 kunnen naast homopolymeren van etheen of propeen ook copolymeren van deze twee monomeren worden vervaardigd, evenals comonomeren van deze monomeren tezamen of afzonderlijk met een of meer hogere olefinen en/of diénen. Als katalysator in deze processen kunnen 10 Ziegler-Natta katalysatoren worden toegepast maar ook single-site of multiple-site katalysatoren, bijvoorbeeld metalloceenkatalysatoren. De op zich bekende werkwijzen voor het vervaardigen van genoemde polymeren in een wervelbed reactor kunnen worden 15 toegepast in de reactor volgens de uitvinding, waarbij dan de genoemde voordelen van de uitvinding worden bereikt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een gasverdeelplaat voor een wervelbedreactor voor het 20 polymeriseren van olefinen voorzien van doorstroomopeningen, waarin de totale oppervlakte van de openingen in een centraal gedeelte met een oppervlakte gelijk aan de helft van de totale oppervlakte bij voorkeur ten minste 50% en ten hoogste 25 91% en bij voorkeur ten hoogste 80%, bedraagt van de totale oppervlakte van de openingen in de gasverdeelplaat.

Zoals hiervoor beschreven heeft een dergelijke gasverdeelplaat het onverwachte effect dat 30 de aanwezigheid ervan in een bepaalde wervelbedreactor het mogelijk maakt bij het invoeren van een bepaalde hoeveelheid vloeistof aan de reactor een hogere 1015200 - 15 - opbrengst aan polymeer te verkrijgen dan in het geval de oppervlakte van de doorstroomopeningen gelijkmatig over de gasverdeelplaat zijn verdeeld. Daarnaast maakt de aanwezigheid van de gasverdeelplaat volgens de 5 uitvinding het mogelijk een grotere hoeveelheid vloeistof aan de reactor toe te voeren en/of een reactor met een hogere hoogte/diameterverhouding toe te passen en stabiel te bedrijven.

De verdere karakteristieken en 10 uitvoeringsvormen van de gasverdeelplaat zijn als in het voorafgaande beschreven.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de navolgende Voorbeelden zonder daarteo beperkt te zijn.

15 Voorbeeld I

In een cilindrisch reactorvat met een diameter van 0,85 m en een hoogte (= afstand gasverdeelplaat tot gasuitlaat) van 8,5 meter wordt een fluid bed in stand gehouden met een hoogte van 4,2 m 20 vanaf de gasverdeelplaat. In de gasverdeelplaat zijn doorlaatopeningen aanwezig [grootte??]. Het percentage dat deze openingen vormen van de totale oppervlakte van de gasverdeelplaat neemt stapsgewijs af van het centrum van de gasverdeelplaat naar de wand van de reactor. In 25 een eerste segment dat de vorm heeft van een cirkel waarvan middelpunt ligt op de as van de reactor en met een oppervlakte gelijk aan 1/3 van de oppervlakte van de gasverdeelplaat bedraagt het relatieve aandeel van de openingen 2,25 %, in een daarbuiten gelegen tweede 30 segment dat de vorm heeft van een bij de cirkel aansluitende ring met dezelfde oppervlakte bedraagt dit aandeel 1,5 % en in een derde segment, dat de vorm 1015200 - 16 - heeft van een bij het tweede segment aansluitende ring bedraagt dit aandeel 0,75%. De drie segmenten beslaan aldus het volledige oppervlak van de gasverdeelplaat en hebben onderling gelijke oppervlaktes. De openingen 5 zijn steeds gelijkmatig over de segmenten verdeeld. Omgerekend naar een centraal en een perifeer gedeelte, die elk 50% van het oppervlak van de gasverdeelplaat beslaan, is de verhouding tussen de oppervlakten van de openingen in de twee gedeelten 2:1.

10 Door de gasverdeelplaat wordt een mengsel van propeen (2,16 MPa), waterstof (0,04 MPa) en -stikstof (0,3 MPa) aan de reactor toegevoerd. De reactortemperatuur wordt op 70 °C gehouden. De reactordruk bedraagt 2,5 MPa. De gassnelheid in de drie 15 genoemde segmenten van de gasverdeelplaat bedraagt 0,4, resp. 0,6 en 0,8 m/s. Over de gehele gasverdeelplaat gemiddeld bedraagt de gassnelheid 0,6 m/s.

Een Ziegler-Natta katalysator, geschikt voor het polymeriseren van propeen wordt in het wervelbed 20 ingevoerd door de reactorwand.

Via de gasuitlaat boven in de reactor worden de niet-gereageerde gassen afgevoerd en gekoeld tot een temperatuur waarbij condensatie van voornamelijk propeen optrad. Het gekoelde gas-25 vloeistofmengsel wordt via de bodem weer ingevoerd, aangevuld ter compensatie van de weggereageerde gassen tot de genoemde partiële drukken. De gassamenstelling wordt gecontroleerd met behulp van gaschromatografie. Bij lagere koeltemperaturen wordt meer condensaat 30 gevormd. De reactortemperatuur wordt op peil gehouden door bij toenemende toevoer van condensaat ook meer katalysator toe te voegen, zodat ook meer reactiewarmte 1015200 - 17 - vrijkomt. Het is mogelijk het afgas af te koelen tot 44 °C, waarbij 34% condensaat in het aan de reactor toegevoerde mengsel aanwezig is, alvorens de reactor instabiel wordt door optreden van locale warme en koude 5 plaatsen.

De maximaal haalbare productiesnelheid bedraagt 4,32 ton/m2.h.

Vergelijkend Experiment A

10 Voorbeeld I wordt herhaald met dien verstande dat het relatieve aandeel van de openingen in de gasverdeelplaat over het gehele oppervlak gelijk is en 1,5% bedraagt.

Nu blijkt afkoeling van de afgassen tot 15 slechts 48 °C mogelijk, waarbij 22% condensaat in het aan de reactor toegevoerde mengsel aanwezig is, alvorens de reactor instabiel wordt door optreden van locale warme en koude plaatsen.

De maximaal haalbare productiesnelheid 20 bedraagt 2,64 ton/m2.h.

Voorbeeld II en Vergelijkend Experiment B

Voorbeeld I en Vergelijkend Experiment A worden herhaald met dien verstande dat nu de 25 reactordruk op 2,3 Mpa wordt gehouden door de partiële gasdrukken zoals gegeven in Voorbeeld I elk met een factor 0,92 te verlagen.

De minimaal toelaatbare koeltemperaturen (Tmin), de totale reactordruk (Ptotaai) / de percentages 30 condensaat, de daarmee te behalen warmteafvoer-capaciteit/m2 bodemoppervlak en de productie/m2 bodemoppervlak per uur zijn gegeven in Tabel 1.

ïoiöico - 18 -

Voorbeelden III en IV

Voorbeelden III en IV stemmen overeen met Voorbeeld I resp. II met dit verschil dat 1/3 resp. 3A gedeelte van de N2 wordt vervangen door iso-butaan 5 (Voorbeeld III) resp. iso-pentaan (Voorbeeld IV).

De met de onder Voorbeeld II genoemde overeenkomstige resultaten zijn eveneens weergegeven in Tabel 1.

1015200 * <D £ Ή · H Mg μ -sf o m i> oj r__j ^ K ^ s ** % g £ <J< CN OJ <3< LT)

U 0 ft 4J

U

(U

o > „ M-lg '^'ΦΓΟΗγΗ^ nj\coh(ow)co'f Q) »·*.*.*.**»

4JS (NtHCNHCNCO

ε *· μ (Ö & 4-) <0 (0 ra fi Λ ^ cn u) η n co Ο)0' ro oj m cn n m T3 a

O

U

a\

rH

1 rH

!S(ö in in m m in oi ÜS 04 04 Ol 04 04 O) ft ci ^Q'ifflOI^COi 2 S' u w a) . n h m £ > Η ·8Β,Μ<ΗωΜ" - 11 tt) > ^

rQ

πi

h _I I I I I I I

1015200 * ' - 20 -

Uit de vergelijking van Voorbeelden I en II met de Vergelijkende Experimenten A resp. B is te zien dat door de wijziging van de verdeling van de gastoevoer over de gasverdeelplaat de maximaal 5 toelaatbare hoeveelheid condensaat en daarmee de in de reactor haalbare productie aanmerkelijk toeneemt.

1015200

Claims

1 U υ Λ, u U * - 22 - en van het verkregen condensaat weer aan de reactor wordt toegevoerd.

1. Werkwij ze voor het polymeriseren van een of meer olefine monomeren in een wervelbedreactor, die 5 aan de onderzijde wordt begrensd door een gasverdeelplaat waarin doorlaatopeningen aanwezig zijn, omvattende het toevoeren van een gas aan de reactor door de gasverdeelplaat en het toevoeren van een vloeistof aan de reactor, met het 10 kenmerk, dat de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd aan de reactor in een centraal gedeelte van de gasverdeelplaat, met een oppervlakte die gelijk is aan de helft van de oppervlakte van de gasverdeelplaat, groter is dan 15 de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd in een perifeer gedeelte dat het oppervlak van de gasverdeelplaat beslaat dat buiten het centrale gedeelte is gelegen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de 20 verhouding tussen de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevperd in het centrale gedeelte en in het perifere gedeelte is gelegen tussen 10:1 en 1,1:1.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin de 25 verhouding tussen de gemiddelde snelheid waarmee het gas wordt toegevoerd in het centrale gedeelte en in het perifere gedeelte is gelegen tussen 4:1 en 1,2:1.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, waarin 30 ten minste een deel van het toegevoerde gas uit de reactor wordt afgevoerd en zover afgekoeld dat ten minste een deel van het gas condenseert en waarna ten minste een deel van het afgekoelde gas 1 Π ' f. ·ι

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin het verkregen condensaat aan de reactor wordt 5 toegevoerd door de openingen in de gasverdeelplaat.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin het verkregen condensaat wordt afgescheiden van het afgekoelde gas en afzonderlijk aan de reactor 10 toegevoerd.

7. Gasverdeelplaat voor een wervelbedreactor voor het polymeriseren van een of meer olefinen, voorzien van openingen, waarin de totale oppervlakte van de openingen in een centraal 15 gedeelte met een oppervlakte gelijk aan de helft van de totale oppervlakte ten minste 55% en ten hoogste 90% bedraagt van de totale oppervlakte van de openingen in de gasverdeelplaat.

8. Gasverdeelplaat volgens conlusie 7, waarin de 20 totale oppervlakte van de openingen in een centraal gedeelte met een oppervlakte gelijk aan de helft van de totale oppervlakte ten minste 55% en ten hoogste 80% bedraagt van de totale oppervlakte van de openingen in de 25 gasverdeelplaat.

9. Wervelbedreactor geschikt voor het polymeriseren van en of meer olefine monomeren, die aan de onderzijde wordt begrensd door een gasverdeelplaat volgens conclusie 7 of 8.

10. Toepassing van een wervelbedreactor volgens conclusie 9 voor het polymeriseren van een of meer olefine monomeren. 1015200 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIRCAHE VAN DE NATIONALE AANVRAGE KENMERK VAN DE AANVRAGER OF VAN DE GEMACHTIGDE 3921 NL Nederlands aanvraag nr. Indieningsdatum 1015200 ' 15 mei 2000 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) DSM N.V. Datum van het verzoek voor een onderzoek van Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan internationaal type het verzoek voor een onderzoek van internationaal type “e9e“ndnr· SN 35015 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle dassHicatiesymbolen opgeven) Volgens de internationale classificatie (IPC) lnt.CI.7: C08F2/34 C08F2/01 C08F10/00 B01J8/24 B01J8/44 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte minimum documentatie Classificatiesysteem Class ifïcatiesymboten lnt.CI.7: C08F B01J Onderzochte andere documentatie dan de minimum documentatie, voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen 1 □ GEEN ONDERZOEK MOGELUK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) f/ ,V- □ GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) ^ Form PCT/ISA 201 a (11/2000)