DE2752354B2 - Catalyst for the polymerization of ethylene, its manufacture and use - Google Patents
Catalyst for the polymerization of ethylene, its manufacture and useInfo
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Description
In der US-PS 3 780011 wurden ein Katalysator und ein Verfahren beschrieben, gemäß dem die Herstellung eines Katalysators in der Weise erfolgt, daß manIn US Pat. No. 3,780,011, a catalyst and described a process according to which the preparation of a catalyst is carried out in such a way that one
ίο ein Gemisch aus einem Träger, wie Siliciumdioxid, und Chromtrioxid mit einem Ester des Titans, Bors oder Vanadins oder Gemischen derselben behandelt, wobei das entstandene Gemisch zum Fließbett aufgewirbelt und das Bett dann mit einem trockenen Gas,ίο a mixture of a carrier, such as silicon dioxide, and chromium trioxide treated with an ester of titanium, boron or vanadium or mixtures thereof, the resulting mixture being whirled up to form a fluidized bed and then the bed with a dry gas,
das Sauerstoff enthält, bei erhöhten Temperaturen aktiviert wird. Dieser Katalysator ist zur Herstellung von Polyolefinen und insbesondere von Polyäthylen mit regelbaren viskoelastischen Eigenschaften technisch brauchbar. Ist der Ester ein Borsäureester, danncontaining oxygen, is activated at elevated temperatures. This catalyst is for manufacture of polyolefins and in particular of polyethylene with adjustable viscoelastic properties technically useful. If the ester is a boric acid ester, then
ist die Aktivität des Katalysators bezüglich der Äthylenpolymerisation zwar technisch befriedigend, sollte aber wünschenswerterweise höher sein, und das Polyäthylen selbst weist eine enge Molekulargewichtsverteilung auf.is the activity of the catalyst with respect to ethylene polymerization technically satisfactory, but should desirably be higher, and the polyethylene itself has a narrow molecular weight distribution.
In Weiterentwicklung des Verfahrens der US-PS 3780011 wird der Katalysator der vorliegenden Erfindung dadurch gewonnen, daß man zunächst - wie bei diesem bekannten Verfahren - ein Gemisch aus (a) einem porösen und aus Siliciumdioxid, Alumini-In a further development of the process of US Pat. No. 3,780,011, the catalyst of the present invention becomes obtained by first - as in this known process - a mixture of (a) a porous and made of silicon dioxide, aluminum
umoxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid und bzw. oder Gemischen dieser Oxide bestehenden Träger, (b) einer Chromverbindung und (c) einem Borsäurealkylester mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe oder einem Borhalogenid in solcher Mengeumoxid, zirconium dioxide, thorium dioxide and / or mixtures of these oxides consisting of carriers, (b) a chromium compound and (c) an alkyl boric acid having 1 to 7 carbon atoms in the alkyl group or a boron halide in such amount
bildet, daß das genannte Gemisch 0,1 bis 10 Gew.% Bor und 0,5 bis 10 Gew.% Chrom enthält, und man das so erhaltene Gemisch im Fließbettzusland mit einem oxydierenden Gas bei einer erhöhten Temperatur aktiviert. Gemäß der Lehre der vorliegenden Er-forms that said mixture 0.1 to 10 wt.% Boron and 0.5 to 10 wt.% Chromium, and the mixture thus obtained in the fluidized bed addition with a oxidizing gas activated at an elevated temperature. According to the teaching of the present
4(i findung wird nun vor dieser Aktivierungsstufe das genannte Gemisch im Fließbettzustand bei einem im wesentlichen trockenen, reduzierenden Gas behandelt. 4 (i will now find the said mixture treated in the fluidized bed state with a substantially dry, reducing gas.
Bei der vorliegenden Erfindung besitzt der Kataly-In the present invention, the catalyst has
4> sator, der Bor und daneben Chrom enthält, eine sehr stark erhöhte Aktivität und er liefert immer noch Polyäthylene mit einer engen Molekulargewichtsverteiiung. 4> sator, which contains boron and also chromium, a very great deal greatly increased activity and it still provides polyethylene with a narrow molecular weight distribution.
Der poröse Träger besteht, wie beim KatalysatorThe porous support is the same as in the case of the catalyst
ι« der genannten US-PS, aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid und bzw. oder Gemischen dieser Oxide. Dieser Träger wird mit einer Chromverbindung, wie Chromtrioxid, Chrominitrat, Ammoniumchromat oder einem Organochromat, das mit dem Borsäureester, der später zugesetzt wird, reaktionsfähig ist, vermischt.ι «of the mentioned US-PS, made of silicon dioxide, aluminum oxide, Zirconium dioxide, thorium dioxide and / or mixtures of these oxides. This carrier comes with a chromium compound such as chromium trioxide, chromium nitrate, ammonium chromate or an organochromate, which is reactive with the boric acid ester, which is added later.
Im einzelnen wird das Gemisch dann vorzugsweise zunächst getrocknet, und zwar dadurch, daß man es zu einem Fließbett mit einem Gas aufwirbelt, welchesIn detail, the mixture is then preferably first dried by the fact that it is to a fluidized bed with a gas fluidized which
Wi gegenüber dem Bett und seinen Ingredienzien inert ist, und während dieser Zeit wird es auf eine erhöhte Temperatur erhitzt. Danach wird der genannte Borsäurealkylester mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe oder ein Borhalogenid in das chromhal-Wi inert towards the bed and its ingredients is, and during this time it is heated to an elevated temperature. Thereafter, said boric acid alkyl ester with 1 to 7 carbon atoms in the alkyl group or a boron halide in the chromium halide
h"i tige Bett in solcher Menge eingeführt, daß ein Gehalt von 0,1 bis K) Gew.'i Bor gewährleistet ist. Der Katalysator wird dann erfindungsgemäß dadurch aktiviert, daß man das genannte· Bett zunächst mit einempermanent bed introduced in such an amount that a content of 0.1 to K) wt. i boron is ensured. The catalyst is then activated according to the invention characterized in that said first · bed with a
im wesentlichen trockenen, reduzierenden Gas zum Fließbettzustand aufwirbelt und ihn in diesem Zustand mit dem genannten Gas bei einer zwischen 600 und 900° C liegenden Temperatur behandelt. Zum Schluß wird das Katalysatorbett gleichfalls in einem zum Fließbett aufgewirbelten Zustand bei etwa der gleichen Temperatur mit einem oxydierenden Gas behandelt substantially dry, reducing gas is fluidized to the fluidized bed state and it is in that state treated with said gas at a temperature between 600 and 900 ° C. To the Finally, the catalyst bed is also in a fluidized bed state at about treated with an oxidizing gas at the same temperature
Unter den genannten Bedingungen tritt der Borsäureester mit dem Chromoxid unter Bildung einer Chrom-Bor-Verbindung in Reaktion, und es bildet sich durch das Erhitzen und die Anwesenheit des reduzierenden Gases bei der genannten höheren Temperatur eine Bor-Chrom-Träger(z. B. Siliciumdioxid)-Verbindung. Die Schlußbehandlung mit einem oxydierenden Gas, wie Luft, bei der erhöhten Temperatur erfolgt während einer sehr kurzen Zeit, um die Ingredienzien des Bettes zu oxydieren, wonach das Bett in einer inerten Atmosphäre heruntergekühlt wird. Der so Hergestellte Katalysator ist bei der Polymerisation von Äthylen wirksam und erzeugt Polyäthylene mit sehr enger Molekulargewichtsverteilung, und die Aktivität eines solchen Katalysators ist gegenüber der des gleichen Katalysators, der nicht die erfindungsgemäß vorgeschriebene Modifikation und Aktivierung erfahren hat, außerordentlich stark erhöht.The boric acid ester occurs under the conditions mentioned reacts with the chromium oxide to form a chromium-boron compound, and it forms due to the heating and the presence of the reducing gas at the said higher temperature a boron-chromium carrier (e.g. silicon dioxide) compound. The final treatment with an oxidizing gas such as air at the elevated temperature takes place during a very short time to oxidize the ingredients of the bed, after which the Bed is cooled down in an inert atmosphere. The catalyst thus prepared is in the process of polymerization effective of ethylene and produces polyethylene with a very narrow molecular weight distribution, and the activity of such a catalyst is opposite to that of the same catalyst other than that of the present invention has undergone prescribed modification and activation, extremely greatly increased.
Die Temperatur der Aktivierung und der oxydierenden Schlußstufe liegt zwischen 600 und 900° C. Die Gesamtdauer der Aktivierung und der anschließenden oxydierenden Behandlung kann vorteilhafterweise 1 Minute bis zu 48 Stunden betragen.The temperature of the activation and the final oxidizing stage is between 600 and 900 ° C. The total duration of the activation and the subsequent oxidizing treatment can be advantageous 1 minute to 48 hours.
Nachdem die Aktivierung erfolgt ist, kann der Katalysator unmittelbar in einem Polymerisationsprozeß verwendet werden, oder er kann unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen gelagert werden, bis seine Verwendung gewünscht wird. Der Polymerisationsprozeß besteht einfach darin, daß man das Äthylen-Monomere mit einer katalytisch wirksamen Menge des Katalysators in Gegenwart oder Abwesenheit von Verdünnungs- oder Lösungsmitteln, die als brauchbar bekannt sind, in Kontakt bringt. Der Polymerisationsprozeß kann unter an sich bekannten Temperatur-, Druck- u. dgl. Bedingungen durchgeführt werden. Die Polymerisation kann in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffs durchgeführt werden, der unter den Reaktionsbedingungen flüssig ist und lediglich als Verdünnungsmittel, nicht jedoch als Lösungsmittel für das Polyäthylen unter den angewendeten Reaktionsbedingungen wirkt. Zu den bevorzugt in Frage kommenden Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmitteln gehören die Paraffine einschließlich der Cycloparaffine und insbesondere Paraffine und Cycloparaffine mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen. Als geeignete Vertreter von Verdünnungsmitteln. sind Propan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, 2,2,4-Trimethylpentan, Cyclohexan und Methylcyclohexan anzuführen.After activation has taken place, the catalyst can be used immediately in a polymerization process or it can be stored under substantially anhydrous conditions until its use is desired. The polymerization process consists simply of getting the ethylene monomer with a catalytically effective amount of the catalyst in the presence or absence of diluents or solvents known to be useful. The polymerization process can be carried out under known temperature, pressure and similar conditions will. The polymerization can be carried out in the presence of a hydrocarbon which is liquid under the reaction conditions and only as a diluent, but not as a solvent acts for the polyethylene under the reaction conditions used. Among the preferred in Hydrocarbon diluents in question include the paraffins including the cycloparaffins and especially paraffins and cycloparaffins with 3 to 12 carbon atoms. As a suitable representative of diluents. are Propane, isobutane, n-pentane, isopentane, neopentane, 2,2,4-trimethylpentane, cyclohexane and methylcyclohexane to cite.
Der auf diese Weise hergestellte Katalysator kann dann dazu verwendet werden, um die Polymerisation von Äthylen bei den üblichen Temperaturen von z. B. 30° C oder weniger bis herauf zu 200° Coder darüber katalytisch zu beschleunigen.The catalyst prepared in this way can then be used for the polymerization of ethylene at the usual temperatures of z. B. 30 ° C or less up to 200 ° C or above accelerate catalytically.
Gemäß der obenerwähnten, bevorzugt in Frage kommenden Ausführungsform des Verfahrens wird das die Chromverbindung enthaltende Bett getrocknet, ehe der Borsäureester zugegeben wird, z. B. vermittels Trocknen im Fließbettzustand mit einem Gas bei einer Trocknungstemperatur von 100° C. DerAccording to the above-mentioned preferred embodiment of the method the bed containing the chromium compound is dried before the boric acid ester is added, e.g. B. mediating Drying in the fluidized bed state with a gas at a drying temperature of 100 ° C. The
Borsäureester wird erst dann, wie angegeben, zugesetzt, und dieser Ester kann irgendein Vertreter der Gruppe der Alkylborate sein, beispielsweise Isopropylborat, Trimethylborat und dergleichen.Boric acid ester is only then added as indicated, and this ester can be any representative of the Be a group of the alkyl borates, for example isopropyl borate, trimethyl borate and the like.
Das reduzierende Gas, das in der Aktivierungsstufe vor der zum Schluß erfolgenden oxydierenden Behandlung verwendet wird, kann zweckmäßigerweise ein Gemisch aus Stickstoff und Kohlenmonoxid sein, das wenigstens 1 Gew.% Kohlenmonoxid enthält.The reducing gas used in the activation stage before the final oxidizing treatment is used, can conveniently be a mixture of nitrogen and carbon monoxide, which contains at least 1% by weight of carbon monoxide.
Die Polymerisation des Äthylens mit dem hochaktiven Katalysator der vorliegenden Erfindung kann nach Art eines Suspensionsverfahrens, Lösungsverfahrens oder eines Gasphasen-Verfahrens erfolgen. Die Aktivität dieses Katalysators ist größer als die derThe polymerization of ethylene with the highly active catalyst of the present invention can be carried out in the manner of a suspension process, solution process or a gas phase process. The activity of this catalyst is greater than that of the
is borhaltigen Katalysatoren, die nach der Arbeitsweise der obenerwähnten US-PS 3780011 gewonnen worden sind. Das so entstandene Polyäthylen, das eine enge Molekulargewichtsverteilung aufweist, eignet sich zur Herstellung von Filmen, hitzeformbaren Gegenständen und dergleichen mehr.is boron-containing catalysts, according to the working method of the aforementioned U.S. Patent 3,780,011. The resulting polyethylene, one Has a narrow molecular weight distribution, is suitable for the production of films, heat-moldable articles and the like.
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Ihnen wird zunächst ein Vergleichsversuch vorangestellt, bei dem der Katalysator nach der Vorschrift der obengenannten US-PS 3870011 hergestellt worden ist.The following examples are intended to explain the invention in more detail. You will first be preceded by a comparative test in which the catalyst after the provision of the aforementioned US-PS 3870011 has been made.
VergleichsversuchComparative experiment
Bei diesem Vergleichsversuch wurde der Katalysator in der Weise hergestellt, daß man ein GemischIn this comparative experiment, the catalyst was prepared by making a mixture
JO aus Siliciumdioxid, Chromtrioxid und Isopropylborat bildete mit der Maßgabe, daß es einen Borgehalt von 2% und einen Chromgehalt von 1% aufwies. Dieses Gemisch wurde dann in Luft 5 Stunden lang bei 610° C aktiviert. Dieser Katalysator, der dem borhaltigen Katalysator der obenerwähnten US-PS 3780011 entspricht, lieferte bei seiner Verwendung zur Polymerisation von Äthylen unter einem Druck von 38,7 kg/cm2 und unter Verwendung von Isobutan als Verdünnungsmittel und Einhaltung einer Reaktionstemperatur von 106° C Polyäthylen und zeigte hierbei eine Reaktivität von 1094 g Polyäthylen/g Katalysator/Stunde.JO formed from silicon dioxide, chromium trioxide and isopropyl borate provided that it had a boron content of 2% and a chromium content of 1%. This mixture was then activated in air for 5 hours at 610 ° C. This catalyst, which corresponds to the boron-containing catalyst of the abovementioned US Pat. No. 3,780,011, when used for the polymerization of ethylene under a pressure of 38.7 kg / cm 2 and using isobutane as the diluent and maintaining a reaction temperature of 106 ° C., produced polyethylene and showed a reactivity of 1094 g polyethylene / g catalyst / hour.
In den folgenden Beispielen, weiche die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung erläutern, wurden der gleiche Borsäureester und das gleiche Chromdioxid wie oben und ebenso Siliciumdioxid als Träger verwendet, und zwar in solchen Mengen, daß in demThe following examples, which illustrate the operation of the present invention, have been made the same boric acid ester and chromium dioxide as above and also silicon dioxide as a carrier used in such amounts that in the
>o erhaltenen Mischungsbett der Borgehalt 1,5% und der Chromgehalt 1% betrugen. Dieses Gemisch wurde in der Weise aktiviert, daß man es 5 Stunden lang bei 610° C mit einem aus 7% Kohlenmonoxid und 93% Stickstoff bestehenden, reduzierenden GasThe resulting mixed bed had a boron content of 1.5% and a chromium content of 1%. This mixture was activated in such a way that it was treated with a 7% carbon monoxide at 610 ° C. for 5 hours and 93% nitrogen, reducing gas
μ zum Fließbett aufwirbelte. Nach Ablauf dieser Zeit wurde der Strom des reduzierenden Gases abgeschaltet und an dessen Stelle bei der gleichen Temperatur von 610° C 30 Minuten lang Luft hindurchgeblasen. Nach Beendigung dieser Stufe wurde der Luftstromμ whirled up to the fluidized bed. After this time has elapsed the flow of the reducing gas was switched off and in its place at the same temperature air blown through at 610 ° C for 30 minutes. Upon completion of this stage, the air flow ceased
bo abgestellt und Stickstoff durchgeleitct, und der Katalysator wurde mit Stickstoff heruntergekühlt. Unter den gleichen Polymerisationsbedingungen wie im obigen Vergleichsversuch wies der erfindungsgemäße Katalysator eine Reaktivität von 1788 g Polyäthy-bo turned off and nitrogen passed through, and the catalyst was cooled down with nitrogen. Under the same polymerization conditions as in the above Comparative experiment, the catalyst according to the invention had a reactivity of 1788 g of polyethylene
hi len/g Katalysator/Stunde auf.hi len / g catalyst / hour.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wurde ein Katalysator nach derExample 2
In this example, a catalyst was used according to the
eitsweise des Beispiels 1 hergestellt, jedoch mit Abänderung, daß der Borgehalt auf dem Silicium- ;id-Träger 2% und der Chromgehalt 1% betrug. >es Gemisch wurde gleichfalls im Fließbettzustand unden lang bei 620° C mit einem reduzierenden aktiviert, das aus 7% Kohlenmonoxid und 93% istoff bestand. Nach Ablauf dieser Zeit wurde der m des reduzierenden Gases abgeschaltet und an dessen Stelle bei der gleichen Temperatur weitere 30 Minuten lang Luft hindurchgeblasen. Danach wurde der Luftstrom abgeschaltet, Stickstoff eingeleitet und der Katalysator heruntergekühlt. Unter den gleichen Polymerisationsbedingungen, d. h. bei einer Reaktionstemperatur von 105° C, betrug die Reaktivität des Katalysators dieses Beispiels 1908 g Polyäthylen/g Katalysator/Stunde.Either of Example 1 produced, but with the modification that the boron content on the silicon ; id carrier was 2% and the chromium content was 1%. > The mixture was also in the fluidized bed state and activated for a long time at 620 ° C with a reducing agent consisting of 7% carbon monoxide and 93% istoff consisted of. After this time, the meter of the reducing gas was switched off and on air blown through it for another 30 minutes at the same temperature. Thereafter the air flow was switched off, nitrogen was introduced and the catalyst was cooled down. Under the same polymerization conditions, d. H. at a reaction temperature of 105 ° C, the reactivity was of the catalyst of this example 1908 g polyethylene / g Catalyst / hour.
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