DE69325003T2

DE69325003T2 - Gasverteiler für eine Gasphasen-Polymerisationseinrichtung

Info

Publication number: DE69325003T2
Application number: DE69325003T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Koura; Yoshizumi Sasaki; Kazuyuki Takemura; Kazuki Wakamatsu
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2013-11-30
Also published as: KR940011488A; CA2110140A1; SG43057A1; EP0600414B1; EP0600414A1; KR100345427B1; TW294675B; DE69325003D1; US5381827A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasphasenpolymerisationsvorrichtung mit einem Gasverteiler und einem Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor und ein Gasphasenpolymerisationsverfahren.
Große Verbesserungen, die in den letzten Jahren bei den Eigenschaften von Katalysatoren für die Polymerisation von Olefinen erreicht worden sind, haben die Polymerausbeute pro Einheitsmenge des verwendeten Katalysators erheblich vergrößert, wodurch die Menge des im erzeugten Polymer verbleibenden Übergangsmetall-Katalysators verringert wurde und der Schritt des Entfernens des Katalysators nicht mehr erfolgen muß.
Während die Verfahren zur Polymerisation von Olefinen den Suspensionspolymerisationsprozeß, den Massepolymerisationsprozeß, den Gasphasenpolymerisationsprozeß und dgl. umfassen, ist man durch die Beseitigung des Schritts des Entfernens des Katalysators auf den Gasphasenpolymerisationsprozeß aufmerksam geworden, bei dem auf die Wiedergewinnung des Lösungsmittels und den Reinigungsschritt verzichtet werden kann und der ohne weiteres die Wiedergewinnung des Monomers und die Trocknung des Polymerprodukts gestattet.
Um eine solche Gasphasenpolymerisation stufenlos zu realisieren, werden im allgemeinen Wirbelschichtpolymerisationsreaktoren oder der Reaktortyp mit einem Rührwerk verwendet, in dem ein Olefin oder ein olefinhaltiges Gas der Polymerisation unterworfen wird, während feste Partikel einschließlich Olefinpolymerpartikel und Katalysatorpartikel in einem Wirbelschichtbildungsbereich innerhalb des Reaktors fluidisiert werden. Der Reaktor wird betrieben, indem das Material, der Katalysator und das Polymerisationsgas kontinuierlich zugeführt werden und das Polymerprodukt kontinuierlich abgeführt wird.
Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel einer Gasphasenpolymerisationsvorrichtung mit einem Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor. Die Einrichtung weist einen Polymerisationsreaktor 1, einen im Reaktor angeordneten Gasverteiler 2, einen vom Verteiler 2 abgetrennten und darunter angeordneten Gasraum 3, eine durch einen Katalysator und ein Polymerprodukt gebildete Wirbelschicht 4 über dem Verteiler 2, einen Polymerisationskatalysatorzuführkanal 5, einen Polymerproduktabführkanal 6, einen mit dem Gasraum 3 verbundenen Umlaufgaseinlaß 7, einen mit dem Wirbelschichtbildungsbereich verbundenen Umlaufgasauslaß 8, einen Auffüllmaterialzuführkanal 9 und einen Umlaufgasverdichter 10 auf. Das verwendete Rührwerk ist eine übliche Rührvorrichtung mit Ankerschaufeln, Turbinenschaufeln, Flachplattenschaufeln oder ähnlichen Schaufeln (nicht dargestellt).
EP-A-0 512 147 betrifft eine Gasverteilungsplatte zur Verwendung mit einem Wirbelschichtgasphasenpolymerisator, die aus einer flachen Platte und einer Vielzahl von zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Teilen besteht, die jeweils ein schräges Loch oder eine in ihre Oberfläche geschnittene Wendelnut aufweisen. Jedes Teil paßt in ein Loch in der flachen Platte.
JP-A-1 284 509 offenbart eine Gassprühplatte in einer Dampfphasenpolymerisationsvorrichtung, um zu verhindern, daß sich Klumpen von Polymerpartikeln auf der Gassprühplatte, der Wandoberfläche usw. eines nicht mit einem Rührwerk ausgestatteten Wirbelschichtdampfphasenpolymerisators ablagern, indem Kappen auf den entsprechenden Löchern in der Platte angeordnet werden, so daß das aus den entsprechenden Löchern herausgeblasene Gas einen Wirbel bilden kann.
EP-A-0 088 404 betrifft ein Wirbelschichtreaktorsystem, das aus einem mit einer Verteilungsplatte ausgestatteten zylindrischen Reaktionsgefäß und einem Rührwerk besteht.
JP-A-58-154702 offenbart die Verwendung eines Gasverteilers in dem Gasphasenpolymerisationsreaktor des beschriebenen Typs zur Polymerisation von Olefinen, wobei der Verteiler Löcher und Kappen hat, die die entsprechenden Löcher von oben abdecken und jeweils eine Öffnung in einer Richtung aufweisen, um zu verhindern, daß der Verteiler verstopft wird und Partikel des Polymerprodukts in den Gasraum fallen.
Der oben erwähnte Gasverteiler stößt jedoch auf ein Problem, wenn versucht wird, die Polymerisationskapazität des Reaktors zu erhöhen, weil im Bereich über dem Verteiler und damit im Bereich des Abführkanals 6 das Gas/Feststoff- Verhältnis (Gas (kg) pro Einheitsvolumen/Feststoff (kg) pro Einheitsvolumen) zunimmt, d. h. die Menge des aus der Wirbelschicht abzuführenden Gases nimmt zu, was zu einer verringerten Effizienz beim Abführen des Polymerprodukts aus der Wirbelschicht führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den oben erwähnten Nachteil, der bei der Gasphasenpolymerisationsvorrichtung mit einem Gasverteiler und einem Rührwerk in einem Wirbelschichtreaktor auftritt, zu überwinden und einen Gasverteiler bereitzustellen, der für einen effizienten Austrag des erzeugten Polymers geeignet ist.
Für eine Gasphasenpolymerisationsvorrichtung des beschriebenen Typs sind Untersuchungen an Gasverteilern durchgeführt worden, die Löcher und Kappen aufweisen, die die entsprechenden Löcher von oben abdecken und jeweils eine Öffnung in einer Richtung aufweisen, und es wurde festgestellt, daß es, wenn die Richtung der Öffnung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs liegt, möglich ist, die Verringerung der Polymerproduktaustragseffizienz infolge einer Zunahme des Gas/Feststoff-Verhältnisses im Bereich über dem Verteiler zu verhindern und zu verhindern, daß Polymerpartikel in den Gasraum fallen.
Genauer gesagt stellt vorliegende Erfindung eine Gasphasenpolymerisationsvorrichtung mit einem Gasverteiler und einem mechanischen Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor bereit, wobei der Gasverteiler dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasverteiler Löcher hat, die jeweils mit einer Kappe von oben abgedeckt sind, wobei die Kappe eine Öffnung hat, die in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel von 90 bis 135 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreises nach außen gerichtet ist.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Gasphasenpolymerisationsvorrichtung schematisch darstellt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die einen erfindungsgemäßen Gasverteiler zur Verwendung in Gasphasenpolymerisationsvorrichtungen darstellt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Lochs in dem Verteiler und einer Kappe zur Darstellung der Richtung, in der die Kappe offen ist; und
Fig. 4 ist eine Ansicht im senkrechten Schnitt, die den Aufbau des Lochs und der Kappe darstellt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf eine in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, kann aber innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereichs abgewandelt werden.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Gasverteiler.
Der Verteiler hat Löcher 11, die entsprechend dem Zweck, für den der Verteiler verwendet wird, in geeigneter Weise angeordnet sind. Die Löcher sind beispielsweise auf konzentrischen, in der Mitte des Verteilers zentrierten Kreisen in einer versetzten oder gitterartigen Struktur angeordnet. Der Durchmesser der Löcher, der ebenfalls zweckmäßig festgelegt ist, beträgt üblicherweise etwa 10 bis etwa 30 mm.
Kappen 12 sind am Verteiler befestigt, um die entsprechenden Löcher 11 von oben abzudecken, und haben jeweils eine Öffnung 13, die in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel (Öffnungswinkel) von 90 bis 135 Grad zu einer Tangente eines Kreises, der in der Mitte des im Verteiler verwendeten Reaktors zentriert ist, und von dieser Tangente nach außen gerichtet ist. Der Öffnungswinkel beträgt vorzugsweise etwa 90 bis etwa 120 Grad, mehr bevorzugt etwa 90 bis etwa 100 Grad. Wenn der Öffnungswinkel kleiner als 90 Grad ist, nimmt das Gas/Feststoff-Verhältnis im Bereich über dem Verteiler zu, was zu einer verminderten Polymerproduktaustragseffizienz führt. Wenn der Winkel größer als 135 Grad ist, ist es wahrscheinlich, daß das Polymerprodukt in den Gasraum 3 fällt.
Die äußere Form der Kappe ist nicht spezifisch eingeschränkt, insofern die Kappe geeignet ist, einen glatten Fluidstrom in der Umgebung des Verteilers zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Kappe im senkrechten Schnitt einen kegelförmigen oder stromlinienförmigen Umriß haben. Die Öffnung der Kappe ist in einer im wesentlichen waagerechten Richtung zum Verteiler gerichtet. Die Öffnung hat einen Querschnitt, der üblicherweise gleich dem Querschnitt des Lochs bis zu etwa einem Drittel des Lochquerschnitts ist.
Das durch die Kappen 12 gewährleistete Öffnungsverhältnis des Verteilers, also das Verhältnis des gesamten Querschnitts der Öffnungen aller Kappen 12 zur Gesamtfläche des Verteilers beträgt üblicherweise 1 bis 3,5%, vorzugsweise 1,5 bis 3%, wenngleich es dem Zweck entsprechend verändert werden kann.
Die Kappen 12 können am Verteiler z. B. durch Schweißen oder mit Schrauben befestigt werden, vorzugsweise durch Schweißen.
Der erfindungsgemäße Gasverteiler wird in Gasphasenpolymerisationsvorrichtungen mit einem Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor verwendet. Solche Einrichtungen sind zum Polymerisieren von Olefinen, z. B. von Ethylen oder Propylen, geeignet.
Die mit dem erfindungsgemäßen Gasverteiler ausgestattete Gasphasenpolymerisationsvorrichtung des oben erwähnten Typs wird für die Polymerisation unter Bedingungen verwendet, die je nach dem zu erzeugenden Polymer in geeigneter Weise festgelegt werden. Beispielsweise beträgt der Innendruck des Polymerisationsreaktors üblicherweise 10 bis 30 kg/cm², die Reaktionstemperatur beträgt üblicherweise 50 bis 90ºC, und die Gasdurchflußrate (der Wert, den man erhält, wenn man die Menge des durch den Verteiler zugeführten Gases durch die Querschnittsfläche des Reaktors teilt) beträgt üblicherweise 10 bis 50 cm/s.
Die Verwendung der Vorrichtung des erwähnten und mit dem erfindungsgemäßen Gasverteiler ausgestatteten Typs für die Gasphasenpolymerisation ermöglicht es, das Polymerprodukt aus dem Reaktor effizient auszutragen, ohne daß das Produkt in den Gasraum fallen kann und ohne eine Verringerung im Gas/Feststoff-Verhältnis im Bereich über dem Reaktor, die die Austragseffizienz beeinträchtigen würde.

Beispiel 1

Propylen wurde unter Verwendung einer Vorrichtung polymerisiert, die einen Reaktor aufwies, in den ein Rührwerk und ein Gasverteiler eingebaut waren. Der Gasverteiler hatte Löcher und Kappen, die die entsprechenden Löcher bedeckten und jeweils einen stromlinienförmigen Umriß im senkrechten Schnitt und eine Gasaustrittsöffnung hatten, die in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel von 90 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreises und von dieser Tangente nach außen gerichtet war. Die Polymerisation wurde bei einem Innendruck von 18 kg/cm² über dem atmosphärischen Druck, einer Temperatur von 75ºC und einer Gasdurchflußrate von 15 oder 18 cm/s durchgeführt. Nach der Stabilisierung des Polymerisationssystems wurde die Menge des entnommenen Gases gemessen, um das Gas/Feststoff-Verhältnis zu bestimmen. Die Menge des entnommenen Gases wurde gemessen, indem der Gasauslaß des Reaktors an einen Behälter angeschlossen und der Anstieg des Innendrucks des Behälters sowie die Menge des während der Entnahme ausgetragenen Pulvers gemessen wurden, worauf eine Berechnung folgte. Der Druckunterschied zwischen dem Behälter und dem Reaktor wurde auf 18 kg/cm² eingestellt. Das erzeugte Polymer hatte eine Schüttdichte von 0,420, und das Gas/Feststoff-Verhältnis betrug 0,126 bei der Gasdurchflußrate von 15 cm/s oder 0,130 bei der Gasdurchflußrate von 18 cm/s. Nach der Bestimmung des Gas/Feststoff- Verhältnisses wurde die Polymerisation abgebrochen, und der Gasraum unter dem Verteiler wurde auf hineingefallenes Polymerprodukt überprüft, wobei kein hineingefallenes Polymer im Gasraum gefunden wurde. Das Polymer wurde effizient abgeführt.

Beispiel 2

Propylen wurde unter Verwendung einer Vorrichtung polymerisiert, die einen Reaktor aufwies, in den ein Rührwerk und ein Gasverteiler eingebaut waren. Der Gasverteiler hatte Löcher und Kappen, die die entsprechenden Löcher bedeckten und jeweils einen stromlinienförmigen Umriß im senkrechten Schnitt und eine Gasaustrittsöffnung hatten, die in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel von 100 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreises und von dieser Tangente nach außen gerichtet war. Die Polymerisation wurde bei einem Innendruck von 18 kg/cm² über dem atmosphärischen Druck, einer Temperatur von 75ºC und einer Gasdurchflußrate von 15 oder 18 cm/s durchgeführt. Nach der Stabilisierung des Polymerisationssystems wurde die Menge des entnommenen Gases gemessen, um das Gas/Feststoff-Verhältnis auf die gleiche Weise wie oben zu bestimmen. Der Druckunterschied zwischen dem Behälter und dem Reaktor wurde auf 18 kg/cm² eingestellt. Das gewonnene Polymer hatte eine Schüttdichte von 0,420, und das Gas/Feststoff-Verhältnis betrug 0,123 bei der Gasdurchflußrate von 15 cm/s oder 0,130 bei der Gasdurchflußrate von 18 cm/s. Nach der Bestimmung des Gas/Feststoff-Verhältnisses wurde die Polymerisation abgebrochen, und der Gasraum unter dem Verteiler wurde auf hineingefallenes Polymerprodukt überprüft, wobei kein hineingefallenes Polymer im Gasraum gefunden wurde. Das Polymer wurde effizient abgeführt.

Vergleichsbeispiel 1

Propylen wurde unter Verwendung einer Vorrichtung polymerisiert, die einen Reaktor aufwies, in den ein Rührwerk und ein Gasverteiler eingebaut waren. Der Gasverteiler hatte Löcher und Kappen, die die entsprechenden Löcher bedeckten und jeweils einen stromlinienförmigen Umriß im senkrechten Schnitt und eine Gasaustrittsöffnung hatten. Die Richtung der Gasaustrittsöffnungen war im wesentlichen waagerecht und in einem Winkel von bis zu ±20 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreises. Die Polymerisation wurde bei einem Innendruck von 18 kg/cm² über dem atmosphärischen Druck, einer Temperatur von 75ºC und einer Gasdurchflußrate von 19,3 cm/s durchgeführt. Nach der Stabilisierung des Polymerisationssystems wurde die Menge des entnommenen Gases gemessen, um das Gas/Feststoff-Verhältnis auf die gleiche Weise wie oben zu bestimmen. Der Druckunterschied zwischen dem Be hälter und dem Reaktor wurde auf 9 kg/cm² eingestellt. Das erzeugte Polymer hatte eine Schüttdichte von 0,420 und ein Gas/Feststoff-Verhältnis von 0,190.

Claims

1. Gasphasenpolymerisationsvorrichtung mit einem Gasverteiler (2) und einem mechanischen Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor (1), wobei der Gasverteiler (2) dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verteiler Löcher (11) hat, die jeweils mit einer Kappe (12) von oben abgedeckt sind, wobei die Kappen eine Öffnung haben, die in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel von 90 bis 135 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreises und von dieser Tangente nach außen gerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für ein Olefin.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Olefin Ethylen oder Propylen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Richtung der Öffnung in einem Winkel von 90 bis 120 Grad zur Tangente ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Richtung der Öffnung in einem Winkel von 90 bis 100 Grad zur Tangente ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kappe (12) einen kegelförmigen oder stromlinienförmigen Umriß im senkrechten Schnitt hat.

7. Gasphasenpolymerisationsverfahren mit dem Schritt des Bereitstellens eines Gasverteilers (2) mit Löchern (11), die jeweils durch eine Kappe (12) von oben abgedeckt sind, und einem Rührwerk in einem Wirbelschichtpolymerisationsreaktor (1), gekennzeichnet durch das Ausstoßen von Gas durch die Löcher des Verteilers in einer im wesentlichen waagerechten Richtung in einem Winkel von 90 bis 135 Grad zu einer Tangente eines in der Mitte des Reaktors zentrierten Kreis und von dieser Tangente nach außen, wobei die Tangente in die Richtung des durch das Rührwerk verursachten kreisförmigen Stroms gerichtet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Gas in einem Winkel von etwa 90º bis etwa 120º zur Tangente ausgestoßen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Gas in einem Winkel von etwa 90º bis etwa 100º zur Tangente ausgestoßen wird.