JP3216930B2 - オレフィン類の気相重合法 - Google Patents

オレフィン類の気相重合法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気相法によりオレフィ
ンを重合する際の運転法に関する。更に詳しくは、気相
流動床を用いてα−オレフィンを重合または共重合する
際に、重合の初期におけるシート状ポリマーの発生を減
少し、不安定な重合反応を防止するための運転開始方法
に関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】気相流動床を用いてα
−オレフィンの重合を行う場合には、重合の初期におい
て、シート状のポリマーが生成し、ポリマー抜き出し口
やその下流の配管等を閉塞し、実質上重合反応を継続す
ることが不可能になる場合がある。なお、定常反応に移
行した後には、シート状ポリマーは一般に生成し難い。
従って、シート状ポリマーの生成原因は、重合開始後、
定常状態に至るまでの間に、系内の何らかの条件が定常
時と大きく異なることによると考えられる。
【0003】重合の初期には、シート状ポリマーが生成
するばかりでなく、重合自体がきわめて不安定である。
特に、安定した状態にある定常時に比べて、生成するポ
リマーの嵩密度が減少する場合がある。気相流動床を用
いる重合反応において、生産性に影響を与える因子の1
つはポリマーの嵩密度である。生産性は、所定の反応部
体積において、単位時間にどれだけの重量のポリマーを
生成し得るかによって決まるため、嵩密度が増大すれば
生産性は向上する。従って、重合の初期から定常時と同
じ嵩密度を維持することが好ましい。また、製品ポリマ
ーは間欠的に抜き出されるが、1回に抜き出されるポリ
マーの量は所定の体積と定められている。ポリマーの嵩
密度が減少すると、抜き出される際のガス中のポリマー
粒子の量が低下するため、所定体積量のポリマーと共に
排出される同伴ガスの量が増加する。同伴ガスは未反応
ガスであり、窒素、エチレン等を含むが、窒素とエチレ
ンとを分離してエチレンを回収することは困難である。
従って、嵩密度を重合初期から安定時の値に維持するこ
とができれば、上記抜き出し時における未反応ガスの同
伴量を低減することができ、経済性は向上する。以上の
ように、重合初期において生成するポリマーの嵩密度の
低下を防止することにより、生産性を向上させ、経済性
を高めることができる。
【0004】また、重合の初期においては、所定のガス
量比で水素を供給しているにもかかわらず、得られるポ
リマーのMFR(メルトフローレート)が定常時のポリ
マーのMFRと異なる場合がある。すなわち、水素の分
子量調節機能が異常を示す現象が見られる。このような
現象が起こると、所定の物性を有するポリマーを得るこ
とが実質的に困難であり、ガス組成を変更して、得られ
たポリマーのMFRを測定し、ガス組成にフィードバッ
クするという試行錯誤を繰り返すことが必要となる。し
かし気相流動床反応器の場合には、ポリマー粒子の滞留
時間が一般に数時間に及ぶため、反応器内のポリマー全
体が新しい性状のものに置換されるまで長時間を要す
る。従って、重合初期におけるMFRが正常に保たれれ
ば、オフスペックあるいは二級品のポリマーを生産する
ことなく、定常時の生産を開始することができて生産性
は向上する。
【0005】本発明は、上記のような気相流動床反応器
を用いるオレフィン重合の初期におけるシート状ポリマ
ーの生成、ポリマーの嵩密度の低下およびMFRの低下
等の問題を解決して、生産性の高い運転方法を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的に沿って鋭意検討した結果、重合のはじめに、定常時
の触媒の供給を開始する前に、固定触媒成分と組み合わ
せて使用される有機アルミニウム化合物のみを反応器内
に供給しておくことにより、シート状ポリマーの生成を
抑制し、かつその他重合特性の定常状態からの逸脱を抑
制し得ることを見出して本発明に到達した。すなわち本
発明は、少なくともチタンおよび/またはバナジウムな
らびにマグネシウムを含有する固体触媒成分と有機アル
ミニウム化合物とからなる触媒を反応器へ供給し、気相
状態で定常的にオレフィンの重合または共重合を開始さ
せる方法において、はじめに反応器内に種ポリマーを充
填した後、(I) 反応器内に挿入した長短温度計の指示
値の差(ΔT)が急激に減少を示すまで有機アルミニウ
ム化合物を反応器内に供給し、更に(II)次式(1)に
より求められる量の有機アルミニウム化合物を反応器内
に供給し A=0.044×V2/3 + aW (1) (ここで、Aは有機アルミニウム化合物の供給量(mo
l)、Vはガス循環配管を含む全系の体積(m3)、Wは
種ポリマーの重量(ton)およびaは0〜89の範囲の
係数(mol/ton)を表す。)、その後、(III)固体触媒
成分と有機アルミニウム化合物とを更に供給しつつ反応
を開始することを特徴とするオレフィン類の気相重合法
を提供するものである。
【0007】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明で使用する気相流動床とは、実質的に気−固系で運
転される流動床系および撹拌床系をすべて包含し、撹拌
機を有するものまたは有しないもののいずれでもよい。
【0008】本発明で用いるオレフィン類としては、通
常炭素数2〜8、好ましくは2〜6のオレフィン、例え
ば、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−
1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1等のα−オ
レフィンが挙げられる。これらは単独(ホモ)重合また
は2種以上の適宜の混合割合による共重合を行うことが
できる。共重合の組み合わせとしては、例えばエチレン
/プロピレン、エチレン/ブテン−1、エチレン/ヘキ
セン−1、エチレン/4−メチルペンテン−1等のエチ
レンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合、プ
ロピレンとブテン−1との共重合、およびエチレンと他
の2種以上のα−オレフィンとの共重合等が挙げられ
る。また、ポリオレフィンの改質を目的としてジエンと
の共重合も可能である。このようなジエンとしては、
ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、エチリデンノルボ
ルネン、ジシクロペンタジエン等が例示される。反応系
へのオレフィン類の供給は、好ましくは適宜の不活性キ
ャリアーガス、例えば窒素と共に供給することができ
る。
【0009】上記オレフィン類の重合に使用する触媒と
しては、少なくともチタンおよび/またはバナジウムな
らびにマグネシウムを含有する固体触媒成分と有機アル
ミニウム化合物とからなるものを用いる。少なくともチ
タンおよび/またはバナジウムならびにマグネシウムを
含有する固体触媒成分としては、オレフィン重合用触媒
として従来公知のチーグラー系触媒に用いられるチタン
およびマグネシウムを含有する固体触媒成分、バナジウ
ムおよびマグネシウムを含有する固体触媒成分またはチ
タン、バナジウムおよびマグネシウムを含有する固体触
媒成分等を使用することができる。
【0010】上記固体触媒成分としては、例えば金属マ
グネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、
酸化マグネシウム、塩化マグネシウム等、またケイ素、
アルミニウム、カルシウムから選ばれる元素とマグネシ
ウム原子とを含有する複塩、複酸化物、炭酸塩、塩化物
あるいは水酸化物等、更にこれらの無機固体化合物を含
酸素化合物、含硫黄化合物、芳香族炭化水素、ハロゲン
含有物質で処理しまたは反応させたもの等のマグネシウ
ムを含む無機固体化合物に、チタン化合物および/また
はバナジウム化合物を公知の方法により担持させたもの
が挙げられる。
【0011】上記含酸素化合物としては、例えば水;ポ
リシロキサン;アルコール、フェノール、ケトン、アル
デヒド、カルボン酸、エステル、酸アミドなどの有機含
酸素化合物;金属アルコキシド;金属のオキシ塩化物な
どの無機含酸素化合物を例示することができる。含硫黄
化合物としては、チオール、チオエーテル等の有機硫黄
化合物あるいは二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫酸等の無機
硫黄化合物が挙げられる。また芳香族炭化水素として
は、ベンゼン、トルエン、キシレン、アントラセン、フ
ェナントレン等の各種単環または多環芳香族炭化水素を
例示することができる。ハロゲン含有物質としては、塩
素、塩化水素、金属塩化物、有機ハロゲン化物等が挙げ
られる。
【0012】前記のチタン化合物としては、チタンのハ
ロゲン化物、アルコキシハロゲン化物、アルコキシド、
ハロゲン化酸化物等を挙げることができる。これらのう
ち、4価のチタン化合物と3価のチタン化合物が好適で
あり、4価のチタン化合物としては、具体的には一般式
Ti(OR)n4-n(ここで、Rは炭素数1〜20のアル
キル基、アリール基またはアラルキル基等の炭化水素基
を示し、Xはハロゲン原子を示す。nは0≦n≦4の範
囲の数である。)で示されるものが好ましく、具体的に
は四塩化チタン、四臭化チタン、四ヨウ化チタン、モノ
メトキシトリクロロチタン、ジメトキシジクロロチタ
ン、トリメトキシモノクロロチタン、テトラメトキシチ
タン、 モノエトキシトリクロロチタン、 ジエトキシジ
クロロチタン、トリエトキシモノクロロチタン、テトラ
エトキシチタン、モノイソプロポキシトリクロロチタ
ン、ジイソプロポキシジクロロチタン、トリイソプロポ
キシモノクロロチタン、 テトライソプロポキシチタ
ン、 モノブトキシトリクロロチタン、ジブトキシジク
ロロチタン、トリブトキシモノクロロチタン、テトラブ
トキシチタン、 モノペントキシトリクロロチタン、 モ
ノフェノキシトリクロロチタン、ジフェノキシジクロロ
チタン、トリフェノキシモノクロロチタン、テトラフェ
ノキシチタン等を挙げることができる。3価のチタン化
合物としては、一般式 Ti(OR)m4-m(ここで、Rは
炭素数1〜20のアルキル基、アリール基またはアラル
キル基等の炭化水素基を示し、Xはハロゲン原子を示
す。mは0<m<4の範囲の数である。)で示される4
価のアルコキシハロゲン化チタンを、水素、アルミニウ
ム、チタンあるいは周期律表第 I から III 族金属の有
機金属化合物により還元して得られる3価のチタン化合
物が挙げられる。
【0013】上記のチタン化合物のうち、4価のチタン
化合物が特に好ましい。これらの触媒の具体的なものと
しては、例えばMgO−RX−TiCl4系(特公昭51−
3514号公報)、 Mg−SiCl4−ROH−TiCl4
(特公昭50−23864号公報)、MgCl2−Al(O
R)3−TiCl4系(特公昭51−152号公報、特公昭
52−15111号公報)、 MgCl2−SiCl4−RO
H−TiCl4系(特開昭49−106581号公報)、M
g(OOCR)2−Al(OR)3−TiCl4系(特公昭52−
11710号公報)、Mg−POCl3−TiCl4系(特公
昭51−153号公報)、MgCl2−AlOCl−TiCl4
系(特公昭54−15316号公報)、MgCl2−Al
(OR)n−X3-n−Si(OR')m−TiCl4系(特開昭56
−95909号公報)等の固体触媒成分(前記式中にお
いて、 RおよびR'は有機残基、Xはハロゲン原子を示
す。)に有機アルミニウム化合物を組み合わせたものが
好ましい例として挙げられる。
【0014】前記バナジウム化合物としては、四塩化バ
ナジウム、四臭化バナジウム、四ヨウ化バナジウム等の
4価のバナジウム化合物、オキシ三塩化バナジウム、オ
ルソアルキルバナデート等の5価のバナジウム化合物、
三塩化バナジウム、バナジウムトリエトキシド等の3価
のバナジウム化合物などが挙げられる。バナジウム化合
物は、単独であるいはチタン化合物と併用して用いられ
る。
【0015】他の触媒系の例としては、固体触媒成分と
していわゆるグリニャール化合物などの有機マグネシウ
ム化合物とチタン化合物および/またはバナジウム化合
物との反応生成物を用い、これに有機アルミニウム化合
物を組み合わせた触媒系を例示することができる。有機
マグネシウム化合物としては、例えば一般式RMgX、
2Mg、RMg(OR)等で示されるマグネシウム化合物
(ここで、Rは炭素数1〜20の有機残基、Xはハロゲ
ン原子を示す。)およびこれらのエーテル錯体、または
これらの有機マグネシウム化合物に、更に他の有機金属
化合物、例えば有機ナトリウム、有機リチウム、有機カ
リウム、有機ホウ素、有機カルシウム、有機亜鉛等を加
えて変性したものを用いることができる。上記触媒系の
具体的な例としては、例えば、RMgX−TiCl4系(特
公昭50−39470号公報)、RMgX−フェノール
−TiCl4系(特公昭54−12953号公報)、RMg
X−ハロゲン化フェノール−TiCl4系(特公昭54−
12954号公報)、RMgX−CO2−TiCl4系(特開
昭57−73009号公報)等の固体触媒成分に有機ア
ルミニウム化合物を組み合わせたものを挙げることがで
きる。
【0016】また他の触媒系の例としては、固体触媒成
分としてSiO2、Al23およびSiO2・Al23等の無
機酸化物と前記のチタンおよび/またはバナジウムなら
びにマグネシウムを含有する固体触媒成分とを接触させ
て得られる固体物質を用い、これに有機アルミニウム化
合物を組み合わせたものを例示することができる。無機
酸化物としては上記SiO2、Al23およびSiO2・Al
23等のほかにCaO、B23、SnO2等を挙げること
ができ、またこれらの酸化物の複酸化物も使用すること
ができる。これら各種の無機酸化物とチタンおよび/ま
たはバナジウムならびにマグネシウムを含有する固体触
媒成分とを接触させる方法としては、公知の方法を採用
することができる。すなわち、不活性炭化水素、アルコ
ール類、フェノール類、エーテル類、ケトン類、エステ
ル類、アミン類、ニトリル類またはこれらの混合物等の
有機溶媒の存在下または不存在下で、温度20〜400
℃、好ましくは50〜300℃において通常5分〜20
時間反応させる方法が用いられるが、共粉砕処理による
方法、あるいはこれらを適宜に組み合わせる方法により
反応させてもよい。上記触媒系の具体的な例としては、
例えばSiO2−ROH−MgCl2−TiCl4(特開昭56
−47407号公報)、SiO2−ROR'−MgO−AlC
l3−TiCl4(特開昭57−187305号公報)、Si
2−MgCl2−Al(OR)3−TiCl4−Si(OR')4
(特開昭58−21405号公報)、 SiO2−TiCl4
−RnAlCl3-n−MgCl2−Al(OR')nCl3-n(特開平
3−35004号公報)、SiO2−TiCl4−RnAlX
3-n−MgCl2−Al(OR')nCl3-n−Si(OR'')mCl
4-m(特開平3−64306号公報)、 SiO2−MgCl
2−Al(OR')nCl3-n−Ti(OR'')4−RnAlCl
3-n(特開平3−153707号公報)、SiO2−MgC
l2−Al(OR')nCl3-n−Ti(OR'')nCl4-n−RnAl
Cl3-n(特開平3−185004号公報)、SiO2−Ti
Cl4−RnAlCl3-n−MgCl2−Al(OR')nCl3-n
R''mSi(OR''')n4-(m+n)(特願平2−41526
5号公報)、SiO2−RnMgX2ーn−Al(OR')nCl3-n
−Ti(OR'')nCl4-n−R'''OH−RnAlX3-n(特願
平3−94983号公報)、 SiO2−MgCl2−Al(O
R')nCl3-n−Ti(OR'')nCl4-n−R'''OH−RnAl
Cl3-n−Al(OR')nCl3-n (特願平3−48643号
公報)(前記式中においてR、R'、R''およびR'''は
炭化水素残基を示す。)等に有機アルミニウム化合物を
組み合わせたものを挙げることができる。
【0017】これらの触媒系において、チタン化合物お
よび/またはバナジウム化合物を有機カルボン酸エステ
ルとの付加物として使用することもでき、また前記のマ
グネシウムを含む無機固体化合物を有機カルボン酸エス
テルと接触処理した後使用することもできる。更に、有
機アルミニウム化合物を有機カルボン酸エステルとの付
加物として使用することもできる。また、あらゆる場合
において、有機カルボン酸エステルの存在下に調製され
た触媒系を使用することができる。ここで使用する有機
カルボン酸エステルとしては、脂肪族、脂環族、芳香族
カルボン酸の各種エステルが挙げられ、好ましくは炭素
数7〜12の芳香族カルボン酸エステルが用いられる。
具体的な例としては安息香酸、アニス酸、トルイル酸の
メチル、エチル等のアルキルエステルを挙げることがで
きる。
【0018】本発明において上記固体触媒成分と共に用
いる有機アルミニウム化合物とは、分子内に少なくとも
一個のアルミニウム−炭素原子の結合を有する有機アル
ミニウム化合物をいう。例えば、(i)一般式RmAl(O
R')npq(ここで、RおよびR'は炭素原子を通常1
〜15個、好ましくは1〜4個を含む炭化水素基、例え
ばアルキル基、アリール基、アルケニル基、シクロアル
キル基等であり、アルキル基の場合にはメチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、イソブチル、sec−ブチ
ル、 tert−ブチル、ヘキシル、オクチル等が挙げられ
る。 RおよびR'は同一であっても異なってもよい。X
はハロゲン原子を示し、m、n、pおよびqはそれぞれ
0<m≦3、0≦n<3、0≦p<3および0≦q<3
の範囲にあり、かつm+n+p+q=3を満足する数で
ある。)で表される有機アルミニウム化合物、(ii)一
般式MAlR4(ここで、MはLi、Na またはKから選
ばれる金属であり、 Rは前記と同じ炭化水素基であ
る。)で表される、 周期律表第 I 族金属とアルミニウ
ムとの錯アルキル化物などを挙げることができる。
【0019】前記(i)に属する有機アルミニウム化合
物としては、例えば 一般式 RmAl(OR')3ーm (ここで、RおよびR'は前記と同じ炭化水素基であ
る。mは好ましくは1.5≦m≦3の範囲の数であ
る。)、 一般式 RmAlX3ーm (ここで、Rは前記と同じ炭化水素基である。Xはハロ
ゲン原子を示し、mは好ましくは0<m<3の範囲の数
である。)、 一般式 RmAlH3ーm (ここで、Rは前記と同じ炭化水素基である。mは好ま
しくは2≦m<3の範囲の数である。)および 一般式 RmAl(OR')nq (ここで、RおよびR'は前記と同じ炭化水素基であ
る。 Xはハロゲン原子を示し、m、nおよびqは好ま
しくはそれぞれm0<m≦3、0≦n<3、0≦q<3
の範囲にあり、かつm+n+q=3を満足する数であ
る。)で表されるものなどを例示することができる。
(i)に属する有機アルミニウム化合物として、具体的に
は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウ
ム、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルア
ルミニウム、トリ−sec−ブチルアルミニウム、 トリ−
tert−ブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウ
ム、トリオクチルアルミニウム等のトリアルキルアルミ
ニウム;トリアルケニルアルミニウム;ジエチルアルミ
ニウムエトキシド、ジブチルアルミニウムブトキシド等
のジアルキルアルミニウムアルコキシド;エチルアルミ
ニウムセスキエトキシド、ブチルアルミニウムセスキブ
トキシド等のアルキルアルミニウムセスキアルコキシド
のほかに、R2.5Al(OR)0.5などで表される平均組成
を有する部分的にアルコキシ化されたアルキルアルミニ
ウム;ジエチルアルミニウムクロリド、ジブチルアルミ
ニウムクロリド、ジエチルアルミニウムブロミド等のジ
アルキルアルミニウムハライド;エチルアルミニウムセ
スキクロリド、ブチルアルミニウムセスキクロリド、エ
チルアルミニウムセスキブロミド等のアルキルアルミニ
ウムセスキハライドのような部分的にハロゲン化された
アルキルアルミニウム;ジエチルアルミニウムヒドリ
ド、ジブチルアルミニウムヒドリド等のジアルキルアル
ミニウムヒドリドおよびエチルアルミニウムジヒドリ
ド、プロピルアルミニウムジヒドリド等のアルキルアル
ミニウムジヒドリドなど、部分的に水素化されたアルキ
ルアルミニウム;エチルアルミニウムエトキシクロリ
ド、ブチルアルミニウムブトキシクロリド、エチルアル
ミニウムエトキシブロミド等の部分的にアルコキシ化お
よびハロゲン化されたアルキルアルミニウムなどを例示
することができる。前記(ii)に属する有機アルミニウ
ム化合物としては、LiAl(C25)4、LiAl(C715)
4等が挙げられる。また、(i)に類似する有機アルミニ
ウム化合物として、 酸素原子や窒素原子を介して2個
以上のアルミニウム原子が結合した有機アルミニウム化
合物を用いることもできる。このような化合物として、
例えば(C25)AlOAl(C25)、(C49)AlOAl
(C49)、 (C25)AlN(C25)Al(C25) 等を例
示することができる。これらの中でも、トリアルキルア
ルミニウムが好ましい。
【0020】定常運転中における有機アルミニウム化合
物の使用量は特に制限されないが、通常、 チタン化合
物1モルに対して0.05〜1000モルを使用するこ
とができる。
【0021】重合反応は、通常のチグラー型触媒による
オレフィンの重合反応と同様にして行われる。すなわ
ち、反応は実質的に気相で行われる。オレフィンの重合
条件として、温度は20〜300℃、好ましくは40〜
200℃であり、圧力は常圧〜70kgf/cm2・G、好まし
くは2〜60kgf/cm2・Gである。分子量の調節は、重合
温度、触媒のモル比等の重合条件を変えることによって
もある程度行うことができるが、重合系中に水素を添加
することにより効果的に行われる。定常運転中は、オレ
フィン、固体触媒成分、有機アルミニウム化合物が定常
的に反応系に導入され、一方、生成したポリマー粒子が
抜き出される。
【0022】オレフィンの気相流動床による重合反応に
おいては、流動床反応器にあらかじめ種ポリマーと呼ば
れる樹脂の粉末を充填して流動を開始し、原料混合ガ
ス、固体触媒成分および助触媒としての有機アルミニウ
ム化合物を連続的に供給して重合反応を行う。上記の種
ポリマーを使用しないと、供給した触媒が分散し難いた
め粒状の樹脂が生成せず、従って流動床も形成されない
ので、流動床系の重合反応器においては、運転開始時に
必ず種ポリマーが使用される。なお、本発明においてあ
らかじめ反応器に充填する種ポリマーは、流動床あるい
は撹拌床を形成し得る粒子であれば特に制限されない。
しかしながら、通常はポリオレフィン粒子、特に定常運
転において目標とする製品と同じ物性を有するポリオレ
フィン粒子が好ましい。本発明で使用する種ポリマーと
しては、平均粒径が500〜1500μmの範囲にあ
り、 かつ嵩密度が 0.25〜0.5g/cm3の 粒子が好ま
しい。平均粒径が500μm未満の微粉は少ない方がよ
い。また、種ポリマーの充填量は、流動床または撹拌床
を形成し得る量であればよく、特に制限されない。
【0023】重合の初期には、シート状ポリマーの生成
以外にも、前記のようにポリマーの嵩密度の低下および
MFRの低下等が観察される。触媒の供給を開始した
後、重合が定常状態に達するまでに上記の異常現象が発
生する原因の一つとして、固体触媒成分の活性点付近に
おける助触媒としての有機アルミニウム化合物の濃度低
下が考えられる。これには、次の3つの理由が挙げられ
る。 (1)反応系を開放したり清浄作業を行った際の不純物
が系内に残存して、系内のデッドスペースに蓄積し、こ
れが連続的に放出されて有機アルミニウム化合物を消費
し、有効な濃度を低下させる。 (2)反応器の外部から供給した種ポリマー中に含まれ
る不純物が系内に放出され、有機アルミニウム化合物を
消費し、有効な濃度を低下させる。 (3)外部から供給した種ポリマーが有機アルミニウム
化合物を吸着して有効な濃度を低下させる。
【0024】反応遂行に十分な有機アルミニウム化合物
が存在しない状態で固体触媒成分を供給した場合を考え
ると、投入された固体触媒成分は反応を起こすことな
く、反応器の内壁の近傍に蓄積する。従って、その後、
系内に有機アルミニウム化合物を供給すると、主として
器壁の近傍で反応が開始してシート状ポリマーが生成す
る。そして同時に、ポリマーの嵩密度の低下およびMF
Rの低下も観察される。次に、有機アルミニウム化合物
が存在するが、固体触媒成分に対して量が不十分である
場合には、重合活性はきわめて不安定になる。すなわ
ち、固体触媒成分に対する有機アルミニウム化合物の量
比の変化により重合活性が大きく変動する。更にこの場
合には、固体触媒成分を供給した直後から重合反応は開
始するが、ポリマーの嵩密度が低下して、反応は不安定
となる上に、MFRの低下が観察され、同時にしばしば
シート状ポリマーが生成する。最後に、固体触媒成分に
対して有機アルミニウム化合物の量が多い場合には、特
に問題は生じない。ポリマーの嵩密度の低下やMFRの
低下もきわめて小さい。この場合には、触媒供給を開始
した直後から重合反応が確認される。そして、初期の重
合活性は定常時に比べて低いが、ポリマーの嵩密度の低
下やMFRの低下は観察されず、またその後、シート状
ポリマーも生成しない。従って、反応器内に触媒供給を
開始する時点で、有機アルミニウム化合物が固体触媒成
分に対してある程度過剰に存在すれば、シート状ポリマ
ーの生成は抑制され、かつ反応開始時に観察されるその
他の異常現象も回避することができる。
【0025】重合反応の開始にあたって、種ポリマー充
填後に供給すべき有機アルミニウム化合物の量は、前記
のように種ポリマー充填前の不純物および種ポリマー中
に含まれている不純物により大きく変化する。更に、有
機アルミニウム化合物の所要量は、その供給速度によっ
ても大きく変化する。従って、常に安定した状態で重合
を開始するためには、有機アルミニウム化合物の供給量
が上記の所要量に達したことを検出する簡便な方法を見
出すことがきわめて重要である。
【0026】本発明者らは、重合反応が開始すると同時
に反応系内のほぼ同一の高さに挿入した長短2種の温度
計の指示値の差(ΔT)が大きく変化することを見出
し、かつこの変化を利用して有機アルミニウム化合物の
最適供給量を決定し得ることを見出した。上記ΔTは、
反応器内壁にポリマー粒子や触媒成分などが付着するた
めに発生する。すなわち、長い方の温度計は、反応器内
部へ挿入されて、ガス流や粒子の温度を直接に測定す
る。従って、運動するポリマー粒子が同温度計に衝突す
るなどの理由により、測定部位には特に障害物は存在し
ない。一方、短い方の温度計は、反応器の内壁付近に設
置されるているため、反応器内壁の温度の影響を受け易
い上に、反応器内壁に付着するポリマー粒子が同温度計
の測定部位に付着し易い。付着したポリマー粒子は断熱
材の機能を果たすため、その結果として長短2種の温度
計の指示値には温度差が発生する。定常時にはΔTはわ
ずかである。すなわち、定常時には反応器内壁にポリマ
ー粒子の付着がほとんどないために、断熱効果が発生せ
ず、ΔTが小さいものと考えられる。
【0027】種ポリマーを充填した後に、同伴した酸素
などを取り除くために窒素パージを行い、昇温および昇
圧を行って重合条件の温度、ガス組成まで到達させる
が、この時点におけるΔTは3〜10℃である。この値
は種ポリマー中の水分濃度によって変化する。なお、定
常反応時におけるΔTは0.5〜1℃である。また、実
質的に有機アルミニウム化合物が存在しない反応器内へ
有機アルミニウム化合物を供給していくと、ΔTは最初
3〜10℃の値を示すが、更に続けて供給すると、ある
時点でΔTが急激に減少し、0.5〜1℃となる。上記
の現象は系内の触媒の有無に関係なく観察される。ま
た、触媒が存在する場合には、ΔTが急激な減少を示す
ときに反応の開始が確認される。すなわち、反応器内の
流動床中に長短2種の温度計を設置して、その測定値の
差を追跡することにより、有機アルミニウム化合物が反
応開始に必要な最小限の量まで供給されたことを間接的
に検出することができる。
【0028】上記において、有機アルミニウム化合物を
供給する速度は 0.01〜50mol/(h・ton-種ポリマ
ー)である。 更に好ましくは、0.2〜40mol/(h・ton
-種ポリマー)である。また、本発明においては、有機
アルミニウム化合物の供給を2段階に分けて行う。ただ
し実際の供給操作は継続して行われる。適宜2回以上に
分割して断続的に供給してもよい。また、ここで供給す
る有機アルミニウム化合物は、通常は定常運転時に供給
する有機アルミニウム化合物と同一のものである。
【0029】最初に供給する有機アルミニウム化合物の
供給量は、ΔTの値の変化に応じて定める。前記のよう
に、種ポリマーが反応器内に充填されている場合には、
有機アルミニウム化合物が実質的に系内に存在しないと
き、流動床内のΔTは一定の値を示すが、有機アルミニ
ウム化合物を供給すると、ある時点でΔTが急激に減少
を示す。有機アルミニウム化合物の供給は、少なくとも
ΔTが急激な減少を示すときまで継続しなければならな
い。ここで、ΔTが急激な減少を示す時点とは、次の方
法により求めた値である。 (1)時間軸に対しΔTの変動をプロットして曲線を描
く。 (2)上記曲線上の、ΔTの減少速度が極大を示す点で
接線を引く。 (3)上記接線と時間軸との交点に相当する点を「ΔT
が急激な減少を示す時点」とする。
【0030】上記に従いΔTが急激に減少を示す時点を
経過した後、更に供給する有機アルミニウム化合物の量
は、ガス循環配管を含む全系の体積と種ポリマーの重量
とを用いて次式(1)により求めることができる。 A=0.044×V2/3 + aW (1) (ここで、Aは有機アルミニウム化合物の供給量(mo
l)、Vはガス循環配管を含む全系の体積(m3)、Wは
種ポリマーの重量(ton)およびaは0〜89の範囲の
数(mol/ton)を示す。)上記aの値は、好ましくは0.
7〜21、 更に好ましくは0.7〜9.5の範囲であ
る。aが負の値であると、シート状ポリマーが生成しや
すくなり、また嵩密度およびMFRが低い値を示す。一
方、aの値が89を超えると、触媒活性が低下し、かつ
低分子量のポリマーが増大するため、いずれも好ましく
ない。
【0031】有機アルミニウム化合物を供給した後、常
法に従って運転を開始する。すなわち、オレフィンを供
給せずに上記有機アルミニウム化合物の供給を行った場
合には、固体触媒成分とオレフィンとを供給して重合反
応を開始する。また、オレフィンがすでに供給されてい
ている場合には、固体触媒成分を供給することにより重
合反応を開始する。なお、有機アルミニウム化合物の供
給量は、定常運転時の所定の供給量へ適宜変更する。オ
レフィンは、適宜に希釈用の不活性ガス、例えば窒素に
同伴させて供給し、また分子量調節用の水素ガスも併せ
て供給することができる。
【0032】
【実施例】以下に、本発明を実施例および比較例に基づ
いて具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定
されるものではない。
【0033】<固体触媒成分の調製例>撹拌機および還
流冷却器を付けた500mlの三つ口フラスコに600
℃で焼成したSiO2 50gを入れて、 脱水ヘキサン1
60ml、 四塩化チタン2.2mlを加え、ヘキサンの
還流下で3時間反応させた。冷却後、ジエチルアルミニ
ウムクロライドのヘキサン溶液(1mmol/cc)を30m
l加え、 再びヘキサンの還流下で2時間反応させた
後、120℃で減圧乾燥を行いヘキサンを除去した。得
られた反応生成物を成分(I)とする。別に、直径1/
2インチのステンレススチール製ボール25個を入れた
内容積400mlのステンレススチール製ポットに、市
販の無水塩化マグネシウム10gおよびアルミニウムト
リエトキシド4.2gを入れ、 窒素雰囲気下の室温にお
いて、16時間ボールミリングを行い反応生成物を得
た。これを成分(II)とする。上記成分(II)の5.4
gを脱水エタノール160mlに溶解し、 その溶液全
量を成分(I)を収容する三つ口フラスコに加え、 エタ
ノールの還流下で3時間反応させた後、150℃で6時
間減圧乾燥を行い、固体触媒成分を得た。得られた固体
触媒成分1g中のチタンの含有量は15mgであった。
【0034】<ΔTの測定方法>温度計としては、熱電
温度計、抵抗温度計または機械式温度計のいずれも使用
することができる。通常は熱電温度計が便利である。長
い方の温度計は、反応器中央部におけるガス流、粒子流
自体の温度を測定することを目的とするため、その測定
位置は反応器内壁から十分に離れていればよく、特別の
制限はない。ポリオレフィンの重合は発熱反応である
が、反応器の直径方向の温度分布は、反応器内壁の近く
で温度勾配が大きく、反応器中央部では温度勾配が比較
的緩やかである。従って、中央部の温度を測定するため
には、反応器内壁から十分に離れていればよい。通常の
反応器においては、温度の測定部位を反応器内壁から1
00mmを超える距離だけ内部に定めれば十分である。
一方、短い方の温度計は、器壁自体の温度を測定するの
ではなく、反応器内壁に接する反応器内の気相部分の温
度を測定する。同温度計は、その測定部位が反応器内壁
にできるだけ近いことが好ましい。通常は、測定部位を
反応器内壁から100mm以下、好ましくは50mm以
下の近い距離に定める。あまり内壁に近いと器壁温度あ
るいは外気温度の影響を受けるが、そのような場合には
適宜に酸化カルシウムなどの断熱材を使用して、器壁ま
たは外気からの熱伝導を遮断する。上記長短2種の温度
計の設置位置は、反応器のシート状ポリマーが発生し易
い場所が適当である。通常は、流動床で使用するガス分
散板の上側の同分散板に近い位置である。この位置はあ
らかじめ経験に基づいて決定される。2種の温度計の位
置は、実質的に同一の高さとする。断面が円筒形の反応
器の場合は、両者が同一の高さである限り、対面する位
置に設置することもできる。本発明の実施例(内径1.4
mの円筒形の流動床反応器を使用)においては、ガス分
散板から40、70および130cm上方の位置にそれ
ぞれ長短2種の熱電対式温度計を設置し、これらにそれ
ぞれ記録計を接続した。長い方の温度計の測定部位は反
応器内表面から28cmの距離であり、短い方の温度計
は反応器内壁から5cmの距離に設置した。
【0035】<運転開始方法>内径1.4m、ガス循環
配管を含む全系の体積48m3の流動床反応器を用いて
エチレンとブテン−1との共重合反応を行う際の反応開
始までの操作は次の通りである。 (1)反応系内に窒素を、 95℃、0.5MPaおよび
流量60Nm3/hの条件で1日間流すことにより第1次の
乾燥を行う。 (2)種ポリマー2tonを反応器内へ充填する。 (3)系内の窒素を0〜0.5MPa・Gに昇圧した後、脱
圧し、これを3回繰り返して酸素を除去する。 (4)トリエチルアルミニウム(TEA)の初期量を後
記および表1の通りに供給した後、前記固体触媒成分の
調製例で得たTiとMgを含有する固体触媒成分を供給速
度50g/hで、および固体触媒成分に対するTEAの重
量比0.05〜2で、触媒を連続供給して反応を開始す
る。原料ガスの温度は60〜95℃、組成は水素/エチ
レン比=0.1〜0.4およびブテン−1/エチレン比=
0.05〜0.8とする。また、反応圧力は1.96MPa
・Gとする。
【0036】<実施例1〜3>反応器内のガス分散板か
ら 1.3mの高さの位置で水平に、長さ5cmおよび2
8cmの2本の温度計を挿入してΔTを求めた。反応器
内の温度を測定しながら、ΔTが急激に減少を示すまで
TEAを 0.8mol/(h・ton-種ポリマー)の供給速度で
添加し、 更に表1に示す式(1)のaの値に相当する
量のTEAを供給した後、固体触媒成分およびTEAを
連続供給して反応を開始した。結果を表1に示す。
【0037】<比較例1>ΔTが急激に減少する前に触
媒の連続供給を開始した以外は、上記実施例と同様にし
て行った。結果を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】本発明は、気相流動床によるオレフィン
の重合反応において、種ポリマー充填後、あらかじめ特
定量の有機アルミニウム化合物を供給した後に反応を開
始することにより、重合初期におけるシート状ポリマー
の生成を減少させ、ポリマー嵩密度の低下やMFRの低
下等を防止することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 欧州特許出願公開180420(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 2/34 C08F 10/00 - 10/14 C08F 110/00 - 110/14 C08F 210/00 - 210/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともチタンおよび/またはバナジ
    ウムならびにマグネシウムを含有する固体触媒成分と有
    機アルミニウム化合物とからなる触媒を反応器へ供給
    し、気相状態で定常的にオレフィンの重合または共重合
    を開始させる方法において、はじめに反応器内に種ポリ
    マーを充填した後、(I) 反応器内に挿入した長短温度
    計の指示値の差(ΔT)が急激に減少を示すまで有機ア
    ルミニウム化合物を反応器内に供給し、更に(II)次式
    (1)により求められる量の有機アルミニウム化合物を
    反応器内に供給し A=0.044×V2/3 + aW (1) (ここで、Aは有機アルミニウム化合物の供給量(mo
    l)、Vはガス循環配管を含む全系の体積(m3)、Wは
    種ポリマーの重量(ton)およびaは0〜89の範囲の
    係数(mol/ton)を表す。)、その後、(III)固体触媒
    成分と有機アルミニウム化合物とを更に供給しつつ反応
    を開始することを特徴とするオレフィン類の気相重合
    法。
  2. 【請求項2】 前記有機アルミニウム化合物がアルキル
    アルミニウムである請求項1に記載のオレフィン類の気
    相重合法。
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