DE19821955A1 - A gas phase vortex reactor useful for large scale polymerization of ethylenically unsaturated monomers - Google Patents
A gas phase vortex reactor useful for large scale polymerization of ethylenically unsaturated monomersInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasphasenwirbel schichtreaktor zur Polymerisation ethylenisch ungesättigter Mono merer, umfassend einen Reaktorraum 1 in Form eines vertikalen Rohres, eine an den oberen Teil des Reaktorraumes anschließende Beruhigungszone 2, eine Kreisgasleitung 3, einen Kreisgaskom pressor 4 und eine Kühleinrichtung 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übertritts des Reaktionsgases von der Kreis gasleitung in den Reaktorraum und im unteren Teil des Reaktorrau mes selbst entweder überhaupt kein Gasverteilerboden oder nur ein Gasverteilerboden, dessen Gesamtfläche der Gasdurchlaßöffnungen mehr als 20% der Gesamtfläche dieses Gasverteilerbodens beträgt, vorhanden ist. Den schematischen Aufbau des Reaktors zeigt Abb. 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Polymerisation von Ethylen oder Copolymerisation von Ethylen mit C1- bis C8-α-Olefinen, welches in einem solchen Reaktor durch geführt wird.The present invention relates to a gas phase vortex layer reactor for the polymerization of ethylenically unsaturated monomers, comprising a reactor space 1 in the form of a vertical tube, a calming zone 2 adjoining the upper part of the reactor space, a circulating gas line 3 , a circulating gas compressor 4 and a cooling device 5 , characterized that in the area of the transfer of the reaction gas from the gas line circuit into the reactor chamber and in the lower part of the reactor space itself there is either no gas distributor plate at all or only a gas distributor plate, the total area of the gas passage openings of which is more than 20% of the total area of this gas distributor plate. The schematic structure of the reactor is shown in Fig. 1. Furthermore, the invention relates to a process for the polymerization of ethylene or copolymerization of ethylene with C 1 - to C 8 -α-olefins, which is carried out in such a reactor.
Gasphasenpolymerisationsverfahren gehören heute zu den bevorzug ten Verfahren zur Polymerisation ethylenisch ungesättigter Mono merer, insbesondere zur Polymerisation von Ethylen, gewünschten falls in Gegenwart weiterer ungesättigter Monomerer. Dabei gelten Polymerisationsverfahren in Wirbelschichten als besonders wirt schaftlich.Gas phase polymerization processes are among the preferred today Process for the polymerization of ethylenically unsaturated mono merer, especially for the polymerization of ethylene, desired if in the presence of other unsaturated monomers. Thereby apply Polymerization processes in fluidized beds as special hosts socially.
Gasphasenwirbelschichtreaktoren zur Durchführung solcher Verfah ren sind seit langem bekannt. Die heute üblichen Reaktoren weisen dabei viele gemeinsame Strukturmerkmale auf: Sie bestehen unter anderem aus einem Reaktorraum in Form eines vertikalen Rohres, welches im oberen Teil meist eine Erweiterung des Durchmessers aufweist. In dieser Beruhigungszone herrscht infolge des größeren Rohrdurchmessers ein geringerer Gasstrom, der zu einer Begrenzung des Austrags des aus kleinteiligem Polymerisat bestehenden Wirbelbetts führt. Weiterhin enthalten diese Reaktoren eine Kreisgasleitung, in welcher Kühlaggregate zur Abführung der Poly merisationswärme, ein Kompressor und gewünschtenfalls weitere Elemente wie beispielsweise ein Zyklon zur Entfernung von Polyme risat-Feinstaub angebracht sind. Beispiele solcher Gasphasen wirbelschichtreaktoren wurden beispielsweise in EP-A-0 202 076, EP-A-0 549 252 und EP-A-0 697 421 beschrieben. Gas phase fluidized bed reactors for performing such a process ren have been known for a long time. The reactors common today show many common structural features: They exist under other from a reactor room in the form of a vertical tube, which in the upper part mostly an expansion of the diameter having. In this calming zone there is the larger one Pipe diameter a lower gas flow, leading to a limitation the discharge of the polymer consisting of small particles Fluid bed leads. These reactors also contain a Circulation gas line, in which cooling units for the discharge of the poly heat, a compressor and, if desired, others Elements such as a cyclone to remove polyme risat fine dust are attached. Examples of such gas phases Fluidized bed reactors have been described, for example, in EP-A-0 202 076, EP-A-0 549 252 and EP-A-0 697 421.
Alle bekannten Gasphasenwirbelschichtreaktoren besitzen im un teren Teil des Reaktionsraumes einen Reaktorboden, der den Reak tionsraum von der Kreisgasleitung und den Gasverteilungsraum räum lich abschließt. Aufgabe dieses Reaktorbodens ist es zum einen, ein Zurückfließen der Polymerisatpartikel in das Kreisgasrohr beim Ausschalten des Kompressors zu verhindern. Andererseits ist die allgemeine technische Lehre, daß der Druckverlust, der an diesem Reaktorboden infolge der relativ engen Eintrittsöffnung auftritt, eine gleichmäßige Gasverteilung im Reaktionsraum ge währleistet. Diese Lehrmeinung wird z. B. in US-A-3 298 792 und EP-A-0 697 421 vertreten.All known gas phase fluidized bed reactors have in the un lower part of the reaction space a reactor floor, which the Reak tion space from the circulating gas line and the gas distribution space completes. The purpose of this reactor floor is, on the one hand, a backflow of the polymer particles into the cycle gas tube prevent when switching off the compressor. On the other hand the general technical teaching that the pressure drop at the this reactor floor due to the relatively narrow inlet opening occurs, a uniform gas distribution in the reaction space ge ensures. This doctrine is such. In US-A-3,298,792 and Represented EP-A-0 697 421.
Ein Reaktorboden in der heute üblichen Form, also ein engmaschi ges Netz oder eine Metallplatte mit engen Bohrungen unterschied licher Geometrie weist jedoch einige Nachteile auf: Sowohl an der Anströmseite des Bodens als auch an der Bodenoberseite kann es immer wieder zu Polymerisatablagerungen, verursacht durch staub förmige Polymerisat- und Katalysatorpartikel, die von der Gas strömung in die Kreisgasleitung mitgerissen werden, kommen. Diese Gefahr besteht besonders bei sogenannter Condensed-Mode-Fahr weise, d. h., wenn im Kreisgas flüssige Monomere vorhanden sind. Neben diesen Ablagerungen, die zu Druckanstieg und letztenendes zu einem Abbruch der Polymerisation führen können, verursacht aber auch der Druckverlust im Normalbetrieb zusätzliche Energie kosten, da der Kompressor diesen Druckverlust durch höhere Lei stung kompensieren muß.A reactor floor in the usual form today, i.e. an engmaschi network or a metal plate with narrow holes However, geometry has several disadvantages: Both on the It can be on the inflow side of the floor and on the top of the floor again and again to polymer deposits, caused by dust shaped polymer and catalyst particles by the gas flow into the circulating gas line. This There is a particular danger with so-called condensed mode driving wise, d. that is, if liquid monomers are present in the cycle gas. In addition to these deposits, which lead to pressure increase and ultimately can lead to termination of the polymerization but also the pressure loss in normal operation additional energy cost, because the compressor this pressure loss through higher lei must compensate.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Gasphasenwirbelschichtreaktor bereitzustellen, der diese Nach teile nicht mehr aufweist.The present invention was therefore based on the object Provide gas phase fluidized bed reactor, which this after parts no longer has.
Demgemäß wurde der eingangs beschriebene Gasphasenwirbelschicht reaktor sowie ein Verfahren zur (Co-)polymerisation in einem solchen Reaktor gefunden.Accordingly, the gas phase fluidized bed described at the outset reactor and a process for (co) polymerization in one found such a reactor.
Der erfindungsgemäße Gasphasenwirbelschichtreaktor ist prinzipell zur Polymerisation verschiedener ethylenisch ungesättigter Mono merer geeignet. Zu nennen sind beispielsweise Ethylen, Propylen, 1-Buten, Isobuten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen und auch höhere α-Olefine; weiterhin kommen z. B. auch Diene wie Butadien und Cyclopentadien und Cycloolefine wie Cyclopenten und Cyclo hexen in Betracht. Die ethylenisch ungesättigen Monomere können allein oder in Mischung polymerisiert werden.The gas phase fluidized bed reactor according to the invention is in principle for the polymerization of various ethylenically unsaturated mono suitable. Examples include ethylene, propylene, 1-butene, isobutene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene and also higher α-olefins; continue to come z. B. also dienes such as butadiene and cyclopentadiene and cycloolefins such as cyclopentene and cyclo witches into consideration. The ethylenically unsaturated monomers can polymerized alone or in a mixture.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasphasen wirbelschichtreaktors ist dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übertritts des Reaktionsgases von der Kreisgasleitung in den Reaktorraum und im unteren Teil des Reaktorraumes selbst kein Gasverteilerboden vorhanden ist.A preferred embodiment of the gas phases according to the invention fluidized bed reactor is characterized in that in the range the transfer of the reaction gas from the cycle gas line into the Reactor room and none in the lower part of the reactor room itself Gas distributor floor is present.
Weiterhin bevorzugt ist ein Reaktor, bei welchem im Bereich des Übertritts des Reaktionsgases von der Kreisgasleitung in den Re aktorraum oder im unteren Teil des Reaktionsraumes selbst ein Gasverteilerboden, dessen Gesamtfläche der Gasdurchlaßöffnungen mehr als 50%, besonders bevorzugt mehr als 90% der Gesamtfläche dieses Gasverteilerbodens beträgt, vorhanden ist.Also preferred is a reactor in which in the range of Transfer of the reaction gas from the cycle gas line into the Re actuator space or in the lower part of the reaction space itself Gas distributor floor, the total area of the gas passage openings more than 50%, particularly preferably more than 90% of the total area of this gas distributor base is present.
Für den Fall, daß ganz auf einen Reaktorboden verzichtet wird, aber auch für die anderen Bodenkonstruktionen mit sehr geringem Druckverlust sollten besonders bei großen Reaktordimensionen beim Übergang des Kreisgases aus der Kreisgasleitung in den Reaktions raum zur Umformung des Strömungsimpulses des eintretenden Gases Strömungsumformer angebracht sein. Dies kann durch verschiedene Gasumlenkvorrichtungen wie Leitbleche, Deflektoren, Aufprallble che oder ähnliches erfolgen, wie sie dem Fachmann geläufig sind.In the event that a reactor floor is completely dispensed with, but also for the other floor constructions with very little Pressure loss should be particularly important in the case of large reactor dimensions Transfer of the cycle gas from the cycle gas line into the reaction space for reshaping the flow impulse of the incoming gas Flow converter be attached. This can be done through various Gas deflection devices such as baffles, deflectors, impact plates che or the like take place as they are familiar to the expert.
Bevorzugt sind Gasphasenwirbelschichtreaktoren, bei denen im Be reich des Übertritts des Reaktionsgases von der Kreisgasleitung in den Reaktorraum zur Umformung des Strömungsimpulses des ein tretenden Gases Strömungsleitbleche angebracht sind, die so an geordnet sind, daß eine weitgehend homogene Einleitung der Gas strömung in die Wirbelschicht erzielt wird. Der Begriff "Blech" soll hier natürlich nicht das Material der Vorrichtung beschrei ben, sondern lediglich deren Form und Funktion; die Art des Materials ist dabei unerheblich, es muß lediglich mit den Polyme risationsbedingungen kompatibel sein.Gas phase fluidized bed reactors are preferred in which in the loading range of the transfer of the reaction gas from the cycle gas line into the reactor space for reshaping the flow impulse escaping gas flow baffles are attached, so are ordered that a largely homogeneous introduction of gas flow into the fluidized bed is achieved. The term "sheet metal" should of course not describe the material of the device here ben, but only their form and function; the kind of Material is irrelevant, it only has to be with the polyme risk conditions be compatible.
Eine weitere bevorzugte Vorrichtung zur Gasverteilung beim Ein tritt in den Reaktionsraum des erfindungsgemäßen Reaktors besteht darin, daß im Bereich des Übertritts des Reaktionsgases von der Kreisgasleitung in den Reaktorraum zur Umformung des Strömungs impulses des eintretenden Gases ein grobmaschiges Netz angebracht ist, auf welchem Kugeln in solcher Zahl, Größe und Verteilung fixiert sind, daß eine weitgehend homogene Einleitung der Gas strömung in die Wirbelschicht erzielt wird. Das Netz sollte dabei so grobmaschig sein, daß es praktisch keinen Druckverlust be wirkt; Aufgabe dieses Netzes ist es, die Kugeln, die als Ablen keinrichtungen oder Deflektoren für den Gasstrom fungieren, in der gewünschten Position zu halten. Die Kugeln können gleichmäßig über das Netz verteilt sein. Besonders bei großem Reaktordurch messer kann es jedoch sinnvoll sein, im Bereich der Reaktorachse, also direkt über dem Gaseinfluß in der Mitte des Reaktorschnit tes, eine größere Zahl solcher Kugeln anzuordnen als im Rand bereich.Another preferred device for gas distribution during the on occurs in the reaction chamber of the reactor according to the invention in that in the area of the transfer of the reaction gas from the Circulating gas line in the reactor space for reshaping the flow impulses of the incoming gas attached a coarse mesh is on which balls in such number, size and distribution are fixed that a largely homogeneous introduction of the gas flow into the fluidized bed is achieved. The network should be there be so wide-meshed that there is practically no pressure loss works; The task of this network is to collect the balls that act as deflectors devices or deflectors for the gas flow act in hold the desired position. The balls can be even be distributed over the network. Especially with a large reactor knife, however, it can be useful in the area of the reactor axis, So directly above the gas influence in the middle of the reactor section tes to arrange a larger number of such balls than in the edge Area.
Natürlich können statt der Kugeln auch andere geometrische Körper verwendet werden, Kugeln sind jedoch bevorzugt, da sie eine be sonders gleichmäßige und Verwirblungsarme Gasverteilung bewirken.Of course, other geometric bodies can also be used instead of the balls Balls are preferred, however, because they have a be cause particularly even and low-swirl gas distribution.
Die erfindungsgemäßen Gasphasenwirbelschichtreaktoren zeigen ihre vorteilhaften Eigenschaften besonders im industriellen Maßstab. Dabei sind Reaktoren bevorzugt, bei denen der Innendurchmesser des Reaktionsraumes 1 mehr als 0,5 m, besonders bevorzugt mehr als 1 m beträgt. Besonders vorteilhaft sind Reaktoren mit Innen durchmessern zwischen 2 und 8 m.The gas phase fluidized bed reactors according to the invention show their advantageous properties, especially on an industrial scale. Reactors are preferred in which the inner diameter of the reaction space 1 is more than 0.5 m, particularly preferably more than 1 m. Reactors with internal diameters between 2 and 8 m are particularly advantageous.
Da die erfindungsgemäßen Reaktoren keinen Reaktorboden besitzen, der ein Zurückfließen vom Polymerisatteilchen in die Kreisgaslei tung bei ausgeschaltetem Kompressor verhindern kann, kann es zweckmäßig sein, Maßnahmen zur Verhinderung dieses Zurückfließens zu ergreifen. So kann beispielsweise eine Klappe oder ein Schie ber im Bereich der Mündung der Kreisgasleitung in den Reaktions raum angebracht werden, die bei ausgeschaltetem Kompressor und z. B. auch beim Befüllen des Reaktors vor dem Beginn der Polymeri sation geschlossen sein kann, beim Starten des Kompressors jedoch geöffnet wird. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die verschließbare Klappe oder der Schieber mit gleichmäßig verteilten Löchern versehen ist, die vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 1 und 7 mm aufweisen. Mit Hilfe dieser Klappe ist ein Aufwirbeln des Schüttgutes bei zunächst geschlos sener Klappe möglich.Since the reactors according to the invention have no reactor base, which flows back from the polymer particles into the cycle gas line device with the compressor switched off, it can be appropriate, measures to prevent this backflow to take. For example, a flap or a slide About in the area of the mouth of the cycle gas line in the reaction be attached space that with the compressor switched off and z. B. even when filling the reactor before the start of the polymer sation can be closed, but when starting the compressor is opened. A preferred embodiment of the invention provides that the lockable flap or the slide with evenly spaced holes is provided, which preferably have a diameter between 1 and 7 mm. With the help of this Flap is a swirling up of the bulk material when initially closed possible flap.
Erfindungsgemäß eignet sich der hier beschriebenen Gasphasenwir belschichtreaktor besonders zur Durchführung von Verfahren zur Polymerisation von Ethylen oder zur Copolymerisation von Ethylen mit C3- bis C8-α-Olefinen, wie sie Eingangs genannt sind. Da die Gefahr von Polymerisatablagerungen im Bereich des Reaktorbodens nicht oder nur sehr eingeschränkt besteht, kann auf viele aufwen dige Vorsichtsmaßnahmen, wie sie bei der Verwendung herkömmlicher Gasverteilungsböden häufig ergriffen werden, verzichtet werden. So ist beispielsweise der Einbau eines Zyklons zur Feinstaubab trennung am Reaktionsraumausgang im allgemeinen überflüssig. Auch kann problemlos flüssiges Monomer zudosiert werden, und zwar in größerer Menge, als sonst bei kondensierter Fahrweise üblich ist. Eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gegenwart kondensierter Monomerer ist daher besonders vorteilhaft. According to the invention, the gas-phase fluidized bed reactor described here is particularly suitable for carrying out processes for the polymerization of ethylene or for the copolymerization of ethylene with C 3 -C 8 -α-olefins, as mentioned at the outset. Since there is no or only a very limited risk of polymer deposits in the area of the reactor floor, many costly precautionary measures, such as are often taken when using conventional gas distribution floors, can be dispensed with. For example, the installation of a cyclone for the separation of fine dust at the reaction chamber exit is generally superfluous. Liquid monomer can also be metered in without any problems, and in greater quantities than is otherwise customary in the case of condensed operation. Carrying out the process according to the invention in the presence of condensed monomers is therefore particularly advantageous.
In einem Wirbelschichtreaktor gemäß Abb. 1 mit einem Reaktions rauminnendurchmesser von 0,5 m und einer Reaktionsraumhöhe von 3 m wurde im Eingangsbereich des Reaktionsraumes ein Strömungsum former angebracht. Ein Gasverteilerboden war nicht vorhanden.In a fluidized bed reactor according to Fig. 1 with a reaction chamber inner diameter of 0.5 m and a reaction chamber height of 3 m, a flow converter was installed in the entrance area of the reaction chamber. There was no gas distributor floor.
In diesem Reaktor wurde eine Copolymerisation unter folgenden Be
dingungen durchgeführt:
Gaszusammensetzung: 50% Ethylen
45% Stickstoff
5% 1-Buten
Kreisgasgeschwindigkeit: 35 m/s
Temperatur: 115°C
Druck: 20 bar.A copolymerization was carried out in this reactor under the following conditions:
Gas composition: 50% ethylene
45% nitrogen
5% 1-butene
Circular gas speed: 35 m / s
Temperature: 115 ° C
Pressure: 20 bar.
Die Polymerisation wurde kontinuierlich über 60 h durchgeführt. Nach der Polymerisation wurde der Reaktor geöffnet, es waren kei nerlei Brocken oder Beläge sichtbar.The polymerization was carried out continuously for 60 hours. After the polymerization, the reactor was opened, there were none All kinds of chunks or toppings are visible.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-05-15 DE DE1998121955 patent/DE19821955A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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