WO1999019059A1 - Gasphasenpolymerisation in einem kelchreaktor - Google Patents

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WO1999019059A1
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cylinder
bed reactor
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Heiko Herold
Leslaw Mleczko
Claus Riehle
Franz-Josef Mersmann
Jürgen Schneider
Michael Dauben
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Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed reactor for producing rubber in particular in the gas phase, the wall of which is shaped in the lower part as a cylinder and then as a continuously opening cone, the
  • Angle of the cone with respect to the central axis is 2-10 ° and the fluidized bed is higher than the cylindrical part.
  • the polymerization of polyolefins in the gas phase is a process that has been known for a long time and was first implemented on an industrial scale in 1968
  • the actual polymerization reaction takes place in this process in a fluidized bed reactor, which consists of a reaction reactor and an overlying one
  • Calming zone in which the solid particles are largely separated from the gas phase.
  • the monomers, the catalyst and possible additives such as e.g. Additives or fillers are introduced into the reaction zone.
  • a circulating gas stream is fed to the reactor from below. This circulating gas flow, which essentially consists of the unreacted
  • Monomers exist is withdrawn at the top of the reactor, freed of residual particles, cooled and returned to the reactor.
  • the resulting polymer is withdrawn from the reaction zone continuously or semi-continuously and treated further.
  • U.S. Patent 4,003,712 e.g. a vertical fluidized bed reactor which has a cylindrical lower part, which is followed by a short conical section and again a cylinder with a larger cross section than the lower part.
  • the actual polymerization reaction takes place in the lower part, while in the upper part, the calming zone, the polymer particles are separated from the gas stream.
  • a fluidized bed reactor for the production of especially rubbers in the gas phase, which has a circular cross section and whose wall is shaped in the lower part as a cylinder and then as a continuously opening cone, similar to a goblet.
  • the fluidized bed in the reactor according to the invention extends at least over the entire length of the cylindrical part.
  • the fluidized bed particularly preferably also extends into the cone, the total height of the fluidized bed preferably not exceeding 150%, particularly preferably 130% of the length of the cylindrical part.
  • the volume of the cylindrical part is determined according to the mean residence time of the polymer particles in the fluidized bed, the height of the cylindrical part being dimensioned such that an ascending, constantly increasing bubble fills a maximum of 80% of the cross section of the cylindrical part.
  • the diameter is calculated from the volume and the height of the cylindrical part.
  • the gas empty pipe speed in the cylindrical part must be at least that
  • the gas empty pipe speed is preferably at least 3 times, particularly preferably 5 to 7 times the loosening speed. It is preferable to empty the gas pipe speed 0.3-2 m / s, particularly preferably 0.4-1 ms, very particularly preferably 0.5-0.8 m / s.
  • the angle of the cone is preferably 2 to 10 °, particularly preferably 3 to 6 ° and very particularly preferably 3.5 to 5.5 °.
  • the length of the cone is dimensioned such that the reactor cross-section at the end of the cone is so large and the gas empty tube speed is so low that 10 to 1500 ⁇ m, preferably 50 to 300 ⁇ m, particularly preferably 50 to 150 ⁇ m, large catalyst or polymer particles are no longer are discharged from the reactor.
  • This measure reduces the solids discharge from the reactor according to the invention and reduces the adhesion of the downstream apparatus.
  • the ratio of the diameter of the cylinder to the reactor height is preferably 1: 8-15, particularly preferably 1: 11-12.
  • the height ratio of the cylinder to the cone is preferably 1: 1.5-4, particularly preferably 1: 2-2.5.
  • the height ratio of the cylinder to the cone is 1: 80-100, so that almost the entire jacket of the reactor is shaped as a continuously opening cone.
  • the reactor is preferably terminated at the top by a hemisphere.
  • the hemisphere can have internals.
  • the ball is preferably acted upon by a tangential air stream, so that the hemisphere functions as a cyclone built into the reactor.
  • the bottom of the reactor can have any shape, with the shape of a hemisphere being preferred.
  • the gas mixture to be polymerized is preferably at the lower end in the
  • Reactor initiated through a perforated gas distributor.
  • the gas distributor must be is that there is a good solid mixture in the fluidized bed and the walls of the cylindrical part are continuously flowed over by gas in order to avoid deposits of polymer particles there.
  • a perforated base is preferably used.
  • a tangential gas flow can also be applied to the walls of the cone so that no polymer deposits form.
  • the reactor is preferably operated at a temperature of 20-160 ° C and a pressure of 1-20 bar absolute.
  • Temperature can also be chosen so that it is below the dew point of at least one component of the cycle gas.
  • the reactor is preferably made of stainless or black steel.
  • the fluidized bed reactor according to the invention is suitable for the production of polymers of any kind, particularly preferably for the production of rubbers of any kind in the gas phase.
  • Polymers in the sense of the invention are e.g. Poly- ⁇ -olefins, polyisoprene, polystyrene,
  • SBR SBR
  • IIR polyisobutene
  • polychloroprene silicones and copolymers made from ethylene and one or more of the following compounds: acrylonitrile, malonic acid ester, vinyl acetate, acrylic and methacrylic acid ester, vinyl acetate, acrylic and methacrylic acid ester, ⁇ -olefins, dienes and trienes.
  • Rubbers in the sense of the invention are uncrosslinked but crosslinkable polymers which can be converted into the rubber-elastic state by the crosslinking.
  • the fluidized bed reactor according to the invention is preferably used for the production of EPM, EPDM, SBR, NBR, polyisoprene and BR in the gas phase.
  • the polymers can contain the usual additives.
  • the polymers can also be prepared in the presence of inert fillers. Preferred fillers are carbon black, silica, clay, talc and / or ground polyolefin.
  • the rubbers produced in the gas phase are suitable for the production of moldings of any kind. However, the rubbers are preferably used for the production of car tires.
  • the rubbers produced in the fluidized bed reactor according to the invention are likewise preferably used in a mixture with other plastics for their modification.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the fluidized bed reactor according to the invention
  • FIG 2 shows the integration of the fluidized bed reactor according to the invention in the polymerization process.
  • the reactor according to the invention is shown in FIG.
  • the reactor consists of a cylinder 2 and a continuously opening cone 3.
  • the diameter of the cylinder is 0.9 m and the height is 3.1 m.
  • Cone 3 sits on the cylinder 2 has a height of 6.5 m. Accordingly, it is Ratio of the diameter of the cylinder 2 to the reactor height 10.6.
  • the height ratio of the cylinder to the cone is 1: 2.1.
  • a hemisphere 4, which closes the reactor at the head, is placed on the cone. The bottom of the reactor also forms a hemisphere 5.
  • the reactor also has a gas distribution tray (not shown).
  • the reactor has on the bottom 5 a flange 6 as a gas inlet and in the hemisphere 4 a flange 7 as a gas outlet.
  • the flanges 8-10 fillers and one or more catalysts in supported or unsupported form and others
  • Additives also passed into the fluidized bed reactor according to the invention in supported or unsupported form.
  • the polymerized product is discharged via the flange 11.
  • FIG. 2 shows the integration of the fluidized bed reactor according to the invention in the polymerization process.
  • a circulating gas mixture 12 consisting of 1,3 butadiene, optionally additives and nitrogen as an inert gas is introduced from below into the fluidized bed reactor 13 according to the invention, in which the 1,3 butadiene polymerizes to polybutadiene.
  • the polymerization takes place at a temperature of 80 ° C and a pressure of 4 bar.
  • the circulating gas mixture 12 depleted in 1,3 butadiene leaves the fluidized bed reactor overhead and is freed in a filter 14 of particles which have been entrained from the reactor.
  • a portion of the Kxeisgasgemisches 12 can be discharged as exhaust air via the outlet 15 before the cycle gas mixture via the inlets 16-19
  • Monomer, regulator, nitrogen and other additives are added.
  • the circulating gas mixture is then cooled by means of a heat exchanger 20, compressed to process pressure with the compressor 21 and cooled again with the heat exchanger 22 before it is passed back into the fluidized bed reactor according to the invention.
  • Fillers or the catalyst (s) are metered into the fluidized bed reactor from the storage containers 23 and 24.
  • the finished product is drawn off via the outlet 25.
  • a Ziegler-based system based on vanadium (VOCI3) with triethylaluminium as co-catalyst was used as the catalyst for the EPM experiments.
  • the average grain size of the carrier was 150-200 ⁇ m, and chloroform was used as the reactivator.
  • the catalyst used for the BR experiments was the neodymium-based catalyst described in EP-B-647 657 with diisobutyl aluminum hydride.
  • the average grain size of the carrier was 150-200 ⁇ m.
  • a conventional reactor according to EP-A-301 872 was used.
  • a vertical cylinder with a diameter of 169 mm and a length of 1 m was connected to the gas distributor, which was in turn connected to a conventional slowdown zone with a height of 43 cm and an opening angle of 12 °.
  • the fluidized bed height was kept constant at 60 cm above the gas distributor through continuous product removal regulates, the empty pipe speed in the cylinder was set to 0.6 m / s.
  • a production rate of 2 kg of product (EPM) per hour was set, and deviations were compensated for by increasing or decreasing the catalyst metering.
  • the reaction temperature was 70 ° C.
  • composition of the product was adjusted by the monomer composition in the gas phase to 70:30 ethylene to propylene ratio, the partial pressures were 7 bara ethylene, 3 bara propylene, 3 bara nitrogen.
  • the reactor was switched off after 10 hours, filing-like deposits were found on the walls and at the transition from the cylinder to the slowdown zone.
  • the reactor was switched off after 5 hours, there were thick, file-like deposits on the walls, in particular at the transition from the cylinder to the slowdown zone.
  • a reactor according to the invention was used. Connected to the gas distributor was a vertical cylinder with a diameter of 219.5 mm and a length of 40 cm, to which a goblet-like slowdown zone with an initial diameter of 217.5 mm and an expansion angle of 4 ° and a height of 1.14 m was attached lock. The reactor was closed at the top and bottom by a hemisphere.
  • Fluid bed height was kept constant at 60 cm above the gas distributor regulated continuous product removal.
  • the empty pipe speed in the cylindrical part was adjusted to 0.6 m / s.
  • a production rate of 2 kg of product (EPM) per hour was set, and deviations were compensated for by increasing or decreasing the amount of catalyst added.
  • the reaction temperature was 70 ° C.
  • the composition of the product was adjusted by the monomer composition in the gas phase to 70:30 ethylene to propylene ratio, the partial pressures were analogous to Example 1.
  • the reactor was switched off after 10 hours, there were no deposits on the walls or at the transition from cylinder to slowdown zone.
  • Partial pressures of monomer and nitrogen were analogous to Example 2. Again, a production rate of 2 kg BR / hour was set by the amount of catalyst added.
  • the reactor was switched off after 5 hours, and there were no deposits or deposits on the walls or at the transition from the cylinder to the slowdown zone.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor (13) zur Herstellung von insbesondere Kautschuk in der Gasphase, dessen Wandung im unteren Teil als ein Zylinder (2) und daran anschliessend als sich kontinuierlich öffnender Konus (3) geformt ist, wobei der Winkel des Konus (3) bezogen auf die Mittelachse 2 bis 10 DEG beträgt und das Wirbelbett höher als der zylindrische Teil ist.

Description

Gasphasenpolymerisation in einem Kelchreaktor
Die Erfindung betrifft einen Wirbelbettreaktor zur Herstellung von insbesondere Kautschuk in der Gasphase, dessen Wandung im unteren Teil als ein Zylinder und daran anschließend als sich kontinuierlich öffnender Konus geformt ist, wobei der
Winkel des Konus bezogen auf die Mittelachse 2-10° beträgt und das Wirbelbett höher als der zylindrische Teil ist.
Die Polymerisation von Polyolefinen in der Gasphase ist ein seit langem bekanntes Verfahren, das bereits 1968 zum ersten Mal großtechnisch realisiert wurde
(Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage 1980, Bd. 19, S. 186 ff).
Die eigentliche Polymerisationsreaktion findet bei diesem Verfahren in einem Wirbelbettreaktor statt, der aus einer Reaktions- und einer darüberliegenden
Beruhigungszone, in der die Feststoffpartikel weitgehend von der Gasphase getrennt werden, besteht. Die Monomeren, der Katalysator und mögliche Zusatzstoffe wie z.B. Additive oder Füllstoffe werden in die Reaktionszone eingeleitet. Zur Aufrechterhaltung eines Wirbelbetts wird dem Reaktor, von unten, ein Kreisgasstrom zugeführt. Dieser Kreisgasstrom, der im wesentlichen aus den nicht umgesetzten
Monomeren besteht, wird am Kopf des Reaktors wieder abgezogen, von Restpartikeln befreit, gekühlt und in den Reaktor zurückgeführt. Das entstehende Polymerisat wird aus der Reaktionszone kontinuierlich oder semi-kontinuierlich abgezogen und weiterbehandelt.
Bei der Gestaltung von Apparaten, die für das Gasphasenpolymerisationsverfahren eingesetzt werden sollen, muß vor allem klebrigen Reaktionsprodukten besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um Verklebungen oder Anbackungen an der Reaktorwandung bzw. an sonstigen Teilen des Reaktors (Reaktorfouling) sowie Pro- duktagglomerationen zu vermeiden Dies gilt insbesondere für den Wirbelbettreaktor. Dementsprechend befassen sich viele Veröffentlichungen mit dessen Gestaltung.
Aus der US-PS 4 003 712 z.B. ist ein vertikaler Wirbelbettreaktor bekannt, der einen zylindrischen unteren Teil aufweist, an den sich ein kurzer konischer Abschnitt und wieder ein Zylinder mit einem größeren Querschnitt als der untere Teil anschließt. In dem unteren Teil findet die eigentliche Polymerisationsreaktion statt, während in dem oberen Teil, der Beruhigungszone, die Polymerpartikel von dem Gasstrom getrennt werden.
Auf dieser Reaktorgeometrie basiert noch eine Vielzahl von weiteren Veröffentlichungen. Beispielhaft seien hier nur die WO 96/04322, die EP-A-0 301 872, das EP-B-0 475 603 und die EP-A-0 728 771 genannt. Der oben genannte Reaktor hat den Nachteil, daß im Übergangsbereich zwischen dem unteren und dem oberen Teil Polymerpartikel anbacken und somit den Reaktorquerschnitt kontinuierlich verengen, bis der Reaktor abgeschaltet und gereinigt werden muß.Allen Verfahren ist gemein, daß sich das Wirbelbett immer im zylindrischen Teil des Reaktors befindet und daß scharfe Kanten zwischen zylindrischem Teil und konischem Reaktorabschnitt auftreten. Aus EP-A-0 765 886 ist ein Apparat zur Entgasung von Olefinpolymeren bekannt, dessen Wandungen in einem Winkel von 0,5-15° gemessen zur Mittelachse verlaufen.
Um das sogenannte Reaktorfouling zu vermeiden, wird in der US-PS-5 428 118 vorgeschlagen, die Wände der Beruhigungszone mit einem tangentialen Luftstrom zu überstreichen, so daß Ablagerungen vermieden oder abgelagerte Partikel wieder aufgewirbelt werden. Auch mit dieser Lehre kann die Standzeit des Wirbelbettreaktors bei Kautschuken nur unwesentlich verlängert werden.
In der Veröffentlichung „New Reactor in Jet Spouted Bed Regime For Catalytic Polymerization" Chem. Eng. Sei. Vol. 49, Page 4579-4588, ist ferner ein Strahlschichtreaktor zur Gasphasenpolymerisation beschrieben, der sich unmittelbar über dem Gaseintritt konisch mit einem Winkel von 10 bis ca. 23° erweitert. Dieser Reaktor soll sich zur Handhabung klebriger Polymerpartikel eignen, wobei die Autoren nicht von einem Wirbelschicht- sondern von einem Strahlschicht-Verfahren mit Pfropfenströmung ausgehen. Dieses Verfahren ist großtechnisch nicht erprobt.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe einen Wirbelbettreaktor zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Wirbelbettreaktor zur Herstellung von insbesondere Kautschuken in der Gasphase gelöst, der einen kreisrunden Querschnitt aufweist und dessen Wandung im unteren Teil als Zylinder und daran anschließend als sich kontinuierlich öffnender Konus geformt ist, ähnlich wie ein Kelch.
Das Wirbelbett in dem erfindungsgemäßen Reaktor dehnt sich mindestens über die gesamte Länge des zylindrischen Teils aus. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Wirbelbett auch noch in den Konus, wobei die Gesamthöhe des Wirbelbetts bevorzugt 150 %ι, besonders bevorzugt 130 % der Länge des zylindrischen Teils nicht überschreiten sollte.
Das Volumen des zylindrischen Teils bestimmt sich nach der mittleren Verweilzeit der Polymerpartikel in dem Wirbelbett, wobei die Höhe des zylindrischen Teils so bemessen wird, daß eine aufsteigende, sich ständig vergrößernde Blase maximal 80 % des Querschnitts des zylindrischen Teils ausfüllt. Aus dem Volumen und der Höhe des zylindrischen Teils errechnet sich dessen Durchmesser.
Die Gasleerrohrgeschwindigkeit in dem zylindrischen Teil muß mindestens der
Lockerungsgeschwindigkeit der Polymerpartikel entsprechen. Vorzugsweise beträgt die Gasleerrohrgeschwindigkeit jedoch mindestens das 3 -fache, besonders bevorzugt das 5 bis 7fache der Lockerungsgeschwindigkeit. Vorzugsweise sollte die Gasleer- rohrgeschwindigkeit 0,3-2 m/s, besonders bevorzugt 0,4-1 m s, ganz besonders bevorzugt 0,5-0,8 m/s betragen.
Vorzugsweise beträgt der Winkel des Konus, bezogen auf die Mittelachse, 2 bis 10°, besonders bevorzugt 3 bis 6° und ganz besonders bevorzugt 3,5 bis 5,5°.
Die Länge des Konus wird so bemessen, daß der Reaktorquerschnitt am Ende des Konus so groß und damit die Gasleerrohrgeschwindigkeit so gering ist, daß 10 bis 1500 μm, vorzugsweise 50 bis 300 μm, besonders bevorzugt 50 bis 150 μm große Katalysator- oder Polymerpartikel nicht mehr aus dem Reaktor ausgetragen werden.
Durch diese Maßnahme wird ein Feststoffaustrag aus dem erfindungsgemäßen Reaktor vermindert und die Verklebung der nachgeschalteten Apparate reduziert.
Das Verhältnis von Durchmesser des Zylinders zur Reaktorhöhe beträgt vorzugs- weise 1:8-15, besonders bevorzugt 1:11-12.
Das Höhenverhältnis von dem Zylinder zu dem Konus beträgt vorzugsweise 1:1,5-4, besonders bevorzugt 1:2-2,5.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt das Höhenverhältnis von dem Zylinder zu dem Konus 1:80-100, so daß nahezu der gesamte Mantel des Reaktors als sich kontinuierlich öffnender Konus geformt ist.
Vorzugsweise wird der Reaktor am Kopf von einer Halbkugel abgeschlossen. Die Halbkugel kann Einbauten aufweisen. Vorzugsweise wird die Kugel mit einem tan- gentialen Luftstrom beaufschlagt, so daß die Halbkugel als in den Reaktor eingebauter Zyklon funktioniert. Der Boden des Reaktors kann eine beliebige Form aufweisen, wobei die Form einer Halbkugel bevorzugt wird.
Das zu polymerisierende Gasgemisch wird vorzugsweise am unteren Ende in den
Reaktor durch ein gelochten Gasverteiler eingeleitet. Der Gasverteiler muß so ausge- legt sein, daß in der Wirbelschicht eine gute Feststoffvermischung herrscht und die Wände des zylindrischen Teils kontinuierlich von Gas überströmt werden, um dort Ablagerungen von Polymerpartikeln zu vermeiden. Bevorzugt wird ein Lochboden verwendet.
Auch die Wände des Konus können, falls erforderlich mit einem tangentialen Gasstrom beaufschlagt werden, damit sich keine Polymerablagerungen bilden.
Der Reaktor wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 20-160°C und einem Druck von 1-20 bar absolut betrieben. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die
Temperatur auch so gewählt werden, daß sie unterhalb des Taupunkts zumindest eines Bestandteiles des Kreisgases liegt.
Der Reaktor wird vorzugsweise aus rostfreiem oder schwarzem Stahl gefertigt.
Der erfindungsgemäße Wirbelbettreaktor eignet sich zur Herstellung von Polymeren jeglicher Art, besonders bevorzugt zur Herstellung von Kautschuken jeglicher Art in der Gasphase.
Polymere im Sinne der Erfindung sind z.B. Poly-α-Olefine, Polyisopren, Polystyrol,
SBR, IIR, Polyisobuten, Polychloropren, Silikone und Copolymere aus Ethylen und einem oder mehrerer der folgenden Verbindungen: Acrylnitril, Malonsäureester, Vinylacetat, Acryl- und Methacrylsäurester, Vinylacetat, Acryl- und Methacrylsäure- ester, α-Olefine, Diene und Triene.
Kautschuke im Sinne der Erfindung sind unvemetzte, aber vernetzbare Polymere, die durch die Vernetzung in den gummielastischen Zustand überführt werden können.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor jedoch zur Herstel- lung von EPM, EPDM, SBR, NBR, Polyisopren und BR in der Gasphase eingesetzt. Die Polymerisate können die üblichen Additive enthalten. Im erfindungsgemäßen Verfahren könnendie Polymerisate auch in Gegenwart von inerten Füllstoffen hergestellt werden. Bevorzugte Füllstoffe sind Ruß, Silica, Ton, Talkum und/oder gemahlenes Polyolefin.
Die in der Gasphase hergestellten Kautschuke eignen sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art. Vorzugsweise werden die Kautschuke jedoch zur Herstellung von Autoreifen verwendet.
Ebenfalls bevorzugt werden die in dem erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor hergestellten Kautschuke in Mischung mit anderen Kunststoffen zu deren Modifikation verwendet.
Es muß als völlig überraschend und für den Fachmann unerwartet angesehen werden, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Reaktor die Standzeiten im Vergleich zu Reaktoren des Standes der Technik um den Faktor 10 erhöhen lassen. Dadurch, daß das Wirbelbett bis in den Konus hineinragt, wird der Übergang zwischen dem Konus und dem zylindrischen Teil des Reaktors ständig von Partikeln umspült, so daß sich insbesondere an dieser sensiblen Stelle keine Ablagerungen bilden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktors
Fig. 2 zeigt die Einbindung des erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktors in das Polymerisationsverfahren.
In Figur 1 ist der erfindungsgemäße Reaktor dargestellt. Der Mantel 1 des vertikalen
Reaktors besteht aus einem Zylinder 2 und einem sich kontinuierlich öffnenden Konus 3. Der Durchmesser des Zylinders beträgt 0,9 m und die Höhe 3,1 m. Der
Konus 3 sitzt auf dem Zylinder 2 hat eine Höhe von 6,5 m. Dementsprechend ist das Verhältnis vom Durchmesser des Zylinders 2 zur Reaktorhöhe 10,6. Das Höhenverhältnis von dem Zylinders zu dem Konus beträgt 1:2,1. Auf den Konus aufgesetzt ist eine Halbkugel 4, die den Reaktor am Kopf abschließt. Den Boden des Reaktors bildet ebenfalls eine Halbkugel 5.
Ferner verfügt der Reaktor über einen Gasverteilungsboden (nicht dargestellt).
Der Reaktor weist am Boden 5 einen Flansch 6 als Gaseinlaß und in der Halbkugel 4 einen Flansch 7 als Gasauslaß auf. Durch die Flansche 8-10 werden Füllstoffe und ein oder mehrere Katalysatoren in geträgerter oder ungeträgerter Form und weitere
Zusatzstoffe ebenfalls in geträgerter oder ungeträgerter Form in den erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor gefahren. Das polymerisierte Produkt wird über den Flansch 11 ausgeschleust.
In Figur 2 ist die Einbindung des erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktors in das Polymerisationsverfahren dargestellt. Ein Kreisgasgemisch 12 bestehend aus 1,3 Butadien, gegebenenfalls Additiven und Stickstoff als Inertgas wird von unten in den erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor 13 eingeleitet, in dem das 1,3 Butadien zu Polybutadien polymerisiert. Die Polymerisation findet bei einer Temperatur von 80°C und einem Druck von 4 bar statt.
Das an 1,3 Butadien abgereicherte Kreisgasgemisch 12 verläßt den Wirbelbettreaktor über Kopf und wird in einem Filter 14 von Partikeln, die aus dem Reaktor mitgerissen wurden, befreit. Über den Auslaß 15 kann ein Teil des Kxeisgasgemisches 12 als Abluft abgelassen werden, bevor dem Kreisgasgemisch über die Einläße 16-19
Monomeres, Regler, Stickstoff und weitere Zusätze zugegeben werden. Das Kreisgasgemisch wird dann mittels eines Wärmetauschers 20 gekühlt, mit dem Verdichter 21 auf Prozeßdruck verdichtet und noch einmal mit dem Wärmetauscher 22 abgekühlt, bevor es wieder in den erfindungsgemäßen Wirbelbettreaktor geleitet wird. Aus den Vorratsbehältern 23 und 24 werden Füllstoffe bzw. der oder die Katalysa- tor/en in den Wirbelbettreaktor dosiert. Das fertige Produkt wird über den Auslaß 25 abgezogen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele dienen zur Verdeutlichung der Erfindung.
Vorbemerkung:
Die unterschiedlichen Reaktoren wurden gemäß Fig. 2 in das Polymerisationsverfahren eingebunden. Als Gasverteiler wurde ein Lochboden analog EP-A-260 154 eingesetzt.
Für die EPM- Versuche wurde als Katalysator ein auf Silica geträgertes Ziegler- System auf Basis Vanadium (VOCI3) mit Triethylaluminium als Co-Katalysator verwendet. Die durchschnittliche Korngröße des Trägers betrug 150-200 μm, als Reaktivator wurde Chloroform verwendet.
Für die BR- Versuche wurde als Katalysator der in EP-B-647 657 beschriebene Katalysator auf Neodym-Basis mit Diisobutylaluminiumhydrid verwendet. Die durchschnittliche Korngröße des Trägers betrug 150-200 μm.
Nach dem Schließen des Reaktors wurde die Anlage durch mehrmaliges Spülen mit
Stickstoff inertisiert. Dann wurde ein inertes Startbett eingeschleust und Co-Katalysator zudosiert, bis der Sauerstoff- und Wassergehalt in der Anlage unter 3 ppm fiel.
Versuch 1
Ein herkömmlicher Reaktor gemäß EP-A-301 872 wurde eingesetzt. An den Gasverteiler schloß sich ein vertikaler Zylinder mit Durchmesser 169 mm und Länge 1 m an, an den sich wiederum eine herkömmliche Verlangsamungszone mit Höhe 43 cm und einem Öffhungswinkel von 12° anschloß. Die Wirbelbetthöhe wurde konstant auf 60 cm oberhalb des Gasverteilers durch kontinuierliche Produktentnahme ge- regelt, die Leerrohrgeschwindigkeit im Zylinder wurde auf 0,6 m/s eingeregelt. Mit Hilfe des beschriebenen V-Katalysators wurde eine Produktionsrate von 2 kg Produkt (EPM) pro Stunde eingestellt, Abweichungen wurden durch Erhöhung oder Verminderung der Katalysatordosierung ausgeglichen. Die Reaktionstemperatur betrug 70°C. Die Zusammensetzung des Produktes wurde durch die Monomer- zusammensetzung in der Gasphase eingestellt auf 70:30 Ethylen zu Propylen- Verhältnis, die Partialdrucke waren 7 bara Ethylen, 3 bara Propylen, 3 bara Stickstoff. Der Reaktor wurde nach 10 h abgeschaltet, es fanden sich feil-artige Ablagerungen an den Wänden und am Übergang von Zylinder zu Verlangsamungszone.
Versuch 2
Es wurde analog zu Versuch 1 gearbeitet. Allerdings wurde diesmal ein Katalysator gemäß EP-B-647 657 auf Basis Nd verwendet. Die Reaktionstemperatur betrug wiederum 70°C, als Monomer wurde 1,3-Butadien gasförmig dosiert, der Partial- druck an Monomer betrug 4 bara, der Partialdruck an Stickstoff betrug 3 bara. Wiederum wurde eine Produktionsrate von 2 kg BR/k durch die Katalysatormenge eingestellt.
Der Reaktor wurde nach 5 h abgeschaltet, es fanden sich dicke feil-artige Ablagerungen an den Wänden, insbesondere am Übergang Zylinder-Verlangsammungs- zone.
Versuch 3
Ein erfindungsgemäßer Reaktor wurde eingesetzt. An den Gasverteiler schloß sich ein vertikaler Zylinder mit einem Durchmesser von 219,5 mm und Länge 40 cm an, an den sich eine kelchartige Verlangsammungszone mit Anfangsdurchmesser 217,5 mm und einem Erweiterungswinkel von 4° und einer Höhe von 1,14 m an- schloß. Der Reaktor wurde oben und unten durch eine Halbkugel abgeschlossen. Die
Wirbelbetthöhe wurde konstant auf 60 cm oberhalb des Gasverteilers durch kontinuierliche Produktentnahme geregelt. Die Leerrohrgeschwindigkeit im zylindrischen Teil wurde auf 0,6 m/s eingeregelt. Mit Hilfe des beschriebenen V-Kata- lysators wurde eine Produktionsrate von 2 kg Produkt (EPM) pro Stunde eingestellt, Abweichungen wurden durch Erhöhung oder Erniedrigung der zudosierten Katalysatormenge ausgeglichen. Die Reaktionstemperatur betrug 70°C. Die Zusammensetzung des Produkte wurde durch die Monomerzusammensetzung in der Gasphase eingestellt auf 70:30 Ethylen zu Propylenverhältnis, die Partialdrücke waren analog Beispiel 1. Der Reaktor wurde nach 10 h abgestellt, es fanden sich keine Beläge an den Wänden oder am Übergang Zylinder zu Verlangsammungszone.
Versuch 4
Es wurde analog zu Versuch 3 gearbeitet. Allerdings wurde diesmal ein Katalysator auf Basis Nd gemäß EP-B-647 657 verwendet. Die Reaktionstemperatur betrug wiederum 70°C, als Monomer wurde diesmal 1,3-Butadien gasförmig dosiert, die
Partialdrücke an Monomer und Stickstoff waren analog Beispiel 2. Wiederum wurde eine Produktionsrate von 2 kg BR/Stunde durch die zugegebene Katalysatormenge eingestellt.
Der Reaktor wurde nach 5 h abgestellt, es fanden sich keine Beläge oder Ablagerungen an den Wänden oder am Übergang Zylinder- Verlangsammungszone.

Claims

Patentansprüche
1. Wirbelbettreaktor mit einem kreisrunden Querschnitt zur Herstellung von klebrigen Polymerisaten in der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (1) des Wirbelbettreaktors im unteren Teil als Zylinder (2) und daran anschließend als sich kontinuierlich öffnender Konus (3) geformt ist, und wobei der Winkel des Konus (3), bezogen auf die Mittelachse, 2 bis 10°, vorzugsweise 3 bis 6° und ganz besonders bevorzugt 3,5 bis 5,5° beträgt.
2. Wirbelbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhenverhältnis von Zylinder (2) zu Konus (3) 1:1,5 - 4, bevorzugt 1:1,8 - 2,4 beträgt.
3. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß das Verhältnis von Durchmesser des Zylinders zu Gesamthöhe des
Reaktors 1:8 - 15, vorzugsweise 1:10 - 12 beträgt.
4. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (5) als Halbkugel geformt ist.
5. Wirbelbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mit einem Lochboden als Anströmboden versehen ist.
6. Verfahren zur Durchführung von Gasphasenpolymerisationsreaktionen in einem Wirbelbettreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Konus (3) so eingestellt wird, daß die Gasgeschwindigkeit am oberen Ende des Konus geringer als die Sinkgeschwindigkeit der wachsenden Katalysatorpartikel ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett höher als der Zylinder (2) ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zur Höhe des Zylinders (2) so eingestellt wird, daß der Durchmesser größer als 70 % des maximalen Blasendurchmessers im Bett ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleerrohrgeschwindigkeit in dem zylindrischen Teil 0,3 bis 2 m/s, vorzugsweise 0,4 bis 1 m/s beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart eines inerten Füllstoffes polymerisiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der inerte Füllstoff Ruß, Silica, Ton, Talkum und/oder gemahlenes Polyolefin ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen unterhalb des Taupunktes eines der eingesetzten Kreisgasbestandteilen polymerisiert wird.
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