DE1923542C2

DE1923542C2 - Vorrichtung zur Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen unter niederem Druck

Info

Publication number: DE1923542C2
Application number: DE1923542A
Authority: DE
Inventors: André Bruxelles Closon
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1968-05-14
Filing date: 1969-05-08
Publication date: 1984-04-19
Also published as: ES367053A1; FR1585028A; NL6907433A; DE1923542A1; GB1208096A; PL79997B1; NL153556B; BE732798A; US3625658A; RO55524A; BR6908750D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen unter niederem Druck gemäß den identischen Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Diese Vorrichtung der vorstehend bezeichneten Gattung eignet sich grundsätzlich zur Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen bei Anwesenheit ailer Arten von Katalysatoren, insbesondere zur Anwendung bekannter Verfahren, die als Katalysatoren das Oxid des sechswertigen Chroms niedergeschlagen auf einem Kieselerde-Aluminiumoxid-Träger, das Mo- ^b0 lybdänoxid niedergeschlagen auf Aluminiumoxid oder die Übergangsmetallverbindungen, wie Verbindungen des Titans oder des Vanadiums aktiviert durch eine organometallische Verbindung verwenden, aber auch zur Anwendung für die Polymerisation und Mischpo- ^ lymerisation von Olefinen mit Hilfe eines Katalysators, der durch Aktivieren des Reaktionsproduktes zwischen einer Halogenverbindung rinps 1 Ihergangsmetalles und einem festen aus einem Hydroxychlorid eines zweiwertigen Metalles bestehenden Träger mittels einer oranometallischen Verbindung erhalten wurde.

Die Polymerisation und die Mischpolymerisation nach allen diesen Verfahren werden sehr häufig in Anwesenheit einer Dispersionsflüssigkeit, die das oder die Monomere löst, ausgeführt

Als Dispersionsflüssigkeit kann ein inerter Kohlenwasserstoff verwendet werden, der unter den Polymerisationsbedingungen flüssig ist. Das ist besonders bei Anwendung dieser Verfahren auf die Polymerisation von Äthylen der Fall. Die Polymerisation kann auch unter Verwendung der Monomeren als Verdünnungsmittel ausgeführt werden, die im flüssigen Zustand unter einem Druck, der wenigstens gleich ihrem Sättigungsdruck ist, gehalten werden. Dies kann der Fall sein bei der Herstellung von elasiomeren Äthylen-Propylen-Copolymeren und von Polymeren des Propylens.

In jedem dieser Fälle, deren praktischer Nutzen sehr wichtig ist, wird das Polymer in Form von Teilchen erhalten, die eine feste unabhängige Phase bilden. Die Anwesenheit von Körnern des Polymers in dem Reaktionsmilieu erfordert die Berücksichtigung zahlreicher Bedingungen bei der Konstruktion des Polymerisationsreaktors.

Tatsächlich haben die Körner des Polymers die Neigung, an Wänden anzukleben und Agglomerate zu bilden, insbesondere in toten Zonen des Reaktors. Auch können sich, wenn keine besonderen Maßnahmen bei der Konstruktion des Reaktors ergriffen werden, Krusten bilden, die die Stillegung und Reinigung des Reaktors erforderlich machen. Diese Unannehmlichkeiten können vermieden werden, wenn man eine genügende Rührung im Inneren des Reaktors schafft und wenn die innere Geometrie des Reaktors so ist, daß keine Zonen bestehen, in denen die Rührung ohne Wirkung bleibt.

Außerdem muß der Reaktor so konstruiert sein, daß mit ihm kontinuierlich gearbeitet werden kann, wenn man ihn unter den günstigeren industriellen Bedingungen einsetzen möchte.

Ein Polymerisationsreaktor, der diese Anforderungen besonders gut erfüllt, ist ein Reaktor, der aus einem Rohr mit konstantem Querschnitt, das einen geschlosse nen Kreislauf bildet, besteht. Das Verdünnungsmittel und die Körner des suspendierten Polymers zirkulieren darin mit einer Geschwindigkeit von einigen m/s, die zur Verhinderung einer Krustenbildung durch Ablagerung ausreiche Die Bewegung wird mit einer Pumpe, am häufigsten mit einer Axialpumpe, erzeugt (US-PS 3226205, US-PS 3248 179, DE-AS 1060598). Im Inneren des Reaktors gibt es keine Dampfphase.

Die allgemeine äußere Form ist veränderlich. Die einfachste ist ein Rechteck, dessen Kanten so abgerundet sind, daß die Füllungsverluste verringert werden. Man hat beobachtet, daß die Körner des Polymers besonders stark in den Teilen des Reaktors dekantieren, in denen der Fluß waagerecht gerichtet ist. Aus diesem Grund werden die Reaktoren vorzugsweise senkrecht angeordnet, wobei die senkrechten Abschnitte sehr viel langer als die waagerechten Abschnitte sind.

Eine Reaktorform, mit der ein sehr hohes Verhältnis für die senkrechten Abschnitte erreicht werden kann, ohne daß die Höhe übertrieben wird, ist das Doppel-U. Bei dieser Reaktorart werden zwei Halbringe in Form eines U einander gegenüber angeordnet und über die Spitzen der vertikalen Schenkel des U verbunden.

Die Zirkulationspumpe für das Dispersionsmittel im

Reaktor an der Basis des Reaktors entweder in einem horizontalen Abschnitt oder an dem unteren Teil eines senkrechten Schenkels angeordnet In den meisten dieser Fälle wird die Pumpe von einem oder mehreren Axiallaufrädern gebildet, die hintereinander auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind. Diese Welle durchquert die rohrförmige Wand des Reaktors in der Nähe eines Bogens. Sie ist vorzugsweise elasüsch an einem Motor angeschlossen, welcher an dem den Reaktor tragenden Gerüst befestigt ist Feststehende Schaufeln können vor, hinter oder zwischen den Laufrädern angeordnet sein und als Führung für die Flüssigkeitsströme dienen.

Im Betrieb übersteigt die Temperatur der Reaktorwand selten 150⁰C. Dagegen kann während Überholzeiten die Wand während der Waschungen auf Temperaturen von mehr als 200° gebracht werden. Die von diesen erhöhten Temperaturen ausgehenden linearen Ausdehnungen können mit Hinblick aur die erheblichen Abmessungen der Reaktoren absolut überhöhte Werte annehmen.

In der Praxis sind die Reaktoren üblicherweise an ihrer Basis in dem Gerüst eingespannt, das die ganze Polymerisationseinrichtung trägt. Infolgedessen kann sich der obere Teil des Reaktors frei ausdehnen. Da die vertikalen Schenkel im Vergleich zu den horizontalen Schenkeln verhältnsmäßig größere Abmessungen haben, ist ihre Ausdehnung gleichfalls größer. Dies erzeugt indessen keine Spannung in den Rohren, da diese sich frei ausdehnen können.

Im Gegensatz dazu kann sich die Ausdehnung in dem eingespannten horizontalen Teil des Reaktors nicht frei entfalten, und die Temperaturerhöhungen erzeugen in diesem Teil der Konstruktion äußerst gefährliche Druckspannungen. Tatsächlich kann die Länge eines horizontalen Basisabschnittes mehrere Meter betragen. Was das deu Reaktor bildende Rohr anbetrifft, so ist dessen Dicke sehr schwach gegenüber dessen Durchmesser, der in gewissen Fällen größer als 50 cm ist.

Unter diesen Bedingungen reichen die beim Waschen des Reaktors erzeugten Druckspannungen aus, erhebliche bleibende Deformationen der Einrichtung zu erzeugen. Man hat z. B. Knicken des Rohres, Verwinden der festen Schaufeln, Verbiegen der Pumpenwelle, Beschädigung der Stopfbuchsenpackung des Reaktors am Durchgang der Pumpenwelle durch die Wand usw. festgestellt. Alle diese Deformationen können die Einrichtung stark beschädigen und sogar die totale Stillegung erforderlich machen, wenn die Zirkulationspumpe unbrauchbar wird.

Diese Deformationen könnten sicherlich vermieden werden, wenn die Waschtemperatur des Reaktors begrenzt würde. Jedoch ist das Polyäthylen, das am häufigsten in dieser Reaktorart erzeugte Polyolefin, bei normaler Temperatur in keinem Lösungsmittel ausreichend loslich. Folglich müssen erhöhte Temperaturen angewendet werden, damit die Waschung mit Hilfe eines Lösungsmittels wirksam wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der bisher bleibende Deformationen erzeugt werden, wenn sie auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird, so auszubilden, daß keine Deformationer auftreten, indem die freie Ausdehnbarkeit in der Reaktorebene sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Tc^;!en der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Maßnahmen alternativ gelöst.

Beiden Lösungsvorschlägen ist das Prinzip gemeinsam, daß sich der horizontale Eereich, der an die Zirkulationspumpe angrenzt oder diese enthält, in der Reaktorebene frei ausdehnen kann. Beiden Lösungsvorschlägen ist in konstruktiver Hinsicht gemeinsam, daß die Aufhänge-Schwingarme an ihrem einen Ende um Bolzen drehbar sind, deren Achsen senkrecht zur Ebene des Reaktors angeordnet sind, während die anderen Enden der Aufhänge-Schwingarme ebenfalls um senkrecht zur Ebene des Reaktors angeordnete Achsen drehbar sind, die bei der ersten Alternative von Bolzen und bei der zweiten Alternative Achsen von Stütz-Kugelgelenken sind. Wegen ihrer untereinander parallelen Anordnung stellen die Aufhänge-Schwingarme in Verbindung mit ihrer beidseitigen Drehbarkeit ein 'S Aufhänge-Parallelogramm dar, dessen Hebel, nämlich die Schwingarme, auch während der Schwingbewegung parallel zueinander bleiben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen 3 bis 4 zu ersehen.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform,

F i g. 2 Einzelheiten des oberen Endes eines Schwingarms dieser Ausführungsform,

F i g. 3 Einzelheiten des unteren Endes eines Schwingarms derselben Ausführungsform und

F i g. 4 eine zweite Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 stützt sich ein Reaktor 1 von im allgemeinen rechteckiger Form auf dem Gerüst der Einrichtung mit Hilfe von Trägern 2 ab.

In seinem horizontalen unteren Schenkel ist die Zirkulationsvorrichtung für das Verdünnungsmittel angeordnet, die eine Axialpumpe aufweist, deren Laufrad 3 von einer Welle 4 angetrieben wird. Diese Welle geht durch eine Stopfbuchse 5 und ist von einem Lager 6 getragen, das am Reaktor mittels feststehender Schaufeln 7 befestigt ist.

Der linke vertikale Schenkel ist an dem Gerät mit Hilfe von zwei Doppelträgern 8 mit T-förmigem Querschnitt befestigt, die am Reaktor 1 angeschweißt und an den Trägern 8 angeschraubt sind.

Der rechte vertikale Schenkel weist zwei Doppelträger 9 mit U-förmigem Quers.hnitt auf, die gleichfalls am Reaktor 1 angeschweißt sind. Dieser Schenkel ist mit Hilfe von Schwingarmen 10 aufgehängt.

Gemäß F i g. 2 ist das obere Ende der Schwingarme

10 von einem Bolzen 11 durchquert, der in feststehenden Böcken 12 gelagert ist, die an dem unteren Flansch des Trägers 2 angeschweißt sind. Der Schwingarm 10 durchquert diesen Flansch in einer Aussparung 13.

Gemäß F i g. 3 ist durch das untere Ende des Schwingarmes 10 ein Bolzen 14 geführt, der in einem Doppelträger 9 mit Verstärkungen 15 gelagert ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung kann das Doppellager des Schwingarmkopfes durch eine kugelförmige Stütze, die ein Kugelgelenk bildet und theoretisch die Bewegung des Schwingarmes um einen festen Punkt erlaubt, ersetzt sein.

Der besondere Fall des Reaktors in der Form eines Ooppel-U ist gleichfalls wichtig. Es ist offensichtlich, daß mit der freien Ausdehnung der horizontalen Schenkel des Reaktors gleichfalls bleibende Deformationen als Folge einer starken Temperaturerhöhung vermieden werden können. Diese freie Ausdehnung kann nach den gleichen Prinzipien und mit den gleichen Mitteln wie im Fall des rechteckigen Ringreaktors sichergestellt

werden.

Jedoch ist es in diesem Fall nicht unbedingt erforderlich, die freie Ausdehnung des horizontalen Schenkels des Halbreaktors sicherzustellen, in dem sich keine Zirkulationsvorrichtung für das Dispersionsmittel 5 befindet. Während der Waschungen kann das die Wände des Reaktors bildende Rohr ohne Nachteil bedeutende Deformationen erleiden, da diese die Zirkulationspumpe, die Antriebsachse, die festen Schaufeln usw. nicht beschädigen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann man die Aufhängevorrichtung, die die freie waagerechte Ausdehnung des Reaktors sicherstellt, mit einem Dämpfer für senkrecht zur Ebene des Reaktors gerichtete Schwingungen kombinieren. Dies kann durch Festsetzen des Reaktors zwischen zwei zylindrische, schwingende, verstellbare Abschnitte, die auf dem Gerüst der Einrichtung abgestützt sind, erreicht werden.

F i g. 4 zeigt eine Aufhängung des Reaktors, die zur Sicherstellung der freien Ausdehnung des Reaktors in einer zur Zeichenebene senkrechten und durch die Rohrachse gehenden Ebene gut geeignet ist. Die Vorrichtung dient zum Aufhängen eines vertikalen Schenkels des rohrförmigen zylindrischen Reaktors 1, von dem ein Teil des Rohres nahe an der Basis des Schenkels dargestellt ist. Das die Einrichtung tragende Gerüst wird durch waagerechten Träger 2 in I-Form und durch den vertikalen Träger 18 in I-Form dargestellt.

Der zylindrische Schwingarm 10 hat an seinem oberen Ende ein Außengewinde und ist mit zwei Muttern versehen. Diese übertragen die Kraft, die von dem Schwingarm ausgehalten wird, jeweils auf eine Lochscheibe 19, auf einen in seinem unteren Teil kugelförmig ausgebildeten Stützring 20, auf einen Kugelsitz 21, der aus Stützring 20 angeschliffen worden ist, sowie auf eine Lochscheibe 22 und schließlich auf den oberen Flansch des Trägers 2. Das untere Ende des Schwingarmes 10 dient als Lager für den Bolzen 14. Dieser dreht sich gleichfalls in zwei fest mit dem Doppelträger 9 verbundenen Lagern. Dieser weist ein dreieckiges Profi! und eine U-Form auf und ist am Rohr angeschweißt, welches den Reaktor 1 bildet. Die normale Lage des Schwingarmes 10 ist die vertikale Lage.

In F ig. 4 ist gleichfalls eine Vorrichtung 24 dargestellt, welche die transversalen Schwingungen begrenzt. Diese Vorrichtung ist einerseits auf dem Doppelträger 9 und andererseits auf dem Steg des vertikalen Trägers 18 abgestützt. Die Stützflächen sind Abschnitte eines Zylinders mit vertikaler Achse. Die Vorrichtung ist hohl und in der Länge verstellbar.

Die Aufhängevorrichtung wird durch einen anderen zum Schwingarm 10 identischen Schwingarm vervollständigt, der an der Rückseite des Rohres des Reaktors 1 angeordnet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen unter niedrigem Druck, bestehend aus einem rohrförmigen Reaktor für einen geschlossenen Kreislauf mit einem U-förmig gestalteten Abschnitt, in dessen horizontalem Bereich eine Zirkulationspumpe für ein Verdünnungsmittel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) mittels einer Stützeinrichtung bestehend aus Aufhänge-Schwingarmen (10) abgestützt ist, die unter sich parallel sind und die um einen feststehenden, fest mit dem die Vorrichtung tragenden Gerüst (2) verbundenen Bolzen (11) sowie um einen beweglichen, fest mit d^m Reaktor (1) verbundenen weiteren Bolzen (14) drehbar sind, wobei die Achsen der beiden Bolzen (11, 14) senkrecht zur Ebene des Reaktors (1) angeordnet sind.

2. Vorrichtung zur Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen unter niedrigem Druck, bestehend aus einem rohrförmigen Reaktor für einen geschlossenen Kreislauf mit einem U-förmig gestalteten Abschnitt, in dessen horizontalem Bereich eine Zirkulationspumpe für ein Verdünnungsmittel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) mittels einer Stützeinrichtung bestehend aus Aufhänge-Schwingarmen (10) abgestützt ist, die unter sich parallel sind und die am oberen Ende in einem Stütz-Kugelgelenk (21, 22) und am unteren Ende um einen fest mit dem Reaktor (1) verbundenen Bolzen (14) drehbar sind, dessen Achse senkrecht zur Ebene des Reaktors (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung mit einer Dämpfungseinrichtung (24) für in bezug auf die Ebene des Reaktors (1) transversale Schwingungen kombiniert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (24) für die transversalen Schwingungen von Paaren zylindrischer, schwingender, verstellbarer Abschnitte gebildet ist, die auf dem Gebiet (2) der Vorrichtung abgestützt sind.