182996. lajstromszámú szabadalom • Eljárás polietilén előállítására
1 182 996 2 A találmány tárgya javított eljárás kis sűrűségű polietilén előállítására. Közelebbről, a találmány tárgya javított, nagynyomású polimerizációs eljárás polietilén előállítására, két reaktorból álló berendezésben, ahol az első, két zónás autokláv egy hőcserélőn keresztül van sorba kötve a második, egy reakciózónás autokláwal. Polietilén előállítására számos ipari eljárás ismert és sokféle, eltérő, sajátos tulajdonságú polietilén van kereskedelmi forgalomban. A polietilének különféle típusait a sűrűség szerint általában kis, közepes és nagy sűrűségű polietilénekre osztják. Ezek közül kis sűrűségűnek nevezik azokat a polietiléneket, amelyek sűrűsége 0,900-0,935 g/cm3. Ezeket az anyagokat elterjedten használják burkoló- és csomagolófóliaként. Az ezekre a célokra szolgáló polietiléneknek kiváló optikai tulajdonságokkal és merevséggel kell rendelkezniük, és kezelhetőségük is megfelelő kell hogy legyen. Ilyen kis sűrűségű polietilének előállítására két reakciózónás autoklávokat használnak, ahol a polimerizációt az első és a második zónában eltérő hőmérsékleten hajtják végre. Ilyen rendszert ismertetnek például a 3 536 693. és 3 875 128. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások. A 3 875 128. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti, két-zónás polimerizációs eljárás végrehajtásakor azonban a következő nehézségek mutatkoznak. Mint jól ismert, ha a reagáltatást ipari méretekben végezzük, a polietilén kitermelését (a megtermelt polimer súlya a reaktorba betáplált monomer egységnyi súlyának %-ában kifejezve) a reaktor következő hőegyensúlya határozza meg: A regenerált polimerizációs hő mennyisége (polimerizá- _ dós hő reakció-kitermelés x etilén betáplálási sebesség) =Etilén betáplálási sebessége x A környezetből különbség az érezhető hőben elvont hőmennyiség A reakció kitermelése tehát az érezhető hőben mutatkozó különbség és a környezetből elvont hő mennyiségével arányosan nő. A fenti, két-zónás polimerizációs eljárásban az etilént az első és a második reakciózónában eltérő hőmérsékleten, nagy nyomáson polimerizálják, és így kiváló optikai tulajdonságú és jól feldolgozható polietilént kapnak. Az első reakciózóna hőmérséklete általában 140-200 °C. A 3 875 128. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett eljárásban meghatározzuk az érezhető hőben mutatkozó különbséget, ha megadjuk az etilén betáplálási hőmérsékletét a reaktor bevezetésénél és a reakcióelegy hőmérsékletét a reaktor kivezetésénél. A környezetből elvont hő mennyisége azonban az első autokláv reaktorban uralkodó reakcióhőmérséklet és a hőcserélővel lehűtött reakcióelegy hőmérséklete különbségével arányos. A fenti két-zónás eljárás kivitelezése során az első autokláv reaktorban uralkodó reakció-hőmérséklet rendszerint a fent megadott alacsony tartományban mozog, és a reakcióelegy hőmérséklete a hőcserélővel történő lehűtés után nem lehet 120°C-nál alacsonyabb, így a környezetből elvont hőmennyiség igen kicsi és a polietilén kitermelése is kicsi, ami az említett két-zónás polimerizációs eljárás komoly hátránya. Saját korábbi, a 4 123 600. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban tárgyalt eljárásunk lehetőséget teremt e hátrány kiküszöbölésére; Az eljárást két vagy több két-két zónára osztott autoklávban hajtjuk végre, amelyek hőcserélőn keresztül vannak sorbakötve. Egy olyan reaktorban, amelyre jó megközelítéssel alkalmazható a teljes keveredési modell, a polimerizáció iniciátorának hatékonyságát (az 1 mól polimerizációs iniciátorral polimerizált etilén móljainak száma) jól leírja a következő egyenlet; ahol rjae • e-^; (2Ep - Et) (1) 0 az átlagos tartózkodási idő a reakciótérben, R egyetemes gázállandó, T reakció-hőmérséklet (abszolút hőmérséklet, K), Ep a növekedés aktivációs energiája a polimerizációban és Et a polimerizáció befejezésének aktivációs energiája. A fenti megközelítő összefüggés független a polimerizációs iniciátor típusától. Az egyenletből következik, hogy minél alacsonyabb a reakció-hőmérséklet, annál alacsonyabb a polimerizációs iniciátor hatékonysága. A 4 123 600. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban foglalt eljárás hátránya, hogy az első reakciózónában kicsi a polimerizációs iniciátor hatékonysága, mert — mint már említettük — az első zónában a reakció-hőmérséklet csak 140—200 °C. A találmány szerinti eljárással az iniciátor hatékonysága nagymértékben megnövelhető. A találmány szerint magas hőmérsékleten, nagy nyomáson, két, egy hőcserélőn keresztül, sorba kötött autoklávban állítunk elő polietilént. Az eljárást az jellemzi, hogy az első autokláv két reakciózónára oszlik, míg a második aütoklávnak egy reakciózónája van. A kiindulási etilénmennyiség legnagyobb részét az első autokláv első reakciózónájába tápláljuk, a fennmaradó etilénmennyiséget pedig közvetlenül a második autoklávba vezetjük, az első autokláv első zónájába bevezetett etilént polimerizációs iniciátor jelenlétében, 1100—2500 kg/cm2 nyomáson, 140—180 °C hőmérsékleten polimerizáljuk, az így kapott reakcióelegyet az első autokláv második zónájába vezetjük, a reakcióelegyet polimerizációs iniciátor jelenlétében, 220-270 °C hőmérsékleten tovább polimerizáljuk, az első autokláv második zónájából távozó reakcióelegyet hőcserélővel 140°C-nál nem ala csonyabb, és az első autokláv második zónájának hőmérsékleténél legalább 20 °C-kal alacsonyabb hőmérsékletre hűtjük, a lehűtött elegyet a következő autoklávba vezetjük és abban polimerizációs iniciátor jelenlétében, 1100—2500 kg/cm2 nyomáson, 215-275 °C hőmérsékleten polimerizáljuk. A találmány szerinti eljárás szerint a második autokláv hőmérséklete 220—270 °C, ami magasabb, mint a 4 123 600. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett berendezés második reaktora első reakciózónájában uralkodó 140—180°C-os hőmérséklet, így a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy a polimerizációs iniciátor jobb hatásfokkal működjön. A találmány szerinti eljárással elérhető megnövekedett iniciátor-hatékonyság következtében csökken a fel5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
