179321. lajstromszámú szabadalom • Eljárás etilén nagy nyomáson történő polimerizációjára
5 179321 6 A 704 657 sz. japán szabadalmi leírás olyan nagynyomású etilén-polimerizációs eljárást ismertet, amelyet egyetlen reakciózónában hajtanak végre egy olyan autokláv reaktorban, amely mind az etilén, mind a gyökös iniciátor bevezetésére több bevezető nyílással van felszerelve. Ha ezt az eljárást a szokásos két reakciózónás eljárásra alkalmazzuk, egy felső és egy vele azonos térfogatú alsó reakciózónát tartalmazó reaktort használva, az iniciátor hatásfokának növelése nem lehetséges, sőt a kapott polietilén fizikai sajátságai és feldolgozhatósága szempontjából alulmarad a találmány szerinti eljárással előállítható polietilénhez képest. Igen meglepő, hogy a találmány szerinti eljárással előállított polietilén sokkal kedvezőbb fizikai sajátságokkal és feldolgozhatósággal rendelkezik, mint a szokásos két reakciózónás eljárásokkal előállított polietilén. A találmány részleteit az alábbiakban ismertetjük. A találmány gyakorlati kivitelezésére lényegében hengeres alakú vagy közel hengeres alakú autokláv reaktort használunk, amelynek hossza mintegy 2—2U-szorosa, előnyösen 5—15-szöröse az átmérőjének. Az etilént egy felső reakciózónában és egy ettől eltérő hőmérsékleten tartott alsó reakciózónában polimerizáljuk iniciátor használata mellett. Az eljárást végrehajthatjuk egyetlen autokláv reaktorban, amely egy elválasztó fallal (osztólemezzel) vagy valamilyen más elválasztó elemmel két reakciózónára van felosztva. Eljárhatunk azonban úgy is, hogy két autokláv reaktort sorba kapcsolunk, és elkülönítve hajtjuk végre a reakciókat a két reaktorban. Ebben az esetben a felső reaktort és az alsó reaktort összekötő vezetékre egy nyomásszabályozó szelepet szerelhetünk fel. A felső reakciózóna térfogata a találmány szerinti eljárásban az alsó reakciózóna térfogatának 1,5-6- -szorosa, előnyösen 2—5-szöröse. Ha a térfogatarány 1,5-nél kisebb, akkor az átlagos tartózkodási idő a felső reakciózónában nem nyúlik meg eléggé, így nem lehet számítani arra, hogy az iniciátor hatásfoka növekszik ebben a reakciózónában. Minél nagyobb a térfogatarány, annál jobban növekszik az iniciátor hatásfoka. A térfogatarányt azonban nem lehet a végtelenségig növelni, ha az etilént autokláv reaktorban polimerizáljuk. Az etilén polimerizációja során mintegy 800 cal/g polimerizációs hő szabadul fel, és ezt a hőt a reaktorból távozó reakcióelegy és a reaktorba érkező hideg etilén hőmérséklete közötti különbség kiegyenlítésére használjuk. Más szavakkal az etüén polimerizációja úgynevezett autotermális reakciók módjára megy végbe, amelyben a polimerizáció által fejlesztett hő csaknem azonos a hideg etilénnek a reakcióhőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges hővel. Következésképpen abban az esetben, ha az etilént egy adott sebességgel tápláljuk be, akkor az alsó reakciózónához képest túlságosan nagy térfogatú felső reakciózóna az alábbi okokból nem megfelelő. Az alsó reakciózónában az átlagos tartózkodási idő túlságosan megrövidül ahhoz, hogy annyi polimerizációs hő fejlődjék, amely elegendő az alsó reakciózónába érkező etilénnek az itt szükséges reakcióhőmérsékletre való felmelegítésére (pontosan szólva a felső reakciózónában termelt mintegy 130- •200 °C-os reakcióelegy hőmérsékletének megnövelésére). Az alsó reakciózónában tehát nem lehet elérni a kívánt reakcióhőmérsékletet. Ha a reaktor térfogata kicsi, akkor természetesen a felső reakciózóna térfogatának az alsó reakciózóna térfogatához viszonyított aránya is korlátozódik. A térfogatarány felső határát nem lehet feltétel nélkül meghatározni, mert az erősen függ az alsó reakciózónában uralkodó hőmérséklettől, az iniciátor típusától, a reaktor térfogatától és az etilén betáplálási sebességétől. Tekintetbe véve azonban az etilén betáplálási sebességét és az autokláv reaktor térfogatát a jelenleg szokásos polietüén előállítási eljárásokban, arra a megállapításra juthatunk, hogy a felső határ 6. Ez vonatkozik arra az esetre is, amikor az eljárást két sorba kapcsolt autokláv reaktorban hajtjuk végre. A találmány szerinti eljárás kivitelezése során az iniciátort és az etilént ugyanazon a bevezető nyíláson vagy különböző bevezető nyílásokon vezethetjük be a reaktorba. Az iniciátornak és az etüénnek a felső reakciózónába való bevezetésére szolgáló nyílások helyzetét többféle módon kombinálhatjuk. Az optikai sajátságok és feldolgozhatóság szempontjából az egyéb polietiléneket felülmúló polietilén találmány szerinti előállításánál azonban a bevezető nyílásokat úgy helyezzük el, hogy a felső reakciózónában a lehető legegyenletesebb hőmérsékleteloszlást biztosítsuk. Az üyen kombinációt a tárgyban jártas szakember könnyen megtalálja. A reakció hőmérsékletét például oly módon szabályozhatjuk, hogy az iniciátort egy automatikus szabályozó rendszeren keresztül tápláljuk be úgy, hogy a megfelelő pozíciók biztosítsák a kívánt hőmérsékletet az autokláv reaktorban. Nem érhetjük el a találmány szerinti eljárás eredményeivel azonos eredményeket egymagában azzal sem, hogy olyan kétzónás reaktorokat használunk, amelyek térfogataránya (a felső és az alsó reakciózóna térfogatának viszonya) 1,5 és 6 közé esik. így például ha a felső reakciózónának csak egy-egy betápláló nyílása van az iniciátor, illetőleg az etilén számára, vagy egy bevezetőnyílása az iniciátor, és kettő az etüén számára, az eljárásban kapott polietilén optikai sajátságai és feldolgozhatósága alulmaradnak a találmány szerinti eljárás termékeinek hasonló tulajdonságaival szemben, még akkor is, ha ezeket a bevezetőnyílásokat úgy helyezzük el, hogy a reakciózónában a lehető legegyenletesebb hőmérséklet legyen biztosítva. A termékek tulajdonságainak ezt a változását egyelőre nem tudjuk megmagyarázni. A találmány szerinti eljárásban az etüénnek legalább 75%-át a felső reakciózónába, a többi részét az alsó reakciózónába tápláljuk be. Ha az alsó reakciózónába betáplált mennyiség meghaladja a 25%-ot, akkor a kapott polietüén a fentiekben említett módon károsodik. Kívánatos az etüén teljes mennyiségét a felső reakciózónába betáplálni. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
