JPS6224441B2 - - Google Patents
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- JPS6224441B2 JPS6224441B2 JP52128839A JP12883977A JPS6224441B2 JP S6224441 B2 JPS6224441 B2 JP S6224441B2 JP 52128839 A JP52128839 A JP 52128839A JP 12883977 A JP12883977 A JP 12883977A JP S6224441 B2 JPS6224441 B2 JP S6224441B2
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- JP
- Japan
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- reaction
- zone
- cooling
- reaction zone
- zones
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
- B01J3/042—Pressure vessels, e.g. autoclaves in the form of a tube
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F10/00—Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
- C08F10/02—Ethene
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Description
本発明は細長管状反応器において高温高圧下で
エチレン単独またはエチレンと共単量体および/
またはテロゲン(変性剤)とを重合する方法に関
する。本方法によると比較的高い転化率で光学的
又は物理的特性の損失のない生成物が得られる。
重合温度またはそれ以上で分解してフリーラジ
カルを生成するフリーラジカルまたは遊離酸素生
成開始剤の存在下で、高温高圧下において細長管
状反応器中でエチレンを固体ポリエチレンに重合
することは当業界において周和である。種々の型
の管状反応器系が開始され、工業的規模で用いら
れている。より根本的な系の1つはエチレン、開
始剤および所望により変性剤からなる加圧流を1
つの反応域および1つの冷却域からなる管状反応
器の一端に供給することを包含する。この反応の
発熱的性質により、温度は反応の進行に伴つて最
高またはピーク温度まで上昇し、かなりの熱が放
出される。激しい無拘束反応および爆発を防止す
るとともに転化率を増加させるために熱制御方法
を使用しなければならない。熱制御を達成するた
めの1つの方法は、熱発散表面と反応器体積との
比が比較的大きいためにある程度の温度制御が得
られる長い管状反応器を使用することである。こ
のような熱制御は冷却ジヤケツトを備えた反応器
を使用することによつても達成される。
また、エチレンを反応器の1点で導入するかわ
りに反応管の下流における1または2以上の地点
で側流として注入すると、転化率が増加するとと
もに重合反応を効果的に制御し続けることができ
ることが発見された。この注入されたエチレンは
冷却剤としてのみならず重合をさらにするための
単量体としても作用する(米国特許許第3725378
号明細書を参照)。
多数の側流を用いた他の方法が米国特許第
3628918号明細書に開示されている。この特許は
3つの反応域、3つの冷却域、および2つの単量
体側流を開示している。前記側流の一方は第2の
反応域の前に導入し、他方は第1および第2の反
応域よりも大きな直径を有する冷却域用の第3の
反応域の前に導入する。
一般に従来の重合系のすべては、得られた重合
体の光学的および物理的性質を損うことなしに極
めて高い転化率を得ようと試みている。たとえば
上記の2つの反応域および3つの反応域による方
法は約20〜25パーセントの転化率を達成すること
ができる。約25パーセント程度の転化率の場合に
は、光学的および物理的特性は重合の圧力および
温度にかかわらず急速に低下することは、今日ま
で当業者に推定されかつ観察されてきた所であ
る。
ポリエチレンの品質とくに曇り度(haze)は
多くの機構により影響を受ける。曇り度は高分子
量成分の増加に伴つて増加する。高いフロー数好
ましくは約0.31m2/sec(3.3ft2/sec)より大き
いフロー数を維持することにより、乱流の割合を
最大とし、もつて主として層流中に形成される長
い直鎖の変化を最小にする。一方、反応域での平
均圧の増加は長鎖枝分れの量を減少させることに
より分子量分布における高分子量成分を減少さ
せ、もつて曇り度を改善する。反応域での平均ま
たはピーク温度の増加は重合反応の長鎖枝分れを
増加させる。この分子量分布における高分子量成
分の増加は曇り度を増大させる。さらに比較的高
転化率による重合体濃度の増加により、一般に重
合体分子上に長鎖枝分れが形成される可能性が増
大することが知られている。このように高い転化
率は長鎖枝分れを多くしこのために光学的性質が
低下する。すなわち曇り度が高くなることは一般
に認められている所である。
高い曇り度あるいはわずかな曇り度の増加しか
伴わずに転化率の著しい増加を得ることができる
ことを発見した。さらに詳しくは、管状反応器中
での重合反応における反応物質の圧力および温度
が、得られる転化率の絶対水準よりも生成物の品
質を決定する上に重要であることを発見した。従
つて25パーセント以上の単量体反応物質の重合体
への転化率を得ながら高品質の生成物を得ること
が可能である。25パーセント以上の転化率で高品
質を得ることができるということは当業者の従来
の認識と反する。
複数の反応域およびそれに続く冷却域を含有す
る管状反応器であつて、反応器の入口より単量体
原料を流入させながら、少くとも第1および第2
の反応域のあとに単量体側流を導入するようにな
つている反応器を使用し、さらに本発明により先
行する反応域中での操作温度の低下に伴い付加的
な反応冷却域を使用することにより、かかる高い
転化率が達成される。反応域中では約0.31m2/
sec(約3.3ft2/sec)以上にフロー数を保ち、そ
して第1の反応域の入口と最後の反応域の出口と
の間の管状反応器内の圧力降下が、第1の反応域
の入口において1750〜3500Kg/cm2(25000〜
50000psi)の圧力で操作する場合に約420Kg/cm2
(約6000psi)を越えないことが好ましい。本明細
書において用いられるフロー数はバルク流体速度
(m/sec)に直径(m)を掛けたものである。
本発明によれば、入口および出口を有する細長
管状反応器中で約1400Kg/cm2(約20000psi)から
約4200Kg/cm2(約60000psi)の圧力で、ポリエチ
レンまたはエチレンの共重合体を製造する方法が
提供される。該方法は、少くとも約0.31m2/sec
(約3.3ft2/sec)のフロー数の反応物質を複数の
反応域(各反応域の下流に冷却/再製造域が続
く)を通し、フリーラジカル生成物質を各反応域
の先端に注入することを含み、少くとも1つの最
終反応域および冷却域を加え、先行する反応域で
の操作温度を低下させ、もつて生成物の曇り度を
維持しながらエチレンのポリエチレンへの転化率
を少くとも28パーセントにすることを改良点とす
るものである。
反応器は冷却を容易にするために冷却ガスを注
入するかまたはしない3つまたは4つの反応域を
具備するものが好ましい。しかしながら本発明に
よれば4つまたはそれ以上の反応域を使用するこ
ともできる。本発明の予期せざる特徴は、先行技
術の方法にさらに反応域を加え、そして先行する
反応域中での操作温度を低下させることにより、
生成物の品質を低下させずに単量体の重合体への
転化率を増加させることができることである。
さらに詳しくは、2つの反応域を備えた従来の
管状反応管は第3の反応域を追加し、約4.4℃
(約40〓)〜約21.1℃(約70〓)、すなわち約15〜
20パーセントだけ△Tが減少するように最初の2
つの反応域での操作温度を低下させることによ
り、転化率を6〜10パーセント増加させかつ曇り
度を維持したままで、3つの反応域を含むものに
変換することができる。しかしながら本発明によ
れば、多少の温度低下を使用し、最高平均圧力で
操作するように反応域間の圧力差異を最小にし、
すなわち最小の圧力低下を維持する。さらに好ま
しくは1つまたは2つの冷側流を含む従来の3反
応域型管状反応器を、2つの冷ガス冷却流を使用
する4反応域型管状反応器に変換して、28パーセ
ント以上の転化率を得、生成物品質を高く維持す
ることができる。さらに最初の3つの反応域での
操作△Tを約15.6℃(約60〓)〜約32.2℃(約90
〓)すなわち約15〜20パーセントの△T低下に減
少させることによつて高い光学的特性の生成物を
得ることができる。
曇り度が限界的な基準でない場合、反応器の初
めの区分での比較的小さな温度低下および転化率
を増加させるための追加の反応域の使用による好
影響によつて、さらに大きな転化率増加を得るこ
ともできる(10〜12パーセントまでの転化率増
加)。しかしながら、全ての場合、それぞれの連
続する域で製造される生成物の均一性を最大にす
るために圧力低下を最小にする。
本発明は特定の構造の管状反応器、変性剤、共
単量体系、操作圧力または温度変化または開始剤
系に限定されないが、反応器内の圧力低下を第1
の反応域の入口から最後の反応域の出口までで
420Kg/cm2(約6000psi)以下に保ち、1975年10月
24日出願の米国特許出願第625415号明細書中に記
載されたようにフロー数を約0.31m2/sec(約
3.3ft2/sec)以上に保つことが好ましい。
管状反応器は約1.3〜7.6cm(約0.50〜3イン
チ)、好ましくは約2.5〜6.4cm(約1.0〜2.5イン
チ)の内径を有する適当な長さの通常区分されて
いるかまたは一体のジヤケツト付の細長い管状体
である。この管状反応器は通常約1000:1乃至
60000:1の長さ/直径比を有する。採用される
具体的な長さは、充分な熱除去が必要であるの
で、最終的な設計による具体的な管構造に依存す
る。
この管状反応器は約1400から4200Kg/cm2(約
20000から60000psi)の圧力で操作される。420
Kg/cm2(60000psi)以上の圧力を使用することが
できるが、圧力は約2100から約3500Kg/cm2(約
30000から約50000psi)であるのが好ましい。
反応器中で維持される温度は変化し、主として
使用される特定の開始剤系によつて制御される。
温度は通常約150〜350℃の範囲内またはそれ以上
であり、好ましくは約160〜327℃またはそれ以上
であり、より好ましくは約165〜315℃であり、そ
して反応域によつて異なる。
本発明において使用に適した開始剤はフリーラ
ジカル生成物質である。このようなフリーラジカ
ル生成物質の例は、酸素、たとえば過酸化水素、
デカノイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシ
ネオデカノエート、t−ブチルペルオキ−ピバレ
ート、3・5・5−トリメチルヘキサノイルペル
オキシド、ジエチルペルオキシド、t−ブチルペ
ルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチ
ルペルオキシイソブチレート、ベンゾイルペルオ
キシド、t−ブチルペルオキシアセテート、t−
ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−t−ブチル
ペルオキシドおよび1・1・3・3−テトラメチ
ルブチルヒドロペルオキシドのようなペルオキシ
ド化合物、アルカリ金属過硫酸塩、過ホウ酸塩お
よび過炭酸塩およびたとえばアゾビスイソブチロ
ニトリルのようなアゾ化合物が挙げられるがそれ
らに限定されない。中でも有機ペルオキシドが好
ましい。
上記の開始剤の混合物は種々の反応域中に注入
しうる。この開始剤またはその混合物は直接主な
エチレン流中に導入するかまたは重合反応を再開
始するために、反応混合物が適当な温度にあると
きにエチレン側流とともに導入しうる。
本発明に使用される供給原料はエチレンまたは
テロゲン(変性剤)または共単量体を含有するエ
チレンを主としたものである。本明細書で用いら
れる既知のテロゲンまたは変性剤としては、飽和
脂肪族アルデヒドたとえばホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒドおよびその類似物、飽和脂肪族ケ
トンたとえばアセトン、ジエチルケトン、ジアミ
ルケトンおよびその類似物、飽和脂肪族アルコー
ル、たとえばメタノール、エタノール、ブロパノ
ールおよびその類似物、パラフインまたはシクロ
パラフインたとえばペンタン、ヘキサン、シクロ
ヘキサンおよびその類似物、芳香族化合物たとえ
ばトルエン、ジエチルベンゼン、キシレンおよび
その類似物、および連鎖停止剤として使用する他
の化合物、たとえば四塩化炭素、クロロホルム等
が挙げられる。
本発明の方法は、CH2=C〓基を有する1種ま
たは2種以上の重合可能なエチレン性不飽和単量
体を含有するエチレンの共重合体を生成するため
に用いることができ、上記の基は付加重合をうけ
る。これらの共重合体は変性剤の存在下または不
存在下で生成しうる。CH2=C〓基を有する重合
可能エチレン性不飽和単量体は付加重合をうけ、
これらとしてはたとえばα−モノオレフインたと
えばプロピレン、ブテン、ペンテンなど、アクリ
ル、ハロアクリルおよびメタクリル酸、エステ
ル、ニトリロ、たとえばアクリル酸、クロロアク
リル酸、メタクリル酸、シクロヘキシルメタクリ
レート、メチルアクリレート、アクリロニトリ
ル、アクリルアミド、ビニルおよびハロゲン化ビ
ニリデン、N−ビニルアミド、ビニルカルボキシ
レート、たとえばビニルアセテート、N−ビニル
アリールたとえばスチレン、ビニルエーテル、ケ
トンまたは他の化合物たとえばビニルピリジン、
およびその類似物が挙げられる。共重合体および
テロゲンまたは変性剤は生成するエチレン重合体
の性質を変性するために用いられる。したがつて
本明細書中で用いられる「ポリエチレン」になる
語は、いわゆる変性エチレン重合体および単一ポ
リエチレンを包むものと解すべきである。
曇り度は反応器の構造および操作条件によつて
変わる生成物の特性である。高透明度のポリエチ
レンフイルム用には一般に約3.5〜5.0パーセント
の範囲の曇り度が必要である。これまでに説明し
てきた曇り度特性は通常操作温度の増加、操作圧
力の減少および/または重合体転化率の増加に伴
つて低下する。驚くべきことは、本発明は従来の
低い転化率の方法の曇り度特性と同等またはそれ
以上の曇り度特性を維持しながら、従来方法で可
能であつた転化率よりも高い転化率を可能にし
た。さらに高い転化率は、例えば、適切な操作圧
力および温度範囲を選択し、すなわち圧力低下を
最小化し、かつ最初の3つの反応域の操作上のピ
ーク温度を低下させることにより、3反応域型管
状反応器を4反応域型管状反応器へ変換すること
によつて、可能となる。一般に流体は反応器内を
移動するので、得られた生成物は、圧力低下、高
温での滞留時間および各開始剤注入点における存
在重合体に対するフリーラジカルの攻撃により、
多かれ少なかれ満足すべき曇り度を有するがこれ
は側鎖枝分れ反応を起こし、曇り度の増加に導
く。したがつて高転化率および4つの反応域をも
つ反応器では透明なフイルム用に認容しうる光学
的および物理的特性を有するエチレン重合体を得
ることは期待しえない。本明細書において用いら
れる「曇り度」なる語は、ASTM−D−1003−
61によつて測定されるように、重合体種を通過す
る際に前方への散乱により入射光から散逸した透
過光の割合(パーセンテージ)である。
本発明により製造される重合体の容認しうる物
性は約0.91〜0.935好ましくは約0.92〜0.93の密度
および約0.1〜40、好ましくは約0.3〜30の融解指
数(メルトインデツクス)である。
本明細書において、重合体の融解指数は融解重
合体に標準荷重をかけた場合に、標準オリフイス
を通して180℃で10分間に押し出された樹脂の重
量(グラムで表わす)として測定される
(ASTM−D−1238−57Tを参照)。
本発明をあらゆる点で説明するために、ポリエ
チレンの製造のための管状反応器を図面に示す。
供給ガスはラインAを通して予熱器Bに導入さ
れ、この予熱器は原料をその開始温度まで予熱す
る。この管状反応器Cは内径1.27〜7.62cm(0.5〜
3.0インチ)を有する8つの域を有する。4つの
域1,3,5及び7は反応域であり、4つの冷却
域2,4,6及び8よりそれぞれおよび0.635cm
(0.25インチ)だけ直径が小さい。開始剤10は
予熱器Bの最後部に導入し、最低開始温度に達し
た後は、冷却域2,4及び6の端部にも導入す
る。冷却および圧力低下を抑えるための単量体側
流9の供給はまた、冷却域2及び4の端部におい
て行われる。表は各域での管の内径、各域での
バルク流体速度の計算値および具体的な設計に基
づく各域におけるフロー数の計算値を示す。あら
ゆる具体的な設計においても種々の域の直径は前
述の管サイズの範囲内にある。
The present invention produces ethylene alone or comonomers and/or comonomers with ethylene under high temperature and pressure in an elongated tubular reactor.
Or it relates to a method of polymerizing a telogen (modifier). The process yields products at relatively high conversion rates and without loss of optical or physical properties. It is well known in the art to polymerize ethylene to solid polyethylene in an elongated tubular reactor at high temperatures and pressures in the presence of free radical or free oxygen producing initiators that decompose at or above the polymerization temperature to produce free radicals. It is Japanese. Various types of tubular reactor systems have been initiated and used on an industrial scale. One of the more basic systems uses a pressurized stream of ethylene, an initiator, and optionally a modifier.
This includes feeding one end of a tubular reactor consisting of one reaction zone and one cooling zone. Due to the exothermic nature of this reaction, the temperature increases to a maximum or peak temperature as the reaction progresses, and considerable heat is released. Thermal control methods must be used to prevent violent unrestrained reactions and explosions and to increase conversion. One way to achieve thermal control is to use long tubular reactors that provide some degree of temperature control due to the relatively large ratio of heat dissipation surface to reactor volume. Such thermal control is also achieved by using a reactor equipped with a cooling jacket. Additionally, instead of introducing ethylene at one point in the reactor, injecting it as a side stream at one or more points downstream of the reaction tube increases conversion and maintains effective control of the polymerization reaction. was discovered. This injected ethylene acts not only as a coolant but also as a monomer for further polymerization (U.S. Pat. No. 3,725,378
(see specification). Another method using multiple side streams is described in U.S. Patent No.
It is disclosed in the specification of No. 3628918. This patent discloses three reaction zones, three cooling zones, and two monomer side streams. One of said side streams is introduced before the second reaction zone and the other before the third reaction zone for the cooling zone, which has a larger diameter than the first and second reaction zones. All conventional polymerization systems generally attempt to obtain extremely high conversion rates without compromising the optical and physical properties of the resulting polymer. For example, the two reaction zone and three reaction zone processes described above can achieve conversions of about 20-25 percent. It has been assumed and observed to date by those skilled in the art that for conversions on the order of about 25 percent, optical and physical properties drop rapidly regardless of the pressure and temperature of polymerization. Polyethylene quality, especially haze, is influenced by many mechanisms. Haze increases with increasing high molecular weight components. Maintaining a high flow number, preferably greater than about 0.31 m 2 /sec (3.3 ft 2 /sec), maximizes the proportion of turbulence and eliminates long straight chains that form in predominantly laminar flow. Minimize change. On the other hand, increasing the average pressure in the reaction zone reduces the high molecular weight component in the molecular weight distribution by reducing the amount of long chain branching, thereby improving haze. An increase in the average or peak temperature in the reaction zone increases the long chain branching of the polymerization reaction. This increase in high molecular weight components in the molecular weight distribution increases haze. Furthermore, it is known that increasing polymer concentration due to relatively high conversion rates generally increases the likelihood of long chain branching forming on the polymer molecules. Such high conversion increases long chain branching and thus reduces optical properties. In other words, it is generally accepted that the degree of haze increases. It has been discovered that significant increases in conversion can be obtained with high or only slight increases in haze. More specifically, it has been discovered that the pressure and temperature of the reactants in a polymerization reaction in a tubular reactor are more important in determining the quality of the product than the absolute level of conversion obtained. It is therefore possible to obtain high quality products while obtaining conversions of monomeric reactants to polymer of 25 percent or more. It is contrary to the conventional wisdom of those skilled in the art that high quality can be obtained with a conversion of 25 percent or more. A tubular reactor containing a plurality of reaction zones and a subsequent cooling zone, the reactor comprising at least a first and a second
using a reactor adapted to introduce a monomer sidestream after the reaction zone and, according to the invention, using an additional reaction cooling zone due to the reduction in operating temperature in the preceding reaction zone. This achieves such high conversion rates. Approximately 0.31m 2 / in the reaction zone
sec (approximately 3.3 ft 2 /sec) and the pressure drop in the tubular reactor between the inlet of the first reaction zone and the outlet of the last reaction zone is 1750~3500Kg/ cm2 (25000~
Approximately 420Kg/cm 2 when operating at a pressure of 50000psi)
(approximately 6000 psi). As used herein, flow number is the bulk fluid velocity (m/sec) multiplied by the diameter (m). According to the present invention, a polyethylene or ethylene copolymer is produced in an elongated tubular reactor having an inlet and an outlet at a pressure of about 20,000 psi to about 60,000 psi. A method is provided. The method provides at least about 0.31 m 2 /sec
(approximately 3.3 ft 2 /sec) flow rate of reactants through multiple reaction zones (each followed by a cooling/remanufacturing zone downstream) and free radical generating material injected at the tip of each reaction zone. adding at least one final reaction zone and a cooling zone to reduce the operating temperature in the preceding reaction zone to at least increase the conversion of ethylene to polyethylene while maintaining product haze. The improvement is to increase it to 28%. Preferably, the reactor has three or four reaction zones with or without injection of cooling gas to facilitate cooling. However, according to the invention it is also possible to use four or more reaction zones. An unexpected feature of the present invention is that by adding an additional reaction zone to the prior art process and reducing the operating temperature in the prior reaction zone,
It is possible to increase the conversion of monomer to polymer without reducing the quality of the product. More specifically, a conventional tubular reaction tube with two reaction zones adds a third reaction zone and is approximately 4.4°C
(approximately 40〓) to approximately 21.1℃ (approximately 70〓), i.e. approximately 15 to
The first 2 so that △T decreases by 20%
By lowering the operating temperature in one reaction zone, it can be converted to include three reaction zones, increasing conversion by 6 to 10 percent and maintaining haze. However, according to the present invention, some temperature reduction is used and the pressure difference between the reaction zones is minimized so as to operate at the highest average pressure;
i.e. maintain a minimum pressure drop. More preferably, a conventional three reaction zone tubular reactor containing one or two cold side streams is converted to a four reaction zone tubular reactor using two cold gas cooling streams to achieve a conversion of 28 percent or more. efficiency and maintain high product quality. Furthermore, the operation △T in the first three reaction zones is adjusted from approximately 15.6℃ (approximately 60〓) to approximately 32.2℃ (approximately 90℃).
By reducing the ΔT drop to about 15-20 percent, products with high optical properties can be obtained. If haze is not a critical criterion, a relatively small temperature drop in the first section of the reactor and the favorable effect of using an additional reaction zone to increase conversion can lead to even larger conversion increases. (conversion increase up to 10-12 percent). However, in all cases the pressure drop is minimized to maximize the uniformity of the product produced in each successive zone. Although the present invention is not limited to a particular configuration of tubular reactor, modifier, comonomer system, operating pressure or temperature change, or initiator system, the pressure drop within the reactor is
from the entrance of the reaction zone to the exit of the last reaction zone.
Maintained below 420Kg/cm 2 (approximately 6000psi), October 1975
As described in U.S. patent application Ser.
3.3ft 2 /sec) or higher. Tubular reactors are usually sectioned or integrally jacketed of suitable length with an inner diameter of about 0.50 to 3 inches, preferably about 1.0 to 2.5 inches. It is a long and thin tubular body. This tubular reactor is usually about 1000:1 to
It has a length/diameter ratio of 60000:1. The specific length employed will depend on the specific tube construction of the final design, as sufficient heat removal is required. This tubular reactor is approximately 1400 to 4200Kg/cm 2 (approx.
Operated at pressures from 20,000 to 60,000psi). 420
Pressures range from about 2100 to about 3500 Kg/cm 2 ( approximately
30,000 to about 50,000 psi). The temperature maintained in the reactor varies and is primarily controlled by the particular initiator system used.
The temperature is usually in the range of about 150-350°C or higher, preferably about 160-327°C or higher, more preferably about 165-315°C, and varies depending on the reaction zone. Initiators suitable for use in the present invention are free radical generating substances. Examples of such free radical generators are oxygen, e.g. hydrogen peroxide,
Decanoyl peroxide, t-butylperoxyneodecanoate, t-butylperoxypivalate, 3,5,5-trimethylhexanoylperoxide, diethylperoxide, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-butylperoxyiso Butyrate, benzoyl peroxide, t-butyl peroxyacetate, t-
Peroxide compounds such as butyl peroxybenzoate, di-tert-butyl peroxide and 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide, alkali metal persulfates, perborates and percarbonates and e.g. azobisisobutyl These include, but are not limited to, azo compounds such as lonitrile. Among them, organic peroxides are preferred. Mixtures of the above initiators can be injected into various reaction zones. This initiator or mixture thereof can be introduced directly into the main ethylene stream or with an ethylene side stream when the reaction mixture is at a suitable temperature to reinitiate the polymerization reaction. The feedstock used in the present invention is primarily ethylene or ethylene containing telogen (modifier) or comonomer. Known telogens or modifiers for use herein include saturated aliphatic aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and the like, saturated aliphatic ketones such as acetone, diethyl ketone, diamyl ketone and the like, saturated aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, propanol and analogs thereof, paraffins or cycloparaffins such as pentane, hexane, cyclohexane and analogs thereof, aromatic compounds such as toluene, diethylbenzene, xylene and analogs thereof, and other compounds used as chain terminators, Examples include carbon tetrachloride and chloroform. The process of the present invention can be used to produce copolymers of ethylene containing one or more polymerizable ethylenically unsaturated monomers having CH 2 =C groups, The group undergoes addition polymerization. These copolymers can be produced in the presence or absence of modifiers. A polymerizable ethylenically unsaturated monomer having a CH 2 =C〓 group undergoes addition polymerization,
These include, for example, α-monoolefins such as propylene, butene, pentene, etc., acrylic, haloacrylic and methacrylic acids, esters, nitrile acids, such as acrylic acid, chloroacrylic acid, methacrylic acid, cyclohexyl methacrylate, methyl acrylate, acrylonitrile, acrylamide, vinyl and vinylidene halides, N-vinylamides, vinyl carboxylates such as vinyl acetate, N-vinylaryls such as styrene, vinyl ethers, ketones or other compounds such as vinylpyridine,
and its analogues. The copolymer and telogen or modifier are used to modify the properties of the resulting ethylene polymer. The term "polyethylene" as used herein should therefore be understood to encompass so-called modified ethylene polymers and single polyethylene. Haze is a property of the product that varies depending on reactor construction and operating conditions. A haze in the range of about 3.5 to 5.0 percent is generally required for high clarity polyethylene films. The haze properties described above typically decrease with increasing operating temperature, decreasing operating pressure, and/or increasing polymer conversion. Surprisingly, the present invention allows for higher conversions than were possible with conventional methods while maintaining haze characteristics comparable to or better than those of conventional low conversion methods. did. Even higher conversions can be achieved, for example, by selecting appropriate operating pressures and temperature ranges, i.e. minimizing the pressure drop and reducing the operational peak temperatures of the first three reaction zones. This is made possible by converting the reactor into a four-zone tubular reactor. As fluids generally move through the reactor, the resulting product is affected by pressure drop, residence time at elevated temperature, and free radical attack on the polymer present at each initiator injection point.
It has more or less satisfactory haze, but this causes side chain branching reactions, leading to an increase in haze. Therefore, reactors with high conversion rates and four reaction zones cannot be expected to yield ethylene polymers with acceptable optical and physical properties for transparent films. As used herein, the term "haze" refers to ASTM-D-1003-
It is the percentage of transmitted light that is dissipated from the incident light by forward scattering as it passes through a polymeric species, as measured by 61. Acceptable physical properties for polymers made according to the present invention are a density of about 0.91 to 0.935, preferably about 0.92 to 0.93, and a melt index of about 0.1 to 40, preferably about 0.3 to 30. As used herein, the melt index of a polymer is measured as the weight (in grams) of resin extruded through a standard orifice at 180°C in 10 minutes when a standard load is applied to the molten polymer (ASTM- (See D-1238-57T). In order to explain the invention in all respects, a tubular reactor for the production of polyethylene is shown in the drawing.
Feed gas is introduced through line A to preheater B, which preheats the feedstock to its starting temperature. This tubular reactor C has an inner diameter of 1.27~7.62cm (0.5~
3.0 inches). The four zones 1, 3, 5 and 7 are reaction zones, and the four cooling zones 2, 4, 6 and 8 respectively and 0.635 cm
(0.25 inch) smaller in diameter. The initiator 10 is introduced at the rear of the preheater B and, after reaching the minimum starting temperature, also at the ends of the cooling zones 2, 4 and 6. The supply of monomer side streams 9 for cooling and pressure drop reduction also takes place at the ends of the cooling zones 2 and 4. The table shows the inner diameter of the tube in each zone, the calculated bulk fluid velocity in each zone, and the calculated flow number in each zone based on the specific design. In any particular design, the diameters of the various zones are within the tube size ranges described above.
【表】
注入された側流単量体供給量と入口からの単量
体供給量との比は、供給原料流による冷却を最大
限利用しうるように調節するとともに、重合反応
を望ましい操作温度に維持し導入する単量体の一
部を重合するために所望の熱分布を得るように調
節しなければならない。たとえば注入された側流
と入口からの単量体との比が大きすぎる場合には
混合後の温度はある種の開始剤の開始温度以下に
なつてしまう。このような場合には、開始温度範
囲にもどるまで混合物をさらに加熱する必要があ
る。
注入する単量体の温度は後者の入口での単量体
との比に依存しており、そして最適冷却を実施上
保証するように低く保つべきである。周囲温度以
下に冷却された単量体は大きな熱だめとして用い
うる。しかしながら、注入した単量体供給物をあ
らゆる注入地点で冷却する最も低い温度は、注入
後の反応混合物の得られる温度によつても支配さ
れ、これはまたある程度使用する開始剤にも依存
する。このように最適操作条件のための特定の方
式はすべての反応器の構造に応じて異なり、また
生成物の特性の要求によつても変わる。流速、注
入単量体と入口からの単量体との間の分裂流、注
入単量体の温度、ガスおよび注入地点位置、およ
び開始剤は所望の重合温度および圧力条件の組合
せに用いる開始剤系および反応器の特定の構造と
関係しているに違いない。これらは当業者によつ
て容易に計算されうる。Table: The ratio of the injected sidestream monomer feed to the inlet monomer feed is adjusted to maximize the cooling provided by the feed stream and to maintain the polymerization reaction at the desired operating temperature. The temperature must be maintained to obtain the desired heat distribution for polymerizing the portion of monomer introduced. For example, if the ratio of injected side stream to monomer from the inlet is too large, the temperature after mixing will be below the starting temperature of some initiators. In such cases, it is necessary to further heat the mixture until it returns to the starting temperature range. The temperature of the monomers injected depends on the ratio of the latter to the monomers at the inlet and should be kept low so as to ensure optimal cooling in practice. Monomers cooled below ambient temperature can be used as large heat sinks. However, the lowest temperature at which the injected monomer feed will be cooled at any injection point is also governed by the resulting temperature of the reaction mixture after injection, which also depends to some extent on the initiator used. Thus, the specific formula for optimum operating conditions will vary depending on the construction of every reactor and will also depend on the desired product properties. flow rate, split flow between the injected monomer and the monomer from the inlet, the temperature of the injected monomer, the gas and injection point location, and the initiator used for the desired combination of polymerization temperature and pressure conditions. It must be related to the specific structure of the system and reactor. These can be easily calculated by those skilled in the art.
図面は本発明の特徴による4つの反応域を有す
る管状反応器であつて、高い転化率、反応域境界
層制御および圧力低下制御を行うために側流およ
び相異る直径を有するものを示す。
1,3,5,7……反応域、2,4,6,8…
…冷却域、9……側流、10……開始剤、B……
予熱器。
The drawing shows a four reaction zone tubular reactor according to features of the invention with side streams and different diameters for high conversion, reaction zone boundary layer control and pressure drop control. 1, 3, 5, 7...reaction zone, 2, 4, 6, 8...
...Cooling zone, 9...Side stream, 10...Initiator, B...
Preheater.
Claims (1)
で、約150から350℃の温度で約1400Kg/cm2(約
20000psi)から約4200Kg/cm2(約60000psi)の圧
力でポリエチレンを製造する方法であつて、反応
物質を少なくとも約0.31m2/sec(約3.3ft2/
sec)のフロー数で複数の反応域(各反応域の下
流に冷却/再製造域を有する)を通過せしめ、フ
リーラジカル生成物質を各反応域の始端に注入す
ることを包含する方法において、少なくとも1つ
の最終反応域および冷却域を追加し、先行する反
応域での操作温度を15.6℃(60〓)から22.2℃
(90〓)すなわち15〜20%低下させ、もつて生成
物の曇り度を約3.5から7.5に維持しながらエチレ
ンのポリエチレンへの転化率を少なくとも28%と
することを特徴とする方法。 2 エチレン側流を第1および第2の冷却域に注
入する前記第1項記載の方法。 3 操作圧力が1750Kg/cm2(25000psi)〜3500
Kg/cm2(50000psi)である前記第1項記載の方
法。 4 反応器の全長にわたつて圧力低下が420Kg/
cm2(6000psi)を越えない前記第1項記載の方
法。 5 フロー数が少なくとも0.37m2/sec(4.0ft/
sec)である前記第1項記載の方法。 6 管状反応器が4つの反応域および冷却/再製
造域を包含する前記第2項記載の方法。 7 操作温度範囲の低下が約5〜30%である前記
第1項記載の方法。 8 管状反応器が3つまたは4つの反応域および
3つまたは4つの冷却/再製造域を包含し、かつ
エチレン側流のない前記第1項記載の方法。[Claims] 1. In an elongated tubular reactor having an inlet and an outlet, about 1400 Kg/cm 2 (about
20,000 psi) to about 4,200 Kg /cm 2 (about 60,000 psi ), the method comprising:
sec) through a plurality of reaction zones (with a cooling/remanufacturing zone downstream of each reaction zone) and injecting a free radical generating material at the beginning of each reaction zone, at least Add one final reaction zone and cooling zone to increase the operating temperature in the preceding reaction zone from 15.6°C (60〓) to 22.2°C
(90〓) or 15 to 20%, resulting in a conversion of ethylene to polyethylene of at least 28% while maintaining a product haze of about 3.5 to 7.5. 2. The method of item 1, wherein the ethylene side stream is injected into the first and second cooling zones. 3 Operating pressure is 1750Kg/cm 2 (25000psi) ~ 3500
The method according to claim 1 , wherein the pressure is 50,000 psi. 4 Pressure drop over the entire length of the reactor is 420Kg/
The method according to paragraph 1 above, which does not exceed 6000 psi. 5 The number of flows is at least 0.37m2 / sec (4.0ft/
sec). 6. The method of claim 2, wherein the tubular reactor includes four reaction zones and a cooling/remanufacturing zone. 7. The method of claim 1, wherein the reduction in operating temperature range is about 5-30%. 8. The process of claim 1, wherein the tubular reactor comprises 3 or 4 reaction zones and 3 or 4 cooling/remanufacturing zones and no ethylene sidestream.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US73651376A | 1976-10-28 | 1976-10-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5355386A JPS5355386A (en) | 1978-05-19 |
| JPS6224441B2 true JPS6224441B2 (en) | 1987-05-28 |
Family
ID=24960165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12883977A Granted JPS5355386A (en) | 1976-10-28 | 1977-10-28 | Method of making polyethylene in high conversion |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5355386A (en) |
| BE (1) | BE860214A (en) |
-
1977
- 1977-10-28 BE BE2056369A patent/BE860214A/en not_active IP Right Cessation
- 1977-10-28 JP JP12883977A patent/JPS5355386A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE860214A (en) | 1978-04-28 |
| JPS5355386A (en) | 1978-05-19 |
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