DE69707494T2

DE69707494T2 - Verfahren zur zuführung von teilchenförmigen material in einen wirbelbettreaktor

Info

Publication number: DE69707494T2
Application number: DE69707494T
Authority: DE
Inventors: Lorenz Boysen; Sebastion Scarola; Duan-Fan Wang; Harry Williams
Original assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Current assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: KR20000053317A; CN1239969A; US6077920A; AU7400698A; KR100446890B1; EP0941255B1; ZA9710870B; ES2164374T3; WO1998024822A1; US5763541A; DE69707494D1; BR9713365A; EP0941255A1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung von Pulvern, insbesondere von kohäsiven, feinen Pulvern, wie inerte teilchenförmige Materialien, von einem Niedrigdrucksystem in ein Hochdrucksystem. Genauer handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur engen Verbindung eines Rußreaktors mit einem Polymerisations-Reaktor während der Polymerisation von Polymeren, im besonderen haftfähigen Polymeren, um dadurch Ruß-"Flocken" direkt in einen Fließbettreaktor, wie beispielsweise einen Gasphasenreaktor, einzuführen.

Hintergrund der Erfindung

Teilchenförmige Materialien, insbesondere inerte teilchenförmige Materialien, wie Ruß, Silicamaterial, Tonerde, Talk und polymere Materialien werden als Verflüssigungshilfen bei der Polymerisation von Olefinpolymeren, insbesondere von haftfähigen Polymeren, in Fließbettreaktoren, insbesondere Gasphasen- Fließbettreaktoren, verwendet. In haftfähigen Polymeren, wie z. B. Ethylen- Propylen- und Ethylen-Propylen-Dien-Gummis, ist Ruß das am häufigsten verwendete teilchenförmige Material. Solche Verfahren werden z. B. in den US- Patenten Nr. 4,994,534; 5,304,588; 5,317,036; und 5,453,471 genauso wie in WO 95/09826 und WO 95/09827 beschrieben. Diese inerten teilchenförmigen Materialien oder Verflüssigungshilfen werden als feine, pulverförmige kohäsive Feststoffe hergestellt, die dann für den Versand oder die Handhabung in Kügelchen- oder Granulatform gebracht werden. Bevor diese in Olefin-Polymerisationen eingesetzt werden können, müssen sie Pulverisierungs-, Trocknungs-, Reinigungs- und/oder Passivierungsverfahren unterworfen werden.
Zum Beispiel wird Ruß als Feststoff eingeordnet und wird zunächst als Aerosol gebildet. Deshalb ist frisch erhaltener Ruß in flockenförmigem Zustand, was auch zum Ausdruck "flockiger" Ruß oder Ruß-"Flocken" führt. Ruß in flockiger Form enthält mehr als 96% feinverteilten Kohlenstoff mit geringen Mengen an Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Spuren (weniger als 0,5%) an organischen Komponenten. Ruß in flockiger Form führt zu Schwierigkeiten beim Dispergieren, Handhaben und Transportieren. Die Schwierigkeiten werden größer, wenn diese Verfahren bei erhöhten Drücken durchgeführt werden. Deshalb bearbeiten Ruß-Hersteller Rußflocken weiter, um sie in Form von Dispersionen, Pulvern, Kügelchen oder Granulat an die Verbraucher zu liefern.
Um Rußflocken in Kügelchen umzuwandeln, werden sie oxidativ nachbehandelt. Diese Nachbehandlung kann Ruß-Kügelchen mit bis zu 15% Sauerstoff hervorbringen. Nachbehandelter Ruß enthält typischerweise größere Mengen anderer Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Feuchtigkeit). Bevor Ruß-Kügelchen in einem Polymerisationsverfahren zur Herstellung von Polymeren eingesetzt werden, unterwirft sie der Polymer- Hersteller einem Pulverisationsverfahren, in welchem wiederum zusätzliche Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit und Metallspuren, in das so hergestellte zerkleinerte Rußpulver eingeführt werden können. Der Polymer-Hersteller benutzt Rußpulver in Polymerisationen, da es eine bessere Verflüssigungshilfe ist als Kügelchen.
Wie Fachleute wissen, werden Sauerstoff, Feuchtigkeit (Wasser) genauso wie die anderen oben erwähnten Verunreinigungen (z. B. Schwefel), die sich in Ruß finden lassen oder in Nachbehandlungen eingeführt werden, als Gifte in Polymerisationsverfahren, wie solche, die zu haftfähigen Polymeren führen, angesehen. Die Gegenwart dieser Verunreinigungen in Ruß erfordert umfassende Trocknungs- und/oder Reinigungs- und Passivierungsbehandlungen, bevor die Polymerisation in Gang gesetzt wird und/oder die Verwendung von Reinigungsmaterial (typischerweise zusätzliche Mengen an Cokatalysator, z. B. Aluminium-Alkyle, Halogenide und/oder Hydride), wobei beide dieser Schritte in der Polymerproduktion extrem kostspielig sind.
Es wäre wünschenswert, die feine, pulvrige Form eines teilchenförmigen Materials, insbesondere die flockige Form von Ruß, direkt in einem Fließbett- Polymerisationsbehälter wirkungsvoll einzusetzen. Die Zuführung von teilchenförmigen Materialien, insbesondere inerten teilchenförmigen Materialien, wie Rußflocken, von einem Rußreaktor direkt in einen Fließbettreaktor würde die Notwendigkeit der meisten, wenn nicht aller, Nachbehandlungen, die vom Ruß-Lieferanten besorgt werden, eliminieren, die Notwendigkeit der Pulverisierung der Ruß-Kügelchen zu Pulver, die durch den Polymer-Hersteller durchgeführt wird, eliminieren und würde die Menge an Cokatalysator/Reinigungsmaterial oder Passivierungsmittel, das in der Polymerisation in der Menge verwendet wird, die als Reinigungsmittel für durch Nachbehandlung und Pulverisation eingeführten Verunreinigungen dient, verringern. Außerdem würden die kleineren Rußflocken die Verflüssigung im Polymerisierungsreaktor im Vergleich zu Kügelchen und Pulver verbessern, die Gelbildung minimieren oder eliminieren und die Gesamt-Reaktorfunktionsfähigkeit erhöhen.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0628343 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung von festem teilchenförmigen Material aus einem Niedrigdrucksystem in ein Hochdrucksystem. Das Verfahren umfasst die Einbringung des Feststoffes in eine Zufuhranlage (feed enclosure), worin sich das meiste des Feststoffes in Ruhe abscheidet, und dann die Einführung eines Gases in die Zufuhranlage (feed enclosure), so dass der Feststoff durch das Gas suspendiert wird. Dies wird dann in den Reaktor injiziert.
Außerdem wird in US-Patent Nr. 3,876,602 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Polyolefin-Herstellung offenbart, indem ein zweiter Gasstrom umfassend teilchenförmige Feststoff-Katalysatormaterialien, die in einem Trägergas dispergiert sind, von einem Niedrigdrucksystem in ein Hochdrucksystem durch eine längliche, zylindrische Zone, in den ersten Gasstrom an polymerisierbarem Monomer in der Reaktionskammer, injiziert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, das einen Behälter, in dem teilchenförmiges Material hergestellt wird, insbesondere inertes teilchenförmiges Material, wie Ruß in einem Rußreaktor, mit einem Polymer-Polymerisationsreaktor auf die Weise eng verbindet, dass inertes Material (z. B. Rußflocken) während der Polymerisation direkt in einen Fließbettreaktor zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Zuführung von teilchenförmigem Material, wie Pulver, insbesondere kohäsives, feines Pulver oder Flocken, von einem Niedrigdrucksystem 2,1 MPa relativ (weniger als 300 psig) in ein Hochdrucksystem 2,1 bis 4,2 MPa relativ (300 bis 600 psig) bereit, umfassend die Schritte:
(i) Einbringen des teilchenförmigen Materials in einen oder mehrere Druckbehälter, wobei jeder der Druckbehälter ein Verhältnis von Boden- Fülltrichter-(Behälter)-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0,2 : 1, vorzugsweise 0,65 : 1 bis 1 : 1 und, am meisten bevorzugt, 0,85 : 1 bis 1 : 1 hat;
(ii) Unter-Druck-Setzen des teilchenförmigen Materials in einem oder mehreren der Druckbehälter vom oberen Ende des einen oder der mehreren Behälter aus mit einem Druck gleich oder größer als der Druck des Hochdrucksystems, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil zu komprimieren; und
(iii) Einbringen des unter Druck gesetzten teilchenförmigen Materials von einem oder mehreren der Druckbehälter in das Hochdrucksystem.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Zuführung von teilchenförmigem Material (z. B. Rußflocken) in einen Polymerisationsreaktor bereitgestellt, das umfasst:
(i) Einbringen des teilchenförmigen Materials in einen oder mehrere Druckbehälter, wobei jeder der Druckbehälter ein Verhältnis von Boden- Fülltrichter-(Behälter)-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0,2 : 1, vorzugsweise 0,65 : 1 bis 1 : 1, und am meisten bevorzugt, 0,85 : 1 bis 1 : 1 halt;
(ii) Unter-Druck-Setzen des teilchenförmigen Materials in einem oder mehreren der Druckbehälter vom oberen Ende des einen oder der mehreren Behälter aus mit einem Druck gleich oder größer als der Druck der Polymerisationszone des Reaktors, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil zu komprimieren; und
(iii) Einbringen des unter Druck gesetzten teilchenförmigen Materials von einem oder mehreren der Druckbehälter in den Polymerisationsreaktor auf direkte Weise oder in den Kreislauf und von dort in den Reaktor.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Zuführung von Rußflocken in einen Polymerisationsreaktor bereitgestellt, das umfasst:
(i) Pneumatische Förderung von Rußflocken von einem Rußreaktor in gasförmigem Medium in ein Filtrationssystem und ggf. Entfernung des gasförmigen Mediums;
(ii) ggf. Reinigung der gefilterten Rußflocken, um Feuchtigkeit und Sauerstoff zu entfernen; und
(iii) Unter-Druck-Setzen der Rußflocken in einem Druckbehälter vom oberen Ende de Behälters aus mit einem Druck gleich oder größer als der Druck der Polymerisationszone des Reaktors, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil zu komprimieren, wobei der Druckbehälter ein Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0,2 : 1, vorzugsweise 0,65 : 1 bis 1 : 1, am meisten bevorzugt, 0,85 : 1 bis 1 : 1 aufweist; und
(iv) Austragen der unter Druck gesetzten Rußflocken (a) direkt in den Polymerisationsreaktor, (b) in den Kreislauf und von dort in den Reaktor, oder (c) simultan in den Reaktor und den Kreislauf.
In noch einer anderen Ausführungsform wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers in einem Gasfließbett-Reaktionsbehälter mit einer Polymerisationszone bereitgestellt, die ein Bett anwachsender Polymerpartikel enthält, unter Polymerisationsbedingungen in Anwesenheit eines Katalysators, das umfasst:
(i) kontinuierliches oder diskontinuierliches Einbringen eines oder mehrerer Monomere und ggf. zumindest eines inerten Gases in die Polymerisationszone;
(ii) kontinuierliches oder diskontinuierliches Einbringen eines oder mehrerer teilchenförmiger Materialien in den Reaktionsbehälter gemäß jeder der oben gezeigten Verfahren;
(iii) kontinuierliche oder diskontinuierliche Entnahme von polymerem Produkt aus den Reaktionsbehälter; und
(iv) kontinuierliche Entnahme nicht umgesetzter Monomere und Gase aus der Polymerisationszone. Und gegebenenfalls können die Gase in Schritt (iv) komprimiert und gekühlt werden, gegebenenfalls während die Temperatur in der Polymerisationszone unterhalb des Taupunktes von mindestens einem Monomer, das in der Polymerisationszone vorliegt, gehalten wird.
Es wird außerdem eine Vorrichtung bereitgestellt (d. h. ein Druckbehälter) zum Unter-Druck-Setzen und Zuführen von kohäsivem Material, insbesondere von pulvrigem, flockigem Material, wobei die Vorrichtung einen zylindrischen Behälter mit einem Bodenfülltrichter, der einen Behälterhalbwinkel größer als 45 Grad, vorzugsweise 45 bis 90 Grad von der Horizontalen hat, und bei dem das Verhältnis von Boden-Fülltrichteröffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0,2 : 1, vorzugsweise 0,65 : 1 bis 1 : 1 und am meisten bevorzugt 0,85 : 1 bis 1 : 1 ist; einen Feststoff-Einlass, angeordnet in dem oberen Bereich des Behälters; ein luftdichtes Ventil im oberen Bereich des Behälters; ein luftdichtes Ventil im unteren. Bereich des Behälters; einen Feststoff-Auslass angeordnet in dem unteren Bereich des Behälters und ein Gaseinlassmittel, das vorzugsweise im oberen Bereich des Behälters angeordnet ist, zur Einbringung eines Druckgases, das die Pulver zu einem festen Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil komprimiert, umfasst.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird benutzt, um jegliches Pulver oder teilchenförmiges Material, wie z. B. pulverförmiges inertes teilchenförmiges Material, wie Ruß, Silicamaterial, Talk, Tonerde oder polymeres Material, zuzuführen. Ein bevorzugter Gesichtspunkt ist, die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dazu zu verwenden, Rußflocken unter Druck zu setzen und zuzuführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Darstellung eines bevorzugten Druckbehälters oder einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 ist 1 eine Einlassröhre für Feststoffe, die zum Unter-Druck-Setzen in den Behälter gelangen; 2 ist ein luftdichtes Ventil; 3 ist eine Röhre zur Einleitung von Druckgas; 4 ist ein zylindrischer Behälter; 5 ist eine gerade Säule; 6 ist ein Boden-Fülltrichter; 7 ist ein luftdichtes Ventil; und 8 ist eine Auslassröhre.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Polymere. Durch die folgenden werden die Polymere erläutert, die gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung hergestellt werden können: Homopolymere und Copolymere von C&sub2;-C&sub1;&sub8;-Alpha-Olefinen; Ethylen-Propylen- Gummi (EPRs); Ethylen-Propylen-Dien-Gummi (EPDMs); Polyisopren; Polystyrol; Pölybutadien; Butadien-Polymere copolymerisiert mit Styrol; Butadien-Polymere copolyrrierisiert mit Isopren; Butadien-Polymere copolymerisiert mit Acrylonitril; Isobutylen-Polymere copolymerisiert mit Isopren; Ethylen-Buten-Gummi und Ethylen-Buten-Dien-Gummi; Polychloropren; Norbornen-Homopolymere und Copolymere mit einem oder mehreren C&sub2;-C&sub1;&sub8;-Alpha-Olefinen; Terpolymere aus einem oder mehreren C&sub2;-C&sub1;&sub8;-Alpha-Olefinen mit einem Dien; u. ä. Polymerisation. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit Schlämmungs-, Lösungs-, Block- und fließbett(gerührte und/oder Gasphasen)-Polymerisationen verwendet werden. Vorzugsweise wird es in Fließbett-Polymerisationen benutzt, am meisten bevorzugt bei solchen, die eine Gasphase verwenden. Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf irgendeinen speziellen Typ von Fließbett- oder Gasphasen- Polymerisationsreaktionen und kann in einem Einzelreaktor oder in mehreren Reaktorren (zwei oder mehr Reaktoren in Serie) ausgeführt werden. In Ergänzung zu gutbekannten herkömmlichen Gasphasen-Polymerisationsverfahren, können die "kondensierte Weise" (condensed mode), enthaltend die sog. "induzierte kondensierte Weise" (induced condensed mode), und die "Flüssig-Monomer"-Durchführung (liquid monomer) einer Gasphasen- Polymerisation angewendet werden.
Ein herkömmliches Fließbettverfahren zur Herstellung von Harzen wird durchgeführt, indem kontinuierlich ein Gasstrom mit einem oder mehreren Monomeren durch den Fließbettreaktor unter reaktiven Bedingungen unter Anwesenheit eines Polymerisationskatalysators durchgeleitet wird. Das Produkt wird dem Reaktor entnommen. Ein Gasstrom aus nicht umgesetztem Monomer wird dem Reaktor kontinuierlich entnommen und in den Reaktor zurückgeführt zusammen mit Zusatz-Monomer, das dem Kreislauf-Strom zugefügt wird.
Herkömmliche Gasphasenreaktionen sind z. B. im US-Patent Nr. 3,922,322 und 4,035, 560 offenbart.
Polymerisationen nach der "kondensierten Weise" (condensed mode) sind in US-Patenten Nr. 4,543,399; 4,588,790; 5,352,749 und 5,462,999 offenbart. Condensed-mode-Verfahren werden verwendet, um höhere Kühlungskapazitäten und damit eine höhere Reaktorproduktivität zu erreichen. Bei diesen Polymerisationen kann ein Kreislaufstrom oder ein Teil davon auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes in einem Fließbett- Polymerisationsverfahren gekühlt werden, wodurch der ganze oder ein Teil des Kreislaufstroms kondensiert. Der Kreislaufstrom wird in den Reaktor zurückgeführt. Der Taupunkt des Kreislaufstroms kann erhöht werden, indem der Arbeitsdruck der Reaktion/des Kreislaufes erhöht wird und/oder der Prozentgehalt an kondensierbarem Fluid erhöht und der Prozentgehalt an nicht kondensierbaren Gasen in dem Kreislaufstrom erniedrigt wird. Das kondensierbare Fluid kann inert gegenüber dem Katalysator, den Reaktanden und dem hergestellten polymeren Produkt sein, es kann auch Monomere und Comonomere einschließen. Das kondensierende Fluid kann an jeder Stelle des Systems in die Reaktion/den Kreislaufstrom eingebracht werden. Kondensierbare Fluide enthalten gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Außer den kondensierbaren Fluiden des Polymerisationsverfahrens selbst, können andere kondensierbare Fluide, die inert gegenüber der Polymerisation sind, eingebracht werden, um Condensedmode-Durchführung zu induzieren. Beispiele für geeignete kondensierbare Fluide können aus flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoffen ausgewählt werden, umfassend 2 bis 8 Kohlenstoffatome (z. B. Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, n-Hexan, Isohexan und andere gesättigte C&sub6;-Kohlenwasserstoffe, n-Heptan, n-Oktan und andere gesättigte C&sub7;- und C&sub8;-Kohlenwasserstoffe und Mischungen davon). Kondensierbare Fluide können auch polymerisierbare kondensierbare Comonomere, wie Olefine, Alpha-Olefine, Diolefine, Diolefine umfassend mindestens ein alpha-Olefin und Mischungen davon, enthalten. Bei der "Condensed-mode" ist es wünschenswert, dass die Flüssigkeit, die ins Fließbett gelangt, schnell dispergiert und verdampft wird.
Flüssig-Monomer-Polymerisationsweise wird in US-Patent Nr. 5,453,471, US- Aktenzeichen-Nr. 510,375, PCT 95/09826 (US) und PCT 95/09827 (US) offenbart. Wenn auf die Flüssig-Monomer = Weise verfahren wird, kann Flüssigkeit überall in dem gesamten Polymerbett anwesend sein, vorausgesetzt, dass das flüssige Monomer, das in dem Bett anwesend ist, an den im Bett anwesenden festen, teilchenförmigen Stoff adsorbiert oder in ihm absorbiert ist, wie hergestellte Polymere oder im Bett anwesende Verflüssigungshilfen (z. B. Ruß), vorausgesetzt, dass keine wesentliche Menge an freiem flüssigen Monomer mehr als einen kurzen Abstand oberhalb der Einlassstelle zur Polymerisationszone vorhanden ist. Die Flüssigarbeitsweise macht es möglich, Polymere in einem Gasphasenreaktor herzustellen, wobei Monomere mit Kondensationstemperaturen verwendet werden, die viel höher als die Temperaturen sind, bei denen herkömmliche Polyolefine hergestellt werden. Im allgemeinen wird ein Flüssig-Monomer-Verfahren in einem Rührbett- oder Gasfließbett-Reaktionsbehälter betrieben, mit einer Polymerisationszone enthaltend ein Bett anwachsender Polymerteilchen. Das Verfahren umfasst kontinuierliches Einbringen eines Stromes aus einem oder mehreren Monomeren und gegebenenfalls eines oder mehrerer inerten Gase oder Flüssigkeiten in die Polymerisationszone; kontinuierliches oder diskontinuierliches Einbringen eines Polymerisationskatalysators in die Polymerisationszone; kontinuierliche oder diskontinuierliche Entnahme von polymerem Produkt aus der Polymerisationszone und kontinuierliche Entnahme nicht umgesetzter Gase aus der Zone; Komprimierung und Kühlung der Gase, während die Temperatur im Innern der Zone unterhalb des Taupunktes von mindestens einem in der Zone anwesenden Monomeren gehalten wird. Wenn nur ein Monomer im Gas-Flüssigkeitsstrom anwesend ist, ist auch mindestens ein inertes Gas anwesend. Typischerweise sind die Temperatur im Innern der Zone und die Geschwindigkeit der Gase, die durch die Zone geleitet werden so, dass im Wesentlichen keine Flüssigkeit, die nicht an festem, teilchenförmigem Stoff adsorbiert oder in festem, teilchenförmigem Stoff absorbiert ist, in der Polymerisationszone anwesend ist.
Monomere. Monomere, die in dem Verfahren verwendet werden können, können ein oder mehrere C&sub2;-C&sub1;&sub8;-Alpha-Olefine, wie Ethylen, Propylen und gegebenenfalls mindestens ein Dien (wie diejenigen, die in US-Patent Nr. 5,317,036 zu Brady et al. offenbart sind), wie z. B. Hexadien, Dicyclopentadien, Octadien, Norbornadien und Ethylidennorbornen, leicht kondensierbare Monomere, wie diejenigen offenbart in US-Patent Nr. 5,453,471 umfassend Isopren, Styrol, Butadien, Isobutylert, Chloropren, Acrylonitril, cyclische Olefine, wie Norbornene u. ä., umfassen.
Katalysatoren. Jede Art von Polymerisationskatalysator kann in dem Polymerisationsverfahren verwendet werden. Es kann ein einzelner Katalysator oder, wenn erwünscht, eine Mischung von Katalysatoren benutzt werden. Der Katalysator kann löslich oder unlöslich, mit oder ohne Träger sein. Es kann ein Prepolymer, sprühgetrocknet mit oder ohne ein Füllmittel, eine Flüssigkeit oder eine Lösung, ein Schlamm oder eine Dispersion sein. Diese Katalysatoren werden mit Cokatalyatoren und Promotoren, die im Fachgebiet wohlbekannt sind, benutzt. Typischerweise sind dies Aluminium-Alkyle, Halogenide und Hydride genauso wie Aluminoxane. Beispiele geeigneter Katalysatoren, nur zu erläuternden Zwecken, umfassend:
A. Ziegler-Natta-Katalysatoren umfassend Titan-basierende Katalysatoren, wie diejenigen beschrieben in den US-Patenten Nr. 4,376,062 und 4,379,758. Ziegler-Natta-Katalysatoren sind im Fachgebiet wohlbekannt und sind typischerweise Magnesium/Titan/Elektronen-Donor-Komplexe, die in Verbindung mit einem Organoaluminium-Cokatalysator verwendet werden.
B. Chrom-basierende Katalysatoren, wie diejenigen beschrieben in den US- Patenten Nr. 3,709,853; 3,709,954 und 4,077,904.
C. Vanadium-basierende Katalysatoren, wie Vanadiumoxychlorid und Vanadiumacetylacetonat, wie in US-Patent Nr. 5,317,036 beschrieben.
D. Metallocenkatalysatoren und andere single-site- oder single-site-ähnliche Katalysatoren, wie diejenigen offenbart in den US-Patenten Nr. 4,530,914; 4,665,047; 4,752,597; 5,218,071; 5,272,236; 5,278,272; 5,317,036 und 5,527,752.
E. Kationische Formen von Metallhalogeniden, wie Aluminiumtrihalogenide.
F. Kobaltkatalysatoren und Mischungen davon, wie diejenigen beschrieben in den US-Patenten Nr. 4,472,559 und 4,182,814.
6. Nickelkatalysatoren und Mischungen davon, wie diejenigen beschrieben in den US-Patenten Nr. 4,155,880 und 4,102,817.
H. Seltene-Erden-Metallkatalysatoren, d. h. solche, die ein Metall enthalten mit einer Atomnummer im Periodensystem der Elemente von 57 bis 103, sowie Verbindungen von Cer, Lanthan, Praseodymium, Gadolinium und Neodymium. Insbesondere nützlich sind. Carboxylate, Alkoholate, Acetylacetonate, Halogenide (enthaltend Ether und Alkoholkomplexe von Neodymiumtrichlorid) und Allylderivate solcher Metalle, z. B. von Neodymium. Neodymiumverbindungen, insbesondere Neodymiumneodecanoat, Octanoat und Versatat und n-Alkylneodymium sind die am meisten bevorzugten Seltene- Erden-Metallkatalysatoren. Seltene-Erden-Katalysatoren sind besonders bevorzugt und verwendet, um Polymere herzustellen, die polymerisiert werden, indem Butadien, Styrol oder Isopren u. ä. verwendet werden.
Bevorzugte Katalysatoren für das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhalten Seltene-Erden-Metallkatalysatoren, Titankatalysatoren, Vanadiumkatalysatoren und Metallocen/single-site/single-site-ähnliche Katalysatoren.
Rußflocken und Verfahren zu ihrer Zuführung. Die vorliegende Erfindung muss so verstanden werden, dass andere inerte teilchenförmige Materialien oder Mischungen davon so verwendet werden können, wie es für Ruß beschrieben ist. Solche inerten teilchenförmigen Materialien können Ruß, Silicamaterial, Talk, Tonerde, polymere Materialien und Mischungen davon umfassen. Diese Materialien sind im US-Patent Nr. 4,994,534 beschrieben. Von diesen sind Ruß, Silicamaterialien und Mischungen von Ruß und Silicamaterialien bevorzugt, wobei Ruß am meisten bevorzugt ist.
Rußflocken, hergestellt in einem Rußreaktor, haben eine primäre Teilchengröße von 10 bis 500 nm, eine mittlere Aggregatgröße von 0,1 bis 10 um (microns) und eine spezifische Oberfläche von 30 bis 1500 m²/gm. Die Rußflocken, hergestellt durch Grobzerkleinern von Rußkügelchen, haben eine mittlere Teilchengröße reichend von 0,1 um (microns) bis 20 um (microns), bevorzugterweise 0,1 bis 10 um (microns). Rußflocken haben eine Schüttdichte reichend von 32 bis 160 kg/m³ (2 bis 10 lb/ft³), bevorzugterweise 32 bis 96 kg/m³ (2 bis 6 lb/ft³).
Um Ruß herzustellen, wird Luft und/oder natürliches Gas in einen Rußreaktor gebracht, um sich mit in den Reaktor gesprühtem Öl zu vermischen und damit zu brennen. Der Verfahrenstyp, der zur Herstellung von Ruß verwendet wird, ist nicht kritisch und kann eines oder mehrere der folgenden sein: ein Ofenrußverfahren, ein Gasrußverfahren, oder ein Thermalrußverfahren.
Eine große Menge an Prozessgas wird als Nebenprodukt bei der Produktion von Ruß gebildet. Es kann zur pneumatischen Förderung von Rußflocken von dem Rußreaktor in ein Beutelfiltersystem verwendet werden, wo Rußflocken vom Prozessgas oder dem gasförmigen Medium, wie es darin verwendet wird, separiert oder gefiltert werden. Das Verfahren zur pneumatischen Förderung von Rußflocken von einem Rußreaktor in ein Filtrationssystem ist wohlbekannt und wird routinemäßig von Ruß-Herstellern durchgeführt und wird von der vorliegenden Erfindung übernommen.
Gegebenenfalls werden die gefilterten Rußflocken durch Schwerkraft in eine Spülvorrichtung eingebracht, um Feuchtigkeit und Sauerstoff zu entfernen. Dieser Reinigungsschritt ist erforderlich, wenn Rußflocken durch ein Verfahren hergestellt werden (z. B. durch einen Ofenrußprozess), bei dem Wasser zum Abquenschen der Prozessgas/Ruß-Mischung nach der Reaktion eingespritzt wird, um nachteilige Nebenreaktionen zu unterdrücken.
Ein handelsüblicher Fließbetttrockner wird in der vorliegenden Erfindung als Spülvorrichtung verwendet. Das bedeutet nicht, dass der fließbetttrockner die einzige Technik ist, die in dieser Erfindung angewendet werden kann. Jede handelsübliche Trocknungsausrüstung kann verwendet werden. Dies kann ein Reinigungstank (purge tank), eine Drehtrommel (tumbler) oder eine andere leicht erhältliche Vorrichtung sein. Inertgas (Stickstoff, Argon, Alkane), vorzugsweise Stickstoff, wird in den Fließbetttrockner oder die Spülvorrichtung injiziert, um zwischen Rußpartikeln eingeschlossene Feuchtigkeit- und Sauerstoff zu entfernen. Ein Chargenverfahren wird in dieser Erfindung verwendet, obwohl ein kontinuierliches Verfahren auch anwendbar und bevorzugt ist.
Die Menge an Spülgas, die in eine Rußspülvorrichtung injiziert wird, kann von einer Menge, die gleich dem Volumen des Zwischenraums der Rußflocken ist, bis zu einer Menge reichen, die zehn- oder mehrfach das Gesamtvolumen der Rußflockenmenge in der Spülvorrichtung ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, die Rußflocken vor dem Unter- Druck-Setzen zu reinigen, indem eine Menge an Spülgas injiziert wird, die einbis fünfmal, bevorzugterweise ungefähr dreimal das Volumen der Rußflocken in der Trocknungsvorrichtung ist.
Die gereinigten Rußflocken werden durch Schwerkraft in einen Druckbehälter eingebracht, um unter Druck gesetzt zu werden und dann in den Reaktor geblasen oder geschoben zu werden. Es ist in der Industrie bekannt, dass Rußflocken leicht zu einer festen Masse gepackt werden, wenn sie unter Druck gesetzt werden. Wenn einmal die feste Masse gebildet ist, ist es sehr schwer, diese aus dem Druckbehälter auszubringen oder auszuspeisen.
Das ist der Hauptgrund, wieso Rußreaktoren bisher nicht mit einem Polymerisationsreaktor eng verbunden wurden. Die Stärke der festen Masse an unter Druck gesetztem Ruß ist proportional zum Druck, mit dem die Rußflocken unter Druck gesetzt werden und ist umgekehrt proportional zur Zeitdauer des Unter-Druck-Setzens. Um die Packung der Rußflocken zu minimieren, sind die meisten bisher Industrie-entwickelten Verfahren zur Handhabung von Ruß bei geringen Drücken, 0,35 MPa relativ (50 psig) oder niedriger, und die Zeit des Unter-Druck-Setzens ist oft eine halbe Stunde oder mehr. Leider sind diese Verfahren nicht zur Einbringung von Rußflocken in einen Fließbett-Polymerisationsreaktor anwendbar, da das gewünschte Verfahren in der Lage sein sollte, die Rußflocken bei dem Druck des Reaktors, der normalerweise 2,1 bis 4,1 MPa relativ (300 bis 600 psig) ist, unter Druck zu setzen und einzubringen, und den Schritt des Unter-Druck-Setzens innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu beenden, vorzugsweise in weniger als 5 Minuten.
Um Rußflocken erfolgreich unter Druck zu setzen und in einen Gasphasen- Polymerisationsreaktor einzubringen, bringt die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zum Unter-Druck-Setzen und Einbringen hervor. Dieses neue Verfahren hat zwei einmalige Merkmale: (1) Das Druckgas wird vom oberen Ende des Druckbehälters aus eingebracht und (2) die Größe der Behälteröffnung am Boden-Fülltrichter (Behälter) des Druckbehälters ist gleich oder mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 65% und am meisten bevorzugt mindestens 85% dem/des Behälterdurchmessers. Das heißt, Druck wird oberhalb der oberen Oberfläche der Rußflocken in dem Druckbehälter angelegt, indem ein gegebenes Volumen an Druckgas zugegeben wird, welches ein Inertgas (z. B. Stickstoff, Argon, Alkane) oder Kreislaufgas des Reaktionssystems sein kann. Und die Öffnung am unteren Ende des Behälters ist breit, mindestens 20%, vorzugsweise 65% oder mehr des Durchmessers des Druckbehälters.
Die Abbildung veranschaulicht einen wünschenswerten Druckbehälter für das erfindungsgemäße Verfahren. In Bezug auf Fig. 1 wird ein zylindrischer Druckbehälter 4 gezeigt, der mit einem Einlassmittel, wie Einlassrohr 1 für Feststoffe (z. B. Rußflocken), die unter Druck gesetzt werden müssen, und welche durch die Schwerkraft in den Kessel eingebracht werden, ausgerüstet ist. Der Bodenfülltrichter 6 ist mit der geraden Säule 5 verbunden und das Verhältnis seiner Bodenöffnung zum Durchmesser der Säule 5 ist gleich oder größer als 0,2 : 1, typischerweise 0,2 : 1 bis 1 : 1, bevorzugterweise 0,65 : 1 bis 1 : 1 und am meisten bevorzugt 0,85 : 1 bis 1 : 1. Druckgas wird durch Einlassrohr 3 eingebracht, das sich im oberen Bereich des Behälters 4 befindet. Der Druck im Behälter 4 wird gehalten, indem die luftdichten Ventile 2 und 7 geschlossen werden. Die Öffnung von Ventil 7 ist gleich der Öffnung des Bodenfülltrichters 6. Am Ende des Unter-Druck-Setzens wird Ventil 7 geöffnet und Feststoffe werden durch das Auslassrohr 8 ausgetragen. Der Durchmesser von Auslassrohr 8 ist gleich oder größer als die Öffnung von Ventil 7. Der Grund, wieso Rußflocken bevorzugterweise vom oberen Ende des Druckbehälters 4 aus durch das Rohr 3 unter Druck gesetzt werden ist, dass das Druckgas so verwendet wird, dass es als unsichtbarer Schieber fungiert, der Rußflocken zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Bodenfülltrichter 6 und Ventil 7 komprimiert. Wenn Ventil 7 am Ende des Unter-Druck-Setzens geöffnet oder freigegeben wird, drückt das Druckgas die komprimierte Rußmasse aus dem Druckbehälter 4 heraus und in den Polymerisationsreaktor direkt hinein oder in den Kreislauf und von dort in den Polymerisationsreaktor.
Die komprimierte Rußmasse kann nicht komplett aus dem Druckbehälter gedrückt werden, wenn die Größe der Fülltrichteröffnung am Boden des Druckbehälters viel kleiner oder schmaler ist als der Durchmesser des Behälters. Es wird beobachtet, dass sich "Rattenlöcher" durch die komprimierte Rußmasse hindurch entwickeln, und dass nur der Teil des Rußes entladen wird, wenn das Entladungsventil zum Polymerisationsreaktor oder dem Kreislauf geöffnet wird, der gegen das Entladungsventil gepackt ist. Wie hierin verwendet, ist ein Rattenloch ein Loch, das sich in einem Fülltrichter (Behälter) bildet, wenn der fließende mittlere Materialpropf entfernt wird und das Seitenmaterial übrigbleibt. Andererseits werden Rußflocken im Druckbehälter zu einer festen Masse mit einem Durchmesser nahe der Größe der Fülltrichter-Öffnung komprimiert, wenn ein Druckbehälter mit einer Boden- Fülltrichter-Öffnungsgröße nahe dem Behälterdurchmesser verwendet wird. Wenn das Auslasssventil 7 geöffnet wird, ist dort eine kleine Hinderung oder ein kleiner Widerstand im Durchlass der komprimierten Rußmasse, so dass die komprimierte Rußmasse komplett entladen wird. Das Verhältnis von der Öffnung des Bodenfülltrichters 6 zum Durchmesser der Säule 5 hängt von der Stärke des gewünschten Unter-Druck-Setzens ab. Je größer der Druck des Unter-Druck-Setzens ist, desto größer sollte das Verhältnis sein. Im Falle, dass Rußflocken mit 2,1 bis 4,1 MPa relativ (300 bis 600 psig) unter Druck gesetzt werden, ist die Öffnung des Bodenfülltrichters 6 vorzugsweise mindestens 65%, am meisten bevorzugt zwischen 85 und 100% des Durchmessers der Säule 5. Der Halbwinkel des Bodenfülltrichters 6 ist nicht kritisch, wenn die Öffnung des Bodenfülltrichters 6 nahe dem Durchmesser von Säule 5 ist; jedoch ist es bevorzugt dass der Halbwinkel des Bodenfülltrichters 6 größer als 45% von der Horizontalen ist. Mit der Öffnung des Bodenfülltrichters 6 nahe dem Durchmesser von Säule 5 und mit einem steilen Bodenfülltrichter 6 sieht der Druckbehälter 4 oft wie ein gerades Rohr aus; deshalb wird das neue Verfahren zum Unter-Druck-Setzen und Einbringen, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, auch Schießrohrverfahren (shot-tube) genannt. Es ist bevorzugt, eine Vielzahl an Druckbehältern, die auf die Weise mit dem Polymerisationsreaktor verbunden sind, dass während welche beladen und/oder unter Druck setzen, andere zeitlich abgestimmt, unter Druck gesetzten Ruß (feste Masse oder Schlamm) in den Reaktor und/oder Kreislauf austragen, zu verwenden.
Die komprimierten Rußflocken können simultan oder diskontinuierlich direkt in den Reaktor oder den Kreislauf des Reaktorsystems eingebracht werden. Oder, alternativerweise, können Flocken simultan oder diskontinuierlich in den Reaktor und den Kreislauf eingebracht werden. Im Reaktor oder Kreislauf zerplatzt der komprimierte Ruß aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Druck, mit dem der Ruß unter Druck gesetzt wird und dem Druck des Reaktors oder dem Kreislauf in lose Flocken, oder er wird durch Abrieb im Reaktor oder dem Kreislauf wieder zu Flocken gebrochen. Typischerweise ist die Druckdifferenz zwischen dem Rußreaktor und/oder Druckbehälter und dem Druck in dem Polymerisationsreaktor zwischen 0,035 bis 10,5 MPa relativ (5 bis 1500 psig), vorzugsweise 1,4 bis 4,55 MPa relativ (200 bis 650 psig). Wenn es direkt in den Reaktor eingebracht wird, kann es von oben, von unten oder von der Seite eingebracht werden. Vorzugsweise wird es von der Seite in die Polymerisationszone des Reaktors oder Behälters eingebracht, am meisten bevorzugt am oder in der Nähe des oberen Endes der Zone.
Teilchenförmige Materialien. Das Verfahren zum Unter-Druck-Setzen und Einbringen, das durch die Erfindung entwickelt ist, ist nicht beschränkt auf die Einbringung von Rußflocken. Es kann zur Einbringung eines oder mehrerer anderer teilchenförmiger Materialien oder Verflüssigungshilfen, alleine oder sogar in Kombination mit Rußflocken, verwendet werden. Diese inerten teilchenförmigen Materialien können Silicamaterialien, Talk und Tonerde genauso wie inerte polymere Materialien umfassen. Silicamaterialien haben eine primäre Teilchengröße von 5 bis 50 nm, eine mittlere Aggregatgröße von 0,1 bis 10 um (microns) und eine spezifische Oberfläche von 50 bis 500 m²/gm. Tonerde, Talk und polymere Materialien haben eine mittlere Teilchengröße von 0,01 bis 10 um (microns) und eine spezifische Oberfläche von 3 bis 30 m²/gm. Diese inerten teilchenförmigen Materialien, wie Ruß, werden in Mengen reichend von 0,3 bis 80% verwendet, vorzugsweise bis 50%, basierend auf dem Gewicht des Endproduktes. Von diesen Materialien werden Ruß, Silicamaterialien und Mischungen aus diesen besonders bevorzugt. Diese sind besonders nützlich für die Polymerisation haftfähiger Polymere, wie in US-Patenten Nr. 4,994,534 und Nr. 5,304,588 offenbart ist, und von Polymeren, die in Flüssig-Monomer-Weise hergestellt werden.
Andere Additive. Manche Verbindungen können zur Neutralisation der statischen Aufladung in dem Fließbettreaktor verwendet werden, andere, die eher als Antrieb als als antistatischer Stoff bekannt sind, können die statische Aufladung folglich von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv zwingen. Diese Methoden statischer Kontrolle und Verbindungen zur Kontrolle statischer Aufladung sind z. B. in den US-Patenten Nr. 4,792,592; 4,803,251; 4,855,370; 4,876,320; 5,162,463; 5,194,526; 5,200,477 und 3,391,477 offenbart. Die Verwendung dieser Additive gehört zum Fachwissen von Fachleuten. Diese Additive können separat oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen Reaktanden (Monomere, Verflüssigungshilfen, Kettentransfermittel, Kreislaufgas, etc.) zur Reaktionszone zugegeben werden.
Verschmutzung der Kreislaufleitungen kann effektiv kontrolliert oder gestoppt werden, indem Veratrol (1,2-Dimethoxybenzol), Methanol, Tetrahydrofuran oder Propylenglykol in die Kreislaufleitungen an der Kompressorverbindung in dem Reaktorsystem eingebracht wird. Zur Reduzierung der Verschmutzung der Kreislaufleitung, des Kompressors und des Kreislaufgaskühlers kann typischerweise erreicht werden, indem eine Eintragmenge pro Zeiteinheit von 2,3 kg/h (5 lb/hr) einer 0,1 wt%-Lösung in Isopentan verwendet wird.
Alle Referenzen, die hierin zitiert werden, werden durch eine Referenz eingegliedert.
Während der Umfang der Erfindung in den angefügten Ansprüchen vorgebracht wird, illustrieren die folgenden spezifischen Beispiele bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele werden nur zur Verdeutlichung vorgebracht und sollen nicht als Beschränkungen der Erfindung aufgefasst werden, ausgenommen, sie sind in den Ansprüchen vorgebracht. Alle Anteile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, es sei denn, sie sind anders spezifiziert.

Beispiel 1 (Vergleich)

Dieses Beispiel demonstriert die Schwierigkeit, Rußflocken unter Druck zu setzen und aus einem herkömmlichen Druckbehälter zu führen.
5,4 kg (12 Pfund) Rußflocken (Schüttdichte gleich 64 kg/m³ (4 lb/ft³) wurden in einen Druckbehälter geladen, welcher eine Länge von 81 cm (32 inch), einen Innendurchmesser von 46 cm (18 inch), einen Halbwinkel des Auslassendes von 60 Grad von der Horizontalen und eine Bodenöffnung mit der Größe von 3,8 cm (1,5 inch) hatte. Das Verhältnis von Fülltrichter(Behälter)-Öffnung zu Behälterdurchmesser war 0,0833. Der Behälter wurde mit 0,21 MPa relativ (30 psig) mit Druckluft unter Druck gesetzt. Die Druckluft wurde in den Druckbehälter durch eine Einspritzstelle am Behälterboden eingeleitet.
Nach dem Unter-Druck-Setzen wurde das Auslassventil geöffnet. Ca. 50% der Rußflocken wurden ausgelassen. Der Rest der Rußflocken blieb im Behälter. Rattenlöcher hatten sich im Behälter gebildet.

Beispiel 2

Dieses Beispiel demonstriert, dass Rußflocken erfolgreich unter Druck gesetzt und ausgelassen wurden, indem das Verfahren zum Unter-Druck-Setzen und Zuführen benutzt wurde, das durch die vorliegende Erfindung entwickelt wurde.
Der Druckbehälter war 122 cm (48 inch) lang mit einem Innendurchmesser gleich 8,3 cm (3,25 inch). Als Auslassventil wurde ein 7,6 cm (3 inch) Vollladeballventil (full-port ball valve) mit einer 7 cm (2,75 inch)-Öffnung verwendet. Das Verhältnis der Fülltrichter(Behälter)-Öffnung zum Behälterdurchmesser war 0,85. 0,2 kg (1/2 Pfund) Rußflocken (Schüttdichte gleich 64 kg/m³ (4 lb/ft³)) wurden in die Röhre geladen:
Druckgas wurde vom oberen Ende des Behälters durch ein Umleitungsrohr (divert pipe) eingeführt. Die Druckluft komprimierte die Rußflocken gegen das Auslassventil zu einem Block. Die Betthöhe der Rußflocken nahm mehr als 50% von ihrer ursprünglichen Betthöhe ab. Die Rußflocken wurden mit 0,7 MPa relativ (100 psig) unter Druck gesetzt.
Nach dem Unter-Druck-Setzen wurde das Auslassventil geöffnet. Der Block oder die Masse der komprimierten Rußflocken wurde komplett aus dem Druckbehälter gedrückt.

Beispiel 3

Dieses Beispiel demonstriert die Methoden zum Unter-Druck-Setzen und Zuführen der Erfindung, die benutzt werden, um unter Druck gesetzte Rußflocken erfolgreich aus dem Druckbehälter in den Polymerisationsreaktor auszuführen und einzubringen, also ein Verfahren zur engen Verbindung eines Kohlenstoffreaktors mit einem Gasphasen-Polymerisationsreaktor bereitzustellen.
Ein Ethylen/Propylen/Ethyliden-Norbornen-Terpolymer (EPDM) wurde hergestellt, indem das Gasphasenverfahren, offenbart in US-Patent 4,994,534, verwendet wurde. Die Produktionsrate des Polymerisationsreaktors ist 15875 kg/h (35000 lb/h). Rußflocken (Schüttdichte gleich 64 kg/m³ (4 lb/ft³)) werden als Verflüssigungshilfe verwendet.
Ein Rußreaktor wird mit einem Polymerisationsreaktor verbunden. In dem Rußreaktor mit 4218 kg/h (9300 lb/h) hergestellte Rußflocken werden durch das Prozessgas pneumatisch von dem Rußreaktor in ein Beutelfiltersystem gefördert. Rußflocken werden von dem Prozessgas durch die Filtertüten getrennt und durch Schwerkraft in den Reinigungstank eingebracht. Stickstoff 227 kg/h (500 lb/h), welches gleich dem dreifachen Volumen der Rußflocken in dem Reinigungstank ist, wird zur Entfernung von Feuchtigkeit und Sauerstoff aus den Rußflocken verwendet. Gereinigter Ruß wird durch Schwerkraft in sechs Druckbehälter geladen, die an den Polymerisationsreaktor bei seiner Polymerisationszone des Reaktors angrenzen (zwischen dem Bodengitter und dem oberen Entrainment-Bereich). Der Durchmesser von jedem Druckbehälter ist 40,6 cm (16 inch) und die Länge des Behälters ist 3 m (10 ft). Ein 40,6 cm (16 inch)-Vollladeballventil (full-port ball valve) wird am Boden jedes Druckbehälters als Auslassventil benutzt.
Das Kreislaufgas des Reaktionssystems wird benutzt, um die Rußflocken in dem Druckbehälter unter Druck zu setzen bis 4,2 MPa relativ (600 psig) des Druckes des Reaktors. Hochdruck-Stickstoff wird benutzt, um die Rußflocken weiter unter Druck zu setzen bis 4,3 MPa relativ (615 psig). Der 0,1 l MPa relativ (15 psig)-Druckunterschied zwischen dem Druckbehälter und dem Reaktionssystem gewährleistet, dass der unter Druck gesetzte Ruß aus dem Behälter ausgelassen wird.
Am Ende des Unter-Druck-Setzens wird das Auslassventil des Druckbehälters geöffnet und die unter Druck gesetzten Rußflocken werden in die Kreislaufleitung des Reaktionssystems eingebracht und durch das Kreislaufgas in den Reaktor getragen. In der Kreislaufleitung geht der komprimierte Ruß zurück und verliert dabei Flocken wegen der Druckdifferenz zwischen dem Druck, mit dem der Ruß unter Druck gesetzt wird und dem Druck der Kreislaufleitung, oder er wird durch Abrieb im Innern der Kreislaufleitung zurück zu Flocken gebrochen. Da es 1,5 Minuten dauert, um Rußflocken zu laden, unter Druck zu setzen und einzubringen, sind die sechs Druckbehälter in drei Paaren angeordnet. Alle 30 Sekunden wird ein Paar der Druckbehälter zum Einbringen von Ruß benutzt, während die verbleibenden Paare mit Ruß beladen bzw. mit dem Kreislaufgas und Stickstoff unter Druck gesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Zuführung von teilchenförmigem Material von einem Niedrigdrucksystem in ein Hochdrucksystem, umfassend

(i) Einbringen des teilchenförmigen Materials in ein oder mehrere Druckbehälter, wobei bei jedem der Druckbehälter das Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0.2 : 1 ist;

(ii) Unter-Druck-Setzen des teilchenförmigen Materials in einem oder mehreren der Druckbehälter von dem oberen Ende des einen oder der mehreren Behälter aus mit einem Druck gleich oder größer als der des Hochdrucksystems, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil zu komprimieren; und

(iii) Einbringen des unter Druck gesetzten teilchenförmigen Materials von einem oder mehreren der Druckbehälter in das Hochdrucksystem.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das teilchenförmige Material eine mittlere Aggregat- oder Teilchengröße kleiner als 100 um (microns) aufweist.

3. Verfahren nach Ansprüch 1 oder 2, worin das teilchenförmige Material ein inertes teilchenförmiges Material ist, das aus, der Gruppe enthaltend Ruß, Silicamaterial, Talk, Tonerde, Polymerwerkstoffe und Mischungen davon gewählt wird:

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Druck des Hochdruckverfahren-Systems etwa 2.1 bis 4.1 MPa relativ (300 bis 600 psig) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Hochdrucksystem ein Polymerisationssystem ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin bei jedem der Druckbehälter das Verhältnis der Boden-Fülltrichter- Öffnung zu Behälterdurchmesser 0.65 : 1 bis 1 : 1 ist.

7. Verfahren zur Zuführung von teilchenförmigem Material in einen Polymerisationsreaktor, umfassend

(i) Einbringen des teilchenförmigen Materials in einen oder mehrere Druckbehälter, wobei bei jedem der Druckbehälter das Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0.2 : 1 ist;

(ii) Unter-Druck-Setzen des teilchenförmigen Materials in einem oder mehreren der Druckbehälter von dem oberen Ende des einen oder der mehreren Behälter aus mit einem Druck gleich oder größer als der Druck der Polymerisationszone des Reaktors, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil zu komprimieren; und,

(iii) Einbringen des unter Druck gesetzten teilchenförmigen Materials von einem oder mehreren der Druckbehälter in den Polymerisationsreaktor, auf direkte Weise oder in den Kreislauf und von dort in den Reaktor.

8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend:

(i) Pneumatische Förderung von Rußflocken von einem Rußreaktor in gasförmigem Medium in ein Filtrationssystem und, gegebenenfalls, Entfernung des gasförmigen Mediums;

(ii) gegebenenfalls, Einbringen der gefilterten Rußflocken in eine Spülvorrichtung, um Feuchtigkeit und Sauerstoff zu entfernen; und

(iii) Einbringen der Rußflocken in einen oder mehrere Druckbehälter, wobei bei jedem der Druckbehälter das Verhältnis von Boden- Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0.2 : 1 ist,

(iv) Unter-Druck-Setzen der Rußflocken in einem oder mehreren Druckbehältern mit einem Druck gleich oder größer als der Druck der Polymerisationszone des Reaktors; und

(v) Einbringen der unter Druck gesetzten Rußflocken von einem oder mehreren der Druckbehälter in den Reaktor, auf direkte Weise oder in den Reaktorkreislauf und von dort in den Reaktor.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei jedem der Druckbehälter das Verhältnis von Boden-Fülltrichter- Öffnung zu Behälterdurchmesser 0.65 : 1 bis 1 : 1 ist, und wobei die Rußflocken von dem oberen Ende des einen oder der mehreren Druckbehälter aus unter Druck gesetzt werden.

10. Verfahren zur Herstellung eines Polymers in einem Gas-Fließbettreaktions- Behälter mit einer Polymerisationszone, die ein Bett anwachsender Polymerpartikel unter Polymerisationsbedingungen bei Anwesenheit eines Katalysators enthält, wobei dieser Prozess umfasst:

(i) kontinuierliches oder diskontinuierliches Einbringen eines oder mehrerer Monomere und gegebenenfalls zumindest eines inerten Gases in die Polymerisationszone;

(ii) kontinuierliches oder diskontinuierliches Einbringen eines oder mehrerer teilchenförmigen Materialien in den Reaktionsbehälter gemäß dem Verfahren aus Anspruch 7;

(iii) kontinuierliche oder diskontinuierliche Entnahme des polymeren Produktes aus dem Reaktionsbehälter; und

(iv) kontinuierliche Entnahme nicht umgesetzter Monomere und Gase aus der Polymerisationszone.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin in Schritt (iv) die nicht umgesetzten Monomere und Gase gegebenenfalls komprimiert und gekühlt werden, während die Temperatur im Innern der Polymerisationszone unterhalb des Taupunktes von mindestens einem in der Polymerisationszone vorhandenen Monomer gehalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, worin das bei dem Prozess hergestellte Polymer aus der Gruppe gewählt wird, die Homopolymere und Copolymere von C&sub2;-C&sub1;&sub8; Alpha-Olefinen, Ethylen-Propylen-Gummi; Ethylen-Propylen-Dien-Gummi; Polyisopren; Polystyrol; Polybutadien; Butadien-Polymere copolymerisiert mit Isopren; Isoprenpolymere copolymerisiert mit Styrol; Butadien-Polymere copolymerisiert mit Acrylonitril; Isobutylen-Polymere copolymerisiert mit Isopren; Ethylen-Buten-Gummi und Ethylen-Buten-Dien-Gummi; Polychloropren, Norbornen-Homopolymere und Copolymere mit einem oder mehreren C&sub2;-C&sub1;&sub8; Alpha-Olefinen; Terpolymere aus C&sub2;-C&sub1;&sub8; Alpha-Olefinen und einem Dien umfasst.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin das teilchenförmige Material ein inertes teilchenförmiges Material ist, ausgewählt aus der Gruppe, die Ruß, Silicamaterial, Tonerde, Talk, Polymerwerkstoffe und Mischungen davon umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das inerte teilchenförmige Material aus der Gruppe ausgewählt wird umfassend Ruß, Silicamaterial und Mischungen davon.

15. Verfahren zur Versorgung eines Polymerisationsreaktors mit Ruß, umfassend:

(i) Pneumatisches Fördern von Rußflocken von einem Rußreaktor in gasförmigem Medium in ein Filtrationssystem und gegebenenfalls Entfernen des gasförmigen Mediums;

(ii) gegebenenfalls Reinigung der gefilterten Rußflocken, um Feuchtigkeit und Sauerstoff zu entfernen; und

(iii) Unter-Druck-Setzen der Rußflocken in einem Druckbehälter von dem oberen Ende des Behälters aus mit einem Druck gleich oder größer als der Druck der Polymerisationszone des Reaktors, um das teilchenförmige Material zu einem Block oder einer halbfesten Masse gegen die Boden-Fülltrichter-Öffnung und das dazugehörige Ventil zu komprimieren, wobei bei dem Druckbehälter das Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0.2 : 1 ist; und

(iv) Austragen der unter Druck gesetzten Rußflocken (a) direkt in den Polymerisationsreaktor, (b) in den Kreislauf und von dort in den Reaktor oder (c) simultan in den Reaktor und den Kreislauf.

16. Vorrichtung zum Unter-Druck-Setzen und Zuführen von Pulvern, insbesondere von kohäsiven Pulvern umfassend einen Behälter mit einem Boden-Fülltrichter mit einem Behälterhalbwinkel größer als 45º von der Horizontalen, und bei dem das Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser gleich oder größer als 0.2 : 1 ist; einen Feststoff- Einlass, der im oberen Bereich des Behälters angeordnet ist; ein luftdichtes Ventil im oberen Bereich des Behälters; ein luftdichtes Ventil im unteren Bereich des Behälters; ein Feststoff-Auslass, der im unteren Bereich des Behälters angeordnet ist, und ein Gaseinlassmittel zur Einbringung eines Druckgases, welches die Pulver zu einem festen Block oder einer halbfesten Masse gegen den Boden-Fülltrichter und das dazugehörige Ventil komprimiert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin das Verhältnis von Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälterdurchmesser 0.65 : 1 bis 1 : 1 ist; das Gaseinlassmittel im oberen Bereich des Behälters angeordnet ist und der Behälter ein zylindrischer Behälter mit einem Boden-Fülltrichter mit einem Behälterhalbwinkel, der von 45 bis 90º in der Horizontalen reicht, ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Verhältnis der Boden-Fülltrichter-Öffnung zu Behälter- Durchmesser 0.85 : 1 bis 1 : 1 ist.