Kinetic study of bulk propylene homo-polymerization and propylene/ethylene gas-phase copolymerization under industrially relevant conditions

Abstract

Polypropylene is one of the most widely manufactured polymers and is produced via coordinative polymerization with metal-organic catalysts in different polymerization processes. Catalysts are continually developed and optimized, hence there is a constant need for kinetic studies of polymerization catalysts. Scope of this work is a kinetic study of two different Ziegler-Natta catalysts in a multi-step polymerization of propylene, consisting of a bulk-phase homo-polymerization and a subsequent gas-phase copolymerization of propylene and ethylene. For studying kinetics, an existing polymerization reactor has been equipped with a compensation heater to realize a calorimetric method for measurement of reaction kinetics in bulk polymerization conditions. The experimental results have been compiled in a phenomenological kinetic model. The purpose of the model is to describe polymerization kinetics and the resulting polymers with respect to the corresponding reaction conditions.

Polypropylen ist eines der meistgenutzten Polymere und wird über koordinative Polymerisation mit metall-organischen Katalysatoren in verschiedenen Verfahren hergestellt. Bei der koordinativen Polymerisation hängt die Kinetik der Reaktion von den verwendeten Katalysatoren ab, die stetig weiterentwickelt werden. Ziel dieser Arbeit ist eine kinetische Studie von zwei unterschiedlichen Ziegler-Natta Katalysatoren in mehrstufigen Polymerisationen Verfahren, das aus einer Homopolymerisation von Propylen in Masse und einer nachgeschalteten Copolymerisation von Propylen und Ethylen aus der Gasphase besteht. Zunächst wurde ein existierender Versuchsaufbau um eine Kompensations-heizung erweitert, um die Kinetik der Massepolymerisation mit Kalorimetrie untersuchen zu können. Abschließend ist basierend auf den Ergebnissen ein Modell entwickelt worden, mit dem die Kinetik der Polymerisation und die resultierenden Polymere in Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen beschrieben werden kann.