Kinetics and catalyst overheating in the gas phase polymerization of propylene

Abstract

Zielsetzung dieser Doktorarbeit ist die kinetische Untersuchung von vier Ziegler-Natta-Katalysatoren in der Gasphasenpolymerisation von Propen unter industriell relevanten Bedingungen. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Katalysatorüberhitzung im Labormaßstab, wobei die Partikelwärmeübertragungsbedingungen industrieller Anlagen nachgeahmt werden. Zunächst wird die Wirkung eines Saatbetts für zwei Katalysatoren im Detail analysiert. Eine kinetische Studie wird für drei Ziegler-Natta-Katalysatoren durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf der Wirkung von Wasserstoff auf die Katalysatoraktivität und den Schmelzflussindex liegt. Eine experimentelle Löslichkeitsstudie wird in einer Hochdruckmagnetschwebewaage durchgeführt. Zur Beschreibung des Propen/Polypropylen-Systems werden moderne thermodynamische Modelle verwendet, die für die Prozessmodellierung relevant sind. Die Analyse der Polymerisationskinetik wird durch die Entwicklung eines phänomenologischen kinetischen Modells erweitert, welches mit einer experimentell validierten thermodynamischen Zustandsgleichung kombiniert wird.

Scope of this PhD work is the kinetic study of four Ziegler-Natta catalysts in the gas phase polymerization of propylene under industrially relevant conditions. The focus is placed on the effect of catalyst overheating in lab-scale with particle heat transfer conditions that apply to those of industrial plants. First, the effect of a seed bed is analyzed for two catalysts in detail. A kinetic study is conducted for three Ziegler-Natta catalysts with focus on the effect of hydrogen on the catalyst activity and melt flow rate. An experimental solubility study is conducted in a high pressure magnetic suspension balance. State-of-the-art thermodynamic models relevant for process modeling are tested in describing the propylene/polypropylene system. The analysis of the polymerization kinetics is extended by developing a phenomenological kinetic model which is combined with an experimentally validated thermodynamic equation of state.