Brevet FR2598350A1 — publié le 19871113

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositifs pour dégazer et pour transformer en granulés des particules de polyoléfines sortant d'un réacteur de polymérisation en phase gazeuse. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des polymères ou des copolymères d'alpha-oléfines par polymérisation catalytique à basse pression en phase gazeuse, soit dans un appareil agité o les particules de polymère sont maintenues en suspension par une agitation mécanique, soit dans des réacteurs à lit 10 fluidisé. Le polymère ou le copolymère produit dans les appareilsagités ou dans les réacteurs à lit fluidisé est soutiré selon un processus continu ou discontinu. Au cours du soutirage, une partie de l'atmosphère gazeuse accompagne les produits solides. Pour des 15 raisons d'économie de procédé, les produits soutirés passent dans un dégazeur primaire qui permet de séparer d'une part les produits solides et, d'autre part, une phase gazeuse riche en monomère, laquelle est recyclée dans le réacteur. La poudre sortant du dégazeur primaire est accompagnée par une faible quantité de gaz de 20 procédé, notamment par du gaz occlus dans les pores des particules solides. Au cours des étapes ultérieures, notamment lorsque les particules sont stockées en silos, ces gaz sont susceptibles de diffuser lentement hors des particules et les teneurs en hydro25 carbure de l'atmosphère des silos ou au voisinage de ceux-ci peuvent devenir excessives au regard des normes de sécurité des personnes, voire entraîner des risques d'explosion. D'une manière similaire, ces gaz peuvent provoquer des difficultés lors de la granulation des particules. Pour éviter ces inconvénients, dans les procédés connus à ce jour, les particules sortant du dégazage primaire subissent un dégazage secondaire avant d'être stockées. Ce dégazage est réalisé par exemple en mettant les particules solides en contact avec un courant gazeux froid d'air ou d'azote pendant une durée 35 de l'ordre de 5 à 30 minutes. -2 Pendant cette opération, la poudre de polymère se refroidit au contact du gaz froid. Ce refroidissement nuit à l'économie du procédé lorsque, comme c'est très souvent le cas, l'opération suivante est une granulation des particules par passage à travers une extrudeuse qui exige un réchauffage du polymère au voisinage de -sa température de fusion. De plus, le refroidissement de la poudre défavorise la séparation du gaz hors des particules dans lesquelles il est occlu. Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant d'effectuer un très bon dégazage secondaire des particules de polyoléfines chaudes sortant d'un dégazeur primaire, sans entrainer une perte substantielle des calories contenues dans ces particules. Un autre objectif de l'invention est de procurer des moyens permettantd'effectuer un bon dégazage secondaire de particules de polyoléfines devant subir un traitement ultérieur de granulation par extrusion, de telle sorte que les particules sortent du dégazeur secondaire à une température relativement élevée et entrent à cette température dans l'extrudeuse et que la dépense d'énergie nécessaire à la granulation est réduite. On connaît des appareils dits finisseurs qui sont des agitateurs mécaniques utilisés pour modifier l'état physique de particules de résines thermoplastiques afin d'améliorer leur fluidité et leur densité globale. Ces finisseurs sont fabriqués notamment par la Compagnie WEDCO et ils sont décrits par exemple dans les brevets US 3 229 002 et FR-A-2 160 434 appartenant à cette Compagnie. Le brevet US 3 229 002 décrit une application des finis30 seurs à des résines sortant d'un broyeur afin d'obtenir une réduction de la taille des particules et une amélioration de la fluidité du produit. Le brevet FR-A-2 160 434 décrit une application des finisseurs à des particules de résine thermoplastique afin d'additionner 35 à celles-ci un pigment coloré ou toute autre charge à l'état finement divisé. -3 Ces brevets antérieurs concernent des applications portant sur des poudres qui ont été préalablement débarrassées de la majeure partie des gaz occlus. La demande de brevet publié GB-2 077 272 B (Asahi Kasei.) 5- décrit un procédé destiné à augmenter la taille des particules. Selon ce procédé, on préchauffe les particules, puis on les soumet à un brassage mécanique dans un agitateur mécanique rotatif à grande vitesse équipé d'une chemise de chauffage, par exemple, un agitateur du type "Henschel". Les particules sont portées à la température de collage. mutuel, c'est-à-dire à une température comprise entre la température de cristallisation et la température de fusion. La poudre sortant de l'agitateur est refroidie par agitation dans un courant d'air froid. Ce brevet antérieur décrit un traitement des particules de polyoléfines par agitation mécanique et chauffage des particules, mais il n'enseigne pas, ni ne suggère que les particules peuvent' être dégazées un tel traitement mécanique. De plus, le but du traitement décrit est supprimer la granulation et les particules 20 sont refroidies à la sortie de l'agitateur. La demande de brevet européen EP-A-0006288 (Imperial Chemical Industries) décrit un procédé et un appareil pour débarraser un polymère solide, en particulier du polypropylène, des gaz monomères qui sont occlus dans celui-ci en soumettant le polymère à 25 une agitation mécanique jusqu'à ce que la température atteigne au moins 90 C. Le traitement est effectué en l'absence d'oxygène et sans introduction d'un courant gazeux à travers le polymère. L'objectif du procédé décrit dans cette demande de brevet est de récupérer les gaz riches en monomères non polymérisés pour 30 les recycler dans le réacteur. Les produits solides dégazés sont envoyés dans un récipient de stockage ou dans un récipient o ils subissent un traitement destiné à éliminer les résidus du catalyseur. -4 Le procédé selon l'invention est destiné à transformer en granulés des particules de polyoléfines qui ont été fabriquées dans un réacteur de polymérisation catalytique en phase gazeuse et qui ont subi un dégazage primaire à la sortie dudit réacteur, mais qui contiennent encore des gaz occlus dont il faut les débarrasser - avant de les extruder. Les objectifs de l'invention sont atteints par un procédé selon lequel on introduit les particules sortant du dégazage primaire dans un dispositif de dégazage secondaire équipé d'un agita10 teur mécanique dans lequel on les agite pendant une durée telle que les particules soient portées par l'agitation mécanique à une..température voisine de la température de début de fusion, de sorte qu'elles sont débarrassées de la majorité des gaz les accompagnant et on introduit les particules chaudes sortant dudit agitateur 15 mécanique dans l'extrudeuse d'une unité de granulation. De préférence, le dégazage secondaire est effectué en présence d'un courant gazeux introduit dans le dégazeur secondaire. Ce courant gazeux est avantageusement constitué d'un gaz inerte, tel que de l'azote. I1 peut également être constitué d'un gaz contenant 20 de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau qui inactivent les constituants du catalyseur de polymérisation. Le dispositif selon l'invention, pour dégazer et pour transformer en granulés des particules de polyoléfines produites dans un réacteur de polymérisation catalytique en phase gazeuse d'alpha25 oléfines équipé d'une sortie de polyoléfines, comporte, en combinaison: - un dispositif de dégazage primaire par séparation des phases solide et gaz relié à ladite sortie; - un dispositif de dégazage secondaire pour débarrasser les particules des gaz les accompagnant, qui est connecté à la sortie dudit dégazage primaire et qui comprend un agitateur mécanique permettant d'élever la température des particules jusqu'à une température voisine de la température de début de fusion par transformation de l'énergie mécanique en chaleur - 5 - et un dispositif de granulation des particules par extrusion à travers une filière, ce dispositif étant relié à la sortie dudit dispositif de dégazage secondaire. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de dégazage secondaire comporte une enceinte cylindrique à axe horizontal ayant une entrée de particules qui est connectée à la sortie du dégazeur primaire et un sortie de particules qui est connectée au dispositif de granulation de particules, laquelle enceinte est munie d'un arbre horizontal qui porte des pales d'agitation et qui 10 est entrainé en rotation par un moteur. Le temps de séjour des particules dans ladite enceinte et la vitesse de rotation de l'arbre peuvent être réglés de telle manière que les particules sont portées par l'agitation mécanique à une température voisine de la température de début de fusion. Le dégazage secondaire des particules au moyen d'agitateurs mécaniques qui échauffent les particules uniquement par transformation d'énergie mécanique en chaleur, permet d'atteindre et même de dépasser légèrement la température de début de fusion sans créer de point chaud au sein de la masse de particules et sans que les par20 ticules ne forment des amas. On sait que la température élevée favorise le départ des gaz occlus dans les pores des particules et le procédé selon l'invention, qui permet de porter les particules à une température la plus élevée possible sans créer des amas de particules collées, permet 25 d'obtenir un très bon dégazage secondaire. Des essais ont permis de mesurer que la teneur des particules en gaz non polymérisé pouvait' être divisée par cent par un brassage mécanique selon l'invention. Un dispositif de dégazage secondaire selon l'invention permet d'alimenter le dispositif de granulation en particules 30 dégazées chaudes, de sorte que l'énergie consommée par l'extrudeuse pour fondre les particules est réduite. On récupère une grande partie de l'énergie mécanique utilisée pour le dégazage secondaire. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui 35 représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. -6- La figure 1 représente schématiquement l'ensemble d'un dispositif de polymérisation ou de copolymérisation d'oléfines en phase gazeuse et de granulation des polyoléfines. La figure 2 représente une coupe axiale d'un dispositif d'agitation mécanique applicable à l'invention. La figure 1 représente un réacteur de polymérisation d'oléfines en phase gazeuse en lit fluidisé. Ce type de réacteur est bien connu et il est inutile de le décrire en détail. On rappelle 10 seulement qu'il comporte une enceinte cylindrique verticale (1) surmontée d'un élargissement (2). Il comporte une grille de fluidisation (3) au-dessus de laquelle se trouve un lit fluidisé (4), composé de particules de polyoléfines en cours de polymérisation qui sont maintenues à l'état de lit fluidisé par un courant gazeux 15 ascendant. Les gaz chauds sortant en haut du réacteur sont repris par un surpresseur (5) qui les refoule à la base du réacteur. Les gaz recyclés passent dans un refroidisseur (6). L'enceinte (1) comporte une arrivée (7) de catalyseur et une arrivée (8) d'oléfines monomères. Il comporte une sortie (9) de soutirage 20 des particules de polymère. La figure 1 représente, à titre d'illustration, un réacteur à lit fluidisé, pour la polymérisation catalytique d'oléfines en phase gazeuse, mais il est précisé que ce réacteur pourrait également être un réacteur dans lequel les particules sont maintenues 25 en suspension par une agitation mécanique. Les polyoléfines produites par le réacteur sont soutirées par la sortie (9) en continu ou de façon intermittente. Dans le mode de réalisation représenté figure 1, le soutirage (9) est équipé d'un sas (10) placé entre deux robinets (lia) 30 et (llb) actionnés alternativement afin que le soutirage ne perturbe pas le fonctionnement du réacteur. Au cours du soutirage, une partie de l'atmosphère gazeuse du réacteur accompagne les particules solides de polyoléfines. Le mélange de gaz et de particules solides est traité dans un dégazeur primaire (12) qui permet de 35 séparer la phase solide d'une partie de la phase gazeuse accompagnant les particules. Le dégazeur primaire (12) est par exemple -7 un cyclone, mais peut être remplacé par tout autre moyen de séparation gaz solide équivalent. Les gaz qui sont riches en monomères non polymérisés sont recyclés par dans le réacteur par une conduite (13). Une installation selon l'invention comporte un dispositif de dégazage secondaire (14), qui est équipé d'un agitateur mécanique - (14a), qui reçoit les particules solides sortant du dégazeur primaire (12) et qui les débarrasse de la majorité des gaz accompagnant celles-ci par un procédé consistant à échauffer les parti10 cules jusqu'à une température voisine de la température de début de fusion par un brassage mécanique. Les particules dégazées et chaudes sortant du dispositif de dégazage secondaire (14) sont envoyées dans un dispositif degranulation (15) qui comporte une extrudeuse munie d'une filière d'extru15 sion et de moyens de sectionnement des fils extrudés en granulés. La température des particules entrant dans le dispositif (14) est généralement comprise entre 60 et 120 C. On règle le temps de séjour des particules dans le dispositif (14) et la vitesse de rotation de l'agitateur mécanique (14a), de telle sorte que les particules sont portées à une température proche de la température de fusion des particules. On sait que les polyoléfines n'ont pas une température de fusion précise mais une plage de fusion au début de laquelle elles commencent à se ramollir et ont tendance à se coller entre elles. En début de fusion, les particules de poudre fondent superficiellement et on aurait pu penser que cette fusion superficielle tendrait à empêcher le dégazage. Les expériences réalisées avec un dispositif de dégazage secondaire selon l'invention, ont montré qu'on pouvait atteindre et même dépasser légèrement la température 30 de début de fusion des particules sans que celles-ci ne se collent entre elles et sans que la fusion superficielle des particules n'empêche les gaz occlus dans celles-ci d'en sortir, la mobilité des gaz étant améliorée par l'élévation de température. Dans une installation selon l'invention de fabrication de 35 polythylène ou de copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines supérieures contenant de 3 à 12 atomes de carbone, on règle le -8 - fonctionnement de l'agitateur mécanique (14) pour que la température des particules sortant du dispositif (14) soit comprise entre 1100 et 120 C. L'échauffement des particules sous l'effet de l'énergie méca5 nique de brassage permet à la fois d'obtenir un meilleur dégazage en opérant à la température de début de fusion et une économie - d'énergie importante car les particules sortant du dégazage secondaire (14) rentrent chaudes dans le dispositif de granulation (15) et la consommation d'énergie de cet appareil est en conséquence 10 sensiblemement réduite. Le procédé et le dispositif de dégazage secondaire selon l'invention permettent de débarrasser les particules de polyoléfines des gaz occlus sans aucun effet thermique défavorable. La figure 2 est une coupe axiale, à plus grande échelle, 15 d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif de dégazage secondaire (14). Celui-ci comporte une enceinte cylindrique fixe à axe horizontal (16) qui est équipée d'une entrée (17) de particules, située à une extrémité de l'enceinte au voisinage de la génératrice supérieure. L'entrée (17) est connectée à la sortie du dégazeur primaire (12) à travers un robinet (18), qui permet d'interrompre la communication. L'enceinte (16) comporte une sortie (19) des particules solides dégazées qui est située dans le bas de la cuve, à l'extrémité opposée à l'entrée (17). La sortie (19) est équipée 25 d'un robinet motorisé (20). L'enceinte (16) comporte un agitateur mécanique (14a) qui est composé d'un arbre horizontal (21), entraîné en rotation par un moteur (22) et portant des bras radiaux (23) dont les extrémités portent des pales de brassage (24). Selon le mode de réalisation préférentiel, l'appareil (14a) est un agitateur type WEDC0 dont les pales (24) ont la forme de socs. L'arbre (21) porte, à ses deux extrémités, des pales de raclages (25a), (25b), qui frottent contre les parois planes (26a), (26b) obturant les deux extrémités de l'enceinte cylindrique (16). 35 L'enceinte (16) comporte encore une sortie de gaz (27), qui est située à l'extrémité de la génératrice supérieure opposée à -9 l'entrée (17) et qui peut être connectée par exemple à un brûleur d'effluents gazeux. Afin de faciliter l'évacuation des gaz, l'enceinte (16) peut comporter des moyens permettant de faire circuler dans l'enceinte un gaz de balayage. Ces moyens sont constitués par exemple par un conduit (28) qui est connecté à l'entrée (17), dans lequel on envoie un gaz inerte, par exemple, de l'azote. Avantageusement, le gaz de balayage contient de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau, de sorte qu'il permet de décomposer les traces de catalyseur résiduel 10 contenu dans les particules de polymère. Le gaz de balayage parcourt l'enceinte et se mélange au gaz extrait des particules et il entraîne celui-ci vers la sortie (27). L'énergie de brassage mécanique des particules est trar;sformée en chaleur et la température des 'particules sortant de l'en15 ceinte dépend de la vitesse de rotation de l'arbre (21) et du temps de séjour des particules dans l'enceinte. On a vu précédemment qu'on avait intérêt à atteindre et même à dépasser la température de début de fusion du polymère pour améliorer le dégazage secondaire. I1 est donc intéressant de contrôler le temps de séjour 20 des particules dans l'enceinte pour régler avec précision la température de celles-ci. Pour cela, l'enceinte comporte un capteur de température (29) qui est placé dans l'enceinte, de préférence dans la sortie (19). Ce capteur est relié à un régulateur de température (30), analogique ou numérique, qui compare la'température mesurée à 25 une valeur de référence réglable et qui délivre un signal de commande de la vanne motorisée (20), actionnant cette vanne dans le sens qui tend à annuler l'écart entre la température mesurée et la valeur de consigne. Des essais ont été réalisés en introduisant 150 kg/h de pou30 dre de polyéthylène dans un appareil tel que représenté figure 2 ayant une longueur de 105 cm et un diamètre de 60 cm. Le temps de séjour moyen de la poudre a été de 2 minutes et 30 secondes. La poudre a été introduite dans l'appareil à 80 C et elle a été portée à 118 C. Aucun amas de particules agglomérées n'a été observé. La teneur de la poudre en hydrocarbures non polymérisés qui était de O, 12 cm3 d'éthylène par gramme de polymère a été - 10 divisé par 100. La poudre en sortant de l'appareil a été introduite dans une extrudeuse sans avoir à prendre aucune disposition particulière. Dans le procédé habituel de dégazage, le polyéthylène sort 5 du dégazeur secondaire à une température de 40 à 50 C et l'énergie nécessaire pour fondre dans une installation de granulation est - de l'ordre de 190 Wh/kg. L'énergie à apporter à la granulatrice recevant du polyéthylène sortant d'un dispositif de dégazage selon l'invention à une température de l'ordre de 118 C, n'est plus que 10 de 130 Wh/kg, soit une économie très importante avec un meilleur résultat de dégazage. - 11 REVENDICATIONS 1. Procédé pour dégazer et pour transformer en granulés des particules de polyoléfines ayant subi un dégazage primaire à la sortie d'un réacteur (1) de polymérisation catalytique en phase gazeuse, caractérisé en ce que l'on introduit les particules sortant du dégazeur primaire (12) dans un dispositif de dégazage secondaire (14) équipé d'un agitateur mécanique (14a) dans lequel on les agite pendant une durée telle que les particules soient portées par l'agitation mécanique à une température voisine de la température de début de fusion, de sorte qu'elles sont débarrassées 10 de la majorité des gaz les accompagnant et on introduit les particules chaudes sortant dudit dégazeur secondaire dans l'extrudeuse d'une unité de granulation (15). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle le temps de séjour des particules dans le dispositif du dégazeur secondaire et la vitesse de rotation de l'agitateur de ce dispositif de telle sorte que les particules soient portées par l'agitation mécanique à une température voisine de la température de début de fusion. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et-2, caractérisé en ce que l'on fait circuler dans ledit dispositif de dégazage secondaire (14), un gaz inerte tel que l'azote, afin de faciliter l'évacuation des gaz accompagnant les particules de polyoléfines. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait circuler dans ledit dispositif de dégazage secondaire (14), un gaz contenant de l'oxygène et/ou de la vapeur d'eau afin d'inactiver les constituants du catalyseur contenu dans lesdites particules de polyoléfines. 5. Dispositif pour dégazer et pour transformer en granulés des particules de polyoléfines produites dans un réacteur (1) de polymérisation catalytique en phase gazeuse d'alpha-oléfines équipé d'une sortie (9) de polyoléfines, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison: - 12 - un dispositif (12) de dégazage primaire par séparation des phases solides et gaz, relié à ladite sortie (9); - un dispositif de dégazage secondaire (14) pour débarrasser les particules des gaz les accompagnant qui est connecté à la sortie dudit dégazage primaire (12) et qui comprend un agitateur mécanique (14a) permettant d'élever la température des particules - jusqu'à une température voisine de la température de début de fusion par transformation de l'énergie mécanique en chaleur; - et un dispositif (15) de granulation des particules par extrusion 10 à travers une filière, ce dispositif à la sortie dudit-dispositif de dégazage secondaire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif de dégazage secondaire comporte une enceinte cylindrique à axe horizontal (16) ayant une entrée de particules (17) qui est connectée à la sortie du dégazeur primaire (12) et une sortie de particules (19) qui est connectée au dispositif de granulation des particules (15), laquelle enceinte est munie d'un arbre horizontal (21) qui porte des bras radiaux (23) équipées de pales, d'agitation (24) et qui est entraîné en rotation par un moteur 20 (22). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (19) de la poudre dégazée est équipée d'un robinet motorisé (20) qui est commandé par une-sonde de température (29) disposée dans ladite enceinte en amont dédit robinet. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ((27), (28) pour évacuer ledit gaz mélangé au gaz accompagnant les particules de polyoléfine.