Investigation of heat transfer and kinetic mechanisms in olefin polymerisation

• Auteur / Autrice : Erik Eriksson
• Direction : Timothy McKenna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie chimique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Cinétique chimique

Ziegler-Natta, Catalyseurs de

Polymérisation

Polyoléfines

Résumé

Lorsque la modélisation de la polymérisation des oléfines en phase gaz est envisagée, deux points doivent être étudiés, à savoir le transfert de chaleur et la cinétique de réaction. Le transfert de chaleur au sein d'une particule de polymère en croissance est contrôlé par plusieurs phénomènes tels que les interactions entre particules et/ou avec la paroi du réacteur, l'hydrodynamique, etc. Aux vues des risques de surchauffe de la particule au début de la polymérisation (le flux de chaleur volumétrique diminue rapidement lors de la croissance de la particule), l'étude se concentrera sur l'évolution de la température au sein d'une particule hautement réactive placée dans des configurations différentes, par exemple en contact ou non d'autres particules. La modélisation révèle que les interactions entre une petite particule très active et une grande moins active sont principalement gouvernées par les conditions hydrodynamiques aux environs de ces dernières. Ce phénomène est du à la formation d'une couche limite autour des particules solides qui affecte le transfert de chaleur. Cette étude nous a également permis de mettre en exergue l'importance de la prépolymérisation. En effet, celle-ci permet de réduire de manière considérable la température de la particule et donc les risques de surchauffe. Enfin, l'augmentation du diamètre initial de la particule augmente les possibilités de surchauffe. Concernant les interactions entre les particules de polymères en croissance et la paroi du réacteur, elles dépendent du diamètre initial de la particule mais aussi de la nature de la paroi. Les matériaux ayant une conductivité plus grande que le polymère (métal et verre) évacuent mieux la chaleur que ceux qui ont une conductivité plus faible. L'augmentation du diamètre initial semble accentuer cette observation. Finalement, la surface de contact entre la particule de polymère et la paroi du réacteur n'a que très peu d'influence sur la température de la particule. La partie expérimentale, où deux types de catalyseur Ziegler- Natta sont testés, montre que lors d'une polymérisation en conditions douces, la morphologie du polymère finale est fixée après seulement quelques minutes de réaction. En ce qui concerne l'activité, l'augmentation de la température et de la concentration en monomère, permet une activation plus rapide du catalyseur. L'addition d'hydrogène, quant à elle permet à la fois d'accentuer l'activation et la désactivation du catalyseur. Finalement, les propriétés final du polymère (cristallinité, température de fusion. . . ) restent plus ou moins constante quelque soit les conditions. Enfin, des mesures de distribution de masses moléculaires et de composition chimique one été réalisées afin de comprendre comment les conditions réactionnelles les affectent. Ces données sont utilisées, via un deconvolution des valeurs, pour déterminer le nombre de sites actives de chacun des deux catalyseurs. La comparaison de la deconvolution des masses moléculaires er de la composition chimique permet de suivre l'évolution de la composition au cours de la polymérisation. Pour finir, nous avons montré que la présence d'une concentration élevée h'hydrogène ou de comonomère élargie la distribution des masses moléculaires alors qu'à faible concentration d'hydrogène celle-ci devient étroite