JP4627112B2 - 塊化物検出方法及び塊化物検出装置、並びに該装置を備えた流動床オレフィン重合反応装置及びオレフィンの重合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動床オレフィン重合反応容器等の混合相容器内に生成される塊化物の検出方法及びその塊化物の検出装置、並びに該装置を備えた流動床オレフィン重合反応装置及びオレフィンの重合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流動床オレフィン重合反応容器等の混合相容器内で生成される塊化物を検出する方法として、放射線を利用したものが知られている（例えば、特公昭６２−２８９６１号公報等参照）。これは、放射線源を容器の中心に配置するとともに、容器の外周に複数個の放射線探知器を配置し、放射能源と検知器との間に存在する混合相の密度変化を検知して塊化物の存在及びその大きさを知るようにしたものである。
【０００３】
また他の方法として、混合相容器の内壁に静電容量検知手段を配置したものがある（特開平４−３６１１５０号公報）。これは、塊化物の密度が混合相の密度に比べて大きく、混合相容器内の内壁面にジェル状の塊化物が生成・付着すると内壁面の静電容量が変化するので、その変化量を計測することにより塊化物の生成状態を検出しようとするものである。
【０００４】
更に別の方法として、歪み検知手段を備えた検出棒を混合相容器内に配置したものがある（特開平１０−３６４４７号公報）。これは、生成した塊化物が検出棒に衝突した時に発生する歪み量から塊化物の存在及びその大きさを知るようにしたものである。即ち、混合相容器の内部に検出棒を配置し、該検出棒に歪みゲージを設けることによって、塊化物の衝突による検出棒の歪みを計測し、塊化物の存在及びその大きさを知るようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の放射線を利用した塊化物の検出方法では、例えば、流動床オレフィン重合反応容器にあっては、一般に直径数メートル、高さ数十メートルといった巨大な略円筒形状をしており、容器内に閉塞が生じた場合や定期点検時等には、作業者が容器内に入って閉塞物の除去や点検作業等を行う必要がある。従って、容器内に放射線源を配置すると、容器内作業の安全確保に十分な配慮をする必要が生じる。
【０００６】
また、静電容量検知手段を利用した検出方法では、上記安全確保に関する問題はなく、混合相容器の内周壁に付着した塊化物の検出に適しているものの、容器内を移動している塊化物の検出に対しては十分ではない。更に、生成された塊化物がまだ小さい場合には、正常なオレフィン重合物と塊化物との密度差が小さく、容器内壁面に付着した塊化物の検出も十分とはいえない。
【０００７】
一方、歪み検知手段を利用した検出方法では、これらの問題はないが、検出棒に対して塊化物を有効に衝突させなければならない。生成された塊化物は混合相内部のガス又は粒子の流れに沿って移動するため、予め混合相内部のガス又は粒子の流れが把握されていないと、検出棒に対して塊化物衝突による有効な衝撃を与えられず、検出感度が著しく低下する場合がある。
【０００８】
また、歪みゲージを利用するものであるため、計測される値は検出棒の歪み量の比例値である。従って、衝突する塊化物が小さい場合には、計測値はわずかな変化しかせず、これを検出するのが難しい。即ち、塊化物の検出感度が十分ではなく、一般に５００ｇ以下の塊化物に対しては検出が困難である。
更に、塊化物が大きい場合、検出棒の部分に塊化物が滞留することがあるが、歪みゲージを利用する場合、検出棒の部分に塊化物が滞留すると、歪んだ状態が継続し、検出棒から信号が出力され続け、新たな塊化物の発生や混合相内の変化を検出できなくなる。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安全性が高く、小さな塊化物でも検出でき、高感度かつ高精度の検出を行うことができる塊化物検出方法及び塊化物検出装置、並びに該装置を備えた流動床オレフィン重合反応装置及びオレフィンの重合方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、請求項１に記載の本発明は、気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊化物を検出する塊化物検出方法であって、上記混合相容器の内部に、一端を上記混合相容器に固定し他端をフリーとした保護管を配置するとともに、上記保護管のフリーとした一端に検出棒を挿入してその一部を固定し、上記検出棒の他端に磁石を取り付け該磁石を均一な磁束の中に配置するとともに、該磁石を上記検出棒の一点を支点として移動させ、上記磁石の移動に伴う上記磁束の変化を計測して塊状の塊化物の存在を検知することを特徴とするものである。これにより、塊化物の衝突に伴う永久磁石の移動速度の比例値を基準に塊化物の生成状態を検出することができる。
【００１１】
また本発明の他の形態においては、上記混合相容器の内部に、一部を上記混合相容器に固定し一端をフリーとした検出棒を配置し、上記検出棒の他端に磁石を取り付け均一な磁束の中に配置するとともに、該磁石を上記検出棒の一点を支点として移動させ、上記磁石の移動に伴う上記磁束の変化を計測して塊状の塊化物の存在を検知することを特徴とするものである。
【００１２】
更に、上記混合相容器の内部下方に粒子旋回型分散板を配置して循環ガスを水平方向に吹き出し、上記検出棒を上記粒子旋回型分散板の上方所定の高さの位置に設置したことを特徴とするものでもある。これにより混合相容器内部のガス又は粒子の流れをコントロールすることができ、検出棒に対して塊化物を有効に衝突させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る塊化物検出装置は、気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊状の塊化物を検出する塊化物検出装置であって、上記混合相容器の内部に、一端を上記混合相容器に固定し他端をフリーとした保護管を配置するとともに、上記保護管のフリーとした一端に検出棒を挿入し、その一部を固定し、上記検出棒の他端には上記検出棒の一点を支点として均一な磁束の中を移動する磁石を取付け、上記磁石の移動に伴う上記磁束の変化を検知する磁束検知手段を設けたことを特徴とするものである。これにより、塊化物の衝突に伴う永久磁石の移動速度の比例値を基準に塊化物の生成状態を検出することができる。
【００１４】
また、上記混合相容器の底部に循環ガスを水平かつ円周方向に吹き出す粒子旋回型分散板を配置し、上記検出棒を上記粒子旋回型分散板の上方所定の高さの位置に設置したことを特徴とするものでもある。これにより混合相容器内部のガス又は粒子の流れをコントロールすることができ、検出棒に対して塊化物を有効に衝突させることができる。
【００１５】
本発明に係る流動床オレフィン重合反応装置は、上述した塊化物検出装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明に係るオレフィンの重合方法は、上述した塊化物検出方法によって混合相容器内の塊化物を検出し、該塊化物を上記混合相容器から抜き出し排除することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、混合相容器として流動床オレフィン重合反応容器に適用した本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、流動床オレフィン重合反応容器及びその周辺配管系統を示す図である。混合相容器としての流動床オレフィン重合反応容器１の内部では、気体と粉体の混合相が形成されて流動化しており、この状態で重合反応が進行している。流動床オレフィン重合反応容器１内の圧力は、１〜３ＭＰａ程度、温度は７０〜１００℃程度である。
【００１９】
流動床オレフィン重合反応容器１内には、触媒とエチレンガス等のオレフィンガスとが注入口４から供給され、循環ガスブロワ５により、循環ガスがガスライン７を経由して常時循環している。循環ガス経路中にある熱交換器６は、循環ガスの温度調整を行うためのものである。
【００２０】
流動床オレフィン重合反応容器１内で重合反応により生成された紛状のポリエチレンやポリプロピレン等の製品は、排出バルブ８、排出ライン９を経て、一次サイロ１０に送られて一時的に蓄えられる。製品は、更にロータリバルブ１１によって空送ライン１３に切り出され、空送ブロワ１２の風力により所望の場所に送られる。
【００２１】
図２は、流動床オレフィン重合反応容器１の底部分の拡大図であり、内部構造が判るようにその一部を切り欠いてある。流動床オレフィン重合反応容器１の下方部から送り込まれた循環ガスは、分散板２に多数設けられたそれぞれの開口孔２１から上方に吹き出し、これにより、流動床オレフィン重合反応容器１内は、気体と粉体の混合相が形成される。そして、その中で重合反応が進行する。
【００２２】
その過程において、混合相の状態変化などにより塊状の塊化物２０が生成される。この生成プロセスは未だ十分には解明されていない。
生成された塊化物が小さい間においては、塊化物は混合相内部の粒子の流れに伴って浮遊した状態で混合相内部を循環する。塊化物が成長して大きくなると、塊化物はもはや粒子とともに流動化されず混合相内を沈降する。このような塊化物は、一般には分散板の近傍で、滞留するか又は分散板開口孔からの循環ガスにより不規則な運動をすることになる。
【００２３】
ここで、本件出願人は、このような大きな塊化物を分散板２上で移動させるために、分散板２の開口孔２１からの循環ガスに指向性を持たせ、例えば同一円周方向にそれぞれの開口孔２１を向けることにより、分散板上に円周方向のガス及び粒子の流れを発生させる粒子旋回型分散板を開発し、特許出願を行った（特開平６−１３６０１３号公報参照）。本実施形態では、分散板２としてこの粒子旋回型分散板を用いている。
【００２４】
図３に示すように、この粒子旋回型分散板２は、ガスを吹き出すための開口孔２１を容器断面と同心円をなす円周上に配置し、該開口孔２１の上に流線型をしたキャップ２２を配設したものである。これにより、ガスは粒子旋回型分散板２の開口孔２１に沿って水平方向に吹き出される。図３においては、反時計回りのガスの流れが生ずることになる。
従って、上述したような大きな塊化物であっても、そのガスの流れに乗せて粒子旋回型分散板２上を一定の方向（図３では反時計回り）に旋回移動させることができる。なお、この塊化物の混合相内部での挙動は、その大きさだけでなく、操作条件、例えばガス流速等に依存するが、高ガス流速とすればこのような大きな塊化物でも移動させ得る。
【００２５】
ところで、流動床オレフィン重合反応容器１の内部には、図２に示すように、オレフィン重合物同士が付着・成長して生成される上記塊化物２０を検出する塊化物検出装置を構成する検出棒６０及び保護管５１が設けられている。以下、この検出棒６０及び保護管５１の詳細について説明する。
【００２６】
図４は検出棒６０及び保護管５１の内部構造を示す側断面図、図５は図４のＡ−Ａ線拡大断面図である。
保護管５１は、その一端を流動床オレフィン重合反応容器１の周壁に固定し、他端をフリーとした、いわゆる片持ち支持状態で、流動床オレフィン重合反応容器１内に突き出しており、上述した粒子旋回型分散板２から所定の高さ位置に設置される。検出棒６０は、このステンレス製の中空円筒状の保護管５１内に基本的に納められている。
【００２７】
上記保護管５１は大径の固定部５２（例えば、外径４８ｍｍ、内径１５ｍｍ）と小径の突出部５３（外径２２ｍｍ、内径１２ｍｍ）とから構成されている。検出棒６０は、この保護管５１内に基本的に納められており、この保護管５１の固定部５２を流動床オレフィン重合反応容器１の周壁に貫通させた状態で、フランジ５４を介して流動床オレフィン重合反応容器１に固定されている。
流動床オレフィン重合反応容器１内には、保護管５１の突出部５３が突出している。これにより反応容器１内で生成された塊化物２０は、旋回流に乗って反応容器１の内部を移動して保護管５１に衝突することとなる。この衝突によって保護管５１は衝突方向に撓む。
【００２８】
上記検出棒６０は保護管５１のほぼ全長に亘って挿入され、その一部が固定されるもので、その一端（保護管５１の突出部５３側の端部）は、図４のＦ１、Ｆ２で示す２点で保護管５１にネジ止めされ、保護管５１に固定されている。また反対側の一端はフリーとされ、検出棒６０はいわゆる片持ち支持状態で保護管５１に挿入され固定されている。
【００２９】
ここで、検出棒６０の外径（例えば、１０ｍｍ）は、保護管５１の固定部５２の内径及び突出部５３の内径よりも小さく形成されているので、検出棒６０と保護管５１との間には間隙が生ずる。従って、検出棒６０は、保護管５１の突出部５３の移動（撓み）に従って、上記ネジ止め点Ｆ１を支点とし、上記間隙内を移動するようになっている。
【００３０】
図４及び図５に示すように、上記フリーとされた検出棒６０の一端には、２個の円筒状の永久磁石６１が互いに直交する方向に取り付けられており、これらの永久磁石６１は、保護管５１の基部に設けられた部屋５５の内部に格納される。
【００３１】
また、上記部屋５５の下面及び左側面（図５における下、左を指す）には、上記検出棒６０の永久磁石６１に対応して、磁束検知手段としてのコイル７０が設置されている。即ち、コイル７０の軸と上記円筒状永久磁石６１の軸とがほぼ一致するようにコイル７０が設置される。また、本実施形態では、通常の状態において永久磁石６１の先端の一部がコイル７０内に挿入されるように配置されている。
【００３２】
上述のように塊化物２０が保護管５１に衝突すると、該保護管５１及びその保護管５１に固定された検出棒６０が衝突方向に撓み、検出棒６０が上記間隙内を移動する。上記検出棒６０に取り付けられた永久磁石６１もこれに伴って移動する。
そして、この永久磁石６１の移動によって、対応するコイル７０内の磁束が変化する。この磁束の変化を磁束検知手段としてのコイル７０によって計測することで、容器内の塊化物２０の存在及び大きさを知ることができる。
【００３３】
この各磁束検知手段（コイル７０）からの出力信号はケーブル１６から変換器１７に入力され、ここで、例えば、４〜２０ｍＡの電流信号に変換された後、ケーブル１８を介して記録警報部１９に伝送されてモニタリングされる。
なお、上述のように、２組の永久磁石６１及びコイル７０は、互いに直交するように設けられているので、保護管５１にいずれかの方向から塊化物２０が衝突しても、いずれかのコイル７０によって磁束の変化を計測できるようになっている。
【００３４】
より詳細に説明すると、コイル７０内の磁束が変化すると、以下に示す誘導起電力ｅが発生する。
ｅ＝−Ｎ×ｄΦ／ｄｔ＝ＮＢｌｖ
ここに、Ｎ：コイル７０の巻数、ｄΦ／ｄｔ：単位時間あたりの磁束の変化、Ｂ：コイル７０の磁束密度、ｌ：コイル７０のエレメントの長さ、ｖ：永久磁石の移動速度で表される。
【００３５】
つまり、塊化物２０の衝突により保護管５１及びその保護管５１に固定された検出棒６０が撓むと、検出棒６０に取り付けられた永久磁石６１が移動し、コイル７０には永久磁石６１の移動速度に比例した誘導起電力が生じる。従って、コイル７０の電圧の変化を計測することにより、塊化物２０の生成状態を知ることができる。
【００３６】
このように、検出棒６０に取り付けられた永久磁石６１が移動することによって生じる磁束の変化に基づいて、流動床オレフィン重合反応容器１内の塊化物２０の生成状態を検出することができ、コイル７０の電圧の変化量とこの周期から塊化物２０の保護管５１への衝突頻度及びその大きさを特定することができる。
【００３７】
ここで、この誘電起電力は永久磁石６１の移動速度の比例値である。従って、比較的小さな塊化物の衝突により永久磁石６１の移動量が微少であったとしても、検出棒の先端が移動し、これにより磁石が移動すると誘導起電力が生じ、これを計測することができる。即ち、小さな塊化物２０の衝突であっても検出することができ、流動床オレフィン重合反応容器１内の塊化物２０の検出感度を高めることができる。本実施形態では、５００ｇ以下の塊化物２０であっても検出することができるようになった。
【００３８】
なお、上記検出棒６０は、流動床オレフィン重合反応容器１の側面に取り付けられており、その粒子旋回型分散板２からの高さｈ（図２参照）、即ち、所定の高さは、排出バルブ８から塊化物２０を抜き出すことができる大きさの塊化物２０を検出することが可能な高さであればよく、例えば、５〜１５ｃｍとされる。
【００３９】
図６は、上記構成の検出棒６０を実際に流動床オレフィン重合反応容器１内に配置し、反応容器１内に生成された塊化物２０の検出を行った時の実験結果を示すものである。横軸が時間、縦軸が電圧の変化量、即ち磁束の変化量を示している。正常な状態においては、保護管５１に流動床オレフィン重合反応容器１内の旋回流によりある程度の負荷がかかっているが、同図において電圧の変化量が安定している部分はこの正常な状態を示している。一方、電圧の変化量が突出している部分は塊化物２０が保護管５１に衝突したことを示している。
【００４０】
なお、上述した粒子旋回型分散板を使用した場合でも、粒子又は塊化物は厳密に水平方向ばかりではなく、垂直方向にも移動するものと考えられるが、検出棒６０の垂直方向についても磁束検知手段６０が設けられているので、かかる垂直方向に移動する粒子又は塊化物をも捕捉することができる。
【００４１】
また、ガス又は粒子の流れに沿って移動してきた塊化物が保護管５１に引っかかり、そのまま滞留する場合があるので、上記保護管５１をその挿入角がガス及び粒子の流れに対して２０度から７０度になるように傾斜させて配置することとすれば、混合相容器内で生成された塊化物が保護管５１に引っかかることを少なくすることができる。これにより、更に高感度かつ高精度の検出を行うことができる。
【００４２】
ここで、本発明の他の態様である検出棒６０の側断面図を図７に示す。
本態様においては上述した保護管は設けられていない。検出棒６０の一部６２を流動床オレフィン重合反応容器１の周壁に前記混合相容器に固定し、一端をフリーとしており、検出棒６０は流動床オレフィン重合反応容器１内に露出している。また、磁束検知手段としてのコイル７０は流動床オレフィン重合反応容器１に対して固定的に設けられている。
これにより上記実施例と同様に上記検出棒６０の一端に取り付けられた永久磁石６１の移動による磁束の変化を計測することができ、従って、図７の構成によっても、容器内の塊化物２０の存在及び大きさを知ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように本発明は、塊化物が保護管及びその保護管に固定された検出棒に衝突することにより、該検出棒に取り付けられた磁石が均一な磁束の中を移動し、この磁石の移動による上記磁束の変化に基づいて塊化物の生成状態を検出するものであるため、塊化物の衝突に伴う永久磁石の移動速度の比例値を基準に塊化物の生成状態を検出するため、小さな塊化物の衝突であっても容易に検出することができる。従って、混合相容器内の塊化物の検出感度を高めることができる。
【００４４】
更に、混合相容器の底部に粒子旋回型分散板を配置して循環ガスを水平方向に吹き出し、検出棒を粒子旋回型分散板の上方所定の高さの位置に設置したことにより、混合相容器内部のガス又は粒子の流れをコントロールすることができ、検出棒に対して塊化物を有効に衝突させることができる。従って、より高感度の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動床オレフィン重合反応容器及びその周辺配管系統を示す系統図である。
【図２】本発明の一実施例が適用される流動床オレフィン重合反応容器の部分拡大図である。
【図３】図２に示す粒子旋回型分散板の平面図である。
【図４】本発明の一実施例における検出棒及び保護管の側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図６】検出棒を設置してコイルの電圧を測定した時の実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施例における検出棒の側断面図である。
【符号の説明】
１ 流動床オレフィン重合反応容器（混合相容器）
２ （粒子旋回型）分散板
２０ 塊化物
２１ 開口孔
２２ キャップ
５１ 保護管
６０ 検出棒
６１ 永久磁石
７０ コイル（磁束検知手段）
Ｆ１ ネジ止め点（支点）

Claims (8)

1. 気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊化物を検出する塊化物検出方法であって、
   前記混合相容器の内部に、一端を前記混合相容器に固定し他端をフリーとした保護管を配置するとともに、前記保護管のフリーとした一端に検出棒を挿入してその一部を固定し、
   前記検出棒の他端に磁石を取り付け該磁石を均一な磁束の中に配置するとともに、該磁石を前記検出棒の一点を支点として移動させ、
   前記磁石の移動に伴う前記磁束の変化を計測して塊状の塊化物の存在を検知することを特徴とする塊化物検出方法。
2. 気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊化物を検出する塊化物検出方法であって、
   前記混合相容器の内部に、一部を前記混合相容器に固定し一端をフリーとした検出棒を配置し、
   前記検出棒の他端に磁石を取り付け該磁石を均一な磁束の中に配置するとともに、該磁石を前記検出棒の一点を支点として移動させ、
   前記磁石の移動に伴う前記磁束の変化を計測して塊状の塊化物の存在を検知することを特徴とする塊化物検出方法。
3. 前記混合相容器の底部に粒子旋回型分散板を配置して循環ガスを水平方向に吹き出し、前記検出棒を前記粒子旋回型分散板の上方所定の高さの位置に設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の塊化物検出方法。
4. 気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊状の塊化物を検出する塊化物検出装置であって、
   前記混合相容器の内部に、一端を前記混合相容器に固定し他端をフリーとした保護管を配置するとともに、前記保護管のフリーとした一端に検出棒を挿入してその一部を固定し、
   前記検出棒の他端には、前記検出棒の一点を支点として均一な磁束の中を移動する磁石を取付け、
   前記磁石の移動に伴う前記磁束の変化を検知する磁束検知手段を設けたことを特徴とする塊化物検出装置。
5. 気体及び粉体で混合相が形成され流動化している混合相容器内の塊状の塊化物を検出する塊化物検出装置であって、
   前記混合相容器の内部に、一部を前記混合相容器に固定し一端をフリーとした検出棒を配置し、
   前記検出棒の他端には、前記検出棒の一点を支点として均一な磁束の中を移動する磁石を取付け、
   前記磁石の移動に伴う前記磁束の変化を検知する磁束検知手段を設けたことを特徴とする塊化物検出装置。
6. 前記混合相容器の底部に循環ガスを水平方向に吹き出す粒子旋回型分散板を配置し、前記検出棒を前記粒子旋回型分散板の上方所定の高さの位置に設置したことを特徴とする請求項４又は５に記載の塊化物検出装置。
7. 請求項４から６のいずれかに記載の塊化物検出装置を備えた流動床オレフィン重合反応装置。
8. 請求項１から３のいずれかに記載の塊化物検出方法によって混合相容器内の塊化物を検出し、該塊化物を前記混合相容器から抜き出し排除するオレフィンの重合方法。

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