JPH10279612A - 気相重合法 - Google Patents
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Abstract
る円筒と前記円筒の上に装着されたデサージもしくは脱
着チャンバ3とで構成された反応器におけるオレフィン
の連続気相重合法に関するものであり、この方法は流動
床が反応器の垂直側壁部を有する円筒の少なくとも全体
を占める。
Description
に関するものである。
て大気圧より高い圧力で流動床反応器内で重合させるこ
とは公知であり、生成されるポリマーの粒子を重合させ
るべきモノマーを含有する上昇流で移動する反応ガス混
合物により流動状態に維持する。このように粉末型で製
造されるポリマーは一般に、多かれ少なかれ一定容積に
床を保持すべく反応器から排出される。工業規模にて好
適である方法は流動化グリッドを用いて反応ガス混合物
を床中に分配させると共に、上昇ガスの流動に中断が生
じた場合には床の支持体として作用させる。流動床反応
器の頂部から流出する反応ガス混合物を反応器の底部に
流動化グリッドの下から、コンプレッサを設けた外部循
環導管によって循環させる。
って床を冷却してそこから重合熱を抽出するための適す
る手段を設けることが必要である。流動床におけるオレ
フィンの好適重合方法は反応ガス混合物を重合温度より
低く冷却することよりなり、この流動化ガスが床を通過
する際これは重合により発生した過剰熱を調整すること
ができる。すなわち、反応ガス混合物は戻されつつある
際に一般に外部循環導管に配置された少なくとも1つの
熱交換器により冷却されて、重合反応により生じた熱を
除去すると共に重合温度を所望レベルに保持する。
けるポリマーの生産量を増大させるべく最適化させる試
みがなされている。したがって、ポリマーの生産速度に
関し、すなわち反応器の単位容積当たりおよび単位時間
当たりに生産されるポリマーの重量収率(kg/h/m
3 )に関し考慮がなされている。上記形式の産業的流動
床反応器において、生産速度は反応器で発生する熱の除
去速度に直接依存することが知られている。この除去速
度は、たとえば流動化ガスの速度を増大させおよび/ま
たは流動化ガスの温度を低下させおよび/または流動化
ガスの熱容量を増加させることにより増大させることが
できる。
よる特許出願WO94/28032号にはオレフィンの
気相重合法が提案されており、ここでは循環ガス流を液
体とガスとを生成するのに充分な温度まで冷却する。こ
の液体をガスから分離すると共に液体を流動床中へ直接
導入することにより流動床反応器中へ導入される液体の
全量を増加させることができ、これは床を蒸発により一
層良好に冷却することを可能にし、したがってより高い
生産効率レベルに達することを可能にする。
クロージャ(壁部)が回転軸線として知られる垂直軸線
を中心とする回転により発生した少なくとも1つの回転
表面よりなる直線的および/または湾曲セグメントの第
1容積と、その上に装着されてエンクロージャ(壁部)
が同様に回転軸線として知られる同じ垂直軸線を中心と
した回転により発生する少なくとも1つの回転表面より
なる一般的に脱着容器と呼ばれる直線的および/または
湾曲セグメントの第2容積とによって示すことができ
る。脱着容器の規定によれば、第2容積の直交セクショ
ン(2種の容積間における接合部の直ぐ上に位置する箇
所)は第1容積の直交セクション(その上側点に位置す
る箇所)よりも高い。オレフィンの気相重合につき用い
られる慣用の流動床反応器は一般に垂直軸線を有する円
筒(1)よりなり、この上方に図1(本発明による気相
重合のための好適装置を図示するによれば脱着容器
(3)が装着される)。
過した後に比較的多量の固体粒子を連行しうる上昇ガス
流を低速にすることである。その結果、連行された固体
粒子の殆どは流動床中へ直接に戻る。最小粒子のみが反
応器から連行されうる。
を占めることができ、この部分は流動床の一般に流動化
グリッド(4)と一致する底部から出発して高さHにわ
たり立上る。実際には流動床は一般に流動床反応器の円
筒部分の1部のみを占め、その結果として流動床の実高
さ(h)は0.95×H、好ましくは0.90×H、特
に0.85×Hに等しい。流動床の高さ限界は、反応器
から出るポリマー粒子の過度の連行を回避すべく当業者
により支配されている。流動化の研究は、流動床内での
気泡の形成を示している。気泡の凝集は、これら気泡が
流動床の上部に達した際に分裂するまで床内を上昇する
際に生ずる。この分裂は反応器からの粒子の連行を相当
に加速する。したがって、これは全て当業者が重合に際
し実用的に流動床の高さを制限させている。
における生産効率の増大に関する研究にて、本出願人は
現存する偏見にも係わらずポリマーの生産を相当増大さ
せうる簡単かつ確実な方法を開発することに成功した。
さらに本出願人は、新規な方法の使用が下記する説明に
て開示するような多くの利点を与えることを予想外に突
き止めた。
部)が回転軸線として知られる垂直軸線を中心とする回
転により発生する少なくとも1つの回転表面よりなる直
線的および/または湾曲セグメントの第1容積と、その
上に装着されて第1容積に隣接すると共にエンクロージ
ャ(壁部)が同様に回転軸線として知られる同じ垂直軸
線を中心とする回転により発生する少なくとも1つの回
転表面よりなる一般的に脱着容器と呼ばれる直線的およ
び/または湾曲セグメントの第2容積とよりなる流動床
反応器における気相重合法において、流動床が反応器に
おける第1容積の少なくとも全体を占めることを特徴と
する気相重合法よりなっている。すなわち本発明によれ
ば、流動床の高さ(h)は重合反応器の高さHに少なく
とも等しい。流動床は、好ましくは脱着容器として知ら
れる第2容積を少なくとも部分的に占める。
して反応器からのポリマー粒子の過剰連行をもたらさな
いことを突き止めた。下記の説明に限定するものでない
が、本出願人はこの知見が一方では粒子が脱着容器に達
する際に減速を受けるという事実から生じ、他方では気
泡が脱着容器に流入する際に寸法制限されおよび/また
は減少するためであると考える。
本発明は、たとえばオレフィン、極性ビニルモノマー、
ジエン、アセチレンおよびアルデヒドのような1種もし
くはそれ以上のモノマーの重合反応に特に適する。
チレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−
メチル−1−ペンテン、1−ヘキセンおよび1−オクテ
ンのような1種もしくはそれ以上ののオレフィン系モノ
マーの重合に適用される。
および本発明のものよりも低い床高さにて間歇的に重合
させるよう決定することができる。しかしながら、常に
本発明の範囲内の床高さにて重合を行うことが好まし
い。
動床の底部(すなわち一般に流動化グリッドに一致する
底部)および第1容積もしくはその下側容積と脱着容器
と呼ばれる第2容積との間の接合部を分離する距離であ
ると規定される。垂直軸線を有する好適円筒の場合、H
はしたがって流動床の底部より上に立上る円筒の垂直側
壁部の長さを示す。
さ(h)は反応器の高さHより大、好ましくは1.05
×Hより大、特に1.1×Hより大である。
れた脱着容器は、原理的に円筒の断面より大きい断面を
有する。好ましくは、これは円筒の軸線と一致する垂直
軸線を持った回転円錐台より実質的になる球根の形状で
あり、好ましくは10〜60°の角度を持って下方向に
指向する頂点と、その上方に装着された実質的に半球状
のドームとを備える。この円錐台の小さい底部は反応器
の円筒の上端部に一致し、その大きい底部はドームの底
部と一致する。さらに、これは拡開した導管の形状にお
ける連結表面により流動床を内蔵しやすい円筒に連結さ
れた垂直円筒で構成することもできる。この場合、この
円筒は流動床を内蔵しやすい円筒の軸線と一致する垂直
軸線および実質的に半球状の屋根を備える。
さ(h)は、流動床により占められる脱着容器の容積が
容器の全容積の5%より大、好ましくは10%より大、
より好ましくは15%より大となるような高さである。
さ(h)は流動床により占められる脱着容器の容積が容
器の全容積の70%未満、好ましくは50%未満、より
好ましくは30%未満となるような高さである。
よりなる容器の場合、流動床の上限値(h)は好ましく
は、前記容器の最大直交セクションに対応する高さに達
しない越えないことが好ましいこの上限高さは図2にて
Lp により確認される。
プラスチックで作成されるフィルムおよび容器のような
最終製品のゲル含有量を増加させることによりポリマー
の諸性質に影響を及ぼしうる。さらに、重合に際し凝集
体は反応器の内壁部(特に脱着容器の壁部)に形成する
ことがある。反応器の壁部に対する微細物および凝集体
の蓄積は反応器の汚染を構成する。
マーの品質に影響を及ぼさないよう反応器の汚染を防止
するには、反応器を定期的間隔で停止させてその壁部を
清浄すると共にそこから凝集体を除去する。これは加圧
下で水もしくは窒素により行うことができる。この種類
の清浄は反応器中への毒物の流入を生ぜしめ、これは反
応器のパージおよび乾燥を自動的に含んでこれら毒物を
除去する。この過程は時間を要し、極めて不経済であ
る。
反応器壁部(特に脱着容器の壁部)の汚染に関連する諸
問題を減少させかつ/または除去しうることをも突き止
めた。
のプラントを示す略図である。この装置は: (i)ドーム(2)と流動化グリッド(4)を含む底部
とを備えると共に垂直壁部を備えた円筒よりなり、壁部
の上方には前記円筒の上部にデサージ用もしくは脱着用
チャンバ(3)を装着し、チャンバ(3)の頂部が反応
器のドーム(2)を形成する流動床反応器(1)と、
(ii)グリッド(4)の下に位置すると共に反応器
(1)の円筒部分にグリッド(4)を介し連通する反応
ガス混合物用の流入室(9)と、(iii)反応器のド
ーム(2)を反応ガス混合物用の流入室(9)に連結す
ると共にコンプレッサ(8)および少なくとも1つの熱
交換器(6、7)を含む反応ガス混合物を循環させるた
めの外部導管(5)とを備える。
ン(たとえばエチレンもしくはプロピレンもしくはC4
〜C10α−オレフィン)、1種もしくはそれ以上の好ま
しくは未結合のジエン、水素、1種もしくはそれ以上の
不活性ガス(たとえば窒素もしくはC1 〜C6 、好まし
くはC2 〜C5 アルカン)のような反応ガス混合物の各
成分のための1本もしくはそれ以上の供給導管(10)
を、この導管に沿った1つもしくはそれ以上の箇所にて
外側循環導管(5)中へ突入させる。
応じ機械撹拌床を内蔵すると共に、垂直側壁部を有する
円筒と前記円筒の上方に装着されたデサージもしくは脱
着チャンバ(3)とよりなる反応器にて大気圧よりも高
い絶対圧力で触媒を反応器中へ連続的もしくは間歇的に
導入し、オレフィンを反応器中を上方向に通過する反応
ガス混合物中に連続導入し、循環反応ガス混合物を冷却
して重合熱を除去し、生成されたポリマーを排出するオ
レフィンの連続気相重合法であり、流動床が反応器の垂
直側壁部を有する円筒の少なくとも全体を占めることを
特徴とする。したがって、流動床は好ましくは前記脱着
容器の少なくとも1部を占める。
97の範囲の相対密度を有する線状高密度もしくは低密
度ポリエチレンまたはポリプロピレンのようなポリオレ
フィン粉末につきに特に適している。本発明により製造
されるポリマーは特にD.ゲルダルト[ガス・フルーダ
イゼーション・テクノロジー」、A.ウィリー・インタ
ーサイエンス・パブリケーション、ジョン・ウィリー・
アンド・サンズ(1986)、第33〜46頁により示
された分類にたがう型Bに実質的に対応する、しばしば
型AおよびBに対応する粉末とすることができる。これ
らポリマーは300〜2000μm、好ましくは500
〜1500μmの範囲の質量平均直径を有する粒子で構
成することができる。
動床を内蔵すると共に必要に応じ機械撹拌床を内蔵して
0.5〜6 MPa(好ましくは1〜4 MPa)の範
囲としうる絶対圧力P1 に保たれた反応器にて行われ
る。流動床の温度はポリマーの融点より低い数値、たと
えば30〜130℃、好ましくは50〜110℃の範囲
の温度に維持することができる。反応ガス混合物は0.
3〜1m/s、好ましくは0.4〜0.8m/sの範囲
としうる上方向速度で反応器を通過する。反応ガス混合
物は1種もしくはそれ以上のオレフィン、特にC2 〜C
10、好ましくはC2 〜C8 の、たとえばエチレンもしく
はプロピレンまたはエチレンと少なくとも1種のC3 〜
C10、好ましくはC3 〜C8 オレフィン、たとえばプロ
ピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−
ペンテンもしくは1−オクテンとのおよび/またはさら
に少なくとも1種のジエン、たとえば未結合ジエンとの
混合物を含有することができる。さらに、これは水素お
よび/または不活性ガス、たとえば窒素またはアルカ
ン、たとえばC1 〜C6 、好ましくはC2 〜C5 、たと
えばペンタンおよび/またはイソペンタンをも含有する
ことができる。重合法は特にPCT特許出願第94/2
8032号に記載された方法にしたがって行うことがで
きる。これは元素周期律分類(「アメリカン・ケミカル
・ソサエティー」の命名委員会により承認、「エンサイ
クロペジア・オブ・インオーガニック・ケミストリ
ー」、R.ブルース・キング編、ジョン・ウィリー・ア
ンド・サンズ(1994)参照]の第4族、第5族もし
くは第6族に属する少なくとも1種の遷移金属を含む触
媒の存在下に行うことができる。特に、たとえば上記し
たような遷移金属の化合物からなる固体触媒と、元素周
期律分類の第1族、第2族もしくは第3族に属する金属
の有機金属化合物(たとえば有機アルミニウム化合物)
からなる助触媒とを含んだチーグラ・ナッタ型の触媒系
を用いることができる。高活性の触媒系は長年にわたり
既に公知であり、比較的短時間で多量のポリマーを生成
することができ、その結果ポリマー中に存在する触媒残
渣の除去段階を回避することができる。これら高活性の
触媒系は一般に、実質的に遷移金属とマグネシウムとハ
ロゲン原子とからなる固体触媒を含む。さらに、熱処理
により活性化させると共に耐火性酸化物に基づく粒状支
持体と結合させた酸化クロムから実質的になる高活性触
媒を用いることもできる。重合法はたとえばジルコノセ
ン、ハフノセン、チタノセンもしくはクロモセンのよう
なメタロセン触媒またはたとえばチタンもしくはバナジ
ウムに基づくシリカ支持されたチーグラー触媒と共に用
いるのに極めて適する。たとえばメタロセン触媒は、一
般式(Cp)mMR×Rly[ここでCpは置換もしく
は未置換のシクロペンタジエニル環を示し、Mは元素周
期律分類の第IV族、第V族もしくは第VI族の遷移金
属、たとえばジルコニウム、チタンもしくはハフニウム
を示し、RおよびRlは同一もしくは異なるものであっ
て1〜20個の炭素原子を有する炭化水素基、ハロゲン
原子または他の一価リガンドを示し、m=1〜3であ
り、x=0〜3であり、y=0〜3であり、ただしm、
xおよびyの合計はMの酸化状態に等しい]により示す
ことができる。メタロセン型の触媒の例はEP−012
9368号、US5324800号およびEP−020
6794号に見られる。この触媒はさらにモノシクロペ
ンタジエニル異原子を有する化合物によって示される触
媒とすることもできる。この種の触媒はたとえばEP−
0416815号およびEP−0420436号に開示
されている。チーグラ・ナッタ型の触媒、特に高活性触
媒、殊にメタロセン型の触媒は好ましくはたとえば耐火
性酸化物(たとえばシリカもしくはアルミナ)のような
多孔質支持体上で用いられる。上記触媒または触媒系
は、これらわ直接に流動床反応器中に存在させて使用す
ることができ、或いは予め特にプレポリマー化に際しオ
レフィンプレポリマーに変換させて触媒もしくは触媒系
をたとえば上記したような1種もしくはそれ以上のオレ
フィンと炭化水素液体媒体中で或いは気相にて接触さ
せ、たとえば流動床重合反応器の外部で行われる非連続
的または連続的方法にしたがうことができる。
産速度が50kg/h/m3 より大、好ましくは60k
g/h/m3 より大、より好ましくは70kg/h/m
3 より大である際に極めて適し、いずれにせよ、これに
は触媒系が用いられる。
ポリエチレンよりなるたとえば0.87〜0.97の範
囲の相対密度を有する粉末型のポリオレフィンまたはポ
リプロピレンまたはプロピレンとエチレンおよび/また
はC4 〜C8 オレフィンとのコポリマーまたはプロピレ
ンとエチレンおよび必要に応じ少なくとも1種のたとえ
ば0.85〜0.87の範囲の相対密度を有する未結合
ジエンとのエラストマーコポリマーを製造するのに特に
適する。
事実、この方法は操作が単に簡単、確実かつ容易である
だけでなく、ポリマーの生産量を相当に増大させること
もできる。この新規な方法により現存するプラントのボ
トルネックを容易に解消することができ、設計変更なし
に安価に実施することができる。さらに予想外に本出願
人は、本発明による方法が反応器からのポリマー粒子の
連行を減少させることをも突き止めた。この改良は本発
明による方法の新たな利点をもたらし、これにより従来
用いられたよりも高い反応ガス混合物の上方向速度で操
作することを可能にする。
と同一の装置にて行った。
する円筒で構成され、その上部には前記円筒の上にデサ
ージもしくは脱着チャンバ(3)を装着した。これは次
の特徴を有する: 円筒(1)の内径:5m 円筒の高さH:20m 円筒の容積:393m3 脱着チャンバ(3)の高さLpにおける内径:8.66
m 高さLp:28.61m 脱着容器の高さ:12.94m 脱着容器の全容積:403m3 高さLpより下の脱着容器の容積:338m3 高さLpより上方の脱着容器の容積(ドーム):65m
3
を備え、その上部に0.950の相対密度を有するエチ
レンと1−ブテンとのコポリマーの床を750μmの質
量平均直径を有する粒子で構成される粉末の形態で流動
化させ、これら粒子の90重量%は300〜1200μ
mの範囲の直径を有する。流動化粉末の見掛け密度は3
00kg/m3 である。
圧力にて0.6m/sの上方向速度で92℃の温度にて
通過する。これは容積で30%のエチレンと1%の1−
プテンと25%の水素と44%の窒素とを含有する。
らなるチーグラ・ナッタ型の触媒は、フランス特許第2
405961号の例1と同一の方法でプレポリマーとし
て作成される。これは流入ライン(11)を介し反応器
中へ間歇的に導入される。
流動床容積に対応する17mの高さで安定化させる。
速度:64kg/h/m3 )のエチレンと1−ブテンと
のコポリマーが上記特徴を有する粉末の形態で製造され
る。
hrから33.2トン/hrまで8時間かけて変化させ
ることにより順次増大させると共に、流動床容積(した
がって17mの流動床高さ)を一定に保つ。次いでホッ
トスポットの出現を観察し、反応器の故障を引き起こす
クラストの生成を観察する。
生産量を約23トン/hr(生産速度:69kg/h/
m3 )に制限することである。
流動床容積に対応する20mの高さで安定化させる。
度:64kg/h/m3 )のエチレンと1−ブテンとの
コポリマーが上記特徴を有する粉末として製造される。
理論的な危惧に反し、汚染問題は生じなかった。微細粒
子の濃度における最小の増加でさえ例C1と対比して外
側循環導管(5)に観察されなかった。
hrから39トン/hrまで8時間かけて変化させて増
大させると共に、流動床容積(したがって20mのこの
流動床高さ)を一定に保持する。次いで凝集体の出現を
観察し、これにはポリマー生産量を約29トン/hr
(生産速度:74kg/h/m3 )に制限する必要があ
る。
(すなわち脱着容器にて3m)で安定化させ、これは4
68m3 の流動床容積(すなわち75m3 の脱着容器の
占有容積)に相当する。
度:64kg/h/m3 )のエチレンと1−ブテンとの
コポリマーが上記特徴を有する粉末として製造される。
理論的な危惧に反し、汚染問題は見られなかった。微細
粒子の濃度における最小の増加でさえ例C1と対比して
外側循環導管(5)に観察されなかった。さらに、外側
循環路(5)に位置する交換器(6、7)の一般的状態
をその後に検討して、これら交換器が他の2つの例と対
比し実施例3の場合にはより低い程度の汚染しか受けな
かったことが証明された。
ら46.5トン/hr(生産速度:99kg/h/
m3 )まで8時間かけて変化させることにより順次増大
させると共に、流動床容積(したがってこの23mの流
動床高さ)を一定に保持する。これは何らの問題なしに
行われる。ホットスポットの存在もクラストの出現も観
察されず、これはこれら操作条件を維持しながら重合を
継続することを可能にする。
である。
を示す説明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 エンクロージャ(壁部)が回転軸線とし
て知られる垂直軸線を中心とする回転により発生する少
なくとも1つの回転表面よりなる直線的および/または
湾曲セグメントの第1容積と、その上に装着されて第1
容積に隣接すると共にエンクロージャ(壁部)が同様に
回転軸線として知られる同じ垂直軸線を中心とする回転
により発生する少なくとも1つの回転表面よりなる一般
的に脱着容器と呼ばれる直線的および/または湾曲セグ
メントの第2容積とよりなる流動床反応器における気相
重合法において、流動床が反応器における第1容積の少
なくとも全体を占めることを特徴とする気相重合法。 - 【請求項2】 流動床が第2容積または脱着容器を少な
くとも部分的に占める請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 たとえばエチレン、プロピレン、1−ブ
テン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−
ヘキセンもしくは1−オクテンのような1種もしくはそ
れ以上のオレフィン系モノマーを重合させる請求項1ま
たは2に記載の方法。 - 【請求項4】 重合反応器の第1容積が、高さHの垂直
軸線を有する円筒である請求項1〜3のいずれか一項に
記載の方法。 - 【請求項5】 流動床の高さ(h)が反応器の高さ
(H)よりも大、好ましくは1.05×Hより大、特に
1.1×Hより大である請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 流動床および必要に応じ機械撹拌床を内
蔵して垂直側壁部を有する円筒と前記円筒の上に装着さ
れたデサージもしくは脱着チャンバ(3)とよりなる反
応器にて大気圧よりも高い絶対圧力で、触媒を反応器中
へ連続的もしくは間歇的に導入し、オレフィンを移動反
応ガス混合物中へ連続導入し、循環反応ガス混合物を冷
却し、生成ポリマーを排液するオレフィンの連続気相重
合法において、流動床が反応器の垂直側壁部を有する円
筒の少なくとも全体を占めることを特徴とするオレフィ
ンの連続気相重合法。 - 【請求項7】 重合を50kg/h/m3 より高い、好
ましくは60kg/h/m3 より高い、より好ましくは
70kg/h/m3 より高いポリマー生産速度にて行う
請求項6に記載の方法。
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