CN101638446B - 气相聚合装置及烯烃聚合物的制造方法 - Google Patents

气相聚合装置及烯烃聚合物的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气相聚合装置及烯烃聚合物的制造方法，所述的气相聚合装置(100)具备气相聚合槽(1)、聚合物粉体及气体的混合物流入的气体分离装置(110)和连接聚合槽(1)及分离装置(110)的输送管(3)，气体分离装置(110)具备混合物流入的流入口(2a)、导入置换气体的导入口(4a)、排出粉体的排出口(2b)和将该混合物中的气体置换成置换气体的槽(2)，该槽(2)为柱状，其一边的端侧形成向该端侧前方截面积递减的锤状，排出口(2b)设置在槽(2)的锤状一边的前端。

Description

气相聚合装置及烯烃聚合物的制造方法
技术领域
本发明涉及气相聚合装置及使用该气相聚合装置的烯烃聚合物的制造方法。 
背景技术
以往，在制造聚丙烯和聚乙稀等聚烯烃时，气相聚合装置被广泛使用。已知采用多个聚合槽相连的气相聚合装置，通过改变各聚合槽的气体组成来制造所需的聚合物的方法。 
例如，专利文献1[特开2000-344804号公报(2000年12月12日公开)]公开了一种将至少两个流化床反应器连接使用的多段气相聚合方法，其中，将配置在上游侧的流化床反应器中得到的聚合物粉末从该反应器抽出，将其导入配置在下游侧的流化床反应器，此时，降低伴随该聚合物粉末的副产物(α-烯烃及氢气)含量。此外，专利文献1中，作为上述方法使用的装置，记载了降低伴随该聚合物粉末的副产物含量的装置及应用了该装置的多段气相聚合装置。 
降低上述副产物含量的装置，包括重量阀、分离装置及回转阀，而且该分离装置上具备吹扫气体供给管线及吹扫气体排出管线。应予说明，上述重量阀是将一定量的聚合物粉末输送到分离装置的构件，上述回转阀是将粉末成分定量排出的构件。 
此外，专利文献2[特开2006-52387号公报(2006年2月23日公开)]公开了可连续操作且可以以任意比例置换气体的聚合装置以及使用该装置的聚合方法。 
图4为专利文献2公开的、以往聚合装置200的概略构成的示意图。如图所示，聚合装置200具备气体置换槽22和其上游配置的气相聚合槽21。气体置换槽22由气体分散板23分为上下两部分，气体分散板23下部有置换气体供给口24。由该置换气体供给口24供给的置换气体通过气体分散板23向气体分散板23上部均匀供给。 
另一方面，在气体分散板23的上部区域，进行由上游的气相聚合槽21供给的聚合物粉末的接收和向下游的气相聚合槽26的聚合物粉末 的抽出。这里，由供给到气体分散板23上部的置换气体来置换伴随聚合物粉末的气体的一部分或全部。 
如上所述，使用专利文献1所述装置时，有时会在重量阀或回转阀上滞留聚合物粉末，而且滞留的聚合物粉末可能会聚合结块。根据形状，这样的滞留在分离装置中也可能发生，可能在所述装置上产生堵塞。 
此外，在专利文献1所述的装置上，排出的吹扫气体需要采用另外的排出用管线返回流化床，将该气体用作其它用途时，有必要另作回收。 
进一步地，专利文献2的聚合装置200，在前段的气相聚合槽21和后段的气相聚合槽26之间设有用于分离伴随粉体的副产物气体的气体置换槽22，这些槽被串联配置。在该聚合装置200中，如图4所示，由于气体置换槽22上的粉体排出口25设置于侧壁上，可能导致粉体不能完全排出，一部分粉体滞留，或者滞留的粉体在气体置换槽22的内部进一步聚合、形成块。因此还会发生排出口堵塞，长期连续运行困难。 
发明内容
本发明正是为解决上述以往技术问题而完成的，其目的在于提供粉体不易滞留从而可容易将该粉体从该装置上回收的、粉体不易结块从而排出口难以发生堵塞、因而可长期连续运转、无需设置用于排出粉体中伴随的气体的专门设备的气相聚合装置。 
本发明所述的气相聚合装置，其特征在于，具备聚合槽、聚合物粉体及气体的混合物流入的分离装置和连接上述聚合槽及上述分离装置的输送管，上述分离装置具备上述混合物流入的流入口、导入置换气体的导入口、排出上述粉体的排出口和将上述混合物中的气体置换成上述置换气体的槽，上述槽为柱状，其一边的端侧形成向该端侧前方截面积递减的锤状，上述排出口设置在上述槽的形成锤状一侧的前端。 
本发明所述的气相聚合装置具备气相聚合槽及气体分离装置，它们由输送管连接。因而，在将聚合槽内生成的聚合物粉体中伴随的气体于气体分离装置中从该粉体中除去时，被除去的伴随气体可通过上述输送管返回聚合槽。因此，该装置没必要设置被除去的伴随气体的循环设备，此外，该装置也不需要利用排出单元排出被除去的伴随气体。 
此外，上述气体分离装置还具备从含粉体和伴随气体的混合物中将该伴随气体用置换气体置换的柱状槽。该槽的一端由于形成锤状，从排 出口排出粉体时，粉体从锤状部分的内壁顺畅流落。由此可从位于该锤状部分前端的排出口容易地将粉体回收。即，可抑制粉体在排出口附近滞留的现象，防止由粉体引起的排出口堵塞。 
此外，在本发明所述的气相聚合装置中，优选上述输送管一直呈开通状态。由此可将分离装置中由置换气体置换的伴随气体再次返回聚合槽加以利用。 
此外，在本发明所述的气相聚合装置中，上述分离装置的上述槽的长轴方向和垂直方向一致时，上述槽的锤状部位的斜边和水平面所成的角的大小S1优选满足下式(1) 
θr≤S1＜90°(1) 
上式中的θr是流入气体分离装置的粉体的休止角的大小。 
上述槽的设有排出口的一端呈锤状，而且上述槽的长轴方向和垂直方向一致时，上述槽的锤状部位的斜边和水平面所成的角的大小S1满足上式(1)。由此，粉体到达槽的锤状部位的内壁时，在该处不稳定且向排出口方向移动。换言之，该粉体顺畅地通过该内壁流走。因此，粉体容易从上述槽排出。 
此外，在本发明所述的气相聚合装置中，在上述气体分离装置的上述槽的长轴方向与垂直方向一致时，上述槽的锤状部位的斜边和水平面所成的角的大小S1优选在30°以上小于90°的范围。 
通过使上述S1在上述范围，粉体到达槽的锤状部位的内壁时，该粉体朝排出口方向更加顺畅地流走。因此，粉体容易从上述槽排出。 
此外，在本发明所述的气相聚合装置的一个方式中，上述气体分离装置的上述槽的长轴方向与垂直方向一致时，上述输送管一端与该聚合槽的纵侧壁连接，另外一端与上述气体分离装置连接，优选：通过上述输送管和上述纵侧壁连接部位处最下端的点、作为上述输送管内壁面的切线的直线和垂直于上述纵侧壁壁面的面所成的角的大小S2满足下式(2) 
0°≤S2≤90°(2) 
通过上述连接部位处最上端的点、作为上述输送管内壁面的切线的直线、且与上述输送管相切的点为最下端的直线和垂直于上述纵侧壁壁面的面所成的角S3的大小满足下式(3)。 
θr≤S3≤90°(3) 
根据上述构成，通过将输送管满足式(2)及式(3)那样地进行安装，在从上述气相聚合槽输送粉体时，不需要进行压力控制，只通过重力坠落就会向着上述槽流落。因此，从上述聚合槽向上述槽的粉体输送是容易的。 
此外，本发明所述的烯烃聚合物的制造方法是使用具备聚合槽、气体分离装置及连接上述聚合槽和上述分离装置的输送管的本发明所述的气相聚合装置的方法，其特征在于，包含下述工序：在上述聚合槽内，在含有烯烃的第1气体的存在下，聚合该烯烃生成该烯烃的聚合物粉体的聚合工序；将上述粉体及在上述聚合槽内和该粉体共存的第2气体的混合物通过上述输送管从上述聚合槽向上述分离装置输送的输送工序；向上述分离装置内供给第3气体，通过上述输送工序将输送到该分离装置内的上述混合物中的上述第2气体的至少一部分在该分离装置内置换成上述第3气体，从而将上述第2气体的至少一部分从上述粉体中分离出来的分离工序；和上述分离工序之后，从上述分离装置上配备的排出口将上述粉体排出的排出工序。 
根据上述构造，在上述排出工序中，粉体不会在排出口附近滞留就从排出口排出该粉体。因此，可以长期连续制造烯烃聚合物。 
此外，在本发明所述的烯烃聚合物的制造方法中，将导入到分离装置的粉体中伴随的第2气体的至少一部分用第3气体置换，并将其从该粉体中分离。因此，在该方法的实施中，在使用具备串联配置的多个聚合槽的气相聚合装置时，上述第2气体的至少一部分被分离的粉体被输送到后段聚合槽内。因此，后段聚合槽中进行的聚合反应由于可使用对该反应影响少的粉体，所以可控制生成的聚合物的物性。 
此外，在本发明所述的聚合方法中，上述排出工序优选通过间歇地开启上述排出口，从而使上述粉体间歇地从上述排出口排出。 
根据上述构造，通过将气体分离装置内贮留的粉体和伴随气体的混 合物贮存一定时间，可以有效地置换该混合物中的伴随气体。此外，通过排出口间歇开启，使之可以在不降低位于分离装置上游并直接相连的聚合槽内压力的情况下进行聚合反应。 
此外，在本发明所述的烯烃聚合物的制造方法中，在上述分离工序中，从上述混合物分离的上述第2气体更优选通过上述输送管输送到上述聚合槽。 
根据上述构造，在气体分离装置中不需要设置从聚合物粉体及第2气体的混合物中脱除的该第2气体的循环设备，而且不需要将分离的上述第2气体通过排出单元等排出体系之外。 
附图说明
图1为本发明的一种实施方式所述的气体分离装置的概略构成的示意图。 
图2为本发明的一种实施方式所述的气相聚合装置的概略构成的示意图。 
图3为显示输送管构成的概略的正面示意图。 
图4为现有技术的气相聚合装置的构成示意图。 
具体实施方式
基于图1到图3对本发明的一种实施方式说明如下。 
(气相聚合装置100的构成) 
图2为本实施方式所述的气相聚合装置100的概略构成的示意图。 
气相聚合装置100具备气相聚合槽1、气体分离装置110、输送管3和下游气相聚合槽9。 
气相聚合槽1具备催化剂供给管线5、烯烃供给管线6、副原料供给管线7、气体分散板1a和循环气体供给管线8。 
气相聚合槽1是在催化剂及氢气等副原料存在下使烯烃聚合生成烯烃聚合物粉体(以下有时简称“粉体”)的槽。应予说明，关于聚合槽1的构成将在后面详细说明。 
气体分离装置110具备分离槽2、流入口2a、排出口2b、排出控制阀2c、置换气体供给管线4、置换气体供给喷嘴4a、置换气体供给控制阀4b。 
气体分离装置110是用于从气相聚合槽1流入的粉体和伴随气体的混合物中将该伴随气体用后述置换气体置换以从上述粉体中分离的装置。应予说明，上述伴随气体中含有氢气等副原料气体或未反应的烯烃气体等。应予说明，关于分离装置110的构成，后面基于图1详细说明。 
输送管3的功能是作为输送聚合物粉体的输送管。输送管3连接聚合槽1和分离装置110，在聚合槽1内生成的聚合物粉体通过输送管3向分离装置110输送。应予说明，关于输送管3的构成，将在后面基于图3详细说明。 
此外，在本实施方式中，气相聚合装置100具备下游气相聚合槽9。下游聚合槽9是用于对聚合槽1中得到的烯烃聚合物进一步使其聚合成其它物性、种类的烯烃的槽。 
下游气相聚合槽9通过输送管10与气体分离装置110的排出口2b相连，输送管10上设有抽出控制阀2c。从排出口2b抽出的粉体的排出量由阀2c控制。从伴随气体中分离的粉体通过该阀2c的开闭工作，利用分离槽2和聚合槽9的压力差，间歇地抽出到聚合槽9。 
下游气相聚合槽9可以是以往公知的聚合槽，也可以具备和本实施方式中的聚合槽1同样的构造。 
(气相聚合槽1的构成) 
下面采用图2对气相聚合槽1的构造详细说明。 
聚合槽1包括催化剂供给管线5、烯烃供给管线6、副原料供给管线7、气体分散板1a和循环气体供给管线8，而且聚合槽1的纵侧壁1b上具备用于和输送管3连接用的抽出喷嘴1c。 
聚合槽1只要是能在其内部进行聚合反应即可，例如可举出流化床型气相聚合槽。流化床型气相聚合槽是通过让粉状的聚合物在该槽内流动而一边形成流动层一边进行聚合。具体地说，首先将含有烯烃单体的气体通过循环气体供给管线8从分散板1a下方导入，使该气体均匀分散。然后，均匀分散的气体一边使已由聚合反应生成的粉体聚合物或催化剂等粉体流动化，一边在聚合槽内上升。这样，流动化的聚合物粉体形成流动层。在该流动层，通过气相单体和催化剂等粉体接触使聚合反应进行，生成粉状的聚合物。应予说明，流动层的厚度由气体流速、聚合物粉体的性状等适当确定即可。 
烯烃供给管线6的功能是作为本发明合成的聚合物的主原料(单体) 的烯烃的供给单元。该管线6与聚合槽1的侧壁连接，向聚合槽1中导入烯烃。 
烯烃只要是可以聚合的烯烃即可，例如可举出C2～C10的烯烃，其中更优选C2～C8的烯烃。作为这样的烯烃，例如可举出乙烯及丙烯。此外，可以向聚合槽1内供给1种烯烃，也可以供给2种以上烯烃来使用。作为2种以上烯烃组合的例子，例如可举出乙烯和1种以上C3～C10的烯烃的组合，但更优选乙烯和1种以上的C3～C8的烯烃(如丙烯、1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和辛烯)的混合物。 
此外，从烯烃供给管线6供给到聚合槽1的该烯烃的状态，只要是可以将该烯烃导入到聚合槽1内，并可以将该烯烃聚合生成聚合物的状态即可，例如从容易形成流动层方面考虑，优选为气体状态。 
催化剂供给管线5的功能是作为聚合反应中使用的催化剂的供给单元。催化剂供给管线5与聚合槽1的侧壁连接，向聚合槽1中导入催化剂。 
作为催化剂，可例示茂金属催化剂和Ziegler-Natta催化剂。 
副原料供给管线7的功能是作为聚合反应中使用的副原料的供给单元。副原料供给管线7和聚合槽1的侧壁连接，向聚合槽1中导入副原料。 
副原料是指根据需要添加的物质，作为这样的副原料，例如可举出氢气等分子量调节剂、氮气等惰性气体等。 
应予说明，图2所示的实施方式中，烯烃供给管线6和副原料供给管线7与聚合槽1的侧壁连接，但管线6和管线7也可以与循环气体管线8连接。 
气体分散板1a是使供给到聚合槽1内的循环气体均匀分散于该聚合槽内的装置。 
作为气体分散板1a，只要是能够让供给气体通过且不让生成的粉体通过即可，但更优选循环气流能使流动层的流动状态保持良好的形状。 
聚合槽1中未被聚合反应消耗的未反应烯烃气体和副原料气体，由聚合槽1的气体排出口(未图示)排出，并返回到循环气体供给管线8，再向聚合槽1的流动层供给。管线8在气体分散板1a下方与聚合槽1连接即可。 
抽出喷嘴1c是为了将聚合槽1中生成的聚合物粉体向输送管3抽 出而在纵侧壁1b上设置的。由于喷嘴1c以开口状态连接聚合槽1和输送管3，所以聚合槽1和输送管3之间一直呈开通状态。 
(气体分离装置110的构成) 
图1是气体分离装置110的概略构成的示意图。 
分离装置110具备分离槽2、流入口2a、排出口2b、抽出控制阀2c、置换气体供给管线4、置换气体供给喷嘴4a、置换气体供给控制阀4b。 
分离槽2是将上述聚合槽1输送来的混合物中的伴随气体置换成置换气体的槽，为柱状结构，分离槽2的一端为锤状。排出口2b设置在分离槽2锤状一侧的前端即可。 
此处，上述伴随气体具有和气相聚合槽1内用于聚合反应的气体相同的组成，含有主要原料烯烃气体。此外，有时还包含氮气或饱和烃气体等惰性气体或者氢气等副原料气体。 
分离槽2的柱状部分通常是圆筒形，其内径与连接聚合槽1和分离槽2的输送管3的内径相比大或小均可，但也可如本实施例的方式那样与输送管3的内径相等。 
此外，本实施方式中的分离槽2的一边端侧(设置排出口2b的一侧)形成向着该端侧的前端截面积递减的锤状。即，将分离槽2设置成分离槽2的长轴方向与垂直方向一致时，分离槽2具有朝着下边截面积递减的锤状构造。 
此处，作为锤状的例子，可举出对称的圆锥或对称的角锥，但未必一定对称。通过使分离槽2的一端为这种形状，在伴随气体将被分离的粉体取出时，在排出口2b附近，不易发生粉体的滞留。 
此外，图1中的S1表示使气体分离装置110的分离槽2的长轴方向和垂直方向一致那样设置分离槽2时形成的、分离槽2的锤状部分的斜边和水平面所成的角的大小S1。该角度S1满足下述式(1)即可。 
θr≤S1＜90°(1) 
应予说明，式中，θr表示流入分离槽2的粉体的休止角。此外，以下如无特殊说明，均是关于将气体分离装置110设置成使该装置110的分离槽2的长轴方向与垂直方向一致的情况进行说明。 
休止角是指将粉体从漏斗或孔板等连续供给到水平面上使其堆积成圆锥状时，该圆锥的母线与底面所成的角度(可参照*“ReinholdChemical Engineering Series”(纽约Reinhold公司刊(1960年))第85～88页、F.A.Zenz，D.F.Othmer共著、“Fluidization and Fluid-ParticleSystem”)。休止角的大小可根据注入法、排出法和倾斜法的以往公知的方法求得。 
通过使本发明的分离槽2的锤状部分的斜边和水平面所成的角的大小S1大于等于生成的粉体的休止角，可以使粉体更顺畅地向排出口2b落下。而且，上述角度S1更优选在30°以上小于90°的范围。这样，可以使粉体更顺畅地向排出口2b落下。 
例如，在排出口2b和后段聚合槽的下游聚合槽9连接的方式中，分离槽2的排出口2b附近的粉体在抽出控制阀2c开启时，通过分离槽2和下游聚合槽9的压力差输送。此时，通过使上述角度S1大于等于休止角的大小，粉体顺畅地向排出口2b落下，能够抑制粉体在排出口2b附近结块。如果发生这样的粉体结块现象，将导致排出口2b堵塞，为防止堵塞的发生，或是为除去堵塞物，必须采取一定的措施，例如为了清扫装置，就必须停止运转。但是，本发明不需采用上述措施就可以防止堵塞。 
此外，休止角的值根据生成的粉体的种类而不同。例如，根据注入角法测定粉体休止角的大小时，代表性聚烯烃粉体的休止角的大小范围是：聚丙烯粉体20°～35°，乙烯-丙烯嵌段共聚物粉体20°～40°，乙烯-丙烯无规共聚物粉体20°～35°，聚乙烯粉体25°～40°。 
此外，分离槽2的体积更优选例如大于等于向下游气相聚合槽9输送的粉体的表观体积。表观体积是指粉体的实际体积和该粉体中存在的伴随气体的体积之和。应予说明，向下游聚合槽9间歇输送粉体时，上述输送粉体的表观体积是指1次输送时输送粉体的表观体积。通过使分离槽2的体积大于等于粉体的表观体积，在下述几点上比较有利。 
例如，分离槽2的流入口2a和排出口2b的距离短时，伴随气体会直接流入连接分离槽2和下游聚合槽9的输送管10。此外，粉体和置换气体的接触时间短时，由于粉体中伴随气体的置换不充分，导致向下游聚合槽9流入的粉体中伴随的伴随气体的量增加。因此，通过使分离槽2的体积大于等于表观体积，可使伴随气体和置换气体充分接触，进而 抑制伴随气体向下游聚合槽9的流入。 
流入口2a是将聚合槽1中生成的粉体向分离槽2内输入的入口。从流入口2a输入的粉体是指烯烃聚合物(聚烯烃)的粉状颗粒。该粉体中伴有聚合反应时导入到聚合槽1内的气体。 
因此，为了将伴随气体从粉体中分离，在本实施方式中，在分离槽2上设有置换气体供给喷嘴4a。 
置换气体供给喷嘴4a是从置换气体供给管线4导入用于使上述伴随气体从粉体中分离的气体的喷嘴。在分离槽2上更优选设有多个置换气体供给喷嘴4a。应予说明，本实施方式中，如图1所示，在4处设置有置换气体供给喷嘴4a。 
设置多个置换气体供给喷嘴4a时，更优选等间隔设置各喷嘴。这样，通过将喷嘴4a等间隔设置，可使从喷嘴4a供给的置换气体均匀地在分离槽2内流动。由此，流入分离槽2的聚合物及伴随气体的混合物能够均匀地接触置换气体，所以可以高效地将伴随气体置换成置换气体。 
此外，作为将置换气体供给喷嘴4a连接于分离槽2的方式，例如，可以设置成与分离槽2的内壁面相切，此外，也可以设置成与分离槽2的内壁面垂直，以使置换气体可以沿分离槽2的内壁旋转。这里例示的任一种方法均可有效进行气体的置换。 
此外，在置换气体供给喷嘴4a上，也可以在供给置换气体的供给口的前端部分设置能防止粉体向喷嘴内侵入的构成。作为这样的构成，可举出例如多孔板或者筛板等。 
这里，上述置换气体是指用于将伴随气体从粉体中分离的气体，粉体中伴随的气体由该置换气体置换。作为这种置换气体，只要能使伴随气体分离，不给后段的聚合反应带来障碍即可。例如可举出作为后段聚合反应原料的烯烃气体。 
置换气体供给控制阀4b的功能是作为置换气体供给量的控制单元。阀4b设置在置换气体供给管线4内，通过阀4b的开闭工作可以调节置换气体的供给量。 
作为置换气体的供给量，优选是将从分离槽2中抽出的粉体中的伴随气体按照不影响下游聚合槽9内的聚合反应的量进行置换的量。 
此外，从分离槽2中抽出的粉体中的伴随气体的量一般与从排出口 2b抽出的粉体重量成比例。此外，粉体中伴随气体的量有时也依存于该粉体的种类或该气体的种类，还依存于分离槽2和下游聚合槽9的压力差、连接分离槽2和下游聚合槽9的输送管10的直径和长度。因此，通过相对于伴随气体的量来调整导入的置换气体的量，可控制伴随气体的置换率。 
进一步地，采用和经由烯烃供给管线6供给到气相聚合槽1的烯烃同种类的烯烃气体作为置换气体时，置换气体的供给量和经由管线6供给到聚合槽1的烯烃气体的量之和优选不超过聚合槽1中消耗的烯烃气体的量。 
排出口2b是用于排出伴随气体被分离的粉体而设置。从排出口2b抽出的粉体的量由抽出控制阀2c控制。伴随气体被分离的粉体由排出口2b抽出，向作为后段聚合槽的下游聚合槽9输送。应予说明，不输送到该下游聚合槽9而直接将从排出口2b抽出的粉体作为成品的方式也包含在本发明中。 
(输送管3的构成) 
图3是模式性地表示输送管的概略构成的图。 
输送管3以开口的状态与聚合槽1的纵侧壁1b连接，并与分离装置110的流入口2a连接。图3所示角度S2是在分离槽2的长轴方向与垂直方向一致时，在点3a处，输送管3的内底部的斜线3c和水平面所成的角度的大小。应予说明，点3a是指输送管3和纵侧壁1b连接部位处最下端的点。此外，上述水平面是与纵侧壁1b的壁面垂直的面。在此，输送管3的内底部从聚合槽1的纵侧壁1b成直线延伸时，斜线3c是与输送管3的内底部的长轴方向平行的直线。此外，输送管3的内底部从聚合槽1的纵侧壁1b成曲线延伸时，斜线3c是输送管3的内底部形成的曲线与点3a相切的直线。因此，斜线3c也可以说是通过点3a、作为输送管3的内壁面的切线的直线。 
图3所示角度S3是在分离槽2的长轴方向和垂直方向一致时，切线3d和水平面所成的角度的大小。应予说明，切线3d是指通过输送管3向下屈曲或弯曲部分处的输送管3内底面的点与输送管3和纵侧壁1b连接部位处最上端的点3b的线。因此，切线3d也可以说是通过点3b、作为输送管2内壁面的切线的直线，且与输送管3相切的点为最下端的直线。 
此外，作为上述角度S2和角度S3可取值的范围，更优选例如满足下述式(2)及(3)。 
0°≤S2≤90°(2) 
θr≤S3≤90°(3) 
通过使角度S2及角度S3位于该范围，在将聚合物粉体从聚合槽1经由输送管3输送到分离槽2时，能够不利用压力差，而是根据重力下落使粉体顺畅流入输送管3内。 
此外，输送管3的内径d的大小更优选S2及S3限定为满足式(2)及(3)。输送管3和纵侧壁1b的接合部位处的斜率、输送管3的内底部向下屈曲或弯曲的位置、及屈曲或弯曲的角度即使固定时，S3的值也随内径d的大小而变化。因此，通过对应于S2及S3限定内径d的大小，可使粉体顺畅流动。 
此外，S2＝0°是指输送管3相对于纵侧壁1b向水平方向突出。即使在此时，通过限定输送管3的内径和输送管3的内底部向下屈曲或弯曲的位置，使S3满足式(3)，可使粉体根据重力落下而流畅地流入输送管3内。 
应予说明，在本实施方式所述的气相聚合装置100中，是聚合槽1和下游聚合槽9将气体分离装置110夹在中间进行串联配置的构成，但本发明并不限于这种在下游进一步设置聚合槽的构成，可以是只包括聚合槽1及气体分离装置110的构成，也可以是如本实施方式那样在下游进一步追加聚合槽的构成。作为追加聚合槽的构成，例如可以是和聚合槽1及下游聚合槽9同样的构成，但也可以对体积、原料供给管线数和搅拌形式等进行适宜选择。 
(气相聚合装置100的工作) 
下面，对使用本发明所述的气相聚合装置100的利用烯烃气相聚合制造烯烃聚合物的方法的一例进行说明。 
本发明所述的方法是使用具备聚合槽1、气体分离装置110及连接上述聚合槽和前述分离装置的输送管3的本发明所述的气相聚合装置100的方法，其可以包含下述工序：在聚合槽1内，在含有烯烃的第1气体的存在下，聚合该烯烃生成该烯烃的聚合物粉体的聚合工序；将该 粉体及在聚合槽1内和该粉体共存的第2气体的混合物通过输送管3从聚合槽1向分离装置110输送的输送工序；向分离装置110内供给第3气体，通过该输送工序将输送到分离装置110内的混合物中的上述第2气体的至少一部分在分离装置110内置换成第3气体，从而将第2气体的至少一部分从粉体中分离出来的分离工序；和该分离工序之后，从分离装置110上配备的排出口2b将该粉体排出的排出工序。 
聚合工序是指在聚合槽1中，在催化剂及氢气副原料的存在下，通过使作为主原料的烯烃发生聚合反应，生成该烯烃的聚合物粉体的工序。烯烃和氢气等副原料气体的混合物是上述第1气体。 
输送工序是指将聚合槽1中生成的聚合物粉体和烯烃及副原料的混合物气体(即前述第2气体)同时经由输送管3输送到气体分离装置110的工序。应予说明，在连续聚合工艺的常规状态下，上述第1气体的组成和上述第2气体的组成是相同的。 
分离工序是指在气体分离装置110中，通过从置换气体供给喷嘴4a供给置换气体(即上述第3气体)，利用置换气体将气体分离装置110内的粉体中的伴随气体置换成希望的比例的工序。利用置换气体从粉体中分离的伴随气体通过输送管3返回到聚合槽1。因此，不需要用于将该伴随气体吹扫或再循环的专用设备。 
排出工序是指将粉体和混在其内部的伴随气体同时间歇地从气体分离装置110上设置的排出口2b排出的工序。 
这里，对本发明所述的烯烃聚合物的制造方法的具体顺序的一例进行说明。 
首先，根据聚合条件设定气相聚合槽1内的温度和压力，加入作为主原料的烯烃和催化剂，使之聚合反应。此外，根据需要也可以加入氢气等分子量调节剂或氮气等惰性气体等副原料。 
这里，聚合槽1的聚合压力只要是聚合反应进行的压力即可，但是，例如设有下游气相聚合槽9时，更优选压力保持在比该下游聚合槽9内的压力只高出0.2MPa到1.0MPa的压力。这与从分离装置110向下游聚合槽9的粉体输送能力有关。在本发明中，分离槽2内的粉体输送是通过利用分离槽2和下游聚合槽9的压力差的气力输送进行的。该被输送的粉体中含有以供给到分离槽2的置换气体(典型的有烯烃气体)为主要成分的气体，但粉体输送时，该输送能力例如由压力差、输送管尺寸 和使用的聚合物或气体的性质等决定。从输送粉体难易容易性方面考虑，上游的聚合槽1和下游聚合槽9的压力差优选越大越好，但更优选上游聚合槽1的压力保持在比下游聚合槽9的压力高0.2MPa到1.0MPa的压力，以使两聚合槽聚合条件差异不过分的大。 
应予说明，聚合时间、聚合温度和副原料的种类或量的聚合条件基于本领域技术人员的常识适当设定即可。 
然后，利用由循环气体供给管线8投入的循环气体使烯烃聚合物粉体在聚合槽1内流动化，进一步使其进行聚合反应。这样生成的聚合物粉体通过输送管3抽出到分离槽2，在分离槽2内暂时贮存。此时，该粉体中伴随有烯烃和副原料的混合气体。 
进一步地，在分离槽2内，为分离粉体的伴随气体，从置换气体供给喷嘴4a供给置换气体，与粉体层间隙中存在的伴随气体置换。 
此处，例如，置换气体供给喷嘴4a接近排出口2b时，或者置换气体的供给量过多时，有时流过分离槽2内的置换气体的线速度会超过粉体的最终沉降速度。此时，与供给的置换气体流一起，分离槽2内的该粉体也被推回到上游的聚合槽1，导致无法从分离槽2的排出口2b抽出聚合物粉体。为避免这种现象，调整喷嘴4a的位置，或者控制从喷嘴4a供给的置换气体的流量，使流过分离槽2内的气体的线速度小于分离槽2内粉体的最终沉降速度即可。 
进行设定时间的气体置换后，通过开闭排出控制阀2c，将已进行气体置换的粉体经过输送管10抽出到下游聚合槽9。 
分离槽2内的粉体层的粉面随着抽出而下降，聚合槽1内生成的粉体根据重力落下而继续流入到分离槽2内。 
根据以上工序，在气相聚合装置100中可以连续进行聚合物的制造。 
下面，基于实施例对本发明进行说明，但本发明不仅限于这些实施例。 
<实施例1> 
实施例1在上游气相聚合槽、气体置换槽和下游气相聚合槽按此顺序串联配置的装置中，采用连续聚合进行了聚合物粉体的制造及进行了间歇输送，研究了粉体的输送状况和气体置换状况。应予说明，上游气相聚合槽、气体置换槽和下游气相聚合槽是分别和上述实施方式所述的 气相聚合槽1、气体分离装置110的分离槽2和下游气相聚合槽9相对应的构件。 
本实施例中采用了圆筒形气体置换槽。该气体置换槽全长是该槽内径的4.47倍。此外，相当于气体置换槽全长的5分之1的下部区域为锥形结构，此时的角度S1为65.25°。此外，气体置换槽流入口的内径与气体置换槽直筒部分的内径相等，排出口的内径是气体置换槽直筒部分内径的0.13倍。 
此外，相对于气体置换槽壁面成垂直地设置2个置换气体供给喷嘴。该喷嘴距离气体置换槽排出口的距离设置成气体置换槽全长的0.085倍的高度。 
然后，通过输送管连接上游气相聚合槽(以下称“上游聚合槽”)和气体置换槽，利用配有输送控制阀的配管将气体置换槽和位于其下游的下游气相聚合槽(以下称“下游聚合槽”)连接。应予说明，上游聚合槽内用于聚合反应的气体组成与下游聚合槽内用于聚合反应的气体组成不同。 
具体地说，从上游聚合槽纵侧壁开口部分(内径与置换槽直筒部分内径相等)沿水平方向延伸的抽出喷嘴和输送管为连接状态，但此时，输送管在中途向下屈曲90°与气体置换槽相接。应予说明，上游聚合槽和输送管的位置关系是S2＝0°、S3＝39°。 
上游聚合槽内保持温度80℃、压力1.75MPaG、氢气与丙烯的摩尔比(以下记作H2/C’3)＝3.91mol％，同时利用线速度0.17m/秒的气流使之充分流动化。由此制得平均粒径1200μm、堆密度0.45g/cc、休止角35°的聚丙烯颗粒。在下游聚合槽内保持温度70℃、压力1.3MPaG的同时，丙烯、乙烯和氢气保持流动状态。 
在气体置换槽内，从上游聚合槽经由输送管接受聚丙烯颗粒和上述组成的丙烯和氢气的混和气体。在该气体置换槽内，由两个置换气体供给喷嘴供给丙烯气体作为置换气体，以使来自于两喷嘴的置换气体供给量相等，此外，以使SG/PP比为0.023。应予说明，SG/PP比是指每单位时间内由2处置换气体供给喷嘴供给的丙烯气体重量、与每单位时间内由气体置换槽向下游聚合槽输送的聚丙烯颗粒的重量的比率。 
来自于气体置换槽的聚丙烯颗粒的输送条件是：控制输送控制阀的开启时间和关闭时间，使聚丙烯颗粒从该置换槽到下游聚合槽间歇输送 1次所输送的聚丙烯颗粒的表观体积(即、由气体置换槽抽出的聚丙烯颗粒的实际体积与该颗粒中存在的气体体积之和)是气体置换槽体积的1/1.34倍。 
在上述条件下，由丙烯气体置换的氢气的重量与来自上游聚合槽的伴随的氢气重量的比率(以下记为分离效率)为14％，可以确认气体置换在进行。应予说明，表1给出了上游聚合槽的H2/C’3比、SG/PP比和分离效率。 
【表1】 
Figure DEST_PATH_GSB00000577117900011
此外，实施例1中，S1＝65.25°、S2＝0°、S3＝39°及θr＝35°。它们均是满足式(1)～(3)的值。 
<实施例2～4> 
下面，在实施例2～4中，改变实施例1的上游聚合槽的H2/C’3比和SG/PP比实施。应予说明，除H2/C’3比和SG/PP比以外，其它均在与实施例1相同的条件下实施。表1中给出了实施例2～4中得到的结果及实验条件。 
如该表所示，通过调节SG/PP比，能将伴随气体的分离效率调整为任意值。 
<连续使用实施例1～4的聚合装置时的稳定性> 
实施例1～4中使用的包括气体置换槽的聚合装置，聚丙烯颗粒从上游聚合槽向气体置换槽的流出状况和从气体置换槽的抽出状况良好。而且，使用该聚合装置，使上游聚合槽的H2/C’3比在0.03～12.0mol％、 气体置换槽的SG/PP比在0.022～0.083的范围，连续运转200天后，打开气体置换槽，结果没有发现聚合物粉体在壁面上附着或结块残留，没有发生运转过程中排出口的堵塞等障碍。 
<比较例1> 
在比较例1中使用了具有构成和实施例不同的气体置换槽的聚合装置。应予说明，除上游聚合槽的H2/C’3比和SG/PP比的条件以外，进行和实施例同样的实验。 
比较例1所用的气体置换槽是圆筒形，其全长是该槽直筒部分内径的2.2倍。此外，利用压力损失为0.25kPa的分散板将槽内分成上下2室。应予说明，气体分散板设成相对于水平成45°的角度。 
在该气体分散板更上部的区域设有：用于接受来自上游聚合槽的聚合物粉体的入口(内径为气体置换槽直筒部分内径的0.85倍)和从该气体置换槽向下游聚合槽的排出口(内径为气体置换槽直筒部分内径的0.05倍)。 
聚合物粉体的入口设置在该气体置换槽的头顶部。聚合物粉体的排出口设置在气体分散板和气体置换槽相接的位置，而且是气体分散板更上部区域的最低点位置。气体分散板下方设有置换气体(第2气体)导入口，使得由该导入口供给的置换气体通过气体分散板，从而均匀分散到气体置换槽全部截面。 
来自气体置换槽的聚丙烯颗粒的输送条件是：通过控制输送控制阀的开启时间和关闭时间，使通过聚丙烯颗粒从气体置换槽向下游聚合槽间歇输送1次所输送的聚丙烯颗粒的表观体积(即、由气体置换槽抽出的聚丙烯颗粒的实际体积与该颗粒中存在的气体体积之和)是气体置换槽体积的1/2倍。进一步地，在上游聚合槽的H2/C’3比＝7.42和SG/PP比＝0.027条件下进行实验，结果分离效率为19％。应予说明，表2给出了比较例1的上游聚合槽的H2/C’3比、SG/PP比和分离效率。 
【表2】 
应予说明，比较例1中，S2＝0°、S3＝39°，满足上述式(2)及(3)。 
由该结果可知，气体置换效率没有好坏之分，但排出口发生了堵塞。 
<比较例2～4> 
下面，在比较例2～4中，改变比较例1的上游聚合槽的H2/C’3比和SG/PP比进行实验。应予说明，除H2/C’3比和SG/PP比以外，在和比较例1同样的条件下进行实验。表2给出了比较例2～4得到的结果及实验条件。 
由该结果可知，比较例2～4中气体置换效率没有好坏之分，但排出口发生堵塞。 
<连续使用比较例1～4的聚合装置时的稳定性> 
下面，采用比较例1～4使用的聚合装置，使上游聚合槽的H2/C’3比在0.38～13.6mol％、气体置换槽的SG/PP比在0.026～0.131的范围内，进行连续运转。 
其结果，气体置换槽内发生聚合物的结块，只能实现最短1天、最长30天的连续稳定运转。该聚合装置可以在气体置换槽内以任意比率进行气体置换，但不能进行长期连续运转。 
如上所示，根据本发明所述的气相聚合装置，达到下述效果：可提供能抑制粉体滞留，容易地回收该粉体，且不需要进一步设置排出粉体中伴随气体的设备的气相聚合装置。 
本发明所述的气相聚合装置可提高聚合物的制造效率，长期连续运转，所以也适合于制造聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃。 
本发明详细说明项目中涉及的具体实施方式或实施例说到底是为了明确本发明的技术内容的，不应该狭义的解释为仅限定于该具体例，可在本发明的精神和下述记载的权利要求书范围内，进行各种变化实施。 

Claims (8)

1.气相聚合装置，其特征在于，具备：
气相聚合槽、
聚合物粉体及气体的混合物流入的气体分离装置、和
连接上述聚合槽及上述气体分离装置的输送管；
上述气体分离装置具备上述混合物流入的流入口、导入置换气体的导入口、排出上述粉体的排出口和将上述混合物中的气体置换成上述置换气体的槽，
将上述混合物中的气体置换成上述置换气体的槽为柱状，其一边的端侧形成向该端侧前方截面积递减的锤状，上述排出口设置在上述槽的锤状一侧的前端。
2.权利要求1所述的气相聚合装置，其特征在于，上述输送管一直呈开通状态。
3.权利要求1所述的气相聚合装置，其特征在于，上述分离装置的上述槽的长轴方向和垂直方向一致时，上述槽的形成锤状的部位的斜边和水平面所成的角的大小S1满足下式(1)：
θr≤S1＜90°            (1)
上式中的θr是上述粉体的休止角的大小。
4.权利要求1所述的气相聚合装置，其特征在于，上述分离装置的上述槽的长轴方向与垂直方向一致时，上述槽的锤状部位的斜边和水平面所成的角的大小S1在30°以上小于90°的范围。
5.权利要求1所述的气相聚合装置，其中，上述分离装置的上述槽的长轴方向与垂直方向一致时，
上述输送管一端与该聚合槽的纵侧壁连接，另外一端与上述分离装置连接，
通过上述输送管和上述纵侧壁连接部位处最下端的点、作为上述输送管内壁面的切线的直线和垂直于上述纵侧壁壁面的面所成的角的大小S2满足下式(2)：
0°≤S2≤90°     (2)
通过上述连接部位处最上端的点、作为上述输送管内壁面的切线的直线、且与上述输送管相切的点为最下端的直线和垂直于上述纵侧壁壁面的面所成的角的大小S3满足下式(3)：
θr≤S3≤90°        (3)
θr表示上述粉体的休止角的大小。
6.使用具备聚合槽、分离装置和连接上述聚合槽和上述分离装置的输送管的权利要求1所述的气相聚合装置的烯烃聚合物的制造方法，其特征在于，包含下述工序：
在上述聚合槽内，在含有烯烃的第1气体的存在下，聚合该烯烃生成该烯烃的聚合物粉体的聚合工序；
将上述粉体及在上述聚合槽内和该粉体共存的第2气体的混合物通过上述输送管从上述聚合槽向上述分离装置输送的输送工序；
向上述分离装置内供给第3气体，通过上述输送工序将输送到该分离装置内的上述混合物中的上述第2气体的至少一部分在该分离装置内置换成上述第3气体，从而将上述第2气体的至少一部分从上述粉体中分离出来的分离工序；和
上述分离工序之后，从上述分离装置上配备的排出口将上述粉体排出的排出工序。
7.权利要求6所述的聚合方法，其特征在于，在上述排出工序中，从上述排出口间歇地排出上述粉体。
8.权利要求6所述的聚合方法，其特征在于，在上述分离工序中，从上述混合物中分离的上述第2气体通过上述输送管向上述聚合槽输送。
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