JP2003504170A - 気相で行なわれる反応のための帯電防止被膜を持つ固体反応器 - Google Patents
気相で行なわれる反応のための帯電防止被膜を持つ固体反応器Info
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Abstract
Description
からなる薄い帯電防止層を被覆した、気相反応を行なう反応器および流動固体を
取り扱うプラント構成要素に関する。さらに本発明は、反応器およびプラント構
成要素の被覆の方法、α−オレフィンの重合および共重合のための被覆された反
応器およびプラント構成要素の使用、被覆された反応器を用いたα−オレフィン
の重合方法に関する。
する。この堆積物の形成は、少なくとも部分的には静電荷によるものであること
は知られており、例えばWO86/07065に開示されている。静電気力のた
めに、触媒と重合体粒子は反応器の壁面に付着し、最終的には、遊離した重合熱
の作用で一緒に焼かれ、固体の堆積物を形成する。これらの堆積物は、落下し、
生成物排出系をふさぐ可能性がある。堆積物はこのように重合プラントの連続操
作に問題を引き起こし、清掃の必要性が増大し、頻繁にプラントを停止させる必
要があった。加えて、気相での流動床方法は、流動床の運転に不利な影響を及ぼ
した。
。このように、例えば静電荷は空気コンベヤーシステムでポリ−α−オレフィン
を運搬する場合や、サイロを充満するまたは空にする場合に発生しやすく、これ
は、壁面の堆積や妨害物をもたらしうる。静電荷は、粉塵爆発の原因ともなりう
る。
触媒の化学的成分、反応器の内部温度、反応圧力や循環ガスの成分により複雑に
影響される。この問題を解決するために、さまざまな帯電防止剤の存在下で重合
を行なうことが提案されている。例えば、US4855370は、水を帯電防止
剤として使用することを開示し、US5026795はポリスルホンの共重合体
/ポリアミンおよびスルホン酸の混合物を、EP−A364759はKeros
tat(登録商標、クロミウムステアリルアントラアニラート、メジアラン酸カ
ルシウムおよびジ−t−ブチルフェノールの混合物)を、EP−A584574
は、アルコールのリン酸塩および4級アンモニウム塩の混合物を開示し、EP−
A653441はナフトキノンの2量体化合物の使用を開示し、およびEP−A
−636636はアントラニル酸の金属塩を開示している。Stadis(登録
商標)450(EP−A803514、ポリアミン/ポリスルホン)または特に
適当なアミン(EP−A811638)の使用が、特にメタロセン触媒を用いた
α−オレフィン重合のために提案されている。さらに、US4803251は重
合の間に静電ポテンシャルを測定し、過剰の陽電荷または陰電荷の存在に依り異
なるが、正確な量のメタノールまたはメチルイソブチルケトンを用いて各々の電
荷を中和することを提案している。しかしこの方法は、測定と調整の点で複雑で
ある。
にもかかわらず、反応領域へ帯電防止剤またはその溶媒、例えばプロパノールを
導入することによって、使用する触媒の活性が低下するという不利な点をすべて
の方法が有している。そのため、触媒は低い生産性しか達成できない。メタロセ
ン触媒は、特に帯電防止剤中の極性成分に対して非常に敏感である。さらに、極
性成分は触媒を変化させ、その結果製造物の特性を変化させる。
物で処理することも提案されている(WO86/7065)。しかし、この処理
はかなりの時間と日数を必要とする。加えて、クロモセンは、調製が複雑で高価
であり、また不純物に対して敏感であり、そのため取り扱いが難しい。さらに、
帯電防止作用は長く続かない。
りすり減らされるおそれがあるために、一般に問題がある。
耐久性をもち、特に、α−オレフィンの気相重合の条件で摩耗することのない、
気相反応を行なう固体反応器のための帯電防止被膜を見出すことにある。
被覆により達成されることを見出した。
フィンおよび不揮発性の帯電防止剤からなる薄い帯電防止被膜で覆った、気相反
応を行なう反応器および流動固体を取り扱うプラント構成要素を提供する。本発
明者らは、そのような反応器とプラント構成要素の被覆の方法、そのような反応
器のα−オレフィンの重合および共重合のための使用、被覆した反応器を用いた
α−オレフィンの重合の方法も見出した。
であり得る。本発明の目的のためには、用語「反応」は化学反応に限定されず、
気相で行なわれるすべての他の化学工学的操作、例えば乾燥、気相における分級
などを含む。本発明の反応器は、特に有機固体の反応に使用され、特に気相での
α−オレフィンの重合に使用される。可能な反応器の種類は、特に、攪拌オート
クレーブ、流動床反応器、攪拌流動床反応器、循環流動床を備えた流動床反応器
、流管(flow tube)である。
って処理することができる。例えば、流動固体、特に有機固体を乾燥させるため
に使用される、流動床乾燥機、噴霧乾燥機などの反応器である。
常に特に好ましくはポリ−α−オレフィンを流動化する、例えばパイプや他の空
気コンベヤーシステムまたはサイロの要素(部材)などのいかなる化学プラント
の構成要素でもありうる。
とが好ましいが、反応の間に最初に堆積物が形成される、反応器の内壁の部分の
みを被覆することもできる。反応器の内壁の帯電防止層の厚さは、0.1から8
00μmであり、特に1から100μm、特に好ましくは5から10μmである
。
量%の範囲で、ポリ−α−オレフィンおよび不揮発性の帯電防止剤を含む。
ンの重合体であり、特に好ましくはポリエチレンおよびポリプロピレンである。
本発明は、様々なα−オレフィンの共重合体を含む。ポリエチレンの好ましいコ
モノマーは、プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン
、1−ヘキセン、1−ヘプテンおよび1−オクテンおよびこれらのα−オレフィ
ンの混合物である。ポリ−α−オレフィンはさらに他のコモノマーを含むことが
でき、例えば、極性基を含むもの、例えばメタクリル酸およびアクリル酸、メタ
アクリラートおよびアクリラート、またはメタクリルアミドおよびアクリルアミ
ドを含むことができる。しかし、このようなモノマーはすべてのモノマーの合計
に対して5モル%を超えないことが好ましい。2種以上の重合体の混合物を使用
することも可能である。
て0.1から50質量%である。帯電防止剤の含量は、好ましくは1から25質
量%、特に好ましくは5から15質量%である。
範囲とし、温度が150℃より上において、その蒸気圧が充分に低く、ポリ−α
−オレフィンのマトリックス中に深くとどめられ、気相へ移らず、または非常に
微量が気相へ移るのみであることである。用語「帯電防止剤」は、個々の化合物
のみでなく、帯電防止効果を持つ様々な化合物の混合物も含む。
アルコールおよびそれらのエーテル、例えばソルビトール、ポリアルコール、ポ
リアルコールエーテル、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールおよび
それらの脂肪族アルコールとのエーテル、例えばEP−A453116に開示さ
れているように、アニオン性帯電防止剤、例えばC12〜C22脂肪酸の、アル
カリ金属またはアルカリ土類金属とのセッケン、式ROSO3M(M=アルカリ
金属、アルカリ土類金属)または(RR')CHOSO3Mで表される高級の1
級または2級のアルコールのアルキル硫酸エステルの塩、多官能化アルコールと
高級脂肪酸、硫酸の混合エステルの塩、C12〜C22スルホン酸または式RS
O3Mで表されるそれらの塩、アルキルアリールスルホン酸またはそれらの塩、
例えばドデシルベンゼンスルホン酸、リン酸誘導体、例えば式[RO(CH2C
H2O)n]2POOMのジ(アルコキシポリエトキシエチル)ホスファート、
フィチン酸などが挙げられ、カチオン性帯電防止剤は、例えば、式R1R2R3 R4NXの4級アンモニウム塩(但しXはハロゲン原子であり、R1からR4は
アルキル基、好ましくは少なくとも8個の炭素原子を有するアルキル基)が挙げ
られる。例えばWO93/24562に開示されたシアノフタロシアニンのよう
な金属錯体も好ましい。
、アミンまたはアミドあるいはその塩、特にオリゴマ−のまたはポリマーのアミ
ンまたはアミドである。挙げる例は、DE−A3108843に記載されている
ように、式R1N[(R2O)mR][(R3O)nH]またはR1CON[(R2
O)mR][(R3O)nH]で表されるポリエトキシアルキルアミンまたはポリ
エトキシアルキルアミドであり、ここには市販の帯電防止剤(例えばAtmer
(登録商標)163、ICI製)組成物も記載されている。DE−A35433
60に記載されているメジアラン酸のカルシウム塩およびN−ステアリルアント
ラニル酸のクロム塩の混合物、またはEP−A−636636に記載されている
メジアラン酸の金属塩、アントラニル酸の金属塩およびポリアミンの混合物も使
用することができる。
はさらに他の化合物、とくにポリマー化合物とこれらの混合物である。ポリビニ
ルアミンのような単純なポリアミン以外に、適当な不揮発性ポリアミンは、脂肪
族1級モノアミン(例えばn−オクチルアミンまたはn−ドデシルアミン)また
はN−アルキル置換の脂肪族ジアミン(例えばn−ヘキサデシルプロパン−1,
3−ジアミン)とエピクロロヒドリンとの反応から得られるものが有利である。
これらの重合体は、アミノ基に加えてヒドロキシル基を持っている。このような
ポリアミン共重合体は、US3917466に概略が記載されている。ポリアミ
ンまたはポリアミン共重合体と共に使用するのに特に適した重合体は、ポリスル
ホン共重合体である。ポリスルホン共重合体は、主として分枝していないものが
好ましく、オレフィンとSO2単位が1:1のモル比からなるものである。例え
ば、1−デセンポリスルホンが挙げられる。適当なポリスルホン共重合体はUS
3917466に概略が示されている。
標)450(DuPont製)またはPolyflo(登録商標)130(Un
iversal Oil Company製)のような市販の帯電防止剤の成分
でもある。
とが好ましい。
自由に選択することができる。帯電防止剤の軟化点が、所望の反応または工程段
階が行なわれる温度を超えること以外においては、帯電防止剤は限定されない。
のと同じ種類のもの、即ち、例えばポリエチレンの製造のためにはポリエチレン
を含む被膜であることが好ましい。
むことができる。例えば、反応器の壁面への層の付着を改良するものである。し
かし、このような成分は、すべての成分の合計に対して10質量%を決して超え
るべきではない。
ポリ−α−オレフィンおよび不揮発性帯電防止剤でポリ−α−オレフィンの軟化
点において処理する簡易な方法で施され得る。
反応器に導入することにより行なうことができる。混合物は、例えば組み込み型
攪拌機による攪拌、または不活性ガス流、好ましくは窒素流をもちいた流動化に
よって、反応器中に均一に分布させ、反応器を重合体の軟化点まで加熱する。温
度は、重合体の融点より約5から15℃下、好ましくは8から10℃下を通常は
選択する。帯電防止剤は固体としての微粉の形態で、または有利には適当な溶媒
に溶解して加える。帯電防止剤の添加は、加熱の間や直後あるいはその前に行な
われる。
剤の成分だけが残るように蒸発させる。処理の持続時間は、選択した条件に依存
するが、通常は4時間より短い。反応器の処理は大気圧下または超圧下、好まし
くは80×105Pa以下の超圧下で行なわれる。形成される帯電防止層の厚さ
は、使用されるポリ−α−オレフィンの軟化点、温度と被覆時間を変数として設
定される。
なく、他の方法、例えば、ポリマーと不揮発性帯電防止剤を適当な溶媒に溶解し
、溶液を噴霧し、溶媒を蒸発させるなどの方法で反応器の内壁を被覆する塗布法
も含まれる。
ている。エチレンおよびプロピレン、特にエチレンは、特に容易に単独重合また
は共重合することができる。可能なコモノマーは、特に、炭素原子を3から8個
有するα−オレフィン、特にプロペン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル
−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテンおよび1−オクテン、およびこれ
らのα−オレフィンの混合物である。
は5×105から80×105Paであり、好ましくは20×105から60×
105Paである。
攪拌気相中の反応器中において様々な気相工程により行なわれる。このような気
相工程は、公知であり、例えばUllman's Encyclopedia of Industrial Chemistr
y,A21巻、第4版、1992、511頁以下に記載されている。
使用して行なうことができる。適当な触媒は、例えばフィリップス触媒として知
られているクロム担持触媒である。本発明の方法に使用される触媒は、さらに、
担持チーグラー触媒またはチーグラー・ナッタ触媒である。上述した種類の慣用
される担持触媒は、例えば、Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry,
A21巻、第4版、1992、501頁以下に記載されている。例えばEP−A
803514に開示されているようにメタロセン担持触媒も、触媒としてまたは
触媒混合物の成分として使用することができる。他の有機金属、重合活性錯体も
使用することができる。
少させることについて効果がある。被膜なしでは数千ボルトまでの電荷であるが
、本発明により被覆した反応器の電荷は、0付近を変動するのみである。壁面の
堆積物は、それによってほとんど完全に避けることができ、反応の収率は明らか
に上昇する。この効果は驚くべきことに被膜厚さが数μmである場合にも認めら
れる。
をさらに持つ。通例プラントに存在する入口および出口は、被覆工程を行なうた
め使用され、このため被覆工程を行なうために反応器を開いたり、または反応器
に入る必要性がない。被膜剤は、反応器に組み込み型攪拌機または流動化設備、
により反応器に分散することが有利であり、加熱は存在する加熱設備を使用して
おこなうことが有利である。被膜厚さが小さくなる結果、被覆工程で、少量の材
料のみが消費される。従って反応器の被膜は安価である。
いてひじょうに高い機械的安定性および耐久性を持つ。帯電防止層を除去するた
めには、反応器の内壁は研磨材料を用いて徹底的に研磨されなければならない。
帯電防止の効果は、かなりの月数続く。
に有用であり、また貢献する。
ある。
づく 電位;市販の電界測定装置を用いて測定した。測定電極は底から2cm上の中
間に据え付け、プローブ先端は反応器の壁から絶縁した。反応器はアースした。
polen(登録商標)6021D、融点:131℃)を満たした。そして、1
20℃で、30×105Pa下で攪拌しながら、40mlの25%濃度の帯電防
止剤Stadis(登録商標)450(DuPont製、ドデシルベンゼンスル
ホン酸、エピクロロヒドリンとN−アルキル−1,3−ジアミノプロパンの共重
合体、および1−デセンとSO2のポリスルホン交互共重合体の混合物、溶媒:
トルエン、イソプロパノールおよび1−デセン)のヘキサン溶液を加えた。3時
間後、オートクレーブは空にした。5μm厚さの、ポリエチレンおよび帯電防止
剤の層が反応器の壁に形成された。
℃)を使用して、被覆温度115℃で繰り返した。形成された帯電防止層は7μ
mの厚さであった。
)を使用して、被覆温度110℃で繰り返した。形成された帯電防止層は10μ
mの厚さであった。
、メタノールを取り除き、得られた触媒前駆体を空気中650℃で活性化させた
。
ロム(VI)触媒を用いた重合実験が、実施例1に記載された被膜オートクレー
ブ中で行なわれた。重合条件、生成物の特性および重合中の静電挙動を示すデー
タを表1にまとめた。
ロム触媒を用いた重合実験が、実施例2に記載された被膜オートクレーブ中で行
なわれた。重合条件、生成物の特性および重合中の静電挙動を示すデータを表1
にまとめた。
ロム触媒を用いた重合実験が、実施例3に記載された被膜オートクレーブ中で行
なわれた。重合条件、生成物の特性および重合中の静電挙動を示すデータを表1
にまとめた。
被覆した反応器に替わって使用した以外は実施例5および6と同様にして、重合
実験を行なった。重合条件、生成物の特性および重合中の静電挙動を示すデータ
を表1にまとめた。
フローレート6.5g/10分を有するポリエチレン粉体200gを窒素雰囲気
下、被覆されていない1Lのオートクレーブ中に導入した。オートクレーブは3
0×105Paの窒素圧力を付与した。攪拌する一方、オートクレーブを30分
にわたって100℃に加熱した。400rpmで、−4500V/mの電荷が測
定された。1時間の攪拌ののち、反応器を室温まで冷却し、開口した。反応器壁
は1cmの厚さのポリエチレンの層で覆われていた。
を繰り返した。電界測定では、電荷を帯びていない(±200V/m)ことが示
された。反応器壁には、ポリエチレン粒子が付着していなかった。
比較してかなり小さいことを示している。被覆していない反応器での実験では、
壁に大量の堆積物が形成され、そのため実験の収率は著しく低下した。
Claims (8)
- 【請求項1】内壁が、0.1〜800μmの厚さを持ち、実質的にポリ−α
−オレフィンおよび不揮発性の帯電防止剤からなる帯電防止層により被覆される
ことを特徴とする、気相反応のための固体反応器。 - 【請求項2】内壁が、0.1〜800μmの厚さを持ち、実質的にポリ−α
−オレフィンおよび不揮発性の帯電防止剤からなる帯電防止層により被覆される
ことを特徴とする、流動固体を取り扱うためのプラント構成要素。 - 【請求項3】帯電防止層が、0.01〜50質量%の不揮発性の帯電防止剤
を含む請求項1または2に記載の固体反応器またはプラント構成要素。 - 【請求項4】不揮発性の帯電防止剤が、窒素を含有するオリゴマーまたは高
分子化合物である請求項1、2または3に記載の固体反応器またはプラント構成
要素。 - 【請求項5】攪拌オートクレーブ、流動床反応器、攪拌流動床反応器、循環
流動床を備えた流動床反応器または管型反応器である請求項1、3または4に記
載の固体反応器。 - 【請求項6】内壁を、軟化点にあるポリ−α−オレフィンで、および不揮発
性の帯電防止剤で処理することを特徴とする、気相反応を行なう固体反応器を被
覆するための方法および流動固体を取り扱うプラント構成要素を被覆するための
方法。 - 【請求項7】α−オレフィンの重合のための、請求項1および3から5のい
ずれかに記載の被覆された反応器の使用。 - 【請求項8】、担持触媒を用いて温度が30から150℃および圧力が5×
105から80×105Paの気相中でα−オレフィンを重合または共重合する
方法であって、重合を請求項1、3、4、または5のいずれかに記載の、被覆さ
れた固体反応器中で行なうことを特徴とする方法。
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