JP2004501754A - 高圧反応器用の油圧制御−圧力解放バルブ - Google Patents

Abstract

本発明は、油圧制御される圧力開放バルブを有する高圧反応器に関する。これに対応する油圧システムの機械的な設計を、使用する制御技術と組み合わせると、高圧反応器内で圧力または温度が急騰した場合に、圧力開放バルブを特に迅速に開くことが容易になる。

Description

【０００１】
本発明は、油圧制御された圧力解放バルブを有する高圧反応器を含む装置に関する。
【０００２】
低圧および中圧ポリエチレンと比較して、高圧ポリエチレンは、分岐度が高く、結晶含有率が低く、融点範囲が狭く、そして密度が低い。高圧処理では、エテンを、約１５０〜３００℃の温度および約１５００〜４０００バール（１．５×１０^８〜４．０×１０^８Ｐａ）の範囲の圧力条件でフリーラジカル重合する。酸素または少量の過酸化物を、通常、フリーラジカル開始剤として添加する。これに対応する反応器を、撹拌器付タンク型反応器または、好適には、流動管として設計しても良い。適切な管状反応器は、通常、数百から数千ｍの長さを有し、その外側には、加熱または冷却ジャケットが巻かれている。反応器の内部圧力が高いために、管状反応器の金属製の壁は、通常、数ｃｍの厚さを有する。
【０００３】
高圧処理における技術的な課題は、「Ｃｈｅｍ，Ｉｎｇ，Ｔｅｃｈ，６７（１９９５）Ｎｏ．７，８６２〜８６４ページ、Ｖｅｒｌａｇ　ＶＣＨ−Ｖｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ　ＧｍｂＨ　Ｗｅｉｎｈｅｉｍ」に説明されている。したがって、エテンは、所定の温度および圧力の条件下で爆発的に素早く分解し、煤、メタン及び水素を形成する。この望ましくない反応が、特にエテンの高圧重合において、繰り返し生じる。これに関連する圧力および温度の大幅な上昇は、製造プラントの作業安全性における非常に大きな潜在的リスクを示す。
【０００４】
このタイプの圧力および温度の大幅な上昇を防止するために考え得る１解決方法は、大気放出板（ｒｕｐｔｕｒｅ ｄｉｓｃｓ）を管状反応器に挿入することである。しかし、このタイプの大気放出板の不都合は、通常の高圧条件下で、比較的小さな圧力の変化に反応しなくなることである。つまり、通常の操作圧力の範囲内において、大気放出板が、望ましくない状態で破裂するかもしれないということである。破裂ディスクのさらに大きな不都合は、温度の上昇には反応しないことである。破裂ディスクの代わりに、いわゆる非常Ｔバルブ（ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｔ−ｖａｌｖｅ）（圧力解放バルブ）を使用することができる。このタイプの圧力解放バルブは油圧制御機構によって開閉される。このような油圧制御機構の反応は比較的遅いので、対応する圧力解放バルブが開く速度も、相応じて遅くなる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、圧力や温度が突然上昇すると、これが迅速に解放される（減圧または温度下降）高圧反応器を提供することである。この反応器の解放は、確実かつ十分に早い速度で行われなければならない。
【０００６】
上記目的は、
ａ）０．４〜２０ｍ^３の内部容量と、１０００〜５０００バール（１０^８〜５．０×１０^８Ｐａ）の内部圧力とを有する高圧反応器と、
ｂ）高圧反応器における圧力および／または温度を測定する測定装置と、
ｃ）電子制御システムと、
ｄ）１個以上のバルブを有する油圧制御ユニットと、
ｅ）可動ピストン部（ｍｏｖａｂｌｅ ｐｉｓｔｏｎ ｍａｓｓ）を有する油圧シリンダと、高圧反応器上に配置されて油圧シリンダによって制御される圧力解放バルブとを含む油圧システムと、
ｆ）油圧制御ユニットと油圧システムとの間に配設されて、油圧油を運搬する接続管と、
を含み、
高圧反応器において予め規定した温度または圧力を超えた場合、測定装置が信号を電子制御システムに送り、これにより油圧制御ユニットの１個以上のバルブが開放され、油圧油が、１本以上の接続管を通って油圧シリンダの可動ピストン部の方向に強制輸送され、これによって可動ピストン部が動かされ、
且つ、少なくとも１本の接続管が、平均して１０〜８０ｍｍの内径を有し、この少なくとも１本の接続管が１０^７〜５．０×１０^７Ｐａの内部圧力を有し、そして可動ピストン部が１０〜８０ｋｇの質量を有する装置により達成される。
【０００７】
高圧反応器は、通常、管状反応器として設計されるが、高圧オートクレーブとして設計することもできる。高圧反応器は、通常、エチレンポリマーの製造に使用される。温度または圧力を測定するための適切な測定装置は、市販のセンサである。可動ピストン部は、圧力解放バルブの開閉中に油圧油によって移動させられる油圧シリンダの一部を表す。可動ピストン部は、通常、油圧ピストンとこれに対応するバルブスピンドルとを含む。油圧油を運搬するために設けられた接続管は、管状に設計さていることが好適である。
【０００８】
本発明の主要な利点は、高圧反応器内で生じた圧力の急騰を極めて迅速に解放できることである。この時、圧力解放バルブを開く動作の大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）は、約５０ミリ秒に過ぎない。周知の圧力解放システムと異なり、これは、高圧反応器を確実に解放する（減圧または温度降下）速度としては、十分な速さである。本発明の更に本質的な利点は、圧力解放が、圧力および温度の急騰のいずれによっても誘発できることである。
【０００９】
反応器の迅速かつ確実な解放は、特に、通常、反応器容積の１ｍ^３あたり少なくとも約３５０ｍｍ^２であるシート断面を有する圧力解放バルブを用いても達成できる。反応器の最高温度においては、反応器容量の１ｍ^３あたりのシート断面を８００ｍｍ^２以下とする。
【００１０】
高圧反応器の内部圧力は、通常、１〜１５ｍ^３である。高圧反応器の好適な内部圧力は２０００〜３５００バールである。
【００１１】
油圧制御ユニットと、油圧システムとの間の少なくとも１本の接続管は、通常、平均して２０〜５０ｍｍの内径を有する。油圧制御ユニットと、油圧システムとの間に配設された接続管の全てが、平均して２０〜５０ｍｍの内径を有することが好適である。この少なくとも１本の接続管は、通常、１５０〜２５０バール（１．５×１０^７〜２．５×１０^７Ｐａ）の内部圧力を有する。通常、油圧制御ユニットと、油圧システムとの間に配設された接続管の全てが、１５０〜２５０バール（１．５×１０^７〜２．５×１０^７Ｐａ）の内部圧力を有する。本発明の好適な実施形態においては、油圧油を運搬するために設けられた２本の接続管は、油圧制御ユニットと、油圧システムとの間に設けられる。これら接続管の内の１本によって油圧油を油圧制御ユニットに供給し、対応する他の配管によって油圧制御ユニットから油圧システムに供給する。
【００１２】
可動ピストン部は、１５〜５０ｋｇの質量であることが好適である。
【００１３】
本発明の好適な実施形態において、接続管、つまり、油圧解放バルブが開いている間に油圧油がその内部を通って油圧システムから油圧制御ユニットの方向に流れる接続管は、一方レストリクターに固定されている。一方レストリクターによれば、圧力解放バルブが閉じている間に対応するバルブシート取付部が損傷するという不都合を排除できる。一方レストリクターを装着することで、閉じ動作の速度を調整できる。通常は、閉じ時間が約２秒であれば成功することが証明された。したがって一方レストリクターによれば、圧力解放バルブを素早く開き、閉じ動作を遅らせることができるので、「圧力解放システム」の寿命を長くする。
【００１４】
一般に、油圧制御ユニットの１個以上のバルブは、ボールシート作動部（ｂａｌｌ ｓｅａｔ ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を有する滑動バルブとして設計される。
【００１５】
圧力解放バルブは、可動ピストン部を、圧力解放バルブに向かって移動するか、好適には、これから離すように移動することによって、開くことが好適である。
【００１６】
添付図面において、
図１は、本発明に係る装置を図示したものであり、
図２は、圧力開放バルブが閉じた状態の、油圧システムと組み合わせた油圧制御ユニットの機能モードを図示したものであり、
図３は、圧力開放バルブが開いた状態（非常設定）の、油圧システムと組み合わせた油圧制御ユニットの機能モードを図示したものである。
【００１７】
図１は、高圧反応器１を示す。高圧反応器１には、圧力の測定装置２と、温度の測定装置３とが設けられている。予め規定した温度または圧力を越えた場合、電気信号が測定装置２、３から電子制御システム４に向けて送信される。電子制御システム４は、電子信号を油圧制御ユニット５に送信する。油圧油に対する供給管６および回収管７が油圧制御ユニット５に装着されている。適切な油圧油は、通常、市販の油圧オイルである。信号が油圧制御ユニット５に到着すると、油圧制御ユニット５の１本以上のバルブが開く。これによって、油圧油は、管状の接続管８を通って油圧システム９の方向に強制輸送される。これによって可動ピストン部１０が移動させられ、圧力開放バルブ１１が開く。圧力開放バルブ１１を閉じるために、油圧油は、一方レストリクター１３を介して、管状の接続管１２を通って油圧システム９の方向に強制輸送される。
【００１８】
圧力開放バルブ１１の出口１４には、固体（例えば、ポリエチレン）を分離するための高レベルポット１５が設けられている。接続管８、１２は、１０〜８０ｍｍ、好適には２０〜５０ｍｍの内径を有する。ここでの圧力は１００〜５００バール（１０^７〜５．０×１０^７Ｐａ）であり、１５０〜２５０バール（１．５×１０^７〜２．５×１０^７Ｐａ）であれば好適である。
【００１９】
図２および図３は、特別に設計された油圧制御ユニット５を示す。油圧制御ユニット５は、ボールシート作動部を有する４個の滑動バルブ１６と、対応するボールシートバルブ１７とを有する。図示した油圧油の流れ、つまり「強制輸送の方向（ｆｏｒｃｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」によって、圧力開放バルブ１１が可動ピストン部１０によって閉じられたままであるか、もしくはこれを閉じるか（図２）、またはこれを開くか、もしくは開かれたままであるか（図３）が決まる。図２は、通常の動作手順を示す図であり、図３は、「非常設定」を示す図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置を図示したものである。
【図２】圧力開放バルブが閉じた状態の、油圧システムと組み合わせた油圧制御ユニットの機能モードを図示したものである。
【図３】圧力開放バルブが開いた状態（非常設定）の、油圧システムと組み合わせた油圧制御ユニットの機能モードを図示したものである。

Claims (10)

1. ａ）０．４〜２０ｍ^３の内部容量と、１０^８〜５．０×１０^８Ｐａの内部圧力とを有する高圧反応器（１）と、
   ｂ）高圧反応器（１）における圧力および／または温度を測定する測定装置（２，３）と、
   ｃ）電子制御システム（４）と、
   ｄ）１個以上のバルブを有する油圧制御ユニット（５）と、
   ｅ）可動ピストン部を有する油圧シリンダと、高圧反応器上に配置されて油圧シリンダによって制御される圧力解放バルブ（１１）とを含む油圧システム（９）と、
   ｆ）油圧制御ユニット（５）と油圧システム（９）との間に配設されて、油圧油を運搬する接続管（８，１２）と、
   を含み、
   高圧反応器（１）において予め規定した温度または圧力を超えた場合、測定装置（２，３）が信号を電子制御システム（４）に送り、これにより油圧制御ユニット（５）の１個以上のバルブを開放され、油圧油が、１本以上の接続管（８，１２）を通って油圧シリンダの可動ピストン部（１０）の方向に強制輸送され、これによって可動ピストン部（１０）が動かされることにより、圧力開放バルブが開かれ、
   且つ、少なくとも１本の接続管（８，１２）が、平均して１０〜８０ｍｍの内径を有し、この少なくとも１本の接続管（８，１２）が１０^７〜５．０×１０^７Ｐａの内部圧力を有し、可動ピストン部（１０）が１０〜８０ｋｇの質量を有する装置。
2. 高圧反応器（１）が１〜１５ｍ^３の内部容量を有する請求項１に記載の装置。
3. 高圧反応器（１）が２．０×１０^８〜３．５×１０^８Ｐａの内部圧力を有する請求項１または２に記載の装置。
4. 接続管（８，１２）の少なくとも１本が平均して２０〜５０ｍｍの内径を有する請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 接続管（８，１２）の少なくとも１本が平均して１．５×１０^７〜２．５×１０^７Ｐａの内部圧力を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 可動ピストン部（１０）が１５〜５０ｋｇの質量を有する請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 圧力開放バルブ（１１）が開いている間に油圧油が油圧システム（９）から油圧制御ユニット（５）の方向に運搬される接続管（１２）が、一方レストリクター（１３）に固定されている請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 油圧制御ユニット（５）の１個以上のバルブがボールシート作動器を具備する滑動バルブ（１６）として設計されている請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 油圧油の運搬用に設けられた２本の接続管（８，１２）が、油圧制御ユニット（５）と油圧システム（９）との間に配置されている請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 圧力解放バルブ（１１）に向かう方向か、または好ましくは圧力解放バルブ（１１）から離れる方向に可動ピストン部（１０）を動かすことによって、圧力解放バルブを開く請求項１〜９のいずれかに記載の装置。