JP2005213313A

JP2005213313A - エチレン・プロピレン系ゴムの製造システム

Info

Publication number: JP2005213313A
Application number: JP2004019398A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ohara; 淳大原
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】重合工程で使用した有機溶剤の適切な回収・再利用手段を含む、エチレン・プロピレン系ゴムの製造システムを提供する。
【解決手段】下記第１手段〜第４手段よりなるエチレン・プロピレン系ゴムの製造システム。
第１手段：使用する有機溶剤中に含まれる異種ジエン比率とゴム品質との相関関係に基づいて、ゴムの品質管理上許容される異種ジエン比率の許容限界を設定する手段
第２手段：使用する溶剤中のジエン濃度を分析する手段
第３手段：第２手段により得られた分析値に基づき、異種ジエン比率を算出する手段
第４手段：第１手段により設定された異種ジエン比率の許容限界内に、第３手段により得られた異種ジエン比率が含まれるか否かを判断し、当該異種ジエン比率が許容限界外のときは警報を発する手段
【選択図】図１

Description

本発明は、エチレン・プロピレン系ゴムの製造システムに関するものである。更に詳しくは、エチレン・プロピレン系ゴムの製造に際し、該ゴムの重合工程で使用した有機溶剤の回収・再利用を有効に行うことができるエチレン・プロピレン系ゴムの製造システムに関するものである。

エチレン・プロピレン系ゴムには、エチレン・プロピレン共重合体やエチレン・プロピレン・ジエン共重合体等があり、自動車部品、電線分野、家電部品等に広く利用されている。

エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスは、一般的に下記のような（１）〜（５）の工程からなっているが、（６）の乾燥工程排気中の溶剤回収工程を有するプロセスもある（例えば特許文献１参照）。
（１）重合工程
エチレン、プロピレンやジエンなどのモノマーを、触媒、有機溶剤、分子量調整剤と共に重合槽に供給し、連続的に重合する工程
（２）モノマー回収工程
重合されたエチレン・プロピレン系ゴムを含むポリマー溶液から、未反応モノマーを分離して回収する工程
（３）溶剤脱離工程
未反応モノマーを回収したポリマー溶液と蒸気を混合することにより、ポリマー溶液から、エチレン・プロピレン系ゴムをポップコーン状のクラムとして分離すると共に大部分の有機溶剤を回収する工程
（４）乾燥工程
溶剤脱離工程で分離したクラムには、水分と有機溶剤が残留しているため、それらを乾燥機等で除去し、製品としてのエチレン・プロピレン系ゴムを製造する工程
（５）溶剤精製工程
溶剤脱離工程で分離した有機溶剤を精製し、重合工程に送る工程
（６）乾燥工程排気中の溶剤回収工程
乾燥工程の排気中には、有機溶剤が含まれている。操業コスト削減のため、それを溶剤として回収する工程。回収した溶剤は、溶剤精製工程に送られ、溶剤脱離工程からの溶剤とともに精製される。

エチレン・プロピレン系ゴム製造プロセスは、複数の生産系列を有し、かつ組成の異なる多数のグレードを生産しているのが通常である。回収溶剤中には、エチレン、プロピレン、ブテン等のモノマーは殆ど残存しないが、第三成分として用いられている１，４−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン等の脂肪族非共役ジエン類、ビニルシクロヘキセン、５−ビニルー２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン等の脂環族非共役ポリエン類が残存するため、回収溶剤の再利用に際して多種類のグレードの組成管理を適切に行うシステムの確立が望まれている。

第三成分としてのジエン成分が少量混在した回収溶剤を重合工程に再使用する場合に、製造グレード毎に製品の品質が損なわれないように適切にジエン組成管理を行う方法として、例えば、一時的に蓄えることができるバッファータンク等を設け、回収溶剤の返送先を各系列毎に切替えられるようにし、さらに製品分析を行って、ジエン含量、応力緩和、ＧＰＣやコンパウンド物性などにより切替えの判断を行う方法がある（特許文献１参照）。しかし、物性異常が発生してから異常を確認できるまでに時間遅れがあるため、大量の不良品が発生することとなり、製造コスト悪化原因の一因となるため一層の改善が求められていた。また、製造前にグレード毎の回収溶剤中ジエン量を推定することにより、生産前に回収溶剤の返送先を決定する方法もある。この管理方法の長所は、事前に異種ジエンの混入を防ぐように返送先を定めることができる方法である（特許文献２参照）。しかし、実際の負荷変動等によるジエン量の変化を反映させることができないという欠点があり、結果として品質上許容される範囲を超えた異種ジエンのコンタミを生じる可能性があることが挙げられる。

特願２００２−１９７１３１号明細書（第１頁-第２頁）特願２００２−３４７５６９号明細書（第１頁-第２頁）

かかる状況の下、本発明は、エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスにおいて、重合工程で使用した有機溶剤の適切な回収・再利用手段を含む、エチレン・プロピレン系ゴムの製造システムを提供することを目的とする。

すなわち、発明の請求項１に係る発明は、エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスにおいて、重合工程で使用した有機溶剤の回収・再利用にあたり、生産されるエチレン・プロピレン系ゴムの全グレードについて、下記第１手段〜第４手段よりなる回収溶剤の管理手段を含むエチレン・プロピレン系ゴムの製造システムである。
第１手段：使用する有機溶剤中に含まれる異種ジエン比率（ジエン１／（ジエン１＋ジエン２）×１００、但しジエン１は、当該生産グレードで使用されるジエンであり、ジエン２は当該グレードを除くグレードで使用されるジエンである。）とゴム品質との相関関係に基づいて、ゴムの品質管理上許容される異種ジエン比率の許容限界を設定する手段
第２手段：使用する溶剤中のジエン濃度を分析する手段
第３手段：第２手段により得られた分析値に基づき、異種ジエン比率を算出する手段
第４手段：第１手段により設定された異種ジエン比率の許容限界内に、第３手段により得られた異種ジエン比率が含まれるか否かを判断し、当該異種ジエン比率が許容限界外のときは警報を発する手段

請求項２に係る発明は、請求項１記載の第１手段により設定した異種ジエン比率の許容限界を警報設定値としてコンピューターに入力し、第２手段〜第４手段をコンピューターで実行するエチレン・プロピレン系ゴムの製造システムであり、請求項３に係る発明は、前記ジエンが、１，４−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン等の脂肪族非共役ジエン類、ビニルシクロヘキセン、５−ビニルー２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン等の脂環族非共役ポリエン類よりなる群から選ばれるジエン類またはポリエン類であるエチレン・プロピレン系ゴムの製造システムである。

本発明により、エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスにおける有機溶剤の回収・再利用に際し、回収溶剤中に含まれる異種の第三成分量をゴム品質管理上許容される異種ジエン比率として管理することにより、製品ロスを極力おさえることができ、かつ、エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスの乾燥工程における排気中の有機溶剤を回収し、原料として再利用すると共に、大気環境を改善することができる簡便で優れた有機溶剤の適切な回収・再利用の手段を含む、エチレン・プロピレン系ゴムの製造システムを提供することが可能になった。

以下、本発明が適用されるエチレン・プロピレン系ゴム製造プロセスの一例を示すブロック図（図１）を引用して、本発明を詳細に説明する。

重合工程１は、エチレンやプロピレン等のモノマーを、触媒、分子量調整剤及び有機溶剤を重合槽に供給し、連続的に重合する工程である。モノマーとしては、エチレン、プロピレンが主なものであり、1−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン等のα−オレフィン類や１，４−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン等の脂肪族非共役ジエン類、ビニルシクロヘキセン、５−ビニルー２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン等の脂環族非共役ポリエン類等が含まれることもある。また、有機溶剤としてはn-ヘキサン、n-ヘプタン等が用いられる。

モノマー回収工程２は、重合工程１で重合されたエチレン・プロピレン系ゴムを含むポリマー溶液を減圧し、未反応モノマーを分離回収する工程である。

溶剤脱離工程３は、モノマー回収工程２で未反応モノマーを回収したポリマー溶液と蒸気を混合することにより、ポリマー溶液から、エチレン・プロピレン系ゴムをポップコーン状のクラムと重合に用いられた有機溶剤とに分離する工程である。分離された大部分の有機溶剤は蒸発させて溶剤精製工程８に送り、精製して重合工程１で再利用される。一方、分離されたクラムはエチレン・プロピレン系ゴムが主体であるが、大量の水分と少量の溶剤、ジエンモノマーが含まれているので、乾燥工程４に送られる。

乾燥工程４は、溶剤脱離工程３で得られたクラムに含まれている大量の水分と有機溶剤、ジエンモノマーを乾燥機等で除去し、製品としてのエチレン・プロピレン系ゴムを製造する工程である。乾燥機等としては、通常、絞り乾燥機（エクスペラー）や熱風乾燥機（トンネルドライヤーや振動ドライヤー）が用いられている。これらの乾燥機等は、熱で分離された水分、有機溶剤やジエンモノマーが大量の空気に同伴または拡散するように設計されている。

乾燥排気吸引工程５は、乾燥機等から排出される排気を吸引して、乾燥工程４から排気中の溶剤回収工程６へ送る工程である。溶剤回収工程６では乾燥排気吸引工程５から送られる、乾燥工程４の乾燥機等から排出される排気に含有される有機溶剤及びジエンモノマーを吸着および脱着し、液体として回収する工程である。溶剤回収装置としては、吸着剤を用いた吸脱着方式が好ましく用いられる。吸着剤としては、活性炭類（粒状活性炭、繊維状活性炭、球状活性炭）の他、疎水性シリカゲル等を用いたものが一般的である。

回収溶剤バッファータンク７は排気中の溶剤回収工程６と回収溶剤精製工程８との中間に設けられ、他生産系列の溶剤精製工程（図示せず）にも送ることができるようになっている。回収溶剤は、送り先の決定まで一時的に保管される。

回収溶剤精製工程８では、溶剤脱離工程３からの回収溶剤に加え、排気中の溶剤回収工程６又は回収溶剤バッファータンク７からの回収溶剤を精製し水分を取り除いている。また、上記の各工程からの回収溶剤に含まれるジエン濃度をプロセスガスクロマトフラフィーにより連続的に測定しており、製品のジエン含量制御の参考値として役立てている。

本発明における第１手段は、使用する有機溶剤中に含まれる異種ジエン比率（ジエン１／（ジエン１＋ジエン２）×１００、但しジエン１は、当該生産グレードで使用されるジエンであり、ジエン２は当該グレードを除くグレードで使用されるジエンである。）とゴム品質との相関関係に基づいて、ゴムの品質管理上許容される異種ジエン比率の許容限界を設定する手段である。異種ジエン比率とゴム品質との相関関係とは、異種ジエン比率の値と製造目的の当該グレードのゴムに要求される応力緩和やＧＰＣなどのゴム品質を表現する物性により定まる関係である。上記異種ジエン比率は各グレード毎、または、ジエンの種類やジエン含量の大小などの共通するグループ毎に設定することができる。

第２手段は、使用する溶剤中のジエン濃度を分析する手段であり、例えばプロセスガスクロマトグラフィーにより常時回収溶剤中の各ジエン濃度を測定することにより、迅速にその値を得ることができる。

第３手段は、第２手段により得られた分析値に基づき、異種ジエン比率を算出する手段である。ここで得られた異種ジエン比率は、第４手段により第１手段により設定された異種ジエン比率の許容限界内に含まれるか否かを判断し、当該異種ジエン比率が許容限界外のときは警報を発せられる。

上記、上記第１手段で設定した異種ジエン比率の許容限界は、警報設定値としてコンピューターに入力し、第２手段〜第４手段をコンピューターで実行することにより、迅速に回収溶剤を他生産系列の溶剤精製工程や回収溶剤バッファータンク７等へ送液する等の処置を行うことができ、また、異種ジエンが混入した製品についても識別されるので、その後の適切な処分方法を決定するのに有用である。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、もとより本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。尚、本実施例に示した応力緩和、ＧＰＣの測定方法は下記のとおりである。
応力緩和：成型したサンプルに応力をかけ、残留応力の時間変化を測定しプロットする。サンプルの組成、分子量分布、分岐等の指標になる。
ＧＰＣ（ゲルパーミエイションクロマトグラフ）：無数に微細な穴のある媒体（カラム）に溶媒に溶かしたサンプルを通過させ、通過量の時間変化をプロットすることによりサンプルの分子量分布を測定する。

実施例１
表１は、特定グレードについて、第１手段による品質管理上許容される異種ジエン比率の許容限界を設定する方法の例を示している。

表１において、「異種ジエン比率」は、生産時の回収溶剤中のジエン濃度を測定し、計算した数値、「応力緩和」は、異種ジエン比率が０％のときの製品ゴムの応力緩和の値を基準にした、各異種ジエン比率における測定値である。生産した製品の応力緩和の数値が品質上許容できる場合は○、許容できない場合は×で示した。「ＧＰＣ」は、各異種ジエン比率で生産した製品ゴムのＧＰＣのＱ値が品質上許容できる場合は○、許容できない場合は×を示している。

表１より、品質上許容できる範囲の異種ジエン比率は、応力緩和については２％、ＧＰＣについては３％であるので、異種ジエン比率の許容限界値は２％と決定する。尚、この許容限界値はジエン種類毎またはグレード毎に設定することができる。回収溶剤精製工程８で精製した回収溶剤中の、ジエン濃度をガスクロマトグラフィーにより連続的に測定し、その測定値から異種ジエン比率を下記の式により演算する。
ジエン１／（ジエン１＋ジエン２）×１００
コンピューターには、上記のごとくにして得た異種ジエン比率の許容限界２％をコンピューターに警報設定値として設定する。

図２は、生産時における、第３手段により演算した異種ジエン比率の実測値と警報設定値および時間との関係の一例を示した図である。図２に示したように、異種ジエン比率の実測値１２が警報設定値１１を超えた数値となった場合、即ち１３の範囲でコンピューターで警報を発するように常時監視している。警報が発せられた場合は、回収溶剤の送液先の変更、生産グレードの取り扱い等の処置を迅速に行うことができる。

本発明が適用されるエチレン・プロピレン系ゴム製造プロセスの一例を示すブロック図である。第３手段により演算した異種ジエン比率の実測値と警報設定値および時間との関係の一例を示した図である。

符号の説明

１…重合工程、２…モノマー回収工程、３…溶剤離脱工程、４…乾燥工程、５…乾燥排気吸引工程、６…溶剤回収工程、７…回収溶剤のバッファータンク、８…回収溶剤精製工程、９…大気放出、１０…他生産系列の回収溶剤精製工程、１１…警報設定値、１２…異種ジエン比率の実測値、１３…コンピューターが警告を発する範囲

Claims

エチレン・プロピレン系ゴムの製造プロセスにおいて、重合工程で使用した有機溶剤の回収・再利用にあたり、生産されるエチレン・プロピレン系ゴムの全グレードについて、下記第１手段〜第４手段よりなる回収溶剤の管理手段を含むエチレン・プロピレン系ゴムの製造システム。
第１手段：使用する有機溶剤中に含まれる異種ジエン比率（ジエン１／（ジエン１＋ジエン２）×１００、但しジエン１は、当該生産グレードで使用されるジエンであり、ジエン２は当該グレードを除くグレードで使用されるジエンである。）とゴム品質との相関関係に基づいて、ゴムの品質管理上許容される異種ジエン比率の許容限界を設定する手段。
第２手段：使用する溶剤中のジエン濃度を分析する手段
第３手段：第２手段により得られた分析値に基づき、異種ジエン比率を算出する手段
第４手段：第１手段により設定された異種ジエン比率の許容限界内に、第３手段により得られた異種ジエン比率が含まれるか否かを判断し、当該異種ジエン比率が許容限界外のときは警報を発する手段
請求項１記載の第１手段により設定した異種ジエン比率の許容限界を警報設定値としてコンピューターに入力し、第２手段〜第４手段をコンピューターで実行する請求項１記載のエチレン・プロピレン系ゴムの製造システム。
ジエンが、１，４−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン等の脂肪族非共役ジエン類、ビニルシクロヘキセン、５−ビニルー２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン等の脂環族非共役ポリエン類よりなる群から選ばれるジエン類またはポリエン類である請求項１または２記載のエチレン・プロピレン系ゴムの製造システム。